Esercizi-bioenergetica

1. Quali sono i composti fosforici così detti a bassa energia e ad alta energia? Qual’è il loro ruolo nel metabolismo?
2. La reazione: fosfoenolpiruvato + ADP + H+ → piruvato + ATP
ha un ΔG0’ di -31 KJ/mole. Calcolare il ΔG0’ di idrolisi del fosfoenolpiruvato sapendo che la variazione di energia libera
di idrolisi dell’ ATP corrisponde a - 30.5 KJ/mole.
3. Sapendo che la seguente idrolisi: creatina-P → creatina + Pi ha un ΔG0’ = -10 Kcal/mole, e che l’idrolisi dell’ATP ha un
ΔG0’ = -7.3 Kcal/mole. Calcolare il ΔG0’ totale della reazione:
ADP + creatina-P →ATP + creatina.
4. Nella glicolisi la conversione del glucosio in fruttosio-1,6-bisfosfato è un processo che avviene in 3 tappe:
glucosio + ATP → glucosio-6-P + ADP
ΔG0’ = -16.7 KJ/mole
glucosio-6-P → fruttosio-6-P
ΔG0’ = +1.7 KJ/mole
fruttosio-6P → fruttosio-1,6-bisfosfato
ΔG0’ = -14 KJ/mole
0
considerando i ΔG ’ riportati calcolare la variazione di energia libera in condizioni standard del processo globale.
5. Scegliere il o i composti la cui reazione di idrolisi può essere accoppiata alla reazione ADP + Pi → ATP (ΔG 0’ = +30.5
KJ/mole) in modo tale da avere un processo globalmente esoergonico.
FOSFOENOLPIRUVATO
ΔG0’ = -61.9 KJ/mole
PPi
ΔG0’ = -19.3 KJ/mole
GLUCOSIO 6-P
ΔG0’ = -15.9 KJ/mole
GLUCOSIO 1-P
ΔG0’ = -20.9 KJ/mole
ACETIL-CoA
ΔG0’ = -31.4 KJ/mole
6. Considerando la seguente reazione: Malato + NAD+
Ossalacetato + NADH + H+
E noti i potenziali di riduzione standard delle coppie redox:
Ossalacetato + 2H+ + 2eMalato E°’ = - 0.166 V
NAD+ + H+ + 2 eNADH
E°’ = - 0.315 V
Calcolare il ΔG°’ e dire se la reazione è spontanea. (F = 96.5 KJ/V •mole)
7. Date le seguenti coppie redox di cui sono riportati i valori di E0’ ordinare le coppie in modo che gli elettroni fluiscano
spontaneamente dalla prima coppia verso l’ultima. Calcolare la variazione di energia libera standard per il processo
relativo al trasferimento di 2 elettroni dalla prima all’ultima coppia.
UBICHINONE/ UBICHINOLO
E 0’ = + 0.05 V
FMN/FMNH2
E0’ = - 0.30 V
NAD+/NADH
E0’ = - 0.32 V
Centro Fe-S
E 0’ = - 0.15 V
8. Data la reazione: Piruvato + NADH + H+ Lattato + NAD+
e noti i potenziali standard di riduzione delle 2 semireazioni: Piruvato + 2e- +2H+  lattato
NAD+ + 2e- +2H+ NADH + H+
Dire se la reazione avverrà spontaneamente in condizioni standard.
9. Data la seguente reazione: ACETALDEIDE + NADH + H+
ETANOLO + NAD+
CONSIDERANDO I SEGUENTI POTENZIALI STANDARD DI RIDUZIONE: ACETALDEIDE / ETANOLO
NAD+/ NADH + H+
LA REAZIONE E’ SPONTANEA IN CONDIZIONI STANDARD?
10. CALCOLARE IL ΔG°’ PER LAREAZIONE: SUCCINATO + FAD → FUMARATO + FADH2
Fumarato/Succinato
E0’ = 0.03 V
FAD/FADH2
E0’ = 0.0 V
(E°’ = - 0.185 V)
(E°’ = - 0.315 V)
E0’ = - 0.20 V
E0’ = - 0.32 V
SAPENDO CHE:
11. . Calcolare la variazione di energia libera della seguente reazione in condizioni standard:
Glucosio-6P + ADP → Glucosio + ATP
sapendo che i ∆G°’ delle semireazioni nel senso dell’idrolisi sono: - 30.5 kJ/mole per ATP → ADP + Pi;
- 13.8 kJ/mole per Glucosio-6P → Glucosio + Pi.
Dire se la reazione è spontanea.
12. Data la reazione:
Ossalacetato + Succinato → malato + fumarato
in cui il succinato viene ossidato a fumarato, calcolare la variazione di energia libera in condizioni standard
sapendo che ciascuna coppia scambia 2 elettroni e i potenziali di riduzione standard valgono:
Ossalacetato/malato (E°’ = - 0.166 V)
Fumarato/succinato (E°’ = +0.031)
(F = 96.5 kJ/V∙mole)
13. Di seguito sono riportati i potenziali di riduzione standard di alcune coppie redox, ordinarle in maniera tale da
ottenere un flusso spontaneo di 2 elettroni attraverso di essi e calcolare la ΔG°’ del processo globale.
