Exercicios BQI100 - Lista de exercício de Bioquímica com 40 exercícios resolvidos contendo os tópicos: PDF

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Summary

Lista de exercício de Bioquímica com 40 exercícios resolvidos contendo os tópicos:
FOSFORILAÇÃO OXIDATIVA;
OXIDAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS;
CICLO DA URÉIA;
GLICONEOGÊNESE;
FOTOSSÍNTESE;
BIOSSÍNTESE DE LIPÍDEOS.
...

Description

Lista de exercício Bioquímica Fosforilação Oxidativa 1. A Rotenona, um produto tóxico natural de plantas, inibe fortemente a NADH desidrogenase em mitocôndrias de insetos e peixes. Antimicina A, um antibiótico tóxico, inibe fortemente a oxidação do ubiquinol. (A) Explique por ingestão rotenona é letal para algumas espécies de insetos e peixes. A inibição da NADH desidrogenase pela rotenona diminui a taxa de fluxo de elétrons através da cadeia respiratória, que por sua vez diminui a taxa de produção de ATP. Se esta taxa de ATP é reduzida de modo a não satisfazer as exigências de ATP pelo organismo, o organismo morre.

(B) Explique por que antimicina A é um veneno. A antimicina A inibe fortemente a oxidação da ubiquinona reduzida (Q) na cadeia respiratória, o que limita severamente a velocidade de transferência de elétrons e consequentemente produção de ATP. Se a taxa de ATP é reduzida de modo a não satisfazer as exigências de ATP pelo organismo, o organismo morre o que se pode considerar que a antimicina A seja um veneno. (C) Dado que a rotenona e antimicina A são igualmente eficazes no bloqueio de seus respectivos sítios na cadeia de transportadora de elétrons, qual delas seria um veneno mais potente? Explique. A ubiquinona recebe elétrons provenientes do NADH + H+ no complexo I e do FADH2 no complexo II. A rotenona inibe o fluxo de elétrons para a ubiquinona através do complexo I, apenas. Enquanto a antimicina A impede o fluxo de elétrons para a ubiquinona vindo de todas as fontes, sendo assim a Antimicina A é um inibidor mais potente

2. Quando o antibiótico valinomicina é adicionado a mitocôndrias que respiram ativamente, vários eventos acontecem: o rendimento de ATP diminui, a taxa de consumo de O2 aumenta, calor é libertado e o gradiente de pH através da membrana mitocondrial interna aumenta. A valinomicina age como um desacoplador ou como um inibidor da fosforilação oxidativa? Explicar as observações experimentais em termos de capacidade do antibiótico para transferir íons K + através da membrana interna mitocondrial. Os efeitos observados correspondem a ação de um desacoplador, ou seja, um agente que faz com que a energia livre liberada na transferência de elétrons seja liberada na forma de calor ao invés de ser utilizada na síntese de ATP. Durante a fosforilação oxidativa íons H+ são translocados para o espaço intermembranas durante a transferência de elétrons, criando um gradiente eletroquímico na membrana. Uma parte significativa da energia livre é utilizada para sintetizar ATP a partir deste potencial elétrico. A valinomicina se combina com íons K+, formando complexos que atravessam a membrana interna mitocondrial, translocando um próton para a matriz mitocondrial, diminuindo o gradiente eletroquímico e consequentemente o potencial de membrana, o que reduz o rendimento de ATP por mol de prótons que fluem através da ATP sintase 3. Doenças mitocondriais e câncer. Mutações nos genes que codificam certas proteínas mitocondriais estão associados com uma elevada incidência de alguns tipos de câncer. De que forma mitocôndrias com defeito podem levar ao câncer? Espécies reativas de oxigênio (ROS) reagem com macromoléculas, incluindo DNA. Se um defeito mitocondrial leva a um aumento da produção de espécies reativas de oxigênio, os genes nucleares passam a codificar proto-oncogenes, levando o indivíduo a desenvolver um tipo de câncer 4. A gordura marrom é um tipo de tecido adiposo presente em mamíferos neonatos e ursos que hibernam. Sua cor marrom é função da alta concentração de mitocôndrias e, assim, de citocromos (Fe3+). As membranas internas dessas mitocôndrias apresentam a proteína termogenina, também chamada de proteína desacopladora, que auxilia na manutenção da temperatura corpórea desses animais. Explique bioquimicamente como este processo ocorre. Desacopladores atuam na membrana interna mitocondrial permitindo o retorno dos prótons H+ do espaço intermembranas para a matriz mitocondrial, deste modo, a energia livre liberada na transferência de elétrons é liberada na forma de calor ao invés de ser utilizada na síntese de ATP. O calor liberado é suficiente para manter a temperatura corporal desses animais

