Bioqímica 1

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1) Um paciente tem uma alimentação inadequada e no último exame médico, foi detectado um nível alto de piruvato no sangue e na urina. Foi feito um teste genético e a enzima piruvato desidrogenase estava normal. Explique: 
a) que componentes devem estar deficientes na dieta.
Como o paciente tem uma deficiência de tiamina, a dieta deve incluir alimentos ricos em vitamina B1 como: carne vermelha, ovos, fígado, cereais integrais, leguminosas, leite.
b) suas funções no metabolismo em questão. 
A tiamina é importante na produção da coenzima tiamina pirofosfato (TPP), a qual está envolvida nas reações de descarboxilação oxidativa, em que a carbonila cetônica é oxidada em ácido ou derivado de ácido. Dessa maneira, a TPP é necessária para a descarboxilação oxidativa do piruvato para formar Acetil-CoA – componente principal da via metabólica do ciclo de Krebs. Assim, nas reações do complexo da piruvato desidrogenase, a primeira reação começa com o piruvato reagindo com E1 e com a coenzima tiamina pirofosfato (TPP), ocorrendo a liberação de CO2 e do grupo hidroxietil-TPP. Na sequência, outras reações ocorrem até a formação de NADH + H+ e Acetil-CoA.
c) os altos níveis de piruvato detectados no paciente.
 A vitamina B1 (tiamina) é precursora da coezima tiamina pirofosfato, a qual participa nas reações do complexo piruvato desidrogenase. Se o paciente tem uma deficiência da vitamina B1 (tiamina), a célula não pode produzir a TPP, comprometendo a oxidação do piruvato a Acetil-CoA, ocasionando o seu acúmulo no sangue e na urina.
2) Nos tecidos animais, a taxa de conversão de o piruvato para acetil-CoA é regulado pela razão entre o complexo PDH ativo/inativo.
Explique o que acontece quando, em um tubo de ensaio, uma preparação de mitocôndrias do músculo de coelho que contêm o complexo PDH são tratadas com: 
(a) piruvato desidrogenase quinase (PDHK) e ATP; 
(b) piruvato desidrogenase fosfatase;
O complexo piruvato desidrogenase é regulado por inibidores e ativadores alostéricos e por modificação covalente em mamíferos. Dessa forma, quando, em tudo de ensaio, uma preparação de mitocôndrias do músculo de coelho que tem o complexo PDH é tratado com piruvato desidrogenase quinase (PDHK) e ATP ele é inativado, diminuindo a transformação do piruvato em Acetil-CoA. À vista disso, o complexo PDH é inativado por fosforilação, a qual é feita pela piruvato desidrogenase quinase em E1, enzima que é alostericamente ativada por ATP, ou seja, quando a [ATP] está elevada (refletindo um suprimento de energia adequado). Em contrapartida, quando o complexo PDH é tratado com piruvato desidrogenase fosfatase ocorre a remoção do grupo fosfato de E1, ativando o complexo e favorecendo a catalisação do piruvato em Acetil-CoA.
3) Observe o conjunto de reações de oxidação-redução na figura abaixo, nas quais Fe3+ e Fe2+ representam os centros de ferro-enxofre, Q é ubiquinona, QH2 é ubiquinol e E é a enzima. 
i) Organize as reações na ordem correta e justifique seu raciocínio.
1) E-FMNH2 + 2Fe3+ E-FMN + 2Fe2+ + 2H+
1) 2Fe2+ + 2H+ + Q 2Fe3+ + QH2
2) NADH + H+ + E-FMN NAD+ + E-FMNH2
 
Mandar a Justificativa
ii) Faça a reação global (somando as três equações adequadamente).
 
iii) Esse processo acontece em qual dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial. Justifique sua resposta.
4) O sistema de transporte que conduz malato e alfa-cetoglutarato através da membrana mitocondrial interna é inibido por n-butilmalonato. Suponha que o n-butilmalonato seja adicionado a uma suspensão aeróbia de células renais isoladas (in vitro) usando exclusivamente glicose como combustível. 
*** Informação complementar: a lançadeira do glicerol-3-fosfato atua no músculo esquelético e no encéfalo, não ocorre em células renais. ***
a) Represente o transporte mencionado no enunciado e explique sua função. 
