TP DE RESOLUCION AULICA BIOENERGETICA 2019

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PROBLEMAS DE RESOLUCIÓN ÁULICA 
Durante la clase se discutirán los temas propuestos en el temario a través de la resolución de los 
siguientes problemas: 
 
1. Relación entre la Keq, ∆G° y la dirección de las reacciones químicas en condiciones 
estándar. 
En la siguiente tabla se muestran algunos valores de ∆G o’ y K´eq para distintas reacciones 
monomoleculares donde una sustancia (A) se transforma en otra (B). 
a- Escriba la fórmula que vincula ∆Go’ con la K’eq. 
∆Go’ = -R.T. ln Keq’ 
b- Teniendo en cuenta la fórmula anterior, calcule los valores faltantes en la tabla utilizando los 
valores de las constantes R= 1.98cal/mol. 0K, T (250C)= 298 0K. Analice el valor de ∆Go’ y 
K’eq como criterio para predecir la reversibilidad de las reacciones. 
Keq’= e(∆Go’ /R.T) 
∆Go’ = -R.T. In Keq’ 
 
 
Go’(kcal/mol) Keq’ 
0 1 
0.1 0,9 
9 0.2 
10 4.3x10-8 
-10 1.2 
-1 1 
-10 2.3x107 
 
2. Un adulto normal utiliza por día más de 80 moles de ATP 
a) ¿Por qué la reacción de hidrólisis de ATP es una reacción tan exergónica? 
Por sus 3 grupos fosfatos alfa beta y gama. El ATP es inestable por las cargas negativas en la cola del fosfato. 
Al hidrolizar se libera mucha energía 7,3 Kcal/mol en condiciones estándar y en condiciones no estándar 14 
Kcal/mol. 
El ATP es inestable debido a esas cargas por lo que se repelen así: 
 Disminuye la repulsión de cargas 
 Estabilización por resonancia 
 Ionización de los productos 
b) Indique los distintos sistemas de refosforilación del ADP y AMP. 
 
 
c) ¿Qué diferencias hay entre las fosforilaciones a nivel de sustrato y la fosforilación oxidativa en 
cuanto a la eficiencia y sustratos que puede fosforilar? 
La reacción a nivel de sustrato es más rápida ocurre en el citosol o citoplasma, es la producción de ATP a partir 
de ADP combinada a la transformación enzimática de un sustrato. No esta implicada ni la fosforilación ni una 
ATPsintasa. Un sustrato de alta energía cede su grupo fosfato al ADP 
Fosforilación oxidativa es más lenta involucra la cadena transportadora de electrones, ocurre en la membrana. Es 
el proceso de formas ATP mediante reacciones redox (oxido reducción). El Pi inorgánico que se acopla al ADP 
proviene de reacciones de oxidación biológica. Consiste en fosforilar adjuntar un Pi a cualquier sustrato orgánico 
que después será utilizado como combustible energético. 
d) ¿Qué reacción cataliza la enzima adenilato quinasa? Es una enzima reversible ¿En qué sentido 
estará desplazada la reacción en una fibra muscular en ejercicio intenso y en una en reposo? 
La adenilato quinasa cataliza la siguiente reacción: 
ATP + AMP 2ADP 
En el ejercicio intenso estará desplazada hacia 
Y en reposos estará desplazada hacia 
En la célula ambas ocurren y si es una enzima reversible 
3. Fosforilaciones a nivel de sustrato 
Dados los ∆Go’ de las siguientes reacciones de hidrólisis 
ATP + H2O ADP + Pi ∆G
o’ = - 7,3 kcal/mol 
P-creatina + H2O creatina + Pi ∆G
o’ = - 10,3 kcal/mol 
 
a) Calcule el ∆Go’ de la fosforilación de ADP a expensas de la fosfocreatina, y la de la fosforilación 
de creatina a expensas del ATP. 
Fosforilación de ADP a expensas de la fosfocreatina: 
P-creatina + H2O + ADP + Pi creatina + ATP + H2O + Pi 
∆Go’ = -10,3Kcal/mol + 7,3Kcal/mol 
∆Go’ = -3Kcal/mol 
Fosforilación de creatinina a expensas de ATP: 
creatina + ATP + H2O + Pi P-creatina + H2O + ADP + Pi 
∆Go’ = +10,3Kcal/mol -7,3Kcal/mol 
∆Go’ = +3Kcal/mol 
b) ¿Cuál de las dos ocurría en condiciones estándar? 
 
