Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Молекулярная масса К натив- ного белка при определении гель-фильтрацией найдена равной 245 кДа'. В денатуриру-. ющнх условиях при гель-олектрофорезе белок разделился на две полосы. Для определения молекулярной массы этих полипептидов в денатурирующих условиях проводили гельэпектрофорез калибровочных белков (т.е. белков с известной молекулярной массой). Для *Дальтон (Да, или )За) — единица молекулярной массы биополимера, равная ~г'!2 массы атома !ЗС (1 дальтон = 1,661 10 24 г). 337 Концентрация многлобина, мг/мл Относительная интенсивность флуоресценции...
0(фон) 31,20 62,00 125 250 500 1000 43,235 76 550 !33 675 238 347 427 101743 121 ГЛАВА 8 ОСНОВЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ Белок Молеку- лярная масса, кДа Белок Молеку- лярная масса, кДа Химотрипскноген а-Субъеднннца Р И К-полн меразы АьСубъелнница 25 40 1 0,81 а-Субъеднница 90 0,49 Мнозпн Каталаза Овальбумнн 220 60 45 0,16 0,69 0,82 155 0,29 А! -Субъеднница 155 0,31 (8.1) 3С =,36о + ))71пП. [!'Р— Айо) [йз!Щ Ьа= ЬЕ ° АГЬ вЂ” !и„— —;~. (8.2) 339 всех белков нэ результатов гель-электрофореза были определены откосительные значен ))/ злектрофоретической подвижности относительно белка химотрнпсиногена (белок наименьшей массой).
Для калибровочных белков получены следующие значения )!-. Для )!/ определяемых белков получены значения 0,49 (о-субъелнннца) и 0,84 (!)-субьединица). Интенсивности окраски полое красителем, используемым лея проявления белков, относятся приблизительно как ! 2. 1!астройте калибровочную кривую в координатах 1 У вЂ” У. 8 Аà — 8/.
Определите мотскулярную массу неизвестных белков. Что можно сказать о субъединичном составе феннлаланин-тр1!К-синтетазы? 7.8. Для рнбосомнога безка 82 малой субъеднннцы печени крысы получены значения константы седнментацнн 2,!28, коэффициент лнффуэнн д = 5,88 смт/с и парцнальный удельный объем У = 0,739 мл/г. Иайднтс люлекулярную массу белка и отношение /// о найденного коэффициента вязкого треннл к рассчитанному по уравнению Стокса. Живые организмы представляют собой термодинамически неустойчивые системы. Для их формирования и функционирования необходимо непрерывное поступление энергии в форме, пригодной для многопланового использования. Поскольку временной масштаб биохимических превращений, восприятил и передачи сигналов, двигательных процессов таков, что за это времл изменения внешнего давления и температуры незначительны, то с достаточной степенью точности биохимические процессы в живых организмах можно рассматривать как изобарно-изотермические.
Поэтому в качестве термодипампческой характеристики этих процессов можно использовать изменение нзоба!пю-изоте!жи~ческого потенциала или энергии Гиббса ЬС. !)птег!эальпо любой процесс в таких системах может идти самопроизвольно только прн умепыпепнп эперпш Гиббса. Поэтому все многочисленные биохимические превращенил, идущие с ее увеличением (эндэргонические), должны протекать сопрян<енно с процессамп, сопровождающимисл уменьшением энергии Гиббса (экзэргопнческими), причем суммарньш итог должен характеризоваться значением ЬС < О.
