Fosforilación Oxidativa

1. ¿Qué conjunto de procesos se conoce con el nombre de fosforilación oxidativa?

La fosforilación oxidativa está formada por dos procesos acoplados:

• En el primer proceso, el balance global de la fosforilación está formado por la siguiente reacción:

2H+ + 2e- + 1/2O2                                       1H2O  ∆G=-220 KJ/mol

• El segundo proceso es un proceso de fosforilación del ADP, es endergónico ya que necesita energía:

ADP + Pi                                   ATP               ∆G=51.8 KJ/mol

Es decir, la fosforilación oxidativa se divide en dos procesos acoplados que son:

• Formación de agua.
• Formación de ATP.

2. ¿Qué requerimientos tiene la fosforilación oxidativa para que unas células puedan realizarla?

Las condiciones para que la fosforilación se pueda llevar a cabo son:

• Tiene que haber unos transportadores de electrones y protones formados por proteínas de la cadena respiratoria.
• Tiene que haber un recinto cerrado que sea impermeable a los protones (que no los deje pasar) para obligarlos a pasar por sitios concretos y que no pasen libremente.
• Tiene que haber una ATPsintasa para que se catalice la reacción de la formación de ATP. Si no hay esta enzima, no se dará el ATP.

Glucólisis

3. Glucólisis

a) Indica cuáles son las dos fases de la glucólisis señalando la primera y última molécula de cada una de las fases, así como el balance global de coenzima y moléculas de ATP.

La glucólisis se divide en dos fases:

• Una primera fase de activación en la que se necesita energía para consumirla. En esta etapa, la glucosa se convierte en dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato y se gastan 2 ATP.
• En la segunda etapa, la de obtención de energía o etapa de producción, en la que las dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato pasan a dos moléculas de piruvato, pasando de 4 ADP a 4 ATPs y de 2 NAD+ a 2 NADH (coenzimas de poder reductor).

El balance total de las dos etapas de la ruta es de: glucosa + 2 ADP + 2 P_i + 2 NAD⁺—> 2 piruvatos + 2 ATP + 2 (NADH + H⁺)

b) Explica la primera etapa de la glucólisis. Indica 5 enzimas que afectan a esta etapa partiendo de una molécula de glucosa.

La primera fase es endergónica, porque se consumen 2 ATP, y consiste en la transformación de una hexosa, como la glucosa, en dos triosas (dihidroxicetona 3-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato).

En esta etapa o fase de activación, nos vamos a encontrar con 5 enzimas que son la hexoquinasa, la fosfohexosa isomerasa, la fosfofructokinasa-1, la aldolasa, y por último la triosa fosfato isomerasa. Estas enzimas actúan de esta manera:

1.- Hexoquinasa          2.- Fosfohexosa isomerasa              3.- Fosfofructokinasa-1    4.- Aldolasa                5.- Triosa fosfato isomerasa.

Ácidos Grasos

4. Ácidos grasos

a) Indica de forma esquemática todos los pasos necesarios para transformar una molécula del ácido graso palmítico [CH3(CH2)COOH] hasta acetil coenzima A, siguiendo la ruta de la beta-oxidación de los ácidos grasos.

(Se requiere un esquema detallado de la beta-oxidación del ácido palmítico, que no se puede generar en este formato de texto. Se recomienda consultar un libro de texto de bioquímica para obtener una representación visual adecuada)

b) ¿Cuántos ciclos de la secuencia de beta-oxidación de ácidos grasos son necesarios para oxidar completamente el ácido palmítico?

El ácido palmítico tiene 16 carbonos. Para oxidarlo completamente mediante la beta-oxidación, se necesitan 7 ciclos. En cada ciclo se libera una molécula de acetil-CoA (de 2 carbonos), excepto en el último ciclo, donde se liberan dos moléculas de acetil-CoA.

Balance Energético de la Degradación de Glucosa

5. Haz el balance energético en números de moléculas de ATPs de la degradación completa, dentro del metabolismo humano, de una molécula de glucosa hasta CO2 y agua. Explica todas las rutas que sigue la molécula en esta degradación:

(Se requiere un desglose detallado del balance energético, que incluye la glucólisis, la descarboxilación oxidativa del piruvato, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones/fosforilación oxidativa. Se recomienda consultar un libro de texto de bioquímica para obtener una explicación completa)

El balance energético total de la degradación completa de una molécula de glucosa hasta CO2 y agua es de aproximadamente 30-32 moléculas de ATP.

