Ejercicios de Bioenergética
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1.- Calcular la variación de energía libre en condiciones estándar fisiológicas de la siguiente secuencia de reacciones y escribir la reacción global: Fosfocreatina Fosfocreatina + ADP Creatina + ATP ATP + Fructosa ADP + Fructosa 6-fosfato
fosfocreatina → creatina creatina + fosfato ∆G⁰’ = -43 kJ/mol (tabla datos) ATP → ADP ADP + fosfato ∆G⁰’ = -30.5 kJ/mol (datos) Fructosa 6-fosfato → fructosa fructosa + fosfato ∆G⁰’ = -15.9 kJ/mol Primera reacción: ∆G1⁰’ = -43 kJ/mol + 30.5 kJ/mol = -12.5 kJ/mol (no hay que olvidar poner siempre las unidades. Un resultado sin unidades se considera no válido) Segunda reacción: ∆G2⁰’ = -30.5 + 15.9= -14.6 kJ/mol Global: Fosfocreatina + fructosa → creatina creatina + fructosa 6-fosfato ∆G⁰’ = ∆G1⁰’ + + ∆G2⁰’ = = -27.1 kJ/mol
Pista: http://equilibrator.weizmann.ac.il http://equilibrator.weizmann.ac.il.. Esta es una calculadora de variaciones de energía libre en reacciones bioquímicas. Podéis usarla para comprobar el resultado de esta u otras reacciones. 2.- La reacción que se indica a continuación está catalizada por la enzima hexoquinasa: Glucosa + Pi Glucosa 6-fosfato + H2O ΔGo’ = 13,8 kJ/mol
Calcular la K’eq a 37 oC
a 310 K: 13.8 kJ/mol=-0.0083 kJ/molK * 310K * lnKe despejando: lnKe = -5.363, Ke= 4.7 x 10 -3 (sin unidades). Reacción no espontánea 3.- Dada la siguiente reacción: Fructosa 6-fosfato Glucosa 6-fosfato
K’eq = 1,97
a) Calcular la ΔGo’ Utilizando la misma ecuación del problema anterior, ∆G⁰’ = = -1.74 kJ/mol b) Considerando que la concentración de fructosa 6-fosfato es 1,5 M y de glucosa 6-fosfato es 0,5 M, calcular la ΔG real a 25oC
ΔG =
-1.74 kJ/mol + 0.0083 * 310 * ln l n (0.5/1.5) = -4.6 kJ/mol
4.- Considerar la siguiente reacción metabólica: Succinil-CoA + Acetoacetato Acetoacetil-CoA + Succinato
a) Calcular la K ’eq a 25 oC lnKe = - ∆G⁰’ /RT = -0.505
ΔGo’= -1,25 kJ/mol
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Ke = 1.65
b) Calcular la ΔGo’ para la hidrólisis Acetoacetil-CoA Acetoacetil-CoA Acetoacetato + CoA-SH sabiendo que la energía libre de hidrólisis del Succinil-CoA es -33,9 kJ/mol Reacción inversa inversa del punto anterior: anterior: Succinato + acetoacetil CoA → acetoacetato acetoacetato + succinylCoA ∆G⁰’ = 1.25 kJ/mol Hidrólisis succinilCoA: SuccinylCoA→ succinato succinato + CoA-SH ∆G⁰’ = = -33.9 kJ/mol Sumando las dos reacciones: ∆G⁰’ = = 1.25-33.9 = -32.65 kJ/mol
5.- La activación de los ácidos grasos tiene lugar mediante las siguientes reacciones: R-COOH R-CO-S-CoA ΔGo’ = 31,4 kJ/mol ATP AMP + PPi ΔGo’ = -45,6 kJ/mol R-COOH +SH-CoA + ATP
R-CO-S-CoA + AMP + PPi
Calcular la K’eq y la ΔG o’ (falta la SH-CoA en la primera ecuación). La ∆G⁰’ será será la suma de las dos: -14.2 kJ/mol ln Keq= - ∆G⁰’ /RT = -5.52; Keq = 4x10 4x10-3 6.- En el citosol de las neuronas, la fosfocreatina está presente a una concentración de 4,7 mM, la creatina a 1 mM, el ADP a 0,2 mM y el ATP A 2,6 mM. Calcular la ΔG real de la l a reacción a 25 oC: Fosfocreatina Fosfocreatina + ADP
Creatina + ATP
Primero debemos calcular ∆G⁰’ , a partir de los datos de hidrólisis. hidrólisis. Como ya la hemos hemos calculado calculado en el problema 1, es ∆G⁰’ = -12.5 kJ/mol Ahora calculamos calculamos la ∆G a la concentración y temperatura indicadas: ∆G=
