Estudo Dirigido II

Universidade Federal do Rio de Janeiro
Instituto de Bioquímica Médica
Curso de Bioenergética e Metabolismo 2010
Profs. Marcus Oliveira e Rodrigo Nunes
Estudo Dirigido II
1 - A mucosa gástrica humana é capaz de produzir quantidades consideráveis de hidrogênio molecular (H2)
como um sub-produto do processo de digestão de carboidratos. A bactéria gástrica Helicobacter pylori,
causadora de algumas formas de gastrite, é capaz de utilizar o H 2 como um doador de elétrons para sua
cadeia transportadora de elétrons através de uma enzima com atividade hidrogenase (Olson e Maier Science
2002;298(5599):1788-90). Sabe-se também que esta bactéria não sobrevive em ambientes completamente
anaeróbicos. Discuta de que maneira deve ocorrer a utilização de H2 e proponha como deve ser a cadeia
transportadora de elétrons e a síntese de ATP nesta bactéria.
2 - Nume experiência com mitocôndrias de fígado de rato suspensas em um meio contendo 2,5mM de Pi
(fosfato inorgânico), 2,5mM de MgCl2, 0,25mM de sacarose, tampão Tris 10 mM, pH 7,4 e albumina 1mg/ml,
foram adicionadas as substâncias abaixo relacionadas. Represente graficamente o consumo de oxigênio e a
síntese de ATP após cada uma das sucessivas adições abaixo, justifique cada passo:
a) piruvato e oxalacetato
b) ADP
c) DNP (dinitrofenol)
d) Succinato
e) Cianeto
f) Malonato de sódio (10mM)
Sabendo que: DNP é um agente desacoplador e malonato de sódio um análogo do malato, consequentemente
um inibidor irreversivel da enzima malato desidrogenase.
3 - Faça um minidissertação (10 linhas no máximo), sobre a regulação das vias metabólicas abaixo
relacionadas, quando na presença e ausência de O2, e na presença ou ausência de ATP e NADH.
a) Glicólise
b) Ciclo de Krebs
c) Cadeia transportadora de elétrons e fosforilação oxidativa
4 - A transformação de glicose em lactato, realizada por células musculares, libera apenas 7% da energia livre
contida na molécula de glicose, quando a mesma é oxidada até CO2 e H2O.
a) Explique porque as células musculares não aproveitam toda a energia contida na molécula de glicose.
b) De maneira experimental, podemos medir o consumo de glicose em células musculares cardíacas
antes e depois da perfusão deste órgão com sangue. Se perfundirmos um coração com sangue
desoxigenado, observaremos um aumento considerável do consumo de glicose. Por outro lado, se
perfundirmos o coração com sangue oxigenado a taxa de consumo de glicose diminui drasticamente,
mantendo-se em baixos níveis. Explique porque ocorre este fenômeno.
5 - A concentração de glicose no sangue de um ser humano sadio é em torno de 5mM. Por outro lado, a
concentração de glicose intracelular encontra-se bem abaixo deste valor. Porque? Sabendo que glicose é
administrada de forma intravenosa em alguns casos clínicos, e que para ser utilizada ela precisa ser
fosforilada (o que representa gasto de energia) porque não administrar glicose-6 fosfato por via intravenosa?
6 - O complexo enzimático da F1Fo-ATP sintase é composto de diversas subunidades, dentre elas uma proteína
inibidora (PI). Esta proteína (PI) diminui a atividade de hidrólise de ATP pela F1Fo. A análise da expressão
desta proteína em diversos tecidos revelou o seguinte perfil:
Nível de expressão da PI
Cérebro
**
Coração
*
Fígado
******
Rim
****
Músculo esquelético
***
Pulmão
***
Intestino
****
Pâncreas
****
Em intervenções cirúrgicas é muito comum a prática de obstrução dos vasos sanguíneos de modo a evitar
hemorragias. Durante esta prática, os tecidos com fluxo sanguíneo interrompido experimentam uma situação
isquêmica. Após a cirurgia ocorre a desobstrução dos vasos estabelecendo a situação de reperfusão ou redisponibilização de sangue.
Levando em consideração uma situação isquêmica nestes tecidos, responda as quatro questões abaixo,
justificando cada item:
a) Comparativamente, como deve ser a taxa de produção de lactato no músculo esquelético e no
cardíaco?
b) Preveja quais tecidos devem ser mais afetados em termos de lesão tecidual ou necrose.
c) Compare qual deve ser a taxa de produção de lactato, os níveis de ATP celular e o grau de lesão
tecidual entre o músculo esquelético de um paciente com doença de McArdle e o músculo
esquelético de uma pessoa normal.
Levando em consideração agora uma situação de reperfusão nestes tecidos, responda as duas questões
abaixo, justificando cada item:
d) Preveja qual deve ser a taxa de fluxo de elétrons nas mitocôndrias destes oito tecidos, segundos
após a reperfusão.
e) Preveja qual deve ser a taxa de geração de espécies reativas de oxigênio (ROS), ou radicais livres,
nos oito tecidos, segundos após a reperfusão.
