Том 1 (1129743), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Если в реакции происходит окисление, то ему обязательно сопутствуетвосстановление.2.6. Сопряжение энергетически неблагоприятной реакции А → B со второй,благоприятной, реакцией B → C сместит константу равновесия первой реакции.2.7. Критерием возможности самопроизвольного протекания реакции является ΔG, а не ΔG°, потому что ΔG зависит от концентрации субстратов и продуктовреакции.Глава 2.
Химия клетки и биосинтез 1952.8. Поскольку гликолиз является лишь «прелюдией» к окислению глюкозыв митохондриях, где выход ATP в 15 раз больше, — значит гликолиз не так ужи важен для клеток человека.2.9. Кислород, потребляемый в процессе окисления глюкозы в животныхклетках, возвращается в атмосферу в виде CO2.Обсудите следующие вопросы2.10. Органическую химию живых клеток называют особой по двум причинам:она царствует в водной среде и отвечает за протекание некоторых очень сложныхреакций. Но считаете ли вы, что она и в самом деле так уж сильно отличается от органической химии, освоенной ведущими лабораториями мира? Поясните свой ответ.2.11.
Молекулярная масса этанола (CH3CH2OH) равна 46, а его плотность —0,789 г/см3.A. Какова молярная концентрация этанола в пиве, которое содержит 5 % этанола по объему? [Содержание алкоголя в пиве колеблется приблизительно от 4 %(легкое пиво) до 8 % (крепкое пиво).]Б. Существуют различные нормы допустимого количества алкоголя в кровиводителя, но чаще всего упоминается 80 мг этанола на 100 мл крови (обычно говорят: уровень алкоголя в крови 0,08).
Какова будет молярность этанола в кровичеловека, если он не рискнет выйти за рамки дозволенного?В. Сколько бутылок по 12 унций9 (355 мл) 5 %-го пива может выпить человек,масса которого 70 кг, и при этом не превысить допустимую норму содержания алкоголя в крови? В теле человека содержится приблизительно 40 л воды. Не учитывайте метаболизм этанола и сделайте допущение, что содержание воды в организмеэтого человека за все время его возлияний остается постоянным.Г. Этанол, независимо от его концентрации, усваивается с постоянной скоростью около 120 мг в час на кг массы тела.
Если бы человек весом 70 кг вдвоепревысил предусмотренный законом предел (160 мг/100 мл), сколь долго емупришлось бы дожидаться того момента, пока уровень алкоголя в крови не снизитсядо допустимого предела?2.12. Под удельной активностью понимают количество радиоактивности на единицу количества вещества, обычно в биологии выражаемого, например, в Ки/ммоль.[Один кюри (Ки) соответствует 2,22·1012 актов распада в минуту (распад/мин).]Как видно из таблицы Q2.1, в которую сведены свойства четырех изотопов, частоиспользуемых в биологии, существует обратная зависимость между максимальнойудельной активностью и периодом полураспада.
Как вы считаете — это лишьслучайное стечение обстоятельств или тому есть какая-либо причина? Обоснуйтесвой ответ.2.13. По удачному совпадению, ионное произведение воды, Kw = [H+][OH–],является хорошим круглым числом: 1,0 · 1014 М2.A. Почему раствор при pH 7,0 называют нейтральным?Б. Какова концентрация H+ и pH раствора NaOH с концентрацией 1 мМ?В. Если pH раствора 5,0, то какова в нем концентрация ионов ОН–?2.14. Предложите упорядоченный ряд значений pK (от низших к высшим)для карбоксильной группы в боковой цепи аспартата, находящейся в составе белкав следующем окружении. Объясните предложенный вами порядок.9пер.Американская мера объема жидкости: унция жидкости равна 29,57 см3, или 0,02957 л.
— Прим.Часть 1. Введение в мир клетки196Таблица Q2.1. Радиоактивные изотопы и некоторые их свойства (к задаче 2.12)РАДИОАКТИВНЫЙИЗОТОП14C3H35S32PИСПУСКАНИЕПЕРИОДПОЛУРАСПАДАβ-частицаβ-частицаβ-частицаβ-частица5 730 лет12,3 года87,4 дня14,3 дняМАКСИМАЛЬНАЯУДЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ(Ки/ммоль)0,062291 4909 1201. Боковая цепь аспартата на поверхности белка в отсутствие каких-либодругих ионизируемых групп поблизости.2.
Боковая цепь аспартата, погруженная в гидрофобный карман на поверхности белка.3. Боковая цепь аспартата в гидрофобном кармане, рядом с боковой цепьюглутамата.4. Боковая цепь аспартата в гидрофобном кармане, рядом с боковой цепьюлизина.2.15.
Боковая цепь гистидина, как известно, играет важную роль в каталитическом акте фермента; однако неясно, в какой форме необходим гистидин: в протонированной (заряженной) или нет (незаряженной). Чтобы ответить на этот вопрос,надо измерить активность фермента в определенном диапазоне pH (результатыпредставлены на рис. Q2.1).
Какая форма гистидина требуется для активностифермента?2.16. Во время быстрого бега в мышцах происходит анаэробный метаболизмглюкозы с образованием высокой концентрации молочной кислоты, которая снижает pH крови и цитозоля и вносит вклад в ощущение усталости спринтеров задолго до того, как их топливные запасы будут исчерпаны. Главный буфер крови,противостоящий изменениям pH, представлен системой бикарбонат/CO2:&2 Uɝɚɡ&2 ɜɪɚɫɬɜɨɪɟS.
