QUESTÕES DE BIOQUÍMICA II

 Questão 1                                                                                                                 .

 1 – Considere as seguintes reações químicas, à temperatura de 270C:(1,5)

I) 2H2O2 (g) → 2H2O (l) + O2.    ΔSo= 31 kcal/mol ΔHo= -50,5 kcal/mol

II) N2(g) + 2O2(g) →2NO2(g).    ΔSo= -28,7 kcal/ ΔHo= 16,2 kcal/mol

III) 3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g) .  ΔSo= -47,4 kcal/mol ΔHo= -22,1 kcal/mol

Com basenos dados apresentados acima justifique:

a) A reação química traduzida pela equação I é uma reação espontânea?

b) A reação química traduzida pela equação II não é uma reação espontânea?

c) A reação química traduzida pela equação III é uma reação que pode ser espontânea?

Resposta :

     Introdução:

   Símbolos a serem utilizados:

ΔG    _----  Variação de Energia

ΔS   --- Variação da entropia

ΔH  ---  Variação da   entalpia

Observação:   energia livre de Gibbs (ΔG)

 

Conversão de Escalas

   Celsius para Kelvin, Kelvin para Celsius

      

A diferença entre as escalas Celsius (C) e Kelvin (K) é simplesmente o ponto 0. Assim para fazermos a conversão basta somar 273,15:

                           K=C+273,15

    OBS: 

1.      Em alguns livros encontramos a utilização da aproximação da casa decimal para o cálculo, ou seja: utilizam apenas 273 para cálculo.

2.      A Variação da Energia Livre, é uma medida de trabalho que se pode realizar durante a transferência de Energia de um sistema ao meio ambiente, e num processo espontâneo seu valor decresce sempre (ΔG < 0 ).  

3.      O seu valor, é calculado nas condições padrão em Bioquímica. Sendo a sua temperatura em Kelvin. Logo temos que transforma a temperatura de  27^oC em  Kelvin.  Usando a fórmula acima temos que:  K=C+273,15, logo:

           K = 27 + 273,15

            K =  300,15, é o valor que temos que utilizar para cálculo.

 4.  O cálculo da Variação de Energia Livre (ΔG )  é dado pela seguinte expressão:

                            ΔG =  ΔH  -  T x  ΔS

        Ou   pela seguinte análise:

i)                    ΔH <  0      e  ( T x  ΔS ) > 0

ii)                  ΔH  > 0      e  ( T x  ΔS ) >  ΔH

iii)                ΔH  < 0      e  ( T x  ΔS ) <  ΔH

Letra  a

a) A reação química traduzida pela equação I é uma reação espontânea?

Solução:

    ΔG =  ΔH  -  T x  ΔS  ,  vem :

1)      ΔG =  -50,5  -  300,15 x  31

2)      ΔG =  -50,5  -  9304,65

3)      ΔG =  - 9355,15 Kcal / mol

Logo,   ΔG < 0 , o que caracteriza uma reação ESPONTÂNEA.

 Outra maneira de se analisar:

ΔH <  -50,5       e    ( T = 300,15) x  (ΔS = 31) > 0

ΔH <  -50,5       e    ( T x  ΔS ) =  9304,65 > 0  , o que caracteriza uma reação espontânea. Pelo item i :

ΔH <  0      e  ( T x  ΔS ) > 0   

Logo,   ΔG < 0 , o que caracteriza uma reação ESPONTÃNEA.

Letra b

b) A reação química traduzida pela equação II não é uma reação espontânea?

  Solução:

Dados :   ΔSo= -28,7 kcal/ mol      ;        ΔHo= 16,2 kcal/mol

                            ΔG =  ΔH  -  T x  ΔS

ΔG =   16,62 -  300,15 x  ( -28,7 )

ΔG =  16,62 – (  -  8614,305 ) = 16,62 + (  8614,305 ) = 8630,925 kcal/mol

ΔG = + 8630,925 > 0

  Logo, como  ΔG > 0,        a reação    NÃO É ESPONTÂNEA..

