Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Концепции Липмана сыграли большую роль в стимулировании интереса к биоэнергетике. 0 ~( -Π— Р— О0 н,с=с — с ( у о- о о (( НС вЂ” С вЂ” Π— Р— О 3 о- Феефоенененруает Фщетнефевфет 13 Рис. 11.7. Соединения, имеюзцие более высокий потенциал переноса фосфатной группы, чем АТР. энергии. Предположим, что стандартная свободная энергия превращения А в В равна + 4 акал)монти А В Лбв' = + 4 ккал)моль. В соответствии с уравнением (13) (раза.
! !.2) константа равновесия К,', этой реакции при 25'С выражается отношением *' =К' =!О "'"=1,15 !О ' [В], [А],„ Таким образом, А не может спонтанно превратиться в В, если молярное отношение В к А равно или больше 1,15 1О з. Однако превращение А в В возможно и в том случае, если отношение [В]/[А] превышает 1,15 10 з при условии, что реакция сопряжена с гидролизом АТР. Суммарное уравнение этой новой реакции булет иметь следующий вид: А+ АТР+ НзО= В+ А)3Р+ Р + Н ЛОь' = — 3,3 ккалгмоль, Указанное изменение стандартной свободной энергии ( — 3,3 ккал/моль) представляет собою сумму ЛСзь' для превращения А в В (+ 4 акал)моль) и для гидролиза АТР ( — 7,3 ккал/моль). Константа равновесия этой сопряженной реакции выражается отношением: [В] ч [АОР]чч [Р']чч 3 зн зь [А],„[АТР].ч =207 10 В состоянии равновесия отношение [В] к [А] дается уравнением [В], [АТР], [А], 'ч [А)3Р],ч [Р, ], о Снз О !( н ! 0 — Р— Н вЂ” С вЂ” Н вЂ” СНз — С о-о нн,+ яре етннфеефат Система генерирования АТР в клетках под- держивает отношение [АТРИДА(3Р] [Р,.
] на высоком уровне, обычно порядка 500. Для такого отношения [В],. — " = 2 67 10з 500= 134 10з [А]„ Это означает, что гидролиз АТР обеспечивает возможность превращения А в В до тех пор, пока отношение [В])[А] нс постигнет значения 1,34 10з. Указанное равновесное отношение резко отличается от значения 1,15.10 з для реакции А В в отсутствие гидролиза АТР. Другими словами, сопряженный гидролиз АТР изменил равновесное отношение В к А примерно в 10в раз. Мы видим, таким образом, что термодинамическая сущность роли АТР— это функционирование в качестве энергосопрягающего агента.
Клетки поддерживают содержание А ТР на высоком уровне, используя свет и окислясмые субстраты в качестве источников свободной энергии. Гидролиз одной зчолскулы А ТР резко сдвигает равновесное отношение концентрации продуктов к концентрации реагирующих веществ в сопряженной реакции — примерно в 1Ов раз. В более общем выражении гилролиз и молекул АТР изменяет равновесное отношение сопряженной реакции (или последовательности реакций) в 10'" раз. Например, гидролиз трех молекул АТР в сопряженной реакции изменяет равновесное отношение в 10'ч раз. Таким образом„термодинамически невыгодная последовательность реакций .может быть превращена в термодинамически выгодную путем сопряжения с гидролизо.и достаточно большого количества молекул АТР. Надо также подчеркнуть, что А и В в прелыдущем уравнении сопряженной реакции имеют очень общее значение.
Например, А и В могут представлять различные конформации белка (например, при мышеч- 11. Мез.аболнзм: основные положения н обозначения Активный участок О 1) с — мн 2 Н О О вЂ” Р— О— НО ОН О ЙН, Нтл нс .с М О вЂ” Р— О— О НО Строение окисленной формы никотинамидадениндинуклеотида ()чАР') и никотин- амидадениндинуклеотидфосфата ()ь)АРР'). В )ь)АР' В = Н. в )х)АРР+ В РОзэ Рис. 11.8.
11.8. )ь)АРН и ЕАРНэ — основные переносчики электронов при окислении топливных молекул Хемотрофы получают свободную энергию в результате окисления молекул, выполняю- щих роль топлива, таких, как глюкоза и жирные кислоты. У аэробных организмов единственным акцептором элек гранов является Оэ. Однако электроны не перено- сятся прямо на О, от топливных молекул и продуктов их распада. Эти соединения Часть П. Генерирование н хранение энергии 14 ном сокращении).
В других случаях символы А и В могут относиться к концентрацияч ионов или,иотекул вне и внутри клетки, как при активном транспорте пищевых веществ. Кроме того, А и В могут обозначать различные химические категории, в частности при биосинтезе сложных молекул из простых предшественников. В последующих главах мы рассмотрим многие важныс механизмы сопряжения энергии в биологических процессах. переносят электроны к специальным переносчикам-либо ниридиннуклеотидам, либо флавинам.
Восстановленные формы переносчиков доставляют затем свои обладающие высоким энергетическим потенциалом электроны к Оэ по цепи переноса электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий. Перенос электронов по цепи сопровождается образованием АТР из АРР и Ры Этот процесс, называемый окислительным фосфорилированием (гл. 14), служит основным источником АТР у аэробных организмов, Кроме того, электроны с высоким энергетическим потенциалом, возникающие при окислении топливных молекул, могут бьсть использованы в процессах биосинтеза, для осуществления которых помимо АТР требуются воссгановительные эквиваленты. Никотинамидадениндинуклеотид()ь)АР')- главный акцептор электронов при окислении топливных молекул (рис. 11.8).
