Problemas de Metabolismo e Regulação (2024/2025) - PDF

Metabolismo e Regulação (2024/2025) PROBLEMAS - Série I Licenciatura em Química Aplicada Introdução Metabolismo e Transdução de Sinal 1. Ao procurar vida em Marte na década de 1970, a sonda Viking testou o solo de Marte em busca de reações de oxidação-redução. Expliqu...

Metabolismo e Regulação (2024/2025) PROBLEMAS - Série I Licenciatura em Química Aplicada Introdução Metabolismo e Transdução de Sinal 1. Ao procurar vida em Marte na década de 1970, a sonda Viking testou o solo de Marte em busca de reações de oxidação-redução. Explique por que tais reações podem indicar a presença de vida. Os processos fundamentais pelos quais os organismos vivos adquirem e utilizam energia livre dependem de reações de oxidação-redução. Por exemplo, a oxidação de um combustível metabólico gera um cofator reduzido, como o NADH, cuja reoxidação subsequente gera ATP. As reações de oxidação-redução são rápidas (isto é, catalisadas por enzimas), portanto, seriam consistentes com (mas não provaria) a presença de vida em Marte. 2. O metabolismo define-se como um conjunto de reações químicas que ocorrem numa célula, e que a permitem viver, crescer e dividir-se. 2.1 Descreva de uma forma geral os processos metabólicos (catabolismo/anabolismo) e a importância de compartimentalização celular, considerando as reações químicas. (Aulas Teórica 2 e 3, esquema de integração metabólica) 2.2 Use os seguintes termos para preencher o diagrama abaixo: ADP, Pi, NADP+, ATP, NADPH, metabolitos complexos (hidratos de carbono, proteínas, lípidos), catabolismo, anabolismo, amino ácidos, glucose, ácidos gordos, acetyl-CoA. (Aulas Teóricas 2 e 3) 3. As coenzimas redox derivadas do ácido nicotínico (ou niacina) podem intervir em reações de oxidação- 2 redução com substratos específicos e em presença da desidrogenase apropriada (Aula Teórica 3). + + Substrato oxidado + NADH + H → Substrato reduzido + NAD 3.1 Descreva a reação geral de oxidação de substrato considerando os grupos funcionais envolvidos. 3.2 Considere os exemplos dados na aula para a fermentação láctica (exemplo 1) e desacarboxilação oxidativa do isocitrato a alpha-cetoglutarato (ciclo de Krebs). Para cada um dos exemplos, escreva as reacções com as co-enzimas redox envolvidas e comente se o substrato foi oxidado, reduzido, ou se o estado de oxidação se manteve. 4. Descreva as reações gerais para as seguintes enzimas: a) Cinases b) Fosforilases c) Fosfatases d) Isomerases e) Desidrogenases a) cinases: catalisam a reacção de transferência do grupo fosforilo a partir do ATP. b) fosforilases: catalisam a reacção de fosforilação a partir de ortofosfato (ou fosfato inorgânico) (Pi). c) fosfatases: catalisam a remoção/hidrólise do grupo fosforilo. d) isomerases: catalisam a transferência de grupos funcionais dentro da mesma molécula dando origem a isómeros. e) desidrogenases: catalisam reacções de transferência de electrões (oxidações/reduções). 5. Identifique as estruturas seguintes com as coenzimas redox e indique os grupos funcionais, o que possuem em comum e as possiveis reações envolvidas. 3 6. A fosfofrutocinase (PFK) catalisa a seguinte reação (Aula Teorica 4): Explique por que a PFK é relativamente insensível a mudanças nas concentrações de F6P ou FBP, mas afetada negativamente pelo fosfoenolpiruvato (PEP) e ATP e positavemente pelo ADP. A PFK opera longe do equilíbrio, por isso não é sensível a mudanças na concentração de substrato. Enzima que catalisa uma etapa determinante da via glicolítica e sua atividade está sob controle alostérico. A PFK pode ser inibida pelo produto final da via - PEP (regulação alostérica por feed-back); o ATP e ADP têm um papel alostérico, inibindo ou promovendo a reação, respectivamente. Em qualquer via metabólica, a maioria das reações está próxima do equilíbrio, de modo que a lei da a ação de massa determina em grande parte a taxa de fluxo dos metabolitos. Em cada via metabólica, existe pelo menos uma reação que está longe do equilíbrio, em qual os reagentes se acumulam acima de seus valores de equilíbrio e ΔG 0. Tais reações são chamadas de etapas determinantes, uma vez que controlam o fluxo na via. O fluxo muda apenas com uma mudança na capacidade da enzima de aumentar a taxa de reação. 7. A amplificação e transdução de sinal é um processo conservado e essencial para o funcionamento de um organismo. Comente esta observação definindo este processo e complete o esquema que resume a amplificação e transdução de sinal, resumindo os passos principais. Refira a diferença entre mensageiros primários e secundários, e dê exemplos. (Aulas Teóricas 5-6-7) Processo através do qual uma célula converte um tipo de sinal numa resposta celular (fosforilação de substratos). 