LE 5

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EXERCÍCIO: Lipídeos e Membranas Biológicas
1. Para cada um dos lipídeos na primeira coluna, assinale os seus componentes; se apenas alguns dos lipídeos dessa categoria contêm um determinado componente, assinale "alguns". Responda sim ou não à pergunta "Lipídeo de membrana?" (A primeira linha está pronta, como exemplo)
	
	Ácido Graxo
	Glicerol
	Esfingosina
	Fosfato
	Carboidrato
	Lipídio de Membrana
	Triacilglicerol
	X
	X
	
	
	
	Não
	Fosfolipídio
	X
	X
	X
	X
	X
	Sim
	Esfingolipídeo
	X
	
	X
	X
	X
	Sim
	Ceramida
	X
	
	X
	
	
	Sim
	Gangliosídeo
	X
	
	X
	
	X
	Sim
	Colesterol
	X
	
	
	
	
	Sim
2. Quais são as porções polares e não-polares das seguintes classes de lipídeos?
Triacilglicerol - totalmente apolar
Glicerofosfolipídeo - grupos polares e grupamentos ligados ao mesmo são polares, cauda é apolar
Esfingolipídeo - as hidroxilas alcoólicas da esfingosina são polares; alguns esfingolipídeos possuem grupos fosfato (polar) e alguns possuem açúcares (polares); as caudas de ácidos graxos são apolares
Gangliosídeo - carboidratos polares, caudas apolares
Colesterol - a hidroxila é polar, o núcleo esteróide e a cauda alifática são apolares
3. O termo anfipático significa:
ramificado, com pelo menos dois pontos de ramificação 
possuidor de uma região carregada positivamente e outra negativamente
diferente nos lados interno e externo da bicamada lipídica
possuidor de uma região polar e outra apolar
possuidor de dois tipos de ligações químicas
4. O óleo de coco possui apenas uma pequena quantidade de ácidos graxos insaturados. Como se explica que ele ainda assim possua um baixo ponto de fusão?
ele possui muitos ácidos graxos de cadeia longa
ele contém principalmente ácidos graxos de cadeia curta
poucas pontes de H são formadas entre as cadeias de ácidos graxos
´a´ e ´c´ estão corretas
´b´ e ´c´ estão corretas
5. O grupo polar na molécula do colesterol é:
uma cadeia lateral alquil
glicerol
um núcleo esteróide
uma hidroxila
colina
6. Desenhe a fórmula estrutural de um lipídeo contendo esfingosina
7. Idem, que seja um glicolipídeo
8. Idem, glicerofosfolipídeo
9. Indicar as correspondências:
a. testosterona e cortisol
b. fosfatidilinositol e derivados
c. eicosanóides (ex. prostaglandinas)
d. vitamina K e E
C - derivados de ácidos graxos com ação nos tecidos que os produzem
D - isoprenóides requeridos na dieta
B - mensageiros intracelulares componentes da membrana plasmática
A - hormônios esteróides produzidos em um órgão e transportados na corrente sanguínea até os órgãos alvos
10. Compare e contraste as propriedades químicas dos lipídeos de armazenamento e de membrana. Quais as relações entre suas estruturas e funções? (p. ex.: porque triacilgliceróis não fazem boas membranas?)
EXERCÍCIO: Metabolismo do Glicogênio; Gliconeogênese
Quais são as três reações essencialmente irreversíveis da glicólise que precisam ser substituídas por outras reações na gliconeogênese?
As reações são: 1) conversão de glicose a glicose 6-fosfato pela hexocinase; 2)fosforilação da frutose 6-fosfato a frutose 1,6-bisfosfato pela fosfofrutocinase I; 3)conversão do fosfoenolpiruvato a piruvato pela piruvato cinase
Qual o papel da frutose 2,6-bisfosfato na regulação destas duas vias?
