Bioquímica 2.- T6 CTE y relacionado

6.1.1. (B6). Diseñe un sistema de transferencia electrónica artificial que se base únicamente en la capacidad de transferir electrones de uno en uno para minimizar la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS). ¿Qué características debe tener el sistema?. Debe incluir centros metálicos (Fe o Cu) que cambien su estado de oxidación (p. ej., Fe2+/Fe3+). Debe incluir grupos hemo o proteínas hierro-azufre (Fe-S) como transportadores. Debe evitar transportadores de cobre (Cu), ya que son propensos a formar ROS. Debe evitar el uso de transportadores flavínicos (FMN/FAD) o quinonas (Q) en el segmento de un solo electrón. Debe evitar el uso de citocromos tipo c.

6.1.2. (B5). La ubiquinona es capaz de aceptar 2 electrones y 2 protones, y liberar ambos. Evalué la importancia de esta propiedad en la CTE mitocondrial. Actúa como un puente móvil entre los complejos I/II/G3PDH y el complejo III. Permite el transporte de protones de la matriz al espacio intermembrana durante su ciclo de reducción y oxidación. Es un inhibidor competitivo del complejo II. Su capacidad de aceptar dos electrones simultáneamente favorece el ciclo Q y sintoniza la transferencia con los citocromos de 1 electrón. Es el aceptor final de electrones en la cadena respiratoria.

6.1.3. (B5). La ubiquinona (CoQ) posee una cola isoprenoide liposoluble. Evalué cómo la presencia de esta cola define el mecanismo y el rol de la CoQ en la CTE. Permite su rápida difusión lateral en el entorno hidrofóbico de la bicapa lipídica (Pool de CoQ). La cola isoprenoide actúa como un sitio de unión para el oxígeno. Asegura que la transferencia electrónica ocurra en la membrana, acoplando la oxidación de NADH/FADH2 a la entrega de electrones al complejo III. La liberación de protones ocurre hacia el espacio intermembrana (lado P) al oxidarse el ubiquinol (QH2) en el ciclo Q. La cola le permite unirse covalentemente a los centros FeS del complejo III.

6.1.4. (B3). Considerando los pares redox NO3− + 2 H+ + 2e− → NO2− + H2O (E0' = +0,42 V) y ubiquinona + 2H+ + 2e− → ubiquinol (E0' = + 0,05 V), identifique los componentes correctos de la reacción y la transferencia. La reacción global es energéticamente desfavorable (ΔG > 0). El ubiquinol (QH2) actúa como agente reductor y dona electrones. Los electrones se transferirán del par del NO3− (E0' más positivo) al par de la ubiquinona. Los electrones se transferirán del par de la ubiquinona (E0' más negativo) al par del NO3− (E0' más positivo). La reacción espontánea global es: ubiquinol + NO3− + 2Hmatriz+ → ubiquinona + NO2− + H2O.

6.1.5. (B3). Considerando los pares redox FAD + 2H+ +2e− → FADH2 (E0' = -0,22 V) y piruvato + 2H+ + 2e− → lactato (E0' = -0,19 V), analice las consecuencias bioquímicas de una posible reacción espontánea. La reacción sería inhibida por el FADH2. El FADH2 actúa como agente reductor y dona electrones al piruvato (aceptor). El FAD/FADH2 es el par con mayor potencial de reducción (E0'). El piruvato se reduce a lactato, mientras el FADH2 se oxida a FAD. La transferencia de electrones se produce del par del FAD (E0' más negativo) al par del piruvato (E0' más positivo).

6.1.6. (B3). Considerando los pares redox FAD + 2H+ +2e → FADH2 (E0’ = -0,22 V) y piruvato + 2H+ + 2e → lactato (E0’ = -0,19 V), ¿cuál es el par reductor y qué compuesto es el agente oxidante?. Par piruvato/lactato, piruvato como agente oxidante. Par FAD/FADH2, FADH2 como agente oxidante. Par FAD/FADH2, piruvato como agente oxidante. Par piruvato/lactato, FADH2 como agente oxidante. Par FADH2/piruvato, piruvato como agente oxidante.

