Bioquímica, Tema 1-61. Poner un ejemplo de cada uno de los procesos de reacción siguientes:

Sustitución nucleofílica, Eliminación, Oxidación-reducción, Adición.

Una reacción de sustitución nucleofílica, es aquella en la que se sustituye un átomo o un grupo por otro:

La especie atacante (A) se denomina nucleófilo (son aniones (átomos o grupos con carga negativa) o especies neutras que poseen pares electrónicos no enlazantes). Los electrófilos son deficitarios en densidad electrónica y, por lo tanto, son atacados con facilidad por un nucleófilo. Al formarse un enlace nuevo entre A y B, se rompe el viejo entre B y X. el nucleófilo que sale (en este caso X), denominado grupo saliente, se lleva su par de electrones.

Un ejemplo importante es la reacción de la glucosa con el ATP. En esta reacción, que es el primer paso en la utilización de la glucosa como fuente de energía, el oxigeno del grupo hidroxilo del carbono de seis de la molécula de azúcar es el nucleófilo, y el fosforo el electrófilo. El grupo saliente es el difosfato de adenosina.

Una reacción de eliminación se forma un doble enlace cuando se eliminan átomos de una molécula.

Un ejemplo de esta reacción es la deshidratación del 2-fosfoglicerato, un paso importante en el metabolismo de los carbohidratos.

Una reacción de oxidación-reducción (también denominadas reacciones redox) se producen cuando hay una transferencia de electrones desde un donador (denominado agente reductor) a un aceptor (denominado agente oxidante). Cuando los agentes reductores donan sus electrones, quedan oxidados. Al aceptar electrones, los agentes oxidantes quedan reducidos. Los dos procesos se producen siempre de forma simultánea.

No siempre es fácil determinar si las biomoléculas han ganado o perdido electrones. Sin embargo, pueden utilizarse dos reglas sencillas para averiguar si una molécula ha sido oxidada o reducida:

- Se produce una oxidación cuando una molécula gana oxígeno o pierde hidrógeno:

- Se produce una reducción cuando una molécula pierde oxígeno o gana hidrógeno:

En las reacciones biológicas redox, los electrones se transfieren a acepto res electrónicos como el nucleótido NAD+/NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina en su forma oxidada/reducida). La formación del óxido de hierro es una clásica reacción redox:

En la ecuación anterior, el hierro (Fe) tiene un número de oxidación 0 y al finalizar la reacción su número de oxidación es +3. El oxígeno empieza con un número de oxidación 0 y al final su número de oxidación es de -2.

En las reacciones de adición se combinan dos moléculas para formar un solo producto.

La hidratación es una de las reacciones de adición más comunes. Cuando se añade agua a un alqueno se produce un alcohol. Un ejemplo característico es la hidratación del intermediario metabólico fumarato para formar malato.

2. Citar un aminoácido con cadena lateral hidrofóbica, otro con grupo polar sin carga, un AA ácido y un AA básico.

Un aminoácido con cadena lateral hidrofóbica es la alalina, un aminoácido polar sin carga es la serina, un aminoácido ácido es el ácido glutámico, y por último un aminoácido básico es la lisina.

3. Considerando los 20 aminoácidos protéicos codificables calcular el número total de tetrapéptidos posibles.

El número de tetrapéptidos posibles es 204 = 160000 tetrapéptidos posibles.

4. Indicar a qué nivel de la estructura proteica contribuye cada uno de los siguientes términos: secuencia de aminoácidos, lamina beta, enlace de hidrógeno, puente disulfuro.

La secuencia de aminoácidos contribuye a la estructura proteica primaria, ya que la estructura primaria de un polipéptido es su secuencia de aminoácidos. Los aminoácidos están conectados por enlaces peptídicos.

La lamina beta contribuye a la estructura proteica secundaria, ya que las láminas plegadas beta se forman cuando se alinean de lado dos o más segmentos de cadenas polipeptídicas, cada segmento individual se denomina cadena beta.

Los enlaces de hidrógeno contribuyen a la estructura proteica secundaria, terciaria y cuaternaria.

Los puentes disulfuro contribuyen a la estructura proteica terciaria.

5. En relación con los aminoácidos definir los siguientes términos: carbono alfa, punto isoeléctrico (pI), enlace peptídico, aminoácido hidrofóbico.

