Ejercicios Parcial 2 - Curso 24/25
Biofı́sica y Bioinformática
[NOTA: En estos ejercicios, considerar que la constante de Faraday es 96.485
J · mV−1 · mol−1 , o, lo que es lo mismo, C · mmol−1 , y que la constante de los
gases ideales es 8.314 J · mol−1 · K−1 ]
Segundo parcial
1. Se han preparado vesı́culas permeables a iones de Na+ y Cl− , con distintas concentraciones de sal sódica de DNA y ocasionalmente con algo
de NaCl en su interior. Una vez formadas, se resuspenden en un mismo
volumen de una disolución distinta de NaCl. Tras dejar incubar durante un tiempo prudencial, se mide mediante electrodos el potencial
eléctrico de sodio en membrana, con los siguientes resultados:
a) (1 Punto) Cuando se preparan vesı́culas que contienen 1 mM pb
DNA y 3 mM de NaCl, y tras resuspender en 12 mM NaCl, se
mide un potencial de 3.22 mV.
b) (1 Punto) Si las vesı́culas finales de la suspensión anterior se precipitan y se resuspenden en 2 mM de NaCl, el nuevo potencial
medido es de 5.14 mV.
c) (1 Punto) En otra preparación distinta, simplemente se encapsulan 4 mM pb DNA, sin nada de NaCl. La resuspensión de estas
vesı́culas en 7 mM de NaCl produce un potencial de membrana
de 12.73 mV.
Considerando que cada par de bases de DNA soporta aproximadamente
dos cargas negativas y que nos encontramos a 25◦ C, ¿cuáles de estas
suspensiones están en equilibrio y cuáles no?
(0.5 Puntos) Si la membrana no está en equilibrio, y teniendo en cuenta
el potencial esperado, ¿qué ha podido ocurrir?
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2. Como vimos en la lección sobre la glicolisis, hay muy distintos diseños,
entre los cuales uno de los más peculiares es el de la lombriz Ascaris
lumbricoides, cuyo ciclo de vida se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Ciclo de vida de Ascaris lumbricoides
En esencia, la infección por Ascaris tiene lugar por ingesta de sus huevos fertilizados, que en esa etapa se encuentran en fase embrionaria. La
incubación de los huevos tiene lugar en el intestino delgado, donde se
desarrollan las larvas, que atraviesan la pared intestinal y pasan a la
sangre, hasta alcanzar los pulmones. De los alveolos, pasan a los bronquios, a la traquea y finalmente a la laringe, donde son deglutidas y
regresan al intestino. Allı́ se produce el desarrollo a estado adulto y la
regeneración de los huevos.
Teniendo en cuenta el ciclo de vida descrito y el esquema de la glicolisis
anaerobia representado en la Figura 2:
a. (1 Punto) Demostrar el valor de la estequiometrı́a de cada paso
de producción de ATP por molécula de glucosa, ası́ como la estequiometrı́a global de la ruta. Indicar cuál es el proceso sumidero
y cuál el fuente. Para el cálculo, se debe tener en cuenta que la
ruta no produce NADH de forma neta.
b. (1 Punto) Suponiendo que la afinidad de hidrolisis del ATP es la
misma en Ascaris que en el eritrocito (50 kJ/mol) y que la afinidad
de la reacción global de degradación de la glucosa a lactato es 197
kJ/mol, mientras que a propionato y acetato es de 205 kJ/mol,
calcular la eficiencia en ambos casos. Discutir la diferencia encontrada, en relación con las distintas restricciones termodinámicas
presentes en la glicolisis canónica y en la de Ascaris.
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Figura 2: Glicolisis en Ascaris lumbricoides
3. La Tabla 1 recoge algunas cantidades conocidas relativas a la sı́ntesis
de ATP mediante la ATP sintasa de diversos sistemas bioquı́micos.
De acuerdo con los datos presentados:
a. (1 Punto) Calcular la ∆GADP/ATP (también llamada ∆Gp ) esperable en mitocondrias y tilacoides si la eficiencia del acoplamiento
fuera del 100 %. Comparar con el valor observado y determinar la
eficiencia correspondiente. Si alguna de las eficiencias no es máxima, proponer alguna explicación. (Sugerencia: Considerar distintos mecanismos de disipación de la fuerza protonmotriz, ası́ como
los valores de ∆ψ y ∆pH, que se pueden encontrar en las diapositivas de clase.)
b. (0.5 Puntos) ¿Cuál serı́a el numero mı́nimo de subunidades c de la
ATP sintasa que serı́a necesario para satisfacer la energı́a libre de
fosforilación de ADP observada en esos dos sistemas? Compararlo
con los valores reales y discutir el resultado.
c. (0.5 Puntos) Hacer este cálculo también para bacterias acidófilas y alcalófilas, suponiendo un desequilibrio de ATP/ADP de 60
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Sistema
∆p ∆Gobs
ADP/ATP
(mV) (kJ · mol−1 )
Tilacoide
Mitocondria
T. ferrooxidans
B. pasteurii
-195
-200
-260
-60
60
66
?
?
Subunidades c
Ref. PDB
14
10
?
?
6FKH
6WM3
?
?
Tabla 1: Fuerza protonmotriz, energı́a libre de fosforilación de
ADP observada (a partir de la relación ATP/ADP), número de
subunidades c de la ATP sintasa y ejemplo de estructura experimental en dos sistemas neutrófilos (tilacoides y mitocondrias),
uno acidófilo (Thiobacillus ferrooxidans) y otro alcalófilo (Bacillus
pasteurii). Los datos desconocidos se indican con una interrogación.
kJ/mol. Teniendo en cuenta que el número de subunidades c encontrado en sistemas conocidos se encuentra entre 8 y 15, ¿son razonables los valores calculados? Si no es ası́, ¿qué valores estructurales y termodinámicos se espera encontrar una vez se determinen
los valores experimentales desconocidos para estos extremófilos?
d. (0.5 Puntos) Se podrı́a pensar que, dada una fuerza protonmotriz, por pequeña que fuera, bastarı́a con aumentar el número de
subunidades c de la ATPasa para alcanzar cualquier ∆GADP/ATP
deseada. ¿Qué falla en este razonamiento?
4. (2 Puntos) Considérese el espacio genómico de todas las secuencias
binarias de tres bases, ordenadas por el ı́ndice correspondiente a su representación binaria, de tal manera que la “000” es la primera, “001”,
la segunda, “010”, la tercera, etc., hasta alcanzar la octava, “111”.
Se ha determinado experimentalmente que las bases que definen este espacio genómico mutan de forma diferencial, de manera que el
factor de calidad por base del “0” es 0.98, pero el del “1” es 0.95.
Suponiendo que los respectivos factores de amplificación son A =
(5.0, 1.0, 2.0, 3.0, 2.0, 1.0, 4.0, 5.5) y que las constantes de degradación
son D = (0.40, 0.13, 0.07, 0.04, 0.05, 0.16, 0.22, 0.60), calcular el valor selectivo de cada secuencia, identificando ası́ cuál es la maestra. Construir
también la matriz Q de probabilidades de mutación entre secuencias
(donde, recuérdese, la diagonal son los factores de calidad por secuencia). Repetir ese cálculo suponiendo ahora que el factor de calidad es
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0.97 e idéntico para ambas bases. ¿En qué se diferencian las dos matrices obtenidas? Reducir esta última matriz agrupando las secuencias
por clases de Hamming, siendo la “000” la secuencia de referencia. Dar
una interpretación de todos estos resultados.
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