Exercicios de Bioquimica Metabolica

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE BRASÍLIA – UniCEUB
FACULDADE DE CIÊNCIAS DA SAÚDE - FACES
CURSOS DE BIOMEDICINA E NUTRIÇÃO.
DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA METABÓLICA
PROFESSOR: CLÁUDIO HENRIQUE CERRI E SILVA
Exercícios de Bioquímica Metabólica – 2ª parte
Ciclo dos ácidos tricarboxílicos (de Krebs) 
1) A equação a seguir representa a soma de três etapas do ciclo dos ácidos tricarboxílicos
A + B + FAD + H2O → C + FADH2 + NADH + H+ 
Baseado no esquema acima, determine a alternativa que relaciona corretamente as letras A, B e C aos respectivos intermediários do ciclo dos ácidos tricarboxílicos:
a) Succinil-CoA; GDP; Succinato.
b) Succinato; NAD+; Oxaloacetato.
c) Fumarato; NAD+ ; Oxaloacetato.
d) Succinato; NAD+; Malato.
e) Fumarato; GTP; Malato.
2) Um corredor necessita de uma enorme quantidade de energia durante uma corrida. Explique como o uso de ATP durante a contração muscular afeta o ciclo de Krebs. (Lembre-se que ocorre a “quebra” do ATP para liberar ADP e Pi durante a contração muscular).
3) Pacientes em estado de choque passam por uma situação de diminuição de entrega de O2 nos tecidos, diminuição da atividade do complexo da piruvato desidrogenase, além de aumento no metabolismo anaeróbio. O excesso de piruvato é convertido em lactato, que acumula nos tecidos e no sangue, causando acidose láctica. Uma vez que o O2 não é um reagente ou produto do ciclo do ácido cítrico, por que os baixos níveis de O2 diminui a atividade do complexo da piruvato desidrogenase? Para minimizar a acidose láctica, os pacientes em choque são medicados com uma substância denominada dicloroacetato, que inibe a enzima piruvato desidrogenase cinase. De que forma esse tratamento pode afetar a atividade do complexo da piruvato desidrogenase? 
4) A forma ativa da piruvato desidrogenase (complexo da piruvato desidrogenase) é desfosforilada. Sabendo da existência de duas outras enzimas que regulam seu funcionamento, a piruvato desidrogenase quinase (que fosforila o complexo da piruvato desidrogenase) e a piruvato desidrogenase fosfatase (desfosforila o complexo da piruvato desidrogenase) e que esse complexo também é regulado alostericamente, estabeleça uma relação de atividade ou não da piruvato desidrogenase:
1 - em condições de baixas concentrações de acetil-CoA;
2 - em situações de alta concentração de piruvato;
3 - na presença de epinefrina na membrana do hepatócito.
5) Durante o exercício físico aeróbio, a estimulação do ácido tricarboxílico resulta principalmente em qual das seguintes alternativas?
a) Ativação alostérica da isocitrato desidrogenase por NADH aumentado.
b) Ativação alostérica da fumarase por ADP aumentado.
c) Uma diminuição rápida na concentração de intermediários de quatro carbonos
d) Inibição por produto da citrato sintase
e) Estimulação do fluxo por diversas enzimas por uma razão NADH/NAD+ diminuída.
6) O fluoracetato, encontrado em diversas plantas na África, Austrália e América do Sul, é um potente veneno. Seu uso é proibido pela Organização Mundial da Saúde. A toxicidade do fluoracetato se deve ao fato de ser convertido em fluoracetil-CoA e posteriormente em fluorcitrato pela citrato sintase. O fluorcitrato inibe a aconitase, bem como o transporte de citrato através da membrana mitocondrial. Com base nessas informações, analise as afirmativas abaixo e, a seguir, assinale a alternativa correta:
I. A administração de isocitrato pode amenizar os efeitos numa pessoa intoxicada por fluoracetato, uma vez que seria diminuída a formação do fluorcitrato.