El carbono alfa es el carbono asimétrico del aminoácido que tiene capacidad de giro y el que tiene el radical que indica que tipo de aminoácidos es.

Se denomina punto isoeléctrico (pl) el valor del pH al cual el amino-ácido no presenta carga neta. Y está en el punto de inflexión de la curva a media distancia entre pka1 y pka2.

El enlace peptídico es un enlace entre el grupo amino (–NH2) de un aminoácido y el grupo carboxilo (–COOH) de otro aminoácido.

Los aminoácidos hidrofóbico son aquellos aminoácidos que no tienen afinidad por el agua.

6. Un polipéptido posee un valor bajo de pI. Sugerir los aminoácidos que lo forman.

Los aminoácidos ácidos, ya que cuanto menos pka tenga, más ácido es y cuanto más pka tenga, es más básico.

7. ¿A qué nivel de la estructura protéica actúan los siguientes agentes desnaturalizantes: calor suave, ácido fuerte, solución salina saturada, disolventes orgánicos tipo cloroformo, agente reductor?

- Calor suave: todas.

- Ácido fuerte: todas.

- Solución salina saturada: todas.

- Disolvente orgánico: segunda, terciaria y cuaternaria.

- Agente reductor: terciaria.

8. Un aminoácido tiene un valor de pKR = 10.0 ¿A qué grupo de aminoácidos pertenece? ¿Por qué? ¿Cuál es su carga neta a pH=7.0?

COOH COO-

pKR =10

+H3N - C – R <-> H2N – C - R

CH3 CH3

-R

7 = 10 + log -3= log

= 1·10-3 Sólo el 99% se encuentra no ionizado. Carga neta: +1

9. Los valores de los pK de un aminoácido son los siguientes:

pKa1 = 2.1; pKa2 = 9.8; pKR = 3.9 ¿A qué grupo de aminoácidos pertenece? Decir la carga neta que tendrá el aminoácido a los siguientes valores de pH: 2.1, 3.9, 7.0, 9.8, 13.0 explicando el por qué. ¿Cuál es el valor de su pI?

Pertenece a los aminoácidos con grupos R cargados negativamente.

pH = 7

7= 2,1 + log ; 4,9 = log ; = 7,9 · 104 ; pI =

; -2,8 = log ; = 1,59 ·10-3 ; pI =

7 = 3,9 + log ; 3,1= log ; = 1,3·103 Carga

neta: +1

10.Los valores de los pK de un aminoácido son los siguientes: pKa1 = 2.2; pKa2 = 9.0; pKR = 12.5 ¿A qué grupo de aminoácidos pertenece? Decir la carga neta que tendrá el aminoácido a los siguientes valores de pH: 2.2, 7.0, 9.0, 12.5 explicando el por qué. ¿Cuál es el valor de su pI?

El aminoácido pertenecería al grupo de los aminoácidos con cadenas laterales con grupos polares no cargados.

Aminoácido pKa1 pKa2 pKa3

Aminoácidos con cadenas laterales no polares:

Glicina Gly G 2.35 9.78

Alanina Ala A 2.35 9.87

Valina Val V 2.29 9.74

Leucina Leu L 2.33 9.74

Isoleucina Ile I 2.32 9.76

Metionina Met M 2.13 9.28

Prolina Pro P 1.95 10.64

Fenilalanina Phe F 2.20 9.31

Triptofano Trp W 2.46 9.41

Aminoácidos con cadenas laterales con grupos polares no cargados:

Serina Ser S 2.19 9.21

Treonina Thr T 2.09 9.1

Asparragina Asn N 2.14 8.75

Glutamina Gln Q 2.17 9.13

Tirosina Tyr Y 2.20 9.21 10.46 Fenol

Cisteína Cys C 1.92 10.7 8.37 Sulfhidrilo

Aminoácidos con cadenas laterales con grupos cargados:

Lisina Lys K 2.16 9.06 10.54 -Amino

Arginina Arg R 1.82 8.99 12.48 Guanidinio

Histidina His H 1.80 9.33 6.04 Imidazol

Acido aspáratico Asp D 1.99 9.90 3.90 -COOH

Acido glutámico Glu E 2.10 9.47 4.07 -COOH

NI ZORRAA!!!!!

