Respostas ED2 2015 Bioquimica

Prévia do material em texto

Respostas ED2
1. A glicose pode ter várias vias de utilização, porém em animais e em vegetais vasculares, a glicose possui quatro destinos principais: 1) ser usada na síntese de polissacarídeos complexos direcionados ao espaço extracelular; 2) ser armazenada nas células (como polissacarídeos ou como sacarose); 3) ser oxidada a compostos de três átomos de carbonos (piruvato) por meio da glicólise, para fornecer ATP e intermediários metabólicos; ou 4) ser oxidada pela via das pentoses-fosfato (fosfogliconato) produzindo ribose-5-fosfato para a síntese de ácidos nucleicos e NADPH para processos biossintéticos.
2. A degradação da glicose em piruvato pode ocorrer em diferentes condições celulares, ou seja, na presença ou ausência de oxigênio. Em condições aeróbicas o piruvato é convertido em acetil-CoA que é utilizado no ciclo do ácido cítrico e culmina na redução do oxigênio em água e gás carbônico. A glicólise em condições anaeróbicas é conhecida como fermentação, onde há formação de lactato a partir do piruvato. A fermentação pode ocorrer em alguns micro-organismos e no músculo em contração. Em leveduras, a glicose também pode ser degradada anaerobicamente ou em hipóxia a piruvato para produção de álcool etílico e gás carbônico, sendo chamada de fermentação alcoólica.
3. A glicólise pode ser separada em duas fases: a fase preparatória (ou fase das hexoses) e a fase de “pagamento” (ou fase das trioses). Na fase preparatória ocorrem 2 fosforilações, tendo o ATP como doador de grupos fosforil, e uma clivagem/lise na quarta reação catalisada pela adolase. Resumindo: nessa fase, a energia livre dos intermediários, e as cadeias de carbono de todas as hexoses metabolizadas são convertidas a um produto comum, o gliceraldeído-3-fosfato. Já na fase de pagamento há ganho de energia, compensando o gasto de ATP durante a primeira fase. Nessa fase a energia é conservada com a formação de duas moléculas de NADH e de piruvato. Para cada molécula de glicose, dois ATPs são consumidos na fase preparatória e quatro são produzidos na fase de pagamento, dando um rendimento liquído de dois ATPs por molécula de glicose.
4. Parece que os grupos fosforil tem 3 funções: 1) impedem os intermediários fosforilados de sair da célula, já que não há receptores para açúcares fosforilados; 2)são essenciais na conservação da energia metabólica; 3) O grupo fosfato se acopla ao sítio ativo das enzimas e reduz a sua energia de ativação e aumenta a especificidade das reações enzimáticas.
5. a) hexoquinase, fosfofrutoquinase-1 e piruvato quinase.
 b) Essas enzimas podem ser reguladas por diversas moléculas geradas no metadolismo. De maneira geral, as moléculas que estão relacionadas com abastecimento energético, modulam negativamente a atividade dessas enzimas, e moléculas que sinalizam baixa energética na célula modulam positivamente essas enzimas. 
6. a) Efeito Pasteur 
b) Na ausência de oxigênio a glicólise se torna a maior fonte energética através da fermentação. No primeiro caso há aumento de CO2, pois leveduras realizam fermentação alcoólica, onde há formação de etanol a partir de piruvato com liberação de CO2. No segundo caso, ocorre fermentação láctica, com produção de lactato a partir de piruvato, por isso há aumento de lactato no segundo experimento.
7. a) Complexo piruvato desidrogenase. As enzimas participantes desse complexo são: piruvato desidrogenase (E1), diidrolipoil-transacetilase (E2) e diidrolipoil-desidrogenase (E3).
b) Existem 5 coenzimas que são necessárias para que a atividade do complexo piruvato desidrogenase aconteça: Tiamina pirofosfato (TPP), dinucleotídeo flavina-adenina (FAD), coenzima A (CoA), dinucleotídeo de nicotinamida-adenina (NAD) e lipoato.
c) O piruvato é convertido em acetil-CoA através de uma Descarboxilação oxidativa pelo complexo PDH. Ocorrem cinco reações consecutivas. Na primeira reação o piruvato reage com o TPP ligado a E1, sendo descarboxilado ao derivado hidroxietil. A segunda etapa também é catalisada por E1, que oxida o grupo hidroxietil. Os dois elétrons removidos dessa reação reduzem o grupo lipoil em E2 a dois grupos tiol. O acetil produzido nesta reação de oxido-redução é primeiramente esterificado a um dos grupos –SH do lipoil e, então transesterificado a CoA para formar acetil- CoA. E3 catalisa a quarta e quinta etapa dessa reação, onde elétrons são transferidos para a regeneração da forma oxidada (dissulfeto) do grupo lipoil de E2. Isso prepara o complexo para um novo ciclo.
d) Deficiência em Vitamina B ( B1, B2, B3 e B5).
