2º PARCIAL DE PROBLEMAS DE BIOQUÍMICA

PROBLEMAS DE BIOQUÍMICA, 1º BIOLOGÍA
-SEGUNDO PARCIALIV. ENZIMOLOGÍA
49. Un enzima con Km=3x10-4 M se ensayó con una concentración inicial de sustrato de 10-6 M. En un
minuto, el 5% del sustrato había reaccionado. a) ¿Qué porcentaje de sustrato habrá reaccionado en
5min?. b) Si la concentración inicial de sustrato fuese de 8x10-7 M, ¿qué porcentaje de sustrato habrá
reaccionado en 5min?. c) Calcular Vmax. d) A concentración 9x10-7 M, ¿cuánto tardará en reaccionar el
50% del sustrato?. e) A concentración 10-6 M, ¿cuánto tardará en reaccionar el 75% del sustrato?.
Sol: a) 23%. b) 23%. c) 1,5x10-5 mol/lxmin. d) 13,58 min. e) 27,15 min.
50. Una enzima se ensayó con una concentración inicial de sustrato de 10-5 M. La Km para el sustrato era
de 2x10-3 M. Después de transcurrido 1min, el 2% del sustrato se había convertido en producto. a)
¿Qué porcentaje del sustrato se habrá convertido en producto después de 3min?. ¿Cuáles serán las
concentraciones de producto y sustrato en ese momento?. b) Si la concentración inicial de sustrato
fuese de 10-6 M, ¿qué porcentaje de sustrato se habrá convertido en producto tras 3min de reacción?.
c) ¿Cuál es la Vmax alcanzable con la concentración de enzima dada?. d) ¿Con qué concentración de
sustrato, aproximadamente se observará Vmax?. e) Con esta concentración de sustrato, ¿qué
porcentaje de sutrato se convertirá en producto en 3min?.
Sol: a) 6%, 0,6x10-6 M, 9,4x10-6 M. b) 6%. c) 40 µmoles/lxmin. d) 0,2 M. e) 0,0603%.
51. Una enzima con una Km para el sustrato de 1,2x10-4 M se ensayó con una concentración inicial de
sustrato de 0,02 M. En 30seg se obtuvo una cantidad de producto de 2,7µmol x l-1 . ¿Qué cantidad se
obtendrá en: a) 1min, b) 95seg y c) 5,3min?. d) ¿Cuál es el porcentaje del sustrato original que habrá
reaccionado a esos tiempos?.
Sol: a) 5,4x10-6 M. b) 8,55x10-6 M. c) 28,62x10-6 M. d) 2,7x10-2 %, 4,27x10-2 %, 14,31x10-2 %.
52. Un volumen de 0,1ml de una preparación homogénea de nitrato reductasa (pm=500.000 mg/mmol), que
contiene 0,5mg de proteínas ml -1 , cataliza la producción de 20µmoles de NO2 - en 5 min, utilizando una
mezcla de reacción cuyo volumen final es de 1ml. Calcular: a) la actividad de la preparación enzimática
en U/ml, b) la actividad específica c) la actividad total en katales, de 100 ml de preparación
enzimática,;d) la actividad molar de la preparación; e) la actividad por centro activo, sabiendo que la
nitrato reductasa tiene dos sitios para la reducción del nitrato; y f) el tiempo requerido para que se
transforme una molécula de sustrato en producto.
Sol: a) 40U/ml. b) 80U/mg. c) 66,6x10-6 katales. d) 40.000 min-1 . e) 20.000 min-1 . f) 3 mseg.
53. a) ¿Qué concentración de inhibidor competitivo se requiere para dar un 75% de inhibición, cuando la
concentración de sustrato es de 1,5 x 10-3 M, sabiendo que la Km de la enzima por dicho sustrato vale
2,9 x 10-4 M, y que la Ki para el inhibidor es de 2 x 10-5 M?. b) ¿Hasta que concentración debe elevarse
el sustrato para restablecer el valor de velocidad obtenido en ausencia del inhibidor?.
Sol: a) 3,7x10-4 M. b) 2,93x10-2 M.