11. En relación con las propiedades ácido-base de los aminoácidos:

a) Representar la curva de titulación de un aminoácido monoamino y monocarboxilo que tiene los valores de pKa1 = 3.34 y pKa2 = 9.60, especificando las especies iónicas predominantes en los puntos clave de la curva.

b) Calcular el pI del siguiente tripéptido: Gly-Ala-Val siendo: Gly (pKa1=2.34; pKa2=9.6); Ala (pka1=2.34; pKa2=9.69); Val (pKa1= 2.32; pKa2=9.62).

c) En qué dirección se moverá el tripéptido cuando se coloque en un campo eléctrico a los valores de pH siguientes: 1, 5, 10, 12.

12.Considere el tetrapéptido siguiente: Lys-Ser-Asp-Ala. Los valores de los pK son: pK carboxilo: 2.34; pK amino: 8.95: pKR Asp: 3.86; pKR Lys:α α 10.79. Determinar:

a) El pI del tetrapéptido.

Más adelante se presenta la estructura del tetrapéptido en su forma más ácida.

(Los valores que nos da el enunciado son aproximaciones, ya que el comportamiento de los aminoácidos está afectado por la presencia de otros grupos.) El péptido eléctricamente neutro se forma después de que ambos grupos carboxilo hayan perdido sus protones, pero antes de que el grupo amonio haya perdido algún protón. El punto isoeléctrico se calcula como sigue:

b) En qué dirección se moverá el péptido cuando se coloque en un campo eléctrico a pH=4 y a pH=9.

A pH = 4, el péptido está cargado positivamente y se mueve hacia el electrodo negativo (cátodo). A pH = 9, el péptido está cargado negativamente y se moverá hacia el electrodo positivo (ánodo).

13.La arginina tiene los valores de pKa siguientes: pKa1 = 2.17, pKa2 = 9.04 y pKR = 12.48. ¿Cuál es la estructura y la carga neta de la arginina a los siguientes valores de pH?: 1, 4, 7, 10, 12

La estructura y la carga neta de la arginina a varios pH es como sigue:

14.Definir la P50 para la hemoglobina. ¿Qué efecto cualitativo cabría prever que tuviera cada una de las siguientes modificaciones sobre la P50?

La P50 es aquella presión de O2 para la cual el 50% de los grupos hemo están ocupados por el O2.

a) Aumento de pH de 7.2 a 7.4

Aumento de pH, menos H+ en el medio, más NH2 sin carga que no establecerán puentes salinos adicionales. Luego se unirá más fácil el oxigeno, con lo cual quiere decir que tendrá más afinidad la hemoglobina por el O2. En este caso la P50 disminuirá.

b) Aumento de la presión parcial de CO2 de 20 a 40 mm Hg.

Al aumentar la presión parcial de CO2 ocurre justamente lo contrario. Disminución del pH, mas H+ en el medio, mas en el NH3

+

con carga que establecerán puentes salinos adicionales. Luego se

unirá mas difícilmente el oxigeno, con lo cual quiere decir que tendrá menos afinidad la hemoglobina por el O2. En este caso la P50

aumentará.

15.Definir la P50 para la hemoglobina. ¿Qué efecto cualitativo cabría prever que tuviera cada una de las siguientes modificaciones sobre la P50?

La P50 es aquella presión de O2 para la cual el 50% de los centros hemo están ocupados por el O2. Para la Mb el valor es bajo, mientras que para la hemoglobina es bastante alto.

a) Disminución de pH de 7.4 a 7.2

Disminución de pH: más H+ en el medio, más NH3+ con carga que establecerán puentes salinos adicionales. Luego se unirá con menos fuerza al oxígeno lo cual quiere decir que tendrá menos afinidad la hemoglobina por el O2. En este caso la P50 aumentará.

b) Disociación en cadenas polipeptídicas monomérica.

Disociación en cadenas: cada cadena actuará de forma similar a la Mb que al no presentar el fenómeno de la cooperativiad tiene una afinidad por el O2 muchísimo más elevada. Luego la P50 disminuirá.

