Princípios de Bioquímica, Lehninger - Questões RESPONDIDAS para a P2 de Bioquímica

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Questões para a P2 de Bioquímica:
Controle do pH sanguíneo pela velocidade da respiração.
A pressão parcial do CO2 nos pulmões pode variar rapidamente pela frequência e extensão da respiração. Por exemplo, um remédio comum para avaliar soluços é aumentar a concentração do CO2 nos pulmões. Isso pode ser alcançado mantendo a respiração muito lenta e rara (hipoventilação), ou pela respiração em um saco de papel. Nessas condições, a pressão parcial do CO2 no ar do espaço dos pulmões eleva-se acima do normal. Explique quantitativamente o efeito desses procedimentos no pH do sangue. 
No sangue um dos mecanismos utilizado para controlar o equilíbrio ácido-base é o tampão que utiliza bicarbonato (composto básico) que se encontra em equilíbrio com o dióxido de carbono (composto ácido). Quando a respiração diminui a concentração de dióxido de carbono aumenta e o sangue se torna mais ácido. 
Pois bem, através do ajuste da velocidade e da profundidade da respiração, os centros de controle respiratório e os pulmões são capazes de regular o pH sanguíneo minuto a minuto. 
Uma prática comum de corredores competindo por distâncias curtas é respirar rápida e profundidade (hiperventilar) por cerca de meio minuto para remover o CO2 dos pulmões antes de começar a corrida de, digamos, 100m. O pH sanguíneo pode elevar-se até 7,60. Explique por que o pH do sangue aumenta. 
Com o aumento da frequência respiratória (hiperventilação), diminui a concentração do CO2 (composto ácido) do sangue; a redução dos níveis sanguíneos do CO2 eleva o pH, tornando-se básico.
Durante uma corrida de curta distância os músculos produzem grande quantidade de ácido láctico (CH3CH(HO)COOH,Ka= 1,38 x 10-4) a partir dos seus estoques de glicose. Tendo em vista esse fato, por que seria útil a hiperventilação antes de uma corrida curta? 
Uma corrida curta envolve esforços muito intensos em pequeno intervalo de tempo, isso faz com que elas gerem ATP por meio da glicólise, que tem baixo rendimento energético. Um produto desse metabolismo é o ácido láctico, que aumenta a acidez do tecido muscular e é responsável pelas dores causadas pelo esforço intenso. A hiperventilação antes de uma corrida curta, faz aumentar a respiração, assim diminuindo a concentração do CO2, essa redução eleva o pH, equilibrando o efeito do ácido láctico, mantendo a homeostase.
Papel da lactato-desidrogenase. Durante atividade intensa, a demanda por ATP no tecido muscular aumenta muito. Nos músculos das pernas do coelho ou no músculo das asas do peru, o ATP é produzido quase exclusivamente por fermentação láctica. O ATP é formado na fase de pagamento da glicólise por meio de duas reações, promovidas pela fosfoglicerato-cinase e pela piruvato-cinase. Suponha que o músculo esquelético seja desprovido da lactato-desidrogenase. Poderia ele desenvolver atividade física vigorosa, ou seja, gerar ATP em alta taxa pela glicólise? Explique. 
A Lactato desigrogenase (LD) é uma enzima da classe das oxirredutases, que catalisa a oxidação reversível do lactato a piruvato, em presença da coenzima NAD+, e que atua como doador ou aceptor de hidrogênio. Podemos reparar que a LD está presente no citoplasma de todas as células do organismo. Sendo rica no miocárdio, fígado, musculo esquelético, rim e eritrócitos. Os níveis teciduais de LD são aproximadamente 500 vezes maiores do que os encontrados no soro, e lesões naqueles tecidos provocam elevações plasmáticas significantes desta enzima. O ponto central desse problema é que o NAD+ deve ser regenerado a partir do NADH para a glicólise continuar. Alguns tecidos, como músculo esquelético, obtêm quase todo ATP por meio da glicólise, mas são capazes de atuar somente em exercícios não prolongados. Agora, com o intuito de produzir ATP em uma taxa elevada, o NADH formado durante a glicólise deve ser oxidado. Na ausência de uma quantidade significativa de oxigênio nos tecidos, a lactato desidrogenase converte piruvato e NADH a lactato e NAD+. Na ausência dessa enzima, o NAD+ não poderia ser regenerado e a produção glicolítica de ATP iria parar (e como consequência, a atividade muscular não poderia ser mantida). Portanto, caso o musculo esquelético seja desprovido de lactato-desidrogenase, ele não poderia desenvolver atividade física vigorosa, ou seja, gerar ATP em alta taxa pela glicólise.