54. La actividad de una aminoácido descarboxilasa puede ensayarse manométricamente siguiendo el
desprendimiento de CO2 . En un experimento realizado con esta enzima en presencia o ausencia de un
hidroxiácido (inhibidor) (0,05 M) se obtuvieron los siguientes resultados:
[aa] (µM)
12,5 16,67
25
50
100
V
-Hidroxiácido
13,3
17,2
22,2
33,3
40
(unidades
arbitrarias)
+Hidroxiácido
-
4,6
6,4
11,8
20,0
Se pide: a) indicar el tipo de inhibición que ejerce el hidroxiácido en la reacción enzimática, y b)
calcular los valores de Km, Vmax, y Ki.
Sol: a) inhibición competitva. b) Km=39µM, Km’=179 µM, V=60 unidades arbitrarias y Ki=13,92mM.
55. Una isomerasa tiene, en ausencia de inhibidor, una Km para su sustrato de 6,7 x 10-4 M, y su Vmax es
de 300 µmol/min. Calcúlese la Ki y el porcentaje de inhibición para un inhibidor competitivo, sabiendo
que con [S]= 2 x 10-5 M y [I]= 10-5 M, se obtiene una velocidad inicial de 1,5 µmol/min.
Sol: 2,02x 10-6 M, 82%.
56. Una preparación de glutamato deshidrogenasa (PM= 60.000 mg/mmol) contiene 10mg prot/ ml. Si 20µl
de esta preparación se ensaya a concentración saturante de piridín nucleótido, variando las
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concentraciones de glutamato (S), y en presencia o ausencia de un inhibidor, se obtienen los siguientes
resultados:
[S] (mM)
V
(mmol x min-1 )
0,25
0,33
0,50
1,00
[I]= 0
2,00
2,48
3,33
5,00
[I]= 2mM
0,47
0,62
0,91
1,67
A partir de estos datos calcular: a) los valores de Vmax y Km en presencia y ausencia de inhibidor, b)
el tipo de inhibición ejercida y el valor de Ki correspondiente, c) la actividad enzimática en U/ml y
U/mg, así como el número de recambio, d) el grado de inhibición cuando [S]= 0,5 mM, e) la cantidad de
sustrato desaparecido en 3 min, cuando se ensayan, en 1ml de mezcla de reacción, 50 µl de la
preparación enzimática en presencia de [S]= 0,5 M.
Sol: a) V=V’=10mmoles/min, Km=1mM, Km’=5mM. b) Inhibición competitiva, Ki 0,5mM. c) 500.000 U/ml,
50.000 U/mg, 3x10-6 min-1 . d) 72 %. e) 75.000 µmoles.
57. Al ensayar una fumarasa de levadura frente a un sustrato específico en presencia o ausencia de un
inhibidor, se obtienen los siguientes resultados:
[S] (mM)
0,5
0,66
1,00
2,00
4,00
-1
V(mmol x min )
[I]=0
24,4
30,03
35,71
50,00
57,14
[I]= 0,1µM
10,00
11,90
14,81
19,23
22,73
Se pide: a) determinar el tipo de inhibición, b) calcular los valores de Km para el sustrato y de Ki para
el inhibidor, c) estimar la concentración del inhibidor necesaria para inhibir un 50% la reacción, cuando
la concentración de sustrato es 3 mM.
Sol: a) Inhibición no competitiva. b) Km 1mM, Ki 6´6x 10-2 µM. c) 0,06 µM.
58. Una glutaminasa de hepatocito hidroliza distintas concentraciones de glutamina, en presencia o
ausencia de dos inhibidores diferentes, obteniéndose los siguientes resultados:
[S] (mM)
-1
V (mmol x min )
0,2
0,4
0,8
1,6
3,2
[I]=0
1,67
2,86
4,44
6,15
7,62
[Ia]= 1,5 mM
0,63
1,18
2,11
3,48
5,16
[Ib]= 1,5 mM
0,83
1,43
2,22
3,08
3,81
Calcular: a) en cada caso el tipo de inhibición existente, b) el valor de los correspondientes parámetros
cinéticos (Km, Ki, Vmáx).