16.Poner un ejemplo de cada uno de los compuestos o estructuras siguientes:

a) Epímero: un ejemplo de Epímero es la la D-glucosa debido a que su estructura sólo se diferencia en la configuración del grupo OH del carbono.

b) Azúcar reductor: un ejemplo de azúcar reductor es la glucosa.

c) Diastereoisómero:

17.Define lo que es un enlace glucosídico y pon un ejemplo.

Es el enlace para unir monosacáridos con el fin de formar disacáridos o polisacáridos. Como por ejemplo la celulosa.

18.Dibujar esquemáticamente la fórmula de la glucosa y de la galactosa y sus respectivas proyecciones de Haworth.

Esquema de la Glucosa:

Haworth Glucosa:

19.¿Cuál es el número de estereoisómeros que posee un monosacárido de 5 átomos de carbono?

21 = 2

20. ¿Se puede ciclar la fructosa como piranosa? Dibuja su estructura.No, porque la fructosa tiene 5 carbonos mientras que la piranosa tiene 6 carbonos.

21.¿Tienen todos los disacáridos poder reductor? ¿Y los monosacáridos? Poner ejemplos explicando el por qué.

Ambos tienen poder reductor. Los monosacáridos poseen un grupo carbonilo que se oxida dando un grupo ácido. Y en el caso de los disacáridos, si al menos uno de los monosacáridos posee su grupo carbonilo libre y no pertenece al enlace glucosídico.

22.Cuáles de los siguientes azúcares son reductores y cuáles no: Almidón, celulosa, fructosa, sacarosa, ribosa.

El almidón no es un agente reductor, la fructosa es un agente reductor, la sacarosa no es un azúcar reductor, la celulosa es un agente reductor y la ribosa es un agente reductor.

23.Dibujar mediante la proyección de Haworth los compuestos siguientes: a) -D-glucopiranosa y -D-glucofuranosa. b) Sacarosa y c) D-lactosa,α β d) ácido siálico.

a) α-D-glucopiranosa y β-D-glucofuranosa

b) Sacarosa

c) D-lactosa

d) Ácido siálico

24.Dibujar la estructura de una molécula de D-glucosamina unida a la treonina a través de un enlace -glucosídico.β

25.Dibuje los compuestos siguientes:

a) anómeros y de la galactosa. α β

b) Acido aldónico, urónico y derivados del ácido aldárico de la galactosa.

c) Galactitol.

d) Lactona del ácido galactónico.

26.Determinar cuáles de los siguientes pares de azúcares son enantiómeros, diastereoisómeros, epímeros o par aldosa/cetosa.

a) D-Eritrosa y D-treosa.

Son Diastereoisómeros.

b) D-glucosa y D-manosa.

Son epímeros.

c) D-ribosa y L-ribosa.

Son enantiómeros.

d) D-alosa y D-galactosa.

Son Diastereoisómeros.

e) D-gliceraldehído y dihidroxiacetona.

Son par de aldosa /cetosa.

27.Estructura general de un glicerofosfolípido y de un esfingofosfolípido. ¿Son los glucolípidos esfingolípidos?

Los fosfolípidos son un tipo particular de lípidos en los que el radical fosfato entra a formar parte de su estructura. Según su composición, pueden diferenciarse en dos grupos: los fosfoacilglicéridos y los esfingolípidos. Son esteres de ácidos grasos y glicerina.

Los esfingolípidos son fosfolípidos compuestos por acido fosfórico, un alcohol y una molécula de acido graso unida mediante en la ce amida a una molécula de esfingosina.

Los esfingolípidos también son componentes importantes de las membranas de animales y vegetales. Contienen un aminoalcohol de cadena larga. En los animales, este alcohol es la esfingosina. En los esfingolípidos de los vegetales se encuentra la fitoesfingosina.

Los glucolípidos son esfingolípidos que poseen grupos de hidratos de carbono y no contienen fosfato, y están compuestos por una ceramida (acido graso + esfingosina) y un glúcido de cadena corta.

28.Considerando estos componentes moleculares: glicerol, ácido graso, fosfato, alcohol de cadena larga e hidrato de carbono, responder a lo siguiente:

a) ¿Qué dos de ellos están presentes en las ceras y en la esfingomielina?

Los ácidos grasos, fosfato y alcohol.

b) ¿Qué dos de ellos están presentes en las grasas y en la fosfatidilcolina?

El ácido graso y glicerol.

c) ¿Cuáles de ellos están presentes en un gangliósido pero no en una grasa?

