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2a Prova de Bioquímica
Grupo: Aureliana de Fátima dos Reis Menezes, Beatriz Campos Paiva, Isabella Carolina
Silva Oliveira, Renata Coimbra Bertolini Bueno e Victor Cavalcanti Marques
1) Em um experimento com mitocôndrias isoladas, variando-se a composição e
condições do meio das suspensões de mitocôndrias, foram encontrados os
seguintes resultados de formação de NAD+, consumo de O2, produção de
ATP e pH :
Explique os resultados da tabela acima e verifique e justifique se é possível :
a) oxidação de NADH sem síntese de ATP.
b) oxidação de NADH sem consumo de oxigênio.
c) consumo de oxigênio sem síntese de ATP.
Isso só pode ocorrer se a mitocôndria estiver desacoplada, ou seja, se o consumo
de oxigênio (que é realizado pelo complexo IV) não estiver acoplado à
fosforilação do ADP em ATP (que acontece no complexo V). O desacoplamento
pode ocorrer caso haja uma via diferente de entrada de prótons para a matriz
mitocondrial, uma que não seja o complexo V. Por exemplo, prótons poderiam
entrar na matriz através de proteínas desacopladoras isso pode ter ocorrido no
tubo 2 com a droga A sendo uma dessas proteínas
d) consumo de oxigênio sem formação de gradiente de H+
e) consumo de oxigênio sem oxidação de NADH.
2) Por que o oxaloacetato deve ser reposto para manter o funcionamento
do Ciclo do Ácido Cítrico e quais são as reações que garantem essa
reposição em diferentes tecidos?
A presença de oxalacetato é indispensável para que o Ciclo do Ácido Cítrico aconteça em
velocidade adequada. Dessa forma, muitas reações são envolvidas para que o oxalacetato
seja sempre reposto. Essas reações são conhecidas como anapleiroticas (de reposição) e
são: carboxilação do piruvato, fosfoenolpiruvato carboxilase, fosfoenol carboxinase e
aquela que utiliza a enzima málica que, a partir do piruvato, forma malato que é o
precursor imediato do oxalacetato.
3) Interprete o conjunto das reações do Ciclo do Ácido Cítrico do ponto de
vista termodinâmico e explique porque reações com ΔG positivo acontecem
no sentido da formação de oxaloacetato e qual a relação das mesmas com o
controle do ácido cítrico.
A reação que utiliza malato, não deveria acontecer, pois apresenta um ∆G muito
positivo. Porém, a reação seguindo do ciclo (condensação de oxalacetato com Acetil CoA)
consome oxalacetato e faz com que o equilíbrio da reação se desloque no sentido direto,
ou seja, no sentido de formação de mais oxalacetato.
4) Discorrer de forma detalhada sobre os controles de velocidade e
regulação do Ciclo do Ácido Cítrico explicitando os mecanismos.
De maneira geral, as vias são reguladas através de enzimas que catalisam
etapas individuais da via. Se a enzima estiver ativa a etapa a qual pertence
pode ocorrer rapidamente, mas se estiver inativa a etapa será muito lenta.
Dessa forma, para regular a velocidade do metabolismo a célula precisa
regular a atividade de uma ou mais enzimas naquela via. Normalmente,
ocorre a ligação de um sítio alostérico em uma enzima, que altera a estrutura
dela, tornando-a mais ou menos ativa.
Regulação da glicose: essa etapa é catalisada pela enzima fosfofrutoquinase
(PFK). Essa enzima é regulada pelo ATP, pelo AMP (derivado do ADP) e
pelo citrato. O ATP é um regulador negativo do PFK, ou seja, se houver
abundâncias de ATP na célula não é necessário produzir mais através da
glicólise.
O AMP, ao contrário do ATP, é um regulador positivo do PFK. Quando há
pouca quantidade de ATP há produção de mais moléculas de ADP que serão
convertidas em AMP e ATP. Dessa forma os níveis de AMP sugerem que a
célula está carente de energia e precisa produzir mais ATP. Sendo assim a
glicólise será acelerada.
O citrato também pode inibir PFK. Sendo assim, se o citrato aumentar a
glicólise desacelera, pois o ciclo do ácido cítrico está abastecido e não
precisa de mais energia.
Oxidação do Piruvato: essa etapa está ligada à conversão de Piruvato em
Acetil CoA a partir da catalisação feita pela enzima piruvato desidrogenase.
Nesse sentido, o ATP e o NADH tornam essa enzima menos ativa, enquanto
o ADP a torna mais ativa. Assim, mais acetil CoA é produzido quando o
estoque de energia está baixo. Além disso, a piruvato desidrogenase também
é ativada pelo substrato (o piruvato), e é inibida por seu produto acetil CoA.
Isso garante que o acetil CoA seja produzido apenas quando necessário e
quando houver alta disponibilidade de piruvato.
Ciclo do ácido cítrico: além de também ser controlado pela piruvato
desidrogenase, há outras etapas que também são reguladas. Essas são etapas
em que moléculas de CO2 são liberadas e as duas primeiras moléculas de
NADH são produzidas. Sendo assim, a isocitrato desidrogenase agua no
controle das duas etapas, convertendo uma molécula de 6 carbona em outra
de 5 carbonos.
Essa enzima será inibida por ATP e NADH e é ativada por ADP. Já a
alfa-cetoglutarato desidrogenase controla apenas a etapa que envolve a
produção de NADH. Assim, essa enzima transforma o composto de 5
carbonos produzido pela isocitrato desidrogenase em um composto de 4
carbonos ligado à CoA, que é o succinil-CoA. Nessa etapa a enzima será
inibida por, dentre outras moléculas, ATP, NADH e a própria succinil-CoA.