Sol: a) Ia inhibidor competitivo, Ib inhibidor no competitivo. b) Km 1mM, Km’(a) 3,33mM, km’(b) 1mM,
v=v’(a)=10 mmol/min, v’(b) 5 mmol/min, Ki(a) 0,64mM, Ki(b) 1,5mM.
59. Calcular la velocidad inicial que se obtendrá en una reacción enzimática si la velocidad máxima es de 10
µmol/min y la concentración de sustrato es a) 10Km, b)Km/3.
Sol: a) 9,09 µmol/min. b) 2,5 µmol/min.
60. La descarboxilación enzimática de un cetoácido muestra las siguientes velocidades para las
concentraciones que se citan:
V0 (µmoles CO2 /2min)
[Cetoácido](M)
0,588
2,500x10-3
0,500
1,000x10-3
0,417
0,714x10-3
0,370
0,526x10-3
0,252
0,250x10-3
A partir de estos datos calcular gráficamente la Vmáx y la KM de esta reacción enzimática.
Sol: Vmáx 0,77µmoles /min , KM 5,8x10-4 M.
61. Calcular la velocidad y el grado de inhibición de una reacción enzimática en presencia de 3,5x10-5 M de
substrato. (KM=2x10-4 M) y 4x10-5 M de inhibidor no competitivo (KI=2x10-5 M), sabiendo que la velocidad
observada a 0,03M de substrato en ausencia de inhibidor es de 295 µmoles /min.
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Sol: 14,6 µmoles /min, 66%.
62. Calcular qué concentración de substrato, expresada en función de la KM nos dará una velocidad de
reacción igual al 60% de la Vmáx.
Sol: 1,5 KM.
63. Calcular la relación entre la concentración de substrato necesaria para una velocidad 90% de la Vmáx y
la requerida para una velocidad 10% de la Vmáx para una enzima cuya cinética sigue la ecuación de
Michaelis-Menten.
Sol: 9KM, 0,11KM, 81,81.
64. Calcular la concentración de un inhibidor competitivo (KI= 10-7 M) necesaria para que la velocidad sea
un 20% de la Vmáx de una reacción enzimática (KM=1,6x10-4 M cuando la [S]=0,4 mM).
Sol: 9x10-7 M.
65. Una enzima se ensayó para distintas concentraciones de su substrato específico, en ausencia y
presencia de un inhibidor ([I]=1mM), obteniéndose los siguientes resultados:
[S] mM
V (µmol/min)+ Inhibidor
V(µmol/min)- Inhibidor
0,02
6,25
8,33
0,05
0,10
0,5
0,8
10
12,50
15,62
16
16,67
25
41,67
44,44
Calcular la KM y la Vmáx en ambos casos y la KI para el inhibidor. ¿Qué clase de inhibición se produce?.
Sol: Vmáx 50 µmol/min, KM 0,1mM, V máx´ 19,23 µmol/min, KM´0,034 mM, KI 5,15x10-4 M. Inhibición
acompetitiva o incompetitiva.
66. Un enzima tiene un KM de 4,7x10-5 M, y muestra una Vmáx de 22x10-3 moles/lxmin. Para una [S] de 2x104
M y [I] de 5x10-4 M, ¿qué velocidad y qué grado de inhibición (i%) se observará en el caso de que el
inhibidor sea un:
a) inhibidor competitivo (KI= 3x10-4 M).
b) inhibidor no competitivo (KI= 3x10-4 M).
c) inhibidor acompetitivo (KI= 3x10-4 M).
Sol: a) 13,5x10-3 mol/lxmin, 24%. b) 6,6x10-3 mol/lxmin, 63%. c) 7,6x10-3 mol/lxmin, 57%.
V. GENÉTICA MOLECULAR
67. Indicar la secuencia de aminoácidos es codificada por la siguiente secuencia de bases de una molécula
de ARNm: 5’-UUGCCUAGUGAUUGGAUG-3’.
