1. INTRODUCCIÓN A LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS 1. Mencione las características comunes de las membranas biológicas. 2. ¿Cuáles son los principales tipos de lípidos en las membranas? Mencione 5 residuos de alcohol de los fosfoglicéridos 3. ¿Cuáles son las actividades biológicas de las fosfolipasas, cuáles se han aislado y cuál es su especificidad? 4. (a) ¿Qué estructuras pueden adoptar en un medio acuoso los fosfolípidos y glicolípidos de acuerdo a su estructura química? 5. (a) ¿Cómo se ha estudiado la permeabilidad de la bicapa de lípidos a los iones y a las sustancias polares? (b) ¿Cómo se pueden analizar o separar las proteínas de membrana? 6. (a) ¿Cómo se ha demostrado que muchas proteínas de membrana se encuentran embebidas o que atraviesan la bicapa de lípidos? (b) ¿Cómo se ha demostrado que las proteínas de membrana plasmática tienen difusión lateral? (c) En que consiste el movimiento flip-flop (transversal) de los fosfolípidos de membrana? 7. Explique cómo se controla la fluidez de las membranas. 8. ¿Cómo se puede demostrar que los residuos de carbohidratos en las membranas están en la parte exterior de las mismas? 9. Describa la manera de predecir las hélices transmembrana a partir de la secuencia de aminoácidos de la proteína. 2. TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANAS 1. (a) ¿Cuáles son los tipos de transporte en las membranas biológicas? (b) ¿Cómo podemos distinguir entre transporte activo y transporte pasivo? (c) ¿Cuáles son las clases generales de sistemas de transporte mediado de acuerdo a (c1) estequiometría del proceso y (c2) al carácter eléctrico del ion transportado? (d) ¿Cuáles son los papeles de los sistemas de transporte específicos? 2. (a) Describa el funcionamiento del acarreador de glucosa de eritrocitos y del sistema de cotransporte de Cl- y HCO3- (intercambiador de aniones). 3. (a) ¿Cómo se puede calcular el cambio de energía libre para especies (a1) sin carga y (a2) con carga? (b) Calcule el G para el transporte de una molécula no cargada (b1) de c1 = 10-3 mM a c2 = 10-1 mM y (b2) de c1 = 10-1 mM a c2 = 10-3 mM. Indique si el transporte es pasivo o activo. T = 25oC (298oK). 4. ¿Cuáles son los tres tipos generales de ATPasas de transporte? + + 5. ¿Cómo se genera el gradiente iónico de Na y K a través de la membrana celular? 6. ¿Cómo se bombean del citosol los iones calcio? 7. Describa el transporte activo secundario (TAS) 8. La concentración de Na+ dentro de una célula es aproximadamente 12 mM, la cual está bañada por el plasma con una concentración de Na + de 145 mM. El potencial transmembrana típico de una célula es de -0.07 V (adentro negativo en relación al exterior). ¿Cuál es la energía libre para el transporte de 1 mol de Na + fuera de la célula a 37oC? NOTA: Cuando un ion positivo es transportado desde el lado negativo de la membrana, hasta el lado positivo, el signo del potencial es positivo. Por el contrario, cuando es transportado al lado negativo, el signo es negativo. R = 1.987 x 10-3 kcal mol-1 oK-1 (8.315 x 10-3 kJ mol-1 oK-1). Faraday = 23.062 kcal mol-1 V-1 (96.5 kJ mol-1 V-1). 1 9. El jugo gástrico (pH 1.5) es producido por el bombeo de ácido clorhídrico desde el plasma (pH 7.4) hacia el estómago. (a) Calcule la energía requerida para concentrar los H + en un litro de jugo gástrico a 37oC. NOTA No tome en cuenta el cálculo por la carga. 3. ACCIÓN HORMONAL 1. (a) Defina lo que es una hormona y haga una clasificación de acuerdo a la distancia que hay entre el sitio de acción y el sitio de síntesis. (b) Haga una clasificación breve de las hormonas en base a su naturaleza química (c) ¿Cómo se pueden clasificar los mecanismos generales de transducción hormonal? 2. Describa los tipos generales de transductores de señales. 3. (a) ¿Quién sintetiza y degrada al AMPc? (b) ¿Qué efecto tendrían la cafeína y la teofilina sobre los niveles de AMPc? 4. (a) Mencione algunos efectos metabólicos del AMPc (b) Explique cómo se acoplan los receptores con la adenilato ciclasa (AC) (c) ¿Cuántas y cuáles son las subunidades de las proteínas G acopladas a la AC? 5. (a) ¿Cuál es el papel del GTP en la activación de la AC? (b) ¿Cómo actúa la toxina del cólera? 6. (a) ¿Cuál es el mecanismo por medio del cual el AMPc activa a la proteína cinasa? (b) Describa el sistema de la guanilato ciclasa (c) Explique la vía de formación del inositol trifosfato y del diglicérido y sus efectos biológicos. 7. (a) ¿Cuál es la estructura y función de la calmodulina? (b) Explique los efectos metabólicos de la insulina y su mecanismo de acción (c) Explique como actúan las hormonas esteroides y tiroideas. 4. METABOLISMO, CONCEPTOS BÁSICOS Y VISIÓN DE CONJUNTO 1. (a) ¿Cómo puede definir metabolismo? (b) ¿Cuáles son la etapas en la extracción de energía de los alimentos? (c) ¿Cuáles son algunas razones por las que las vías catabólicas y anabólicas son diferentes? (d) Explique tres maneras de regulación de las vías metabólicas. 2. (a) ¿Defina Go’ y cómo se puede calcular el Go’ de una serie de reacciones acopladas? (b) ¿Cuál es la diferencia entre G y Go’? (c) ¿Cuál es la relación entre la Keq y el Go’? 3. (a) ¿Cuáles son las dos reacciones de hidrólisis del ATP por medio de los cuales se puede liberar energía libre? (b) ¿Cuál es el G y el Go’ de la hidrólisis del ATP? (c) ¿Qué reacción cataliza la enzima adenilato cinasa (miocinasa)? (d) ¿Cuál es la estabilidad del o’ PPi en condiciones celulares y su G ? (e) ¿Qué reacciones cataliza la enzima nucleósido difosfocinasa? (f) ¿Qué reacción cataliza la enzima nucleósido monofosfato cinasa? 