Количественной термодинампческой характеристикой химического процесса является величина Лбе, представляющая собой изменение энергии Гиббса при протекании реакции при стандартных концентрациях компонентов — исходных веществ и продуктов реакции. Обычно в качестве таковых для растворителя принимают активность, равную единице, а для всех остальных компопептов— концентрации 1М. Следует прн этом иметь в виду, что сама по себе вслпчнна або еще не характеризует направление процесса, которое определяется знаком величины !3С, связанной с !Або соотношением Здесь П вЂ” так называемое произведение реакшш, равное отношению и!зонзведения концентраций (активностей) всех продуктов реакции а степенях, равных стехиометрическим коэффициентам этих продуктов в уравнении процесса, к такому же произведению для исходных веществ. Например, для реакции гидро- лиза ЛТФ (РРР— Або) до ЛДФ (РР— Або) и ортофосфата в разбавленном водном растворе, принимая активность воды равной единице, л~ожпо шшнсать Однако, как видно из и! нведепного примера, стоящая под знаком логарифма величина является функцией активности попов водорода, т.е.
рй раствора, пос- (8.7) (СП~СНП) [НЛН Н) "Пи,синяя[ г~~» (8.3) (8.8) л ьо — Л(е/(пг) ЬС = Лбе' + ХГ 1а (8.4) 2П'.+ 2е — + Н (8.5 Х= ехр[ —.эР'/(КТ)1 = 05 340 кольку в биологически значимых условиях, т.е, в области значений рП, близких к 7, все три компонента находятся в частично иопиэоваппом состоянии и деля неиониэованных форм, входящих в выражение (8.2), невелика. Более того, эта доля по-разному изменяется для каждого пз компонентов при изменении рП. Масштаб вклада изменений рН в величину йС можно наглядно продемонстри ровать на примере реакции окисления этапола, описываемой уравнением СН,СНэПП+ 810 =00э080+ Нзй.й+ П (У!11.!) Слагаемое ХГ!в(П'1 при рН 7 составляет — 5,7 7 = 40 кДж/моль.
Это довольно ' значительная величина, как будет видно нз значений стандартных изменений энергии Гиббса для процессов, имеющих значение в биоэнергетике. Поэтому, чтобы иметь дело со значениями, более адекватно отражающими преимущественное направление того или иного процесса в биологически значимых условиях, в биохимии принято пользоваться величинами ЬР', которые соответствуют стандартному состоянию с концентрацией всех растворенных веществ 1М, а ионов водорода — 10 гМ.
С использованием этой величины выражение (8.1) для реакции окисления этанола запишется при рй 7 в виде а при произвольном зиачешп1 рП вЂ” в виде Наглядное представление о различии величин ЬР и Лбе' дает сравнение их значений для реакции Из физической химии хорошо известно, что все значения ЬР для реакций с участием заряженных частиц носят относительный характер и, чтобы приписать им абсолютное значение, принимается, что ЬР для окисления водорода равно нулю. В то же время для окисления водорода прп РП 7 при стандартном значении парциального давления Пз и активности попа водорода !О' М ДР' = ЛР + К71в((Н']э/р ) = -79,8 кДж/моль П Значение ЬР' дает достаточно хорошее представление о направлении бпох мического процесса в нейтральной среде, если соотношения компонентов пезпач тельно отличаются от стехиометричоскпх и если процесс без учета ионов Н' молекул воды идет без изменения числа частиц.
Например, для реакции пзомерпзации глюкоза-6-фосфата во фруктово-6-ф фат ЬР ' = 1,7 кДж/моль и в соответствии с этим при 25'(' (298 П) Следовательно, в равновесной смеси концентрация глюкозе-6-фосфата пример в два раза превышает копцентрацшо фруктозоч1-с)юсфата. Для реакции фосфор лирования глюкозы, протека1ощей по реакции С! с + РРР— 16о 01с — НР +!'Р— Ас!о, (7111.2 ЛР' ж — 16,7 кДж/моль и, следовательно, Х = 850. Это означает, что в стехиометрической смеси при рН 7 отношение концентраций продуктов к концентрациям исходных веществ в равновесии составит 1Х = 29, т.е. реакция пройдет в сторону образования глюкозо-6-фосфата с выходом более чем 95%. Если число частиц в реакции возрастает, то уменьшение абсолютных значений концентраций компонентов будет способствовать смещению равновесия в сторону, продуктов реакции. Например, реакция превращения фруктово-1,6-дифосфата в смесь глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата характеризуется довольно высоким положительным значением величины ЬР' = 23,8 кДж/моль.