A frutose 2,6- bifosfato inibe a desfosforilação de frutose 1,6-bisfosfato a frutose 6-fosfato pela frutose 1,6-bisfosfatase na gliconeogênese e estimula a fosforilação da frutose 6-fosfato a frutose 1,6-bisfosfato  pela fosfofrutocinase I.
Qual é o hormônio que estimula a degradação do glicogênio no músculo? E no fígado?
Epinefrina (adrenalina) no músculo e glucagon no fígado.
O piruvato e o ATP são os produtos finais da glicólise.  Em células musculares em atividade mecânica muito intensa (acima da capacidade respiratória do indivíduo) o piruvato é convertido a lactato.  O lactato é transportado pelo sangue ao fígado onde é reciclado a glicose, pela gliconeogênese, a qual é transportada de volta ao músculo para produção de mais ATP. Por quê o músculo não exporta piruvato, o qual também poderia ser transformado em glicose?
É vantajoso para o músculo transformar piruvato em lactato para que o NAD+ consumido na glicólise (transformado em NADH na desidrogenação de 2 moléculas de gliceraldeído 3-fosfato) possa ser regenerado, permitindo a continuidade da glicólise mesmo na insuficiência de O2.
Porque a biossíntese de glicose é tão crucial para mamíferos?
A biossíntese de glicose é uma necessidade absoluta em mamíferos porque o sistema nervoso, os eritrócitos, testículos, medula renal e tecidos embrionários têm como única fonte de energia a glicose.  
Como podem tanto a glicólise quanto a gliconeogênese serem processos irreversíveis na célula?
Tanto em um processo quanto no outro, há três reações essencialmente irreversíveis por terem um G bastante negativo. Essas reações são específicas para cada um dos processos.  As demais reações da glicólise e da gliconeogênese são comuns aos dois processos. Além de tornarem esses dois processos irreversíveis, essas reações propiciam locais de regulação metabólica bastante precisos.
Compare as equações globais para a glicólise e gliconeogênese. Qual a necessidade do alto custo energético para a ocorrência da gliconeogênese?
glicólise: glicose + 2 ADP + 2Pi + 2NAD+ ---> 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2 H2O
gliconeogênese: 2 piruvato + 4 ATP + 2 GTP +2 NADH + 4 H2O ---> GLICOSE + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2H+
Muito do alto custo da gliconeogênese é necessário para garantir a sua irreversibilidade: em condições intracelulares, a variação de energia livre da glicólise é de cerca de -63kJ/mol, e da gliconeogênese é de -16kJ/mol, o que torna ambos os processos essencialmente irreversíveis.
Qual a contribuição da oxidação dos ácidos graxos para a gliconeogênese?
Os animais não conseguem transformar lípides em açúcares, mas as plantas e alguns microrganismos o fazem, convertendo a acetil-CoA (da β-oxidação dos ácidos graxos) à glicose.  Isso é muito importante na germinação de sementes, por exemplo.  Em plantas a acetil-CoA é convertida a succinato no ciclo do glioxilato (nos glioxissomos), o succinato passa para a matriz mitocondrial onde é convertido pelo TCA a oxaloacetato, que passa ao citossol onde, pela gliconeogênese, é transformado a frutose 6-fosfato, precursor da sacarose.
Qual a ação do glucagon nos níveis sanguíneos da glicose?
Quando os níveis sanguíneos da glicose caem, o glucagon sinaliza ao fígado para que este produza e libere mais glicose para a corrente circulatória.  Uma das fontes de glicose no fígado são os reservatórios de glicogênio, e outra é a gliconeogênese.
O que impele a reação catalisada pela UDP-glicose pirofosforilase para diante?