 La que tiene el ∆Go’ negativo la fosforilación de ADP a expensas de la fosfocreatina.
c) En un organismo vivo ambas reacciones ocurren, dependiendo del estado metabólico. ¿Cómo lo 
explica? 
El metabolismo es un proceso que se utiliza para obtener energía química a partir de diversas formas de 
materia y energía. En un organismo vivo ocurren ambas reacciones porque de acuerdo con lo que se 
necesite ocurrirá una u otra reacción. Lo puede hacer acoplando reacciones para que sea una reacción 
exergónica etc. 
 
4. Reacciones acopladas: 
En la hidrólisis de ATP a ADP y P i la concentración de equilibrio del ATP es muy pequeña para 
medirse con exactitud. Una forma mejor para determinar la K’eq, y por lo tanto el ΔG°’ de esta reacción 
es fraccionarlo en dos etapas cuyos ΔG°’ puedan determinarse con precisión. Para ello se usó el 
siguiente par de reacciones (la primera la cataliza la glutamina sintasa, enzima clave en el transporte 
de amonio al hígado) 
ATP + Glutamato + NH4 + ADP + Pi + Glutamina + H+ ΔG°’= -16.3 kJ/mol 
 
 
Glutamato + NH4 Glutamina +H2O + H
+ ΔG°’= 14.2 kJ/mol 
 
¿Cuál es el ΔG°’ de hidrólisis del ATP de acuerdo con estos datos? 
ATP + Glutamato + NH4 + ADP + Pi + Glutamina + H+ ΔG°’= -16.3 kJ/mol 
Glutamina +H2O + H
+ Glutamato + NH4 ΔG°’= -14.2 kJ/mol 
ATP + H2O ADP + Pi 
ΔG°’= -16.3 kJ/mol-14.2 kJ/mol 
ΔG°’= -36,5 kJ/mol 
 
5. Respecto al ΔG en condiciones celulares: 
En el citosol de los hepatocitos de rata el cociente de acción de masas (Q) es: 
Q= [ATP] / [ADP] [Pi] = 5,33x102 M-1 
Calcular la energía libre requerida para sintetizar ATP en el hepatocito de rata. 
ΔG= In(5,33x102) 
ΔG= 6,27 
En la síntesis cambia de signo M-1 indica que es negativo pasa a ser positivo 
 
6. Ciclo de Krebs, cadena transportadora de electrones, ATP sintasa, inhibidores y 
desacoplantes. 
 
Dos amigas estudiantes de biotecnología se encuentran en el buffet y una le comenta a la otra: 
Ana: Ya encontré la forma de bajar de peso para la fiesta de casamiento de mi hermano dentro de 15 
días! Me compré estas pastillas por internet. 
Paula: ¡En serio! ¿Qué es? 
Ana: 2,4 Dinitrofenol (DNP). Tengo que tomar 1 pastilla el primer día y luego 2 pastillas por los 
siguientes 4 días. Y de esa manera debería bajar 5 kg en 1 semana! 
Paula: Que bueno! Si a vos te funciona después yo también lo pruebo. ¿Qué hace el DNP? 
Ana: No lo sé... ¡pero no me importa! ¡Lo importante es que voy a llegar espléndida para la fiesta! 
 