Однако при концентрациях компонентов 10 4 М в стехиометрической смеси всех трех компонентов ЬС составит ЬС = +23,8 + ЯТ) п(10 4) = 23,8 — 22,8 = 1 кДж/моль, т,е, близко к нулю. В равновесной смеси при этом будут присутствовать соизмеримые количества исходного вещества и продуктов реакции. Большое число важных для биоэнергетики процессов являются окислительповосстановительными. Для таких процессов наряду со значением ЬР можно использовать величину ЬР— стандартную разность окислашельно-оосстаиоавшельнмк потенцаалоо для двух сопряженных пар окислитель — восстановитель, участвующих в превращении.
Связь между этими величинами имеет вид где я — число электронов, переносимых от восстановителя к окислителю; Р— постоянная Фарадея. Удобство такого представления прежде всего состоит в том, что появляется возможность характеризовать относительные окпслительные, а следовательно, и восстановительные свойства каждой сопряженной пары и тем самым расположить их в определенный ряд в порядке убывания потенциала Р.
Величина ЬР для любого процесса получается в аиде разности величин Ю для каждой из двух участвующих в процессе пар. Так же как и для значений ЬР, в биохимии принято пользоваться величинами Пв, полученными для стандартного состояния, соответствующего рН 7. 8.1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ Развитие жизни на Земле пошло по пути использования в качестве главного экзэргонического процесса, обеспечивающего бноэиергетические потребности живых организмов, практически универсального для всей живой природы химического превращения гидролиза одной из пирофосфатных связей в молекулах вденозин-5'-трифосфата (АТФ) или, реже, гуапозин-5'-трифосфата (Г1Ф). Уже на примерах, приведенных в предыдущих разделах курса, видно, сколь многопланово используется гидролиз ЛТФ и ГТФ для обеспечения энергетических потребностей процессов жизнедеятельности.
Это прежде всего синтез различных соединений, в том числе биополимеров. Гпдролиз ЛТФ до ЛМФ н пирос)юсфата, сопряженный с аминоацплированием транспортных !'НН, покрывает минимальные энергетические затраты при биосинтезе белков (см. Э' 4.6 и 5.6). Фосфорилироваиие нуклеозид-5'-фосфатов до соответствующих ди- н трифосфатов, которое происходит с участием двух молекул АТФ в качестве доноров фосфата, 341 сопровождается исчезновением двух пирофосфатных связей в молекулах АТФ в расчете на каждую молекулу исходного иуклеотида, но при этом обеспечивает энергетику биосинтеза нуклеиновых кислот (см. 1 5.4 и 5.5).
Гидролиз АТФ до АДФ и ортофосфата способствует направленному перемещени»о ДНК-геликаз в вилке репликации и направленной перестановке нитей ДНК при создании отри- ' цательных супервитков в ходе функционирования топоизомеразы 11 (см, 1 5.4), Гидролиз ГТФ до ГДФ и ортофосфата является необходимым условием эффек тивной транслокации мРНК и пептидил-гРНК в синтезе пептидов на рибосомах (см. э 5,6). Гидролиз АТФ Ха', К'-зав»»симой АТФазой обеспечивает создание градиента концентраций ионов натрия и калия между содержимым клетки и окружающей средой, необходимого для возникновения потенциала покоя и, в случае передачи возбуждения, в синапсе — для возникновения потенциала действия и его перемещения вдоль нервного волокна (см. 1 2.1). В высокоорганизованной системе, каковой является мышечное волокно, тот же гидролиз АТФ до АДФ и ортофосфата является источником энергии для синхронного перемещения нитей белка актина, находящегося в комплексе с другим мышечным белком, миозином, что приводит к мышечному сокращению и совершению механической, работы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
