Exercícios de bioquímica

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Problemas: Carboidratos
Indique se cada um dos seguintes pares de açúcares consistem de anomeros, epímeros ou pares aldose – cetose:
D- gliceraldeído e dihidroxiacetona
D – glicose e D – manose
D – glicose e D – frutose
α- D –glicose e β – D – glicose
D – ribose e D – ribulose
D – galactose e D – glicose
Embora uma aldose com 4 carbonos assimétricos seja capaz de formar 16 diastereoisômeros, apenas 8 isômeros são comumente observados, incluindo a glicose. Eles são listados abaixo, acompanhados de sua relação estrutural com a glicose. Utilizando a estrutura da glicose como referência, desenhe as estruturas.
D – alose: epimérica no C-3
D – altrose: isomérica no C2 e C-3
D- Mannose: epimérica no C – 2
D – gulose: isomérica no C-3 e C-4
D- Idose: isomérica no C-2, C – 3 e C-4
D- galactose: epimérica no C-4
D – talose: isomérica no C-2 e C-4
A α- D- manose é um açúcar adocicado. Por outro lado, a β – D – manose, tem o sabor amargo. Uma solução pura de α – D – manose perde seu sabor adocicado com o tempo à medida em que é convertida em seu anômero β. Desenhe o anômero β e explique como ele é formado a partir do anômero α ?
4) A cellulose praticamente purificada obtida a partir do algodão é resistente, fibrosa e completamente insolúvel em água. Por outro lado, o glicogênio obtido a partir do músculo ou fígado dispersa – se na água quente, produzindo uma solução turva. Embora ambos tenham propriedades físicas marcadamente diferentes, ambas substâncias são compostas por polímeros de glicose unidos por ligações do tipo 1 -> 4 de pesos moleculares similares. Quais aspectos de suas estruturas fazem com que esses dois polissacarídios em suas propriedades físicas ? Explique as vantagens biológicas de suas respectivas propriedades.
5) A enzima glicose oxidase isolada do fungo Penicilium notatum catalisa a oxidação da β- D- glicose a D- glicono-δ- lactona. Esta enzima é altamente específica para o anômero β da glicose e não afeta o anômero α. A despeito desta especificidade, a reação catalisada pela glicose oxidade é comumente usada em ensaios clínicos para dosagem de glicose sanguínea, ou seja de soluções consistindo de uma mistura de α glicose eβ glicose. Como isso é possível ? Além de permitir a detecção de quantidades menores de glicose, qual vantagem a glicose oxidase oferece em relação ao reativo de Fehling para determinação da glicose sanguínea ?
Problemas via glicolítica
1) Estamos na noite de 5 de dezembro de 1975, em Viena. Neste momento um homem 
está agonizando em seu leito de morte. Seu nome: Wolfgang Amadeus Mozart, o maior compositor de todos os tempos. Há suspeitas que sua morte seja prematura aos 35 anos de idade, por insuficiência renal tenha sido produzida por envenenamento. Há dois suspeitos: 
O renomado compositor Antonio Salieri, compositor oficial do imperador austríaco Franz I. O falecido Mozart diversas vezes reiterara que Salieri estava por trás do fracasso de sua ópera “ As Bodas de Fígaro”. E dizia que o compositor favorito do imperador, reiteradas vezes tentara envenená-lo, invejoso de seus dotes divinos. È de causar estranheza também o fato de que Salieri presenciara a agonia de Mozart na gelada noite de 5 de dezembro e o ajudara a compor em seu leito de morte os compassos finais de sua “Missa para os Mortos”, estranhamente a última composição de gênio austríaco.
O outro suspeito trata-se do excêntrico conde Walsegg Von Stuppach. Isto pelo fato de ter sido ele o autor da encomenda da “Missa para os Mortos” junto ao compositor. Estranhamente, após o recebimento desta encomenda a saúde de Mozart passou a deteriorar-se rapidamente.
O inspetor geral da policia de Viena procurou o Laboratório com biopsias de tecido renal de Mozart para que esclarecêssemos a causa da morte, e de amostras de pós misteriosos, encontrados após revistas no palácio do conde e na mansão de Salieri. Trata-se de situação delicada, pois o excêntrico conde é famoso em Viena por três peculiaridades. A companhia de formosas damas, seus belos cavalos e sua infalível pontaria em torneios de tiro ao alvo.