Dos días después se vuelven a encontrar estas dos amigas. 
Paula: ¿Ana te sentís bien? Se te nota agitada, acalorada y colorada!! ¿Estuviste corriendo? 
Ana: ¡No corrí! Pero estoy preocupada porque me siento temblorosa, como acelerada!! A la vez débil, 
se me aflojan las rodillas. Y transpiro un montón! ¿Será porque en vez de tomarme una pastilla ayer a 
la tarde me tomé 2 juntas para acelerar la pérdida de grasa? Porque fíjate... no se nota que haya 
adelgazado!! 
Paula: Ana no me gusta nada como te ves! Vamos a la guardia del hospital. 
 
El médico de guardia la revisó a Ana y mando a internarla inmediatamente. 
Al otro día los padres de Ana le piden a Paula que por favor vayan a conversar con el médico que 
quería hacerle unas preguntas sobre Ana. 
Médico: Paula ¿Vos me decís que Ana tomó algo para adelgazar? ¿Te acordas cómo se llama? 
Paula: “Se llama dinitrofenol, lo compró por internet”- le dice Paula compungida y llorisqueando. 
¿Eso es malo Doctor? ¿Cómo puede ser? Si se compra por internet!!! 
Médico: Mira…medicamente el DNP es una de esas drogas cuya dosis terapéutica es muy cercana a 
la dosis letal (LD50). Para que las drogas estén medicamente aprobadas la LD50 debe ser bastante más 
alta que la dosis terapéutica, por eso esta droga dejó de utilizarse hace muchos años! El DNP produce 
un estado hipermetabólico ya que es un desacoplante de la cadena transportadora de electrones!! 
 
 
 
 
Paula: Uyy me suena eso! Lo estudié en Química biológica! 
Médico: Ya que lo viste repasemos un poco y veamos cómo hace la célula para obtener energía. ¿En 
qué organela de la célula ocurre este proceso? Mitocondria 
 
a) Ayude a Paula a contestarle al médico. Indique cuales son los pasos necesarios para 
producir ATP a partir de solutos como glucosa, grasas y aminoácidos. Realice un 
esquema del ciclo de Krebs, que incluya sus intermediarios con fórmulas y enzimas 
participantes. Identifiquelos sustratos y productos, así como sus principales puntos de 
regulación con sus moduladores. 
Etapa 1: las grandes moleculas de los alimentos se fragmentan en unidades mas pequeñas. Digestion, no se 
genera energia util. 
Etapa 2: las moleculas pequeñas se degradan hasta unas pocas unidades simples que juegan un papel central 
en el metabolismo. Se genera pequeña cantidad de ATP. 
Etapa 3: se oxida completamente el grupo del AcetilcoA produciendo ATP. Mediante el ciclo del acido 
citrico + fosforilacion oxidativa. 
 
 
 
1) El C metílico del acetilo se une al carbonilo (C2)de Oxa ΔG´°= -32,2 KJ/mol La Conc. Oxa es 
normalmente muy baja El CoA liberado se recicla para la PDH 
2) Reacción reversible ΔG´°= 13,3 KJ/mol En la célula la reacción transcurre hacia laderecha por la 
rapidez en el cosnumo del isocitrato 
3) Require Mn2 Sede electrones al NAD+ Pedida de CO2 ΔG´°= -21 KJ/mol 
4) El NAD+ acepta electrones CoA transportador del gripo succinilo Pedida de CO2 ΔG´°= -33,5 
KJ/mol 
5) La hidrólisis del enlace tioester del Succinil-CoA libera mucha energía que es aprovechada para 
fosforilación de un GDP o ADP ΔG´°= -2,9 KJ/mol 2 Isoencimas 
6) Reversible La SD se encuentra unida a la mem mitocondrial interna ΔG´°= 6 KJ/mol Contiene 3 
agrupaciones de Hierro-Azufre y un FAD unido covalentemente Involucrada en la cadena de transporte 
de electrones Inhibida por malonato 
7) reversible ΔG´°= -3,8 KJ/mol 
8) En células el Oxa se elimina muy ŕápido y su concentración es muy baja (uM) desplazando la reacc 
a la formación de Oxa ΔG´°= 29,7 KJ/mol 
 
 
Paula: A mí siempre me costó entender por qué el hecho de convertir O2 en H2O ayuda a generar 
ATP. 
b) Como médico, ¿le podría explicar ésto a Paula? Utilice el siguiente esquema para explicar 
el proceso de transporte de electrones y síntesis de ATP en la mitocondria. 
 