PORQUE
II. A enzima citrato sintase é inibida alostericamente por NADH e Succinil-CoA, substâncias naturalmente obtidas a partir da oxidação do isocitrato nas reações do ciclo de Krebs.
a) É correto o que se afirma somente na afirmativa II.
b) É correto o que se afirma somente na afirmativa I.
c) As duas afirmativas são consideradas corretas, mas a segunda não é justificativa correta da primeira.
d) As duas afirmativas são consideradas corretas, e a segunda é justificativa correta da primeira.
e) As duas afirmativas são consideradas falsas.
Cadeia transportadora de elétrons e Fosforilação oxidativa
1) O cianeto liga-se facilmente à porção metálica dos citocromos, localizados nos complexos protéicos da membrana mitocondrial interna (m.m.i.). Qual dos seguintes acontecimentos será mais provável no envenenamento por cianeto? 
a) interrupção da transferência dos elétrons do NADH
b) interrupção da transferência dos elétrons do FADH2
c) interrupção da transferência dos elétrons para o O2
d) ruptura da membrana mitocondrial 
e) a cadeia respiratória não será afetada
2) Pode-se dizer que o camelo e o rato canguru, animais adaptados a condições extremamente áridas, apresentam excelentes mecanismos que minimizam a perda de água do organismo. Além disso, podem passar muito tempo sem ingerir água. Sabendo que a água é um dos produtos finais da oxidação completa de carboidratos e lipídios, podemos compreender que esses animais podem armazenar grande quantidade de gordura na corcova (camelo) ou ingerir grande quantidade de ácidos graxos armazenados nas sementes (rato canguru) e, conseqüentemente, suprir de água as células. Onde é formada essa água? Qual a importância do complexo IV para o balanço energético (ATP/ADP) e a formação de H20? De onde vem e qual o papel do oxigênio utilizado na formação da molécula de H20?
3) A energia liberada da glicose durante a respiração, mas não utilizada para formar ATP pode ser detectada sob a forma de calor. Explique de que maneira o desacoplamento da cadeia respiratória (C.T.E./F.O.) está relacionado com este aumento na geração de calor.
4) O esquema a seguir ilustra a ação de duas enzimas do sistema antioxidante celular que combate as espécies reativas do oxigênio, formadas a partir do radical superóxido (O2•-), que por sua vez é formado na cadeia transportadora de elétrons. Considere que o NADPH e o H+ são necessários para converter a glutationa oxidada em glutationa reduzida e que esse NADPH é proveniente da via das pentoses, da ação da enzima málica ou mesmo da ação da enzima isocitrato desidrogenase mitosólica. A enzima isocitrato desidrogenase atua no ciclo de Krebs convertendo o isocitrato em α-cetoglutarato e requer o NAD+ ou NADP+ como coenzima. Por esse motivo pode-se sugerir que o “mecanismo de combate” de espécies reativas de oxigênio pode reduzir o rendimento do ATP à medida que mais ATP é necessário na célula? Justifique. (Pista: o isocitrato pode ser convertido a α-cetoglutarato e continuar o ciclo de Krebs até sua completa oxidação, isto é, até a formação do oxaloacetato).
5) A UCP1 é uma proteína desacopladora do tecido adiposo marrom. Experimentos usando camundongos normais e animais modificados por nocaute do gene da UCP1 (com ausência do gene para UCP1) resultaram na descoberta de uma nova proteína desacopladora, denominada UCP2. Nos animais, verificou-se que a injeção de uma substância, que simula a Epinefrina e estimula a UCP1, levou ao aumento do consumo de oxigênio em duas vezes nos camundongos normais, mas não naqueles modificados. Além disso, os pesquisadores verificaram que os animais modificados eram essencialmente normais, exceto por um aumento na deposição de tecido adiposo. Com base nessas informações analise as afirmações abaixo e assinale a alternativa considerada correta:
I. As proteínas desacopladoras aumentam a liberação de calor ao deslocar o fluxo de íons H+ do espaço intermembranas para o mitosol e, consequentemente, aumentam a velocidade de consumo de oxigênio atmosférico, uma vez que está ocorrendo maior oxidação de NADH e FADH2.
