Tópicos de Fisicoquímica de Sistemas Biológicos

Tópicos de Fisicoquímica de Sistemas Biológicos
Potencial Químico, difusión y equilibrio Donnan
Problema 1
Las soluciones de a) glucosa (D = 6.8 10-10m2s-1) y b) virus del mosaico del tabaco (D = 5.3 1012
m2s-1) se mantuvieron a una temperatuta constante de 200C y sin agitación durante 100 días. ¿A
qué distancia se habrá difundido en ese tiempo una molécula de cada una de ellas?
Problema 2
Si el coeficiente de difusión de la insulina es 8.210-11 m2 s-1 a 20 0C, estime el tiempo medio que se
requiere para que una molecula de insulina se difunda a una distancia igual al diámetro de una
célula ( 10m)
Problema 3
El coeficiente de difusión de la hemoglobina de equino en agua es 6.3 10-11 m2 s-1
a 20 0C. La viscosidad del agua a esa temperatura es 1.002 10-3 Kg m-1 s-1 y el volumen específico
de la proteína es 0.75 cm3 g-1. Suponga que la molécula de hemoglobina es esférica y sigue la ley de
Stokes, y estime su radio y peso molecular.
Problema 4
El coeficiente de difusión del oxigeno en el aire es de 0.20 cm2 s-1; el coeficiente de difusión del
mismo gas en el agua es aproximadamente l04 veces más pequeño. (a) Explíquese la diferencia de
magnitud tan grande en estos dos casos. (b) Casi todas las células de los animales están bañadas por
fluidos, de modo tal que son necesarios una molécula de hemoglobina y un sistema circulatorio a
fin de transportar O2 a sus células y llevarse CO2. (Los coeficientes de difusión del CO2 en el aire y
en el agua son comparables en magnitud con aquellos del oxigeno.) Como los vegetales no poseen
sistema circulatorio, explíquese cómo los gases O2 y CO2 son transportados en forma eficiente en
estos sistemas. (e) Los insectos poseen un sistema circulatorio, pero carecen de una molécula del
tipo de la hemoglobina. En vista de los coeficientes de difusión del CO2 y del O2 en el agua, ¿se
podría pensar que fuera probable que las hormigas, abejas y cucarachas pudieran crecer al tamaño
de los seres humanos, como sucede en las películas de terror?
Problema 5
Cuando un contaminante es vertido sobre un lago se extiende por difusión alcanzando
concentraciones muy bajas. Purificar las aguas de dicho lago requiere invertir una considerable
cantidad de energía. Suponiendo que el contaminante forme una solución ideal con el agua, cuando
hay que invertir más energía para extraer un mol del mismo, en una solución x 2= 0.5 o en una
solución x2= 10-6
Problema 6
Calcúlese el cambio de energía libre de Gibbs a 37 0C para que los riñones secreten 0.275 mol de
urea/kg de agua del plasma a la orina si las concentraciones de la urea en el plasma sanguíneo y en
la orina son 0.005 m y 0.326 m, respectivamente
Problema 7
En las inyecciones intravenosas, debe tenerse mucho cuidado en asegurarse de que la concentración
de las soluciones que se van a inyectar sea comparable a la del plasma sanguíneo. ¿Por qué debe
tenerse esta precaución?
Problema 8
Los árboles más altos que se conocen son las secoyas de California. Suponiendo que la altura de
una secoya es de 105 m, estímese la presión osmótica que se requiere para impulsar el agua desde
la raíz hasta la punta del árbol.
Problema 9
Suponga que 1 litro de palmitato de sodio 0.01M está separado por una membrana de una solución
de 1 litro de cloruro de sodio 0.05M. Si la membrana es permeable a los iones sodio y cloruro pero
no a los de palmitato, cuáles son las concentraciones finales después de establecerse el equilibrio
Donan?
Problema 10
Dos soluciones de igual volumen están separadas por una membrana permeable a los iones K + y Clpero no a los iones P-. Las concentraciones iniciales se indican a continuación:
[K+] = 0.05 M
[Cl-] = 0.05 M
[K+] = 0.15 M
[P-] = 0.15 M
Calcule las concentraciones a ambos lados de la membrana, una vez que se establece el equilibrio
Qué lado de la membrana tiene carga positiva? Calcule el potencial de Nernst a través de la
membrana si la temperatura es de 370C.
Problema 11
Las células de los músculos de los mamíferos son totalmente permeables a los iones K +, pero
mucho menos permeable a los iones Na+ y Cl-. Las concentraciones caracerísticas para los iones K+
son:
dentro de la célula : [K+] = 155mM
fuera de la célula : [K+] = 4mM.
Calcule el potencial de Nernst a 310 K (37 0C) suponiendo que la membrana sea impermeable a los
iones sodio y cloruro.
Problema 12
Una solución 0.10M de palmitato de sodio se separa de un volumen igual de solución 0.20M de
cloruro de sodio mediante una membrana permeable a los iones sodio y cloruro, pero no a los iones
palmitato. Calcule las concentraciones finales y el potencial de Nernst de 298 K, suponiendo
comportamiento ideal.
Problema 13
Una célula biológica representativa tiene un volumen de 10-9 cm3, un área superficial de 10-6 cm2 y
un espesor de membrana de 10-6 cm; la constante dieléctrica de la membrana puede considerarse
con un valor de 3. Suponga que la concentración de iones K+ dentro de la célula es 0.155M y que el
potencial de Nernst que atravieza la pared celular es de 85mV.
a. calcule la carga neta a ambos lados de la pared.
b. calcule la fracción de iones potasio en la célula que se requieren para producir esta carga.