4. (a) De manera general, mencione en que reacciones se sintetiza y se consume el ATP (b) Mencione algunos compuestos fosforilados que tengan un Go’ menor y otros que tengan un Go’ mayor que el ATP, ¿Cuál es el significado práctico de esto? (c) Explique como el acoplamiento de una reacción termodinámicamente desfavorable puede convertirse en una favorable cuando se acopla a la hidrólisis de ATP. 5. (a) ¿Cuáles son los acarreadores de electrones en las reacciones de óxido-reducción? (b) ¿Cuál es el tipo de reacciones en donde el acarreador de electrones es el NAD + y el FAD? (c) ¿Cuál es la diferencia estructural y funcional entre el NADH y el NADPH? 2 6. (a) ¿Cuál es el acarreador universal de grupos acilo? (b) ¿Que moléculas acarrean: (1) grupos fosforilo, (2) electrones, (3) acilo, (4) aldehído, (5) CO 2, (6) unidades de 1 carbono, (7) grupos metilo, (8) glucosa y (9) fosfatidato? 7. (a) ¿Cuáles son las vitaminas hidrosolubles precursores de coenzimas? (b) ¿Cuáles son las principales vitaminas liposolubles? 9. Calcule el Go’ para la isomerización de la glucosa 6 fosfato a glucosa 1 fosfato. ¿Cuál es el cociente en el equilibrio de glucosa 6 fosfato a glucosa 1 fosfato a 25ºC? 5. HIDRATOS DE CARBONO 1. (a) ¿Cuáles son las funciones de los carbohidratos? (b) ¿Cómo se clasifican los carbohidratos? (c) ¿Cómo se calcula el número de isómeros de un compuesto? (d) ¿Qué es un enantiómero y un epímero? De un ejemplo de cada uno. 2. (a) ¿Qué es un hemiacetal y un hemicetal intramoleculares? (b) ¿Qué es un anómero? (c) ¿Qué es mutarrotación? (d) ¿Cuál es la conformación más estable de los anillos de carbohidratos en forma de furano y de pirano? (e) ¿Qué es un enlace glicosídico y como se puede formar? 3. b) ¿Qué es un disacárido y mencione tres ejemplos de los disacáridos mas abundantes? (d) ¿Cuáles son los principales polisacáridos de reserva y estructurales y su estructura en el espacio? 6. GLICÓLISIS 1. (a) Defina glicólisis y fermentación (b) ¿Cuáles son los destinos catabólicos que puede tomar la glucosa dependiendo de la presencia o ausencia de oxígeno y del tipo de célula? (c) Describa los tipos de reacción involucrados en la glicólisis. 2. (a) ¿Cuáles son las características de las dos etapas en las que se divide la glicólisis? 3. (a) Escriba la ecuación balanceada para la conversión de glucosa a piruvato, a lactato y a etanol (b) ¿Qué es fosforilación a nivel de sustrato? 4. (a) ¿Cuál es la diferencia entre la glucocinasa y la hexocinasa y cómo se regula esta última? (b) ¿Cómo se regula la actividad de la fosfocructocinasa-1 (PFK-1)? Describa el papel de fructosa 6 fosfato, ATP, citrato y fructosa 2,6 bifosfato (c) ¿Cómo se controla la actividad de la piruvato cinasa? Describa el papel de ATP, alanina, acetil CoA y ácidos grasos de cadena larga 5. Describa el concepto de válvulas metabólicas de las enzimas regulatorias. 6. (a) Explique cuál es el efecto del arsenato y del iodoacetato sobre la glicólisis (b) ¿Que coenzimas son indispensables para la conversión de piruvato a etanol? (c) ¿Cuáles iones metálicos son cofactores indispensables para la conversión de glucosa a lactato y de glucosa a etanol? (d) ¿Qué efecto tendría sobre la glicólisis anaeróbica la inhibición de la reacción catalizada por la lactato deshidrogenasa? 7. (a) Explique como pueden entrar a la vía glicolítica otros monosacáridos como fructosa, manosa y galactosa. Mencione las enzimas adicionales que se requieren en cada caso (b) ¿Cómo afectaría a la conversión de galactosa a glucosa la ausencia de NAD+? 8. Escribe la ecuación balanceada de la conversión de glucosa a lactato - ¿Cuál es el cambio de energía de esta reacción cuando la concentración de los reactantes son: Glucosa 5 mM; Lactato 0.05 mM; ATP 2 mM; ADP 0.2 mM y Pi 1 mM 7. CICLO DE KREBS 3 1. En relación con la reacción catalizada por el complejo de piruvato deshidrogenasa indique (a) la ecuación balanceada y el sitio de la célula en donde se lleva a cabo esta reacción (b) las enzimas que la forman y las coenzimas que participan en esta reacción, (c) la secuencia de transformaciones que da lugar a la formación de productos, (d) la manera en que se regula la actividad del mismo y (e) la forma en que el piruvato ingresa a la mitocondria. 2. Haga un bosquejo del ciclo de Krebs indicando: (a) las reacciones individuales con el cambio de energía libre estándar y la reacción global balanceada, (b) si se puede obtener síntesis neta de oxaloacetato en el ciclo de Krebs, (c) las reacciones del ciclo de Krebs en donde se produce CO2, NADH, FADH2 y GTP, (d) la enzima que está unida a la membrana interna mitocondrial, (e) el complejo enzimático que es muy parecido estructural y funcionalmente al complejo de la piruvato deshidrogenasa, (f) la enzima que tiene un centro hierro-azufre, (g) la reacción en donde se lleva a cabo una fosforilación a nivel de sustrato, (h) la reacción que es inhibida por malonato 3. ¿Por medio de que reacción se sintetiza ATP a expensas del GTP sintetizado en el ciclo de Krebs? 