Ossalacetato/malato
FMN/FMNH2
α-chetoglutarato/isocitrato
Acetaldeide/Etanolo
citocromo a3(ox)/citocromo a3(rid)
UBICHINONE/ UBICHINOLO
E°’ – 0.166 V
E 0’ – 0.30 V
E°’ – 0.38 V
E°’ – 0.197 V
E°’ +0.35 V
E0’ + 0.05 V
14. Il potenziale di riduzione standard del NADH a NAD+ è – 0.32 V e quello dell’ Ubichinone a ubichinolo è + 0.04 V.
Noti questi due valori
a) valutare se l’ossidazione del NADH da parte dell’ubichinone liberi energia sufficiente per la sintesi di una molecola di
ATP, in condizioni standard. (ΔG°’ idrolisi di ATP = -31kJ/mole)
F (costante di Faraday) = 96,5 kJ/V×mole.
b) indicare quanti elettroni sono scambiati nella reazione di ossidoriduzione specificando la struttura della porzione
reattiva del NAD nella forma ossidata e ridotta.
15. Di seguito sono riportati i potenziali di riduzione standard di alcune coppie redox, ordinarle in maniera tale da
ottenere un flusso spontaneo di elettroni attraverso di essi e calcolare la ΔG°’ del processo globale.
Fe+3/Fe+2 (Centro Fe-S)
E°’ – 0.15 V
+
NADP /NADPH
E°’ – 0.32 V
FAD/FADH2
E°’ – 0.22 V
α-chetoglutarato/isocitrato
E°’ -0.38 V
Acetaldeide/Etanolo
E°’ - 0.197 V
citocromo b(ox)/citocromo b(rid)
E°’ +0.07 V
citocromo a3(ox)/citocromo a3(rid) E°’ +0.35 V
16. Scrivere la struttura della TPP e descrivere con quali reazioni partecipa al meccanismo delle reazione di
decarbossilazione degli alfa-chetoacidi.
17. Scrivere la parte reattiva del FAD nella forma ossidata e nella forma ridotta. Quanti elettroni sono necessari per
trasformare una forma nell’altra? Indicare una reazione del metabolismo cui partecipa questo coenzima.
18. Qual’è il coenzima coinvolto nelle reazioni metaboliche di carbossilazione? Disegnate la sua struttura evidenziando la
porzione reattiva e illustrate il meccanismo molecolare attraverso il quale partecipa a tali reazioni.
19. Accoppiare con una freccia ciascun coenzima e la corrispondente reazione enzimatica a cui partecipa:
NADP+
Tiammina pirofosfato
TRANSAMMINAZIONE
FMNH2
DECARBOSSILAZIONE
Biotina
OSSIDO-RIDUZIONI
Coenzima Q
TRASFERIMENTO GRUPPI ACILICI
Piridossal fosfato
CARBOSSILAZIONE
Coenzima A
Vitamina K
20. Individuare i coenzimi che non contengono adenina nelle loro struttura. Indicare inoltre il tipo di reazione cui
partecipa ciascun coenzima.
NAD+
Biotina
Tiamina pirofosfato
Piridossalfosfato
CoASH
21. Scrivete la struttura dell’1,3-bisfosfoglicerato e illustrate i motivi termodinamici per i quali l’energia libera standard
di idrolisi del fosfato di questa molecola è molto elevato.
22. Quali sono i composti la cui energia libera standard di idrolisi viene accoppiata alla fosforilazione dell’ADP nei
processi metabolici a voi noti? Dopo averli elencati, sceglietene uno, scrivetene la struttura e spiegate brevemente
perché la sua idrolisi è esoergonica.
23. In che modo viene attivata la vitamina D?
24. Viene di seguito riportata la formula di struttura di un coenzima. Di quale coenzima si tratta? Quale è la porzione
reattiva? Quale è il suo ruolo biologico? Disegnare le possibili forme in cui può esistere il coenzima. Riportare un
esempio di reazione in cui il coenzima potrebbe essere coinvolto.
H
25. Quali sono i coenzimi coinvolti nelle reazioni di ossidoriduzione? Elencateli, sceglietene uno e scrivete la struttura
della sua porzione reattiva evidenziando in che modo si ossida/riduce.
26. Scrivete le porzioni reattive della forma ossidata e ridotta della nicotinammide adenina dinucleotide, mettendo in
evidenza in che modo vengono scambiati gli elettroni.
27. Quale/i affermazione/i non sono vere?
La variazione di energia libera (G’) :
a. Dipende dalla concentrazione dei reagenti e dei prodotti.
b. È uguale a zero all’equilibrio
c. È uguale a –RT ln Keq

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