Uma das funções da cadeia respiratória é regenerar NAD+ para uso na glicólise. Contudo, o NADH não consegue simplesmente penetrar nas mitocôndrias para oxidação pela cadeia respiratória porque a membrana mitocondrial interna é impermeável a NADH e NAD+. Por isso, um meio de introduzir elétrons provenientes de NADH na cadeia de transporte de elétrons é a lançadeira malato-aspartato. Dessa forma, os elétrons são transferidos do NADH no citoplasma para oxaloacetato, formando malato, que atravessa a membrana mitocondrial interna em troca de α-cetoglutarato e, depois, é reoxidado por NAD+ na matriz para formar NADH em uma reação catalisada pela enzima do ácido cítrico malato desidrogenase. O oxaloacetato resultante não cruza prontamente a membrana mitocondrial interna e uma reação de transaminação é necessária para formar aspartato, que pode ser transportado para o lado citoplasmático em troca de glutamato. O glutamato doa um grupo amino para o oxaloacetato, formando aspartato e α-cetoglutarato. No citoplasma, o aspartato é desaminado para formar oxaloacetato e o ciclo é reiniciado.
b) Preveja e explique o efeito desse inibidor, na glicólise, no consumo de oxigênio, na síntese de ATP. 
Na glicólise – com a inibição do n-butilmalonato, o NADH se acumula no citosol, já que ele não consegue ser oxidado. Isso força a glicólise a operar anaerobicamente, com a reoxidação de NADH por meio da reação do lactato. 
No consumo de oxigênio – pelo fato da glicólise ter parado, o ciclo de Krebs e a cadeia respiratória também vão parar por não haver mais substrato (Acetil-CoA) para o início do ciclo de Krebs, fazendo com que o consumo de oxigênio pela célula diminua e eventualmente cesse.
Na síntese de ATP – a síntese de ATP iria diminuir consideravelmente, pois para não cessar completamente a formação de ATP, a célula começa a fazer fermentação lática e irá produzir apenas 2 ATP ao invés de 30 ou 32 ATP com a oxidação completa da glicose.
5) Na ATPsintase, o ATP recém-sintetizado não sai da superfície da enzima após a reação entre o ADP e Pi no sítio ativo. É o gradiente de prótons que faz a enzima liberar o ATP formado. O diagrama de coordenadas de reação do processo ilustra a diferença entre o mecanismo da ATP-sintase e aquele de muitas outras enzimas que catalisam reações endergônicas. Para a síntese continuada de ATP, a enzima precisa oscilar entre uma forma que liga ATP muito fortemente e uma forma que libera ATP.
a) Indique na figura a forma que liga ATP muito fortemente e uma forma que libera ATP. 
Essas diferentes conformações acontecem devido a rotação da F¹. 
A ATP-sintase tem 3 subunidades em pares alfa e beta. Cada subunidade tem um sítio para 
ligação de nucleotídeos de adenina. Cada sítio pode estar em 3 tipos de conformação: 
E-ADP: que liga ADP + Pi 
E-ATP: que liga firmemente e estabiliza o ATP 
E-vazia: possui baixa afinidade pelo ATP, liberando-o do sítio catalítico.
.	
b) Explique o mecanismo pelo qual a força próton-motriz possibilita a ocorrência desse processo pela ATPsintase. 
A força próton-motriz é gerada pelo movimento gradual de elétrons de estados de energia mais altos para mais baixos através dos carreadores de elétrons ligados à membrana.
Os transportadores de elétrons da cadeia respiratória estão organizados em complexos supramoleculares embebidos na membrana que podem ser fisicamente separados. Os complexos I e II catalisam a transferência de elétrons para a ubiquinona a partir de dois doadores de elétrons diferentes: o NADH (complexo I) e o succinato (complexo II). O complexo III transporta elétrons da ubiquinona até o citocromo c, e o complexo IV completa a sequência transferindo elétrons do citocromo c para o O2, o aceptor final de elétrons.
6) A oligomicina B e o cianeto inibem a fosforilação oxidativa tanto quando o substrato é o piruvato quanto quando o substrato é o succinato. O dinitrofenol pode ser utilizado para distinguir entre esses dois inibidores. 
a) Explique o papel de cada substância no processo.
A oligomicina B se liga à ATP-sintase nas mitocôndrias, inibindo a síntese de ATP e a transferência de elétrons pela cadeia de transportes atéo O2. Dessa forma, ocorre uma saturação de prótons no espaço intermembranar, impedindo o funcionamento normal da cadeia da fosforilação oxidativa, já que a ATP-sintase dá vazão ao acúmulo de prótons para sintetizar ATP.
O cianeto inibe a respiração e a síntese de ATP, pois bloqueia a transferência de elétrons entre a citrocromo-oxidase (Complexo IV) e o O2.
O dinitrofenol (DNP) é um desacoplador que promove a restauração do funcionamento da cadeia de fosforilação oxidativa sem a síntese de ATP, antes inibida pela oligomicina B. Assim, o DNP carrega prótons através da membrana interna, dissipando o gradiente de prótons.