Já os protegidos do imperador Franz I, como compositor Salieri, jamais sofreram ataques de honra. Os que ousaram assim fazê-lo apareceram misteriosamente boiando nos límpidos lagos alpinos.
A mensuração de alguns metabólicos do metabolismo intermediário nas amostras de tecido renal de Mozart e de outros pacientes mortos no mesmo dia, de diferentes causas, revelou os seguintes valores:
	Intermediário
	Concentração (μM) - Mozart
	Pool de Vienenses
	Glicose
	5000
	4998
	Glicose -6- phosphato
	83
	84
	Frutose 1,6 bifosfato
	31
	30
	Gliceraldeído 3-fosfato
	19
	20
	1,3 bisfosfoglicerato
	0, 001
	1
	3-fosfoglicerato
	118
	120
	Piruvato
	51
	51
	ATP
	50
	1850
	Pi
	1000
	1002
	Citrato
	302
	325
	Succinato
	47
	52
Você resolve então fazer uma cultura de tecidos renais normais, e aplica nas mesmas em diferentes placas, os pós encontrados nas residências de Salieri e do conde, respectivamente.
Os resultados são:
	Intermediário
	Concentração (μM) - Salieri
	conde Walsegg Von Stuppach
	Glicose
	5000
	4988
	Glicose -6- phosphato
	84
	83
	Frutose 1,6 bifosfato
	33
	31
	Gliceraldeído 3-fosfato
	18
	20
	1,3 bisfosfoglicerato
	0, 0005
	1.1
	3-fosfoglicerato
	118
	121
	Piruvato
	51
	53
	ATP
	44
	1849
	Pi
	998
	1000
	Citrato
	302
	319
	Succinato
	48
	55
Quem matou Mozart??
 Baseando-se nos dados bioquímicos, qual a causa de seu envenenamento??
2) Gliceraldeído 3-fosfato marcado com 14C foi adicionado a um extrato de leveduras. Após um curto período de tempo, frutose 1, 6 bisfosfato marcada com 14C em C-3 e C-4 foi isolada. Qual era a localização da marca de 14C na molécula original de gliceraldeído 3-fosfato ? De onde provinha a segunda marcação de 14C na frutose 1,6 bisfosfato ? Explique.
3) Durante a atividade muscular intensa, o tecido muscular demanda grandes quantidades de ATP em comparação com o tecido muscular em repouso. No tecido muscular da perna do coelho ou no músculo da asa do peru, este ATP é produzido quase exclusivamente pela fermentação lática. O ATP é produzido na fase produtiva da via glicolítica por duas reações enzimáticas promovidas pela fosfoglicerato quinase e piruvato quinase. Suponha que o músculo esquelético não possuísse lactato desidrogenase. Poderia ele exercer atividade física intensa, ou em outras palavras, poderia ele gerar ATP a uma alta velocidade de glicólise ?
Ciclo do ácido cítrico:
1 )Se uma placa com células respirando ativamente for incubada com glicose marcada com 14C a nível do carbono 1 e os intermediários da via glicolítica e do ciclo do ácido cítrico forem isolados, indique qual dos carbonos estará marcado nos intermediários listados abaixo ?
(a) frutose 1,6 bisfosfato
(b) gliceraldeído – 3 – fosfato
© fosfoenolpiruvato
d) acetil – CoA
e) citrato
f) α – cetoglutarato
2) O fluoroacetato preparado comercialmente para o controle de roedores, é um produto natural de uma planta sul africana. Após entrar na célula, o fluoroacetato é convertido em fluoroacetil CoA em uma reação catalisada pela enzima acetato tioquinase.:
F-CH2COO- + CoASH + ATP -> F – CH2CO- SCoA + AMP + PPi
O efeito tóxico do fluoroacetato foi estudado em um experimento metabólico, utilizando - se coração de rato. Após o tecido ser perfundido com 0.22 mM de fluoroacetato, a velocidade de consumo da glicose e da glicólise diminuíram e a frutose-6-fosfato, assim como a glicose – 6-fosfato acumularam – se. Um exame dos intermediários do ciclo do ácido cítrico indicou que suas concentrações estavam abaixo do normal com exceção do citrato, o qual tinha concentrações 10 vezes mais elevadas que o normal.
Onde ocorria o bloqueio no ciclo do ácido cítrico ? O que provoca o acúmulo de citrato e a diminuição das concentrações dos outros intermediários ?