4. ¿Cómo se regula la actividad del ciclo de Krebs? Mencione el papel y sitio de acción del ATP, acetil CoA, NADH, succinil CoA y ADP 5. (a) ¿Qué significa que el ciclo de Krebs es una vía anfibólica? (b) ¿Qué productos se pueden sintetizar a partir de los intermediarios del ciclo de Krebs? (c) ¿Qué es una reacción anaplerótica? (d) ¿En que reacción(es) anaplerótica(s) la biotina es una coenzima? (e) ¿Qué reacciones son inhibidas por avidina? 6. (a) ¿En que consiste el ciclo del glioxilato, cuál es su ecuación balanceada, en que parte de la célula se lleva a cabo y cuál es la diferencia con el ciclo de Krebs? 8. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 1. (a) Defina fosforilación oxidativa e indique donde se lleva a cabo este proceso en eucariontes y en procariontes (b) Describa la manera en que la fosforilación y la oxidación están acopladas; explique la teoría quimiosmótica. 2. (a) ¿Qué enzimas recolectan los electrones que van a alimentar la cadena de transporte de electrones y de dónde se recolectan? Dé ejemplos específicos (b) ¿Que enzima cataliza la reacción NADPH + NAD+ ----> NADH + NADP+? (c) ¿Cuáles son las tres maneras en que los electrones son transferidos por los grupos prostéticos de los acarreadores de electrones de la cadena respiratoria mitocondrial? + 3. (a) Además de las flavoproteínas y del NAD , ¿cuáles son los 3 tipos de acarreadores de electrones presentes en la cadena respiratoria? (b) ¿Cuáles son los complejos de transporte de electrones que están presentes en la cadena respiratoria? (c) Describa cómo se ha deducido el orden en el que actúan los acarreadores de electrones en la membrana interna mitocondrial. 4. (a) ¿Cuáles son las reacciones que cataliza el complejo I conocido como NADH deshidrogenasa y NADH Q reductasa? (b) ¿Qué otro nombre recibe el complejo II? 5. (a) ¿Qué proteínas componen el complejo III de transporte de electrones? (b) ¿Qué otro nombre recibe el complejo IV y cuáles son sus componentes? 6. (a) ¿Cuál es la topología de la ATP sintetasa en la membrana interna mitocondrial? (b) ¿Con qué experimentos puede demostrarse que la oxidación y la fosforilación son procesos acoplados? Puede usar mitocondrias aisladas y los siguientes reactivos: ADP, 4 Pi, succinato, CN-, venturicidina, oligomicina y dinitrofenol (c) ¿Qué es un ionóforo? Dé un ejemplo. 7. (a) ¿Cómo ingresa el ADP y el fosfato a la matriz mitocondrial y cómo sale el ATP de ésta? Como afecta el atractilósido este proceso (b) ¿Cómo ingresa a la mitocondria NADH que se produce en el citosol?, describa la vía de glicerol fosfato deshidrogenasa y la vía de malato aspartato (c) ¿Cuántas moléculas de ATP se sintetizan cuando se oxida completamente una molécula de glucosa? 8. (a) ¿Cómo se puede calcular el cambio de energía libre estándar con el potencial de reducción? (b) ¿Cuál es el cambio de energía libre que se libera por el transporte de electrones a través de toda la cadena respiratoria? (c) Calcule el potencial de reducción de piruvato por NADH: Piruvato + NADH +H+ -----> lactato + NAD+ 9. ¿Cuál es el rendimiento de ATP cuando cada uno de los siguientes sustratos es completamente oxidado a CO2 por un homogendo de células de mamífero? Haga la suposición de que la glicólisis, el ciclo del ácido cítrico, y la fosforilación oxidativa están completamente activos. - a) piruvato, b) NADH, c) fructosa 1,6 bifosfato, d) fosfoenolpiruvato, e) glucosa, f) dihidroxiacetona fosfato. 10.¿Cuál es el efecto de cada uno de los siguientes inhibidores en el transporte de electrones y la formación de ATP por la cadena respiratoria? a) azida de sodio, b) atractilósido, c) rotenona, d) dinitrofenol, e) monóxido de carbono, y f) antimicina A. 11.La adición de la oligomicina a la mitocondria disminuye marcadamente tanto el porcentaje de transferencia de electrones del NADH al O2 y el porcentaje de formación de ATP. La adición subsecuente de dinitrofenol aumenta el transporte de electrones sin alterar la formación de ATP. Explique que es lo que inhibe la oligomicina. 9. FOTOSÍNTESIS 1. (a) Describa el experimento de Hill y sus conclusiones (b) ¿Cuál es el aceptor biológico de los electrones en los cloroplastos? (c) Contraste la dirección en la que fluyen los electrones en la fotofosforilación y en la fosforilación oxidativa (d) ¿Qué sucede cuando una molécula absorbe un fotón? 2. (a) ¿Cuáles son los pigmentos mas importantes y los pigmentos accesorios que absorben luz en las membranas de los tilacoides? (b) Describa cuáles son las diferencias entre las clorofilas a y b (c) ¿De que color pueden ser los carotenoides y cuáles son los mas importantes? 3. (a) ¿Qué es un fotosistema, un centro de reacción fotoquímico y una molécula antena? (b) Con quién están unidas las moléculas de clorofila en las membranas de los tilacoides? (c) ¿Cuáles son las dos clases de fotosistemas de las membranas del tilacoide, sus centros de reacción y la proporción de clorofilas a y b? (d) ¿Qué fotosistema(s) está(n) presente(s) en los organismos fotosintéticos que desprenden y en los que no desprenden oxígeno? 4. Explique los eventos secundarios a la absorción de luz por los fotosistemas I y II. Describiendo para el PSII (P680) el papel de (a) de feofitina (b) plastoquinona unida a proteína (QA), (c) del complejo de ruptura de agua. Y para el caso del PSI (P700) (a) de plastocianina, (b) de Ao, (c) de filoquinona (A1), (d) de ferredoxina, y (e) de ferredoxina NADP+ oxidorreductasa. 5 5. (a) ¿Qué nos describe el esquema Z y cuál es su ecuación? (b) Describa la estructura y función del citocromo b6f y mencione a que molécula transportadora de electrones de la membrana interna mitocondrial se parece. 