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Departamento de Biología Molecular 2º Curso del Grado de BIOLOGÍA PROBLEMAS BIOMOLÉCULAS: RESPUESTAS 1. Calcule el pKa del ácido láctico sabiendo que en una disolución de concentraciones 0,01M de ácido láctico y 0,087 de lactato el pH es de 4,8. pKa=pH-log[(0,087)/(0,01)]=4,80-0,94=3,86 pKa=-logKa =...

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Departamento de Biología Molecular

2º Curso del Grado de BIOLOGÍA PROBLEMAS BIOMOLÉCULAS: RESPUESTAS 1. Calcule el pKa del ácido láctico sabiendo que en una disolución de concentraciones 0,01M de ácido láctico y 0,087 de lactato el pH es de 4,8. pKa=pH-log[(0,087)/(0,01)]=4,80-0,94=3,86 pKa=-logKa => Ka= 10-3,86=1,4x10-4 2. ¿Cuáles son las concentraciones de ácido acético y ión acetato en un tampón acetato 0,2M, pH= 5,00? La Ka para el ácido acético es de 1,70 x 10-5. [acetato]+[acido acético]=0,2M=> [acetato]=x ; [acido acético]=0,2-x pKa=-log(1,70 x 10-5)=4,769 pH=pKa+log[(x)/(0,2-x)] log[(x)/(0,2-x)]=pH-pKa=5,00-4,769=0,231 [(x)/(0,2-x)]=100,231=1,7 x=1,7 (0,2-x)=0,34-1,7x x=0,34/2,7=0,126M [acetato]= 0,126M [acido acético]=0,2-0,126=0,074M 3. Describir la preparación de 2 litros de tampón formiato 0,25M, pH= 4,5 partiendo de ácido fórmico 1M y formiato sódico sólido (HCOONa). El pKa del HCOOH es = 3,75. PM formiato sódico=68,01 daltons (g/mol) 0,25M=0,25moles/L; 2L=0,5moles totales=moles formiato sódico + moles ácido fórmico moles de formiato sódico=x moles ácido fórmico=0,5-x pH=pKa+log ([formiato sódico]/[ácido fórmico]) log [formiato sódico]/[ácido fórmico]=pH-pKa=4,50-3,75=0,75 [formiato sódico]/[ácido fórmico]=100,75=5,62 x/(0,5-x)=5,62; x=2,81-5,62x; x=2,81/6,62=0,424 0,424 moles formiato sódico + 0,076 moles ácido fórmico.

Ácido fórmico=> 1M=0,076moles/V(L); V(L)=0,076L x (103mL/1L)= 76mL 0,424moles x (68,01g/mol)=28,8g 4. a) Escribir las estructuras de las diferentes formas del ácido glutámico que pueden obtenerse en un rango de 1-13 unidades de pH. b) Calcule el punto isoeléctrico para el ácido glutámico utilizando los valores de pKa disponibles en la bibliografía. COOH Æ NH3+ (CH2-CH2)-COOH

COOÆ NH3+ (CH2-CH2)-COOH

COONH3+ (CH2-CH2)-COO-

aa(+1)

aa(0)

aa(-1)

Æ

COONH2 (CH2-CH2)-COO-

aa(-2)

pI=(2,2+4,2)/2=3,2 5. a) Escribir las estructuras de las diferentes formas de la lisina que pueden obtenerse en un rango de 1-13 unidades de pH. b) Calcule el punto isoeléctrico para de este aminoácido utilizando los valores de pKa disponibles en la bibliografía. COOH NH3+ (CH2)4-NH3+-

Æ

COONH3+ (CH2)4-NH3+-

Æ

aa(+2) aa(+1) pI=(9,0+10,0)/2=9,5

COONH2 (CH2)4-NH3+-

aa(0)

Æ

COONH2 (CH2)4-NH2

aa(-1)

6. Se practicó una electroforesis sobre papel, a pH= 6,0, de una mezcla de glicina, alanina, ácido glutámico, lisina, arginina y serina. pI (Gly)=(2,3+9,6)/2=5,95 pI (Ala)=(2,3+9,7)/2=6,00 pI (Glu)=(2,2+4,2)/2=3,20 pI (Lys)= (9,0+10,0)/2=9,50 pI (Arg)=(9,0+12,5)/2=10,75 pI (Ser)=(2,2+9,2)/2=5,70 PI Carga a pH=6 Gly 5,97 aprox. 0 Glu 3,22 negativa Lys 9,74 positiva Arg 10,76 positiva Ser 5,68 aprox 0 (algo -) Ala 6,02 aprox 0 a) b) c)

Migra no ánodo cátodo cátodo no/ánodo no

¿Cuál(es) de los compuestos se mueve hacia el ánodo (polo +)? Gly, Glu, Ser. ¿Cuál de ellos migra hacia el cátodo (polo -)? Lys, Arg. ¿Cuál de ellos permanece en o cerca del origen? Ala.