Definiciones

6. Define:

• Gen: Unidad de información dentro del genoma que contiene todos los elementos necesarios para su expresión de manera regulada. También se le conoce como una secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN (o ARN en algunos virus) que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica, habitualmente proteínas pero también ARNm, ARNr y ARNt.
• Plásmido: Moléculas de DNA extracromosómico circular o lineal que se replican y transmiten independientes del DNA cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras.
• ARN Primasa: Es una enzima que sintetiza pequeños fragmentos de ARN, sobre la cadena rezagada en la replicación de DNA, de unos 10 nucleótidos conocidos como cebadores, complementarios a la hebra de DNA que se copia durante la replicación.
• Enzimas de restricción: Es aquella que puede reconocer una secuencia característica de nucleótidos dentro de una molécula de DNA y cortar el DNA en ese punto en concreto, llamado sitio o diana de restricción.
• Gen de expresión regulada: Los niveles celulares de algunos productos génicos aumentan o disminuyen en respuesta a señales, esto es la expresión génica regulada. Por lo tanto, los genes de expresión regulada serán los genes inducibles (aumenta la concentración ante una respuesta molecular particular) y reprimibles (disminuye la concentración en respuesta a una señal).

Enzimas

7. Enzimas y ecuación hiperbólica de cada una:

• Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de óxido-reducción.
• Transferasas: Transfieren grupos funcionales de una molécula a otra.
• Hidrolasas: Rompen enlaces mediante la adición de agua.
• Liasas: Rompen enlaces C-C, C-O, C-N u otros enlaces por eliminación, dejando dobles enlaces, o añadiendo grupos a dobles enlaces.
• Isomerasas: Catalizan la reorganización de átomos dentro de una molécula, convirtiendo un isómero en otro.
• Ligasas: Catalizan la unión de dos moléculas, acoplada a la hidrólisis de ATP.

(Las ecuaciones hiperbólicas de Michaelis-Menten para cada enzima dependen de sus parámetros cinéticos específicos, Km y Vmax. Se recomienda consultar un libro de texto de enzimología para obtener más información)

Transcripción en Procariotas

8. Elementos que intervienen en la transcripción de procariotas, lugar y etapa:

El proceso de transcripción y traducción en procariotas se da de manera simultánea. Esta se lleva a cabo en el citosol, ya que las células procariotas no poseen núcleo.

Elementos que intervienen:

• Una cadena de ADN que sirva como molde
• Ribonucleótidos trifosfato
• ARN Polimerasa

Etapas:

• Iniciación: la enzima abre las cadenas de ADN y reconoce la secuencia promotora.
• Elongación: se han añadido 6 ribonucleótidos, en este momento, la enzima sufre una conformación y se produce un híbrido ADN-ARN.
• Terminación: la enzima deja de añadir ribonucleótidos, se produce la liberación del producto y la disociación del ADN.

Modificaciones Post-Transcripcionales del mRNA

9. Modificaciones post-transcripcionales del mRNA procariota y eucariota:

• Procariotas: la transcripción y traducción se dan de manera simultánea. El ARN-m puede ser policistrónico y por lo tanto codificará varias proteínas.
• Eucariotas: transcripción y maduración se dan en el núcleo y traducción en el citoplasma.
• Adición del CAP: al extremo 5′ del ARN se le añade un nucleótido modificado que hace la función de caperuza.
• Poliadenilación: en el extremo 3′ se le añade una cola de poliadeninas. Protección de la destrucción enzimática.
• Splicing: se retirarán las secuencias no codificantes (intrones).
• Maduración: las ARN-ligasas unen los exones, se forma el ARN-m maduro.

Estructura Secundaria de las Proteínas

10. Tipos de estructura secundaria en las proteínas y ejemplo de cada una:

• Alfa hélice: la cadena polipeptídica se va enrollando en espiral sobre sí misma debido a los giros del carbono alfa. La estructura se mantiene gracias a los puentes de hidrógeno y es dextrógira. Ejemplo: queratina, colágeno.
• Lámina beta: gran estabilidad debido a los enlaces cruzados formados por enlaces peptídicos. La estructura primaria tiene forma en zig-zag con uniones mediante enlaces de hidrógeno. Radicales perpendiculares a la hoja. La dirección de las secuencias de la hoja puede ser paralela o antiparalela. Ejemplo: fibroína de la seda, ubiquitina.