7 - Foi identificado um novo organismo eucariótico chamado Numhynthendunadadi biochymikha que possui
mitocôndrias e vive obrigatoriamente numa variedade de cana de açúcar num meio com altíssimas
concentrações de glicose em torno de 1 molar (concentrações de glicose intracelular média em células
eucarióticas variam em torno de 0,0002 molar !). O genoma deste organismo foi totalmente seqüenciado e
revelou diferenças marcantes em algumas enzimas do metabolismo energético. Uma destas enzimas é a
glicose fosforilase que catalisa a fosforilação de glicose a glicose-6 fosfato e a outra enzima é a frutose-6
fosfato fosforilase que catalisa a fosforilação de frutose 6-fosfato a frutose 1,6 bisfosfato. Ambas enzimas
utilizam fosfato inorgânico como substrato para suas reações. Os complexos da piruvato desidrogenase e alfacetoglutarato desidrogenase deste organismo também são diferentes já que estão ancoradas à membrana
interna mitocondrial e ambas transferem seus elétrons para o FAD que é reduzido à FADH2 e que
posteriormente é reoxidado, transferindo os elétrons para a ubiquinona. A transferência de elétrons do citossol
para a mitocôndria deste organismo é feita através da atividade da gliceraldeído 3 fosfato desidrogenase.
Todas as demais reações do metabolismo energético são iguais às de outras células eucarióticas. Baseado
nestas informações responda as questões abaixo, justificando cada item:
a) Estime o rendimento energético da oxidação da glicose a CO2 e água deste organismo. Leve em
consideração que cada molécula de NADH gera 3 ATPs e cada molécula de FADH2 gera 2 ATPs.
b) Porque este organismo vive obrigatoriamente nesta variedade de cana de açúcar? Explique sob o
ponto de vista termodinâmico.
8 - Tonhão procurou assistência médica após sentir fortes dores musculares e fraqueza quando jogava uma
partida de futebol no Aterro do Flamengo. Análises bioquímicas feitas a partir de biópsias musculares e
exames clínicos mostraram as seguintes dados:
Tonhão
Normal
Glicogênio muscular
200 mg /g
15 mg / g
Lactato sérico após exercício
0.5 mM
15 mM
Atividade fosfofruto cinase 1 muscular
0.32 Unidades / g
0.34 Unidades / g
Atividade citrato sintase muscular
0.76 Unidades / g
0.73 Unidades / g
Recentemente foi proposto um tratamento experimental de modo a reverter o quadro clínico
de fraqueza muscular exibido por Tonhão. Este tratamento consiste na suplementação da
refeição com mingau de amido de milho antes do exercício físico intenso. Este tratamento
impediu completamente a fadiga muscular precoce de Tonhão.
Hoje em dia Tonhão é rico e
aparece nos rótulos de um importante fabricante de amido de milho Tonhão  !
a) Qual é a provável disfunção metabólica do Tonhão?
b) Qual é o rendimento da via glicolítica usando glicogênio ou glicose?
c) Por que o tratamento com mingau reverteu o quadro clínico do Tonhão?
9 - Em condições ótimas, a adição de succinato a uma preparação de mitocondrias isoladas de
cérebro de rato promove aumento do potencial da membrana mitocondrial interna (ΔΨm),
consumo de oxigênio e formação de espécies reativas de oxigênio (ROS). A adição de ADP a
mistura de reação promove um aumento na velocidade de consumo de oxigênio, diminuição no
(ΔΨm), diminuição da formação de ROS e síntese de ATP.
Ao se adicionar DNP (ionóforo de prótons) à mitocondria respirando:
O que deverá acontecer com a velocidade de consumo de oxigênio, formação de ROS, (ΔΨm)
e síntese de ATP?
a) Na ausência de ADP.
b) Na presença de ADP.
10 - Durante o dia, as plantas utilizam a água como principal doador de elétrons nos cloroplastos, resultando na
produção de O2, NADPH e ATP. A atividade de oxidação de água realizada no foto-sistema 2 é inibida pela
exposição excessiva à radiação ultravioleta. Em artigo recente (Mano, Hideg, e Asada Arch Biochem Biophys.
2004 Sep 1;429:71-80) foi demonstrado que o ascorbato (vitamina C) funciona como um doador de elétrons
alternativo para os dois foto-sistemas 1 e 2 mesmo na presença de luz ultravioleta. Durante a oxidação de
ascorbato os autores mostraram que não ocorre geração de potencial de membrana no lúmen dos tilacóides.
Baseado nisto, pergunta-se:
a) Existe alguma alteração na síntese de ATP e NADPH quando as plantas utilizam o ascorbato ao
invés da água como doador de elétrons? Porque?
b) Como deve ser a atividade da RuBisCO quando os cloroplastos utilizam ascorbato como um doador
de elétrons alternativo?