Bioquimica (2ed)

(b) Enseguida se muestran las estructuras de tres compuestos. 15. Se muestran las estructuras de las bases nitrogenadas uracilo y Con base en su respuesta a la parte (a), ¿cuál de los tres com- citosina. ¿En qué difieren sus grupos funcionales? puestos agregaría a un alimento de modo que pareciera que contiene más proteína? Explique. O NH2 (c) ¿Cuál de los tres compuestos ya estaría presente en una mues- tra de alimento que en efecto contiene proteína? Explique. HN N (a) (b) (c) O ON ON H H OH NH2 ϩH3N CH C OϪ C NN Uracilo Citosina H2N N H C OH CH2 16. ¿Cuáles son los componentes estructurales de las moléculas CH2OPO32Ϫ biológicas llamadas nucleótidos? NH2 CH2 CO 17. Compare las solubilidades en agua de alanina, glucosa, palmi- tato y colesterol, y explique su razonamiento. OϪ 18. Las membranas celulares son en gran medida estructuras hi- 8. Se muestra la estructura del compuesto urea. La urea es un drófobas. ¿Cuál compuesto pasará por una membrana con mayor producto de desecho del metabolismo, que se excreta a través de los facilidad, glucosa o 2,4-dinitrofenol? Explique. riñones en la orina. ¿Por qué los médicos indican a los pacientes con daño renal que deben consumir una dieta baja en proteína? OH NO2 O NO2 H2N C NH2 2,4-Dinitrofenol Urea 19. ¿Cuál molécula polimérica forma una estructura más regular, DNA o proteína? Explique esta observación en términos de las fun- 9. Hay 20 aminoácidos distintos que forman parte de las proteí- ciones celulares de estas moléculas. nas (véase figura 4-2). Todos tienen la misma estructura básica con la excepción del grupo R, que es único para cada aminoácido. ¿Qué 20. ¿Cuáles son las dos principales funciones biológicas de los grupos funcionales están presentes en los aminoácidos? polisacáridos? 10. Trace la estructura del aminoácido alanina. ¿Qué tiene de es- 1-3. Energía y metabolismo pecial el átomo de carbono central de la alanina? 21. ¿Cuál es el signo del cambio de entropía para cada uno de los 11. En la página 4 se presentan las estructuras de los aminoácidos siguientes procesos? asparagina (Asn) y cisteína (Cys). ¿Qué grupo funcional tiene Asn que no se encuentran en Cys? ¿Qué grupo funcional tiene Cys que (a) Congelación del agua. no se encuentran en Asn? (b) Evaporación del agua. (c) Sublimación del hielo seco. 12. Trace un dipéptido (un polipéptido con dos residuos) que (d) Disolución de cloruro de sodio en agua. contenga los aminoácidos Asn y Cys mostrados en la página 4. Al (e) Ensamblaje de tipos distintos de moléculas lipídicas para formarse el enlace peptídico entre los dos residuos, ¿cuáles átomos formar una membrana. se pierden? ¿Qué grupos funcionales se pierden? ¿Qué nuevo grupo (f ) Combustión de glucosa en una célula a fin de obtener ener- funcional se forma? gía para realizar trabajo celular. 13. Trace la estructura de “cadena recta” de la glucosa. ¿Qué gru- 22. ¿Qué tiene más entropía, una molécula polimérica o una mez- pos funcionales están presentes en la molécula de glucosa? cla de sus monómeros constituyentes? 14. Considere el monosacárido fructosa. 