Hidrato de carbono y alcohol de cadena larga

29. Responde a las siguientes preguntas:

a) ¿Qué función desempeñan las lipoproteínas plasmáticas en el cuerpo humano?

Las lipoproteínas plasmáticas aumentan la solubilidad de las moléculas Iipídicas hidrófobas que se transportan en el torrente sanguíneo hasta los diversos órganos.

b) ¿Por qué requieren un componente proteico para realizar la función?

El componente proteico sirve para solubilizar las lipoproteínas de la sangre. También actúa como un receptor que permite la unión y la captura de las lipoproteínas por las células del cuerpo.

30.¿De qué ácido graso proceden la mayoría de los eicosanoides? Relacionar varias alteraciones médicas en las que puede parecer ventajoso suprimir su síntesis.

Los eicosanoides proceden del ácido araquidónico. Las condiciones médicas en las que es ventajoso suprimir la síntesis de eicosanoides son la anafilaxia, las alergias, el dolor.

La inflamación producida por una lesión y la fiebre.

31.Tipos de enlaces que aparecen en un nucleótido. ¿Y en un polinucleótidos?

En un nucleótido: β-N-glucosídico y fosfo-éster. En un polinucleótido: β-N-glucosídico, fosfo-éster y fosfo-diéster.

32.Representar esquemáticamente el siguiente oligonucleótido: ACTGA

33.¿Cómo se sintetizan los polinucleótidos? ¿En qué dirección?

Los nucleótidos se añaden a una cadena de DNA o RNA por el extremo 3’OH libre de una desoxirribosa (o ribosa) en forma de NTP y se pierde en la reacción PPi. La dirección del crecimiento es: 5’ → 3’

34.¿En qué condiciones y cómo se forma un DNA-H de triple hélice?

Tiene que haber 2 zonas con bases púricas complementarias. Se forman puentes de H no de Watson-Crick.

35.Definir temperatura media de fusión para el DNA y explicar de qué factores depende.

Es aquella temperatura para la cual el 50% de un DNA está en forma de doble hebra y el otro 50% desnaturalizado (hebra sencilla). Esta temperatura depende de la composición en bases G-C y de la fuerza iónica (si hay mucho G-C y mucha fuerza iónica la temperatura aumenta).

36.Explicar cómo influye la fuerza iónica sobre el fenómeno de la desnaturalización del DNA.

Los iones positivos neutralizan las cargas negativas de los fosfatos de manera que no se repelen y se mantienen las dos hebras unidas. Si la fuerza iónica es muy baja los fosfatos se repelen y el DNA se desnaturaliza.

37.Una muestra de DNA contiene un 21 % de adenina ¿Cuál es su composición porcentual en bases?

Si hay 21% T, también hay 21% A, pues son complementarias. El resto de porcentaje (100 – 42 %) ósea el 58% estará repartido entre C y G a partes iguales. Así que habrá: 29% C y 29% G.

38.Describir cómo contribuye a la estructura helicoidal estable del DNA cada una de las interacciones no covalentes.

Por un lado, el apilamiento entre las bases adyacentes de una misma hebra favorece interacciones hidrofóbicas entre éstas, y por otro lado, cada base está unida a su pareja mediante puentes de hidrógeno.

39. ¿Cómo afectan cada una de las sustancias o condiciones siguientes a la estructura del DNA? a) Etanol b) Calor c) Dimetil sulfato d) ácido nitroso e) Quinacrina.

Etanol: Rompe los enlaces fosfodiester y N glicosídicos

Calor: Desnaturaliza al ADN

Dimetil sulfato: Genera cargas al ser un compuesto ionico rompiendo los puntes de hidrogeno

Acido nitroso: Rompe los enlaces fosfodiester y N glicosídicos

Quinacrina:

40.Dar una relación de 3 diferencias entre el DNA procariota y eucariota. Describir las diferencias estructurales entre el RNA y el DNA.

El ADN procariota es una molécula de ADN circular y el ADN eucariota es una molécula lineal enrollada.

El ADN procariota no esta en un nucleo definido y el de la eucariota si.

El ADN procariota no esta compactado por las histonas, proteinas estructurales, y en la eucariota si.