Letra c

c) A reação química traduzida pela equação III é uma reação que pode ser espontânea?

 Solução:

Dados :   ΔSo= -47,4 kcal/mol;          ΔHo= -22,1 kcal/mol

         ΔG =  ΔH  -  T x  ΔS

ΔG =  - 22,1  -   300,15  x  ( - 47,4 )

ΔG =  - 22, 1 – ( - 14227,11 ) = - 22, 1 + 14227,11 =  14205,01

  ΔG =   14205,01 > 0

 Logo, como  ΔG > 0  , nesse casa a reação NÃO É ESPONTÂNEA.

   Observação:

          Sim, pode.  Isto se deve ao fato de que ela pode se associar a uma reação endergônica, produzindo uma reação exergônica, com isso a reação passa a ser espontânea.

 

Questão 2                                                                                                                 .

2.- Qual o papel da Adenosina Trifosfato no metabolismo? (1,0)

Resposta :

      Adenosina tri-fosfato (ATP ), é uma molécula orgânica responsável pelo armazenamento de energia em suas ligações químicas. O ATP armazena energia proveniente da respiração celular e da fotossíntese, para consumo posterior.

      Esta energia pode ser utilizada em diversos processos biológicos, tais como:

a) o transporte ativo de moléculas;

b) síntese e secreção de substâncias;

c) locomoção e divisão celular;

   etc.

        Para estocagem  a longo prazo,  a energia proveniente do ATP  pode ser transferida para carboidratos e lipídios. 

Em fim: é considerada por muitos autores como uma moeda celular.
         No tocante ao metabolismo,  ou seja, na absorção e gasto de energia deve-se levar em conta que a quebra do ATP não é simplesmente um rompimento de ligações químicas. Na verdade, a transformação do ATP em ADP + P é uma hidrólise, ou seja, a água é um dos reagentes desse processo. A formação de ligações covalentes no final da transformação libera mais energia do que a absorção na quebra das ligações presentes entre os átomos das moléculas de ATP e da água.  Com isto, a reação geral ou global se exotérmica. Além de tudo outros fatores contribuem para  que esse composto orgânico libere energia com suas moléculas são quebradas.

        Um fato a ser observado é que: os produtos ADP e P possuem maior Entropia do que o reagente ATP, em outras palavras, os produtos possuem maior grau de desorganização do que o reagente.

Questão 3                                                                                                                .

3. – Liste as etapas da via glicolítica (não coloque as estruturas dos compostos e sim os nomes dos mesmos), indique as enzimas que catalisam cada reação e anote os valores de variação da energia livre de Gibbs (ΔG’). Com base nestas informações responda: Se inibirmos a reação catalisada pela enzima Gliceraldeído-fosfato desidrogenase, utilizando o ácido iodoacético, que intermediários seriam acumulados mais rapidamente e por quê? (1,5)

           

Resposta :

   Como foi visto existem 10 reações na Glicólise, onde as 5 primeiras etapas, as chamadas etapas de investimento, Etapa de entrada ATP e as outras 5 fases restantes, chamadas de Etapa de pagamento, onde ocorre a saída do ATP.

      Lembrando que as condições  Padrão em Bioquímica é dada por:

      pH = 7 ,  Pressão = 1 atm,  Temperatura = 25º C  e  Concentração = 1 Molar.

    

         Vejamos como se processa a Glicólise:

 R1:   A glicose é fosforilada formando glicose 6-P – mediada pela enzima 

            hexoquinase;

          Energias livre padrão :  ΔGo’ = -16,7 kJ/mol  .

R2:   A glicose 6-P isomerizada a frutose – 6P – mediada pela enzima   fosfofruto-

            quinase;

             Energias livre padrão :  ΔGo’ = 1,7 kJ/mol.

R3:  A glicose-6P é fosforilada novamente;

         Energias livre padrão :  ΔGo’ =  10 .