O fluoroacetil CoA é enzimaticamente transformadono ciclo do ácido cítrico. Qual a estrutura do produto final do fluoroacetato ? Por que este bloqueia o ciclo do ácido cítrico ? Como pode a inibição ser superada ?
Por que o consumo de glicose e a glicólise diminuem no coração quando da perfusão com fluoroacetato ? Por que hexoses monofosfato se acumulam ?
Por que o envenenamento com fluoroacetato é fatal ?
3) Em 1860 Robert Burke, John Wills, Charles Gray, John King e vários companheiros sairam de Melbourne, Austrália, em direção ao golfo de Carpentária, em uma tentativa de serem os primeiros a cruzar a Austália de sul para o Norte. Quando eles atingiram o rio de Coopper, os quatro homens deixaram seus companheiros esperando – os enquanto continuavam a viagem sozinhos. Eles foram bem sucedidos em atingir a costa norte da Austrália, porém devido às pesadas chuvas, atrasaram – se e ficaram sem suprimentos. Em sua viagem de retorno, começaram a alimentar – se de moluscos de água doce e em algumas semanas ficaram doentes. Gray logo morreu. Em seu diário Wills anotou:
“Nossas pernas estão quase totalmente paralisadas de maneira que cada um de nós tem como uma tarefa quase impossível dar apenas alguns passos. Tal sensação de travamento nas pernas eu nunca experimentei antes e espero nunca mais sentir novamente. O esforço requerido para levantar um simples punhado de areia, mesmo sem muito peso induz a uma indescritível sensação de dor e sofrimento e a exaustão nos torna inaptos para fazer qualquer coisa.”
Quando eles atingiram o rio de Cooper, observaram que seus companheiros haviam desistido de espera – los e partiram no dia anterior à sua chegada. Haviam, entretanto, deixado para trás um suprimento de farinha de cevada e açúcar. Adicionando –os à sua dieta, recuperaram – se quase completamente. À medida que permaneceram no rio de Cooper, aguardando uma expedição de resgate, seu suprimento de farinha de cevada começou a escassear e os exploradores passaram alimentar – se de um farelo feito com os esporocarpos de uma samambaia indígena denominada nardoo. Esta é um alimento popular entre os aborígenes australianos. Burke, Wills e King maceravam os esporocarpos e cozinhavam – nos. Logo os sintomas retornaram.
Burke e Wills morreram, com um suprimento substancial de farelo de nardoo perto deles. Logo após, King foi resgatado pelos aborígenes os quais o alimentaram com farelo de nardoo até ele recuperar – se parcialmente. Os aborígenes ingeriam o farelo de nardoo cru após deixá – lo de molho na água “overnight”. Eles bebiam essa água na qual o nardoo havia ficado de molho.
King nunca recuperou – se completamente; ele desenvolveu uma neuropatia periférica, que dificultava sua locomoção, embora estivesse aparentemente sadio.
Qual a causa da morte de Burke e Wills ?
Qual a substância tóxica no farelo de nardoo e como esta atua ?
Por que os aborígenes ingerem sem maiores problemas o farelo de nardoo ?
4) A formação do citrato a partir da acetil – CoA e do oxaloacetato é uma reação de :
a) oxidação b) redução c) condensação d) ligação e) nenhuma das anteriores
5) Explique por que a succinato desidrogenase é uma enzima diferenciada em comparação com as outras enzimas do ciclo do ácido cítrico ?
6) Explique como a descarboxilação do alfa cetoglutarato assemelha – se à descarboxilação do piruvato ?
Fosforilação oxidativa:
1) Quando a glucose é totalmente oxidada a CO2 e H2O, quantas moléculas de ATP são produzidas pela fosforilação oxidativa, com relação à produção total ?
a) 12 de 30
b) 26 de 30
c) 26 de 32
d) 12 de 38
e) nenhuma das anteriores
2) Qual é a origem da força eletromotriz para o transporte de elétrons através da cadeia transportadora de elétrons ?
3) Explique por que o monóxido de carbono é tóxico ?
4) Quando o antibiótico é adicionado a mitocôndrias que respiram ativamente, vários eventos acontecem: o rendimento de ATP diminui, a taxa de consumo de O2 aumenta, calor é liberado e o gradiente de pH através da membrana mitocondrial interna aumenta. A valinomicina age como um desacoplador ou um inibidor da fosforilação oxidativa ? Explique as observações experimentais em termos da capacidade do antibiótico de transferir íons K+ através da membrana mitocondrial interna.