6. (a) ¿Cuáles son las 6 evidencias que apoyan el hecho de que un gradiente de protones está involucrado en la fotofosforilación o fosforilación fotosintética? (b) Describa el experimento de André Jagendorf y sus conclusiones (c) Describa brevemente la estructura y localización de la ATP sintetasa de los cloroplastos (d) Describa la fotofosforilación cíclica (e) Mencione 1 ejemplo de donador de hidrógenos inorgánico y 1 ejemplo de donador de hidrógenos orgánico y el producto que se genera en bacterias fotosintéticas, en vez del O2 (f) Cuál es la ecuación general de la fotosíntesis en todo tipo de organismos. 10. GLUCONEOGÉNESIS (GN) 1. (a) Defina GN y mencione el sitio celular donde se lleva a cabo (B) ¿En que situaciones fisiológicas se requiere una alta actividad gluconeogénica? 2. (a) ¿Cuáles son los principales sustratos para la síntesis de glucosa? (b) ¿Qué enzimas se requiere para que el glicerol se convierte en un intermediario de la GN? (c) ¿Por qué se dice que algunos aminoácidos son gluconeogénicos? 3. (a) ¿Cuál es la importancia fisiológica de la GN en hígado y en riñón? (b) ¿Cuál es la razón por la que la GN no se lleva a cabo en cerebro y músculo? 4. (a) ¿Cuáles son las diferencias enzimáticas entre la glicólisis y la GN? (b) ¿Qué enzima de la GN está unida a la membrana del retículo endoplásmico liso? (c) ¿Que coenzima requiere y cómo se regula la piruvato carboxilasa? (d) ¿Qué enzima de la GN está localizada en la matriz mitocondrial? 5. (a) ¿Cuál es la ecuación balanceada y cuántos enlaces de alta energía se consumen en la GN? (b) Compare la ecuación anterior, incluyendo el cambio de energía libre estándar, con la ecuación balanceada para la reversa de la glicólisis. 6. Explique en que consiste el Ciclo de Cori. 7. Explique las razones por las que la glicólisis y la GN se regulan independientemente. Mencione enzimas y moduladores específicos, así como hormonas que expliquen la respuesta. 8. La avidina, una proteína de 70 kDa de la clara del huevo tiene una alta afinidad por la biotina. De hecho, es un inhibidor altamente específico de las enzimas dependientes de biotina. ¿Cuál de las siguientes conversiones serían bloqueadas por la adición de avidina a un homogenado celular? a) glucosa piruvato, b) piruvato glucosa, c) oxaloacetato glucosa d) glucosa ribosa 5 fosfato, e) piruvato oxaloacetato, f) ribosa 5 fosfato glucosa 11. VÍA DE LAS PENTOSAS FOSFATO Y CICLO DE CALVIN 1. (a) ¿Qué es la vía de las pentosas, cuáles son los otros nombres que recibe ésta y en que parte de la célula se lleva a cabo? (b) ¿Cuáles son los productos principales y la ecuación balanceada de la etapa oxidativa de esta vía? (c) ¿De qué macromoléculas es precursor la ribosa 5 fosfato? 2. (a) ¿Qué reacciones catalizan las siguientes enzimas: glucosa 6 fosfato deshidrogenasa, lactonasa, fosfogluconato deshidrogenasa, fosfopentosa isomerasa y fosfopentosa 6 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. epimerasa? (b) ¿Cuál(es) de las enzimas anteriores requiere(n) NADP+ y cataliza(n) reacciones de descarboxilación oxidativa? (c) ¿Cuál es la enzima que sirve como punto de control en esta vía? (a) Describa la manera en que la ribosa 5 fosfato se puede convertir en intermediarios de la glicólisis (b) ¿Que reacciones catalizan y cuál es el grupo prostético de transcetolasa y transaldolasa? (c) ¿Por qué la vía de las pentosas es muy activa en el tejido adiposo? ¿Cuál es la estequiometría de la síntesis de ribosa 5 fosfato a partir de glucosa 6 fosfato sin la generación de NADPH? ¿Cuál es la estequiometría de NADPH a partir de glucosa 6 fosfato sin la formación del azúcar pentosa? (a) ¿Cuál reacción en el ciclo del ácido cítrico es análoga a la descarboxilación oxidativa del 6 fosfogluconato a ribosa 5 fosfato? (b) ¿Qué enzimas de la glicólisis catalizan reacciones similares a la de la fosfopentosa isomerasa? (c) ¿Qué enzima de la fermentación alcohólica cataliza una reacción de descarboxilación? (d) ¿Que enzimas del ciclo del ácido cítrico catalizan reacciones de descarboxilación oxidativa? (e) ¿En que otras enzimas actúa la TPP como grupo prostético? (a) ¿Qué enzimas de los tejidos animales pueden incorporar CO 2? (b) ¿Cuáles son las tres etapas en las que ocurre la fijación de CO2 en los organismos fotosintéticos? (c) ¿Cuál es la enzima que cataliza la incorporación de CO 2 en un compuesto orgánico? (d) ¿Cuál es la estructura y los reguladores de esta enzima? (e) ¿Qué enzimas participan en la conversión de 3 fosfoglicerato a gliceraldehído 3 fosfato y en la regeneración de ribulosa 1,5 bifosfato a partir de las triosas fosfato? (a) ¿Cuántas moléculas de ATP y de NADPH se requieren para sintetizar una triosa fosfato en la síntesis de carbohidratos de la fotosíntesis? (b) ¿Por qué los animales no pueden convertir CO2 en glucosa? (c) ¿Cómo se regula la actividad de rubisco por CO 2, y por rubisco activasa? (a) Explique el proceso de fotorespiración (b) Explique la manera en que las plantas C4 fijan el CO2 indicando de que otra manera se le llama a esta vía y las enzimas que participan en este proceso (c) ¿Cuáles son las diferencias entre fosfoenolpiruvato carboxilasa y rubisco? (d) ¿Cuál es el mecanismo de acción de la enzima piruvato fosfato dicinasa? 