23. Una entrenadora siempre lleva un par de compresas de hielo (a) ¿En qué difiere esta fórmula de la glucosa? (b) ¿En qué difiere esta estructura de la glucosa? instantáneo por si una de sus jugadoras se lesiona. Las compresas de CH2OH hielo instantáneo contienen una bolsa de agua más pequeña y nitra- CO to de amonio sólido. Para activar la compresa, la bolsa de agua en su HO C H interior se comprime para romperla, esto permite que el agua libera- H C OH da disuelva el nitrato de amonio. La ecuación para la disolución del H C OH nitrato de amonio en agua se muestra enseguida. ¿Cómo funciona la CH2OH compresa fría? Fructosa H2O NH4NO3(s) NHϩ4 (aq) ϩ NOϪ3 (aq) ΔH ϭ 26.4 kJ ؒ molϪ1 24. Los excursionistas a menudo llevan compresas calientes con ellos, en particular cuando acampan en los meses de invierno o a grandes altitudes. El diseño es similar al descrito en el problema 23, Problemas | 21

excepto que se usa cloruro de calcio en vez de nitrato de amonio. (c) De los componentes ΔH y ΔS, ¿cuál hace una mayor contri- La ecuación para la disolución de cloruro de calcio en agua es como bución al valor de energía libre? Comente sobre la importancia sigue. ¿Cómo funciona la compresa caliente? de esta observación. H2O Ca2ϩ (aq) ϩ 2ClϪ(aq) ΔH ϭ Ϫ81 kJ ؒ molϪ1 31. Disponga las siguientes moléculas en orden de la más oxidada a la más reducida. CaCl2(s) 25. O H H C OH (a) ¿Es favorable la conversión de glucosa en glucosa 6-fosfato? H CH OCO A Explique. H C glucosa ϩ fosfato glucosa 6-fosfato ϩ H2O B ΔG ϭ 13.8 kJ ؒ molϪ1 (b) Supónga que la síntesis de glucosa 6-fosfato se acopla a la 32. Identifique como una oxidación o una reducción el proceso hidrólisis de ATP. Escriba la ecuación global para el proceso descrito en los enunciados que siguen. acoplado y calcule ΔG de la reacción acoplada. ¿Es la conversión de glucosa en glucosa 6-fosfato favorable en estas condiciones? (a) Las plantas sintetizan monosacáridos a partir de dióxido de Explique. carbono durante la fotosíntesis. (b) Un animal come plantas y degrada los monosacáridos a fin ATP ϩH2O ADP ϩ fosfato de obtener energía para sus procesos celulares. ΔG ϭ Ϫ30.5 kJ ؒ molϪ1 33. De las siguientes reacciones, indique si el reactivo se oxida o se reduce. Es posible que las reacciones no estén balanceadas. 26. Para la reacción en la cual el reactivo A se convierte en el O O producto B, diga si este proceso es favorable en (a) 4 °C y (b) 37 °C. (a) CH3 (CH2)14 C OϪ 8 CH3 C S CoA H (kJ • molϪ1) S (J • KϪ1 • molϪ1) (b) COOϪ COOϪ CH2 CH2 A 54 22 CH OH CO B 60 43 COOϪ COOϪ 27. Para una reacción dada, el valor de ΔH es de 15 kJ ؒ mol–1 y (c) COOϪ COOϪ el valor de ΔS es de 51 J ؒ mol–1. ¿Por arriba de cuál temperatura esta reacción será espontánea? 28. Indique si la entropía aumenta o disminuye en las siguientes reacciones en solución acuosa. (a) COOϪ COOϪ CH CH2 C O ϩ CO2(g) CO CH CH OH CH3 CH2 COOϪ COOϪ COOϪ O (b) COOϪ H (d) ϩH3N CH C OϪ O C O ϩ Hϩ C O ϩ CO2(g) CH2 2 ϩH3N CH C OϪ CH3 CH3 S ϩ H2 CH2 S SH 29. ¿Cuáles de los siguientes procesos son espontáneos? CH2 (a) Una reacción que ocurre con cualquier decremento de ental- ϪO C CH NHϩ3 pía y cualquier aumento de entropía. (b) Una reacción que ocurre con un incremento pequeño de O entalpía y un incremento grande de entropía. (c) Una reacción que ocurre con un decremento grande de ental- 34. Para cada una de las reacciones del problema 33, diga si se pía y un decremento pequeño de entropía. necesita un agente oxidante o uno reductor para efectuar la reacción. (d) Una reacción que ocurre con cualquier incremento de ental- pía y cualquier decremento de entropía. 