Oxidação de ácidos graxos 1. Efeito da deficiência de carnitina. Um indivíduo desenvolveu uma condição caracterizada por uma progressiva fraqueza muscular e cãibras musculares dolorosas. Os sintomas foram agravados pelo jejum, exercício físico intenso e uma dieta rica em gordura. O homogenato de uma amostra do músculo esquelético do paciente oxida oleato mais lentamente do que os homogenatos do controle, que consistem em amostras de musculares indivíduos saudáveis. Quando carnitina foi adicionado ao homogenato muscular do paciente, a taxa de oxidação do oleato se igualou ao homogeneizados do controle. O paciente foi diagnosticado como tendo uma deficiência de carnitina. (A) Por que carnitina adicionada aumenta a taxa de oxidação de oleato no homogenato muscular do paciente? O transporte de ácidos graxos para a matriz mitocondrial é mediado pela carnitina e é um passo limitante da velocidade da β-oxidação. A deficiência de carnitina diminui a taxa de transporte de ácidos graxos para dentro da mitocôndria e, assim, diminui a taxa de β-oxidação, portanto adição de carnitina aumenta a taxa de oxidação.

(B) Por que os sintomas do paciente agravada pelo jejum, exercício e uma dieta rica em gordura? O jejum, exercício e uma dieta rica em gordura podem causar um aumento da necessidade de β-oxidação de ácidos graxos e, assim, um aumento da demanda para a atividade de transporte mediado por carnitina. Os sintomas da deficiência de carnitina tornam-se mais graves sob estas condições.

(C) sugerem duas possíveis razões para a deficiência de carnitina muscular nesse individuo. A deficiência da carnitina pode resultar de uma deficiência dietética do seu precursor lisina ou de um defeito em uma das enzimas que sintetizam carnitina a partir deste precursor. 2.Contrariando a lenda, os camelos não armazenam água em suas corcovas, que na verdade consistem em grandes depósitos de gordura. Como esses depósitos de gordura podem servir como uma fonte de água? A oxidação de ácidos graxos por meio da β-oxidação, gera elevadas quantidades de NADH + H+ e FADH2 os quais são oxidados durante a fosforilação oxidativa produzindo ATP e água em quantidades significativas.

3. Oxidação de ácidos graxos na diabetes não controlada. Quando o acetilCoA produzido durante a β-oxidação no fígado excede a capacidade do ciclo do ácido cítrico, o excesso de acetil-CoA forma os corpos cetônicos: acetona, acetoacetato, e β -D-hidroxibutirato. Isso ocorre em diabetes não controlada grave porque os tecidos não podem utilizar a glicose, deste modo eles oxidam grandes quantidades de ácidos graxos. Apesar de o acetil-CoA não ser tóxico, a mitocôndria deve desviar o acetil-CoA para formar corpos cetônicos. Qual problema surgiria se acetil-CoA não fosse convertido a corpos cetônicos? Como é que o desvio a corpos cetônicos resolve este problema? Indivíduos com diabetes não controlados oxidam grandes quantidades de gordura, po is eles não conseguem utilizar a glicose de forma eficiente. Isto leva a uma diminuição da atividade do ciclo do ácido cítrico e um aumento na quantidadede acetil-CoA. Se o acetil-CoA não for convertido em corpos cetônicos, o pool de coenzima A (CoA) se tornaria empobrecido. Porque a quantidade de coA mitocondrial é pequena. Mitocôndrias do fígado reciclam CoA por condensação de duas moléculas de acetil-CoA para formar acetoacetil-CoA O acetoacetil-CoA convertido em outras cetonas, e o CoA é reciclado para uso na produção de energia por meio da β-oxidação.

