Дж. Уилсон, Т. Хант - Молекулярная биология клетки - Сборник задач (1120987), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Стократное увеличение отношения [АТР]/[А)3Р] снижает Лб на 2,8 ккал/моль; 1000-кратное увеличение этого отношения снижает Л6 на 4,2 ккал/моль. 7-6 А. Поскольку имеется только одно реагирующее вещество и один продукт, то отношение их равновесных концентраций не должно изменяться: [2-фосфоглицерат] К= [3-фосфоглицерат] К[3-фосфоглицерат] = [2-фосфоглицерат]. Таким образом, концентрация 2-фосфоглицерата регулируется константой равновесия. Какое бы количество 3-фосфоглнцерата ни добавляли, постоянная его часть превращается в 2-фосфоглицерат, так что при равновесии отношение концентраций должно оставаться неизменным.
Величина К равна 1,7 мМ/8,3 мМ или 0,20. Лбе для этой реакции равно Л6~ = — 2,3ЯЛо8„,К = — 2,3ЯТ1ойю [2-фосфоглицерат] 1 [3-фосфоглицерат] 1,7 = ( — 1,4 ккал/моль)!о8 8,3' Ь6~ = 0,9б ккал/моль. Б. Для реакции фосфоенолпируват — 2-фосфоглицерат константа равновесия равна [2-фосфоглицерат] К= [фосфоенолпнруват] и изменение стандартной свободной энергии будет равно [2-фосфоглицерат] Л6 = — 2,3КТ!о81о [фосфоенолпируват] 2,9 = ( — 1,4 ккал/моль) 1о8 "71 Даа = 0,54 / Для обратной реакции 2-фосфоглицерат — фосфоенолпируват константа равновесия равна [фосфоенолпируват] К= [2-фосфоглицерат] и изменение стандартной свободной энергии будет равно 7,1 Лба = ( — 1,4 ккал/моль) 1ой,е — ', 22 1424 338 Глава 7 Лбо = — 0,54 ккал/моль.
Таким образом, изменения стандартной свободной энергии для прямой и обратной реакций равны по величине и противоположны по знаку, В. Величина Лбо для суммарной реакции равна сумме величин Лб' для отдельных его этапов; однако величины Лбо должны относиться к соответствующему направлению реакции (т.е. направления отдельных реакций и суммарной реакции должны быть одинаковыми).
Для превращения 3-фосфоглицерата (ЗФГ) в фосфоенолпируват (ФЕП): Лбзег евп = Лбзег гег + Лбгег евп = о о = 0,9б ккал/моль + ( — 0,54 ккал/моль) Лбзег- евп = 0,42 ккал/моль. о 7-7 А. Величина Лбо для процесса превращения 3-фосфоглицерата (ЗФГ) в пируват (ПВ) и фосфат является суммой Лбо для отдельных его этапов: Лбзег пв = Лбзег евп + Лбевп-зпв о о о = 0,4 ккал/моль + ( — 14,8 ккал/моль), Лбзег пв = — 14,4 ккал/моль. Б. Величина Лбо для превращения ЗФГ в пнруват и фосфат не зависит от пути этого цревращення.
Таким образом, Лбе = — 14,4 ккал/моль. Величину Лб' для превращения глнцерата в ПВК можно рассчитать путем вычитания Лбо для реакции превращения 3-фосфоглицерата в глнцерат (Г) из суммарного Лбо; Лбг-пв = Лбзег- пв — Лбзег- г о о о = — 14,4 ккал/моль — ( — 3,3 ккал/моль), Лбо „в = — 11,1 ккал/моль. В. Проведенный выше анализ показывает, что в реакции превраще ния глицерата в пируват изменение стандартной свободной энергии очень велико.
Удаление воды (Лб' = — 0,5 ккал/моль) не вносит большого вклада в это изменение. Таким образом, превращение енолпирувата (ЕПВК) в пируват сопровождается, повидимому, большим изменением стандартной свободной энергии ( — 10,б ккал/моль), Из приведенного здесь обсуждения следует, что большая часть изменения стандартной свободной энергии а реакции превращения фосфоенолпирувата в пнруват ( — 10,6 ккал/моль из — 14,8 ккал/моль) относится к превращению енолпирувата в пируват и не связана с пщролизом фосфатной связи.