6.1.7. (B2). ¿Cuáles de las siguientes vías permiten la reducción de la ubiquinona en la cadena de transporte electrónico mitocondrial?. Complejo III. Complejo I. Complejo IV. Complejo II. Glicerol 3-fosfato deshidrogenasa.

6.1.8. (B5). Un inhibidor reversible y específico del citocromo b del complejo III es añadido a mitocondrias activas. Evalúe las consecuencias inmediatas de este bloqueo en el ciclo Q y la CTE. Se acumularía el ubiquinol reducido (QH2) en la membrana por imposibilidad de transferir electrones al complejo III. El NADH se consumiría rápidamente debido a la aceleración del complejo I. El citocromo c permanecería en su forma oxidada (Fe3+) ya que no recibiría electrones del complejo III. La síntesis de ATP aumentaría debido al gradiente de protones máximo. La transferencia electrónica desde el complejo I y II se detendría por acumulación del producto (QH2) y falta de aceptor oxidado.

6.1.9. (B1). ¿Cuáles son los sustratos tras un ciclo Q completo?. QH2+ 2H+N+ cyt c1(ox). Q + 4H+P+ 2 cyt c1(red). Q + 4H+N+ 2 cyt c1(red). QH2+ 2 cyt c1(ox) + 2H+N. Q + 2H+P+ QH2+ cyt c1(red).

6.1.10. (B1). ¿Cuáles son los productos, en la ecuación neta, tras un ciclo Q?. QH2+ 2H+N+ cyt c1(ox). Q + 4H+P+ 2 cyt c1(red). Q + 4H+N+ 2 cyt c1(red). QH2+ *Q- + 2H+N+ cyt c1(ox). Q + 2H+P+ QH2+ cyt c1(red).

6.1.11. (B5). Evalúe las afirmaciones verdaderas sobre el ciclo Q en el complejo III (citocromo bc1). Permite la translocación de protones hacia el lado P (espacio intermembrana mitocondrial). Es el punto donde el NADH cede sus electrones directamente al complejo III. Sirve para sintonizar la transferencia electrónica entre moléculas capaces de aceptar y transferir dos electrones y las que son capaces de aceptar y transferir un electrón. Permite la transferencia electrónica desde el ubiquinol (QH2) a los citocromos del complejo III, consumiendo dos moléculas de citocromo c por QH2 oxidado. El intermediario semirreducido (semiquinona) es el único que participa.

6.1.12. (B6). Diseñe la secuencia más correcta y completa de transferencia electrónica desde el NADH hasta el aceptor final (O2), identificando los transportadores clave. NADH → FAD → FeS → CoQ → cyt b → FeS → cyt c1 → cyt c → cyt a → cyt a3→ O2. El NADH cede electrones a la flavina mononucleótido (FMN) en el complejo I. El citocromo c actúa como transportador móvil soluble para entregar electrones del complejo III al complejo IV. La secuencia general de complejos es: I (o II) → CoQ → III → citocromo c → IV. El FADH2 entra en el complejo I y sigue la misma ruta que el NADH.

6.1.13. (B1). ¿Cuál es el sitio catalítico del complejo IV?. El centro de a3. El centro de CuB. El centro de a3-CuA. El centro de a3-CuB. El centro de Fe-Cu.

6.1.14. (B1). ¿Qué compuesto de la cadena de transporte electrónico es una proteína intrínseca que transfiere electrones desde la coenzima Q oxidada a la coenzima Q reducida durante el ciclo Q?. Citocromo a. Citocromo b. Citocromo bL. Citocromo c. Centro FeS de Rieske.

6.1.15. (B2). ¿Cuál es la función del Mn (manganeso) en la CTE mitocondrial?. Aceptar electrones del citocromo c. Ayudar en el bombeo de protones a través de la membrana. Formar el sitio de unión al O2. No participa en el complejo IV; es esencial en el complejo de escisión de agua (OEC) del PSII fotosintético. Transportar protones fuera de la matriz.

6.1.16. (B4). Analice las consecuencias funcionales y energéticas de la transferencia de electrones desde el NADH a la ubiquinona (Q) en el complejo I (NADH deshidrogenasa). Se transfieren dos electrones a la ubiquinona, reduciéndola a ubiquinol (QH2). Se bombean dos protones hacia el espacio intermembrana por cada dos electrones transferidos. El cambio de energía libre liberado por la transferencia electrónica es utilizado para bombear 4 protones hacia el espacio intermembrana. La transferencia es energéticamente desfavorable (ΔG > 0) y requiere hidrólisis de ATP. La FMN (flavina mononucleótido) es el primer aceptor de electrones en el complejo I.

