QUÍMICA BIOLOGICA (FARMACIA Y MEDIO AMBIENTE) Curso 2009

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Pedro Luna Cáceres
hace 7 años
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1 QUÍMICA BIOLOGICA (FARMACIA Y MEDIO AMBIENTE) Curso 2009 Guía de problemas X: Glicólisis y Gluconeogénesis Problema 1 En el crecimiento anaeróbico de Escherichia coli se reprime la síntesis de piruvato deshidrogenasa, isocitrato deshidrogenasa y succinato deshidrogenasa, se activa la lactato deshidrogenasa ya presente, y se induce la síntesis de piruvato formato liasa, fosfotransacetilasa y acetato quinasa. Estas tres últimas enzimas catalizan las siguientes reacciones: piruvato + CoA acetil CoA + formato G o ' = -3,9 kcal piruvato formato liasa acetilcoa + Pi acetil fosfato + CoA G o ' = +2,2 kcal fosfotransacetilasa acetil fosfato + ADP acetato + ATP G o ' = -3,1 kcal acetato quinasa Además, se estimula la actividad de fosfofructoquinasa, enolasa y piruvato quinasa. Para estudiar los requerimientos de acetato quinasa y fosfotransacetilasa (cuyos genes se encuentran en la región esquematizada en la Figura 1.1: ack es el gen de acetato quinasa, y pta el de fosfotransacetilasa) se obtuvieron las cepas A y B, que se compararon con el tipo salvaje (TS). El genotipo de cada una de las tres cepas se caracterizó mediante una digestión de su respectivo DNA total con las enzimas de restricción XbaI (X), incubada junto con EcoRI (E) o con HinDIII (H) o con ambas: EcoRI + HinDIII. El material digerido se separó mediante electroforesis en gel de agarosa, se transfirió a nitrocelulosa y se hibridó con una sonda específicamente complementaria de las 10 kb del fragmanto XbaI/XbaI, que se muestra en la Figura 1.1. El resultado de la electroforesis se muestra en la Figura 1.2. Luego, se cultivó a cada cepa durante un período prolongado en anaerobiosis, y se evaluó su supervivencia a distintos intervalos (Figura 1.3). a) Esquematice, mostrando las reacciones más importantes, la ruta metabólica mediante la cual E. coli obtiene energía en anaerobiosis, incluyendo todas las enzimas presentadas en el enunciado. Explique cuáles serán los niveles de los metabolitos que ud. haya mencionado, y muestre claramente las transferencias de energía y poder óxido-reductor que se efectúen. b) Explique cómo se llevan a cabo termodinámicamente las tres reacciones que se expone en el enunciado. Calcule el rendimiento energético de la ruta metabólica que Ud. esquematizó en (a). c) Calcule los pesos moleculares (en kb) de los fragmentos de DNA de la figura 1.2, y ubíquelos en el esquema de la Figura 1.1. d) Proponga una hipótesis que explique el diferente comportamiento de la cepa A respecto de la cepa B (Figura 1.3)

2 Figura 1.1 Figura 1.2

3 UFC (%) pta wt acka acka-pta Tiempo (Dias) Figura 1.3 Problema 2 Aunque muchos organismos usan la ruta glicolítica para la producción anaeróbica de ATP a partir de glucosa, algunos usan otras rutas. En la Figura 2 se muestra la ruta de Entner-Doudoroff, que es utilizada para la fermentación alcohólica por parte de la bacteria anaerobia Pseudomonas lindneri. Si esta especie bacteriana debe competir en el mismo ambiente con otra especie que utiliza la ruta glicolítica cuál cree Ud. que predominará?

4 Figura 2 Problema 3 Una cepa de la bacteria metanógena Methanosarcina barkeri es capaz de crecer con piruvato como única fuente de carbono. Durante el crecimiento en anaerobiosis, el piruvato es transformado en acetato y CO 2 (Fig. 3.1). Si se incuba una suspensión de estas bacterias en ausencia de fuentes de carbono y en anaerobiosis, no hay producción de ATP hasta que se agrega piruvato. En este momento, la producción de ATP, CO2 y acetato aumentan. Si luego se agrega arseniato, la producción de ATP cesa mientras que las de CO2 y acetato aumentan más (Figs. 3.2 y 3.3. Observe la diferencia de escala en el eje de ordenadas respecto de la figura 3.1). Teniendo en cuenta los datos de la Tabla 4.9, explique: a) Cómo estas bacterias son capaces de formar ATP a partir del piruvato (justifique con fórmulas). b) A qué se deben los cambios ocasionados por el arseniato sobre la producción de ATP, CO2 y acetato, que se muestran en las figuras 3.1 y 3.2? c) Si a estas bacterias se las creciera en anaerobiosis con glucosa marcada con 14 C en el carbono 3, en cuál de los productos finales esperaría encontrar la marca? Justifique con fórmulas.

5 Figura 3.1. Crecimiento de M.barkeri en anaerobiosis a 37ºC con piruvato como única fuente de carbono. Consumo de piruvato, y producción de acetato y CO 2. Figura 3.2. Efecto del arseniato en la síntesis de ATP en suspensiones celulares de M. barkeri en anaerobiosis a 37ºC. A los 20 min. (flecha 1) se agregó piruvato 60 mm. A los 35 min. (flecha 2) se agregó arseniato 50 mm. Figura 3.3. Efecto del arseniato en la formación de acetato y CO 2 a partir de piruvato en suspensiones celulares de M. barkeri en anaerobiosis a 37ºC. A los 20 minutos (flecha) se agregó piruvato 60 mm a suspensiones que contenían arseniato 50 mm (símbolos llenos) o sin arseniato (símbolos vacíos). Círculos: acetato; cuadrados: CO 2.

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