Guía de ejercicios Química Biológica 2016

Universidad Nacional de Rosario- Facultad de Ciencias
Bioquímicas y Farmacéuticas
Guía de ejercicios
Química Biológica
2016
0
METABOLISMO DE HIDRATOS DE CARBONO
ESTRUCTURA Y CUANTIFICACIÓN DE HIDRATOS DE CARBONO
1.
Se obtienen soluciones de cada uno de los siguientes azúcares en las concentraciones detalladas
en cada caso: glucosa 1,8 mg/ml; maltosa 1,71 mg/ml y trealosa 1,71 mg/ml. Si 0,2 ml de un testigo
1 mM de glucosa dio una absorbancia de 0,180 al hacer la reacción de Somogyi-Nelson, calcule la
absorbancia que se obtendría al hacer la determinación con 0,1 ml de las soluciones indicadas antes y
después de la hidrólisis.
2.
Una muestra que ha dado negativa la reacción de Fehling se ensaya en una alícuota de 0,1 ml
para la reacción de Roe, obteniéndose un valor de absorbancia de 0,11 descontado el blanco.
Después de sometida a un tratamiento con HCl concentrado una alícuota idéntica a la anterior
presentó una absorbancia de 0,24 para el método de Somogyi-Nelson. Un testigo de fructosa 1 mM
ensayado en alícuotas de 0,2 ml dio una absorbancia de 0,21 para el método de Somogyi-Nelson y
0,19 para el método de Roe. a) Indique qué tipo de sustancias presenta la muestra. Fundamente su
respuesta. b) Exprese su concentración en mM.
3.
Ud. dispone de tres tubos (A, B y C) conteniendo sacarosa, fructosa y glucosa (no
necesariamente en este orden). Usando un testigo de fructosa 1 mM, decide hacer determinaciones
por las técnicas de Somogyi-Nelson y Roe sobre los distintos tubos, obteniéndose los valores de
absorbancia que se muestran en el cuadro. Las alícuotas utilizadas en las determinaciones fueron de
0,1 ml para el testigo y 0,3 ml para todas las muestras.
Técnica
Roe
Somogyi-Nelson
HCl + Somogyi-Nelson
Testigo
0,25
0,37
0,37
A
0,11
0,16
0,16
B
0,33
0
0,96
C
0
0,30
0,30
a)
Indique en qué tubo está cada sustancia. b) Calcule la concentración de sacarosa en el tubo
correspondiente.
4.
Una muestra de un oligosacárido aislado de la planta caña de azúcar que ha dado negativa la
reacción de Fehling, se ensaya para la reacción de Roe y presenta un valor de absorbancia de 0,60
para una alícuota de160 µl. Luego se lo somete a una hidrólisis ácida y una alícuota de 50 µl registró
una absorbancia de 0,95 para el método de Somogy-Nelson. Además, un testigo de fructosa 1,5 mM
presentó las siguientes características:
Alícuota
0,2 ml
0,1 ml
Método
Roe
S. N.
Absorbancia
0,30
0,25
a) Indique una probable estructura del compuesto. Fundamente su respuesta. b) Exprese la
concentración en mM. c) Si las alícuotas usadas para los dosajes por ambos métodos provienen de
una solución 7 mg/ml del oligosacárido, calcule la pureza del mismo.
5.
En una muestra proveniente de la leche de vaca que ha dado positiva la reacción de Fehling, se
ensayan las reacciones de Somogyi-Nelson y Roe en una alícuota de 0,3 ml dando los siguientes
1
valores de absorbancia (descontado el blanco): Somogyi-Nelson = 0,31 y Roe = 0. Después de
sometida a un tratamiento con HCl concentrado, la reacción de Somogyi-Nelson dio una absorbancia
de 0,6 ensayada en la misma alícuota. Un testigo de fructosa 1 mM (0,4 ml) dio una absorbancia de
0,42 para el método de Somogyi-Nelson. a) ¿Qué tipo(s) de sustancia(s) contiene la muestra?
Fundamente su respuesta. b) Exprese la concentración de la muestra en molar.
6.
Con el objetivo de identificar el polisacárido predominante en una muestra de origen vegetal,
se realizaron determinaciones con diferentes tratamientos hidrolíticos: I. La hidrólisis completa con
HCl generó únicamente restos de glucosa. II. No se observó hidrólisis con celulasa. III. El
tratamiento con alfa-amilasa produjo la liberación de unidades de glucosa, maltosa y de un núcleo
grande y ramificado (dextrina). IV. El tratamiento con beta-amilasa produjo sólo maltosa y dextrina.
Indique la posible identidad de la muestra, fundamentando su respuesta en base al modo de acción de
las enzimas utilizadas.