6.1.17. (B2). ¿Cuál es el destino de los protones (H+) bombeados desde la matriz mitocondrial a través de los complejos I, III y IV?. Se acumulan en el citosol. Se acumulan en el espacio intermembrana, contribuyendo a la fuerza protónmotriz. Son utilizados por la glucólisis. Se unen directamente al O2. Son consumidos por el complejo II.

6.1.18. (B1). ¿Cuál es el cofactor que, dentro del complejo II, acepta electrones del succinato?. FAD. FMN. Citocromo b. Hemo a. Citocromo c.

6.1.19. (B1). La forma oxidada del aceptor final de electrones en la cadena respiratoria mitocondrial es: NADH. FADH2. O2. H2O. Ubiquinol (QH2).

6.1.20. (B1). ¿Qué grupo prostético contienen los citocromos y que permiten la transferencia electrónica?. Grupo hemo. Centros Fe-S. FMN. FAD. Ubiquinona.

6.1.21. (B1). ¿Qué complejo(s) de la cadena de transporte electrónico mitocondrial no contribuye(n) a la generación del gradiente de protones?. Complejo II. Complejo I. Complejo III. Complejo IV. ATP sintasa.

6.1.22. (B1). ¿Qué centro metálico es el aceptor final de electrones en el complejo IV antes de la unión del oxígeno?. Hemo a3. CuB. CuA. Hemo bL. Hemo bH.

6.1.23. (B1). ¿Cuál de los siguientes cofactores es una flavina que acepta electrones del NADH?. FAD. FMN. Hemo. Hierro-azufre. Coenzima Q.

6.1.24. (B1). ¿Cuáles son los productos resultantes de la reducción del oxígeno en el complejo IV?. H+ y O2. H2O. NADH. FADH2. Citocromo c oxidado.

6.1.25. (B1). ¿Qué intermediarios del ciclo Q están involucrados en la transferencia electrónica en el complejo III?. QH2. Q-. Q. Citocromo a. Hemo a3.

6.1.26. (B1). ¿Qué transportador es soluble y se mueve entre el complejo III y el complejo IV?. Ubiquinona. Citocromo c. FMN. NADH. Hemo b.

6.1.27. (B1). ¿Qué transportadores internos contienen el complejo I?. FMN. Centros Fe-S. Hemo. Citocromo c. Ubiquinona.

6.1.28. (B1). ¿Qué cofactores se oxidan y se reducen en la transferencia electrónica del complejo III?. Hemo b. Hemo c1. FMN. Hemo a. FAD.

6.1.29. (B1). ¿Cuáles son las funciones del complejo IV (citocromo c oxidasa) ?. Reducir el O2 a H2O. Oxidación de NADH. Bombear protones. Oxidación del citocromo c. Reducción de ubiquinona.

6.1.30. (B1). ¿Qué molécula transfiere electrones desde la coenzima Q oxidada (Q) de vuelta al complejo III en el segundo paso (segunda parte de la reacción global) del ciclo Q?. Citocromo c. Ubiquinol (QH2). Centro Fe-S. Citocromo c1. Citocromo a.

6.1.31. (B1). ¿Qué centros de la cadena de transporte electrónico son capaces de transferir un único electrón?. Citocromos. Centros Fe-S. Cobre (Cu). FAD. Ubiquinona.

6.1.32. (B1). ¿Qué ocurre con la energía liberada durante la transferencia de electrones a través de la CTE?. Se utiliza para bombear protones al espacio intermembrana. Se acumula como calor. Se usa directamente para sintetizar ATP. Se utiliza para oxidar el NADH. Se usa para reducir el agua.

6.2.1. (B4). En un paciente con intoxicación por cianuro, que bloquea el complejo IV de la cadena respiratoria, ¿qué consecuencias metabólicas inmediatas se esperan?. Acumulación de NADH. Disminución de consumo de oxígeno. Aumento de síntesis de ATP mitocondrial. Estimulación de la glucólisis anaerobia. Mayor producción de CO2.