12. DEGRADACIÓN Y SÍNTESIS DE GLUCÓGENO (GLUCOGENOLISIS Y GLUCOGENESIS) 1. (a) ¿Cuál es la localización celular y la distribución del glucógeno? (b) Compare la cantidad de energía presente en la glucosa circulante y el glucógeno almacenado (c) ¿Cuáles son las enzimas que participan en la degradación del glucógeno? 2. (a) ¿Cuál es la estrategia de la célula para hidrolizar los enlaces glicosídicos 1,6 del glucógeno? (b) ¿Qué reacción cataliza la fosfoglucomutasa y a que reacción de la vía glicolítica es análoga? (c) ¿Cuál es la distribución en tejidos de la glucosa 6 fosfatasa y cuáles son sus implicaciones fisiológicas? 3. (a) ¿Cuál es la diferencia entre la vía biosintética y de degradación del glucógeno? (b) ¿Qué molécula dona la glucosa para la síntesis de glucógeno y como se sintetiza y se logra que esta reacción sea posible? (c) ¿En que otros procesos biosintéticos se usa este 7 mismo donador? (d) ¿Qué reacción cataliza la glucógeno sintetasa y la enzima ramificante? 4. (a) Escriba una ecuación balanceada para la síntesis de glucógeno a partir de glucosa 6 fosfato 5. (a) Explique como se regula hormonal y alostéricamente las enzimas glucógeno fosforilasa y glucógeno sintetasa. Indique el papel de epinefrina, glucagon, AMPc, insulina, glucosa, cafeína, teofilina, fosfodiesterasas de nucleótidos cíclicos y fosfatasa. Precise si hay diferencias en hígado y en músculo (b) ¿Cómo se regula la actividad de la fosforilasa cinasa? 6. (a) Describa las interrelaciones en la regulación de la sintetasa de glucógeno y de la fosforilasa (b) Describa los efectos de la proteína fosfatasa sobre el metabolismo del glucógeno 7. (a) Explique cómo el metabolismo de glucógeno en el hígado regula los niveles sanguíneos de glucosa (b) ¿Cuáles serían las consecuencias de la deficiencia en la actividad de las siguientes enzimas: glucosa 6 fosfatasa (enfermedad de von Gierke) (tipo I), fosforilasa (enfermedad de Hers) (tipo VI) y fosforilasa cinasa (tipo VIII) en hígado y de la fosforilasa en músculo (enfermedad de McArdle) (tipo V)? 8. Escribe una ecuación balanceada para la formación de glucógeno a partir de galactosa. 9. Escribe una ecuación balanceada para la formación de glucosa a partir de fructosa en el hígado. 10.Una muestra de glucógeno de un paciente con enfermedad hepática se incuba con ortofosfato, fosforilasa, transferasa y la enzima desramificante. El cociente [glucosa 1fosfato]/ [glucosa] formado en esta mezcla es de 100. ¿Cuál es la enzima que, probablemente, está deficiente en estos pacientes? 13. DEGRADACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS 1. (a) ¿Cuáles son las tres funciones fisiológicas principales de los ácidos grasos (b) ¿Cuáles son los productos de hidrólisis de los triglicéridos, que enzima los hidroliza y cómo se regula esta reacción? (c) ¿Cuál es la consecuencia fisiológica de que la enzima glicerol cinasa está ausente en el tejido adiposo? 2. (a) ¿Cómo y en que sitio de la célula se activan los ácidos grasos antes de su degradación? (b) ¿Qué papel tiene la carnitina y la carnitina aciltransferasa en el transporte de los ácidos grasos al interior de la mitocondria? (c) Describa las 4 reacciones consecutivas que se llevan a cabo de manera cíclica para oxidar completamente a un ácido graso (d) ¿Cuáles son las reacciones en el ciclo de Krebs análogas a las de la oxidación? (e) ¿Cuál es la ecuación balanceada para la degradación de palmitato? 3. (a) ¿Qué reacciones adicionales se requieren para oxidar un ácido graso insaturado? (b) ¿Qué tipo de ácidos grasos da lugar a propionil CoA como producto de oxidación? (c) ¿Qué enzimas y coenzimas se requieren para metabolizar propionil CoA a succinil CoA? (d) ¿Por qué se dice que los ácidos grasos de cadena impar son glucogénicos? 4. (a) ¿Por qué los animales no pueden sintetizar glucosa a partir de los ácidos grasos con un número par de átomos de carbono? (b) Explique cuál es el papel de malonil-CoA, de una relación [NADH]/[NAD+] elevada y de altos niveles de acetil CoA sobre la regulación de la degradación de ácidos grasos. 5. (a) ¿Cuáles son los cuerpos cetónicos, cuál es la vía de síntesis y el sitio intracelular y el tejido donde se sintetizan? (b) ¿En que condiciones se sintetizan los cuerpos cetónicos y por qué se dice que son formas solubles de acetil-CoA? (c) ¿Cuál es su función fisiológica 8 y cuáles enzimas están involucradas en su utilización? (d) ¿Cuál es la consecuencia de que el hígado carezca de la enzima transferasa de CoA? 6. Escribe una ecuación balanceada para la conversión de glicerol a piruvato ¿Qué enzimas se requieren, además de las de la vía glicolítica? 7. ¿Cómo afectará el metabolismo de ácidos grasos una mutación del promotor que conduce a una sobreproducción de la proteína cinasa dependiente de AMPc en las células del tejido adiposo? 14 SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS 1. (a) Describa la reacción catalizada por acetil CoA carboxilasa (b) ¿Qué otras enzimas requieren de biotina? (c) ¿Cuál es el efecto de palmitoil-CoA, citrato, glucagon, epinefrina, AMP e insulina sobre la actividad de acetil CoA carboxilasa? (d) ¿Cuál es la relación entre la forma filamentosa y protomérica de esta enzima con su actividad? (e) Describa cómo se regulan las enzimas piruvato deshidrogenasa y citrato liasa. 2. (a) Describa al complejo de la sintetasa de ácidos grasos (b) ¿Cuáles son las reacciones que se repiten cíclicamente en la síntesis de ácidos grasos? (c) ¿Cuál es el grupo prostético de la proteína acarreadora de acilos y en que otra coenzima está presente? (d) A partir de que extremo crece la cadena de ácidos grasos y de que moléculas provienen los carbonos del ácido graso? 