Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Ни одно другое промежуточное соединение этого цикла не обеспечивало истинного синтеза лимонной кислоты в отсутст- Р„ вне кислорода. гл~ СО и Н,О, то сколько молекул Оз на молекулу кислоты понадо- билось бы для этого? О чем говоря~ результаты опытов (табл. 7-1), привлекшие внимание Кребса? Б. Почему в присутствии арсенита и маловата потребление кислоро да было таким низким? Если бы лимонная кислота окислялась до а-кетоглутаровой кислоты (С,Н«О,), то сколько кислорода требовалось бы в расчете на один моль лимонной кислоты? Если бы она окислялась до янтарной кислоты, то сколько кислорода потребо.
валось бы для окисления одного моля лимонной кислоты? Согласуется ли наблюдаемая стехиометрия реакции окисления с ожидаемой расчетной? В. Почему в отсутствие кислорода добавление только щавелево- уксусной кислоты вызывало накопление лимонной кислоты? Мог бы какой-либо другой промежуточный продукт цикла обеспечить накопление лимонной кислоты в присутствии кислорода? Г. В конце своей статьи Кребс писал: «Таким образом, цикл лимон ной кислоты, по-видимому, присущ животным тканям, но отсутствует у дрожжей и у бактерии Е. сой, судя по тому, что нк дрожжи, ни Е.
сой не окисляют лимонную кислоту со сколько. нибудь заметной скоростью», Почему, как вы думаете, Кребс ошибался в этом вопросе? Соотношение между изменением свободной энергии (Л6) и ков. центрацнями реагирующих веществ и продуктов реакции имеет большое значение, поскольку от него зависит направление снов. таиных химических реакций. Представление об этом соотношении необходимо для понимания превращений энергии в клетках. Рас смотрим, например, гидролиз АТР до АПР и неорганическогю фосфата (Р,): АТР + Н О вЂ” «А)3Р+ Р,. Изменение свободной энергии при гидролизе АТР выражаете следующим уравнением: Л6 = Або + ЯТБэ (АПР3 (РД !(АТР3 = Л6~ + 2,3ЯТ1о8„~А(ЗРИ (РД /(АТР3, где концентрации выражены в молях (по условию, концентраця~ воды не включается в это уравнение).
Я-газовая постоянная 1,98 х 1О ' ккал1К х моль; Т-температура по шкале Кельвина ~на пример, при 37'С Т= 310 К); Л6~ — изменение стандартной свс. бодной энергии ( — 7,3 ккал/моль для гидролиза АТР до А(11 и Р,-). 7-5 А, Рассчитайте Л6 для гидролиза АТР, приняв, что концентрапа АТР, А(3Р и Р, равны ! М. Какова будет величина Л6, если эп концентрации будут равны 1 мМ? Б. В покоящейся мышце концентрации АТР, А)3Р и Р., равны пример А. Если бы лимонная кислота (СаН,О,) полностью окислялась до (за Преобразование энергии: митохондрии и хлоропласты 75 Н вЂ” С вЂ” Π— Р=О н — Š— он о2-фоофогпицелат чс,Р С О- н н о о- с о о- о ос с с — он — . О=о Споктанмый С пполеоо Н вЂ” С вЂ” Н н н н Елопплпуват Пллуват 1леуотойчлвое промежуточлое соединение) Плруват кллааа Н вЂ” С вЂ” ОН О путала Н вЂ” С вЂ” Π— Р=О Н О 3- фоефогплцераг Фоефоелолплруват Рве.