-12.5 kJ/mol + 0.0083 kJ/mol K * 298K * ln (1 * 2.6 / 4.7 * 0.2) = - 9.98 kJ/mol
7.- Calcular el potencial de reducción estándar en condiciones fisiológicas ΔEo’ y la K’eq de la reacción: NADH + ½ O 2 + H+ NAD+ + H2O
La variación de potencial, ΔEo’, será la suma de los potenciales de reducción (datos), considerando el signo en la dirección adecuada. NADH = NAD+ + H+ + 2e- E=0.320V ½ O2 + 2H+ + 2e- = H2O E= 0.816V
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8.- Dado que el potencial de reducción estándar del malato/oxaloacetato es – 0.166 0.166 V y el potencial de + reducción estándar del NADH/NAD es – 0.32 0.32 V. ¿Cúal es el ΔE°' para la oxidación del malato por + NAD ?.
La reacción será: malato + NAD+ = NADH + oxalacetato y el 0.154V
o
ΔE ’ es
simplemente 0.166 - 0.32= -
9.- Calcular la ΔG para una reacción rédox donde el acetaldehído es reducido por el transportador
electrónico NADH a etanol teniendo en cuenta que las concentraciones de acetaldehído y de NADH son de 1 M y las de etanol y NAD + 0,1 M En este problema no di todos los datos para su resolución a propósito, para no dar un indicio de su resolución, aunque pueden ser encontrados los datos necesarios en internet muy fácilmente. Dado que sólo una persona ha preguntado hasta ahora por este problema concreto, entiendo desde el optimismo que nadie más ha tenido problemas para encontrar los datos necesarios y resolverlo. La reacción es: Acetaldehído + NADH = NAD+ + etanol. El problema puede puede ser resuelto resuelto por dos vías: vías: Primera: usando los datos de energías libres de formación o
ΔG ’ formacion
acetaldehído: ace taldehído: 21.9 kJ/mol kJ/mol ΔG ’ formación NADH: -1141 -1141 kJ/mol o ΔG ’ formación NAD+: NAD+: -1206 kJ/mol o ΔG ’ formación etanol: 64.3 64.3 kJ/mol o
o
ΔG ’ =
suma energías libres de formación de productos reactivos= -1140.7 - (-1119.1) = -22.6 kJ/mol
– suma
de energías libres de formación de
Segunda: usando potenciales de reducción: o ΔE ’ NAD+/NADH: NAD+/NADH: -0.324V o ΔE ’ acetaldehído/etanol: acetaldehído/etanol: -0.197V o
ΔE ’ reacción reacción
= 0.324 + (-0.197) = 0.127 V
Dado que ΔGo’ =-nF =-nF ΔE o’ , entonces ΔGo’ = -2*96.48kJ/mol V * 0.127V = -24.5 kJ/mol La discrepanc discrepancia ia entre los resultados se debe a que los valores de ΔGo’ y ΔE o’ son experimentales y varían ligeramente de una fuente a otra, lo l o cual induce variaciones en el resultado final. Una vez que tenemos la energía libre en condiciones estándar fisiológicas, podemos calcular la energía libre real según la l a concentración: ΔG =
-22.6 + 0.0083 * 310 * ln (0.1*0.1/1*1) = -34.4 kJ/mol
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Si el anillo c tiene 8 subunidades, quiere decir que se transfieren 8 protones por cada vuelta del rotor, generándose 3 ATP. Un NADH promueve el transporte de 10 H+. Para generar el ATP se requiere un protón extra para transporte de fosfato. Por tanto, 3 ATP requieren 8+3= 11 protones. 1 NADH servira por tanto para generar 2.72 ATP. En el caso del FADH2 el cálculo se realiza de modo similar, pero teniendo en cuenta que el FADH2 transporta electrones de la oxidación del succinato en el complejo II, por tanto, hay que restar la contribución del complejo I de 4 protones a la generación del gradiente. 11.- La ATP sintasa de levadura tiene 10 subunidades c. ¿Cuántas moléculas de ATP produce la oxidación de un NADH?