7.
a) Calcule la concentración de un compuesto puro, que se encuentra disuelto en 2 ml de un
solución que se somete a los siguientes ensayos: i) Roe: 0,1 ml de muestra presentaron una
absorbancia de 0,2; mientras que un testigo de fructosa 5 mM presentó una absorbancia de 0,15
cuando se ensayó una alícuota de 0,15 ml. ii) Somogyi-Nelson: 0,4 ml de muestra dieron un valor de
absorbancia de 0. iii) Somogyi-Nelson luego de hidrólisis ácida completa: 0,05ml de alícuota dieron
una absorbancia de 0,60. Un testigo de fructosa 5 mM presentó una absorbancia de 0,40 cuando se
ensayó una alícuota de 0,2 ml. b) Escriba la fórmula estructural del compuesto si los productos de su
metilación exhaustiva e hidrólisis fueron los que se detallan aquí:
CH2OH
CH2OCH3
OH
OCH3
O
H3CO
OCH3
OCH3
H3CO
H3COH2C
OH
O
O
H3CO
OH
OCH3
CH2OCH3
OCH3
8.
En cuatro tubos rotulados como A, B, C y D se encuentran 4 carbohidratos puros: sacarosa,
trealosa, lactosa y maltosa (no necesariamente en ese orden). Designe el compuesto presente en cada
tubo y exprese su concentración en mM a partir de los siguientes datos: i) Después de la metilación
exhaustiva seguida de hidrólisis ácida se obtuvo glucosa tetrametilada en los tubos B, C y D en
concentración de 0,5; 1 y 0,5 mM, respectivamente; mientras que se obtuvo glucosa trimetilada en
los tubos A y D presentando en ambos una concentración de 0,5 mM. ii) Utilizando 200 μl para la
prueba de Roe, sólo el tubo B presentó absorbancia siendo ésta de 0,194. iii) La prueba de SomogyiNelson sólo la dieron positiva los tubos A y D: 200μl de los mismos presentaron una absorbancia de
0,206 y 0,207, respectivamente. iv) Para Somogyi-Nelson post-hidrólisis (150 μl) se obtuvieron los
siguientes valores de absorbancia: A: 0,308; B: 0,310; C: 0,309 y D: 0,308. v) Un testigo de fructosa
1,5 mM rindió una absorbancia de 0,310 para S-N con 100 μl y 0,580 para Roe con 200μl.
9.
Durante la maduración de los frutos de durazno se produce la conversión del almidón en
azúcares solubles, incrementándose el sabor dulce en los frutos. Los principales azúcares presentes
en los frutos maduros son la sacarosa, fructosa, glucosa y en menor proporción el sorbitol. Sin
embargo, después de la cosecha se produce una disminución significativa en el contenido de sacarosa
con el concomitante aumento del contenido de fructosa y glucosa. Con el objetivo de analizar el
contenido de glucosa presentes en diferentes variedades de durazno se pesa 0,5 g del mesocarpo, se
homogeneiza con mortero a 4ºC en una solución tampón adecuada, se centrifuga a 10000 g durante
10 minutos y se determina el contenido de glucosa en el sobrenadante (Vf = 5 mL) mediante el
método enzimático de la hexoquinasa (HK). Esta enzima cataliza la fosforilación de la glucosa por
2
ATP a glucosa-6-fosfato. La glucosa-6-fosfato originada es reducida a 6-fosfogluconato en presencia
de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6P-DH) con reducción paralela de NADP a NADPH:
Glucosa + ATP HK
Glucosa-6-fosfato + ADP
+
Glucosa-6-fosfato + NADP
G6P-DH
+
Fosfogluconato + NADPH + H
En este método enzimático acoplado el aumento en la concentración de NADPH (ε340 = 6220 M-1cm1
) en el medio es proporcional a la concentración de glucosa. El procedimiento consiste en incubar a
37ºC en baño termostatizado la muestra junto con el reactivo enzimático y determinar el aumento de
absorbancia a 340 nm hasta un valor constante (punto final). En la siguiente tabla se muestran los
volúmenes empleados y las A340 obtenidas al emplear este método con los extractos obtenidos a
partir de duraznos de distintas variedades. Informe los contenidos de glucosa de cada una de las
variedades en % PF (% de peso fresco) y en µmol/g de peso fresco.