7-2. Превращение 3-фосфогднцерага в пнрувлг при гликолизе !задача ?-6). но 5, 1 и 10 мМ соответственно. Какова величина Л6 для гидро- лиза АТР в этом случае? В. Чему буде~ равна величина Л6, когда реакция гидролиза достигнет равновесия? Каким будет отношение [АТР): [АПР) при равновесии, если [Рг! = 10 мМ? Г. Покажите, что при постоянной концентрации Р,. величина Л6 будет снижаться на 1,4 ккал?моль при каждом десятикратном увеличении отношения [АТР!г'[АТЗР) независимо от величины Або (например, Л6 уменьшается на 2,8 ккалггмоль при 100-кратном изменении этого отношения; на 4,2 ккал?моль -при 1000-кратном изменении н т.д.) 7-6 Одна из двух стадий гликолиза, на которых образуется АТР, представлена на рис. 7-2. В ходе этих реакций образуются АТР и пируват, который затем превращается в ацетил-СоА и окисляется до С02 в цикле лимонной кислоты.
В анаэробных условиях из фосфоенолпирувата образуется половина необходимого для клетки количества АТР. Эти реакции субстратного фосфорилирования, названного так для того, чтобы отличать его от окислительного фосфорилирования в митохондрнях, следует разобрать в первую очередь. Рассмотрим превращение 3-фосфоглицерата в фосфоенолпируват (две первые реакции на рис. 7-2). Уравнение, связывающее Або с константой равновесия, записывается таким образом: Л6" = — КТ1п К = — 2,3?!Т1ойго К, где К -отношение концентраций продуктов к когщентрациям реагирующих веществ прн равновесии. А.
Если 10 мМ 3-фосфоглицерата смешать с фосфоглицеромутазой, катализирующей превращение этой кислоты в 2-фосфоглнцерат (рис. 7-2), то при 37'С равновесная концентрация 3-фосфоглнцерага станет равной 8„3 мМ, а 2-фосфоглицерата — 1,7 мМ. Как изменились бы равновесные концентрации, если бы первоначально внесли 1 М 3-фосфоглицерата? Какова константа равновесия (К) для превращения 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат и какова величина Л6о для этой реакции? Б. Если смешать 10 мМ фосфоенолпнрувата с енолазой, катализирующей ее превращение в 2-фосфоглицерат, то при 37" С равновесные концентрации 2-фосфоглицерата и фосфоенолпирувата составят 2,9 и 7,1 мМ соответственно. Чему равно Л6о при превращении фосфоенолпирувата в 2-фосфоглнцсрат? Каково значение Л6" при обратной реакции? В. Каково значение Або при превращении 3-фосфоглицерата в фосфоенолпируват (Ь6о для всей реакции равно сумме значений Або для последовательных реакций.) 7-7 Изучение реакций субстратного фосфорилирования, показанных на рис.
7-2, привело к созданию концепции макроэрт.нчсской фосфатной связи. Этот термин може~ ввести в заблуждение, поскольку он означает не силу связи, а лишь изменение свободной энергии 78 Глава 7 о с — о- о П с — о- н — — о-. ® н — — он 2 фосфоглицерат с — Π— ( Р) НО О С -О С=О О и С вЂ” О С вЂ” ОН 1 сн С вЂ” О Н вЂ” С вЂ” ОН СН н — с — о — ® 1 Н ® Э.фосфоглицераг Пируаат Еиоллируаат О С вЂ” О Н вЂ” С вЂ” ОН Н вЂ” С вЂ” ОН Н Глицярат Рис. 7-3.
Превращение 3-фосфо- глиперата в лнруват н фосфат двумя различными нутямн (задача 7-7). Фосфатная группа обозначена буквой Р в кружке. Вещество, указанное в квадратвых скобках.— енолнируват- неустойчивое про- межуточное соединение. В. Г. АКР/АТР-траислоказа, осуществляющая перенос по механизм антипорта,локализована во внутренней митохондриальной мев бране. Она может обменивать АТР на АТР, А)ЗР на Ас)Р и АТР в Р АРР. Хотя в митохондрии возможен ~рапопорт и АПР, и АТ1 (з 7-8 (Лб) при гндролнзе этой связи. При превращении З-фосфоглицера.