R4:  A frutose1,6-biP é quebrada em DHAP + GAL3P;

        Energias livre padrão: ΔGo’ =   23,9 kJ/mol.

R5:  A Dihidroxicetona-P é convertida em Gliceraldeido-3P;

        Energias livre padrão:   ΔGo’ =  +7,56kJ/mol.

R6:  A Gliceraldeido-3P é foforilada  por PI;

         Energias livre padrão :  ΔGo’ =  +6,3 kJ/mol.

R7:   A  1,3biP-glicerato perde fosfato, formando ATP;

          Energias livre padrão :  ΔGo’ =  -18,9 kJ/mol.

R8:   A 3P-glicerato forma 2P-glicerato;

         Energias livre padrão :  ΔGo’ = +4,4 kJ/mol.

R9:   A Fosfoenolpiruvato – é mediada pela enzima PiruvatoQuinase;

          Energias livre padrão :  ΔGo’ = + 1,8 kJ/mol 

R10:  A Fosfoenlpiruvato perde fosfato, formando ATP.

          Energias livre padrão :  ΔGo’ =  -31,7 kJ/mol.

  Observação: 

     - Nas condições celulares, essas reações apresentam um ΔG ( Variação de Energia ) próximo de zero.

- Acontece que o ácido iodo-acético inibe  a enzima gliceraldeíde-3P desidrogenase, com isso a via não poderá dar continuidade os intermediários formados serão:

                                         gliceraldeido-3P + Pi + NAD⁺ .

        Isso, porque sem atuação da enzima o NAD⁺ , não poderá reduzir o NADH⁺  , sendo que  essa redução libera grande quantidade de energia que contribui para a formação covalente entre o G3P eo PI, formando então o 1,3- bifosfoglicerato.

         Sem essa redução não terá energia suficiente para a formação do 1,3-bifosfatoglicerato.

   

Questão 4                                                                                                                         .

 4.   Cite dois inibidores da via glicolítica e explique como ocorre essa inibição. (1,0)

Resposta :

Inibidores da via glicolítica

1) Arsenato AsO4 -3 análogo do Fosfato PO4-3

Arsenato pode ser incorporado no lugar do fosfato no gliceraldeido-3 fosfato, não forma o 1,3 bifosfoglicerato – deixa de formar 2 ATP (intoxicação causa fraqueza) Outras reações também são afetadas pelo mesmo mecanismo, ação importante na respiração celular podendo levar à morte de células e tecidos importantes nos animais.

2) Inibidores da hexocinase:

a) Glucose-6-fosfato (músculo) – Faz sentido que funcione como inibidor, pois é o produto da reação. Se  temos muito produto, não vamos precisar de continuar a produzir mais.

b) Frutose-6-fosfato (fígado) – É o produto da reação seguinte (reação 2), mas pode ser interpretado da mesma forma que o anterior. Ou seja, se estamos a acumular o intermediário formado a partir do produto da reacção, não adianta continuarmos a sintetizar mais produto. Esta inibição ocorre através de uma proteína denominada proteína reguladora da glucocinase.

3) Inibidores da piruvato cinase: 

a) ATP – É um transportador de energia química e um dos produtos finais da glicólise, logo, se existir já não é preciso efetuar a degradação da glucose. Diminui a afinidade da enzima para o fosfoenolpiruvato.

b) Acetil-coA – É a molécula na qual o produto desta reação (piruvato) é convertido, no caso do catabolismo aeróbico. Portanto, se acumula acetil-CoA, não fazia sentido continuar a sintetizar piruvato, porque que a enzima é inibida.

c) Ácidos gordos de cadeia longa.

- Fosforilação (fígado) – Induzida, por exemplo, por ação do glucagon, que, conforme referi anteriormente, vai ter como principal função elevar os níveis de glucose no sangue. Para tal, inibe, por exemplo, a glicólise.

- NADH – o NADH tem potencial para originar moléculas de ATP, pelo que sinaliza um estado energético em alta da célula. Nessa situação, não é preciso recorrer à glicólise para obter mais energia.

