ENZIMAS
22. El sabor dulce del maíz recién cosechado se debe al elevado nivel de azúcar en los granos. Los granos almacenados por vario días no son tan dulces, debido al que el 50% del azucare del maíz es convertido en almidón al día siguiente de la cosecha. cosecha. Para preservar preservar la dulzura dulzura y la frescura del maíz. Los granos granos son inmersos en agua hirviendo hirviendo durante unos cuantos minutos (“blanqueado”) y luego enfriados en agua fría. El maíz procesado de esta forma se almacena en congeladores manteniendo su sabor dulce. Cual es la base bioquímica de este procedimiento? 23. Para calcular la concentración real de enzimas en una célula bacteriana, asuma que la célula contiene 100 enzimas diferentes en solución en su citosol, que cada proteína tiene un peso molecular de 100.000 y que todas las 1000 enzimas están presentes en concentraciones iguales. Si se supone que la célula bacteriana es un cilindro (diámetro 1 µm, altura 2 µm). Si el cistosol (gravedad específica= 1.20) es 20% proteína soluble por peso, y la proteína soluble consiste completamente de enzimas diferentes, calcule la concentración molar molar promedio de cada enzima en esta célula hipotética. 24. La enzima ureasa incrementa la tasa de hidrólisis hidrólisis de urea a pH 8.0 y 20ºC por un factor de 10 14. Si una cantidad dada de ureasa puede hidrolizar completamente una cantidad de urea en 5 minutos y 20ºC a pH 8.0, que tiempo tomará esta cantidad de urea para ser hidrolizada bajo las mismas condiciones en ausencia de ureasa. 25. El sitio activo de un enzima usualmente consiste en un bolsillo sobre la superficie enzimática alineado con las cadenas laterales de aminoácidos necesarias para unir el sustrato y catalizar su transformación química. La carboxipeptidasa, que remueve secuencialmente el aminoácido carboxilo terminal consiste de una sola cadena de 307 aminoácidos. Los dos grupos esencialmente catalíticos en el centro activo activo están proporcionados por Arg145 y Glu270. a) Si la carboxipetidasa fuera una a hélice perfecta que tan lejos deberían estar (en nanómetros) los residuos Arg 145 y Glu270? b) Explique como es que esos dos aminoácidos ubicados tan separadamente en la secuencia, pueden catalizar una reacción que ocurre en un espacio de unas pocas décimas de nanómetro? c) Si solo esos dos grupos catalíticos catalíticos están involucrados involucrados en el mecanismos mecanismos e hidrólisis, hidrólisis, porqué es necesario para la enzima enzima contener tan grande número de residuos de aminoácidos? 26. La enzima muscular lactato deshidrogenasa cataliza la reacción: OH
O
|
=
+ + CH3 – C – COO + NADH + H CH3 – C – COO + NAD
|
H Piruvato
Lactato
NADH Y NAD+ son las formas reducida y oxidada de la coenzima NAD respectivamente. Las soluciones de NADH pero no NAD+, absorben luz a 340 nm. Esta propiedad se usa para determinar la concentración de NADH en solución midiendo espectrofotometricamente la cantidad de luz absorbida a 340 nm por la solución. Explique como esas propiedades del ANADH se pueden usar para diseñar un ensayo cuantitativo para la lactato deshidrogenasa. 1x10-2 [S] (M) 2.5x10-6 4x10-6 1x10-5 2x10-5 4x10-5 1x10-4 2x10-3
V (µmo/min) 28 40 70 95 112 128 139
28. Ecuación de Michaelis-Menten
140
27. Aunque existe métodos gráficos para la determinación precisa de los valores de K M y Vmax para una reacción enzimática, esos valores pueden estimarse rápidamente inspec inspeccio cionan nando do valore valoress de V y de S. Calcul Calculee el valor aproximado de KM y Vmax Vmax para para los los dato datoss obte obteni nido doss en una una reac reacci ción ón enzimática.
a) A que concentración de sustrato una enzima que tiene una Kcat de 30s -1 y una K de 0.005M trabajará a un cuarto de su velocidad máxima. b) Determine la fracción de Vmax que reencontraría en cada caso cuando S = 1/KM, 2KM y 10KM. S (mM)
Producto formado (µmol/min) 0.21 0.24 0.28 0.33 0.40 0.45
1.5 2.0 3.0 4.0 8.0 16.0
29. Los siguientes datos experimentales se recogieron durante un estudio de la actividad catalítica de una peptidasa intestinal capaz de hidrolizar el péptido glicilglicina: glicilglicina + H2O 2 glicina Con estos datos, determine gráficamente los valores de K M y Vmax para esta preparación enzimática y su sustrato.