7. A una resina de intercambio aniónico se le añade una mezcla de lisina, arginina, ácido aspártico, ácido glutámico, tirosina y alanina, a pH elevado. Predecir el orden de elución de los aminoácidos por tratamiento de la resina con disoluciones de pH sucesivamente decrecientes y que van desde 14-1 unidades de pH.

Ordenados por punto isoeléctrico. Arg 10,76; Lys 9,74; Ala 6,01; Tyr 5,65;Glu 3,22; Asp 2,98- Como es un intercambiador aniónico (intercambia aniones (carga negativa)) el orden de elución será el siguiente Arg> Lys>Ala>Tyr>Glu>Asp al disminuir el pH. 8. La cromatografía monodimensional sobre papel de una mezcla de serina, alanina, ácido glutámico e isoleucina, se llevo a cabo con un sistema disolvente que contiene n-butanol, agua y ácido acético. Predecir las movilidades relativas de los aminoácidos en el sistema descrito indicando. Qué aminoácido será el que se desplace a una mayor distancia del origen. Ser Ala Glu Ile

Tipo de aminoácido Índice hidropático Polar sin carga -0,8 Apolar alifático 1,8 Polar cargado -3,5 Apolar alifático 4,5

Índice hidropático (ΔG de transferencia de la cadena lateral de un disolvente hidrofóbico al H2O). Mayor movilidad: 1º Ile, 2ºAla, 3ºSer, 4ºGlu. 9. ¿En qué dirección (hacia el ánodo (A+), hacia el cátodo (C-) o en el origen (O)) migrarán las siguientes proteínas en un campo eléctrico al pH indicado?: a) Ovoalbúmina a pH= 5,0 b) beta-lactoglobulina a pH= 5,0 y a pH= 7,0 pI para ovoalbúmina 4,6; pI para beta-lactoglobulina 5,2; pI para quimiotripsinógeno 9,5. Carga Migración Ovoalbúmina pI=4,6. A pH=5 0/ O/ánodo Lactoglobulina. pI= 5,2,

A pH=5 A pH=7

0 /+ -

O/ cátodo Ánodo

10. Predecir la secuencia en que las proteínas siguientes resultaran eludidas en una columna de exclusión molecular, con un intervalo de fraccionamiento de proteína de 5.000 a 400.000 daltons: mioglobina, catalasa, citocromo c, miosina, quimotripsinógeno y seroalbúmina (pesos moleculares: 16.900, 221.600, 13.370, 524.800, 23.240, 68.500 daltons, respectivamente). En la cromatografía de exclusión primero eluyen las grandes. Rango de fraccionamiento 400 a 5 kDa. En el Vo eluye la Miosina (524,8 kDa). Se fraccionan después Catalasa (221,6 kDa) Seroalbúmina (68,5 kDa), Quimiotripsinógeno (23,24 kDa), Mioglobina (16,9 kDa) y Citocromo C (13,37 kDa).

11. Predecir la dirección de la migración (es decir, estacionario (0), hacia el cátodo (C-) o hacia el ánodo (A+) de los siguientes péptidos, durante la electroforesis sobre papel a pH= 1.9, pH= 3,0, pH= 6,5 y pH= 10,0. a) Lys-Gly-Ala-Gly. b) Lys-Gly-Ala-Glu. c) His-Gly-Ala-Glu. d) Glu-Gly-Ala-Glu. e) Gln-Gly-Ala-Lys. a)El pKa NH3+α de la lisina 8,9. El pKa COOHα de la glicina 2,34. El pKa NH3+ε de la lisina 10,53. Haciendo un esquema por pHs a pH 1,9 a pH 3,0 a pH 6,5 a pH 10

++ +++++-

Carga 2+, catodo Carga +, cátodo Carga +, cátodo Carga 0 O

b) El pKa NH3+α de la lisina 8,9. El pKa COOHα del glutámico 2,19. El pKa COOHγ del glutamato 4,25. El pKa NH3+ε de la lisina 10,53. Haciendo un esquema por pHs a pH 1,9 a pH 3,0 a pH 6,5 a pH 10

++ ++++-+--

Carga 2+, catodo Carga +, cátodo Carga 0, O Carga -, ánodo

c) El pKa NH3+α de la histidina 9. El pKa COOHα del glutámico 2,19. El pKa COOHγ del glutamato4,25. El pKa NH3+imid. de la lisina 6. Haciendo un esquema por pHs a pH 1,9 a pH 3,0 a pH 6,5 a pH 10

++ +++---

Carga 2+, cátodo Carga +, cátodo Carga 1-, ánodo Carga 2-, ánodo

d) El pKa NH3+α del glutamato 9,67. El pKa COOHα del glutámico 2,19. El pKa COOHγ del glutamato 4,25. Haciendo un esquema por pHs a pH 1,9 a pH 3,0 a pH 6,5 a pH 10