PORQUE
II. A maior atividade das proteínas desacopladoras, como a UCP1, aumenta o consumo de moléculas de nutrientes, pois na cadeia respiratória o quociente P/O é diminuído nessas condições, de maior atividade das proteínas desacopladoras. Com isso, ocorre maior consumo das reservas energéticas,como lipídeos.
a) As duas afirmativas são consideradas falsas.
b) As duas afirmativas são consideradas corretas, mas a segunda não é justificativa correta da primeira.
c) As duas afirmativas são consideradas corretas, e a segunda é justificativa correta da primeira.
d) É correto o que se afirma somente na afirmativa I.
e) É correto o que se afirma somente na afirmativa II.
6) Leia atentamente a manchete fictícia divulgada por um tablóide sensacionalista: “Uma recente descoberta revolucionará o tratamento para obesidade. Trata-se de uma substância isolada a partir de uma erva daninha, que é capaz de aumentar a permeabilidade de membranas biológicas aos íons de H+. Os pesquisadores estão certos de que os usuários dessa substância perderão peso rapidamente e poderão ingerir muito mais alimentos, sem culpa, pois dificilmente vão engordar”. Explique como seria possível uma substância, com a ação anunciada na manchete, promover a rápida perda de gordura. Considere na sua resposta as membranas mitocondriais.
7) Na mitocôndria normal a velocidade da transferência de elétrons é fortemente acoplada à demanda de ATP. Quando a velocidade de utilização do ATP for relativamente baixa, a velocidade de transferência de elétrons é baixa. Quando a demanda de ATP aumenta, a velocidade de transferência de elétrons também aumenta. Nessas condições de forte acoplamento, o número de moléculas de ATP produzidas por átomo de oxigênio consumido, quando o NADH é o doador de elétrons (quociente P/O) é cerca de 2,5. 
a) Preveja os efeitos de uma concentração relativamente baixa e outra relativamente alta de um desacoplador na velocidade da transferência de elétrons e no quociente P/O.
b) A ingestão dos desacopladores provoca profunda sudorese e um aumento da temperatura corporal. Explique esse fenômeno em termos moleculares. O que acontece com o quociente P/O na presença de desacopladores?
8) Durante um ataque cardíaco, o fluxo de sangue para o coração é drasticamente diminuído pelo bloqueio de uma artéria coronária. Analise as afirmativas referentes às mudanças que se espera no metabolismo do coração e assinale a alternativa correta.
1. Diminuição da fosforilação oxidativa nas mitocôndrias;
2. Estimulação do aumento do consumo lipídico no miócito;
3. Aumento do consumo de glicose pelo coração.
a) Apenas a afirmativa 1 é verdadeira;
b) A afirmativa 2 representa metabolismo possível apenas no músculo esquelético;
c) As afirmativas 1 e 3 são complementares, ou seja, a incapacidade de realizar oxidação aeróbia aumenta o consumo de glicose.
d) Somente a afirmativa 3 representa possível alteração no metabolismo do coração na condição proposta.
e) As três afirmativas apresentam possíveis alterações metabólicas encontradas em anaerobiose.
9) A oligomicina é um antibiótico que bloqueia a transferência de prótons através da porção F0 do canal de prótons da ATP Sintase. Preveja o efeito da adição desse antibiótico: (a) na produção de ATP, (b) no transporte de elétrons e (c) no consumo de oxigênio. Considere ainda o efeito provocado pela adição do Dinitrofenol (DNP), um desacoplador, na velocidade de consumo do oxigênio.