10. La diabetes mellitus es la patología más común relacionada con alteraciones en el metabolismo
de los hidratos de carbono. La manifestación primaria de esta enfermedad es el aumento del nivel de
glucosa sanguínea (hiperglucemia) respecto a los valores medios poblacionales que oscilan entre
0,70 a 1,10 g/L (en ayunas). En la mayoría de los laboratorios de análisis clínicos la concentración de
glucosa se determina mediante el método enzimático de la glucosa oxidasa. Este método, consiste en
dos reacciones acopladas: en la primera, catalizada por la enzima glucosa oxidasa, se oxida la
glucosa y se genera H2O2. En la segunda reacción, la enzima peroxidasa descompone el H2O2
producida, lo cual provoca la oxidación de un cromógeno que pasa de su forma reducida (incolora) a
su forma oxidada (coloreada). Se extrajeron tres muestras de sangre: una de un paciente diabético,
otra de un individuo sano y una tercera de un paciente diabético al que previamente se le inyectó
insulina. Se separaron las células sanguíneas por centrifugación (ya que éstas siguen consumiendo
glucosa) y se realizó la reacción sobre el suero obtenido. El procedimiento fue el siguiente: se
incubaron 20 µl de suero más 2 ml de reactivo de trabajo comercial durante 10 minutos a 37 ºC y se
leyó en un espectrofotómetro a 505 nm. Los valores de absorbancia obtenidos fueron: 0,78, 0,22 y
0,13, para las 3 muestras, respectivamente. La linealidad del método se extiende hasta 4,5 g/L y el
límite de detección es de 0,005 g/L. Un testigo de glucosa 1 g/L arrojó una absorbancia de 0,25.
Todos los valores tienen descontado el blanco de la reacción. a) Calcular la concentración sanguínea
de glucosa de cada paciente en particular, en g/L y en mM. b) Indique la ventaja de los métodos
enzimáticos a la hora de cuantificar glucosa en suero.
GLUCÓLISIS. FERMENTACIÓN
1. a) Escriba las ecuaciones balanceadas del catabolismo de la glucosa en dos moléculas de
gliceraldehído-3-P, indicando las reacciones que son irreversibles bajo condiciones intracelulares
típicas. Luego escriba la ecuación final de la primera fase de la glucólisis. b) El gliceraldehído-3-P es
convertido a piruvato durante la segunda fase de la glucólisis. Escriba las ecuaciones balanceadas de
este proceso y la ecuación neta.
2. ¿Cuáles de las reacciones dadas abajo serán candidatas probables para acoplarse a la formación de
ATP a partir de ADP y Pi? (considere que las condiciones de reacción son pH 7 y 25°C). El ΔG°’ de
hidrólisis del ATP a ADP y Pi es -7300 cal/mol.
3
ΔG°’ (cal/mol)
a)
b)
c)
Fosfoenolpiruvato + H2O ↔ Piruvato + Pi
3-fosfoglicerato ↔ 2-fosfoglicerato
Glucosa-6-P + H2O ↔ Glucosa + Pi
3.
La hexoquinasa cataliza la reacción:
ATP + Glucosa <----> Glucosa-6-P + ADP
Keq
2,5.1010
1,8.10-1
-3200
Keq = 2,21.103
Calcular la concentración mínima de glucosa-6-P necesaria para forzar a la reacción de la
hexoquinasa a transcurrir en sentido contrario (en el sentido de la formación de la glucosa y ATP) en
presencia de glucosa 10-5 M, ATP 10-3 M y ADP 10-4 M.
4. La combustión completa de la glucosa a CO2 + H2O tiene lugar con un ΔG°’ total de -686
kcal/mol. Cuando este proceso sucede en una célula típica, se producen 30-32 moles de ATP en
forma concomitante a partir de ADP + Pi.
a) Suponiendo que el ΔG’ de hidrólisis del ATP a ADP + Pi es de -10 kcal/mol y que el ΔG’ es
aproximadamente igual al ΔG°’ para la oxidación de la glucosa bajo condiciones intracelulares, ¿qué
fracción de la energía potencial de la glucosa se conserva en forma de ATP?
b) ¿Qué le ocurre a la energía que no se conserva en forma de ATP?
5. Se incuba glucosa marcada en el 14C1 con las enzimas glucolíticas y los cofactores y sustratos
necesarios. ¿Cuál es la distribución de 14C en el piruvato? Realice el mismo seguimiento con
glucosa marcada en C2, C3, C4, C5 y C6.
6. La hexoquinasa muscular y la glucoquinasa hepática son isoenzimas ya que ambas catalizan la
fosforilación de la glucosa en el primer paso de la glucólisis. La enzima de músculo tiene una Km de
0,1 mM y la de hígado una Km de 10 mM. Teniendo en cuenta que la concentración de glucosa
normal en sangre es cercana a 5 mM, ¿cuál es la importancia fisiológica de esta diferencia?
7. La gliceraldehído-3-P deshidrogenasa puede reemplazar al fosfato por arseniato como sustrato. El
producto resultante es el 1-arseno-3-fosfoglicerato, un compuesto inestable que se hidroliza a
arseniato y 3-fosfoglicerato. Escriba una ecuación balanceada para la glucólisis en presencia de
arseniato reemplazando al fosfato. Analice el rendimiento de ATP del proceso en estas condiciones.
8. El hígado puede metabolizar diferencialmente fructosa y glucosa. Mientras que la glucosa es
fosforilada en la posición 6 por la glucoquinasa, la fructosa es fosforilada en la posición 1 por la
fructoquinasa. La ruta de la fructosa cortocircuita la reacción de la fosfofructoquinasa de la glucólisis
mediante el uso de una enzima que rompe la fructosa-1-P en dos compuestos de tres átomos de
carbono. Escriba las ecuaciones para la secuencia de transformaciones químicas involucradas (hasta
piruvato).