Los electrones (transportados por NADH y FADH2) de la glucolisis y el ciclo de Krebs alimentan 
la cadena transportadora de electrones. La cual bombea protones (H+) hacia afuera de la mtriz 
rumbo al espacio intermembrana. El bombeo de protones genera un gradiente de H+ y de cargas 
entre el espacio intermembrana y la matriz mitocondrial. 
 
 
 
i) Identifique los cuatro complejos que forman la cadena respiratoria. 
I: NADH Q oxidorreductasa /proteína / bomba de H+ 
II: succinato deshidrogenasa / proteína /conexión con el ciclo de Krebs 
III: Q citocromo c oxidorreductasa / proteína / bomba de H+ 
IV: citocromo c oxidasa / proteína / bomba de H+ 
Q: ubiquinona o coenzima Q / quinona 
Citocromo c: proteína/ transportador móvil 
ii) Nombre los componentes que aceptan y donan electrones en cada complejo. 
NAD+ + 2 H+ + 2 e- NADH + H+ 1 H+ y 2 e- 
FAD + 2 H+ + 2 e- FADH2 2 H+ y 2 e- 
FMN + 2 H+ + 2 e- FMNH2 2 H+ y 2 e- 
UQ + 2 H+ + 2 e- UQH2 2 H+ y 2 e- 
Cyt-Fe3+ + e- Cyt-Fe2+ Solo 1 e- 
S-Fe3+ + e- S-Fe2+ Solo 1 e- 
Estos transportadores se hallan organizados en COMPLEJOS que se localizan en la membrana mitocondrial 
interna (los respirosomas). 
iii) Identifique los complejos que producen suficiente energía para bombear protones. 
Complejo I, III, IV 
iv) Explique cómo se forma el gradiente de pH y de carga e indique como contribuyen a formar 
la fuerza protomotriz. 
Al bombear protones al espacio intermembrana genera un gradiente que se produce entre la concentración 
de protones de la matriz y la del espacio intermembrana y tiene dos componentes, una energía química por 
la diferencia de concentraciones y una energía eléctrica por el cruce de cationes sin un contra catión (se 
acumula una gran cantidad de cargas positivas en el espacio intermembrana) 
v) Describa la estructura de la ATP sintasa y explique la función de cada una de sus 
subunidades. Escriba la reacción que cataliza esta enzima. 
F1 tiene 9 subunidades y 3 sitios cataliticos 
F0 proteina integral, canal transmembrana para protones y tiene 3 subunidades a, b y muchas c que forman un 
anillo giratorio asociado al tallo. 
 
vi) Explique en qué consisten los sistemas de transporte de nucleótidos y fosfato a través de la 
membrana mitocondrial interna. Agréguelos al dibujo e indique el sentido en el que se 
transportan dichos compuestos. 
Es un sistema de dadores y aceptores de electrones que funcionan espontáneamente hacia el aceptor 
final el O2. Los sistemas de transporte se hacen mediante NAD+ nicotiamida adenina dinucleótido 
pasa de su estado oxidado a su estado reducido NADH. Es una coenzima que interacciona con la 
enzima por uniones débiles. Y por FAD flavina adenina dinucleótido que de su estado oxidado pasa 
a su estado reducido FADH2, unido a la enzima por unión covalente. 
 
 
vii) Defina “fosforilación a nivel de sustrato” y “fosforilación oxidativa”. ¿A qué se denominan 
“compuestos con elevado potencial de transferencia de grupos fosfato”? Dé ejemplos. 
 
