Cuestiones metabolismo

Cuestiones metabolismo 1. En los experimentos que permitieron dilucidar el ciclo del ácido cítrico, Krebs observó que la adición de malonato a extractos de músculo esquelético de paloma inhibe la utilización de piruvato y provoca la acumulación de succinato. a. ¿Por qué crees que Krebs utilizó preparaciones del músculo del vuelo de paloma en estos estudios?. b. ¿Por qué inhibe el malonato?. b. ¿Qué fue capaz de concluir cuando encontró que se acumulaba el succinato, en las preparaciones tratadas con malonato, después de la adición de citrato, isocitrato o α-oxoglutarato?. c. ¿Por qué fue también significativa la acumulación de succinato en las preparaciones tratadas con malonato cuando el sustrato añadido era fumarato, malato u oxalacetato?. d. Krebs también encontró que la inhibición de la utilización del piruvato podía superarse añadiendo oxalacetato, malato o fumarato. ¿Cómo explicarías estos resultados?. 2. Comenta la siguiente frase, justificando la respuesta: “ el carbono metilo de cada molécula de acetil-CoA que entra al ciclo del ácido cítrico siempre corresponde al C3 del piruvato”. ¿Cuál es la función del ciclo del ácido cítrico?. 3. Si se incuba glucosa marcada con 14C en el carbono 1 con un extracto libre de células capaz de realizar glicolisis. ¿Qué átomo de carbono del piruvato aparecerá marcado? 4. El arseniato es químicamente similar al fosfato y puede reemplazarle en la mayoría de las reacciones fosforolíticas. Sin embargo, los ésteres de arseniato son muy poco estables y se hidrolizan espontáneamente. Por ejemplo, gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa puede utilizar arseniato en vez de fosfato para romper la nueva molécula oxidada en la superficie del enzima. El producto glicerato-1arseno-3-fosfato puede hidrolizarse no enzimáticamente a 3-fosfoglicerato y arseniato. a. ¿En qué sentido puede llamarse al arseniato desacoplador de la fosforilación a nivel de sustrato? b. ¿Por qué es el arseniato una sustancia tóxica para un organismo que depende de la glicólisis para satisfacer sus necesidades energéticas? c. ¿Puedes pensar en otras reacciones que al igual que ésta sean posibles de desacoplar con arseniato? 5. Para una concentración determinada de fructosa 6-fosfato (F6P), la actividad de la fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) aumenta al incrementarse la concentración de ATP. A partir de un determinado valor, concentraciones crecientes de ATP causan la inhibición de PFK-1.¿Cómo es posible que el ATP sea a la vez sustrato e inhibidor de la PFK-1?.¿Cuál es el mecanismo de regulación de la actividad de la PFK-1 por el ATP y qué significado tiene a nivel de regulación de la glicolisis?. 6. Se ha descubierto un mutante de un organismo anaerobio facultativo en el que la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación directa del gliceraldehido-3-fosfato a 3-fosfoglicerato sin pasar por intermediario alguno. El mutante sobrevive en medio aerobio, pero no en medio anaerobio. Explica las causas de este comportamiento. 7. La glicolisis puede operar bajo condiciones anaerobias y aerobias, mientras que el ciclo del ácido cítrico es estrictamente aeróbico. ¿Por qué?

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Cuestiones metabolismo 8. Louis Pasteur, estudiando la fermentación alcohólica de la levadura, observó que la adición de oxígeno a un cultivo anaerobio originaba una drástica reducción en la velocidad de consumo de glucosa. Este efecto puede ser contrarrestado por la adición de 2,4-dinitrofenol. a. ¿Por qué disminuye el consumo de glucosa en presencia de oxígeno?. Justifica la respuesta en términos de enzimas concretos. b. ¿Por qué el 2,4-dinitrofenol contrarresta este efecto? 9. En un cultivo bacteriano anaerobio se sabe que se acumula lactato a medida que progresa la fermentación. Decide cuál de las siguientes situaciones son verdaderas o falsas: a. Casi seguro que el cultivo está creciendo en glucosa ya que existen pocos otros compuestos que puedan ser fermentados por las bacterias. b. El (los) producto(s) de la fermentación no están más oxidados que los productos de partida ya que no hay aceptor de electrones externo. c. El cultivo no puede producir CO2. d. Si se hace entrar aire y se burbujea continuamente el cultivo, el nivel de lactato continuará aumentando. 10. Se ha observado que cuando ciertas levaduras se cultivan en un medio deficiente en hierro, la producción de etanol aumenta respecto a la de un cultivo aerobio normal. Da una interpretación bioquímica a este hecho. 11. Tras un ejercicio muscular intenso la concentración de lactato en sangre aumenta mucho. ¿Cuál es la causa de esto?. Al cabo de un periodo corto de tiempo, dicho lactato vuelve el nivel normal. ¿Cuál es su destino?. 12. ¿Por qué los animales no almacenan grandes cantidades de glucógeno en el músculo cuando se les alimenta con una dieta rica en azúcares?. 13. Las siguientes frases ¿son ciertas? Justificalo a. El enzima que cataliza la síntesis y la degradación de fructosa-2,6-bisfosfato, el efector alostérico más potente de fosfofructoquinasa-1 y fructosa-1,6-bisfosfatasa, está fosforilado o desfosforilado en respuesta a señales hormonales. b. Ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa osigenasa (RuBisCO) participa de forma importante en el metabolismo de los animales en tanto que proporciona el poder reductor (NADPH) que necesitan para la biosíntesis de ácidos grasos. c. El AMPcíclico es el único segundo mensajero que se conoce y, además siempre se encuentra a la misma concentración en el espacio extracelular, donde ejerce sus efectos glucogenogénicos. d. Una función principal del ATP es suministrar energía para procesos endergónicos, no favorables, tales como el del transporte de electrones desde el agua hasta el NADP+ en la fotosíntesis. 14. Cuál es el efecto de cada una de las siguientes situaciones sobre la velocidad a la que el glucógeno es metabolizado?.Aumento en la concentración de Ca+2 a. Aumento en la concentración de glucagón en sangre b. Aumento del nivel de glucosa en sangre c. La activación de la glucógeno fosforilasa fosfatasa. 15. ¿Qué similaridades y diferencias hay entre la acumulación de ácido láctico en células musculares de mamíferos y la de etanol en levaduras fermentadoras?.