Essa reação, da síntese de glicogênio, é: Glicose 1-fosfato + UTP ---> UDP-glicose + PPi
O que impele essa reação é a rápida hidrólise do pirofosfato a fosfato inorgânico, catalisada pela pirofosfatase inorgânica, com G´o = -25kJ/mol.
A glicogenina permanece imersa na partícula de glicogênio que ajudou a formar.  Como isso difere do destino da maioria das enzimas?
A maioria das enzimas se desliga do produto formado pela ação catalítica. A glicogenina (proteína-tirosina-glicosiltransferase) funciona ao mesmo tempo como enzima e como primer, permanecendo covalentemente ligada à extremidade redutora da molécula de glicogênio que vai sendo estendida pela glicogênio sintetase.
Compare os mecanismos de regulação da glicogênio sintetase e da glicogênio fosforilase.  Quais são os papéis do glucagon, adrenalina (epinefrina) e insulina nestes mecanismos?  Quais são controles alostéricos e quais são controles covalentes?
A glicogênio fosforilase (GF) acelera o desmonte do glicogênio, liberando glicose 1-fosfato para a produção de energia; a glicogênio sintetase(GS) acelera a síntese de glicogênio quando há pequena demanda por energia e grande disponibilidade de glicose.  Ambas as enzimas ocorrem em duas formas, uma ativa, outra inativa, dependendo de estarem ou não fosforiladas.
Epinefrina (adrenalina): agindo principalmente no músculo, via receptores da membrana citoplasmática e cAMP, estimula a ativação da glicogênio fosforilase, resultando em maior degradação do glicogênio:
Glucagon: agindo principalmente no fígado, tem ação semelhante à da adrenalina, favorecendo a degradação do glicogênio:
A adrenalina e o glucagon também regulam a concentração de frutose 2,6-bisfosfato e, portanto, o balanço entre a glicólise e a gliconeogênese.
Insulina: a insulina é liberada pelo pâncreas quando a concentração de glicose sanguínea aumenta. A insulina estimula a incorporação de glicose a glicogênio e aumenta a glicólise e o TCA, no músculo e no fígado.
Controles alostéricos: Os controles alostéricos são aqueles que envolvem a ligação de um metabólito ao sítio regulatório de uma enzima, como por exemplo a ligação de Ca2+ (o sinalizador para a contração muscular) à fosforilase b cinase (inativa), ativando-a (transformando-a em fosforilase a); o AMP, abundante no músculo em atividade, liga-se e ativa a fosforilase. Quando os níveis de ATP estão elevados, o ATP bloqueia o sítio alostérico ao qual se liga o AMP, inativando a fosforilase. Também a glucose exerce efeito alostérico, por exemplo sobre a glicogênio fosforilase facilitando a sua desfosforilação e, portanto, inativação.
EXERCÍCIO: Transporte de elétrons e fosforilação oxidativa
Construa um diagrama mostrando em ordem os complexos de transferência de elétrons e os carreadores móveis associados à membrana mitocondrial interna, incluindo o doador original e o aceptor final de elétrons.  Qual aceptor tem o maior e qual tem o menor E´o
A seqüência de complexos e carreadores móveis seria a seguinte:
(a) complexo I, NADH desidrogenase: transfere elétrons do NADH (menor E´º ) para Q
(b) Ubiquinona (Q)
OU ENTÃO:
(a) complexo II, succinato desidrogenase: transfere elétrons do FADH2 para a Q
(b) Ubiquinona (Q)
A SEGUIR:
(c) complexo III, citocromo bc1: transfere elétrons de Q para o citocromo c
(d) complexo IV, citocromo oxidase: transfere elétrons do citocromo c para o O2 (maior E´º )