Si el anillo c tiene 10 subunidades, una rotación transfiere 10 protones a la matriz y produce 3 ATP. Añadiendo los 3 protones protones del transporte transporte de fosfato a la matriz, nos nos da un coste total de 13 protones/3ATP protones/3ATP = 4.3 protones por ATP. La oxidación de 1 NADH produce entonces 10 protones, que divididos entre los 4.3 protones por ATP nos dan 2.3 ATP. 12.- Calcular la ΔGo’ de las siguientes reacciones: NADH + H+ +CoQ NAD+ + CoQH2 ΔEo’ = 0.320 + 0.045 = 0.365V; ΔGo’= -2*96.48 kJ/mol V * 0.365= - 70.4 kJ/mol. FADH2 + CoQ FAD+ + CoQH2 ΔEo’ = 0.21 + 0.045 = 0.255V; ΔGo’= -2*96.48 kJ/mol V * 0.255= - 49.2 kJ/mol. CoQH2 + 2citocromo c (Fe 3+) CoQ + 2citocromo c (Fe 2+) ΔEo’ = 2*0.254 + (-0.045) = 0.463V; ΔGo’= -2*96.48 kJ/mol V * 0.463= - 89.3 kJ/mol. Citocromo c (Fe 2+) + ½ O 2 citocromo c (Fe3+) + H2O ΔEo’ = -0.254 + 0.816 = 0.562V; ΔGo’= -2*96.48 kJ/mol V * 0.076= - 108.4 kJ/mol.
13.- ¿Cuál de las siguientes reacciones se desarrollará en el sentido en el que está escrita?: Succinato + CoQ Fumarato + CoQH2 Lactato + NAD+ Piruvato + NADH + H+ NAD+ + H2O ½ O2 + NADH + H+
Primera reacción: o ΔE ’ = = -0.031 + 0.045 = 0.076V; ΔGo’ = -2*96.48 kJ/mol V * 0.076= - 14.7 kJ/mol. Exergónica y variación de potencial positiva, por tanto, será espontánea en el sentido en el que está escrita. Segunda reacción: o ΔE ’ = = 0.185 - 0.320 = -0.135V; ΔGo’ = -2*96.48 kJ/mol V * -0.135= 26.0 kJ/mol.. Endergónica y no espontánea en el sentido en el que está escrita. Se desarrollará en el sentido contrario (en condiciones estándar fisiológicas) Tercera reacción: o ΔE ’ = = -0.816+(-0.320) = -1.136V; ΔGo’ = -2*96.48 kJ/mol V * -1.136= 219.2 kJ/mol. Endergónica y no
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además de que ocurrieron algunas muertes. Explica el principio molecul ar en el que se basa y el motivo de sus efectos adversos. Aquí el desarrollo os lo dejo a vosotros. Hint: el dinitrofenol altera el gradiente de protones debido a un efecto acido-base en el OH de la molécula DATOS
