FQ GUÍA DE ESTUDIO 6

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FISICOQUIMICA 
GUIA DE ESTUDIO VI 
BIBLIOGRAFIA: 
- Química Física, Atkins- de Paula, 8º Edición. Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires, 2008 
- Material complementario 2021 en el campus virtual. 
- Bloque Virtual 2021. 
 
Bioenergética 
Preguntas teóricas 
 
6.1) Defina Bioenergética. ¿Cómo se consideran los seres vivos desde el punto de vista de la Bioenergética? 
 
6.2) En los estudios sobre el intercambio de energía entre los seres vivos y su entorno, se considera a los seres vivos 
como máquinas químicas que operan de P y T constante. Explique esta definición comparando con una máquina no 
biológica. 
 
6.3) Compare desde el punto de vista fisicoquímico un sistema en equilibrio con uno en estado estacionario. ¿Cuál es 
adecuado para el mantenimiento de la vida? ¿Por qué? 
 
6.4) Comente brevemente en qué consisten los procesos de absorción, utilización y degradación de energía en los 
seres vivos. 
 
6.5) Defina transformaciones anabólicas y catabólicas y su contribución al metabolismo. 
 
6.6) i) ¿Cómo se define metabolismo basal y cómo se mide en humanos? ¿Cómo se calcula el gasto energético? ii) 
¿Cómo se estudian las reacciones de oxidación de interés biológico? 
 
6.7) Se mide experimentalmente el calor de combustión de compuestos orgánicos utilizando bombas calorimétricas y 
se compara con el calor liberado en organismos. Comente como espera que resulte esta comparación en el caso de 
hidratos de carbono, grasas y proteínas. Justifique desde un punto de vista termodinámico. 
 
6.8) Discuta la aplicación del Primer Principio de la Termodinámica a los seres vivos en condiciones de peso 
constante, aumento y pérdida de peso en función del balance energético. 
 
6.9) Discuta la aplicación del Segundo Principio de la Termodinámica a los seres vivos. Realice este análisis 
termodinámico para los distintos estadios de la vida de una célula (crecimiento, estado estacionario y muerte). 
 
6.10) Discuta la aplicación de la Segunda Ley de la Termodinámica a los seres vivos considerando los procesos 
catabólicos y anabólicos. 
 
6.11) Los organismos vivos presentan un alto grado de orden, ¿el mantenimiento de esta estructura contradice el 
cumplimiento del Segundo Principio de la Termodinámica? Justifique. 
 
6.12) ¿Cómo hacen los seres vivos para llevar a cabo reacciones anabólicas? Analice el papel que juega el ATP en 
este proceso. 
 
6.13) Analice el concepto de reacciones acopladas, considerando la espontaneidad de cada reacción y del proceso 
total. Analice la necesidad del intermediario común. 
 
6.14) ¿Cuáles son las tres convenciones para el análisis termodinámico en Bioenergética? ¿Cuál es la relación entre 
las energías libre de Gibbs estándar biológica (∆rG°') y termodinámica (∆rG°)? 
 
6.15) Entre las convenciones empleadas en el análisis termodinámico de la actividad biológica, se considera que el 
estándar biológico de pH = 7 reemplaza al estado estándar convencional de los iones hidrógeno. Analice empleando 
una reacción tipo el efecto de los H+ sobre la relación entre la energía libre de Gibbs estándar biológica y la energía 
libre de Gibbs estándar termodinámica. 
 
6.16) ¿Cuáles son los mecanismos por los cuales se acoplan reacciones exergónicas y endergónicas? 
 
6.17) Defina eficiencia para las reacciones acopladas. ¿Es suficiente conocer el valor de ∆rG°' para evaluar la 
espontaneidad de las reacciones que ocurren en el medio celular? 
 
6.18) Los organismos aeróbicos muestran una mayor complejidad bioquímica que los aneróbicos, ¿la eficiencia 
termodinámica de la respiración aeróbica es mayor que la de la respiración aneróbica? Justifique. 
 
6.19) Según el físico Ilya Prygogine (1917-2003), comente que se entiende por “termodinámica del no-
equilibrio”. 
 
 
Problemas numéricos 
6.19) Para la reacción: NADH(aq) + H+(aq) → NAD+(aq) + H2(g), el valor de rGº310 es de -21.8 kJ/mol. Calcule el 
valor de rGº'310. 
Rta: + 19.7 kJ/mol 
 
6.20) La oxidación aeróbica de la glucosa está acoplada a la generación de ATP, según la siguiente reacción: 
38 Pi + 38 ADP + glucosa + 6 O2 → 6 CO2 + 38 ATP + 6 H2O 
Sabiendo que para la reacción: glucosa + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O el valor de rGº'310 = - 2868 kJ y para la reacción: 
38 Pi + 38 ADP → 38 ATP, ∆rGº'310= + 1160 kJ, calcule la eficiencia del metabolismo aérobico. 
Rta: 41% 
 
6.21) La glicólisis está acoplada a la generación de ATP, según la siguiente reacción: 
2 Pi 2 ADP + glucosa → 2 lactato- + 2 ATP + H2O 
Sabiendo que el valor de rGº'310 = -218 kJ/mol de glucosa para la reacción: glucosa → 2 lactato-, y que el valor de 
Gº'310 = 30 kJ/mol de ADP para la reacción: Pi + ADP → ATP + H2O, calcule la eficiencia del metabolismo 
anaérobico. 
Rta: 27% 
 
6.22) La hidrólisis enzimática de la fructosa-1-P según la reacción: 
fructosa-1-P + H2O ⇋ fructosa + Pi 
alcanzó el equilibrio a 25°C. La concentración de fructosa-1-P era de 0,2 M, pero al llegar al equilibrio la 
concentración de fructosa-1-P fue de 6,52 10-5 M. Calcular la constante de equilibrio para esta reacción y la energía 
libre estándar de hidrólisis de frutosa-1-P. 
Rta: rG°’ = -15.9 kJ /mol 
 
6.23) La energía libre estándar de hidrólisis de acetil fosfato es rG°’ = -42.3 kJ /mol. 
Acetil-P + H2O → Acetato- + Pi 
Calcular el cambio de energía libre para la hidrólisis del acetil fosfato en una solución de 2 mM acetato, 2 mM 
fosfato y 3 nM acetil fosfato. 
Rta: rG’ = -24.8 kJ/mol 
 
6.24) Una etapa clave en la biosíntesis de triglicéridos (grasas) es la conversión de glicerol a glicerol-1P por ATP: 
 Glicerol + ATP ⇋ Glicerol-1P + ADP 
En el equilibrio las concentraciones de ATP y ADP son 1 mM y 0,1 mM, respectivamente y la relación [Glicerol-
1P]/[Glicerol] es 770 (a 298 K, pH 7,0). 
i) Calcule K y rG´a 298 K para la reacción de fosforilación de glicerol por ATP 
ii) Usando el valor de rG´ a 298 K para la reacción: 
 ATP + H2O ⇋ ADP + Pi rG´ = -31 kJ/mol 
y los datos obtenidos en (a), calcule el Gr´ a 298 K para la reacción: 
 Glicerol + Pi ⇋ Glicerol-1P + H2O 
Rta: i) K = 77; rG´= -10,8 kJ/mol; ii) rG´= 20,3 kJ/mol