Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 94
Текст из файла (страница 94)
Д. Неправильно. При транспорте электронов протоны выкачиваются из митохондриального матрикса в межмембранное пространство. Е. Правильно. Ж. Правильно. 3. Неправильно, АТР-синтетаза ориентирована во внутренней мембране так, что АТР синтезируется в матриксе, после чего выносится из матрикса АПР/АТР-транслоказой, действующей по принципу антипорта. И. Неправильно. Легче протекают реакции с отрицательным значением А6, т.е. те, которые сопровождаются уменьшением свободной энергии.
К. Правильно. 334 Глава 7 7-3 Результат, полученный Кнопом, на первый взгляд кажется удивительным. Можно было бы полагать, что метаболизирование жирных кислот до СО, заключается в отделении СОз от конца цепи и следующем затем окислении нового конечного углеродного атома, чтобы и он мог отделиться в виде СОв Однако предположение об удалении одноуглеродных единиц не согласуется с результатами Кнопа, поскольку из него следует, что жирные кислоты с нечетным и четным числом атомов углерода должны давать один и тот же конечный продукт.
Не соответствуют полученные данные и отшепленню фрагментов, состоящих более, чем из двух углеродных атомов. Например, отшепление трехуглеродных фрагментов могло бы происходить в случае восьми- или семиуглеродных жирных кислот, как показано на рис. 7-1, но не в.случае шести- или пятиуглеродных жирных кислот. Наблюдавшееся различие в метаболизме жирных кислот с четным и нечетным числом атомов углерода можно объяснить только отщеплением двууглеродных фрагментов от карбоксильиого конца жирной кислоты. Возникает вопрос: почему последний двууглеродный фрагмент не отшеплялся от фенилуксусной кислоты? На процесс деградации, который включает модификацию третьего от карбоксильного конца атома углерода, влияет бензольное кольцо.
Поскольку в фенилуксусной кислоте этот атом углерода является частью бензольного кольца, он защищен от модификации, и расшепления феиилуксусной кислоты не происходит. Результаты Кнопа указывают также на последовательность деградации. А именно на то, что процесс начинается с карбоксильного конца, иначе бензольное кольцо должно было делать жирные кислоты устойчивыми к расщеплению либо во всех случаях выделялось бы одно и то же вещество. 7-4 А. Полное окисление лимонной кислоты до СО, и Н,О происходит согласно следующей равновесной химической реакции: С,Н,О„+ 4,5Оз — 6СО2 + 4Н~О. Таким образом, для полного окисления каждой молекулы цитрата требуется 4,5 молекулы кислорода. Результаты, представленные в таблице 7-!.
в свое время удивляли Кребса и других ученых, так как в ходе этой реакции поглощалось гораздо больше кислорода (40 ммоль), чем могло бы требоваться для окисления собственно цитрата. Только 13,5 ммоль кислорода требуется для полного окисления 3 ммоль цитрата (3 х 4,5). Этот расчет показывает, что лимонная кислота служит катализатором при окислении углеводов (в данных опытах это были эидогенные углеводы измельченных грудных мышц голубя). О каталитической роли других промежуточных соединений было известно и раньше. Однако Кребс был первым, кто объяснил это, предположив существование замкнутого цикла химических реакций,известного под названием цикла лимонной кислоты. Экспериментальное доказательство этого Кребс ясно изложил в своей статье.
Он писал: «Поскольку лимонная кислота действует в ткани как катализатор, то, вероятно, на первой стадии реакции она превращается в другое соединение, а затем вновь восстанавливается в следуюшей реакции. В итоге этих реакций цитрат, следовательно, не исчезает и накопления промежуточных продуктов не происходит. Для изучения последних нужно поэтому в первую очередь пай~и условия, прн которых цитрат исчезает из системы». Преобразование энергии: митохондрии и хлороллвстм 336 Б.
В присутствии ингибиторов метаболизма потребление кислорода находится на низком уровне, поскольку они препятствуют каталитическому действию цитрата. Величина поглощения, рассчитанная из уравнения реакции превращения цитрата в а-кетоглутарат и сукпинат, приблизительно соответствует количеству реально поглощаемого кислорода.
Для превращения цитрата в и-кетоглутарат нужно 1/2 моль кислорода: СеНзО„ + 0,5От - СзНеОэ + СОт + Н40. Для превращения цитрата в сукцинат требуется один моль кислорода: СеНзО7 + Оз — ~ С4НеО4 + 2СОт + НтО. Таким образом, наблюдаемая стехиометрия потребления кислорода соответствует расчетной. В. Отсутствие кислорода †э фактор, необходимый для демонстрации накопления цитрата, образующегося в цикле нз промежуточного продукта.
В присутствии кислорода цитрат действует как катализатор-сначала расходуется, а затем вновь образуется, так что он не накапливается, даже если добавить промежуточное соединение. В отсутствие кислорода превращение цитрата в а-кетоглутарат блокируется, поскольку для этой реакции нужен кислород. Поэтому в анаэробных условиях и в присутствии соответствующего промежуточного соединения цитрат накапливается. Из всех реакций цикла только для превращения щавелевоуксусной кислоты (ЩУК) в лимонную не нужен кислород.