6.2.2. (B4). Una cepa bacteriana mutante carece de NADPH deshidrogenasa. ¿Qué consecuencia tendría en su metabolismo?. Aumento de β-oxidación. Defecto en biosíntesis de ácidos grasos. Mayor susceptibilidad al estrés oxidativo. Producción aumentada de ATP. Acumulación de radicales libres.

6.2.3. (B4). Si un fármaco aumenta la permeabilidad de la membrana mitocondrial interna a protones (H+) de forma inespecífica, analice las consecuencias a nivel de fuerza protónmotriz y producción de energía. Se desacoplará la fosforilación oxidativa. Disminuirá la síntesis de ATP. La cadena transportadora se detendrá. Se liberará energía en forma de calor. La CTE se ralentizará porque no hay protones disponibles.

6.2.4. (B2). ¿De dónde procede la energía necesaria para la translocación de protones que ocurre en la cadena de transporte electrónico mitocondrial?. De la hidrólisis del ATP y otras moléculas con alta carga energética. De la transferencia electrónica desde una pareja redox a otra de potencial de reducción más positivo. De la transferencia electrónica desde una pareja redox a otra de potencial de reducción más negativo. De la transferencia electrónica desde una pareja redox a otra de potencial de reducción menor. De la energía solar.

6.2.5. (B3). ¿Qué factor o componente es directamente responsable de la fuerza protón-motriz (Δp) que impulsa la síntesis de ATP?. La alta concentración de NADH en la matriz mitocondrial. La diferencia de potencial eléctrico (ΔΨ) a través de la membrana mitocondrial interna. La diferencia de potencial redox entre O2 y NADH. El gradiente de pH (ΔpH) a través de la membrana mitocondrial interna. La rotenona y el cianuro.

6.2.6. (B4). ¿Cómo se relaciona el complejo IV (citocromo c oxidasa) con la fuerza protónmotriz (Δp) y el oxígeno?. El complejo IV consume 4 electrones y 4 protones (H+) de la matriz para reducir O2 a 2 H2O. Bombea 4 protones por cada molécula de O2 reducida, contribuyendo al Δp. Es el principal punto de regulación por ATP y ADP en la CTE. Utiliza el cambio de energía libre de la reducción del O2 para bombear 2 protones por cada 1/2 O2 consumido (además de los 2 H+ químicos). Solo es activo cuando el O2 está a baja concentración.

6.2.7. (B5). En un experimento, se mide la CTE mitocondrial en Estado 4 (CTE funcionando muy lentamente, ADP bajo o ausente y gradiente de protones máximo, con una alta acumulación de protones en el espacio intermembrana). ¿Qué se esperaría observar al evaluar el efecto de la adición de un desacoplante (p. ej., DNP)?. La CTE se detiene, ya que DNP es un inhibidor de la ATP sintasa. El gradiente de protones (ΔpH) aumenta al máximo. La tasa de consumo de O2 (actividad de la CTE) aumentaría drásticamente, ya que DNP elimina la retroinhibición del Δp. La síntesis de ATP se mantendría en cero o disminuiría, ya que el Δp se disipa. El cociente respiratorio (P/O) disminuiría significativamente, ya que el consumo de O2 se desacopla de la producción de ATP.

6.2.8. (B2). ¿Cuál es la principal diferencia de potencial eléctrico (ΔΨ) generada por el bombeo de protones a través de la membrana mitocondrial interna?. El lado P (espacio intermembrana) es más negativo que el lado N (matriz). El lado P (espacio intermembrana) es más positivo que el lado N (matriz). No hay diferencia de potencial, solo gradiente de pH. El potencial eléctrico es mayoritariamente responsable del gradiente de pH. El potencial eléctrico es la fuerza impulsora de la CTE.

6.2.9. (B2). ¿Qué condición es necesaria para que la fuerza protónmotriz (Δp) impulse la síntesis de ATP?. Que la membrana sea permeable a iones Na+. Que la membrana mitocondrial interna sea impermeable a protones (H+). Que el ADP se encuentre solo en el lado P. Que la CTE esté inhibida. Que se añada un desacoplante.