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16. La glucosa que entra en una célula es rápidamente fosforilada a glucosa-6-fosfato. Indica tres destinos metabólicos para esta molécula. ¿En qué circunstancias se daría cada uno de ellos?. Nombra los enzimas reguladores implicados en estas vías y escribe la reacción que catalizan. 17. Comparad los siguientes aspectos de la síntesis y degradación de los ácidos grasos a. localización subcelular b. transporte de sustratos hasta la localización c. reductores y oxidantes d. organización del sistema enzimático 18. Explicad por qué un esquimal con una dieta inadecuada de carbohidratos podría mejorar nutricionalmente comiendo grasa con ácidos grasos de número impar de átomos de carbono. 19. En un sistema in vitro es necesaria la presencia de HCO3- para que haya síntesis de ácidos grasos. Sin embargo, utilizando HCO3- marcado isotópicamente no se observa la incorporación del carbono marcado a los ácidos grasos nacientes. Explica la aparente contradicción. 20. Mostrad como el nitrógeno de la alanina puede aparecer como ión amonio. ¿Cuál sería el destino de este ión amonio?. 21. En relación con el metabolismo nitrogenado.¿como afectaría a un mamífero una disminución del número de mitocondrias en sus células hepáticas o una disminución del enzima arginasa?. 22. Dado el siguiente diagrama:

glicolisis

I ATP

Oxidación de ácidos grasos y de aminoácidos

Ciclo del ácido cítrico

II

Cadena de transporte electrónico

III

IV síntesis

utilización V ADP

VI

a. b. c. d. e.

Localización subcelular de I, II y III Especifica las uniones que deben añadirse entre IV y el resto del diagrama. Cuando no hay oxígeno ¿en que proceso se acumula lactato? ¿por qué?. ¿En qué proceso(s) se necesita FAD? Qué efecto produciría sobre IV la adición de: (i) Malonato (inhibidor del proceso II); (ii) 2,4-dinitrofenol f. localiza los siguientes enzimas en el esquema: (i)fosfofructoquinasa-1; (ii)piruvato deshidrogenasa; (iii) ATP sintasa. Especifica que transformación catalizan, cual es su localización subcelular y qué consecuencias se derivarían de su carencia.

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Cuestiones metabolismo g. Señala dos procesos metabólicos relacionados con V indicando su localización tisular y subcelular. h. Indica otro proceso que no esté mostrado en el esquema y que esté también relacionado con IV. 23. Localiza las rutas metabólicas que se indican, en los compartimentos celulares siguientes: 1) citosol; 2) mitocondria; 3) glioxisoma; 4) membrana interna mitocondrial; 5) en parte en el citosol y en parte en la mitocondria; 6) estroma; 7) membrana plasmática de bacterias. ( ( ( ( (

) glicolisis ) síntesis de urea ) ciclo del ácido cítrico ) ruta de los fosfatos de pentosa ) β-oxidación de ácidos grasos

( ( ( ( (

) fosforilación oxidativa ) formación de cuerpos cetónicos ) síntesis y degradación del glucógeno ) gluconeogénesis ) síntesis de ácidos grasos

24. De cada uno de los procesos (1 a 9) que se relacionan en el esquema, indica: a. ¿De qué proceso se trata? b. Su localización tisular y subcelular c. Los enzimas reguladores d. ¿Qué etapas requieren NAD+ y/o NADP+? e. ¿Qué procesos utilizan o consumen ATP? f. Completa los pasos que consideres de mayor significado para comprender el proceso global de que se trata. g. Sugiere un título para este proceso general

25. Tras un periodo de inanición (ayuno prolongado) se observa que los niveles plasmáticos de ácidos grasos y cuerpos cetónicos aumentan, mientras que el nivel de glucosa plasmática

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Cuestiones metabolismo disminuye, como se indica en la figura. Interpreta el significado metabólico de estas observaciones.