68. ¿Cuál es la secuencia del polipétido formado por la adición de poli (UUAC) a un sistema de síntesis de
proteínas libres de células?.
69. Un químico de proteínas comunicó a un genetista molecular que había encontrado un nuevo mutante de
la hemoglobina en el que Asp era reemplazado por Lys. El genetista molecular expresó su sorpresa y
realizó un examen minucioso del problema propuesto. ¿Por qué dudaba el genetista molecular de la
referida sustitución del aminoácido? ¿Qué aminoácidos sustituidos habrían sido mucho más aceptados
por el genetista molecular?.
70.Una
hebra
de
ADN
contiene
la
siguiente
secuencia,
leída
de
5’
a
3’:
TCGTCGACGATGGATCCCATCGGCTACTGCA. Escribir: a) la secuencia de bases de la otra hebra del
ADN, b) la secuencia de bases del ARNm transcrito por la segunda hebra de ADN, c) la secuencia de
aminoácidos codificada por el ARNm, d) la secuencia aminoacídica codificada si la segunda T del
extremo 3’ del ADN inicial está suprimida.
71. Utilizando un polirribonucleótido con un 47% de adenina y un 53% de citosina distribuidas al azar,
Jones y Nüremberg obtuvieron las siguientes frecuencias de aminoácidos que habían sido incorporados
en proteínas: 10,8% de Lys, 11,6% de Asn, 9,3% de Gln, 9,4% de His, 26,3% de Thr y 32,6% de Pro.
¿Concuerdan estas frecuencias observadas con las que cabía esperar?
72. Un segmento de ARNm codifica el siguiente polipéptido: Met- Thr-Phe-Ile-Trp. La proflavina induce la
supresión de una sola base del gen codificador de este ARNm. El nuevo péptido, fruto de la traducción
del ARNm alterado, es el Met-Pro-Ser-Tyr-Gly. ¿En qué codón tuvo lugar la supresión? ¿En qué
posición del codón original estaba sustituida la base suprimida? ¿Qué secuencias de bases tendrán los
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ARNms salvaje y mutante? ¿Cuál sería la secuencia de aminoácidos resultante si una guanina se
insertase después de las tres primeras bases en la secuencia del ARNm mutante?.
73. Una proteína A de una bacteria tipo salvaje (cepa 1) tiene un resto de Trp en la posición 26. La
proteína A de la cepa 2, derivada de la 1 por mutación, contenía Leu en la posición 26. La mutación de la
cepa 2 produjo la cepa 3, en la que no se detectó una nueva proteína A mutante. La mutación de la cepa
3 formó la cepa 4 que contenía Pro en dicha posición 26. Suponiendo que todas las mutaciones eran
sustituciones de bases, y que la cepa progenitora y la hija no diferían mas que en una sola base del
codón del resto 26 de la proteína A, se pregunta si estas observaciones están de acuerdo con el código
genético e indicar el curso de los cambios del codón durante esta serie de mutaciones.
74. Si un ARNm presentase la misma cantidad de bases adenina y uracilo situadas al azar, ¿qué proporción
de tripletes codificarían: a) Phe, b) Ile; c) Leu y d) Tyr?.
75. Suponer que el ARN de cadena simple del virus del mosaico del tabaco fuera tratado con un mutágeno
químico, que los mutantes obtenidos tuvieran Ser o Leu en el lugar de la Pro en una posición específica
y que el tratamiento posterior de estos mutantes con el mismo mutágeno diera lugar a Phe en esa
posición. ¿Cuáles son los posibles codones asignados para estos cuatro aminoácidos? ¿Cuál fue el
efecto del mutágeno empleado?
76. Las secuencias de aminoácidos de una parte de la lisozima del bacteriófago T4 , tipo salvaje y de un
mutante son respectivamente: -Thr-Lys-Ser-Pro-Ser-Leu-Asn-Ala-Ala-Lys- y –Thr-Lys-Val-His-HisLeu-Met-Ala-Ala-Lys. ¿Cómo puede producirse este mutante? ¿Cuál es la secuencia de bases de los
ARNm que codifican a los cinco aminoácidos diferenciales de las cepas salvaje y mutante?.