30. La anhidrasa carbónica de los eritrocitos (M=30.000) se encuentra entre las enzimas mas activas conocidas. Ella cataliza la reacción reversible de hidratación de CO2: H2O+ CO2 ↔ H2CO3, La cual es importante en el transporte de CO2 desde los tejidos hacia los pulmones. a) Si 10 µg de anhidrasa carbónica pura catalizan la hidratación de 0.30 g de CO2 en 1 min a 37ºC bajo condiciones óptimas, cual es el número de recambio (Kcat) de la anhidrasa carbónica (en unidades de min -1?) b) A partir de la respuesta anterior calcule la energía de activación de la rehacían cabalizada en kJ/mol? c) Si la anhidrasa carbónica provee una tasa de realce de de la reacción de 107, cual es la energía de activación de la reacción no catalizada? 31. Muchas enzimas son inhibidas irreversiblemente por iones metálicos pesados Tales como Hg 2+, Cu 2+, o Ag+, que pueden reaccionar con grupos sulfhidrilo esenciales para formar mercáptidos: Enz-SH + Ag+
Enz-S-Ag + H+
La afinidad de la plata por los grupos sulfhidrilo es tan grande que ese metal puede ser utilizado para titular cuantitativamente grupos –SH. A 10 ml de una solución que contiene 1 mg/ml de una enzima pura, se le añadió suficiente AgNO 3 para inactivar completamente la enzima. Se requirió un total de 0.342 µmol de AgNO 3. Calcule el peso molecular mínimo de la enzima. Porqué el valor obtenido mediante este cálculo solo da el peso molecular mínimo? 32. Cuando soluciones enzimáticas son calentadas, hay una perdida progresiva de la actividad catalítica con el tiempo. Esta pérdida es el resultado del desplegamiento de la molécula de enzima nativa hacia una conformación aleatoriamente plegada, debido al incremento en la energía térmica. Una solución de l enzima hexocinasa incubada a 45ºC perdió el 50% de su actividad en 12 min, pero cuando la hexocinasa se incubó a 45ºC en presencia de una gran concentración de uno de sus sustratos, solo perdió en 3% de su actividad. Explique porqué la desnaturalización térmica de la hexocinasa se ve retardada en presencia de uno de sus sustratos. 33. El suero sanguíneo humano contiene una clase de enzimas conocidas como fosfatasas ácidas, las cuales hidrolizan ésteres de fosfatos biológicos bajo condiciones ácidas (pH 5.0): O-
|
R– O – P – O =
O
O -
-
|
+ H2O R – OH + HO – P – O
-
=
O
Las fosfatasas ácidas son producidas por los eritrocitos, hígado, riñón, bazo, y glándula protática. La enzima de la glándula prostática es clínicamente importante porque un incremento en su actividad en la sangre es un indicador de cáncer de próstata. La fosfatasa de la glándula prostática es inhibida fuertemente por el ión tartrato, pero la fosfatasa de otros tejidos no lo son. Como esta información puede ser utilizada para desarrollar un procedimiento específico para medir la actividad de la fosfatasa ácida prostática en le suero sanguíneo humano? 34. La anhidrasa carbónica es fuertemente inhibida por el medicamento acetazolamida, que se usa como diurético (incrementa la producción de orina) y para tratar el glaucoma (reduce la presión intraocular excesivamente alta). La anhidrasa carbónica
juega un papel importante en esos y otros procesos secretorios, porque participa regulando el pH y el contenido de bicarbonato de varios fluidos biológicos. La curva experimental de velocidad de reacción (dada aquí como porcentaje de Vmax) contra [S] para la reacción de la anhidrasa carbónica se ilustra en la curva superior de la siguiente gráfica: 100
Cuando el experimento se repite en presencia de acetazolamida, se obtiene la curva inferior. Inspeccionando las dos curvas y nuestro conocimiento de las propiedades cinéticas de los inhibidores enzimáticos competitivos y no competitivos, determine la naturaleza de la inhibición por acetazolamida. Explique.
Sin inhibidor ) x a m V e50 d % ( V
Acetazolamida
0
2
4
6
8
10
100
35. La actividad enzimática de la lisozima es óptima a pH 5.2
[S]
100
El sitio centro activo de la lisozima contiene do residuos de aminoácidos esenciales para la catálisis: Glu 35 y Asp52. Los valores de pK para las cadenas laterales de esos residuos son 5.9 y 4.5 respectivamente. Cual es el estado de ionización (protonado o desprotonado) para cada residuo al pH óptimo para la lisozima?. Como pueden explicar estos estados de ionización el perfil de actividad mostrado en la gráfica para esta enzima?
a ) m i x á a m l e 50 d d % ( a d i v i t c A 0 2
4
6 pH
8
10