5) O complexo da NADH desidrogenase da cadeia respiratória mitocondrial promove a seguinte série de reações de oxidação – redução, nas quais Fe+3 e Fe+2 representam os centros de Ferro – enxofre, Q é ubiquinona, QH2 é ubiquinol e E é a enzima reduzida:
(1) NADH + H+ + E-FMN -> NAD + + E-FMNH2
(2) E-FMNH2 + 2 Fe+3 -> E-FMN + 2 Fe+2 + 2 H+
(3) 2Fe+2 + 2 H+ + Q -> 2 Fe+3 + QH2
Soma: NADH + H+ + Q -> NAD+ + QH2
Para cada uma das três reações catalisadas pelo complexo NADH desidrogenase, identifique: 
(a) o doador de elétrons
(b) o aceptor de elétrons
© o par redox conjugado 
d) o agente redutor
e) o agente oxidante
Problemas – gliconeogênese
1) Dentre os substratos abaixo, quais são precursores da glucose ?
a) succinato
b) glicerol
c) acetil CoA
d) piruvato
e) butirato
2) Por que a ausência de atividade da glicose 6-fosfatase no cérebro e no músculo faz bom sentido fisiológico ?
3) Qual seria o efeito na capacidade de um organismo utilizar glicose como fonte de energia se uma mutação inativasse a glicose 6 fosfatase no fígado ? 
4) É possível obter se uma síntese líquida de glicose a partir do piruvato, caso o ciclo do ácido cítrico e a fosforilação oxidativa estiverem totalmente inibidos ?
5) A concentração de lactato no plasma sanguíneo antes, durante e após uma corrida de 400 metros rasos são mostradas no gráfico que será desenhado na lousa.
a) O que causa o rápido aumento da concentração de lactato ?
b) O que causa o declínio na concentração de lactato após o final da corrida ? Por que esse declínio ocorre mais lentamente que o aumento ?
c) Por que a concentração de lactato não chega a zero durante o repouso ?
Problemas glicogeniogênese e glicogenólise
1) O uso intracelular da glicose e do glicogênio é rapidamente regulado em 4 pontos. Para comparar a regulação da glicólise com oxigênio abundante e escasso, considere a utilização da glicose e do glicogênio pelo músculo da perna do coelho em duas condições fisiológicas: coelho em repouso com baixa demanda por ATP e coelho que vê seu inimigo mortal: o coiote e dispara para sua toca. Para condição determine os níveis relativos (alto, intermediário, baixo) de AMP, ATP, citrato e acetil Coa e descreva como esses níveis afetam o fluxo de metabólitos pela glicólise com a regulação de enzimas especificas. Em períodos de estresse, o músculo da perna do coelho produz a maior parte a maior parte do ATP por glicólise anaeróbica e muito pouco por oxidação da acetil CoA derivada da oxidação das gorduras.
2) Ao contrário do coelho e sua corrida curta, os pássaros migratórios requerem energia por longos períodos de tempo. Os patos por exemplo, geralmente voam milhares de quilômetros durante sua migração anual. Os músculos de vôo dos pássaros migratórios têm alta capacidade oxidativa e obtêm o ATP necessário por meio da oxidação da acetil CoA (obtida das gorduras) via ciclo do ácido cítrico. Compare a regulação da glicólise no músculo durante intensa atividade curta duração como no caso do coelho em fuga e durante uma atividade prolongada como no caso do pato migratório.
Problemas ácidos graxos
1) Depois de uma pessoa ter ingerido grande quantidade de sacarose, a glicose e a frutose que excedem as necessidades calóricas são transformadas em ácidos graxos para a síntese de triacilgliceróis. A síntese de ácidos graxos consome acetil CoA, ATP e NADPH. Como essas substâncias são produzidas a partir da glicose ?
2) Quando glicose marcada com 14C é adicionada à dieta balanceada de ratos adultos, não há aumento na quantidade total da quantidade de triacilgliceróis estocados, mas os triacilgliceróis tornam – se marcados com 14C. Explique.
Problemas metabolismo aminoácidos e proteínas
1)O glutamato é um importante neuro transmissor cujos níveis devem ser cuidadosamente regulados no cérebro. Explique como elevados níveis de amônia podem romper essa regulação. Como uma concentração elevada de amônia pode alterar o ciclo do ácido cítrico ?
2) O dano hepático frequentemente resulta em envenenamento pela amônia. Explique por que ?