9. Se incubaron en condiciones estrictamente anaeróbicas 0,5 ml de extracto de levaduras
(conteniendo 4,8 mg/ml de proteína) en 50 mM MES pH 5,5, NaPi en exceso y con glucosa como
única fuente de carbono en un volumen final de 2 ml. A los 20 minutos se tomaron dos alícuotas
determinándose 30 μmoles de etanol en 0,1 ml y 80 μmoles de glucosa en 0,2 ml. a) Calcule la
concentración de glucosa inicial en mM, considerando que la única vía de la degradación de la
glucosa es la fermentación alcohólica. b) Determine los μmoles de 14CO2 producidos a los 30
minutos si la glucosa estaba marcada con 14C1.y, alternativamente, en C3. c) Explique cómo se
4
afectaría la velocidad de consumo de glucosa si las levaduras son incubadas en condiciones
aeróbicas. d) Analice la importancia comercial del proceso de fermentación etanólica.
10. En dos tubos diferentes se incubaron extractos celulares de músculo de conejo (tubo A) y de
levaduras (tubo B) con fosfato y glucosa marcada isotópicamente (14C) en forma uniforme en un
medio anaeróbico (con NaN3) a pH 5 y 30°C. Las medidas de radiactividad, en alícuotas iguales de
medio, a tiempo cero (antes de agregar las células) y luego de 1 hr. de incubación se muestran en la
siguiente tabla:
Tiempo (min)
0
60
% de RADIOACTIVIDAD
Tubo A
100
98
Tubo B
100
65
a)
¿Qué explicación encuentra para estos resultados?
b)
Construya una tabla con los valores teóricos de % de radioactividad que esperaría encontrar si
el experimento se realizara en idénticas condiciones pero con (14C1) glucosa.
c)
Igual que en b) pero con (14C3) glucosa.
11. Se prepararon varios tubos de ensayo que contenían 1 ml de levaduras (2.107 células/ml)
privadas de fosfato, 1 ml de una solución reguladora y 3 ml de una solución de glucosa 5 mM. A
tiempo 0 se les hicieron los agregados (volúmenes despreciables) que se detallan en la columna A de
la tabla y se tomó una alícuota de cada mezcla (volumen despreciable), la cual se hizo reaccionar por
el método de la glucosa oxidasa obteniéndose los valores que se indican en la columna B. Luego de
30 minutos se repitió la operación (los datos obtenidos figuran en la columna C). Todos los valores
de absorbancia han sido obtenidos en idénticas condiciones de ensayo.
a)
Una con flechas los datos de la columna C a los de las columnas A y B según lo esperado para
el consumo de azúcar en cada condición. Determine la velocidad de consumo de glucosa en
µmol/min.106 células para cada caso. Compare los resultados obtenidos.
b)
Teniendo en cuenta que el consumo de glucosa es lineal en función del tiempo, ¿cuándo será
consumida totalmente la glucosa en los casos anteriores?
A
AGUA
Pi 50 mM
Pi + NaN3
Pi + NaF
B
0,80
0,79
0,82
0,80
C
0,20
0,78
0,78
0,47
12. Se desea estudiar el efecto de tres compuestos (A, B y C) sobre la vía glucolítica. Para ello, se
utiliza una suspensión de levaduras privadas de fosfato aplicando el protocolo que se muestra en la
tabla (todos los volúmenes están expresados en ml). Después de incubar 30 minutos a 30°C, se midió
la absorbancia obtenida por el método de la glucosa oxidasa en alícuotas de 0,4 ml (volumen final de
lectura de 3 ml).
5
Tubo
1
2
3
4
Glucosa
50 mM
1
1
1
1
A
B
C
Buffer
Cél.
0,2
-
0,7
-
1
1
1,5
0,3
0,8
0,5
1,5
1,5
1,5
1,5
AAbco.
0,50
0,50
0,18
0,32
Se realizó una curva de calibración a partir de una solución de glucosa 50 mM utilizándose el mismo
método de dosaje (volumen final de lectura de 3 ml).
Tubo
Glucosa (50 mM)
A - Abco.
1´
0,2 ml
0,99
2´
0,15 ml
0,74
3´
0,10 ml
0,50
4´
0,05 ml
0,26
a) Calcule la velocidad de consumo de glucosa en cada tubo expresada en µmol por minuto. b)
Proponga que compuestos podrían ser A, B y C. c) Determine el sitio y modo de acción de estos
compuestos.