8. a) O acetil-CoA entra no ciclo de Krebs a partir da sua condensação com oxaloacetato para formar citrato. Essa reação é feita pela enzima citrato sintase.
b) O oxaloacetato é regenerado no 8º reação do ciclo de Krebs. Isso permite que o oxaloacetato se condense novamente ao acetil-CoA e reinicie o ciclo.
c) Sim. Dois átomos de carbono saem do ciclo na forma de CO2 pela oxidação do isocitrato e do α- cetoglutarato, porém esses dois átomos de carbono não são os mesmos dois carbonos que entram na forma de grupo acetil. Rodadas adicionais são necessárias para que estes carbonos sejam liberados na forma de CO2.
d) Existem quatro etapas de oxidações no ciclo. Essas oxidações são feitas pelas enzimas: Isocitrato desidrogenase, complexo α- cetoglutarato desidrogenase, succinato desidrogenase e malato desidrogenase. A energia liberada nessas reações é conservada na forma de NADH e FADH2.
e) A etapa do ciclo de Krebs que é compartilhada com a fosforilação oxidativa é a catalisada pela succinato desidrogenase, que converte o succinato a fumarato. Nesse processo há formação de FADH2.
f) Embora o ciclo do ácido cítrico gere diretamente somente um ATP por rodada (na conversão de succinil- CoA a succinato), as quatro etapas de oxidação do ciclo abastecem a cadeia respiratória, via NADH e FADH2, com um fluxo de elétrons para formação de moléculas de ATP na fosforilação oxidativa.
9. I- O acúmulo de citrato sinaliza abastecimento energético, por isso ele inibe o ciclo de Krebs a partir da regulação negativa da enzima que o produz, a citrato sintase. 
II- A presença de ADP sinaliza a necessidade celular de energia, ou seja, ATP. Nesse caso, o ADP atua como um efetuador alostérico positivo no complexo piruvato desidrogenase e nas enzimas reguladoras do ciclo de Krebs- citrato sintase, isocitrato- desidrogenase e complexo α- cetoglutarato desidrogenase.
III- A molécula de NADH também sinaliza abastecimento energético. O NADH, um produto da oxidação do citrato e do α- cetoglutarato, acumula-se sob determinadas condições, e em alta [NADH]/[NAD+] ambas as reações são fortemente inibidas. 
IV-O acúmulo de CoA indica que a relação [acetil-CoA]/[CoA] está baixa. Dessa forma, a presença de CoA regula positivamente o complexo piruvato desidrogenase, pois ele é o responsável pela formação de acetil- CoA a partir de piruvato.
V- A presença de ATP sinaliza abastecimento energético e inibe alostericamente o complexo piruvato desidrogenase e as enzimas do ciclo de Krebs citrato sintase e isocitrato- desidrogenase.
A fosforilação oxidativa tem como objetivo final a produção da maior parte do ATP utilizado pelo nosso organismo. O ATP é sintetizado a partir de ADP e Pi, portanto as concentrações de ATP e ADP são moduladas pela fosforilação oxidativa. Essas concentrações são capazes de regular diversos passos tanto do ciclo de Krebs como da glicólise.
10. b e d.
11. I- A glicólise ocorre no citosol da célula.
II- O ciclo de krebs ocorre na mitocôndria, na matriz mitocondrial.
III- A fosforilação oxidativa ocorre na mitocôndria, na membrana mitocondrial interna.
A comparmentalização é importante para o uso eficiente de energia, ou seja, o potencial redutor gerado no ciclo de Krebs (NADH e FADH2) é rapidamente utilizado na fosforilação oxidativa e não reaproveitado em outros processos. O potencial redutor da glicólise no citosol celular também é enviado para a cadeia mitocondrial a partir da lançadeira malato-aspartato e glicerol-3-fosfato.
12. Fosforilação Oxidativa é o processometabólico de síntese de ATP a partir da energia liberada pelo transporte de elétrons na cadeia respiratória na mitochondria.
13. Os nucleotídeos NAD+ e FAD quando reduzidos a NADH e FADH2, contribuem para a fosforilação oxidativa doando seus elétrons para a cadeia transportadora de elétrons mitocondrial. O NADH transfere elétrons para o complexo I mitocondrial ou NADH desidrogenase, enquanto o FADH2 transfere seus elétrons para o complexo II mitocondrial ou succinato desidrogenase (enzima também participante do ciclo de Krebs). 