Custo energético de um ciclo de glicólise e gliconeogênese. Qual é o custo (em equivalentes de ATP) de transformar glicose em piruvato pela via glicolítica e de este voltar à glicose pela gliconeogênese?
A glicólise é um processo comum na respiração aeróbica e fermentação. Ela é uma serie de dez passos catalisado por uma enzima específica, os seus carbonos de glicose são degradados em piruvato, que contem três carbonos. Portanto, o produto final da glicólise é o piruvato. A glicólise pode ser representada assim:
Já a gliconeogênese é representada assim:
Portanto, o custo (em equivalentes de ATP) de transformar glicose em piruvato pela via glicolítica e de este voltar à glicose pela gliconeogênese é de quatro moléculas de ATP.
Por que é importante que a gliconeogênese não seja o inverso exato da glicólise?
Sabemos que a glicólise é a quebra de glicose em piruvato, enquanto que a gliconeogênese consiste na produção de glicose a partir do piruvato, lactato ou dos intermediários do ciclo de Krebs. Ambos os processos são componentes essenciais para o metabolismo de energia do corpo humano e, embora sejam praticamente o espelho uma da outra, cada uma dessas reações possui mais diferenças do que similaridades. Se a gliconeogênese fosse simplesmente as reações inversas da glicólise, o processo seria energeticamente inviável (altamente endergônica), por causa de três reações com variações de energia livre bastante negativa na direção catabólica. Além disso, se as mesmas enzimas forem utilizadas em todas as reações nas duas vias, seria impossível regular os dois processos separadamente. Algo que estimulasse ou inibisse a direção para frente de uma determinada enzima iria simultaneamente estimular ou inibir a reação reversa na mesma extensão. Por isso, é importante que a gliconeogênese não seja o inverso exato da glicólise.
O etanol afeta os níveis de glicose no sangue. O consumo de álcool (etanol), especialmente após períodos de atividade intensa ou depois de várias horas sem comer, resulta em uma deficiência de glicose no sangue, uma condição conhecida como hipoglicemia. A primeira etapa no metabolismo do etanol pelo fígado é a oxidação a acetaldeído, catalisada pela álcool-desidrogenase hepática:
CH3CH2OH + NAD+ → CH3CHO + NADH + H+
Explique como essa reação inibe a transformação de lactato em piruvato. Por que isso leva à hipoglicemia?
A hipoglicemia deflagra uma serie de mecanismos contrarreguladores: suprime a secreção de insulina pelas células-beta, estimula a liberação de glucagon pelas células-alfa, a adrenalina pela medula adrenal, além do cortisol e do hormônio de crescimento. Além disso, observam-se também a liberação de noradrenalina de neurônios simpáticos pós-ganglionares e acetilcolina dos pós-ganglionares simpáticos e parassimpáticos. A queda da secreção de insulina possibilita aumentar a produção hepática e renal de glicose. Ainda diminui a captação dela nos tecidos periféricos, especialmente o muscular. 
O primeiro passo na síntese de glicose, a partir do lactato no fígado é a oxidação do lactato a piruvato. Assim, como a oxidação de etanol a acetaldeído, há a requisição de NAD+. O consumo de álcool força a competição por NAD+ entre o metabolismo do etanol e a gliconeogênese. Isso provoca a redução da conversão de lactato em glicose, o que resulta em hipoglicemia. O problema é agravado pelo exercício intenso ou jejum porque nesses casos o nível de glicose no sangue já está baixo.
A degradação do glicogênio em pássaros migratórios. Ao contrário do coelho e sua corrida curta, os pássaros migratórios requerem energia por longos períodos. Os patos, por exemplo, geralmente voam vários milhares de quilômetros durante sua migração anual.Os músculos de voo 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 de curta duração, como no caso do coelho em fuga, e durante uma atividade prolongada, como no caso do pato migratório. Por que a regulação deve ser diferente nestes dois casos?
Os pássaros migratórios possuem um sistema de respiração eficiente para assegurar que o oxigênio esteja disponível nos músculos que realizam o voo. Os pássaros também são submetidos à oxidação aeróbica de gordura, a qual produz uma grande quantidade de energia por grama de combustível. Já os coelhos devem ter a glicólise regulada para que o glicogênio seja utilizado em períodos curtos de necessidade energética elevada, não para longos períodos como nas aves migratórias. Neste caso, há a quebra de glicogênio armazenado no fígado e a glicólise anaeróbica para produção de ATP em curtos períodos para atividade muscular. Agora, a regulação da produção de ATP, nas duas maneiras é bastante diferente. Sob as condições aeróbicas, a glicólise é inibida pela quantidade elevada de ATP. Por sua vez, o acetil-CoA derivado da gordura alimenta o ciclo de ácido cítrico e o ATP, o qual é produzido pela fosforilação oxidativa. Portanto, sob condições anaeróbicas, a glicólise é estimulada e o metabolismo da gordura não ocorre em uma taxa considerável, pois a concentração do citrato e do acetil-CoA são baixas e o oxigênio (aceptor final de elétrons na fosforilação oxidativa) é ausente.