13. Ciertos microorganismos pueden crecer en anaerobiosis realizando diferentes metabolismos
fermentativos según las condiciones del medio ambiente en el cual se encuentren creciendo. Con el
objetivo de caracterizar el tipo de metabolismo en 3 condiciones diferentes se realizó un experimento
de pulso con glucosa marcada en diferentes carbonos y luego de un determinado tiempo en el cual se
metaboliza completamente la glucosa marcada se ensayó la radiactividad obtenida en los productos
finales. a) Explique el metabolismo fermentativo realizado por el microorganismo en cada una de las
condiciones e indique la identidad de los compuestos marcados. b) Calcule la velocidad de formación
de los compuestos marcados en cada caso considerando que la velocidad de consumo de glucosa es
0,15 µmol/min.
CONDICIÓN
% Radiactividad Glucosa (14C1)
% Radiactividad Glucosa (14C3)
El 100% de la marca se encuentra en un
El 100% de la marca se encuentra en un
I
compuesto de 3 C
compuesto de 3 C
El 100% de la marca se encuentra en un
EL cultivo no presentó radioactividad
II
compuesto de 2 C
El 50% de la marca se encuentra en un Se obtuvo sólo un 50% de la marca en un
III
compuesto de 3 C
compuesto de 3 C, y el 50% restante en un
compuesto de 2 C
14. El consumo excesivo de alcohol produce daño hepático, entre otros. Al no poder ser excretado
como tal, es metabolizado en el hígado. Describa la secuencia de reacciones involucradas en este
proceso. ¿Cuáles son los efectos del exceso de NADH producido? ¿Qué relación tiene esto con otras
vías metabólicas?
CICLO DE KREBS
1.
El ciclo del ácido cítrico utiliza 8 enzimas para catabolizar el acetil-CoA. a) Escriba la
ecuación balanceada para la reacción catalizada por cada enzima. b) ¿Qué cofactores se requieren en
cada reacción enzimática? c) Para cada enzima indique el tipo de reacción que cataliza: condensación
(formación de un enlace C-C), deshidratación, hidratación, descarboxilación, oxidorreducción,
6
fosforilación a nivel de sustrato, isomerización. d) Escriba la ecuación neta balanceada para el
catabolismo del acetil-CoA a CO2.
2.
Un cultivo bacteriano respirando activamente es incubado con glucosa 14C1 y, posteriormente,
se aislan los intermediarios de la glucólisis y del ciclo del ácido cítrico. ¿Dónde estará el 14C en cada
una de las siguientes sustancias? Considerar sólo la incorporación inicial de 14C en tales compuestos:
a) Fructosa-1,6-bisP; b) Gliceraldehído-3-P; c) Fosfoenolpiruvato; d) Acetil-CoA; e) Citrato; f) αCetoglutarato; y g) Oxaloacetato. ¿Cuántas vueltas del ciclo son necesarias para que todo el 14C se
desprenda como CO2?
3.
Se incuba piruvato marcado en el 14C2 con una suspensión de mitocondrias. Determine: a) el
número de carbono en que aparecerá inicialmente marcado el fumarato. b) cuántas moléculas de CO2
se generan en la secuencia de reacciones desde piruvato a fumarato. c) en esa misma secuencia,
cuántas moléculas de alta energía (ATP y GTP) se generan, considerando la oxidación de NADH y
FADH2 en la cadena de transporte de electrones. d) Explique qué efecto tendría sobre el
funcionamiento del ciclo de Krebs si se somete a condiciones anaeróbicas esta suspensión
mitocondrial. e) Tanto el OAA como el resto de los intermediarios del ciclo de Krebs pueden
disminuir su concentración porque son utilizados para reacciones biosintéticas. Existen reacciones
alternativas que operan para prevenir esta situación. Plantee las ecuaciones de estas reacciones.
4.
La respiración celular puede ser estudiada usando preparaciones de mitocondrias aisladas y
midiendo su consumo de O2 bajo diferentes condiciones. Si se agrega 10mM de malonato de sodio a
mitocondrias que se encuentran respirando activamente usando piruvato como fuente combustible, la
respiración se detiene rápidamente. Explique por qué sucede ésto, indicando el efecto del malonato
sobre el ciclo de Krebs y el consumo de O2.
5.
El transporte de malato y α-cetoglutarato a través de la membrana mitocondrial interna es
bidireccional e inhibido por n-butilmalonato. a) De acuerdo a sus conocimientos sobre metabolismo,
explique en qué proceso(s) está involucrado este sistema de transporte; b) Considerando que la
lanzadera Malato/Asp es la única presente en hígado, determine el rendimiento de ATP en una
suspensión aeróbica de células hepáticas que oxidan completamente la glucosa en los siguientes
casos: CASO 1: 1mol de glucosa; CASO 2: 1mol de glucosa + n- Butilmalonato; c) Prediga el efecto
del n-butilmalonato sobre la glucólisis.
GLUCONEOGÉNESIS. CICLO DEL GLIOXILATO
1.
