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TP37 🇵🇹

• A cadeia de transporte de eletrões
• Metabolismo Proteico e Ciclo da Ureia
• Síntese e Degradação de Ácidos Gordos
• Integração do Metabolismo

1. O Complexo I, complexo NADH desidrogenase da cadeia respiratória mitocondrial, promove a seguinte série de reações de oxidação-redução, em que Fe³⁺ e Fe²⁺ representam o ferro nos centros ferro-enxofre, Q é ubiquinona, QH₂ é ubiquinol e E é a enzima:

1. NADH + H⁺ + E-FMN → NAD⁺ + E-FMNH₂
2. E-FMNH₂ + 2Fe³⁺ → E-FMN + 2Fe²⁺ + 2H⁺
3. 2Fe2⁺ + 2H⁺ + Q → 2F2³⁺ + QH₂

Soma: NADH + H⁺ + Q → NAD⁺ + QH₂

Para cada uma das três reações catalisadas pelo Complexo I, identifique:
a) o doador de eletrões
b) o aceitador de eletrões

c) o par redox conjugado
d) o agente redutor
e) o agente oxidante

2. Na transferência de eletrões, apenas a porção de quinona da ubiquinona sofre reações de oxidação-redução; a cadeia lateral isoprenoide permanece inalterada.
Qual é a função desta cadeia?

3. Em mitocôndrias normais, a taxa de transferência de eletrões está intimamente acoplada às necessidades de ATP. Quando a taxa de utilização de ATP é relativamente baixa, a taxa de transferência de eletrões também é baixa; quando a necessidade por ATP aumenta, a taxa de transferência de eletrões aumenta. Nessas condições de forte acoplamento, o número de moléculas de ATP produzidas por átomo de oxigénio consumido, quando o NADH é o doador de eletrões — a razão ATP/O₂ — é de cerca de 2,5.

a. Preveja o efeito de uma concentração relativamente baixa e de uma concentração relativamente alta de um agente desacoplador na taxa de transferência de eletrões e na razão ATP/O₂.

b. A ingestão de desacopladores causa transpiração intensa e um aumento na temperatura corporal. Explique este fenómeno em termos moleculares. O que acontece à razão ATP/O₂ na presença de desacopladores?

c. No passado, alguns médicos prescreveram o desacoplador 2,4-dinitrofenol (DNP) como um medicamento para reduzir peso. Como este agente poderia servir como um auxílio na redução de peso? Atualmente, os médicos já não prescrevem agentes desacopladores devido a mortes associadas ao seu uso. Porque é que a ingestão de desacopladores pode causar a morte?

4. O plasma sanguíneo humano normal contém todos os aminoácidos necessários para a síntese de proteínas do corpo, mas não em concentrações iguais. A alanina e a glutamina estão presentes em concentrações muito mais elevadas do que qualquer outro aminoácido. Porquê?

5. Se a sua dieta for rica em alanina, mas deficiente em aspartato, mostrará sinais de deficiência de aspartato?

6. A aspartato aminotransferase tem a atividade mais elevada de todas as aminotransferases hepáticas nos mamíferos. Porquê?

7. Usando o seu conhecimento sobre a biossíntese de ácidos gordos, forneça uma explicação para as duas observações experimentais:

a. Um bioquímico adiciona [¹⁴C]-acetil-CoA uniformemente marcado a uma fração hepática solúvel, que resulta em palmitato uniformemente marcado com ¹⁴C. b. Numa segunda experiência, o bioquímico adiciona uma quantidade residual de [¹⁴C]-acetil-CoA uniformemente marcado na presença de excesso de malonil-CoA não marcado a uma fração hepática solúvel, que resulta em palmitato marcado com ¹⁴C apenas em C-15 e C-16.

8. Após a ingestão de grandes quantidades de sacarose, o corpo transforma a glucose e a frutose, que excedem os requisitos calóricos, em ácidos gordos para a síntese de triacilgliceróis. Esta síntese de ácidos gordos consome acetil-CoA, ATP e NADPH.
Como é que as células produzem acetil-CoA, ATP e NADPH a partir da glucose?

9. Por cada carbono, onde reside a maior quantidade de energia biologicamente disponível nos triacilgliceróis: nas porções de ácidos gordos ou na porção de glicerol? Indique como o conhecimento da estrutura química dos triacilgliceróis fornece a resposta.

10. A ativação do palmitato livre para o seu derivado coenzima A (palmitoil-CoA) no citosol ocorre antes de poder ser oxidado na mitocôndria. Após adicionar palmitato e [¹⁴C]-coenzima A a um homogeneizado de fígado, verifica-se que o palmitoil-CoA isolado da fração citosólica é radioativo, mas o isolado da fração mitocondrial não o é. Explique.