Действительно, величина изменения стандартной свободной энергии в реакции превращения фосфоенолпирувата в пируват ( — 14,8 ккал/моль) близка к сумме следующих изменений: изменение свободной энергии в реакции превращения енолпирувата в пируват (около — !1 ккал/моль) и обычное изменение стандартной свободной энергии при гидролизе простой эфирной связи, присоединяющей остаток фосфорной кислоты (около —.3,0 ккал/моль). Таким образом, фосфатная связь в фосфоенолпирувате является макроэргической, потому что ее гидролиз связан с термодинамически выгодным превращением енолпирувата в пнруват.
Г. Величина Лбо для сопряженных превращений фосфоенолпирувата в пируват и А)ЗР в АТР равна — 7,5 ккал/моль. Ее можно Преобразование энергии: митохондрии и хпороппасты ЗЗЗ вычислить путем сложения величин Або отдельных реакций: фосфоенолпируват — пируват + Р, Абс = — 14,8 икал/моль, А(УР+ Р, — »АТР Лбе = 7,3 ккалгмоль. Итого: ФЕП + АОР— ПВ + АТР о А~ееп е АОР па е »те его! пв + ~~~АоР Атг = — 14,8 ккал1моль + 7,3 ккал1моль Абееп е хое- пв э хтг = — 7,5 икал/моль Лвтератураг А|ран»пн, Р. Мегаьо1гс Кепегабоп апд пг1!!»вг!оп ог рьо»рьаге Ъопг! епегку.
Адч. Ваку»по!. 1: 99 — !62, !94!. 7-8 Ключ к пониманию этих результатов состоит в том, что реакция обмена АПР на АТР электрически не нейтральна. АТР несет четыре отрицательных заряда, а А13Р— только три отрицательных заряда (рис. 7-4). В результате каждый обмен А13Р на АТР приводит к возникновению отрицательного заряда на той стороне мембраны, которая получает АТР. В дышащей митохондрии существует электрохимический протонный градиент на внутренней митохондриальной мембране, в соответствии с которым наружная сторона заряжена положительно.
Результирующая протоидвижущая сила обеспечивает обмен АТУР из цитоплазмы на АТР, находящуюся внутри митохондрий, что связано с уменьшением положительного заряда на внешней стороне внутренней мембраны. Результаты ваших опытов говорят о том, что обмен наружной АПР происходит в большей степени, чем обмен наружной АТР, в условиях, когда мембрана заряжена: если в среде присутствует субстрат и нет ингибитора или если присутствуют субстрат и ингибитор АТР-синтетазы (табл.
7-2, опыты 2 и 4). Когда электрохимический протонный градиент отсутствует, а именно когда нет субстрата или когда градиент разрушается нз-за того, что мембрана становится проннцаемой для протонов, АДР и АТР обмениваются с одинаковыми скоростями (табл. 7-2, опьпы 1 и 3). Электрогенная природа АРР1АТР-антипорта имеет важные физиологические последствия.
По-существу при этом обмене энергия электрохимического протонного градиента используется как движущая сила для осуществления транспорта, благодаря которому отношение АТР1АПР в цитозоле остается высоким (до 50). Такая разница в концентрациях этих нуклеотидов обусловливает до одной трети изменения свободной энергии (Ьб) при гидролизе АТР в цитоплазме. Лвтератураг №сьо11», Р.Г1. Вгоепегвебсе, рр.
159 — 164. 1.опдоп:Асаг!опт!с Рге»», !982. Т»аде!о0; А. М!госьопг!па, рр. 212 — 213. 14етт Уогрс Р1епшп Рге»», 1982. Дыхательная цепь и АТР-синтетаза 7-9 А. АТР-синтетаза Б. цитохромы В. железосерный центр Г. хиноны Д. ферментные комплексы дыхательной цепи Е. комплекс ХАРИ-дегидрогеназы Ж. комплекс Ь вЂ” с, и 340 Глава 7 3.
