Soal biofisika termal

SOAL

Bab 1

Nomor 4. Chlorophylls absorb blue light and red light relatively well, but not green light (Fig. 1.2).

Why are tree leaves green in summer, some other color in autumn, and brown in late autumn?

Nomor 4 Klorofil menyerap cahaya biru dan cahaya merah dengan relatif baik, tetapi tidak menyerap cahaya hijau (Gbr. 1.2). Mengapa daun pohon berwarna hijau di musim panas, beberapa warna lain di musim gugur, dan coklat di akhir musim gugur?

Nomor 5. The wavelength of blue light is about

4700 A ;

that of red light, about

7000 A (1 A=10

⁻¹⁰

m)

; the angstrom is named in honor of Swedish physicist Anders Jonas Angstrom (1814-1874). Calculate the energy of a photon at these wavelengts. About

7 kcal mol

⁻¹ is released when

ATP

is hydrolyzed to

ADP

and inorganic phosphate (under stardard state conditions). Compare the energy of the photons absorbed by plans to the energy of

ATP

hydrolysis

(1 mole=6,02× 10

²³

)

.

Nomor 5. Panjang gelombang cahaya biru adalah sekitar

4700 A

; lampu merah, sekitar

7000 A (1 A=10

⁻¹⁰

m)

; Angstrom dinamai untuk menghormati fisikawan Swedia Anders Jonas Angstrom (1814-1874). Hitung energi foton pada panjang gelombang ini. Sekitar

7 kcal mol

⁻¹ dilepaskan ketika ATP dihidrolisis menjadi ADP dan fosfat anorganik (dalam kondisi stardard state). Bandingkan energi foton yang diserap oleh tumbuhan dengan energi hidrolisis ATP

(1 mole=6,02× 10

²³

)

.

Nomor 11. Describe the preparation of a cup of tea with milk terms of energy transformation.

Nomor 11. Gambarkan pembuatan secangkir teh dengan susu dalam hal transformasi energi.

Nomor 18. Consider a 55 kg woman. Suppose she contains 8 kg of fat. How much heavier would she be if she stored the same amount of energy as carbohydrate?

Nomor 18. Pertimbangkan seorang wanita 55 kg. Misalkan dia mengandung 8 kg lemak. Berapa beratnya jika dia menyimpan jumlah energi yang sama dengan karbohidrat?

Bab 2

Nomor 8. We used Eqn. (2.2) to show that

−1.96 kJ

of work is done against gravity as a

50 kg

woman climbs

4 m

. Let the system be the woman. Evaluate

∆ U

? Explain how energy is conserved.

Nomor 8. Kami menggunakan Persamaan. (2.2) untuk menunjukkan bahwa

−1,96 kJ

kerja dilakukan melawan gravitasi ketika seorang wanita 50 kg memanjat 4 m. Biarkan sistem menjadi wanita. Evaluasi U? Jelaskan cara menghemat energi!

Nomor 13. A mathematical statement of the First Law of Thermodynamics is

∆ U =q+w

. This holds for all processes. Assume that the only type of work done is

pV −work

. Show that

∆ U =+w

for an adiabatic process. Show that

∆ U =0

for a process in an isolated system.

Show that

∆ U =q

for a process that occurs at constant volume. Show that

∆ H=0

for an adiabatic process at constant pressure.

Nomor 13. Pernyataan matematis dari Hukum I Termodinamika adalah

∆ U =q+w

. Ini berlaku untuk semua proses. Asumsikan bahwa satu-satunya jenis pekerjaan yang dilakukan adalah

pekerjaan

pV −work

. Tunjukkan bahwa

∆ U =+w

untuk proses adiabatik. Tunjukkan bahwa

∆ U =0

untuk suatu proses dalam sistem terisolasi. Tunjukkan bahwa

∆ U =q

untuk proses yang terjadi pada volume konstan. Tunjukkan bahwa

∆ H=0

untuk proses adiabatik pada konstanta

Nomor 17. Prove that Eqn. (2.14) follows from Eqn. (2.13).

Nomor 17. Buktikan bahwa Persamaan. (2.14) berikut dari Persamaan. (2.13).

Bab 3 Nomor 1. Is the word entropy a misnomer? Why or why not?

Nomor 1. Apakah kata entropi istilah yang tidak cocok? Mengapa atau mengapa tidak?

Nomor 4. Consider a heat engine. Suppose

45 J

is transferred from a heat source at

375 K

to a heat sink at

25 ℃

. Calculate the maximum work that can be done and the efficiency of the process.