3. (a) ¿Cómo se transporta AcCoA de la mitocondria al citosol para la síntesis de ácidos grasos? (b) ¿De dónde proviene el NADPH para la síntesis de ácidos grasos? (e) ¿Qué reacción cataliza la enzima málica y cuál es su localización subcelular? 4. (a) ¿Cuál es la ecuación balanceada para la síntesis de palmitato a partir de acetil CoA? 5. (a) ¿Cuáles son las diferencias entre la síntesis y la degradación de los ácidos grasos? (b) Escriba una ecuación balanceada para la síntesis de un ácido graso saturado de 16 átomos de carbono. 15. BIOSÍNTESIS DE OTROS LÍPIDOS. 1. (a) ¿Cuál es la función biológica de los triglicéridos (b) ¿Cuáles son los precursores y cómo se inicia la síntesis de triglicéridos, cómo se llama el complejo de enzimas que participa en este proceso y cuál es su localización intracelular? (c) Explique cómo se regula hormonalmente la síntesis de triglicéridos en los animales 2. (a) Mencione los pasos generales en la síntesis de los fosfolípidos de membrana, el sitio intracelular en dónde este proceso se lleva a cabo y las dos estrategias para unir las cabezas polares (b) ¿Cómo se sintetiza el CDP-diacilglicerol, que impulsa hacia adelante su síntesis, y qué otras reacciones son impulsadas de esta manera? (c) ¿Cómo se sintetizan los fosfolípidos en E. coli? (d) ¿Cómo se sintetizan los fosfolípidos ácidos en los eucariontes? (e) ¿A partir de qué fosfolípido se puede sintetizar fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina en las bacterias y levaduras y que papel juega la S-adenosilmetionina en la síntesis de fosfatidilcolina? 3. ¿Cuál es la deficiencia enzimática en la enfermedad de Tay-Sachs? 4. (a) ¿Cuál es el papel del colesterol en las membranas biológicas y de que hormonas es precursor? (b) ¿Cuál es la importancia del colesterol, de dónde derivan sus átomos de carbono, cuáles son las etapas en la síntesis de colesterol y en que sitio de la célula se lleva a cabo este proceso? 9 5. (a) ¿Cuáles son los pasos de las cuatro etapas en la síntesis de colesterol? (b) Mencione los destinos del colesterol en el organismo (c) ¿Cuál es el paso regulado en la síntesis de colesterol, que enzima lo cataliza y cómo se regula esta enzima? 16. DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS Y CICLO DE LA UREA 1. (a) ¿Cuál es el camino de los aminoácidos que se consumen en exceso y de los provenientes de la degradación de aminoácidos que no se vuelven a usar? (b) Señale el camino de los grupos amino y de la cadena hidrocarbonada (c) ¿De qué manera excretan los grupos amino de las proteínas los animales ureotélicos, uricotélicos y amonotélicos? 2. (a) ¿Cuál es el principal tejido involucrado en la degradación de aminoácidos en los mamíferos? (b) ¿Qué reacciones catalizan las enzimas aminotransferasas (transaminasas) y que grupo prostético es indispensable para su actividad y de que vitamina se deriva? (c) ¿Cuál es la constante de equilibrio de estas reacciones? (d) ¿Qué reacción cataliza la alanina aminotransferasa y la aspartato aminotransferasa y cuál es el producto de la transaminación a -cetoglutarato? 3. (a) ¿Qué reacción cataliza la enzima glutamato deshidrogenasa, cómo se regula su actividad y en que sitio de la célula se lleva a cabo? (b) ¿Cuál es la reacción catalizada por la glutamina sintetasa y explique cuál es el papel de este aminoácido en el transporte de los grupos amino? (c) ¿Qué reacción cataliza la glutaminasa? (d) (b) Explique en qué consiste el ciclo glucosa-alanina y cuál es su papel en el transporte de los grupos amino. 4. (a) Explique cómo se convierte el NH4+ en urea y en que parte de la célula se lleva a cabo esta conversión (b) Describa las reacciones catalizadas por carbamil fosfato sintetasa I, ornitina transcarbamilasa, arginosuccinato sintetasa, arginosuccinato liasa (arginosuccinasa) y arginasa, y mencione el sitio celular donde se localizan (c) ¿De dónde provienen los dos nitrógenos y el carbono de la urea? (d) ¿Cuál es la estequiometría del ciclo de la urea y qué enzima de este ciclo es activada por N-acetil-glutamato? 5. (a) ¿Qué significan los términos aa glucogénico y aa cetogénico? (b) ¿Cuáles son los aminoácidos que son glucogénicos y cetogénicos y explique por qué una misma molécula puede tener ambos destinos? (c) ¿Cuáles son los aminoácidos exclusivamente cetogénicos? (d) ¿Cuáles son 4 intermediarios del ciclo de Krebs que se pueden formar por el metabolismo de algunos aminoácidos? 6. (a) ¿Qué aminoácidos se metabolizan a piruvato, a oxaloacetato, a fumarato, a succinil CoA, a -cetoglutarato, a acetil CoA y a acetoacetato? (b) ¿Qué coenzimas se requieren para la conversión de aa a succinil CoA? 7. (a) ¿Qué cofactores requiere la fenilalanina hidroxilasa? (b) ¿Qué metabolitos se producen cuando la Phe hidroxilasa no se puede metabolizar a tirosina y cuál es la enfermedad que se produce? (c) ¿Cuáles son las consecuencias de la fenilcetonuria? 8. (a) ¿En qué tejidos se degradan valina, isoleucina y leucina (aminoácidos de cadena ramificada? (b) ¿Por qué no se pueden degradar en el hígado? (c) ¿Qué enfermedades se producen y que vías metabólicas se afectan por la deficiencia de (c1) homogentisato 1,2 dioxigenasa, (c2) del complejo de deshidrogenasa de -cetoácidos de cadena ramificada, (c3) de metilmalonil CoA mutasa? 17. BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS 1. (a) Describa cómo se lleva a cabo la fijación de nitrógeno explicando: en forma de que molécula entra el nitrógeno a la síntesis de aminoácidos, que microorganismos realizan este proceso y la estructura y función del complejo de nitrogenasa. 10 2. (a) ¿Cuáles son la reacciones catalizadas por glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa, y por glutamato sintetasa? (b) ¿Cuál es la reacción balanceada de las reacciones secuenciales de glutamina sintetasa y glutamato sintasa? 3. Explique como se regula alostérica y covalentemente la actividad de la sintetasa de glutamina en E. coli enfatizando: (a) ¿Cuál es la estructura de esta enzima, cuáles son los compuestos que son sintetizados usando como fuente de nitrógeno el grupo amino de la glutamina y como modulan la actividad de esta enzima? (b) ¿En que consiste el proceso de adenilación y cuál es el efecto sobre la actividad de esta enzima? (c) ¿Qué enzima promueve la hidrólisis de AMP de la glutamina sintetasa (d) ¿Quién controla la especificidad de la adenil transferasa? (e) ¿Cuál es el efecto de la unión de UMP a PA (f) ¿Cuál es el efecto de ATP, a-CG y glutamina sobre la actividad de uridilil transferasa? (g) ¿Quién estimula la hidrólisis de UMP de PD y que enzima cataliza este proceso? 4. De los 20 aminoácidos indispensables para la síntesis de las proteínas, (a) ¿cuántos debe obtener el humano de la dieta (aa esenciales) y cuántos puede sintetizar (aa no esenciales) y a partir de que sustratos? (b) ¿Se puede considerar que la arginina es un aminoácido esencial en los adultos? (c) ¿En qué condiciones la tirosina es un aminoácidos esencial? 5. (a) ¿Cómo se sintetizan los aminoácidos no esenciales alanina, aspartato, asparagina y tirosina? (b) Haga un bosquejo de la síntesis de los demás aminoácidos no esenciales (c) ¿Cuál es el donador de grupos amino en la síntesis de asparagina en mamíferos y en bacterias? (d) ¿Qué vías metabólicas de los carbohidratos proveen intermediarios para la síntesis de aminoácidos? (e) ¿Qué aminoácidos se forman a partir de -CG, OA, 3fosfoglicerato, piruvato y de PEP + eritrosa 4 fosfato en bacterias y en plantas? 6. (a) ¿Cuáles son los tres grupos que constituyen el tetrahidrofolato y el papel biológico de este compuesto? Diga si los mamíferos pueden sintetizarlos 7. Explique cuál es la vía de síntesis de los aa aromáticos en las bacterias contestando las siguientes preguntas (a) Cuáles son los aminoácidos aromáticos y en donde se sintetizan? (b) ¿Cómo se inicia la síntesis de los aminoácidos aromáticos? (c) ¿Cuántas moléculas de fosfoenolpiruvato se requieren para la síntesis de corismato? (d) ¿Cuáles son los dos productos que se pueden formar a partir de corismato y cómo se forman? (c) ¿De qué aa es precursor el prefenato y el antranilato? (d) ¿Qué grupo prostético se requiere en la síntesis de Trp? (e) ¿Cómo se sintetiza el PRPP? 8. (a) ¿Cómo se regula la biosíntesis de isoleucina? (b) Explique los siguientes mecanismos de control por retroalimentación: (b1) control por retroalimentación secuencial, (b2) multiplicidad de enzimas, (b3) control por retroalimentación concertada, y (b4) control por retroalimentación acumulativa. 9. ¿De qué aminoácido se derivan los anillos de purinas y pirimidinas, la esfingosina, la histamina, la tiroxina (tetraiodotironina), la epinefrina, la melanina, la serotonina (5 hidroxitriptamina), y el anillo de nicotinamida del NAD+? 18 BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS 1. (a) Señale cinco procesos metabólicos en donde los nucleótidos juegan un papel clave (b) ¿Cuál es la diferencia entre nucleósido y nucleótido? (c) ¿Cuál es el origen de c/u de los átomos del anillo de purina? (d) ¿Qué molécula es la donadora de grupos ribosa fosfato en la síntesis de las purinas? ¿En qué reacción se sintetiza? (e) ¿En qué otro proceso metabólico interviene esta molécula donadora? (f) ¿En qué vía metabólica se sintetiza 11 ribosa 5 fosfato? (g) ¿Cuál es la reacción regulada en la síntesis de las purinas y quién cataliza este paso? 2. Describa los 10 pasos en la formación de novo del anillo de purinas hasta la formación de IMP. 3. Explique cómo se sintetiza el AMP y el GMP a partir de IMP mencionando: (a) ¿Qué sustitución se lleva a cabo en el C-6 del IMP para dar lugar al AMP? (b) ¿Que compuesto de alta energía se hidroliza para permitir esta reacción (c) ¿Qué intermediario se forma en la síntesis de GMP, quién es el aceptor de hidrógenos en esta oxidación? (d) ¿Quién es el donador del grupo amino y qué compuesto de alta energía se hidroliza? (e) ¿En qué reacciones bioquímicas se lleva a cabo el reemplazamiento de un átomo de oxígeno del carbonilo por un grupo amino? 4. ¿De dónde se originan las bases púricas libres? (b) ¿Cuál es el propósito de las vías de salvamento (reutilización) de las purinas? (c) ¿Qué reacciones catalizan las enzimas adenina fosforribosiltransferasa e hipoxantina guanina fosforribosil transferasa? (d) ¿Qué ejemplo de uso eficiente y versátil del anillo de purinas nos proporciona la biosíntesis de histidina? 5. Explique como se regula la síntesis de los nucleótidos de purina mencionando los inhibidores de (a) las enzimas 5 fosforribosil 1 pirofosfato sintetasa (ribosa fosfato pirofosfocinasa) y glutamina PRPP amidotransferasa (b) la conversión de IMP a adenilosuccinato (adenilosuccinato sintetasa) y de inosinato (IMP) a xantinilato (IMP deshidrogenasa). 