¿Es posible obtener síntesis neta de oxaloacetato agregando acetil-CoA en un homogenado
mitocondrial que contiene las enzimas y cofactores del ciclo del ácido cítrico? Fundamente su
respuesta mediante ecuaciones balanceadas.
2.
Un procedimiento usado para determinar la efectividad de compuestos no glucosídicos como
precursores de glucosa es ayunar al animal hasta que sus reservas de glucógeno hepático se agoten y
luego administrar el sustrato a estudiar. Un sustrato que conduce a un incremento neto en el
glucógeno hepático es denominado glucogénico, éste debe primeramente ser convertido en glucosa6-P. a) Demostrar por medio de reacciones enzimáticas conocidas cuál o cuáles de los siguientes
sustratos son glucogénicos.
a) Piruvato b) Lactato c) Glicerol d) Succinato e) Aspartato
7
b) Si la relación NADH/NAD+ en el citosol fuera muy alta (como por ejemplo luego de la ingesta de
alcohol), ¿a partir de cuál de estos compuestos (a-d) se bloquearía la gluconeogénesis?
3.
Si en un extracto de hígado de rata que lleva a cabo gluconeogénesis a partir de piruvato se
adiciona HCO3- marcado (14C), ¿cuál o cuáles carbonos de la glucosa resultarán marcados? Si en el
experimento anterior se suprime el HCO3- marcado y se adiciona piruvato marcado uniformemente
con 14C, ¿cuál o cuáles átomos de la glucosa resultarán marcados?
4.
La avidina es un potente inhibidor de las reacciones que requieren biotina.¿Qué reacciones
involucradas en la gluconeogénesis serán inhibidas en un extracto de hígado de rata al adicionar
avidina?
5.
Un homogenado de hígado fue incubado en un medio que contenía lactato 10 mM como única
fuente de carbono y ATP 500 mM (volumen final de 3 ml). Al cabo de 30 minutos la concentración
de lactato fue 0,13 mM. a) Calcule la velocidad de consumo de lactato expresándola en μmoles/min.
En base a este dato y suponiendo que todo el lactato se convierte en glucosa, ¿qué velocidad de
producción de glucosa esperaría encontrar? b) Luego de 25 minutos de incubación mediante el
método de glucosa oxidasa se obtuvo un valor de absorbancia 0,150 utilizando una alícuota de 0,2 ml
de la muestra, mientras que una alícuota de 0,1 ml de un testigo de glucosa 2 mM dio una
absorbancia de 0,100. Calcule la velocidad de producción de glucosa expresándola en μmoles/min. c)
En base a los datos obtenidos en los items a) y b), ¿qué destinos metabólicos tuvo el resto del lactato
consumido?
6.
Ciertas cepas mutantes de levaduras pueden crecer en un medio mínimo utilizando como única
fuente de carbono el etanol. Esto lo logran invirtiendo la dirección de la reacción de la última enzima
de la fermentación alcohólica (E1). El producto de esta reacción es oxidado por una deshidrogenasa
(E2) a un ácido carboxílico de dos carbonos que finalmente se condensa con la coenzima-A por E3.
a) Esquematice la ruta de reacciones desde etanol hasta el producto condensado con CoA,
nombrando las enzimas (E1, E2 y E3) y sus productos. b) El producto de E3 es utilizado por la
levadura para generar intermediarios de cuatro carbonos para la biosíntesis de aminoácidos y
glucosa. ¿Qué ruta anaplerótica le permite a la levadura crecer en etanol? Esquematice la ruta hasta
la generación de succinato e indique la ecuación global balanceada. c) Si la levadura crece con etanol
marcado con 14C en el C2. ¿Dónde aparecerá la marca en el succinato?
7.
Bacterias como Escherichia coli pueden vivir en medios conteniendo acetato como única
fuente de carbono y energía. Parte del acetil-CoA generado (reacción de la enzima acetil-CoA
sintetasa) es utilizado para generar ATP y NADH y parte para sintetizar glucosa. a) ¿Cuál es la
cantidad mínima de acetato que necesitan estas bacterias para sintetizar 1 mmol de glucosa,
considerando que la energía y el poder reductor requeridos provienen de la oxidación completa del
acetato a CO2? Justifique. b) ¿Cuál es la importancia del ciclo del glioxilato en semillas en
germinación?
8.
En un experimento, se incuba durante 1 hora un extracto hepático con un pulso de los
siguientes compuestos marcados: I) oxaloacetato marcado con 14C en C4 y II) acetil-CoA marcado
con 14C en el grupo metilo.
a) Indique si en algún tubo obtendrá glucosa marcada. En caso afirmativo, indique las enzimas
involucradas en la síntesis de glucosa marcada. En caso negativo, justifique mediante ecuaciones la
pérdida de la marca radiactiva.
b) ¿En qué caso obtendrá la síntesis de glucosa de manera neta? Justifique.
