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PROBLEMAS DE BIOENERGÉTICA BIOQUÍMICA METABÓLICA Dr. Mario Hiram Uriarte Montoya

1. Calcule el cambio de energía libre estándar de las siguientes reacciones metabólicas catalizadas enzimáticamente a 25°C y pH 7.0, a partir de la constante de equilibrio que se indica: a) Glutamato + Oxaloacetato

Û

Aspartato + α-ceto-glutarato

Kʼeq = 6.8

b) Dihidroxiacetona fosfato Û Gliceraldehido 3-fosfato

Kʼeq = 0.0475

c) Fructosa-6-fosfato Û Fructosa-1,6-bifosfato

Kʼeq = 254

2. Calcule la constante de equilibrio para las siguientes reacciones a pH = 7.0 y a 25°C, a partir de los valores de DG°ʼ a) Glucosa-6-fosfato + H2O

b) Lactosa + H2O

Û

Û

Glucosa + Pi

Glucosa + Galactosa

c) Malato Û Fumararo + H2O

DG°ʼ = - 13.8 kJ/mol

DG°ʼ = - 15.9 kJ/mol

DG°ʼ = 3.1 kJ/mol

3. Si una solución de glucosa-1-fosfato 0.1M se incuba con una cantidad catalítica de fosfoglucomutasa, ésta se transforma en glucosa-6-fosfato. En el equilibrio, las concentraciones que se alcanzan son: Glucosa-1-fosfato Û Glucosa-6-fosfato 4.5 x 10-3 M Calcule la Kʼeq y el DG°ʼ para esta reacción a 25°C

9.6 x 10-2 M

4. Considere la siguiente interconversión, misma que tiene lugar durante la glucólisis en el metabolismo de los carbohidratos: Fructosa-6-fosfato

Û Glucosa-6-fosfato

Kʼeq = 1.97

a) ¿Cuál es el DG°ʼ para la reacción (a 25°C) b) Si la concentración del reactante y producto se ajusta a 1.5M y 0.5M, respectivamente, cuál es el DG de la reacción? c) Explique por qué DG°ʼ y DG son diferentes

5. La medición directa del cambio de energía libre asociado a la hidrólisis del ATP resulta complicada en un solo paso. Por lo tanto, calcule el DG°ʼ de este proceso a partir de la información que se proporciona en las siguientes ecuaciones:

Glucosa-6-fosfato + H2O ATP + Glucosa

Û

Û

Glucosa + Pi

ADP + Glucosa-6-fosfato

Kʼeq = 270 Kʼeq = 890

6. La fosforilación de la glucosa en la célula está acoplada a la hidrólisis del ATP: Glucosa + Pi

Û

ATP + H2O

Û

Glucosa-6-fosfato + H2O ADP + Pi

DG°ʼ = - 13.8 kJ/mol DG°ʼ = -30.5 kJ/mol

Calcule la Kʼeq de la reacción global ¿Qué concentración de glucosa es necesaria para conseguir una concentración intracelular 250 µ M de glucosa-6-fosfato cuando las concentraciones de ATP y ADP son 3.38 y 1.32 mM, respectivamente? 7. Acople las siguientes reacciones de forma tal que el fosfoenolpiruvato le transfiera un grupo fosfato al ADP para formar piruvato y ATP, e indique si la reacción sería espontánea a condiciones fisiológicas estándares. Fosfoenolpiruvato + H2O ATP + H2O

Û

Û

ADP + Pi

Piruvato + Pi

DG°ʼ = -61.9 kJ/mol DG°ʼ = -30.5 kJ/mol

8. a) Se requiere 30.5 kJ/mol de energía libre para sintetizar ATP a partir de ADP y Pi a condiciones estándares (concentración de reactantes y productos 1M). Sin embargo, dado que las concentraciones reales a nivel fisiológico de ATP, ADP y Pi no son 1 M, sino 3.5, 1.5 y 5.0 mM, respectivamente, calcule la energía libre (DG) libre para sintetizar el ATP en el hepatocito humano. b) Un adulto de 68 kg de peso requiere una ingesta calórica de 2000 cal (8360 kJ) por día (24 h). Los alimentos son metabolizados y la energía libre es utilizada para sintetizar ATP. Asumiendo que la eficiencia de la conversión de la energía de los alimentos en ATP es del 50%, calcule el peso de ATP (masa molar 550 g/mol) utilizado por el adulto en 24 h. ¿Qué porcentaje de su peso corporal representa? c) A pesar de que los adultos sintetizan grandes cantidades de ATP diariamente, su peso corporal, estructura y composición no se afectan significativamente durante este período. Explica esta aparente contradicción.

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