35. En algunas células, son lípidos como el palmitato (que se muestra en la página 6) en vez de monosacáridos los que sirven 30. El valor de ΔG a 37 °C para la reacción de la arginina cinasa como combustible metabólico primario. se determinó en fecha reciente. El ΔH para la reacción es de –8.19 kJ ؒ mol–1 y el ΔS es de 2.20 J ؒ K–1 ؒ mol–1. (a) Considere el estado de oxidación de los átomos de carbono del palmitato y explique cómo se ajusta esto a un esquema como (a) ¿Es la reacción exotérmica o endotérmica? el que se muestra en la figura 1-9. (b) ¿Cuál es el valor de ΔG de la reacción? ¿Es ésta espontánea? (b) Sobre una base carbono por carbono, diga si el palmitato o la glucosa haría disponible más energía libre para reacciones metabólicas. 22 | CAPÍTULO 1 Base química de la vida

36. ¿Cuál genera más energía libre cuando se oxida por completo, amoniaco e hidrógeno gaseosos a una descarga eléctrica e hicieron el estearato o el α-linolenato? recircular la mezcla, de modo que cualesquiera compuestos forma- dos se disolvieran y acumularan en el agua. Luego de una semana, H3C (CH2)16 COOϪ analizaron la solución y encontraron glicina, alanina, ácido láctico, urea y otros aminoácidos y pequeños ácidos orgánicos. ¿Cuáles fue- Estearato ron las implicaciones de este experimento? H3C CH2 (CH CHCH2)3 (CH2)6 COOϪ 38. Para dar origen a estructuras más complejas, ¿qué capacidades debieron tener las primeras moléculas biológicas? ␣-linolenato 39. ¿Por qué es importante la información molecular para clasifi- 1-4. Origen y evolución de la vida car y rastrear la relación evolutiva de especies bacterianas, pero lo es menos para las especies de vertebrados? 37. En el decenio de 1920-29, Oparin y Haldane sugirieron de manera independiente que la energía de tormentas eléctricas en el 40. Las primeras teorías propuestas para explicar las semejanzas mundo prebiótico podría haber transformado algunos gases de la entre bacterias y mitocondrias o cloroplastos sugerían que una célula atmósfera primitiva en pequeñas moléculas orgánicas. En 1953, Mi- eucariótica primitiva engulló una célula procariótica de vida libre, ller y Urey realizaron un experimento en el cual demostraron que pero no la digirió por completo. ¿Por qué es improbable que tal ese escenario era plausible. Sometieron una mezcla de agua, metano, suceso explique el origen de mitocondrias o cloroplastos? BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA Koshland DE: The seven pillars of life, Science 2002;295:2215– acerca de la Tierra primitiva y el origen de la vida, incluida la 2216 [Describe algunos de los atributos esenciales de todos los posibilidad de que la vida se haya originado en chimeneas hi- organismos, incluidos un programa de DNA, capacidad de mu- drotermales.] tar, compartimentalización, necesidad de energía, capacidad de regenerarse, adaptabilidad y separación.] Tinoco I Jr, Sauer K, Wang JC: Physical Chemistry: Princi- ples and Applications in Biological Sciences, 4th ed. Chapters 2–5, Nee S: More than meets the eye, Nature 2004;429:804–805. Prentice Hall, 2002. [Éste y otros libros de texto de fisicoquímica [Un breve comentario acerca de la apreciación de la diversidad presentan las ecuaciones básicas de la termodinámica.] metabólica de la vida microbiana.] Nisbet EG, Sleep NH: The habitat and nature of early life, Nature 2001;409:1083–1091. [Explica algunas de las hipótesis Bibliografía recomendada | 23