Sobre a cadeia respiratória e a fosforilação oxidativa, indique se V ou F:
 V   os complexos da NADH desidrogenase e do citocromo bc1 e a citocromo oxidase são todos formados por proteínas transmembranares
 V   o ATP sintetizado precisa ser transportado para o espaço intermembranar antes de seguir para o citossol
 V   o citocromo c e a subunidade F1 da ATPase são proteínas periféricas de membrana
 F   os complexos I, II, III e IV são capazes de bombear prótons
 F   a ubiquinona é uma molécula hidrofílica
 F   a ubiquinona e a subunidade Fo da ATP sintase são protepinas periféricas da membrana
 F   o aceptor final de elétrons é a H20
Qual das seguintes observações experimentais (hipotéticas) não apoiariam a hipótese quimiosmótica da fosforilação oxidativa?
se as membranas mitocondriais são rompidas não ocorre fosforilação oxidativa
o aumento do pH no espaço intermembranar resulta em síntese de ATP na matriz mitocondrial
a transferência de elétrons através da cadeia respiratória resulta na formação de um gradiente de prótons através da membrana mitocondrial interna
a orientação espacial dos complexos enzimáticos da cadeia respiratória resulta em um fluxo unidirecional de H+
fosfato inorgânico marcado radioativamente é incorporado a ATP citossólico somente na presença de um gradiente de H+ através da membrana mitocondrial interna
A força próton-motriz gerada pela cadeia transportadora de elétrons:
inclui um componente dependente de um gradiente de pH
inclui um componente dependente de um gradiente de potencial elétrico
é utilizado por processos de transporte ativo
é usado para a síntese de ATP
apresenta todas as características acima
Onde os elétrons do NADH e FADH2 entram, respectivamente na cadeia respiratória? Por quê eles precisam entrar em locais diferentes? Que efeito isto tem no número de ATPs produzidos pela reoxidação de cada transportador de elétrons?
Os elétrons carreados pelo NADH entram na cadeia pelo Complexo I (NADH desidrogenase); os elétrons transportados pelo FADH2 ou enzimas ligadas ao FAD, originados de diversas reações, entram através do Complexo II (succinato desidrogenase), glicerol 3-fosfato desidrogenase, ou ETFP. Todas estas enzimas transferem elétrons para Q.  O E´º do FADH2 em cada uma destas enzimas é maior que aquele do NADH, de forma que os elétrons precisam entrar na cadeia mais tardiamente, perdendo portanto o primeiro local de bombeamento de prótons através da membrana, o Complexo I.  Assim, enquanto os elétrons derivados do NADH geram 2,5 ATPs, aqueles do FADH2 geram apenas 1,5 ATPs.
Por quê distintos tipos celulares diferem no número máximo de ATPs produzidos por molécula de glicose aerobicamente oxidada?
A quantidade final de ATPs depende do sistema transportador de elétrons do citoplasma para a matriz mitocondrial.  O NADH da glicólise precisa ser reoxidado na matriz mitocondrial, mas não pode atravessar a membrana mitocondrial interna como NADH.  Algumas células utilizam o transportador malato-aspartato, o qual resulta na produção de 2,5 ATP por NADH.  Outras células utilizam o transportador  do glicerol 3-fosfato, o qual rende apenas 1,5 ATPs por NADH.  Isto resulta em 2 ATPs a menos por molécula de glicose aerobicamente oxidada.
Para cada afirmativa no quadro a seguir, indique se o fato é verdadeiro para cloroplastos, mitocôndrias, ou ambos:
	 