8
c) Si el extracto fuera de E. coli, ¿podría obtener glucosa neta? Justifique.
d) Indique si la síntesis neta de glucosa del caso b es inhibida por: i) avidina; ii) un inhibidor de la
malato deshidrogenasa; iii) Fructosa2,6-biP; iv) inhibidor del transporte de glucosa6P del retículo
endoplasmático. Justifique en cada caso.
VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO
1.
Se realizan los siguiente experimentos con isótopos para determinar qué fracción del
catabolismo de la glucosa procede vía glucólisis vs vía de las pentosas:
a) Células hepáticas se dividen en dos fracciones; una de ellas se incuba con glucosa 14C1, y la
otra con glucosa 14C3. Se comparan las velocidades iniciales por las cuales la marca aparece
como CO2. Explique las bases químicas del diseño experimental.
b) ¿Con qué extracto se obtendrá mayor cantidad de 14CO2, al incubarlo con glucosa 14C1?:
Extracto de miocitos de músculo esquelético que se encontraba realizando una contracción
vigorosa o extracto de hepatocitos que se encontraban sintetizando ácidos grasos.
2.
Escriba la ecuación balanceada para la obtención de NADPH a través de la oxidación completa
de glucosa-6-P a CO2.
3.
Se incuba 2.9 ml de una solución de glucosa 5 mM con 100 μl de un extracto de tejido adiposo
(5.106 células/ml) cuyas células requieren grandes cantidades de NADPH para poder realizar
biosíntesis reductoras. Es por eso que el 80% de la glucosa es metabolizada completamente a CO2
por la ruta de las pentosas fosfato en 1392 segundos. a) Calcule la velocidad de consumo de glucosa
y velocidad de producción de NADPH y CO2 por dicha vía (μmol/min.106 células). b) Se observó
que se producen 23,2 μmoles de CO2 marcado ¿en cuántos carbonos estaba marcada la glucosa?
4.
Escriba la ecuación balanceada para la síntesis de ribosa-5-P desde glucosa-6-P, sin la
generación de NADPH.
5.
Se agregan 75 nmoles de ribosa-5Pi marcada con 14C1 a una solución que contiene las
siguientes enzimas: transcetolasa, transaldolasa, fosfopentosa epimerasa y fosfopentosa isomerasa.
a) ¿Cuál es la distribución de la marca radiactiva en el gliceraldehído-3-Pi y en la fructosa-6-Pi que
se forman en el medio de reacción? b) Escriba una ecuación de la reacción global, suponiendo que a
los 30 minutos las reacciones son completas. c) Si la cantidad de fructosa-6-Pi producido en el item a
se incubara en una cubeta de 1 ml con NADP+ 0,04mM y las enzimas hexosaisomerasa y glucosa-6Pi deshidrogenasa por un tiempo suficiente para completar las reacciones, ¿cuál sería la variación de
la absorbancia que se registraría en la cubeta? ε340 NADPH = 6,2mM -1 .cm-1.
6.
Se incubó glucosa-14C6 con una suspensión de eritrocitos en presencia de un potente inhibidor
de la fosfoglucoisomerasa. Al cabo de un tiempo se detectó la presencia de piruvato marcado con
14
C. ¿Mediante qué vía metabólica se llegó a la producción del piruvato marcado? Detalle la vía e
indique qué % de la población de piruvato espera encontrar marcado y en qué carbono.
7.
Leuconostoc mesenteroides es una bacteria que carece de la enzima aldolasa, por lo cual la vía
de las pentosas fosfato es fundamental. Además, posee ciertas enzimas extra que le permite generar
etanol y lactato. Una de estas enzimas es la fosfocetolasa que cataliza la siguiente reacción: Ribulosa
5P + Pi → Acetil-P + Gliceraldehído 3P. El Acetil-P por una serie de enzimas da lugar a la
producción de etanol, mientras que el Gliceraldehído 3P formará lactato por la vía glucolítica. Se
realiza un extracto de estas bacterias y 40 μl del mismo se utilizan para determinar la concentración
9
de proteínas por el método de Lowry (volumen final 5 ml), obteniéndose una absorbancia de 0,6. Un
testigo de albúmina (20 μl) de una concentración 2 mg/ml dio una absorbancia de 0,6 por el mismo
método. 0,5 ml del extracto de bacterias se incuba, en condiciones anaeróbicas, con 10 μl de una
solución de glucosa 1 M en un volumen final de 3 ml. Al cabo de 20 min se extrae una alícuota de
300 μl y se determina una absorbancia de 0,40 por el método de la glucosa oxidasa. Una alícuota de
0,5 ml de un testigo de glucosa 1 mM dio, por el mismo método, una absorbancia de 0,50. Calcule la
velocidad de consumo de glucosa y las velocidades de producción de CO2, lactato y etanol. Exprese
los resultados en μmol/min.mg de proteína.
METABOLISMO DEL GLUCÓGENO. DISTURBIOS METABÓLICOS
1.
