Ap Biology Chapter 8 Homework 2w3q1a

Chapter 8 – An Introduction to Metabolism – Homework      1. Discuss what is the difference between an “open” system versus a “closed”  system and which one best reflects living things.    Open system is where matter and energy can be transfered between the system and its  surroundings. On the other hand, a closed system (an isolated system?!) can’t transfer energy in  such a manner. The former better reflects living things than the latter, as everything in the world  interacts with one another; a characteristic of all living things is that they interact with their  environment. 

    2.  Make a chart to contrast a system with high free energy versus a system  with low free energy for the following factors:  work capacity, equilibrium (at  equilibrium or far away from equilibrium), spontaneity,  and stability.       

High Free Energy 

Low Free Energy 

Work 

Greater work capacity 

Less work capacity 

Equillibrium  As reaction gets farther from  equilibrium, higher free energy 

As reaction gets closer to equilibrium,  lower free energy. 

Spontaneity 

For positive ​ ΔG, processes are not  spontaneous. 

For negative ​ ΔG, processes are able to  be spontaneous 

Stability 

Less stable 

More stable 

   

  3.  Contrast and compare exergonic reactions versus endergonic reactions.  Which reaction type matches with anabolic reactions?  Which matches with  catabolic reactions?    Exergonic is when energy is released. In contrast, endergonic requires energy; it absorbs  free energy. Magnitude of ​ ΔG for an exergonic reaction represents the max amount of work a  reaction can perform. Catabolic is when energy is released and anabolic is when energy is  consumed to build complicated molecules. Logically, exergonic would match with catabolic  because both is when energy is released. In that train of thought, endergonic would match with  anabolic, as energy is consumed/required.  

  4.  When a cell becomes more ordered, one of the characteristics of life, what  must happen in the rest of the universe?  Which Law of Thermodynamics  does this reflect?    When a cell becomes more ordered, the rate of energy transfer or transformation  decreases, and so must the rate at which entropy of the universe increases; the universe will  become more ordered. This reflects the second Law of Thermodynamics; although it claims that  entropy of the universe cannot decrease, the rate at which entropy climbs should slow down as a  cell becomes more ordered, meaning less energy transfer or transformation.   

  5.  Discuss why ATP can store so much energy.    It is not that phosphate bonds of ATP are extremely strong; rather, it is the fact that the  reactants (ATP and H20) have relatively higher energy compared to the products of the equation:  ADP and phosphates.  

  6.  Explain how enzymes speed up chemical reactions.    To put it simply, enzymes speed up metabolic reactions by lowering energy barriers.  They are catalysts, chemical beings, that are not consumed yet speed up reactions, but still  provide energy. In addition, we should take note that proteins, DNA, and other molecules have  lots of free energy and their breakdown is very high in potential.    

7.  Contrast and compare cofactors versus coenzymes.    Cofactors are “adjunct” enzymes that require non­protein helpers for catalytic activity.  An organic molecule that is a cofactor would be a coenzyme. Cofactors are often required in  catalysis. The cofactors of some enzymes, however, are inorganic. 

  8.  Contrast and compare competitive inhibitors with noncompetitive  inhibitors.  Which can be overcome by the addition of more substrate?    Competitive inhibitors reduce the productivity of enzymes by blocking substrates from  entering active sites. This inhibition is what can be overcome by the addition of more substrate.  Noncompetitive inhibitors, unlike competitive ones, don’t directly compete with substrate to  bind to the enzyme at the active site. So active site will become less and less effective at helping  convert substrate to product.       

9.  In the metabolic pathway, ABCDE, discuss what effect molecule E would  likely have on regulating the enzyme that catalyzes  the reaction of A to B?    E is the product. If there is enough of molecule E to complete a chemical process, for  example, the molecules (reactants) ABCDE will not be needed, and therefore an excess of E  means less of ABCDE produced.      

10.  A key process in metabolism is the transport of hydrogen ions (H+) across  a membrane to create a concentration gradient.  Explain which arrangement  of hydrogen ions (unequal concentration or equal concentration) allows work  to be done.    It is clear that an unequal concentration, not an equal one, would be the only possibility  that work will be done; the unequal concentration of hydrogen ions would allow them to flow  across the membrane and increase not only entropy but also work. 

  11.  A researcher wishes to stop an enzyme reaction in a cell because the  products can become toxic. Speculate on an approach that the researcher  might use to stop the reaction.  Be sure to describe how this approach would  work and any pros or cons it might have to the organism.    An approach that the researcher could take is to increase or decrease the temperature of  the cell; because every enzyme has an optimum temperature, if the temperature changes, the  enzyme will denature and not work. A bad consequence may be that the significant change in  temperature may kill the organism. A positive consequence would be that the organism no longer  has to worry about the toxic products.   However, the most direct and effective approach the researcher could take to stop this  enzyme reaction in a cell would be to cut off the patch­­containing the aforementioned cell­­ of  the surface of the organism (be it plant or animal). It would prevent the enzyme from spreading  to other cells. However, a possible downside is that this method would cause a certain amount of  pain to the organism. A positive consequence would be that the organism would no longer have  to fear the toxic product.