Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Разделим эту протекающую в клетке реакцию на две части: 4Н + Ог+ 4г -+2НгО Ео = 082 В Гез+ + е -~ Ге~+ Ео = 077 В В этой равновесной реакции Геки отдает электроны, следова- тельно, АЕо = 082 В 077 В. АЕо = 0,05 В. Если реакция протекает в стандартных условиях, то АЕ= АЕи Используя соотношение между АЕ и гзб, получим Аб = — лГАЕ= — 4х23 ккалг(В.моль) х 0,05 В, А6 = — 4,6 ккал7моль либо, как иногда представляют, Агг = — 1,15 клал!моль на каждый электрон. Таким образом, поток электронов от Ге~ ' к О, термодинамически выгоден; однако изменение свободной энергии в расчете на каждый электрон чрезвычайно низко, Интересно, что для Т3сггоохЫагсг эта окнслнтельно-восстановительная реакция важна не как источник энергии, а скорее как путь обезвреживания поступающих в клетку протонов и как источник электронов для восстановления ХАОР". Б.
Уравнение реакции восстановления ХАОР+ + Н+ с участием железа Гез+ записывается так: ХАЗЭР+ + Н+ + 2 Гег+ ~ ХАРРИ + 2 Гез ь Две части этой реакции, протекающей в клетке, таковы: МАВР+ + Н+ + 2е — ХАРРИ Ео = — 0 32 В* Гез+ + е — Ге" Ео = 0 77 В- В равновесной реакции Ге'" отдает электроны, следовательно, АЕо — — — 0,32  — 0,77 В, АЕо = 109 В. В нестандартных условиях: АЕ = АЕо — 1ойго 2 3 ЯТ [ХАОРН3 [Гез г3г лЕ [ХАОР+~ [Ге'+1' Так как концентрации Гез' и Гез' одинаковы, их можно сок- ратить. Тогда Преобразование энергии: митохондрии и хлоролластм Збб 2,3 1,98 10 ' ккал В моль 10 ЬЕ= — 1,09  — — ' х ' х 310 К !ойгс — —— 2 К моль 23 ккал 'о 1 = — 1,09  — 0,03 В, АЕ = — 1,12 В. Лб = 2,3АТ!ойг [н"),„„„ -~н )..."'.= 1,98 х 10 ' ккал 10 =2,3х х 310 К 1ойго К х моль 81010 20 1,98 х 10 ' ккал =2,3х х К х моль Лб = — 6,4 ккал/моль.
310 К !ойге 10 4 з, Если Лб для синтеза АТР составляет 11 ккал/моль, то нужно по крайней мере два моля протонов (2 х — 6,4 ккал/моль = = — 12,8 ккал/моль), чтобы этот синтез мог осуществляться. Таким образом, для синтеза каждой молекулы АТР в клетку должно переноситься два протона. Энергия переноса должна тратиться на синтез АТР, но термодинамические расчеты не позволяют выяснить действительный механизм ~акого сопряжения. Протоны могли бы входить в клетку по одному или вместе в зависимости от механизма.
Если онн входят по одному, то энергия от первого протона должна быть сохранена, чтобы к ней добавилась энергия от следующего протона. Если АТР-синтетаза у Т. /еггоох)г/алз работает как и в других клетках (т.е. без образования промежуточных макроэргических продуктов), то оба протона должны войти в клетку одновременно. Г.
Если в стандартных условиях для восстановления ХАОР' требуется энергия 50,1 ккал/моль, то в клетку должно войти не менее 8 молей протонов (8 х — 6,4 икал/моль = — 51,2 ккал/моль), чтобы электроны от Ге'+ были перенесены на ХАОР '. И вновь термодинамические расчеты не позволяют решить, каков же действительный механизм, по которому электроны от гь Ге используются на восстановление ХА13Р+. Транспорт протонов мог бы сопрягаться с обратным потоком электронов многими способами. В принципе перенос восьми протонов мог бы непосредственно быть связан с переносом пары электронов от 2 Ге'+ к ХАОР+. Другой путь- электроны могли бы независимо активироваться с помощью какого-то механизма, в котором для активации одного электрона требуется четыре протона.