11. Que alterações no padrão metabólico resultariam de uma mutação na carnitina aciltransferase 1 muscular, em que a proteína mutante perdeu a afinidade pelo malonil-CoA, mas não a sua atividade catalítica?

12. Quantos ciclos de β-oxidação são necessários para a oxidação completa do ácido oleico ativado, 18:1(Δ9)?

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TP37 🇬🇧

• The electron transport chain
• Protein Metabolism and Urea Cycle
• Synthesis and breakdown of fatty acids
• Integration of Metabolism

1. Complex I, the NADH dehydrogenase complex of the mitochondrial respiratory chain, promotes the following series of oxidation-reduction reactions, in which Fe³⁺ and Fe²⁺ represent the iron in iron-sulfur centers, Q is ubiquinone, QH2 is ubiquinol, and E is the enzyme:

1. NADH + H⁺ + E-FMN → NAD⁺ + E-FMNH₂

1. E-FMNH₂ + 2Fe³⁺ → E-FMN + 2Fe²⁺ + 2H⁺
2. 2Fe2⁺ + 2H⁺ + Q → 2F2³⁺ + QH₂

Sum: NADH + H⁺ + Q → NAD⁺ + QH₂

For each of the three reactions catalyzed by Complex I, identify:

1. the electron donor
2. the electron acceptor
3. the conjugate redox pair
4. the reducing agent
5. the oxidizing agent

2. In electron transfer, only the quinone portion of ubiquinone undergoes oxidation-reduction; the isoprenoid side chain remains unchanged.

What is the function of this chain?

3. In normal mitochondria, the rate of electron transfer is tightly coupled to the demand for ATP. When the rate of ATP use is relatively low, the rate of electron transfer is low; when demand for ATP increases, the electron-transfer rate increases. Under these conditions of tight coupling, the number of ATP molecules produced per atom of oxygen consumed when NADH is the electron donor, the ATP/O₂ ratio, is about 2.5.

a. Predict the effect of a relatively low and a relatively high concentration of uncoupling agent on the rate of electron transfer and the ATP/O₂ ratio.

b. Ingestion of uncouplers causes profuse sweating and an increase in body temperature. Explain this phenomenon in molecular terms. What happens to the ATP/O₂ ratio in the presence of uncouplers?

c. Physicians used to prescribe the uncoupler 2,4- dinitrophenol (DNP) as a weight-reducing drug. How could this agent, in principle, serve as a weight reducing aid? Physicians no longer prescribe uncoupling agents, because some deaths occurred following their use. Why might the ingestion of uncouplers cause death?

4. Normal human blood plasma contains all the amino acids required for the synthesis of body proteins, but not in equal concentrations. Alanine and glutamine are present in much higher concentrations than any other amino acids. Why?

5. If your diet is rich in alanine but deficient in aspartate, will you show signs of aspartate deficiency?

6. Aspartate aminotransferase has the highest activity of all the mammalian liver aminotransferases. Why?

7. Using your knowledge of fatty acid biosynthesis, provide an explanation for the two experimental observations.

a. A biochemist adds uniformly labeled [¹⁴C]-acetyl-CoA to a soluble liver fraction, which yields palmitate uniformly labeled with ¹⁴C.

b. In a second experiment, the biochemist adds a trace of uniformly labeled [¹⁴C] acetyl-CoA in the presence of an excess of unlabeled malonyl-CoA to a soluble liver

fraction, which yields palmitate labeled with ¹⁴C only in C-15 and C-16.

8. After a person has ingested large amounts of sucrose, the body transforms the glucose and fructose that exceed caloric requirements to fatty acids for triacylglycerol synthesis. This fatty acid synthesis consumes acetyl-CoA, ATP, and NADPH.

How do cells produce acetyl-CoA, ATP, and NADPH from glucose?

9. On a per-carbon basis, where does the largest amount of biologically available energy in triacylglycerols reside: in the fatty acid portions or in the glycerol portion? Indicate how knowledge of the chemical structure of triacylglycerols provides the answer.

10. The activation of free palmitate to its coenzyme A derivative (palmitoyl-CoA) in the cytosol occurs before it can be oxidized in the mitochondrion. After adding palmitate and [¹⁴C]coenzyme A to a liver homogenate, you find palmitoyl-CoA isolated from the cytosolic fraction is radioactive, but that isolated from the mitochondrial fraction is not. Explain.

11. What changes in metabolic pattern would result from a mutation in the muscle carnitine acyltransferase 1 in which the mutant protein has lost its affinity for malonyl-CoA but not its catalytic activity?

12. How many cycles of β-oxidation are required for the complete oxidation of activated oleic acid, 18:1(Δ9)?