PROBLEMAS DE BIOQUÍMICA, 1º BIOLOGÍA -2do PARCIAL-

 IV. 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 -5M. 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 (0,05 M) se obtuvieron los siguientes resultados:

[aa] (M) 12,5 16,67 25 50 100

V (u.a.) -Hidroxiácido

13,3 17,2 22,2 33,3 40

  +Hidroxiáci - 4,6 6,4 11,8 20,0

do      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 10-6M, 82%. 56. Una preparación de glutamato deshidrogenasa (PM= 60.000 mg/mmol)

contiene 10mg prot por ml. Si 20µl de esta preparación se ensaya a concentración saturante de piridín nucleótido, variando las concentraciones de glutamato, y en presencia o ausencia de un inhibidor, se obtienen los siguientes resultados:

[S] (mM) 0,25 0,33 0,50 1,00

V (mmol x min-

1)[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

V(mmol x min-1)

[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 10-2M. 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) 0,2 0,4 0,8 1,6 3,2

  [I]=0 1,67 2,86 4,44 6,15 7,62

V (mmol x min-

1)[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 3,5x10-5M de substrato. (KM=2x10-4M) y 4x10-5M de inhibidor no competitivo (KI=2x10-5M), sabiendo que la velocidad observada a 0,03M de substrato en ausencia de inhibidor es de 295 µmoles /min.

      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 (K I= 10-7M) necesaria para

que la velocidad sea un 20% de la Vmáx de una reacción enzimática (KM=1,6x10-

4M cuando la [S]=0,4 mM).      Sol: 9x10-7M.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 8,330,05 10 16,670,10 12,50 250,5 15,62 41,670,8 16 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, Vmáx´ 19,23 µmol/min, KM´0,034 mM, KI 5,15x10-

4M. Inhibición acompetitiva o incompetitiva.66. Un enzima tiene un KM de 4,7x10-5M, y muestra una Vmáx de 22x10-3

moles/lxmin. Para una [S] de 2x10-4M y [I] de 5x10-4M, ¿qué velocidad y qué grado de inhibición (i%) se observará en el caso de que el inhibidor sea un:a)      inhibidor competitivo (KI= 3x10-4M).b)      inhibidor no competitivo (KI= 3x10-4M).c)      inhibidor acompetitivo (KI= 3x10-4M).Sol: a) 13,5x10-3 mol/lxmin, 24%. b) 6,6x10-3 mol/lxmin, 63%. c) 7,6x10-3

mol/lxmin, 57%.

 V. GENÉTICA MOLECULAR67. 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 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-His-Leu-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?.

 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 ΔG’º para la hidrólisis del ATP es de –7,3 Kcal/mol, calcular: a) K’eq de esta reacción en el músculo; b) ΔG’º de la reacción, y c) ΔG’º de la hidrólisis: Creatina-P + H2O↔ 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; ΔGº= 4 kcal/mol, ΔGº 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 ΔG’º para la hidrólisis de la Glucosa-6P y b) K’eq e ΔG’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 ΔG’º 3138cal/mol.

85. Calcular los valores de ΔGº 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 ΔG 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. ΔG’º a pH 7y 25°C= -7,7 kcal/mol.

      Sol: -11792 cal/mol.87. El ΔGº’ de la hidrólisis del ATP a pH 7 y a 25°C es –7,7 kcal/mol. El ΔG’º de la

hidrólisis de la glucosa-6P a pH 7 y a 25°C es –3,14 kCal/mol. Calcular ΔG’º y la K’eq para la reacción entre la glucosa y el ATP, catalizada por la hexoquinasa.

      Sol: ΔG’º -4,56Kcal/mol, K’eq 2,21x 103.88. Calcular la K’eq total y el ΔG’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, ΔG’º -1735 cal/mol.89. La K’eq para la reacción de la Fructosa-1,6-difosfato aldolasa (FDP) a 25°C y pH

7 (escrita en la dirección de formación de triosa fosfato) es aproximadamente 10-4, ΔG’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 10-6M. 90. La enzima lactato deshidrogenasa cataliza la reacción:      NADH + Piruvato Lactato + NAD+

      Calcular la reacción espontánea que se produce y su ΔG 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 ΔG’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) ΔG’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 H2O (ΔG’º = -686,0 kcal/mol), d) calcular el ΔG’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

PROBLEMAS RESUELTOS

http://books.google.com/books?id=pF-A9vUEL-8C&pg=PA324&lpg=PA324&dq=ecuacion+de+michaelis+menten+ejercicios+solucionados&source=bl&ots=BZDzV6wOgn&sig=zPDA_EJrMi_Go93wX6UWk9etjO4&hl=es&ei=4hqrTd2OGabV0QHttdTcAg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CCQQ6AEwAg#v=onepage&q&f=false