5) Considerando o artigo em anexo e outras fontes, faça uma análise crítica da
regulação do Ciclo do Ácido Cítrico durante o exercício físico moderado
prolongado com relação ao consumo de ácidos graxos e glicogênio, diante
da limitação do oxaloacetato.
Em exercícios físicos moderados prolongados ocorre ativação da piruvato
carboxilase, enzima que converte piruvato em oxaloacetato.
Ácido graxo forma AcetilCoA.
6) Na figura abaixo fica claro a grande estratégia da mitocôndria para
sintetizar o ATP. Qual o mecanismo de reação da ATP sintase e em que
etapa ela precisa de energia? Quais as componentes que fornecem essa
energia no gradiente criado?
A ATP-sintase usa o potencial eletroquímico para sintetizar ATP, havendo um
acúmulo de energia elétrica e energia química entre as membranas da
mitocôndria, a qual fica negativa na matriz mitocondrial e positiva no espaço
intermembranas. A energia necessária para que o mecanismo aconteça é
proveniente dos prótons lançados nas etapas que 1, 2 ,3 e 4 da cadeia
respiratória.
O fluxo de elétrons na cadeia respiratória cria um potencial eletroquímico pelo
movimento transmembrana de prótons e carga positiva. Estes prótons lançados
para fora da matriz mitocondrial movimentam a ATP sintase como forma de
energia fazendo com que ela converta o ADP em ATP. A energia de ligação da
enzima ao ATP corresponde a 40 Kj/mol com uma velocidade muito rápida (-30,5
Kj/mol) o que possibilita o deslocamento do equilíbrio para a formação de ATP.
7)Discorra sobre as vias de transferência de elétrons apresentadas na figura abaixo
A Ubiquinona, um lipídio de membrana, é o ponto de entrada para os elétrons
derivados das reações do citosol, a partir de reações de oxidação dos ácidos
graxos e da oxidação do succinato (no ciclo do ácido cítrico). No complexo I, os
elétrons do NADH passam por uma flavoproteína com o cofator FMN e para uma
série de centros Fe-S e, então, para a ubiquinona. Já no complexo II, os elétrons
do succinato passam por uma flavoproteína com o cofator FAD e de vários
centros Fe-S a caminho, também, da ubiquinona. O glicerol-3-fosfato doa
elétrons a uma flavoproteína (glicerol-3-fosfato-desidrogenase) na face externa
da membrana mitocondrial interna, de onde eles passam para ubiquinona. Além
desses mecanismos, a ubiquinona recebe elétrons pela oxidação de ácidos
graxos ao serem quebrados em moléculas pequenas de carbono e acetil-CoA
desidrogenase. Esta enzima (acetil-CoA) faz a conversão de FAD a FADH2 com
complexo de Fe-S transferindo o elétron à ubiquinona.
8) Qual o papel da sequência de reações bioquímicas apresentadas na figura
abaixo:
O papel dessa sequência é fazer a transferência de elétron de NADH para o interior da
célula pelo malato, já que a transferência direta de NADH para seu reaproveitamento não
seria interessante pois já tem a produção dela no interior, através dissoo malato no interior
da célula tem o grupo nadh retirado e formando oxalacetato que será convertido em
aspartato e levado para fora da célula para ser convertida em oxalacetato e depois formar o
malato novamente assim reaproveitando o nadh do citoplasma
9) Faça uma análise sobre a figura abaixo contextualizando seus
conhecimentos sobre o ciclo do ácido cítrico, cadeia respiratória,
transporte de ATP e ADP, dinâmica dos gases O2 e CO2, carreamento
de elétrons do transferidos por carreadores no citoplasma e matriz
mitocondrial.
10) A Cadeia Respiratória (CR) e Fosforilação Oxidativa (FO) podem ser
desacopladas por compostos que aumentam a permeabilidade da membra
mitocondrial interna a prótons (dissipam o gradiente de pH). Alguns
exemplos de desacopladores são 2,4dinitrofenol (DNP), dicumarol e altas
doses de aspirina. Essas substâncias acabam por bloquear a FO e aumentar
a velocidade da CR. A procura por substâncias termogênicas para
aumentar o gasto de calorias sem diminuir o consumo de alimentos para
tratamento da obesidade é grande. Entretanto existe risco de efeitos
colaterais dos conhecidos desacopladores da CR:
a) Por que desacopladores podem ser utilizados como remédios para
promover emagrecimento?
Essas moléculas quando estão do lado de fora da mitocôndria ficam protonadas
recebendo o prótons do ambiente ácido criado pelo gradiente de concentração
de extrusão de próton, se tornando hidrofóbica assim atravessando a membrana
e entrando na matriz da mitocôndria onde o ambiente é básico levando-a se
desfazer do próton, e assim desfazendo o gradiente de prótons diminuindo a
produção de atp pela ATP sintase levando ao consumo de mais matéria
orgânica para a produção de atp.
b) Por que a ação do desacoplador leva ao aumento da velocidade da CR?
Pois essa ação faz com que tenha uma redução de produção de atp pela enzima
ATP sintase por desfazer o gradiente de prótons fazendo com que a molécula para
recuperar a produção de atp aumente seu trabalho e assim a velocidade, para
regular seu gradiente de prótons.
c) Bebês, animais que hibernam e até mesmo algumas plantas se
beneficiam de proteínas desacopladoras em determinadas fases da vida.
Qual é a base bioquímica para esse fenômeno?
Em recém nascidos existe a presença do tecido adiposo marrom que na
oxidação dos combustíveis normais geram calor ao invés de ATP,e assim
desacoplando a cadeia respiratória pela presença da termogenina.