26. En relación a interacciones entre los principales órganos que metabolizan combustibles: a. Señala con flechas, en la figura, los metabolitos que son incorporados y exportados por cada órgano. b. Indica las principales vías del metabolismo energético que están implicadas con los metabolitos que se consideran en la figura y la participación de los distintos órganos en estas vías.

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Cuestiones metabolismo 27. Del esquema del metabolismo intermediario que se presenta nombra: a. Los enzimas a que se refieren los números 1-11 b. Las rutas o procesos metabólicos de que se trata A-E c. Los intermediarios o productos finales que se forman a-f

28. Explica y/o comenta las siguientes frases a. Un cultivo bacteriano anaerobio que fermenta glucosa no produce CO2. b. El desarrollo, por ingeniería genética, de un enzima que pudiera utilizar indistintamente NAD+ o NADP+, en reacciones redox, afectaría a la degradación de hidratos de carbono. c. Cuando se toman aminoácidos en exceso en la dieta, los atomos de carbono de estos aminoácidos se convierten en hidratos de carbono y en grasas. d. El ciclo de Calvin está regulado, de alguna manera, por la luz. 29. Explica y/o comenta las siguientes frases: a. La anoxia, falta de oxígeno, es el principal peligro para la supervivencia del cerebro. Se ha observado que despues de tan solo 1 minuto de anoxia, las velocidades de glicolisis y de formación de lactato aumentan del orden de 5 a 8 veces. b. Si un amigo se lamenta de estar acumulando grasa y de que ya tiene 5 kg de sobrepeso, le puedes consolar diciendole que aún tendría mayor sobrepeso, si en vez de acumular grasa hubiese acumulado las mismas calorías en forma de hidratos de carbono. c. El catabolismo de los ácidos grasos es un proceso que requiere necesariamente oxígeno. En cambio, los hidratos de carbono, en muchas células pueden metabolizarse en ausencia de oxígeno. 6

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30. La tabla siguiente muestra la actividad (mmols de sustrato/ min, g tejido) de algunos enzimas de los músculos pectorales de paloma y de gallina. ¿Cual o cuales son, en último término, los principales combustibles metabólicos para la producción de ATP en el tejido muscular de cada una de estas aves?. Justifica la respuesta y relacionala con su capacidad de vuelo y el color de su carne. enzima

paloma gallina

hexoquinasa glucógeno fosforilasa fosfofructoquinasa-1 citrato sintasa lactato deshidrogenasa triacilglicerol lipasa

3.0 18.0 24.0 100.0 5.0 70.0

2.3 120.0 143.0 15.0 30.0 10.0

31. Explica por qué los pacientes con una deficiencia en glucosa-6-fosfatasa hepática son hipoglucémicos. 32. Nuestras tierras son sobrevoladas en primavera por más de 50 millones de pajaros migratorios. Estos animales necesitan una reserva energética que les permita volar largas distancias de forma ininterrumpida. Se conocen casos de pájaros migratorios que vuelan sobre el mar 2400 km sin detenerse, 60 h de vuelo a 40 km/h. El índice de grasa de estos animales justo antes de iniciar el viaje se aproxima a 3, mientras que en otros pájaros que vuelan distancias cortas o no migran el índice de grasa es de 0.3. Durante las 60 h de viaje no se observa casi degradación de proteínas. ¿Cual es la fuente de energía principal de estas aves y qué ventajas puede tener frente a otras reservas energéticas posibles?. Señala esquemáticamente cómo obtienen ATP estos animales. ¿De donde obtienen el agua necesaria para compensar las pérdidas a través del aparato respiratorio. (el índice de grasa es la relación entre el peso seco de toda la grasa corporal y el peso seco no grasa). 33. Durante el ejercicio intenso la glicolisis suministra el ATP necesario para la contracción muscular. La reacción catalizada por la lactato deshidrogenas, aunque no suministra ATP, es esencial en este proceso. ¿Cuál es la función de esta reacción?. 34. Explica y/o comenta las siguientes frases a. Cuando se toman aminoácidos en exceso en la dieta, los atomos de carbono de estos aminoácidos son convertidos en hidratos de carbono y/o grasas. b. Mutantes de E. coli deficientes en F-1,6-Bpasa no pueden crecer en glicerol o succinato y muestran un requerimiento absoluto por hexosas. c. Despues de un ayuno prolongado los niveles en sangre de ácidos grasos y de cuerpos cetónicos aumentan mientras que los de glucosa disminuyen. 35. De las siguientes rutas metabólicas 1. ruta oxidativa de los fosfatos de pentosa 2. ciclo del ácido cítrico 3. β-oxidación de los ácidos grasos 4. gluconeogénesis

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Cuestiones metabolismo 5. ciclo reductor de los fosfatos de pentosa (ciclo de Calvin) 6. ciclo de la urea 7. lipolisis (movilización de triacilgliceroles) 8. síntesis de ácidos grasos 9. glucogenolisis 10. glicolisis Indica: (a) sus funciones (b) sustratos que utilizan y productos que se forman (c) posibles interconexiones en dos tipos celulares diferentes (d) como les afecta la luz o el ayuno

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