Однако Если условия стандартные, то ЬЕ = ЛЕа н Аб = — пГЛЕ = — 2 х 23 ккал/(В моль) х ( — 1,09 В), Лб = 50,1 ккал/моль (или 25 ккал/моль на каждый электрон). В нестандартных условиях: Лб = — 2 х 23 ккал/(В.моль) х ( — 1,12 В), Лб = 51,5 ккал/моль (илн 26 ккал/моль на каждый электрон). Эти расчеты ясно показывают, что восстановление ХАОР' с участием Ге'+ крайне затруднено. В. В отсутствие мембранного потенциала изменение свободной энергии за счет потока протонов внутрь клетки можно выразить так; 366 Глава 7 более вероятным представляется такой механизм, когда электроны актнвируются ступенчато, при продвижении от переносчика х переносчику по цепи электронного транспорта подобно тому как происходит обращение нормального электронного транспорта в митохондриях.
Д. Для фиксации каждого моля СО, в глицеральдегид-3-фосфате нужно три моля АТР и два моля МАОРН. Для предварительного синтеза этих молекул необходима трата 22 молей протонов (3 х 2 Н" для АТР и 2 х 8Н+ для ХАОРН). Следовательно, 22 моля Рез' должны окислиться, чтобы нейтрализовать поступившие в клетку протоны. К тому же нужно два моля Ре" в качестве донора электронов для восстановления каждого моля ХАОРН. Таким образом, чтобы 1 моль СОз был фиксирован в глнцеральдегид З-фосфате, должно окислиться 26 молей Рез+.
Т.~еггоох!!)ат, следовательно, производит огромные количества Рез" во время своей жизнедеятельности. Если бы в рудных отвалах не было других подходящих восстановителей, то все железо могло быть окислено бактериями и рост бактерий полностью бы прекратился. Литература: 1ад!ейеж, у. $К ТИ«Ьасг!!из ЗеггоохЫа»к 1Ье Гйоепетка1кв о! ап аспорЬйс сЬеаю!ЬЬс1горЬ, ВюсЬпп.
ВюрЬуз. А«1а 683: 89 — 117, 1982. Эволюция электронтранспортных цепей 7-Ю А. брожение 7-30 А. Правильно. Б. Правильно. В. Правильно. Г. Правильно. Д. Правильно. Е. Правильно. Геномы митохондрий и хлоропластов 7-31 А. неменделевское наследование (цитоплазматическая наследственность) Б. митотическая сегрегация В. материнская Г. цнтоплазматические мутанты «регйе» Д. цикл мочевины Е. гипотеза эндосимбиоза 7-32 ) А.
Неправильно. Органеллы, в которых происходит превращение энергии, делятся на протяжении всей интерфазы, причем каждая из ннх делится независимо от остальных и от всей клетки. Точно так же репликация ДНК органеллы происходит не только в Я-фазе, ио и продолжается в течение всего клеточного цикла. Однако процесс регулируется таким образом, что общее число молекул ДНК в органеллах удваивается за каждый клеточный цикл.
Б. Правильно. Преобразование энергии.' митохондрии и хлоропласты Збу В. Неправильно. Синтез белка и в хлоропластах, и в митохондриях гораздо более сходен с синтезом белка у бактерий, чем с таковым в цитоплазме. Верно то, что механизм синтеза белка в хлора- пластах сходен с бактериальным механизмом в большей степени, чем с механизмом синтеза в мнтохондриях, но оба они весьма напоминают бактериальный.
Г. Правильно. Д. Неправильно. Митохондриальный генетический код несколько от личается от ядерного, а также в небольшой степени варьирует от вида к виду. Е. Правильно. Ж. Правильно. 3. Неправильно. Присутствие интронов в генах органелл представ лает собой удивительный факт, потому что в соответствующих бактериальных геномах таких интронов не обнаружено. И. Правильно К.