Las diferencias estructurales entre el ADN y el ARN son que:

El ADN esta formado por Adenina (A), Citosina (c), Guanina(G) y Timina (T) mientras que el ARN esta formado por lo mismo pero en lugar de Adeninda tiene Uracilo (U).

41.¿Qué condiciones físicas producen la desnaturalización del DNA?

--- Aumento del pH

Aumento de temperatura

Rotura de puentes de hidrogeno, puentes disulfuro,...( fuerzas electronicas). La G se une a la C mediante 3 puntes de hidrogeno mientras la A se une a la T con 2

42.Transformar matemáticamente la ecuación de Michaelis-Menten en la de los dobles inversos de Lineweaver-Burk.

Ecuacion de Michaelis-Menten: v = vmax [S]/Km + [S]

Ecuacion de Lineweaver-Burk: 1/v = 1/vmax + Km / vmax [S]

1/v = Km + [S] / vmax ==> 1/v = 1/vmax + Km [S] /vmax [S]

43.Escribir la ecuación de Michaelis Menten para un ihhibidor competitivo, no competitivo y acompetitivo.

Inhibidor competitivo: v = vmax [S] / Km (1+([I]/Ki)) + [S]

Inhibidor no competitivo: v = vmax [S] / Km (1+([I]/Ki)) + [S] (1+([I]/Ki))

Inhibidor acompetitivo: v = vmax [S] / Km+ [S] (1+([I]/Ki))

44.Representar según la gráfica de los dobles inversos de Lineweaver-Burk la cinética de una reacción cuyas constantes son: Vmax = 4

mol/s y KM = 0.5 mM.μ

45.La presencia de un inhibidor en una reacción enzimática tipo Michaelis-Menten hace que el valor de la KM aumente 3 veces cuando la concentración del mismo es de 10 mM. ¿De qué tipo de inhibidor se trata? ¿Cuántas veces aumentará la KM si el inhibidor se encuentra a una concentración de 20 mM?

En una inhibicion reversible acompetitiva aumentara el doble.

46.En un tipo de inhibición reversible denominada acompetitiva el inhibidor se une solo al complejo ES y bloquea la catálisis al hacerlo. Deducir la ecuación cinética para este caso y dibujar la representación de los dobles inversos.

47.Calcular los valores de Km y Vmax de la cinética de las reacciones enzimáticas representadas por las rectas A y B ¿Qué relación guardan ambas rectas? ¿De qué tipo de inhibición se trata?

KmA = 2.5 vmaxA = 1,25

KmB = 2 vmaxB = 2

Es la tabla de dobles inversos para una ihibicion reversible competitiva

48.Concepto y significado de las constantes cinéticas KM, Vmax, Kcat y Ki ¿Qué es lo que define la eficiencia de un enzima?

Km: es la afinidad del enzima por es sustrato.

-Km elevada: E se une a S muy debil

-Km baja: mucha afinidad de E por S

vmax: maxima del enzima cuando este se une completamente al sustrato

Kcat:medida directa de la produccion catalitica de producto. Las uniades del Kcat son s^-1 osea, moléculas de sustrato que proceso cada molécula de E. Se denomina a veces “nº de recambio”

Ki: cte de equilibrio de disociación del inhibidor

49.Calcular los valores de Km y Vmax de la cinética de las reacciones enzimáticas representadas por las rectas A y B ¿Qué relación guardan

ambas rectas?

KmA = vmaxA =

KmB = vmaxB =

50.La presencia de un inhibidor en una reacción enzimática tipo Michaelis-Menten hace que el valor de la Vmax disminuya 5 veces cuando la concentración del mismo es de 20 mM. ¿De qué tipo de inhibidor se trata? ¿Cuántas veces disminuirá la Vmax si el inhibidor se encuentra a una concentración de 40 mM?

Inhibición reversible no competitiva. Disminuirá el doble

51. La siguiente gráfica muestra la representación de Lineweaver-Burk para una misma reacción enzimática en diferentes condiciones A, B y C (Los números representan los lugares de corte con los correspondientes ejes) Responder a las siguientes cuestiones: Calcular los valores de KM y Vmax para cada una de las rectas A, B y C. ¿Qué relación guardan las rectas entre sí? ¿De qué tipo de inhibición se trata? Explicar de forma particular qué sucede en los casos B y C.