O piruvato e o succinato são substratos que geram elétrons para a cadeia respiratória.
b) Represente por meio de diagramas de consumo de O2 e formação de ATP as duas situações:
i) adição de oligomicina B e depois dinitrofenol e 
ii) adição de cianeto e depois dinitrofenol. 
c) Explique seu raciocínio.
No digrama 1 é possível observar que, quando há disponível na mitocôndria ADP + Pi e se adiciona o substrato succinato, o qual retira elétrons para a cadeia respiratória, ocorre um consumo de O2. Ao se adicionar o cianeto o consumo de O2 para porque a cadeia de transportes foi interrompida. Posteriormente, ao se adicionar o desacoplador DNP, o consumo de O2 não é restaurado, uma vez que o cianeto é um inibidor do Complexo IV da cadeia respiratória, mesmo que o gradiente de prótons esteja sendo desfeito pelo uso do desacoplador, não é possível restaurar o transporte de elétrons e a geração do gradiente porque a cadeia respiratória está inibida. Esse resultado é equivalente para a síntese de ATP, já que os dois processos estão acoplados, ou seja, um é dependente do outro.
No diagrama 2 é possível observar que, quando se adiciona o succinado e se adiciona ADP + Pi o consumo de O2 e o ATP sintetizado aumentam. No entanto, ao se adicionar o inibidor oligomicina B o consumo de O2 e a síntese de ATP diminuem. Já, ao se adicionar o DNP ocorre um aumento no consumo de O2, mas não há síntese de ATP. Isso pode ser explicado porque o DNP é um desacoplador, que desacopla a cadeia respiratória da síntese de ATP, ou seja, esse composto pega prótons do espaço intermembranas e libera na matriz, processo que seria feito pela ATP-sintase, mas agora é feito por ele. Assim, a ATP-sintase não consegue utilizar o gradiente para gerar ATP, por isso o processo fica desacoplado.
7) Reações anapleróticas: 
produzem oxaloacetato e malato para manter níveis constantes de intermediários do ciclo do ácido cítrico
produzem biotina necessária para piruvato carboxilase
reciclam pantotenato usado para produzir CoA
produzem piruvato e citrato para manter níveis constantes de intermediários do ciclo do ácido cítrico
produzem acetil-CoA para manter níveis constantes de intermediários do ciclo do ácido cítrico
8) Os elétrons formados a partir da oxidação aeróbica da glicose são: 
transferidos para O2 depois de várias outras reações de transferência.
transferidos para succinato e ácido araquidônico.
transferidos diretamente para O2 durante o ciclo do ácido cítrico.
transferidos para as coenzimas NAD+ e FAD em reações anteriores à redução do oxigênio.
transferidos para coenzima NADPH para evitar formação de espécies reativas de oxigênio. 
9) Qual das opções a seguir NÃO é necessária na síntese de ácidos graxos?
Acetil-CoA
Biotina
HCO3– (CO2)
Malonil-CoA
NADH
10) A etapa limitante da taxa na síntese de ácidos graxos é:
condensação de acetil-CoA e malonil-CoA.
formação de acetil-CoA a partir de acetato.
formação de malonil-CoA a partir de malonato e coenzima A.
formação de malonil-CoA a partir de acetilCoA e CO2.
a redução do grupo acetoacetil a um grupo beta-hidroxibutiril.
11) Organize as seguintes etapas da síntese de ácidos graxos na sua sequência correta. 
(a) Desidratação 
(b) Condensação
(c) Liberação de um ácido graxo C16 
(d) Redução de um grupo carbonila 
(e) Formação de malonil ACP.
e) Formação de malonil ACP. 
b) Condensação. 
d) Redução de grupo carbonila.
 a) Desidratação. 
c) Liberação de um ácido gráxo C16.
12) Assinale as corretas:
A biotina é necessária para a atividade da ácido graxo sintase.
A reação de condensação na síntese de ácidos graxos é acionada pela descarboxilação da malonil-CoA.
A síntese de ácidos graxos não depende de ATP.
O palmitato é o produto final da ácido graxo sintase.
A acetil-CoA carboxilase é inibida pelo citrato.
13) Todos os fosfolipídios contendo glicerol são sintetizados a partir de:
ceramida.
mevalonato.
gangliósidos.
ácido fosfatídico.
cardiolipina
14) Qual(is) das alternativas a seguir é (são) verdadeira (s) para a oxidação de 1 mol de palmitato (um ácido graxo saturado de 16 carbonos; 16:0) pela via da beta-oxidação, começando com o ácido graxo livre no citoplasma?
Não há envolvimento direto do NAD+.
8 mol de FADH2 são formados.
8 mol de acetil-CoA são formados.
Pirofosfato inorgânico (PPi) é produzido.
A carnitina funciona como um aceitador de elétrons.
A ativação do ácido graxo livre requer ATP.