14. a) Complexo I ou NADH desidrogenase; Complexo II ou succinato desidrogenase; Complexo III ou ubiquinona: citocromo c-oxidorredutase; Complexo IV ou Citocromo-oxidase e Complexo V ou ATP sintase.
b) Os pontos de entrada de elétrons na cadeia são pelo Complexo I através do NADH e pelo Complexo II através do FADH2. Há duas outras enzimas que transferem seus elétrons para a ubiquinona: glicerol-3-fosfato desidrogenase e ETF: ubiquinona oxidorredutase.
c) Os elétrons são transferidos pelos complexos através de proteínas especializadas que são capazes de receber e doar elétrons: os grupamentos/ cluster ferro-enxofre, os citocromos e ubiquinona ou conenzima Q. 
d) Os citocromos são proteínas com grupamentos hemes contendo ferro. As mitocôndrias têm 3 classes de citocromos, designados a, b e c, que são distinguidos por diferenças em seus espectros de absorção de luz. Os cofatores heme dos citocromos a e b são fortemente ligados às suas proteínas associadas, já os hemes dos citocromos tipo c são covalentemente ligados através de resíduos de Cys. Os citocromos dos tipos a e b e alguns do tipo c são proteínas integrais da membrana mitocondrial interna. Uma exceção marcante é o citocromo c das mitocôndrias, é uma proteína solúvel que se associa com a superfície externa da membrana interna através de interações eletrostática.
15. A ubiquinona também é chamada de coenzima Q é uma benzoquinona solúvel em lipídeos, com uma longa cadeia lateral isoprenoide. A ubiquinona pode aceitar um elétron para se tornar o radical semiquinona ou dois elétrons para formar ubiquinol. Atua na junção entre um doador de dois elétrons e um aceptor de um elétron (citocromo c). É uma molécula pequena e hidrofóbica que se difunde livremente na bicamada lipídica da membrana mitocondrial interna.
16. Os citocromos são proteínas com absorção caracteristicamente forte de luz visível. Os citocromos possuem moléculas hemes com uma molécula de Ferro que aceita um elétron. O citocromo c possui hemes que são covalentemente ligados através de resíduos de Cys. Além disso, é uma proteína solúvel que se associa com a superfície externa da membrana interna através de interações eletrostática. A onda de comprimento de onda do citocromo c é próximo de 550nm.
17. A troca de elétrons entre o ubiquinol e o citocromo c ocorre a partir do ciclo Q que ocorre no Complexo III mitocondrial. Primeiramente, um ubiquinol entra no sítio Qo, um elétron é doado para o citocromo c enquanto o outro elétron é doado para a ubiquinona, que está ligada em outro sítio (Qi ) no CIII, transformando- a em radical semiquinona. No final desse processo, a ubiquinona é totalmente oxidada. Ela sai de seu sítio de ligação e volta para o pool de ubiquinona. O citocromo c reduzido se difunde pela membrana mitocondrial interna e doa seus elétrons para o complexo IV. Depois disso outro ubiquinol se liga no sítio de ligação Qi e o processo se repete, mais um citocromo c é reduzido e o radical semiquinona recebe mais um elétron para formar ubiquinol. O ubiquinol é liberado para ser oxidado. Portanto, no ciclo Q duas moléculas de ubiquinol são oxidadas com liberação de dois citocromos c reduzidos e um ubiquinol.
18. O gradiente eletroquímico é formado a partir do bombeamento de prótons pelos complexos I, III e IV mitocondriais da matriz para o espaço intermembranas mitocondrial. O transporte de elétrons pelos complexos impulsiona o bombeamento de prótons. Portanto, quando os elétrons estão sendo transportados pelos complexos I, III e IV, a energia liberada durante esse processo é reaproveitada para o bombeamento de prótons da matriz para o espaço intermembranas, formando assim um gradiente eletroquímico. O gradiente eletroquímico possui dois componentes um elétrico que é a carga e um químico que é o pH.
19. A teoria quimiosmótica desenvolvida por Peter Mitchell postula que o gradiente eletroquímico formado através do bombeamento de prótons da matriz para o espaço intermembranas é usado como força protón motriz para a síntese de ATP pela ATP sintase ou complexo V mitocondrial. Portanto, o transporte de elétrons pela cadeia transportadora mitocondrial e a síntese de ATP pela ATP sintase estão acoplados através da formação do gradiente eletroquímico no espaço intermembranas.
20. As duas subunidades da ATP sintase: Fo e F1 são muito importantes para a síntese de ATP, pois a porção Fo é a subunidade responsável pela utilização do potencial eletroquímico do espaço intermembranas. A subunidade Fo se rotacional utilizando a força próton motriz. Dessa forma, o próton volta para a matriz mitocondrial. Já a porção F1 é a subunidade catalítica, que é capaz de sintetizar ATP a partir de ADP e Pi. A rotação de Fo estimula a liberação de ATP do sítio catalítico β de F1, através da rotação da haste γ.