4. Suponha que você tinha que sobreviver de uma dieta de gordura de baleia e gordura de foca, com pouco ou nenhum carboidrato. (A) Qual seria o efeito da privação de carboidratos sobre a utilização de gorduras para a energia? O piruvato, formado a partir de glicose através de glicólise, é a principal fonte do oxaloacetato necessário para repor intermediários do ciclo de ácido cítrico. Na falta decarboidratos na dieta, o nível oxaloacetato cai e o ciclo de ácido cítrico diminui.Isto aumenta a taxa de β-oxidação de ácidos graxos e leva a cetose. (B) Se a sua dieta fosse totalmente desprovido de carboidratos, seria melhor para consumir ácidos graxos de cadeia par ou ímpar? Explique O último ciclo de β oxidação produz duas moléculas de acetil-CoA a partir de um ácido graxo de cadeia par, ou propionil-CoA e acetil-CoA a partir de um ácido graxo ímpar. O propionil-CoA pode ser convertido em succinil-CoA que quando convertida a oxaloacetato estimula o ciclo do ácido cítrico e alivia as condições que conduzem a cetose. Assim, seria melhor consumir ácidos graxos de cadeia ímpar.

5. Em um experimento de laboratório, dois grupos de ratos são alimentados comácidos graxos diferentes, como sua única fonte de carbono durante um mês. O primeiro grupo recebe ácido heptanóico (7: 0), e o segundo recebe ácido octanóico (8: 0). Após a experiência, uma diferença marcante é vista entre os dois grupos. Os ratos do no primeiro grupo são saudáveis e ganharam peso, enquanto que os ratos do segundo grupo são fracos e perderam peso como resultado da perda de massa muscular. Qual é base bioquímica para esta diferença? Oxidação de ácido heptanóico (que tem um número ímpar de átomos de carbono) produz um intermediário de três carbonos, o propionil-CoA, que pode ser convertido a succinil-CoA. Este produto de quatro carbonos pode em seguida ser convertido a oxaloacetato no ciclo do ácido cítrico, e o oxaloacetato pode ser usado para fornecer precursores da gliconeogênese, assim, o animal com carboidratos, bem como energia, permanecem saudáveis e ganham peso. Já os animais alimentados com ácido octanóico (com um número par de átomos de carbono) degradam completamente a acetil-CoA por três rodadas de β-oxidação, Isto fornece energia para o ciclo do ácido cítrico, mas não fornece material de partida para a gliconeogénese. Estes animais são, portanto, deficientes em glicose, o combustível primário para o cérebro e de um intermediário em muitas vias biossintéticas.

Ciclo da uréia 1.O plasma sanguíneo contém todos os aminoácidos necessários para a síntese das proteínas corporais, entretanto eles não estão presentes em concentrações iguais. No plasma sanguíneo humano, dois aminoácidos, alanina e glutamina, estão presentes em concentrações muito maiores que todos os demais aminoácidos. Sugira as possíveis razões para esse fato A glutamina é responsável por remover grupos amino dos tecidos extrahepáticos e liberar na forma de NH4+ para as mitocôndrias dos hepatócitos realizarem o cliclo da uréia. Já a alanina desempenha a mesma função para os grupos amino provenientes do tecido muscular. Por este motivo esses dois aminoácidos são mais abundantes no sangue. 2. Se a sua dieta é rica em alanina, mas deficiente em aspartato, você irá apresentar sinais de deficiência em aspartato? Explique bioquimicamente Não pois aspartato é facilmente formado pela transferência do grupo amino da alanina para oxaloacetato. Os níveis celulares de transaminases são suficientes para fornecer todos os aminoácidos desta forma, se os α-cetoácidos estão disponíveis.