10) Um alimento que contém succinato pode ser considerado altamente energético e saudável. Porém, seu metabolismo completo não ocorre na ausência de oxigênio. Indique as etapas necessárias para oxidação do succinato, explicando o motivo pelo qual o metabolismo dessa substância não ocorre na ausência de oxigênio.
11) Considere que uma molécula de glicose é completamente oxidada numa célula. Quantas moléculas de CO2 são formadas para cada molécula de O2 usada na cadeia respiratória? 
12) Suponha que uma amostra de células tenha sido exposta a um meio de cultura contendo apenas glicose como fonte de energia. Sabendo que as células utilizadas no procedimento são dotadas de mitocôndrias, mas também são anaeróbias facultativas, explique o motivo do aumento na velocidade de consumo de glicose observado quando o meio de cultura é isolado do ar atmosférico, isto é, são submetidas a condições anaeróbicas.
13) (ENADE – Ciências Biológicas – 2014) As mitocôndrias possuem dupla membrana (externa e interna) e um espaço intermembranar. A teoria quimiosmótica, introduzida por Peter Mitchell, em 1961, tem sido aceita como um dos grandes princípios unificadores da biologia no século XX, por explicar os processos de respiração celular que resultam na síntese de ATP.
MARGULIS, L. Origino f Eukaryotic Cells. Yale University Press, 1970.
Nessa perspectiva e de acordo com a imagem apresentada, é correto afirmar que a síntese do ATP (adenosina trifosfato), a partir da associação do grupamento fosfato (Pi) ao ADP (adenosina difosfato), depende
a) da geração do gradiente de prótons (íons H+) pela cadeia transportadora de elétrons, que ativa a ATPsoma.
b) da ativação da ATPsoma, independentemente do gradiente gerado na cadeia transportadora de elétrons.
c) da geração de pelo menos 10 íons H+ na cadeia transportadora de elétrons, que dá início à conversão do NADH2 em NAD+.
d) de reações químicas por trocas de prótons e elétrons, que ocorrem de forma quase localizada entre moléculas do NADH2 e o ADP+Pi.
e) da presença da membrana mitocondrial externa, pois sem ela não haveria a formação do gradiente de elétrons (íons H+) no espaço intermembranar.
Β-oxidação (ciclo de Lynen) e Cetogênese
1) A carnitina, derivada do resíduo de lisina e metionina de diversas proteínas, é responsável pela transferência de grupos acila através da membrana mitocondrial interna. Comente o papel desse carreador para o catabolismo de ácidos graxos. Qual o nome da enzima que transfere o grupo acila do Acil-CoA para a carnitina e da carnitina para a CoA mitosólica?
2) Diferencie a oxidação de ácidos graxos saturados daquela que ocorre para ácidos graxos insaturados.
3) Os lipídios tem importante papel no armazenamento de energia porque os ácidos graxos fornecem número de moles de ATP consideravelmente maior que os açúcares. Comente.
4) A maioria dos ácidos graxos naturais apresenta um número par de átomos de carbono. Qual o produto final da tiolase quando um ácido graxo de número impar de carbonos é oxidado (considere o último ciclo da β-oxidação)? Como as moléculas resultantes desse ciclo da β-oxidação são oxidadas no ciclo de Krebs?
5) Quantos ciclos da β-oxidação serão necessários para a completa oxidação do ácido araquidônico (20:4) para a formação de acetil-CoA? Qual o rendimento energético esperado, quanto ao número de ATP, após completa oxidação desse ácido graxo considerando também o ciclo de Krebs, cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa?
6) Um indivíduo apresenta uma condição caracterizada por fraqueza muscular progressiva e câimbras. Essa condição é agravada em situações de jejum, exercício e dieta rica em gordura. Um isolado de tecido muscular esquelético desse indivíduo foi comparado com um isolado de um indivíduo normal. A velocidade de oxidação do oleato (ácido graxo de cadeia longa) no tecido normal é mais rápida que no tecido do paciente, porém a velocidade de oxidação nos dois tecidos é igualada quando a carnitina é adicionada ao isolado do músculo do paciente. Diagnóstico: deficiência de carnitina no paciente. Por que a adição de carnitina foi capaz de aumentar a velocidade de oxidação do oleato? Por que os sintomas do paciente são agravados por situações como o jejum, o exercício e dieta rica em gordura?