21. O significado de “o” de Fo está relacionado com a sensibilidade dessa subunidade a oligomicina. A oligomicina inibe a porção Fo da ATP sintase, e por isso a subunidade é chamada de Fo.
22. I- Piruvato e Malato estimulam positivamente a cadeia. Piruvato e Malato são responsáveis pela formação de NADH pelo complexo piruvato desidrogenase e ciclo de Krebs. O NADH formado irá doar seus elétrons para o complexo I mitocondrial que culmina na redução do oxigênio em água.
II- Succinato irá estimular positivamente a cadeia pois servirá de substrato pela succinato desidrogenase ou complexo II. O succinato será convertido em fumarado e nesse processo há formação de FADH2. O FADH2 doa seus elétrons para o complexo II mitocondrial estimulando a cadeia e consumindo oxigênio.
III- A oligomicina é o inibidor da ATP sintase, através da inibição da subunidade Fo. A inibição do complexo V irá regular negativamente a cadeia, pois haverá acúmulo de prótons no espaço intermembranas. O acúmulo de prótons irá diminuir o fluxo de elétrons pela cadeia e a respiração será inibida.
IV- A antimicina A é se liga no sítio Qi no complexo III mitocondrial. Dessa forma ela inibe o ciclo Q e consequentemente a redução do oxigênio a água pelo complexo IV. 
V- O cianeto é um potente inibidor do complexo IV mitocondrial. Portanto ele inibe a respiração celular pois impede que o oxigênio seja reduzida a água pelo complexo IV mitocondrial.
VI- O FCCP é um ionóforo de próton, ou seja, ele desfaz o potencial eletroquímico formado no espaço intermembranas. Portanto, ele desacopla a síntese de ATP do transporte de elétrons. A diminuição do gradiente eletroquímico estimulado pelo FCCP estimula o aumento do transporte de elétrons pela cadeia transportadora mitocondrial com consequente aumento do consumo de oxigênio.
23. a) O complexos I, ubiquinona, complexo III e citocromo c estarão reduzidos. Os complexos II e IV estarão oxidados.
b) O complexo II e ubiquinona estarão reduzidos enquanto que os complexos I, III e IV e o citocromo c estarão oxidados.
24. O desacoplador mitocondrial desfaz o gradiente eletroquímico continuamente, isto estimula a transferência de elétrons pela cadeia transportadora mitocondrial.
25. a) O desenho será feito na aula de revisão.
b) O succinato irá aumentar o consumo de oxigênio, pois estimulará o transporte de elétrons pela cadeia. O ADP não saturável oferecido, irá consumir o oxigênio até ser totalmente convertido em ATP, nesse ponto o consumo de oxigênio irá diminuir. Esse efeito é chamado de controle respiratório. A oligomicina irá inibir a ATP sintase com consequente inibição do transporte de elétrons e consumo de oxigênio. O FCCP irá aumentar o consumode oxigênio, pois irá desfazer o gradiente eletroquímico. A diminuição do gradiente estimula a transferência de elétrons pela cadeia com consequente aumento no consumo de oxigênio. A antimicina A inibe o complexo III, com isso o consumo de oxigênio mitocondrial cai drasticamente, pois não haverá mais elétron chegando no complexo IV para reduzir o oxigênio a água. 
c) A produção de ROS é maior quando o potencial de membrana é grande ou não está sendo consumido, pois ele lentificará a transferência de elétrons pela cadeia o que permitirá que o oxigênio que é muito reativo pegue o elétron antes de ser reduzido completamente a água no complexo IV. Então, o succinato, oligomicina e antimicina A estimularão a produção de ROS. O FCCP diminui a produção de ROS, assim como o ADP. Porém o ADP quando administrado em concentrações não saturáveis ele em algum momento será totalmente convertido em ATP, quando isso acontecer a produção de ROS aumentará. 
26. a) A figura mostra a formação de lactato que é gerado na fermentação a partir de piruvato.
b) A glicose estimula a fermentação nas células (círculos abertos). As células que não foram incubadas com glicose, quase não realizaram fermentação (triângulos abertos).
c) O 3-BrPA está inibindo a fermentação, então provavelmente ele inibe algum passo da glicólise.
d) A antimicina A está estimulando a fermentação, pois há aumento na geração de lactato.
e) A antimicina A inibe a fosforilação oxidativa, portanto para obter energia a célula recorre ao aumento da glicólise e fermentação.
27. O tecido adiposo marrom produz calor nas mitocôndrias, pois ele possui diversas proteínas desacopladoras (UCPs). As UCPs desacoplam a mitocôndria, ou seja, elas realizam a passagem dos prótons do espaço intermembranas para a matriz mitocondrial independentemente da ATP sintase. Quando o próton chega na matriz mitocondrial, a energia desse processo é liberada na forma de calor.