3. A aspartato aminotransferase apresenta a maior atividade, entre todas as aminotransferases do fígado dos mamíferos. Por quê? O Segundo grupo amino introduzido na ureia são transferidos para produzir aspartato. Este aminoácido é gerado em grandes quantidades por transaminação entre oxaloacetato e glutamato, catalisada pela aspartato aminotransferase. Metade de todos os grupos amino excretados na ureia deve passar através reação catalisada pela aspartato aminotransferase do fígado, por este motivo o fígado contém níveis mais elevados desta aminotransferase 4. As dietas vegetarianas podem fornecer altos níveis de antioxidantes e um perfil lipídico que pode ajudar a prevenir a doença coronária. No entanto, pode haver alguns problemas associados. Amostras de sangue foram tiradas de um grupo de indivíduos voluntários que se classificavam como veganos (vegetarianos estritos: nenhum produto de origem animal), lactovegetarianos (vegetarianos que comem produtos lácteos), ou onívoros (indivíduos com dieta variada incluindo carne). Em cada caso, os voluntários tinham seguido a dieta durante vários anos. Os níveis sanguíneos de homocisteína e metilmalonato foram elevados no grupo vegano, pouco menor no grupo lactovegetariana, e muito mais baixos no grupo onívoro. Explique. A dieta vegetariana carece de vitamina B12, que conduz ao aumento da homocisteína e metilmalonato (refletindo as deficiências na metionina sintase e ácido metilmalônico mutase, respectivamente) em indivíduos sobre a dieta durante vários anos. Os produtos lácteos fornecem alguma vitamina B12 na dieta lactovegetariana, Enquanto as dietas onívoras a vitamina B12 está presente nas carnes vermelhas em maior quantidade Gliconeogenese 1. Uma consequência do jejum prolongado é uma redução da massa muscular. O que acontece com as proteínas musculares? Proteínas musculares são seletivamente degradadas por proteases em miócitos, e os aminoácidos resultantes movem-se, na corrente sanguínea, do músculo para fígado. No fígado, aminoácidos glicogênicos são os materiais de partida para a gliconeogênese, para fornecer glicose para exportação para o cérebro

2. Por que é importante que a gliconeogênese não seja a inversão exata da glicólise? Se gliconeogênese fosse simplesmente as reações de glicólise em sentido inverso, o processo seria energeticamente inviável (altamente endergônica), por causa das três reações com grandes mudanças negativas de energia livre padrão na direção catabólico (glicolítica). Além disso, se as mesmas enzimas fossem usadas para todas as reações em duas vias, seria impossível regular os dois processos em separado; qualquer coisa que estimular (ou inibir) a reação direta para um determinado enzima iria estimular (ou inibir) a reação inversa, na mesma medida 3. Níveis de lactato sanguíneo durante o exercício intensos. As concentrações de lactato no plasma sanguíneo antes, durante e depois de um uma prova de 400 m Sprint são mostrados no gráfico.

(A) O que faz com que haja o rápido aumento na concentração de lactato? A depleção rápida de ATP durante o esforço muscular intenso faz com que a taxa de glicólise aumente drasticamente, produzindo maiores concentrações citosólicas de piruvato e NADH. Na ausência de oxigênio a lactato desidrogenase converte os a actato e NAD+ (fermentação lática). (B) O que faz com que o declínio na concentração de lactato após a conclusão do sprint? Por que o declínio ocorre mais lentamente do que o aumento? Quando a demanda de energia for reduzida, a capacidade oxidativa das mitocôndrias é novamente adequada, transformado o lactato em piruvato pela lactato desidrogenase, e o piruvato é convertido em glicose. A velocidade da reação é mais lenta da desidrogenase neste sentido por causa da disponibilidade limitada de NAD+ e porque o equilíbrio da reação é fortemente a favor do lactato (conversão de lactato a piruvato).

(C) Porque repouso?

a concentração de lactato não zero durante o estado de

O equilíbrio da reação da lactato desidrogenase é fortemente a favor a produção de lactato. Assim, mesmo a muito baixas concentrações de NADH e de piruvato, há uma concentração significativa de lactato

4. Um defeito congênito na enzima hepática frutose-1,6-bifosfatase resulta em concentrações de lactato no plasma sanguíneo anormalmente altas. Explique. No fígado, o lactato é convertido em piruvato e, em seguida, à glicose por gliconeogênese. Esta via inclui o passo de derivação glicolítica catalisada pela frutose 1,6-bifosfatase (FBPase-1). Um defeito nesta enzima impede a entrada de lactato para a via gliconeogênica em hepatócitos, causando o acumulo de lactato no sangue. 5. O efeito de ATP na enzima alostérica PFK-1 é mostrada abaixo. Para uma dada concentração de frutose-6-fosfato, a atividade PFK-1 aumenta com concentrações crescentes de ATP, mas é atingido um ponto para além do qual, o aumento da concentração de ATP inibe a enzima

(A) Explique como ATP pode ser tanto um substrato como um inibidor da PFK-1. Como é a enzima reguladapor ATP? Em adição aos seus locais de ligação para o substrato (s), enzimas têm sítios de ligação alostéricos para metabólitos reguladores. A ligação de efetores a estes locais de regulação altera a atividade da enzima, alterando o seu valor Vmax ou Km. O ATP é um substrato e um inibidor alostérico da PFK-1. A ligação do ATP para o sítio catalítico aumenta a atividade, ao passo obrigatório ao sítio alostérico inibe a atividade.