Неправильно. Пестрые листья образуются в результате мито- тической сегрегации нормальных и дефектных хлоропластов. Л. Правильно. М. Правильно. Н. Неправильно. Митохондрии нз разных тканей одного организма часто обнаруживают характерные тканеспецифические различия в содержании белков, закодированных в ядерном геноме. О.
Правильно. П. Правильно. Р. Правильно. 7-33 А. Представленные на рис. 7-20 данные точно соответствуют тому чего следовало ожидать при случайной по времени репликации митохондриальной ДНК в течение клеточного цикла. Независимо от длительности промежутка между добавлением двух меток в репликацию включается постоянная доля меченной 'Н-тими- дином ДНК.
Даже то, что фракция ДНК большей плотности составляет неизменно около 10'/о обшего количества ДНК, соответствует ожиданию, потому что период мечения БУДР (2 ч) тоже составляет около 10% длительности клеточного цикла (20 ч). Если бы репликацня мнтохондрнальной ДНК происходила в определенной фазе клеточного цикла, то ДНК, которая метнтся зН-тимидином, не реплицировалась бы вторично до наступления той же фазы цикла.
В результате очень мало радиоактивной ДНК включило бы БУДР и изменилось по плотности до этого момента. Критическая же фаза клеточного цикла была бы обнаружена в данном эксперименте по высокой доле меченой ДНК (с большей плотностью) при определенной длительности промежутка между введением меток. Б. Действительно, клеточная популяция в опыте является асинхрон- ной, но зта асинхронность не имеет значения для интерпретации результатов. Если митохондриальная ДНК реплицируется по времени случайным образом, то синхронность клеточной популяции не существенна. Замечание вашего коллеги относится к тому, что асинхронность клеточной популяции могла помешать установлению временного хода репликации митохондриальной ДНК.
Ваше остроумное экспериментальное решение, однако, позволило обойти это потенциальное препятствие. Если бы митохондрии реплицировались в какой-то особый период клеточного цикла, то прн добавлении на короткое время зН-тимидина 368 Глава 7 метка включилась бы лишь в те клетки, которые находились на этом этапе цикла.
Поскольку в остальной части эксперимента вы следите только за радиоактивными молекулами ДНК митохондрий, то кратковременное добавление метки по существу позволило иметь дело как бы с синхронной клеточной популяцией — вы не видите того, что происходит в других клетках, которые в период мечения не реплицировались. а Й о й 15 5 д и ? а ее В. Анализ ядерной ДНК должен показать пик изменения плотности в период между 15 и 20 ч и очень небольшие сдвиги в плотности радиоактивной ДНК при более коротких промежутках между введением двух меток !рис. 7-30). Поскольку ядерная ДНК реплнцируется в особой 8-фазе клеточного цикла, то прн добавлении 'Н-тнмидина будут метиться только те клетки, которые находятся в этой фазе цикла. Ядерная ДНК в меченых клетках не будет реплипироваться вновь, пока клетки не пройдут весь клеточный цикл н не вернутся в 8-фазу.
Если клетки были помечены 'Н-тимидином на стадии окончания Б-фазы, то они опять досгигнут 8-фазы через 15 ч (илн около этого) †имен в это время их плотность может измениться при инкубацни с БУДР. Если клетки во время мечения находились в начале Б-фазы, они войду~ снова в 8-фазу не раньше, чем через 20 ч. Изменение плотности меченой ядерной ДНК действительно обнаруживается в интервале между 15 н 20 ч.
ДНК с измененной плотностью проявляется в виде пика, а не плато, потому что за время более длительное, чем 20 ч, меченая ДНК выходит из 8-фазьг и снова становится неподверженной изменению плотности. О 5 10 15 20 25 Период между внеоеннем двух мехах, е Рне. 7-30. Пик изменения плот- ности ядерной ДНК !ответ 7-33), Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