7) Suponha que você precise sobreviver com uma dieta consistindo exclusivamente de gordura de baleia ou foca, sem nenhum, ou muito pouco carboidrato.
(a) Qual o efeito da privação de carboidratos sobre a utilização de gorduras para obtenção de energia?
(b) Se a sua dieta fosse totalmente desprovida de carboidratos, qual tipo de ácido graxo seria melhor consumir: aqueles com número par ou ímpar de átomos de carbono? Explique.
8) Um experimento foi realizado em animaismantidos em jejum por 7 dias. Esses animais foram preparados para os procedimentos com adaptação de cateter para infusão de substâncias e coleta de sangue para dosagens diversas. No terceiro dia de jejum dos animais houve aplicação de uma droga que inibe a enzima Acil-CoA desidrogenase de cadeia longa. Os pesquisadores observaram que três horas após a aplicação da droga os níveis de β-hidroxibutirato caíram aproximadamente 60%, enquanto que no mesmo período, os níveis de AGL no plasma subiram cerca de 100%. Discuta as razões da variação plasmática nos níveis de β-hidroxibutirato e AGL, considerando o estado metabólico dos animais. 
9) Um homem de 20 anos de idade com diabetes melito, em estado de semiconsciência, com febre, náusea e vômitos foi admitido em um hospital. Sua respiração apresentava odor de acetona. Uma amostra de urina foi fortemente positiva para corpos cetônicos. Qual das seguintes afirmações é correta a respeito desse paciente?
a) Um teste de glicose sanguínea provavelmente poderia mostrar que o paciente apresentava um nível bem abaixo de 80 mg/dL.
b) Uma injeção de insulina poderia diminuir sua produção de corpos cetônicos.
c) Deveria ser-lhe dada uma infusão de glicose para ele readquirir a consciência.
d) Deveria ser administrado glucagon para estimular a glicogenólise e a gliconeogênese no fígado.
e) A acetona foi produzida por descarboxilação do corpo cetônico β-hidroxibutirato.
10) A β-oxidação se caracteriza por reações sucessivas e cíclicas, ocorre no mitosol e promove aumento na concentração de acetil-CoA, NADH+H+ e FADH2. Esse processo de oxidação lipídica se completa com eventos posteriores que ocorrem no Ciclo de Krebs e cadeia respiratória (Cadeia transportadora de elétrons + fosforilação oxidativa). Diante do exposto, analise as afirmativas e assinale a alternativa correta:
a) A β-oxidação é o principal meio de geração de energia no estado bem alimentado, pois é o momento em que há maior disponibilidade mitosólica de oxaloacetato, intermediário do Ciclo de Krebs;
b) β-oxidação é um catabolismo independente de oxigênio atmosférico (O2), assim como a glicólise anaeróbica.
c) A oxidação de ácidos graxos ocorre de forma completa somente em condições aeróbicas, independentemente da presença dos intermediários do ciclo de Krebs.
d) A oxidação completa dos ácidos graxos é encontrada no hepatócito do indivíduo, mesmo que esteja em jejum prolongado. Nesse caso, a oxidação de ácidos graxos resulta na liberação de energia para a glicogênese.
e) Podemos afirmar que a quantidade de energia liberada por uma molécula de ácido graxo é diretamente proporcional à quantidade de acetil-CoA que ela pode liberar. Assim, ácidos graxos de cadeia longa são mais ricos em energia do que aqueles de cadeia curta.
11) Indivíduos com a deficiência hereditária de carnitina acil transferase II (CAT II) apresentam fraqueza muscular. Explique porque os sintomas de fraqueza muscular são acentuados durante o jejum? 