Nomor 4. Pertimbangkan sebuah mesin panas. Misalkan

45 J

dipindahkan dari sumber panas pada

375 K

ke unit pendingin pada

25 ℃

.Hitunglah usaha maksimum yang dapat dilakukan dan efisiensi proses tersebut.

Nomor 8. Entropy change of protein unfolding. Suppose that

∆ Hd

(

25℃

)

=10 kcal mol⁻¹, Tm=68℃ and ∆ Cp=1,650 cal mol⁻¹K⁻¹ . Calculate

∆ S

_d

( ^T

m

) ^{, ∆ S}

d

(37 ℃)

_and

∆ S

_d

(15 ℃)

. At what temperature is

∆ S

_d

=0

? Give the thermodynamic significance of ∆ S_d in molecular terms at each temperature.

Nomor 8. Perubahan netropi pada protein tidak terlipat. Misalkan

∆ H

d

( 25 ℃ )=10 kcal mol

⁻¹

, T

m

=68 ℃

dan

∆ C

p

=1,650 cal mol

⁻¹

K

⁻¹ . Hitunglah

∆ S_d

(

^Tm

)

^{, ∆ S}d(37℃) _dan

∆ S

_d

(15 ℃)

. Pada suhu berapa ∆ S_d=0 ? Berikan signifikansi dari

∆ S

_d dalam istilah molekuler dalam setiap suhu.

Nomor 16. There are a number of different causes of undernutrition. Some of these are: failure of the food supply; loss of appetite; fasting and anorexia nervosa; persistent vomiting or inability to swallow; incomplete absorption, comprising a group of diseases in which digestion and intestinal absorption are impaired and there is excess loss of nutrients in the feces; increased basal metabolic rate, as in prolonged fever, overactivity of the thyroid gland, or some cancers; and loss of calories from the body; e.g. glucose in the urine in diabetes. Rationalize each type of undernutrition in terms of the First and Second Laws of thermodynamics.

Nomor 16. Penyebab kurang gizi bermacam-macam. Beberapa di antaranya adalah: kegagalan pasokan makanan; kehilangan selera makan; puasa dan anoreksia nervosa; muntah terus-menerus atau ketidakmampuan untuk menelan; penyerapan tidak lengkap, terdiri dari sekelompok penyakit di mana pencernaan dan penyerapan usus terganggu dan ada kelebihan nutrisi dalam tinja;

peningkatan laju metabolisme basal, seperti pada demam yang berkepanjangan, aktivitas kelenjar tiroid yang berlebihan, atau beberapa jenis kanker; dan hilangnya kalori dari tubuh; misalnya glukosa dalam urin pada diabetes. Rasionalkan setiap jenis kekurangan gizi dalam hal Hukum Pertama dan Kedua termodinamika.

Bab 4

Nomor 1. State whether the following phrases pertain to (A) the expansion of a gas into a vacuum, (B) two objects coming to thermal equilibrium, (C) both of these processes, or (D) neither of these processes.

(1) Involves a change in enthalpy.

(2) Involves an increase in entropy.

(3) Involves a decrease in Gibbs free energy.

(4) Can be made to proceed in the opposite direction.

Nomor 1. Nyatakan apakah frasa berikut berkaitan dengan (A) pemuaian gas ke ruang hampa, (B) dua benda yang mencapai kesetimbangan termal, (C) kedua proses ini, atau (D) tidak satu pun dari proses ini.

(1) Melibatkan perubahan entalpi.

(2) Melibatkan peningkatan entropi.

(3) Melibatkan penurunan energi bebas Gibbs.

(4) Dapat dibuat untuk melanjutkan ke arah yang berlawanan.

Nomor 7. What are the units of

K

_{eq ? Explain.}

Nomor 7. Apa yang dimaksud unit

K

_eq ?. Jelaskan

Nomor 11. Which one of the following equations is used to evaluate free energy changes in cells under physiological conditions? What makes it appropriate?

(a)

∆ G=RT ln K

_eq^'

.

(b)

∆ G=∆ G°

^'

+ RT ln [ products ] /[reactants]

. (c)

∆ G=RT ln [ products ] /[reactants]

.

(d)

∆ G=∆ H−T ∆ S

.

(e)

∆ G=∆ G°

^'

+ RT [ products ] /[reactants]

.

Nomor 11. Manakah dari persamaan berikut yang digunakan untuk mengevaluasi perubahan energi bebas dalam sel dalam kondisi fisiologis? Apa yang membuatnya cocok?