8. Durante a ativação da proteína G, qual subunidade troca GDP por GTP? Qual é a consequência imediata desta troca? Comente sobre o nível de mudança estrutural. (Aula Teórica 6) Quando a proteína G se liga a um complexo hormona-receptor, ocorre uma altera subunidade Gα troca GDP para GTP. A ligação do GTP induz uma mudança conformacional em Gα que faz com que ele se dissocie de Gβγ. A ligação do GTP também aumenta a afinidade do Gα pela adenilato ciclase, que é assim ativado. 4 9. Considere a proteína cinase A (PKA) (enzima envolvida na transdução de sinal envolvendo o cAMP) (Aulas Teóricas 6-7) a) Qual a reação catalisada por esta enzima? b) Quais os substratos e quais os produtos? c) Refira alguns aspetos comuns à PKA, à hexocinase e à PFK1 (estrutura 3D, domínios) a) Fosforilação de uma serina ou tirosina de uma proteína alvo (substrato) usando ATP como fonte do grupo fosfato b) proteína alvo e ATP (co-substrato) – substrato fosforilado e ADP c) todas possuem 2 domínios ; mecanismo de “induced fit”; dependem de Mg2+ PERGUNTAS DE ESCOLHA MULTIPLA: Assinale com Verdadeiro ou Falso e justifique as alíneas que são verdadeiras 1. Qual das afirmações seguintes é verdadeira para enzimas que são reguladas alostericamente? a. A enzima deve possuir pelo menos uma subunidade que ligue o regulador alostérico e pelo menos uma subunidade catalítica b. A enzima deve catalisar o primeiro passo de uma via catabólica c. O regulador alostérico deve ligar-se ao centro ativo da enzima d. A enzima pode ser inibida pelo produto final da via (regulação por feed-back) 2. A estrutura quaternária de uma proteína é: a. A sua sequência de aminoácidos b. A sua estrutura em hélices alfa e folhas beta c. A forma como várias cadeias polipeptídicas se unem numa só proteína d. A sua estrutura tridimensional 3. Uma mutação no centro ativo da adenilato ciclase torna-a inativa. Como resultado dessa inativação o mais provável é: a. Aumento da concentração de cAMP na célula b. Uma maior atividade da proteína cinase A c. Uma menor atividade da proteína cinase A (PKA) d. A menor afinidade da adenilato ciclase para a proteína G 4. A ligação de um dado ligando a um receptor GPCR resulta em: a. Ligação de GTP à proteína G b. Alteração da estrutura terciária da GPCR c. Fosforilação da proteína G d. Estabilização da proteína G 5. Considere a regulação recíproca na síntese e degradação do glicogénio pela hormona epinefrina. a) A sinalização pela epinefrina resulta na fosforilação da glicogénio sintase a em glicogénio sintase b, inativando-a e inibindo a síntese de glicogénio 5 b) A sinalização pela epinefrina resulta na fosforilação da fosforilase b em fosforilase a, ativando-a e promovendo a degradação de glicogénio c) A sinalização pela epinefrina resulta na fosforilação da fosforilase b em fosforilase a, ativando-a e inibindo a degradação de glicogénio d) A epinefrina não induz a cascata de sinalização 6. A reacção catalisada pela fosfofrutocinase (PFK): a) É activada por altas concentrações de ATP b) É inibida por altas concentrações de ATP c) É a reacção limitante da velocidade na glicólise d) Está próxima do equilíbrio na maioria dos tecidos e) É regulada por feed-back com o fosfoenolpiruvato (PEP) 7. A regulação na etapa determinante de uma via metabólica requer o controle da enzima que a catalisa através dos mecanismos: a) Controle alostérico por regulação feedback por um produto final da via b) Modificação covalente da enzima, que pode aumentar ou diminuir sua capacidade de catalisar uma reação c) Controle alostérico no local catalítico pelo substrato d) Controle genético, que regula os níveis de estado estacionário da enzima 6 Constantes R= 8.314 JK-1mol-1 F= 96500 JV-1mol-1 T= 25 C (sempre que não venha especificada outra temperatura) 1 kcal = 4.184 kJ Energia livre de Gibbs padrão de hidrólise para alguns compostos fosforilados Go’ (kJmol-1) fosfoenolpiruvato → piruvato + Pi -61.9 1,3-bisfosfoglicerato → 3 fosfoglicerato + Pi -49.4 fosfocreatina → creatina + Pi -43.1 pirofosfato (PPi) → 2 Pi -33.5 ATP → ADP + Pi -30.5 ATP → AMP + PPi -30.5 glucose-1-fosfato → glucose + Pi -20.9 glucose-6-fosfato → glucose + Pi -13.8 ribulose-1,5 bisfosfato → ribulose-5 fosfato + Pi -13.4 glicerol-3-fosfato -9.2 Potenciais de redução padrão de alguns pares redox Eo’ (V) acetato + 3H+ + 2e- → acetaldeído + H2O -0.581 3-fosfoglicerato + 2H+ + 2e- → gliceraldeído-3-fosfato + H2O -0.550 2H+ + 2e- → H2 -0.413 NAD+ + 2H+ + 2e- → NADH + H+ -0.320 S + 2H+ + 2e- → H2S -0.230 FAD + 2H+ + 2e- → FADH2 (coenzima livre) -0.219 acetaldeído + 2H+ + 2e- → etanol -0.197 piruvato + 2H+ + 2e- → lactato -0.185 oxaloacetato + 2H+ + 2e- → malato -0.166 fumarato + 2H+ + 2e- → succinato +0.031 ubiquinona + 2H+ + 2e- → ubiquinol +0.045 FAD + 2H+ + 2e- → FADH2 (coenzima inserido numa proteína) +0.060 citocromo b (Fe3+) + e- → citocromo b (Fe2+) (mitocondrial) +0.077 citocromo c1 (Fe3+) + e- → citocromo c1 (Fe2+) +0.220 citocromo c (Fe3+) + e- → citocromo c (Fe2+) +0.235 citocromo a (Fe3+) + e- → citocromo a (Fe2+) +0.290 citocromo a3 (Fe3+) + e- → citocromo a3 (Fe2+) +0.385 NO3- + 2H+ + 2e- → NO2- + H2O +0.420 SO42- + 2H+ + 2e- → SO32- + H2O +0.480 ½ O2+ 2H+ + 2e- → H2O +0.816 7 Integração Metabólica 8 9 10