Entre o seu jantar e o café da manhã, sua glicose sanguínea diminui e seu fígado torna-se um produtor de glicose em vez de consumidor. Descreva a base hormonal para essa troca, e explique como a mudança hormonal desencadeia a produção de glicose pelo fígado.
Neste exercício, trataremos de um dos maiores problemas de quem toma insulina: o risco de hipoglicemia durante o sono. Isto porque, é durante o sono, momento em que, por estar inconsciente, o paciente não consegue reconhecer precocemente a presença dos sintomas de açúcar baixo no sangue. Há episódios de hipoglicemia que surgem durante a madrugada e se manifestam como pesadelos, agitação durante o sono e, até mesmo suor excessivo. Ao acordar, o paciente pode se sentir estafado, irritado ou confuso. O grande risco é o paciente entrar em coma, enquanto dorme. Este é um fato que, obviamente, não será prontamente reconhecido pelos familiares. Vamos verificar algumas explicações para o problema. Note que a diminuição de glicose no sangue é um gatilho para a liberação de glucagon pelo pâncreas. No fígado, o glucagon ativa a glicogênio fosforilase por meio do estímulo da fosforilação dependente de cAMP e estimula a gliconeogênese pela diminuição da concentração de frutose 2,6-bifosfato, que, então, estimula a FBPase-1, uma enzima chave na gliconeogênese. 
Qual a diferença entre a glicoquinase e a hexoquinase? 
A glicoquinase e a hexoquinase são duas enzimas que reagem com o mesmo substrato, a glicose, e ambas são enzimas intracelulares que fosforilam a glicose formando glicose 6-fosfato (G6P). Dependendo da enzima produtora, a G6P pode ou ser degradada na via da glicólise para gerar energia, ou então ser usada para síntese de glicogênio. A hexoquinase está presente nos músculos, não tem especificidade e é inibida pelo produto da reação (G6P), além de ter um KM maior. Já a glicoquinase está presente no fígado, é específica para glicose, não é inibida pelo produto da reação e tem menor KM (maior afinidade).
Você dá de cara com um leão. Qual o hormônio que vai ser ativado e qual vai ser desativado? Quais tecidos ele age? Qual enzima que ativa e qual desativa?
Adrenalina. A adrenalina inibe a insulina. Tecido Muscular. Enzima FG ativa e GS inativa. Em casos de luta ou fuga, a adrenalina é acionada. Sua presença na corrente sanguínea ativa mecanismos de mobilização de trigliceridios (gorduras) para produção de açúcar. O aumento da taxa de glicose no sangue permite a fermentação da glicose nos músculos. A adrenalina por sua vez, inibe a insulina. Adrenalina e Glucagon se ligam a um receptor, ativando a pka que fosforila vários alvos e regula a quebra do glicogênio. A pka não tem ação sobre a pfk1, nem sobre o glicogênio fosforilase. Dessa forma, a pka ativa um primeiro intermediário e depois o segundo, ativando assim o glicogênio fosforilase. Essa fosforilação leva a inibição da via glicolítica. No musculo, o cAMP ativa a quebra do glicogênio, aumentando a glicólise, pois o musculo é contraído e passa a necessitar de mais energia.
Qual a diferença entre insulina e glucagon?
A insulina aumenta a glicemia, o glucagon diminui a glicemia. Enquanto a insulina tem sua atuação voltada para a absorção de glicose pelas células do fígado, músculos esqueléticos e tecido adiposo, diminuindo sua concentração em razão da retirada de glicose do sangue. o glucagon, com atividade estimulante oposta, faz aumentar o teor de glicose na corrente sanguínea a partir da quebra do glicogênio
Descreva se o jejum, bem alimentado e exercício são anabolismo ou catabolismo. Explique.
O catabolismo é a parte do metabolismo responsável pela degradação de moléculas maiores em menores (degradação). Já o anabolismo é a parte do metabolismo responsável por criar/ unir outras moléculas menores em maiores (reserva de ATP).
Jejum: Catabolismo
Exercício Físico: Catabolismo
Bem alimentado: Anabolismo