15) Coloque a seguinte lista de reações ou locais relevantes da β-oxidação dos ácidos graxos na sequência apropriada. 
(a) Reação com carnitina 
(b) Ácido graxo no citoplasma 
(c) Ativação de ácidos graxos pela ligação a CoA 
(d) Hidratação 
(e) Oxidação ligada a NAD+ 
(f) Tiólise 
(g) Acil-CoA nas mitocôndrias 
(h) Oxidação ligada ao FAD
b) Ácido graxo no citoplasma
c) Ativação de ácidos graxos pela ligação a CoA 
a) Reação com a carnitina
g) Acil-CoA nas mitocôndrias
h) Oxidação ligada ao FAD
d) Hidratação
e) Oxidação ligada a NAD+
f) Tiólise
16) A equação balanceada para a degradação do CH3 (CH2)10 COOH através da via da beta-oxidação é: NÃO SEI.
CH3(CH2)10COOH + 6FAD + 6NAD+ + 6CoA—SH + 6H2O + ATP ---> 6 Acetyl-CoA + 6FADH2 + 6NADH + 6H+ + AMP + PPi
CH3(CH2)10COOH + 6FAD + 6NAD+ + 6CoA—SH + 6H2O ---> 6 Acetyl-CoA + 6FADH2 + 6NADH + 6H+
CH3(CH2)10COOH + 5FAD + 5NAD+ + 5CoA—SH + 5H2O ---> 6 Acetyl-CoA + 5FADH2 + 5NADH + 5H+
CH3(CH2)10COOH + 5FAD + 5NAD+ + 6CoA—SH + 5H2O + ATP ---> 6 Acetyl-CoA + 5FADH2 + 5NADH + 5H+ + AMP + PPi
17) Qual enzima é o principal ponto de controle regulatório da beta-oxidação? 
metilmalonil CoA mutase
piruvato carboxilase
enoil CoA isomerase
carnitina acil transferase I
acetil CoA desidrogenase
18) No catabolismo de aminoácidos, a primeira reação para muitos aminoácidos é a:
descarboxilação requerendo tiamina pirofosfato (TPP).
hidroxilação que requer NADPH e O2.
desaminação oxidativa que requer NAD+.
redução que requer fosfato de piridoxal (PLP).
transaminação que requer fosfato de piridoxal (PLP).
19) A conversão de glutamato em um alfa-cetoácido e NH4+: 
não requer nenhum cofator.
é uma desaminação redutiva.
é acompanhada por hidrólise de ATP catalisada pela mesma enzima.
é catalisada pela glutamato desidrogenase.
requer H2O e NAD+ ou NADP+
20) Escreva a equação global do ciclo da ureia.
2NH4+ + HCO3- + 3ATP4- + H2O UREIA + 2ADP3- + 4P12- + AMP2- + 2H+
21) São compostos associados diretamente à entrada de nitrogênio no ciclo da ureia.
A síntese da uréia se inicia na matriz da mitocôndria com a condensação do dióxido de carbono (CO2) com a amônia (NH3), fonte primária de nitrogênio, utilizando ATP para formar o composto chamado de carbamoil-fosfato. Aspartato
22) Qual é a reação regulada no processo de formação da ureia? Como ocorre essa regulação?
	A regulação do ciclo da ureia pode ser de forma lenta ou rápida. A regulação lenta acontece em duas situações: com uma dieta de teor de proteína muito alto ou em jejum prolongado. No caso da dieta rica em proteínas, o excesso de aminoácidos são oxidados, dando origem a cetoácidos, e os grupos aminos resultam em um aumento na produção de ureia. No caso do jejum prolongado, a degradação das proteínas dos músculos vão ser intensificadas, já que as cadeias carbônicas desses aminoácidos vão ser utilizadas na neoglicogênese; e a eliminação dos grupos aminos restantes vai aumentar a excreção de ureia. Portanto nas duas situações vai ocorrer um aumento da síntese de enzimas do cicloda ureia e carbamoilfosfato sintetase.
A regulação rápida, também chamada de alostérica, ocorre quando a carbamoilfosfato sintetase é estimulada por N-acetilglutamato, que é um composto produzido a partir de glutamato e acetil-coa. Esta reação é catalisada pela N-acetilglutamato sintase, que é ativada por arginina (que é um intermediário do ciclo da ureia). Portanto se a produção de ureia não conseguir eliminar toda a amônia produzida pela oxidação de aminoácidos, vai haver o acúmulo de arginina. O seu acúmulo vai provocar um aumento da concentração de N-acetilglutamato. O N-acetilglutamato então vai estimular a carbamoilfosfato sintetase, essa enzima vai fornecer um dos substrato do ciclo da ureia. Assim a arginina vai adequar a velocidade de formação de amônia à sua conversão em ureia.