	cloroplastos
	mitocôndrias
	ambos
	(a) NADH é uma fonte de elétrons (e-)
	 
	X
	
	(b) transferência de e- leva à formação de gradiente de prótons
	 
	 
	X
	(c) a organela depende da integridade das suas membranas para síntese de ATP
	 
	 
	X
	(d) a organela contém citocromos e flavinas em sua cadeia de transporte de e-
	 
	 
	X
	(e) o aceptor final de e- é o NADP+
	X
	 
	
Exercício: Degradação de Aminoácidos
Indique (SIM/NÃO) se cada um dos eventos a seguir é comum à degradação de TODOS os aminoácidos:
SIM   separação do(s) aminogrupo(s) do esqueleto de carbonos
SIM   uso dos aminogrupos para síntese de novos aminoácidos ou outros compostos nitrogenados
SIM   excreção do excesso de aminogrupos de uma forma apropriada ao organismo e seu meio ambiente
NÃO  passagem dos esqueletos de carbonos para a via gliconeogênica
NÃO  conversão a α-cetoglutarato
NÃO  ausência de ganho energético líquido para a célula
SIM   em mamíferos, um processo eminentemente hepático
SIM   usualmente, transferência de aminogrupos ou glutamato para transporte até o fígado 
Qual das características a seguir é comum a muitas reações catalisadas por aminotransferases?
apresentam um valor elevado e negativo de DG´°
o grupo amino é transferido a um α-ceto ácido (como o α-cetoglutarato) para formar o aminoácido correspondente
o grupo amino é transferido a uma molécula de amônia
são catalisados pela mesma enzima
requerem o cofator S-adenosilmetionina 
De certa forma os ciclos da uréia e do ácido cítrico são análogos.  A ornitina e a citrulina tem papéis similares àqueles do oxaloacetato e de que outro intermediário do TCA?
acetil-CoA
citrato
CO2
malato
amonia 
Que composto pode servir como aceptor direto de um amino grupo adicional derivado do catabolismo de aminoácidos?
glutamina
asparagina
α-cetoglutarato
fumarato
glicerol 
O esqueleto de carbonos produzido pela deaminação da alanina entre no TCA como:
malato
oxaloacetato
fumarato
succinato
acetil-CoA
Sem levar em conta o NADH gerado na reação da malato desidrogenase, quantas ligações fosfato de alta energia são utilizadas para formar uma molécula de uréia, partindo-se de amônia e HCO-3?
1
2
3
4
0
OTCA e o ciclo da uréia se sobrepõem para formar o que às vezes é chamado de "bicicleta de Krebs".  Qual das seguintes afirmações é pertinente às interações entre estes dois ciclos metabólicos?
o oxaloacetato é convertido a aspartato
o aspartato se combina à citrulina para produzir argininosuccinato no citossol
o arginiosuccinato é clivado a fumarato e arginina
o fumarato é um intermediário do TCA
todas as alternativas estão corretas
Os girinos vivem em um ambiente aquoso e excretam muito do seu nitrogênio excedente como amonia.  Ao se transformar em um sapo adulto, passa a maior parte da sua vida em terra e passa a ser ureotélico.  Qual das seguintes enzimas deverá aumentar drasticamente de atividade na transição girino->adulto?
carbamil-fosfato sintetase I
glutamina sintetase
glutaminase
α-cetoglutarato desidrogenase
carboxipeptidase
As reações do ciclo da uréia ocorrem em dois compartimentos celulares distintos.  Que intermediário(s) do ciclo da uréia precisa(m) ser transportado(s) através da membrana mitocondrial interna?
argininosuccinato
citrulina
ornitina
A e C
B e C
Que cofator envolvido na degradação de aminoácidos está em adequada correspondência com o C transferido?
biotina:CHO
tetraidrofolato:CHOH
S-adenosilmetionina:CH2OH
piridoxal fosfato:CH3
pepsinogênio:CO2 
A degradação de aminoácidos gera compostos que são intermediários comuns nas vias metabólicas principais.  Explique a diferença entre aminoácidos cetogênicos e glicogênicos em termos dos seus destinos metabólicos. De 3 exemplos de cada um desses dois tipos de aminoácidos.
Aminoácidos cetogênicos são catabolizados a acetil-CoA ou acetoacetil-CoA, os precursores dos corpos cetônicos.  Exemplos são Trp, Phe, Tyr, Ile, Leu e Lys.  Aminoácidos glicogênicos são catabolizados a intermediários que servem como substratos para a gliconeogênese: piruvato ou qualquer dos intermediários de 4 ou 5 carbonos do ciclo do ácido cítrico.  Exemplos são: Ala, Asp, Asn, Cys, Arg, Gly, Ser, Trp, Phe, Tyr, Ile, Met, Thr, Val, Gln, His e Pro. 
Descreva o papel e as reações do ciclo glicose<->alanina.  Que cofator é necessário a esta e outras reações de transaminação?
Alanina é a forma não tóxica de transporte da amônia, gerada no músculo pelo catabolismo dos aminoácidos, até o fígado.  A alanina é formada no músculo pela transaminação do piruvato, produzido pelo catabolismo da glicose na glicólise; o glutamato é o doador de grupo amino.  No fígado a alanina é reconvertida a piruvato por transaminação; seu amino-grupo é finalmente convertido a uréia.  O piruvato é convertido a glicose pela gliconeogênese e esta é transportada de volta ao músculo.  O cofator requerido para a transaminação é o piridoxal fosfato (PLP). 