Fosforilación oxidativa a nivel de sustrato ya esta respondida en puntos anteriores 
Son aquellos que tiene n un elevado potencial de transferir su grupo fosfato así formar ATP por ejemplo 
 
Médico: ¿Te quedó claro Paula cómo se acopla la cadena transportadora de electrones con la síntesis 
de ATP? 
Paula: Sí sí con ese esquema lo entendí perfecto!! 
Médico: Bien. Ahora pensemos que pasaría si le agregamos a un tubo, que contiene mitocondrias 
aisladas, cianuro. Por supuesto que aparte de mitocondrias tenemos ADP, Pi y algún sustrato dador 
de electrones como el succinato, todo en un buffer adecuado. 
c) ¿Qué efecto produce el cianuro? ¿Cómo será el consumo de O2 de esas mitocondrias? ¿Y 
la producción de ATP? 
Inhibe la transferencia de electrones al unirse a la citocromo oxidasa (IV) inhibiéndola. El consumo 
de O2 aumenta y no se produce ATP 
Inhiben la disipación del gradiente electroquímico que evita la transferencia de energía necesaria para la 
síntesis de ATP, al mantenerse elevado el gradiente el transporte de electrones se detiene. 
 
Médico: Perfecto. Ahora pensemos que ocurre si agregamos el antibiótico oligomicina al tubo con 
mitocondrias. ¿Qué ocurre? 
d) ¿Qué efecto produce la oligomicina? ¿Cómo será el consumo de O2 de esas mitocondrias? 
¿Y la producción de ATP? 
La oligomicina inhibe a la ATPsintasa actuando sobre la subunidad F0 transportador de protones el 
consumo de O2 aumenta y no se produce ATP. 
Inhiben la disipación del gradiente electroquímico que evita la transferencia de energía necesaria para la 
síntesis de ATP, al mantenerse elevado el gradiente el transporte de electrones se detiene. 
Médico: Como verás no es tan directa la respuesta. Y aquí están las bases que explican porque la 
cadena transportadora de electrones esta acoplada a la fosforilación oxidativa. 
Paula: Pero no me queda muy claro cómo se sintetiza ATP 
e) Con la ayuda del siguiente gráfico ayude al médico a explicarle a Paula cómo funciona la 
ATP sintasa 
 
 
Cuando el tallo rota se genera un cambio conformacional en la cabeza, cuando este tallo vuelve a su estado 
libera energía que es la que se utiliza para la síntesis de ATP 
 
Médico: Paula, con todo esto en mente, retomemos con el DNP. Te acordás que te dije que es un 
desacoplante de la fosforilación oxidativa. ¿Cómo crees que funcionan los desacoplantes? 
f) Ayudá a Paula a contestar esta pregunta. Si volvemos al experimento de tener 
mitocondrias aisladas en un tubo de ensayo con todos los sustratos y condiciones 
necesarias para estar activas, como sería el consumo de O2 de las mismas y la producción 
de ATP en presencia de DNP? 
El DNP es apolar atraviesa tranquilamente la membrana se une ya que es muy liposoluble rompe 
el gradiente de protones. El consumo de O2 es mayor y no hay producción de ATP 
 
g) Explique el mecanismo de acción de DNP 
En el espacio intermembrana la base conjugada se convino con los protones generando el ácido débil que 
atraviesa la matriz mitocondrial interna y en la matriz se disocia la base y el hidrogeno por el pH ligeramente 
alcalino. Es decir,disipan el gradiente electroquímico al facilitar la entrada de protones a la matriz. Hay 
transporte de electrones, pero no la fosforilación oxidativa. 
Médico: Bien Paula! ¿Ahora entendés por qué la viste a Ana agitada, débil y sudorosa cuando la 
trajiste al hospital? 
Paula: Siii!!! 
h) Explique por qué Ana presentaba esos síntomas por el consumo de DNP 
Porque se disipa la energía en forma de calor entonces hay hipertermia no puede controlar el calor por lo 
que produce que transpire mucho lo cual la deshidratación, incrementa el ritmo respiratorio porque 
aumenta el consumo de O2 porque al no producir ATP la célula se esfuerza cada vez mas por aumentar el 
ritmo respiratorio para producir ATP. Esta cansada porque el metabolismo aumenta mucho y además 
consume constantemente las reservas energéticas. 
Paula: Doctor ¿Ana se va a recuperar? 
Médico: Sí, yo creo que sí. Pero ese es el peligro de las drogas con una dosis terapéutica cercana a la 
LD50, un leve cambio en la dosis, como consumir 2 pastillas a la vez puede ser letal ya que hay mucha 
variación fisiológica entre individuos. 
No nos olvidemos que existen desacoplantes fisiológicos, como la termogenina. 
i) ¿Qué función tiene la termogenina y en qué tejido se expresa? Esquematice 
La termogenina es un desacoplante natural es en la grasa parda para obtener calor es común en los bebes 
 