¿Cuántos enlaces fosfato de alto contenido energético se consumen durante la síntesis de
glucógeno a partir de: a) 1 mol de glucosa-1-fosfato, b) 1 mol de fructosa 1,6 bisfosfato, c) 1 mol de
glucosa, d) 1 mol de oxaloacetato.
2.
a) ¿Cuál es el destino de un residuo de glucosa almacenado como glucógeno en el músculo
durante ejercicio vigoroso? Especifique el rol del hígado en este proceso. b) Describa un ejemplo de
regulación covalente y uno de regulación alostérica de enzimas implicadas en el metabolismo del
glucógeno, especificando la relevancia fisiológica de dichas regulaciones.
3.
Considerando una molécula de glucógeno de masa molecular 105 (PM residuo glucosa: 162) y
en la cual el 10% de los residuos son puntos de ramificación, indique: a) la cantidad de ATP total
que se formaría al degradarla hasta piruvato; b) ¿cuánto ATP sería necesario para sintetizar dicha
molécula de glucógeno a partir de piruvato?. c) Analice el balance neto de ATP entre las dos vías.
4.
Un homogenado de hígado (Vf = 3mL) es incubado con glicerol marcado en el carbono 2.
Luego de 20 minutos se determinó la formación de 2,4 μmoles de glucógeno. a) ¿Cuántos enlaces de
alta energía fueron necesarios para la síntesis de dicha cantidad de glucógeno (masa molecular
promedio de glucógeno: 105). b) ¿En qué carbonos se encuentran marcados los residuos de glucosa
presentes en el glucógeno. c) Esquematice la vía indicando los residuos marcados, nombre las
enzimas y sus cofactores.
5.
Existe una enfermedad genética fatal en la cual la actividad fosforilasa del hígado es deficiente,
pero la actividad de la glucógeno sintasa es normal. ¿Qué síntomas manifestaría un paciente con esta
enfermedad?
1) Baja glucosa en sangre.
2) Alta glucosa en sangre.
3) Bajos niveles de glucógeno hepático.
4) Altos niveles de glucógeno hepático.
6.
Una muestra de tejido hepático fue obtenida post-mortem del cuerpo de un paciente,
probablemente con deficiencias genéticas en una de las enzimas del metabolismo de carbohidratos.
El homogenado de la muestra de hígado tiene las siguientes características:
i. Degrada glucógeno a glucosa-6-P.
ii. Fue incapaz de sintetizar glucógeno a partir de cualquier azúcar o utilizar galactosa como fuente
de energía.
iii. Sintetizó glucosa-6-P a partir de lactato.
Indique a cuál de las siguientes enzimas podría atribuirse la deficiencia de este tejido:
10
a. Glucógeno fosforilasa.
b. Fructosa bisfosfatasa.
c. UDP-glucosa pirofosforilasa.
Explique el motivo de su elección.
7.
En un experimento, se suministra a un voluntario en reposo una pequeña cantidad de lactosa
uniformemente marcada con 14C. Un estudio efectuado 24 horas después demuestra que la marca
radiactiva se encuentra distribuida en 2 fracciones bien definidas: 60 % en gran parte de la masa
corporal, mientras que el 40 % restante se ubica en el hígado. Una muestra de sangre obtenida en ese
momento no presenta radiactividad. Luego de transcurridas 72 horas se somete al individuo a
actividad física intensa pero de corta duración. Una muestra de sangre obtenida en este momento
presenta radiactividad. a) Explique la distribución inicial de la radiactividad. b) Indique qué
compuesto(s) podría(n) ser responsables de la radiactividad en la sangre.
8.
Un niño de dos años, de muy bajo desarrollo para su edad, es internado con convulsiones en el
servicio de terapia intensiva pediátrica de un hospital. El nivel de glucosa en su sangre al ingreso es
de 24 mg/dl (valor normal: 70-110 mg/dl). El médico comprueba, además, que el niño presenta un
hígado aumentado de tamaño. El paciente es tratado con una dieta hipertónica para aumentar su
glucosa sanguínea, pero el valor de la misma se mantiene siempre muy por debajo del valor normal
(hipoglicemia). Ante la sospecha de una deficiencia enzimática, se decide inyectar al niño por vía
endovenosa glucosa marcada uniformemente con 14C. Al cabo de unas horas se practica biopsia
hepática y muscular, encontrándose en ambos tejidos glucógeno marcado radiactivamente y de
estructura normal. En hígado se encuentra, además, la acumulación de un azúcar-P marcado
radiactivamente. Indique a qué deficiencia enzimática podría correlacionar este caso: a) glucógeno
fosforilasa; b) α-1,6 glucosidasa; c) glucosa-6-fosfatasa; d) UDP-glucosa pirofosforilasa. Explique el
por qué de su elección y por qué descarta las otras tres posibilidades. Indique la reacción catalizada
por la enzima elegida y su localización subcelular.
11