EXERCÍCIO: Integração e Regulação do Metabolismo
Que composto "interliga" glicólise, síntese de nucleotídeos e síntese do glicogênio?
acetil-CoA
oxaloacetato
citrato
glicose 6-fosfato
glicerol 3-fosfato 
Vias anabólicas e catabólicas para uma dada molécula quase nunca envolvem seqüências idênticas de reações porque:
reações catalisadas por enzimas estão usualmente em equilíbrio
vias catabólicas e anabólicas não ocorrem nas mesmas células
essas vias seriam difíceis de serem reguladas concomitantemente e ciclos fúteis seriam provavelmente inevitáveis
o DG´o das reações sempre favorece a via anabólica
ficaria fácil demais para os estudantes de Bioquímica compreendê-las 
Ácidos graxos da dieta são degradados a acetil-CoA, a qual é ativadora alostérica da piruvato carboxilase.  Qual é o produto desta reação enzimática, e qual o seu efeito no metabolismo?
oxaloacetato; aumento da gliconeogênese e da velocidade do Ciclo do Ácido Cítrico
oxaloacetato; diminuição da síntese de ácidos graxos
lactato; aumento da glicólise e gliconeogênese
acetil-CoA; aumento da velocidade do Ciclo do Ácido Cítrico
acetoacetil-CoA; diminuição da síntese de triacilgliceróis
A acetil-CoA é um intermediário metabólico comum a diversas vias metabólicas; este intermediário permite aos mamíferos converter:
proteínas a lípides
açúcares a triacilglicerol
lípides a glicogênio
a e b
a, b e c 
Ordene os seguintes combustíveis celulares de acordo com a preferência de utilização pelo músculo cardíaco no organismo em jejum
proteínas celulares
glicogênio muscular
glicogênio hepático
triacilglicerol do tecido adiposo
glicose sanguínea
ATP de outros tecidos
acetoacetato sanguíneo
        E, B, C, D, G, A;     F não será uma fonte de energia para o músculo cardíaco: o ATP não pode deixar as células e portanto não é uma forma de energia "transportável" 
Que par enzima:ativador alostérico está correto?
hexocinase:ATP
fosfofrutocinase-1:AMP
piruvato:ATP
piruvato desidrogenase:NADH
piruvato carboxilase:ADP 
Como se explica que a glicólise e a gliconeogênese sejam ambas processos irreversíveis na célula?
elas ocorrem em compartimentos celulares distintos
reações chaves em ambas as vias apresentam variações de energia livre com valores muito negativos
as enzimas envolvidas são específicas de cada via, de maneira a não haver sobreposição de reações enzimáticas
a e b
a, b e c 
Uma célula deficiente em piruvato desidrogenase fosfato-fosfatase apresentaria as seguintes alterações metabólicas EXCETO:
aumento na produção de lactato
diminuição de pH
aumento nos níveis de citrato
diminuição nos níveis de NADH e ATP
aumento da glicólise 
Eritrócitos são "cheios" de hemoglobina e não possuem organelas.  Metabolizam glicose rapidamente, gerando lactato, o qual é transportado ao fígado para utilização na gliconeogênese.  Por quê os eritrócitos só metabolizam a glicose até lactato?
por não possuirem o Ciclo do Ácido Cítrico
o oxigênio no eritrócito não está disponível para a oxidação da glicose
a oxidação anaeróbica do piruvato regenera o NAD+ necessário para que a glicólise possa continuar
a e c
b e c 
Qual seria o efeito da duplicação do gene da fosforilase cinase em células hepáticas em comparação a células normais com apenas uma cópia desse gene?
a atividade da glicogênio sintase seria maior nas células mutantes
a velocidade da glicólise estaria aumentada nas células mutantes
a proporção de glicogênio fosforilase não-fosforilada/fosforilada seria maior nas células mutantes
a atividade da glicogênio fosforilase seria maior nas células mutantes
todos os efeitos acima seriam observados nas células mutantes 
Qual a afirmativa correta para o efeito mediado por receptor para a adrenalina (epinefrina) no metabolimo da glicose? O hormonio:
ativa a fosforilase cinase
estimula a atividade da glicogênio sintase
ativa a fosfodiesterase
ativa a fosfolipase C
todas as anteriores 
Indique as altervativas Falsas/Verdadeiras
  V  a insulina aumenta a concentração intracelular da glicose nos hepatócitos
  V  o glucagon é secretado em resposta à baixa concentração de glicose no sangue
  V  a insulina aumenta a capacidade do fígado de sintetizar glicogênio
  V  a insulina tem efeitos opostos àqueles da adrenalina e glucagon
  F   a insulina, a adrenalina e o glucagon ativam a adenilato ciclase
  F   a insulina ativa a fosfolipase C
  F   o glucagon aumenta a síntese de triacilglicerol
  V   a glicogênio fosforilase catalisa a quebra do glicogênio na ausência de glicose