77. ¿A partir de la secuencia de aminoácidos del extremo de una proteína se puede predecir la secuencia
de bases del ARNm que la codifica?.
78. Las secuencias de aminoácidos del extremo –NH2 de un polipéptido en cepas salvaje y mutantes de una
especie bacteriana son:
CEPA
SECUENCIA DE AMINOÁCIDOS
Salvaje
Met-Ser-Gly-Leu-Val-Ser-His-Thr
Mutante 1
Met-Tyr-Trp-Ile-Ser-Val-Ser-His
Mutante 2
Met-Ser-Gly-Ser-Val-Ser-His-Thr
Mutante 3
Met-Ser-Gly-COOH
Mutante 1’
Met-Tyr-Trp-Leu-Val-Ser-His-Thr
Sabiendo que las cepas mutantes 1,2 y 3 derivan de la salvaje y la 1’ de la mutante 1, y que cada una de
ellas se originó por una mutación puntual, deducir la secuencia de nucleótidos del ARNm que
corresponde a ese polipéptido en cada una de las cepas.
79. Se sintetizó un polinucleótido, sin molde, a partir de una mezcla de ribonucleótidos difosfatos de
uracilo (40%) y citosina (60%), utilizándolo como mensajero en un sistema acelular. Se obtuvo un
polipéptido en el que sólo aparecían 4 aminoácidos en las siguientes proporciones: Phe (16%), Ser
(24%), Leu (24%) y Pro (36%). En otro experimento se utilizó un ARNm de secuencia conocida, poli
(UCA) con el que se obtuvo una mezcla de tres polipéptidos: poliserina, polihistidina y poliisoleucina.
Utilizando los datos de los dos experimentos, teniendo en cuenta que el código genético es degenerado
y que normalmente los tripletes de bases que codifican a un mismo aminoácido suelen tener las dos
primeras bases iguales, determinar qué codones especifican los aminoácidos Phe, Ser, Leu y Pro.
80. Utilizando un ARNm sintético en el que se repite la secuencia (CCAA) y un extracto celular de E. Coli,
se ha sintetizado un polipéptido en el que se repite la secuencia de aminoácidos (Thr-Asn -Gln-Pro)n. Si
el codón para Asn es AAC. ¿Cuáles son los de los otros tres aminoácidos?.
81. En una cadena proteica de 100 aminoácidos, las posiciones 21, 54 y 97, se encuentran normalmente
ocupadas por leucina; durante el estudio de diversos mutantes de esta proteína se han encontrado los
siguientes aminoácidos en las posiciones indicadas anteriormente: posición 21: Val, Pro ó Ile, posición
54: Ile ó Ser, posición 97: His, Arg ó Val. ¿Cuál sería el codón utilizado para la leucina en cada una de
las tres posiciones, suponiendo que ha sido una mutación puntual la que ha dado origen al cambio de
aminoácido?.
4
VI: TERMODINÁMICA.
82. En el músculo la creatina-P es una reserva de energía: Creatina-P + ADP + H+ ? ATP + creatina.
El ATP producido queda disponible para la contracción muscular. En las condiciones de equilibrio
(músculo en reposo), las concentraciones de ATP, ADP, creatina-P y creatina son: 4mM, 0,013 mM, 25
mM y 13 mM, respectivamente. Sabiendo que ?G’º para la hidrólisis del ATP es de –7,3 Kcal/mol,
calcular: a) K’eq de esta reacción en el músculo; b) ?G’ º de la reacción, y c) ?G’ º de la hidrólisis:
Creatina-P + H2 O? Creatina + Pi.
Sol: a) 160, b) –3Kcal/mol, c) –10,3 Kcal/mol.
83. Calcular el desplazamiento de la situación de equilibrio debido al acoplamiento de la hidrólisis de una
molécula de ATP, en la reacción: A ? B ; ? Gº= 4 kcal/mol, ? Gº para la hidrólisis del ATP=–7,3 Kcal/mol.
Sol: -3,3Kcal/mol.