Непосредственным предшественником ЩУК является яблочная кислота. Поскольку для превращения последней в цитрат нужен кислород, то и для превращения всех других промежуточных соединений в цитрат также необходим кислород. (Это косвенная потребность, опосредованная кофакторами: МАТУ' и БАР, которые принимают электроны от субстратов и передают их в электронтранспортную цепь и в конечном итоге на кислород.) На основе этих соображений можно было бы ожидать количественного превращения ЩУК в лимонную кислоту.
Однако в опытах Кребса при добавлении 300 ммоль ЩУК накапливалось только 13 ммоль лимонной кислоты. Обстоятельство, которого не знал Кребс, заключается в том, что лимонная кислота образуется в результате присоединения ацетил-СоА, еще не открытого к тому времени, к щавелевоуксусной кислоте. Образование же ацетил-СоА из его непосредственного предшественника, пировиноградной кислоты, зависит от кислорода. Г.
В клетках Е. сой и дрожжей цикл лимонной кислоты на самом деле функционирует. Кребс ошибался в этом вопросе, поскольку не подозревал (как и другие ученые в течение длительного времени), что цитрат не может поглощаться этими клетками. Именно из-за того, что не происходило поглощения цитрата, Кребс не наблюдал стимуляции потребления От, когда добавлял цитрат к интактным клеткам Е. соб или дрожжей. Чтобы нитрат проходил через мембрану, нужна мембранная транспортная система, которая есть в митохондриях, но отсутствует у дрожжей и у Е. со!к'. Литература: Кгеьз, Н.
А., Холтон, В'. А. ТЬе го1е о! снос ас1д |л гогепвегпа1е лгеГзЬо11зш )л алила1 бзевев Елзушо!ов)а 4:!48 — 156, 1937. 336 Глава 7 7-5 А. Если концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции одинаковы и равны 1 М, то реакция считается протекающей прн стандартных условиях, а величина Лб равна величине Лбв и составляет -7,3 ккал/моль.
Лб = Лбв + 2,3ГсТ)обсе НАПР] 1РД (АТР] = — 7,3 ккал/моль + 2,3 (0,00198 ккал/К х моль) х 1х1 х (310 К) х 1об,р 1 Поскольку 1о8,„1 равен О, Лб = — 7„3 ккал/моль. Если концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции равны 1 мМ, Лб составляет — 11,5 ккал/моль. 10 — з х 10-з Лб = — 7,3 икал/моль + (1,4 ккал/моль) 1об,р = — 7,3 ккал/моль + (1,4 ккал/моль) ( — 3) = — 7,3 ккал/моль — 4,2 ккал/моль Лб = — 11,5 юсал/моль.
Б. При данных концентрациях АТР, А(зР и Рь значение Лб при гидролизе АТР составляет — 11,1 ккал/моль. (0,001) (0,010) Лб = — 7,3 ктсал/моль + (1,4 ккал/моль) 1об,р (0,005) = — 7,3 ккал/моль+ (1,4 ккал/моль) ( — 2„7) = — 7,3 икал/моль — 3„8 ккал/моль Лб = — 11,1 ккал/моль. В. При равновесии величина Лб равна О. Если 1РД при равновесии равна 10 мМ, то отношение |АТР] к 1АЭР] будет равно б,1 х 1О з. (А)3Р] х (0,01) 0 = — 7,3 ккал/моль+ (1,4 ккал/моль)1о8, (АТР] 7,3 ккал/моль = (1,4 ккал/моль) (1об,р 0,01 + !обсе ГА)3Р]/гАТР]) = ( — 2) (1,4 ккал/моль) + (1,4 ккал/моль) 1обср [АПРИАТР] !об„р (А(3Р1/(АТР] = 1,4 ккал/моль = 7,2 1о8 р (АТРЯА1ЭР] = 7 2* (АТР]/(А)3Р] = б,1 х 10-з Г Прн постоянстве 1РД кахсцое изменение в 10 раз отношения гАТР]/ьА)УР] сопровождается изменением Лб на 1,4 ккал/моль.
Как показано далее, десятикратное увеличение отношения ьАТР]/гАПР] приводит к уменьшению Лб на 1,4 ккал/моль, Лб = Лбв + (1,4 ккал/моль) 1об,р ьА(3Р] 1Р;] (АТР] 1АТ)Р] = Лба + 1,4 ккал/моль - 1о8с р ЯРД + (1,4 ккал/моль) 1ой,р (АТР] Десятикратное увеличение отношения 1АТР]/1АПР] или, что то Преобразование знергии:митохондрии и хлоролласты 337 же самое, десятикратное уменьшение отношения [А13Р]/[АТР] приводит к уменьшению !ой„последнего отношения на — 1. Таким образом, каждое десятикратное увеличение отношения [АТР]/[АПР] должно приводить к уменьшению величины Лб на 1,4 ккал/моль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