та в фосфоенолпируват (две первые реакции па рис. 7-2) фосфаз. ная связь с низкой энергией превращается в фосфатную связз с высокой энергией. Изменение стандартной свободной энергв (Лбл) при отщеплении фосфатной группы от фосфоглицерата прс участии воды составляет — 3,3 ккал/моль, а при отщепленни фос фата от фосфоенолпирувата (с преиращением ее в пнруват) онс равно — 14,8 икал/моль. Почему перемещение фосфатной группы в положение 2 в моне куле глицерата с отщепленисм при этом одной молекулы воды сопровождающееся изменением стандартной свободной энергиз всего на 0,4 ккал?моль, так сильно нлняет на количество свободнс1 энергии, высвобождающееся при последующем гидролизе фосфат ной связи? Рассмотрим реакции, представленные на рис.
7-3. Какова величина Лбе для превращения 3-фосфоглицерата в пиру ват через фосфоенолпируват (ФЕП)? (Вспомните, что Лбе для все1 реакции является суммой величин Лбе для ее отдельных ступеней ~ Какова величина Лбе для превращения 3-фосфоглицерата в пиру ват через глицерат? Чему равна величина Ьб' для превращена с глицерата в пируват? (Нужно помнить, что термодинамически~ величины являются функциями состояния, т.е. они описываю различие между начальным и конечным состояниями и не завися от пути перехода от одного состояния к другому.) Попытайтесь объяснить, почему фосфатная связь в фосфоеноя пирувате является макрозргической, а в 3-фосфоглнцерате — немая роэргической.
(Считайте, что изменение стандартной свободно1 энергии Лбе при отщеплении воды от глицерата составляе~ — 0,5 икал,смоль.) Как показано на рис. 7-2, превращение в клетках фосфоенолпир) вата в пируват сопряжено с синтезом АТР. Какова величина Л6' для этих сопряженных реакций? Преобраэоеанне энергии: митохондрии н хлороппасты 77 в фосфорилирующих условиях преимущественно происходит обмен: АРР, ру АТР у Р Вы предполагаете, что это обусловлено превращением АтлР в АТР внутри митохондрий. В результате образования АТР концентрация А(эР внутри митохондрий должна постоянно снижаться и тем самым должен создаваться концентрационный градиент, способствующий поступлению АВР в митохондрии.
Тот же процесс должен приводить к увеличению внутри митохондрий концентрации АТР, создавая соответствующие условия для выхода АТР. Чтобы проверить справедливость своей гипотезы, вы ставите опыты на изолированных митохондриях. В отсутствие субстрата (когда митохондрии не дышат и потенциала на их мембране нет) вы обнаруживаете, что АВР и АТР поглощаются с одинаковой скоростью. При добавлении субстрата митохондрии начинают дышать (поглощать кислород) и Ак)Р поступает в них гораздо быстрее, чем АТР. Как и предполагалось, когда вы добавляете вместе с субстратом разобщитель (динитрофенол), который разрушает градиент рН, АПР и АТР входят с одинаковой скоростью.
Однако когда вы добавляете в присутствии субстрата ингибитор АТР-синтетазы, олигомицин, АРР поглощается гораздо быстрее, чем АТР. Ваши результаты представлены в табл. 7-2. Вы озадачены результатом опыта с олигомицином, так как по вашей гипотезе скорости поглощения должны быть одинаковыми.
ра- атязь гии сри юс- эно Таблица 7-2. Поступление АОР и АТР в изолированные митохондрии (залача 7-8) Опыт Субстрат Иагаба тор Относительная скорость аоступлсапя ~леды, гни ной !ат- АОР = АТР АОР > АТР АОР = АТР АОР > АТР Отсутствует Присутствует Присутствует Присутствует Нет Нег Дяннтрофснол Олнгомнпнн Ння НМ ь~н „( !! 11 Π— Р— Π— Р— Π— Р— Π— С !! 1 !ру. ,сей ей.) ру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