Реакционноспособная часть )ь)АР~ -его никотинамидное кольцо. При окислении субстрата никотинамиднае кольцо )т'АО+ присоединяет ион водорода и два электрона, которые являются эквивалентами гидридиона. Восстановленная форма этого переносчика-- МАРН. Н Н Н сонн СОНН, +Н+Чзв = ! и М й й НАО+ НАОН ХАР" -акцептор электронов во многих реакциях типа МАО++й — С вЂ” й' — НАОН + й — С вЂ” й'+Нь ( ОН О В ходе этого дегидрирования один атом волорода субстрата прямо переносится на )ь(АР~, тогда как второй переходит в растворитель.
Оба электрона, теряемые субстратом, переносятся на никотинамиднос кольцо. Второй основной переносчик электронов при окислении топливных молекул- флавинадениндин гклеотид (рис. 11.9). Сокращения, используемые лля обозначения окисленной и восстановленной форм этого переносчика,— соответственно ГАР и н о с н с н,с — г~~ "с" ~~с -н — н (! и н Н Н вЂ” С вЂ” Н Н вЂ” С вЂ” ОН Н вЂ” С вЂ” ОН нн, Н вЂ” С вЂ” ОН С пел С Н Н вЂ” С вЂ” Н !! си нс. с '' О О ~н~ (! О=е — Π— Р— ОСн, О "О О н н Н Н НО ОН Рис. 11.9. Строение окисленной формы флавинадениндинуклеотида (ГАР).
ГАРНЗ. ГАР является акцептором электронов в реакциях типа Н Н ! ЕАО+Я вЂ” С вЂ” С вЂ” В' РАОН +  — -С=С вЂ” Й' ! ' ! Н Н Н Н Реакционноспособная часть ГАР— это его изоаллоксазиновое кольцо (рис. 11.10). ГАР, подобно )ь(АР', присоединяет два электрона. Однако ГАР в отличие от )з(АР' присоединяет оба теряемых субстратом атома волорода. Потенциалы переноса групп у МАРН и ГАРНЗ и термодинамика окислительио-восстановительных реакций рассматриваются в гл.
)4. 11.9. ХАРРН вЂ” главный донор электронов в взсстановительном бносннтезе Соединения, играющие в биосинтетических путях роль предшественников, бываю~, как правило, окислены сильнее, чем пропукты реакции. Поэтому для осуществления процессов биосинтеза кроме АТР необходимо наличие восстановительноз о эквивалента. Например, при биосинтезе жирных кислот оксогруппа добааленнозо СЗ-предшесзвенника восстанавливаезся в несколько стадий в мезилсновую группу.
Эта последовательность реакций требует присоединения четырех электронов О П вЂ” СН вЂ” С вЂ” П' -Ь 4 Нь + 4 Е"—  — СН вЂ” СН вЂ” Я'+ Н О 2 2 2 Роль донора электронов в большинстве процессов восстановительного биосинтеза выполняез восстановленная форма никотинамидаденипдинуклео гидфосфа з а (Х А РРН; рис.
11.8). ХАРРН отличается от МАРН наличием фосфата, связанного эфирной связью с 2'-гидроксильной группой аденозина. Окисленная форма )ь(АРРН обозначается как )ь(АРР . )з(АРРН переносит элекзроны таким же образом, как )ЧАРН. Однако ПА(ЭРН используется почти исключительна в процессах восстановительного биагиптеза, таеди кик ХАЕН используется преим>ществезЗпа для ге22ерирования АТР. Дополнительная фосфатная группа )ь(АРРН вЂ” это участок, ответственный за осуществление целевого предназначения молекулы, состоящего в распознавании ферментами. Биологическое значение разграничения функций между )ь(АРРН и )з)АРН рассматривается в гл.
15 (стр. 95). Важно отметить, что (чАРН, ХАРРН и ГАРНЗ в отсутствие катализаторов реагируют с 02 очень мсдленно. Гидролиз АТР в отсутствие катализатора также илет с низкой скоростью. Данные молекулы кинетически совершенно стабильны, хотя существует болыпая термодинамическая лвижушая си- Н О (! с н с н,с — с~~ с с ~н — н ! НзС С~~ С .С С О с н ! ! Н Окнаааннан бвана (вАО) Рнс. 11ЛО. Строение реакционпоспособных частей ГАР" и ГАРН Н Н О ! С н С НС вЂ” С2 С' С Н вЂ” Н (! (! НзС С С С С О С Н ! Н В Н Вааазанаананнан форне (вАОнз) 11. Метаболизм: основные положения и обозначения НН, Н' С-"й с гсН НС С Н О ОНО Снэ О О !) НБ — СНг — СН1 — Н вЂ” С вЂ” СН1 — СН,— и — С вЂ” С вЂ” С вЂ” СН,— Π— Р— Π— РО Н Н Н СН, О О Л.мврквптоатииамии Паитотвиоваи кислота О ОН О=Р— О ) О Кяфвринит я )свЗЦ Лба' = — 7,5 ккал!Молэь Чэс иереиссится в акти- вироваиисй ферме Мслскула-переиссчик Фссфсрильиая группа Электроны Ат ЫАОН и НАОРН ГАРН, Кофермент А Липсамид Тиамиилирсфссфат Балтии Тстрагилрсфслят Аиильиая группа Альдетид Соэ Олисуэлсродиый фрам меи~ Метильиая группа Глюксэа О Н,С вЂ” С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