(B) De que forma é glicólise regulado por níveis de ATP? Uma vez que o ATP é um regulador negativo da PFK-1, elevação de [ATP], quando a energia é abundante inibe a enzima e, portanto, o fluxo de metabolitos por meio da via glicolítica.

(C) A inibição da PFK-1 por ATP é diminuída quando a concentração de ADP é alta, conforme mostrado naa ilustração. Como pode esta observação pode ser explicado? O gráfico indica que o aumento da [ADP] suprime a inibição da PFK-1 por ATP. Uma vez que o conjunto total de nucleotideos de adenina é mais ou menos constante em todas as células, a utilização de ATP conduz a um aumento na [ADP]. Os dados mostram que a atividade da enzima pode ser regulada in vivo pela relação [ATP] / [ADP].

6. O Vmax da enzima glicogênio fosforilase do músculo esquelético é muito maior do que a Vmax da mesma enzima a partir de tecido de fígado. (A) Qual é a função fisiológica da glicogênio fosforilase no músculo esquelético? E no fígado? O papel do metabolismo do glicogênio difere no músculo e no fígado. No músculo, glicogênio é degradado para fornecer energia (ATP), via glicólise e fermentação lática. A glicogênio fosforilase catalisa a conversão de glicogênio armazenado em glicose-1-fosfato, que é convertido em glicose-6-fosfato e, assim, entra na glicólise. No fígado, glicogênio é usado para manter o nível de glicose no sangue (principalmente entre as refeições). Neste caso, a glicose-6fosfato é convertido em glicose e exportado para a corrente sanguínea. No músculo aglicose-6-fosfato é conduzida diretamente para a glicólise ou fermentação lática para formar o necessário ATP para o tecido muscular. (B) Porque a Vmax da enzima muscular precisa ser maior do que a da enzima hepática? A atividade muscular extenuante requer grandes quantidades de ATP, que devem ser formadas com rapidez e eficiência, de modo a glicogênio fosforilase deve ter uma relação elevada da Vmax / Km nomúsculo. Isto não é um requisito essencial para o fígado.

Fotossíntese 1. Como um inibidor da passagem de elétrons através feofitina afetaria o fluxo de elétrons através do (a) fotossistema II e (b) fotossistema I.Explique seu raciocínio. (A) o fluxo de elétrons através de PSII iria parar, pois não haveria nenhuma maneira para que elétrons se movam de PSII para o complexo do citocromo b6f. (B) o fluxo de elétrons através do PSI seria provavelmente lenta. O fornecimento de elétrons do PSII seria bloqueado, mas com o funcionamento da via cíclica, alguns elétrons continuam fluindo através PSI. 2. Em um experimento de laboratório, os cloroplastos de espinafre são iluminados na ausência de ADP e Pi, a luz é então desligada e ADP e Pi adicionados. ATP é sintetizado por um curto período de tempo no escuro. Explicar este achado. A Iluminação dos cloroplastos na ausência de ADP e Pi resulta em um gradiente de prótons através da membrana da tilacóide. QUANDO ADP e Pi são adicionados a síntese de ATP é impulsionada pelo gradiente anteriormente formado. Na ausência de Iluminação contínua, o gradiente se esgota rapidamente e a síntese de ATP para. 3. Quando os cloroplastos são tratados com cloreto de 3- (3,4-diclorofenil) -1,1-dimetilureia (DCMU, ou diuron), um herbicida potente, a liberação de O2, mas não a fotofosforilação pode ser restaurada pela adição de um aceptor externo de elétrons, ou reagente Hill. Como é que DCMU atua como exterminador de plantas daninhas? Sugira uma localização para a ação inibitória deste herbicida. Explique. O dcmu inibe o sistema de transferência de elétrons que l...