=S. = S. =+− ZZZZZZ−ZZZZZXZZZZZXZX+ &2 YZZZZZYZZZZZZ + +&2 YZZZZZZ + &2Что посоветовали бы вы спринтерам для улучшения результата — сдерживатьдыхание или, наоборот, быстро дышать в течениепоследней минуты перед стартом? Объяснитесвой ответ.2.17. Представленные на рис. Q2.2 тримолекулы содержат семь наиболее распространенных в биологии химически активных групп.Большинство молекул в клетке построено из этихфункциональных групп. Укажите и назовитефункциональные группы в этих молекулах.2.18. Слово «диффузия» вызывает представление о вялотекущих процессах — и на фонепокрываемых нами расстояний (оставим домосеРис.
Q2.1. Активность фермента как функция pH (к задаче 2.15).Глава 2. Химия клетки и биосинтез 197Рис. Q2.2. Три молекулы, которые представляют семь самых распространенных функциональных группв биологии (к задаче 2.17). 1,3-дифосфоглицерат и пируват — промежуточные продукты гликолиза,а цистеин — аминокислота.дов греться у камина) это ощущение вполне оправданно, — но в масштабе клеткидиффузия происходит очень быстро. Средняя мгновенная скорость частицы в растворе, то есть скорость между столкновениями, равнаv = (kT/m)1/2,где k = 1,38 · 10–16 г·см2/K · с2, T — температура в K (37 °C = 310 K), m = массав г/молекулу.Вычислите мгновенную скорость молекулы воды (молекулярная масса 18 дальтон), молекулы глюкозы (молекулярная масса 180 дальтон) и молекулы миоглобина(молекулярная масса 15 000 дальтон) при 37 °C. Забавы ради переведите полученныецифры в километры в час.
Прежде чем приступить к каким-либо вычислениям, попытайтесь догадаться, как движутся молекулы: медленное ползанье (< 1 км/час),легкий шаг (5 км/час) или скоростной бег рекордсмена (40 км/час).2.19. Полимеризация субъединиц тубулина в микротрубочки сопровождается возрастанием упорядоченности субъединиц (рис. Q2.3). И все же полимеризация тубулинапроисходит с увеличением энтропии (уменьшением порядка). Как такое возможно?2.20. Взрослому человеку весом 70 кг (154 фунта10) для удовлетворения полнойсуточной потребности в энергии достаточно поглотить 3 моля глюкозы (540 г). (Мыбы не рискнули рекомендовать читателю столь легкий способ насыщения.) В ходеокисления каждой молекулы глюкозы до CO2 высвобождается 30 молекул ATP.Концентрация ATP в клетках поддерживается приблизительно на уровне 2 мM,а 70-килограммовый взрослый человек носит в себе около 25 л внутриклеточнойжидкости.
Учитывая, что концентрация ATP в клетках остается постоянной, вычислите, сколько раз в день в среднем каждая молекула ATP в теле подвергаетсягидролизу и вновь синтезируется.10Фунт – современная мера веса, используемая в странах с английской системой мер (в Англии,Бельгии и т. п.); 1 фунт = 453,6 г. — Прим. пер.198Часть 1. Введение в мир клеткиРис. Q2.3. Полимеризация субъединиц тубулина в микротрубочку (к задаче 2.19). Показана «судьба»одной субъединицы тубулина, вошедшей в состав микротрубочки (выделена цветом), и ассоциированных с ней молекул воды (маленькие шарики).2.21. Предположим, что в теле человека насчитывается 5 · 1013 клеток и чтооборот ATP в каждой клетке происходит со скоростью 109 молекул ATP в минуту.Сколько ватт потребляет тело человека? (Ватт равен джоулю в секунду, а однойкалории соответствует 4,18 джоуля.) Примем, что гидролиз ATP дает 12 ккал/мольэнергии.2.22.
Достаточно ли энергии, содержащейся в шоколадном батончике «СникерсТМ» (65 г, 325 ккал), чтобы подняться от Церматта (высота 1 660 м над уровнемморя) к вершине Маттерхорна (4 478 м, рис. Q2.4), или понадобится сделать привалв Хёрнли Хут (3 260 м) и подкрепиться еще одним? Представьте, что ваша массавместе со снаряжением составляет 75 кг и что вся совершаемая вами работа идетна преодоление притяжения Земли (то есть вы как будто бы поднимаетесь прямовверх). Вспомним из успешно пройденного нами вводного курса физики, чторабота (Дж) = масса (кг) × g (м/с2) × пройденный путь в высоту (м),где g — ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Один джоуль равен 1 кг · м2/с2,а одна килокалория равноценна 4,18 кДж.Какие из принятых в этой задаче допущений могут привести к наиболее жестокой нехватке шоколадок, которые понадобятся вам в пути?2.23.
На первый взгляд, сбраживание пирувата в лактат представляется своегорода факультативным дополнением к гликолизу. И все же — могли бы клетки,растущие в отсутствие кислорода, отказаться от простой отбраковки пирувата какпобочного продукта? Если бы не было брожения, то какие продукты, полученныев результате гликолиза, накапливались бы в клетках при анаэробных условиях? Мог бы метаболизмглюкозы, идущий путем гликолиза, продолжаться при отсутствии кислорода в клетках, которыене способны осуществлять брожение? Обоснуйтесвои ответы, будь они утвердительные или отрицательные.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