6. ¿Cuál es el origen de los átomos del anillo de pirimidinas? (b) Contraste el orden en el que se ensambla el anillo de purinas (síntesis de novo) con la ribosa 5 fosfato con el orden en el que se ensambla el anillo de pirimidina con ribosa 5 fosfato (c) ¿Cómo se inicia la síntesis del anillo de pirimidinas? (d) ¿En qué otra vía metabólica participa el carbamil fosfato y cuáles son las diferencias en la síntesis de este compuesto en ambas vías? (e) ¿Cuál es el paso limitante en la síntesis del anillo de pirimidinas y qué enzima lo cataliza? (f) ¿Qué reacciones catalizan las enzimas dihidroorotasa y dihidrootato deshidrogenasa? (g) ¿Qué reacciones catalizan las enzimas orotato fosforribosil transferasa y oroditilato descarboxilasa? 7. (a) Describa la organización de las enzimas involucradas en la síntesis de pirimidinas en los organismos superiores (b) ¿Qué reacciones catalizan las enzimas nucleósido monofosfato cinasa (e.g. UMP cinasa), la adenilato cinasa y la nucleósido difosfocinasa? (c) ¿Quién es el donador de grupos amino en la síntesis de CTP en mamíferos y en bacterias y quién cataliza esta reacción)? (d) ¿Cómo se regula la síntesis de pirimidinas en las bacterias? 8. (a) ¿Cuál es el sustrato en la síntesis de los desoxirribonucleósidos difosfato, quién proporciona los equivalentes reductores para esta reacción y en qué carbono se produce? (b) ¿Cómo son transferidos los equivalentes reductores del NADPH a los ribonucleótidos para formar los desoxirribonucleótidos? señale el papel de tioredoxina reductasa, tioredoxina, glutaredoxina reductasa, glutaredoxina y ribonucleótido reductasa. 9. (a) ¿Cuál es la reacción catalizada por la timidilato sintetasa y cuál es el papel del N 5, N10 metilén tetrahidrofolato en esta reacción? (b) ¿Qué papel juega la enzima dihidrofolato reductasa en la conversión de dUMP a dTMP (c) ¿Qué reacciones son inhibidas y cuál es el mecanismo de acción e importancia clínica de (c1) fluorouracilo, (c2) aminopterina y (c3) metotrexate? (d) ¿Por qué se dice que el fluorouracilo es un inhibidor suicida? 10.(a) ¿Cómo puede contribuir al desarrollo de la enfermedad llamada gota, la deficiencia de la enzima hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa? (b) ¿Cuáles son los efectos 12 metabólicos de la administración del alopurinol? (c) ¿Cuáles son las consecuencias de la ausencia casi total de la enzima hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa? 19. INTEGRACIÓN DEL METABOLISMO 1. (a) Describa cinco estrategias importantes del catabolismo incluyendo (a) la formación y función del ATP y del NADPH (b) la biosíntesis de macromoléculas y (c) la comparación entre las vías de degradación y de síntesis. 2. Señale las principales formas de regulación metabólica incluyendo (a) interacciones alostéricas (b) modificaciones covalentes (c) niveles de enzimas (d) compartamentalización y especialización metabólica de los órganos. 3. Señale los principales puntos de control de las siguientes vías metabólicas (a) glicólisis (b) ciclo del ácido cítrico (c) vía de las pentosas (d) gluconeogénesis (e) síntesis y degradación de glucógeno y (f) síntesis y degradación de ácidos grasos. 4. Explique la formación y el destino de las siguientes moléculas clave del metabolismo (a) glucosa 6 fosfato (b) piruvato y (c) acetil CoA. 5. Describa el perfil metabólico de los siguientes órganos o tejidos. Incluya en su descripción las necesidades energéticas y los principales combustibles requeridos en situaciones normales y de ayuno o ejercicio intenso, las interrelaciones metabólicas entre algunos de estos tejidos: (a) cerebro (b) músculo (c) tejido adiposo y (d) hígado. 6. Describa la manera en que las siguientes hormonas regulan el metabolismo. (a) insulina (b) glucagon y (c) epinefrina. Para cada hormona mencione (a) la estructura y sitio de síntesis (b) el o los estímulos que los liberan de sus sitios de síntesis y almacenamiento (c) sus principales órganos blanco (d) el mecanismo intracelular de acción y (e) su efecto neto sobre el metabolismo. 7. Explique la manera en que el hígado regula los niveles de glucosa circulante. Discuta el papel de glucocinasa, glucagon, insulina, glucógeno, fosforilasa a, fosfatasa, fosforilasa b. Mencione el valor de la concentración normal de glucosa en sangre. 8. Describa las adaptaciones metabólicas al ayuno prolongado. Incluya en su descripción las reservas de energía disponibles y las necesidades energéticas en un adulto de 70 Kg, la primera y la segunda prioridad del metabolismo en el ayuno prolongado, los precursores para la síntesis de glucosa, el tiempo que duran las reservas de glucosa, las dos vías metabólicas principales y los niveles de hormonas después del primer día de ayuno y los cambios mas importantes después de tres días y después de varias semanas de ayuno. 9. Describa la manera por medio de la cual los pájaros que migran pueden volar largas distancias. 10.(a) ¿Cuáles son las alteraciones metabólicas en la diabetes? Incluya en su respuesta los cambios en los niveles circulantes de insulina y glucagon, la concentración de F2,6BP en el hígado, la actividad de la glicólisis y de la gluconeogénesis, la actividad de la carnitina aciltransferasa I, la movilización de triglicéridos y la producción de cuerpos cetónicos. 13