- Alanina – Este aminoácido pode originar piruvato por remoção do seu grupo amina. Logo, se existe uma molécula que pode originar diretamente piruvato, não precisamos  gastar glucose para o produzir.

Questão 5                                                                                                                   .

5. Explique o comportamento oscilatório da via glicolítica e qual o sentido desse fenômeno bioquímico. (1,0)

Resposta :

       O  comportamento da glicose oscilatória esta demonstrado no momento em que diz  que a atividade da glicólise  oscila numa determinada freqüência, de maneira a  manter relativamente constante o nível de ATP na célula. Relativamente constante quer dizer que a concentração de ATP varia em função do tempo, mas se mantém dentro de uma faixa definida de concentração.

     Observa-se que a representação desse comportamento oscilatório da glicólise resulta  no comportamento variante da concentração de ATP e ADP ( NDP ) ou AMP.

   Assim, o comportamento oscilatório permite um ajuste fino de velocidade da via para atender a necessidade específica da célula.

Questão 6                                                                                                                     .

6.  -Sobre as fermentações alcoólica e láctica, responda: (2,0)

a) Quantidade e atuação de enzimas adicionais à glicólise.

    Resp:

. Na Fermentação alcoólica – temos que 2 ( piruvato descarboxilase e álcool  desidrogenase ). 

. Na Fermentação Láctea – 1 ( um ) ( Lactato desidrogenase ).

b) Re-oxidação do NADH.

Resp:

 . Na Fermentação alcoólica – sim ocorre – fermentação alcoólica desidrogenase.

. Na Fermentação Láctea – sim ocorre – Lactato  desidrogenase.

c) Número de carbonos do produto final. Seria possível que os produtos finais fossem ainda mais degradados?

Resp.:

.  Na Fermentação alcoólica – 2 carbonos – etanol

       Sim, seria possível que este produto fosse ainda degradado.

. Na Fermentação Láctea – 3 carbonos – lactato.

       Sim, seria possível que este produto fosse ainda mais degradado .

d) Descarboxilação – isto é, em qual das duas vias o piruvato perde carbono? Qual a forma pela qual o carbono perdido sai da via?

Resp:

. Na Fermentação alcoólica – O piruvato perde um carbono na forma de CO₂.

. Na Fermentação Láctea – O piruvato não perde nenhum carbono.

Questão 7                                                                                 .

7 - Trematol é um veneno metabólico extraído da raiz de uma planta denominada white snake. As vacas comem esta planta e concentram o veneno em seu leite. O veneno quando ingerido pelo homem através do leite inibe as enzimas que convertem o ácido lático em outros componentes do metabolismo. (1,0)

a) Explique em detalhes porque o exercício físico aumenta os sintomas do envenenamento pelo Trematol?

b) Por que o pH sanguíneo diminui em uma pessoa que ingeriu trematol?

Resposta :

Letra a:

-   a) Explique em detalhes porque o exercício físico aumenta os sintomas do envenenamento pelo trematol?

 Resp:  

    -   Os sintomas de envenenamento pelo TREMATOL aumentam porque  o exercício físico aumenta a produção de ácido láctico, pelo processo de fermentação. E quando há o acumulo de ácido láctico, há a diminuição do pH sanguíneo, pelo fato das enzimas hepáticas ( do fígado ) estarem bloqueadas.

   Como se sabe cientificamente, durante os exercícios físicos, os músculos produzem ácido LÁCTICO a partir de PIRUVATO, pelo processo de fermentação, desta forma permite a regeneração de NAD⁺ e com isso continua a produção de ATP pela Glicólise.

     Não nos esqueçamos  que  a via metabólica do ácido láctico esta bloqueada pelo TREMETOL, dessa forma há acúmulo de ácido láctico  no sangue, e com isso, há uma diminuição do pH sanguíneo.

                 

Letra b

b) Por que o pH sanguíneo diminui em uma pessoa que ingeriu trematol?