+ ++-----

Carga 1+, cátodo Carga 0, O Carga 2-, ánodo Carga 3-, ánodo

e) El pKa NH3+α 9,13. El pKa NH3+ε de la lisina 10,53. El pKa COOHα de la lisina 2,18. Haciendo un esquema por pHs a pH 1,9 a pH 3,0 a pH 6,5 a pH 10

++ +++++-

Carga 2+, cátodo Carga 1+, cátodo Carga 1+, cátodo Carga 0, O

12. Si los cinco péptidos del problema 12 se encuentran presentes en una mezcla, predígase el orden de elución relativo de cada péptido en una columna de resina de intercambio iónico conteniendo Dowex-1 (intercambiador de aniones) cuando la columna se eluye con un sistema tampón cuyo pH experimenta un cambio continuo desde un valor inicial de pH= 10,0 hasta un valor final de pH= 1,0. a) Lys-Gly-Ala-Gly. b) Lys-Gly-Ala-Glu. c) His-Gly-Ala-Glu. d) Glu-Gly-Ala-Glu. e) Gln-Gly-Ala-Lys. Primero eluirían (o no se retendrían) el a y e, que no tienen carga a pH=10. Después eluye el b, tercero el c y cuarto 4 el d. 13. Calcule la secuencia de un péptido a partir de los siguientes datos: La hidrólisis ácida total dio: Ala2, Arg, Lys2, Met, Phe, Ser2 El tratamiento con carboxipeptidasa dio Ala. a) Ala-Ct El tratamiento con tripsina generó tres péptidos que contenían: (Ala, Arg); (Phe,Ser,Lys); (Lys); (Ala, Met, Ser). b) Ala-Arg, Phe/Ser-Lys, Lys, Met/Ser-Ala-Ct El tratamiento con bromuro de cianógeno (CNBr) dio dos péptidos. Uno contenía (Ala,Arg,Lys2, Met, Phe, Ser). El otro, contenía (Ala, Ser). c) Met-Ser-Ala-Ct El tratamiento con termolisina generó dos péptidos que contenían (Ala, Arg, Ser) y (Ala, Lys2, Met, Phe, Ser). d)Ala/Arg/Ser + Phe-Ala, Lys2, Met, Ser d+b) Phe-Ser-Lys-Lys-Met-Ser-Ala-Ct Dedúzcase una estructura para el péptido Nt-Ala-Arg-Ser-Phe-Lys-Lys-Met-Ser-Ala-Ct 14. Se ha aislado un péptido a partir de un hongo raro que previene la calvicie y estamos interesados en sus posibilidades comerciales. El péptido, de composición Lys, His, Asp, Glu2, Ala, Ile, Val y Tyr, produjo 2,4-dinitrofenilaspartato al efectuar el análisis del resto N-terminal con 2,4-dinitrofluorobenceno y valina libre como primer producto con la carboxipeptidasa. a) Asp-___-___-___-___-___-___-___-Val La digestión de A con tripsina rindió dos péptidos. Uno de ellos contenia: (Lys, Asp, Glu, Ala, Tyr). b) Nt-Asp-Tyr/Glu/Ala-Lys

El otro (His, Glu, Ile, Val) rindió 2,4-dinitrofenilhistidina al analizar el resto N-terminal con 2,4-dinitrofluorobenceno. c) His-Glu/Ile-Val-Ct La escisión del último con termolisina rindió entre otros productos, histidina libre. d) His-Ile-Glu-Val-Ct A partir de A, se formaron también dos péptidos quimotrípticos. Uno contenía (Asp, Ala, Tyr) y el otro contenía (Lys, His, Glu2, Ile, Val). Dedúzcase una estructura para el péptido. e) Asp-Ala-Tyr e+b) b) Nt-Asp-Ala-Tyr-Glu-Lys Secuencia final: Nt-Asp-Ala-Tyr-Glu-Lys- His-Ile-Glu-Val-Ct 15. Un abejorro sudamericano produce una sustancia que extrae el oro del agua marina, y deseamos conocer su estructura para llevar a cabo su síntesis a gran escala. El análisis de aminoácidos da una composición: (Lys, Gly, Arg, Phe, Ala, Tyr, Ser). La reacción con DNFB no da ningún producto a) No hay amino-terminal=Circular a no ser que el material se haga reaccionar previamente con quimotripsina, en cuyo caso se obtiene DNF-serina y DNF-lisina a partir de los péptidos obtenidos, cuya composición es (Ala, Tyr, Ser), y (Gly, Phe, Lys, Arg). b) Ser-Ala-Tyr + Lys-Gly/Arg-Phe La reacción con tripsina también produce dos péptidos de composiciones (Arg, Gly) y (Phe, Tyr, Lys, Ser, Ala). c) Gly-Arg c+b) Lys-Gly-Arg-Phe ¿Cuál es la estructura y la secuencia del péptido? Circular: Lys-Gly-Arg-Phe-Ser-Ala-Tyr...