84. La glucosa-6P se hidroliza enzimáticamente a pH 7 y 25° C hasta glucosa y Pi. Si la concentración
inicial de Glucosa-6P fue de 0,1 M y en el equilibrio el 0,05% de la glucosa-6P permaneció como tal,
calcular: a) K’eq e ?G’º para la hidrólisis de la Glucosa-6P y b) K’eq e ?G’ º para la síntesis de la
Glucosa-6P.
Sol: a) K’eq 199,8; ?G’ º-3136.09cal/mol. b) K’eq 5,005x 10-3 ; ?G’ º 3138cal/mol.
85. Calcular los valores de ?Gº del estado estándar para la disociación del ácido acético a los siguientes
valores de pH: a) pH 0 y b) pH 5. Ka=1,75x10-5 .
Sol: a) 6485,7cal/mol b) 13304 cal/mol.
86. Calcular ?G para la hidrólisis del ATP a pH 7 y a 25° C en condiciones de estado estacionario (análogas
a las que pueden darse en una célula viva) en las que las concentraciones de ATP, ADP y Pi se mantienen
igual a 10-3 , 10-4 y 10-2 M, respectivamente. ?G’º a pH 7 y 25°C= -7,7 kcal/mol.
Sol: -11792 cal/mol.
87. E l ? Gº’ de la hidrólisis del ATP a pH 7 y a 25°C es –7,7 kcal/mol. El ? G’º de la hidrólisis de la glucosa 6P a pH 7 y a 25°C es –3,14 kCal/mol. Calcular ?G’ º y la K’eq para la reacción entre la glucosa y el ATP,
catalizada por la hexoquinasa.
Sol: ? G’º -4,56Kcal/mol, K’eq 2,21x 103 .
88. Calcular la K’eq total y el ?G’º total a pH 7 y a 25°C para la conversión del ácido fumárico en ácido
cítrico en presencia de los enzimas, cosustratos y cofactores adecuados.
Sol: K’eq 18,72, ? G’º -1735 cal/mol.
89. La K’eq para la reacción de la Fructosa-1,6-bifosfato aldolasa (FDP) a 25°C y pH 7 (escrita en la
dirección de formación de triosa fosfato) es aproximadamente 10-4 , ?G’ º = 5,456 kcal/mol. Calcular las
concentraciones de FDP, de dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y de gliceraldehido 3 fosfato (GAP) en el
equilibrio cuando la concentración inicial de FDP es: a) 1M; b) 10-2 M; c) 2 x 10-4 M d) 10-5 M.
Sol:a) 0,99M y 0,0095M, b) 0,999M y 0,000951M, c) 0,0001M y 0,0001M d) 0,999M y 9x 10-6 M.
90. La enzima lactato deshidrogenasa cataliza la reacción:
NADH + Piruvato → Lactato + NAD+
Calcular la reacción espontánea que se produce y su ? G cuando a pH 7 se dan las siguientes relaciones
entre
concentraciones:
a)
Lactato/piruvato=1,
NAD+/NADH=1;
b)Lactato/piruvato=1000,
NAD+/NADH= 1000. E’ 0 NADH/NAD+ =-0,32 V; E’ 0 Lactato/piruvato=-0,19V.
Sol: a) reacción espontánea, b) reacción espontánea.
91. La conversión de glucosa en ácido láctico a pH 7 y 25ºC tiene una ?G’ º total de –52,0 Kcal/mol. En una
célula anaerobia esta conversión se acopla a la síntesis de dos moléculas de ATP por molécula de
glucosa. Calcular: a) ?G’ º de la reacción total acoplada, b) eficiencia de la conservación de energía en el
proceso, c) con esa eficiencia ¿cuántos moles de ATP por mol de glucosa podrán obtenerse en
condiciones de metabolismo aerobio, dónde la glucosa se oxida hasta CO2 y H2 O (?G’ º = -686,0
kcal/mol), d) calcular el ?G’º para la oxidación total acoplada a la síntesis de ATP.
Sol: a) –36,6Kcal/mol. b) 29,6%. c) 26 moles. d) -482950cal/mol.
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