Resp:

    O ácido láctico é produzido por muitas bactérias e também pelos nossos músculos durante exercícios físicos. 

        Nas células dos seres humanos quando não há oxigênio suficiente, através da fermentação o nosso organismo produz ácido láctico. Ou seja, nossos músculos convertem o PIRUVATO em LACTATO como meio de regenerar  NAD⁺ a partir de NADH, com o objetivo de permitir a continuação da produção de ATP pela Glicólise.

    Dessa forma, ou seja: com a acumulação de ácido láctico, segue os sintomas do envenenamento por TREMATOL.

     Como o exercício físico leva ao aumento da produção de ácido láctico pelos músculos e como conseqüência da inviabilidade da metabolização de ácido láctico pelo fígado, por causa do TREMATOL, ocorre o acúmulo de ácido láctico no SANGUE e com isso o pH diminui, e como todos nós sabemos, que quanto mais  baixo o pH sanguíneo estiver, maior será a acidez sanguínea.

Questão 8

8 - Escrever a reação de formação de acetil-CoA a partir de piruvato e indicar: (1,0)

   2 Ácido pirúvico + 2 NAD ⁺ + 2 CoA → 2 Acetil-CoA + 2 CO ₂ + 2 NADH + 2H ⁺

a) As 5 coenzimas necessárias;

  Resp:  

 (TPP, FAD, CoA, NAD e lipoato).

R- (TPP, FAD, CoA, NAD e lipoato).

Observação:

Formação de acetil-CoA a partir do piruvato

As moléculas de acetil-CoA são a forma sob a qual o ciclo de Krebs aceita a maior parte do seu combustível. O piruvato é oxidado a acetil-CoA e CO₂ por um complexo enzimático (3 enzimas) denominado complexo piruvato desidrogenase.  Além da acetil-CoA e do CO2, esta reacção produz uma molécula de NADH a partir de NAD+.

        O complexo piruvato desidrogenase requer a acção de 5 cofactores: tiamina pirofosfato (TPP), dinucleótido flavina adenina (FAD), coenzima A (CoA), dinucleótido nicotinamida adenina (NAD⁺) e lipoato.

b) As vitaminas envolvidas;

Res: 

     - Tiamina (B1), Riboflavina (B2), Ácido Pantotênico (CoA) (B5), Niacina (nicotinamida) (B3) e Ácido Lipóico

Observação: 

  São 4 vitaminas necessárias na nutrição humana são componente vitais deste sistema: tiamina (para TPP), riboflavina (para FAD), niacina (para NAD) e pantotenato (para CoA).

c) A sua localização celular;

Resp:    

 -   Nas Mitocôndrias e no Citosol,  mais precisamente  na Matriz Mitocondrial.

Observação: 

    Este complexo localiza-se na mitocôndria (eucariotas) ou no Citosol (procariotas).

d) A origem da energia para formar a ligação química entre o radical acetil e a coenzima-A.

  Resp: 

   -     Os ácidos graxos liberados pelos adipócitos são transportados pelo sangue ligados à albumina e utilizados, principalmente pelo fígado e músculos, como fonte de energia.

        Através das reações que ocorrem, a energia de hidrólise da ligação de tio éster é muito elevada, dessa forma permite a liberação de grupamentos ACIL para diversos compostos.

 

Referência :

Da Polan, Andréa, et al. Bioquímica II. Vol. 1, Glicose – Cederj, 2017,p.323

LEHNINGER, A.L.; NELSON, D.L.; COX, M.M. Princípios de Bioquímica. 2. ed. São Paulo: Sarvier, 2000. 839p.

MARZZOCO, Anita; TORRES, Bayardo Baptista.Bioquímica básica. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1999

DEVLIN, T. M. Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas. 5ed. Edgard Blubher, 2007.

CAMPBELL, M.K. Bioquímica Básica. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2001.

NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 5.ed. Porto Alegre: Artmed, 2011