 
 
Médico: Los pacientes con hipertiroidismo se caracterizan por tener un elevado metabolismo basal. 
Los pacientes normalmente pierden peso a pesar de tener apetito, y poseen aumentada sudoración. 
j) ¿Cómo justificaría esta sintomatología? ¿Cómo actúan las hormonas tiroideas? 
Porque en los personas con hipertiroidismo hay hipertermia porque hay mucho catabolismo trabaja mucho 
la T3 ya que hay una producción mayor de estas hormonas tiroideas y de esa forma genera la síntesis de una 
proteína desacoplante la UCP1 que es la termogenina 
 
Médico: Bueno Paula a causa de la sobredosis con DNP de tu amiga repasamos un montón de 
temas! Suerte y ojo con lo que consumen. 
 
7. Toxicidad del oxígeno y daño oxidativo 
La terapia suplementaria de O2 puede utilizarse para el tratamiento de los pacientes con hipoxemia, 
dificultad respiratoria o tras la exposición a monóxido de carbono. En condiciones normobáricas, la 
fracción de O2 en el aire puede incrementarse a casi 100%. Luego de pocas horas de exposición, los 
pacientes desarrollan dolor de pecho, tos y daño alveolar, luego edema y la función pulmonar queda 
afectada. Sin embargo, experimentos en ratas en las que les fueron incrementando gradualmente la 
presión parcial de O2 durante varios días, mostraron una protección efectiva al daño pulmonar. 
a) ¿Por qué es necesario el aumento inmediato en la presión parcial de O2 ante una exposición a CO? 
La hemoglobina presenta una mayor afinidad por el monóxido de carbono, que, por el oxígeno, desplazando a 
éste fácilmente. A causa de la afinidad del monóxido de carbono por la hemoglobina, hay una formación 
progresiva de COHb; esta formación depende del tiempo que dure la exposición al CO, de la concentración de 
este gas en el aire inspirado y de la ventilación alveolar. Por eso es necesario el aumento inmediato de O2 para 
que compita con CO al ser mayor la cantidad de oxigeno 
b) ¿Cómo explica el daño producido por el O2? 
El O2 si se reduce en forma incompleta puede formar radical hidroxilo OH altamente inestable y que va a tender 
a producir la reacción OH +RH ------ H2O +R lo que a su vez genera que R+O2 ---------RO2. 
El anion superóxido se produce en varios pasos de la cadena transportadora de electrones, este puede dañar a toda 
clase de moléculas orgánicas incluyendo el ADN mitocondrial produciendo Estrés oxidativo ocurre cuando se 
altera la homeostasis de óxido-reducción celular y provoca daño de biomoléculas 
En los organismos aerobios bajo ciertas condiciones el oxígeno puede ser tóxico por la formación de las especies 
reactivas (ERO) 
 
c) ¿Cuál es la razón de la protección al daño tisular en respuesta al aumento progresivo de la presión 
parcial de O2? 
Porque al ser progresivo el aumento permite adaptarse al mismo y generar diferentes formas para 
lidiar con los radicales libres ejemplos. 
 Enzimática: SOD, CAT, GPx 
 No enzimática: vitaminas E y C, GSH, CoQ, ácido úrico 
 
 
cuyo ∆G°’ es + 7,0 kcal/mol. ¿Cómo puede explicar el hecho de que, en la 
célula, la reacción proceda en la dirección de la producción de 
oxalacetato?