(a)

∆ G=RT ln K

_eq^'

.

(b)

∆ G=∆ G°

^'

+ RT ln [ products ] /[reactants]

. (c)

∆ G=RT ln [ products ] /[reactants]

.

(d)

∆ G=∆ H−T ∆ S

.

(e)

∆ G=∆ G°

^'

+ RT [ products ] /[reactants]

.

Nomor 14. Calculate

K

_eq for the hydrolysis of the following compounds at neutral

pH

and 25℃ : phosphoenolpyruvate (

∆ G °

^'

=−61,9 kJ mol

⁻¹ ), pyrophosphate ((

∆ G °

^'

=−33,5 kJ mol

⁻¹ ), and glucose1-phosphate ((

∆ G °

^'

=−20,9 kJ mol

⁻¹ ). Assume that the equilibrium constant includes water, accounting for the possibility that the water concentration is relatively low, as in the cell. These compounds are involved in the glycolytic pathway.

Nomor 14. Hitung

K

_eq untuk hidrolisis senyawa berikut pada

pH

netral dan

25 ℃

: fosfoenolpiruvat (

∆ G °

^'

=−61,9 kJ mol

⁻¹ ), pirofosfat ((

∆ G °

^'

=−33,5 kJ mol

⁻¹ ), dan glukosa1-fosfat ((

∆ G °

^'

=−20,9 kJ mol

⁻¹ ). Asumsikan bahwa konstanta kesetimbangan termasuk air , memperhitungkan kemungkinan bahwa konsentrasi air relatif rendah, seperti di dalam sel. Senyawa ini terlibat dalam jalur glikolitik.

Nomor 16. Calculate

∆ G

when the concentrations of glucose-1-phosphate and glucose-6- phosphate are maintained at

0,01 mM

and

1 mM

, respectively. Compare the sign of

∆ G

with what was obtained in the worked example above. Suggest how this might be significant in metabolism.

Nomor 16. Hitung

∆ G

bila konsentrasi glukosa-1-fosfat dan glukosa-6-fosfat dipertahankan masing-masing pada

0,01 mM

dan

1 mM

. Bandingkan tanda

∆ G

dengan apa yang diperoleh pada contoh kerja di atas. Sarankan bagaimana ini mungkin signifikan dalam metabolisme.

Nomor 26. Some organisms are able to tolerate a wide range of ambient temperature, for instance bacteria and poikilothermic (coldblooded) animals such as fish. The membrane viscosity of E. coli at its growth temperature is approximately constant over the range

15−43 ℃

. Knowing aspects of the physical basis of the solid-gel transition in lipid bilayers, suggest how bacteria and fish might cope with changes of temperature.

Nomor 26. Beberapa organisme dapat mentolerir berbagai suhu lingkungan, misalnya bakteri dan hewan poikilothermic (berdarah dingin) seperti ikan. Viskositas membran E. coli pada suhu pertumbuhannya kira-kira konstan pada kisaran

15−43 ℃ .

Mengetahui aspek dasar fisik transisi padat-gel dalam lapisan ganda lipid, mengisaratkan bagaimana bakteri dan ikan dapat mengatasi perubahan suhu.

Bab 5

Nomor 1. Speculate in broad terms on the effect on Earth of the cessation of photosynthesis.

Nomor 1. Coba berspekulasi secara luas tentang pengaruh penghentian fotosintesis di Bumi.

Nomor 17. Show that Eqn. (5.38) follows from Eqn. (5.36).

Nomor 17. Tunjukkan Persamaan itu. (5.38) berikut dari Persamaan. (5.36).

Nomor 19. Equation (5.41) is 0 for all concentrations of

I

_i when there is no inhibition (compound I_i has no effect), and it is 1 at 100% inhibition. Explain.

Nomor 19. Persamaan (5.41) adalah 0 untuk semua konsentrasi I_i bila tidak ada penghambatan (senyawa

I

_i tidak berpengaruh), dan itu adalah

1

pada penghambatan 100%. Menjelaskan.

Nomor 29. “Hot start.” When plasmid DNA is used as the template in a PCR reaction, the enzyme buffer, plasmid, and oligonucleotide primers are often incubated at

95 ℃

for several minutes before starting thermal cycling. Why?

Nomor 29. "Mulai panas." Ketika DNA plasmid digunakan sebagai cetakan dalam reaksi PCR, buffer enzim, plasmid, dan oligonukleotida primer sering diinkubasi pada suhu

95 ℃

selama beberapa menit sebelum memulai siklus termal. Mengapa?