комплекс цитохромоксидазы И. сопряженные окислительно-восстановительные пары К. редокс-потенциал (окислительно-восстановительный потенциал) Л, дыхательный контроль 7-10 я, Ояносатяеневтыр механизм а н ,/ КОР— Π— Р =ДОте Ь Ото 1 х Р— Отт О Инверсия Б, Авухстунвиввтъм механизм 8 / АОР— Π— Р с ЛОаа Х фермент О н ~1 О '— О 7-11 А. Это тонкий эксперимент, позволяющий определить, какой меха низм действует; с переносом одной фосфатной группы или с переносом двух фосфатных групп. Так как перенос каждой фосфатной группы ведет к инверсии структуры относительно атома фосфора, то механизм одноступенчатого переноса приводит к такой инверсии, а механизм двухступенчатого переноса-к возврату исходной конфигурации (инверсия после инверсии приводит к возвращению в исходное состояние).
Как показано на рис. 7-25, прямое взаимодействие АТР с молекулой воды, в результате которого образутотся АВР и фосфат, является одноступенчатым процессом, приводящим к инверсии конфигурации. Гидролиз АТР через промежуточное фосфорилированное соединение представляет собой двухступенчатый механизм, а следовательно, конфигурация фосфата должна возвратиться к исходной форме. (Заметьте, что этот результат, однако, не позволяет провести различия между одноступенчатым механизмом и механизмами, включающими три нли любое другое нечетное число переносов фосфата.) Х.фермент / Отт — Р )Ота О Сохранение Рвс. 7-25. Стсрсохпмичсская схема реакций гядродяза АТР по одно- ступенчатому (А) и двухступенчатому (Б) механизмам (отвст 7-11). Б.
Инверсия конфигурации при гидролизе АТР под действием АТР- синтетазы указывает на то, что механизм реакции не включает два А. Правильно. Б. Правильно. В. Неправильно. АТР-синтетаза представляет собой ферментный комплекс с обратимым действием. Направление его действия зависит от соотношения между величинами электрохимического протонного градиента и локального Аб для гидролиза АТР. Г. Правильно. (Субмитохондриальные частицы представляют собой вывернутые наизнанку мембраны, поэтому протоны закачиваются в везикулы, что приводит к подщелочению среды.) Д. Неправильно. Хотя в большинстве белков дыхательной цепи роль переносчиков электронов выполняют атомы железа, однако в одном белке в этом качестве выступает молекула флавина, а в двух белках — атомы меди.
Е. Правильно. Ж. Неправильно. Три дыхательных ферментных комплекса, по-видимому, существуют как независимые единицы, расположенные в плоскости внутренней мембраны, упорядоченный же перенос электронов происходит только за счет специфических функциональных взаимодействий между компонентами цепи. 3. Правильно.
И. Правильно. К. Неправильно. Слабые липофильные кислоты действуют как разобщающие агенты, которые разрушают протондвижущую силу и блокируют синтез АТР; однако они усиливают поток электронов через дыхательную цепь за счет того, что снимают дыхательный контроль, осуществляемый электрохимическим протонным градиентом. Л. Правильно. М. Правильно. Н. Правильно. Преобразование энергии; митохондрии и хлороппасты 341 переноса.
Следовательно, здесь не требуется привлечения модели с фосфорилированным интермедиатом. Таким образом, при гидролизе аденозинтрифосфата АТР-синтетазой происходит, вероятно, прямое взаимодействие АТР с водой (Н,О). Если гидролиз представляет собой обращение реакции синтеза (по-вндимому, это именно так и есть), то синтез АТР из АГ)Р и фосфата также должен протекать прямо, без каких-либо гипотетических фосфорилированных интермедиатов. (Механизм, включающий три переноса фосфата, при этом не исключается но он, по-видимому, гораздо менее вероятен.) Латератураг Иевд, М. Я., 6гиЬгаеуег, С., Рене)вГгу, 0.5., Тгеагяат, ГГ.Я.
ТЬе ввегеосЬепнса1 соагве оГ РЬоврЬопс гев!гГие ггаавГег сава!угад Ьу ЬееГ Ьеагв пг1госЬоадпа1 АТРаве. д Вю!. СЬеаг. 255; 11637 — 11639, !980. 7-12 А. Кислород получает электроны из электронтранспортной цепи и восстанавливается до НвО. Следовательно, в присутствии кислорода цитохромы должны освобождаться от своих электронов, т.е. окисляться. В присутствии кислорода полос поглощения не наблюдается, следовательно, окисленные формы не поглощают свет. Восстановленные формы цитохромов поглощают свет и дают характерные полосы поглощения. В отсутствие кислорода цито- хромы принимают электроны от субстратов (становятся восстановленными), но ие могут передать их на кислород.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