12) Durante um debate entre dois estudantes de Bioquímica, surgiu uma pergunta: o Acetil-CoA proveniente do piruvato rende mais ATP que o Acetil-CoA proveniente da β-oxidação? Não deixe seus colegas em dúvida e faça um esquema geral apontando quantos ATP ao todo podem ser gerados a partir da completa oxidação de um piruvato e um Acetil-CoA (considere um Acetil-CoA proveniente de um ciclo da β-oxidação). Lembrete: não deixe passar em branco nenhuma molécula redutora que possa ser formada durante todo o processo!
13) Uma pessoa com uma deficiência de uma enzima na rota da síntese de carnitina não está comendo quantidades adequadas de carnitina na dieta. Qual dos seguintes efeitos seriam esperdados durante o jejum quando comparado com uma pessoa com uma ingesta e uma síntese de carnitina adequadas?
a) A oxidação de ácidos graxos está aumentada.
b) A síntese de corpos cetônicos está aumentada.
c) Os níveis de glicose sanguínea estão aumentados.
d) Os níveis de ácidos dicarboxílicos no sangue estariam aumentados.
e) Os níveis de ácidos graxos de cadeia longa no sangue estariam aumentados.
Questões de integração metabólica
1) Uma dieta rica em triacilglicerídeo e pobre em carboidrato pode inibir a oxidação de glicose para formar CO2 e H2O e ativar a oxidação de acetil-CoA, derivado da β-oxidação, para formar CO2 e H2O. Estabeleça um possível mecanismo de regulação desse metabolismo considerando a elevação da concentração do acetil-CoA. (Pista: a carboxilação do piruvato é determinante para que a oxidação do acetil-CoA ocorra no ciclo de Krebs).
2) Quando o O2 é adicionado a uma suspensão aeróbica de células que consomem glicose em uma alta taxa, a velocidade de consumo da glicose declina e o acúmulo de lactato cessa. Esse efeito, inicialmente observado por Louis Pasteur em 1860, é característico da maioria das células capazes de utilizar tanto o catabolismo aeróbico como o anaeróbico da glicose. Por que o acúmulo de lactato cessa após a adição de O2? Por que a presença de O2 diminui a velocidade de consumo da glicose? Como o início do consumo do O2 diminui a velocidade do consumo da glicose? Explique em termos de enzimas específicas.
3) Um típico prato das ilhas Caribenhas consiste de peixe salgado e fruta Akee (ou achee). Akee (Blighia sapida) é uma fruta da família Sapindaceae, com origem na África Ocidental, Costa da Guiné. Suas frutas imaturas e, principalmente verdes, são tóxicas, pois possui a substância Hipoglicina (Hypogliycin), um metabólito da planta que serve de substrato para a enzima Acil-CoA desidrogenase. O produto da reação de hipoglicina com a Acil-CoA desidrogenase liga-se covalentemente, e de forma irreversível, ao FAD, inibindo a ação da Acil-CoA desidrogenase. Proponha uma relação entre a glicemia e a intoxicação por Hipoglicina, que pode provocar vômito e, em casos severos, levar a convulsões, ao coma e a óbito.
4) Quando a glicose não está disponível, o fígado começa a quebrar os ácidos graxos para suprir os demais órgãos com “combustível metabólico”. Explique o motivo pelo qual o Acetil-CoA derivado dos ácidos graxos não é catabolizado no ciclo do ácido cítrico, mas o invés disso é “desviado” para a Cetogênese quando a glicose é indisponível. 
5) Dois irmãos, nascidos com dois anos de diferença, foram diagnosticados com uma deficiência de piruvato carboxilase. Ambos recém-nascidos morreram menos de um mês após o parto. Amostras de sangue coletadas, antes da morte dos bebês, mostravam altas concentrações de corpos cetônicos no plasma. Como a deficiência da piruvato carboxilase pode explicar a elevação de corpos cetônicos no plasma.