Биологический каталог




Основы энзимологии

Автор В.К.Плакунов

рмуле:

При неконкурентном ингибировании с помощью определения измененной величины V (V .) можно рассчитать К. по

max v max I' r i

следующей формуле:

отсюда K.j =

СП

X-

Глава 6. Принципы биоэнергетики

Все биохимические процессы в клетке взаимосвязаны и взаимозависимы, тем не менее часть из них преимущественно выполняет функцию построения клеточного материала, а часть — снабжения источниками энергии этих «строительных работ». Поэтому принято разделять биохимические процессы на два основных типа: ассимиляционные (конструктивные), называемые анаболизмом, включающим синтез низкомолекулярных предшественников и построения из них молекул биополимеров, м диссимиляционные (энергетические), называемые катаболизмом, состоящим в обеспечение источника энергии, «энергетического привода», приводящего в движение анаболизм.

Рассмотрим основные механизмы процессов трансформации энергии в клетке, т. е. механизмы катаболических процессов.

6.1. Пути и механизмы преобразования энергии в живых системах

Главная задача энергетического метаболизма — аккумуляция энергии, полученной в результате окислительно-восстановительных превращений субстратов в такую форму, которая может быть использована для роста клеток и осуществления всех их функций.

Основными формами аккумуляции энергии в клетках являются трансмембранная разность электрохимических потенциалов ионов (в основном ионов Н+ и Na+), а также «макроэргические» химические соединения (главным образом, нуклеозидтрифосфаты, фосфое-нолпируват, ацилфосфаты, неорганический пирофосфат и др.).

В клетках, как и в неживых системах, самопроизвольно протекают только те химические процессы, которые приводят к уменьшению свободной энергии системы, т. е. той доли общей энергии, которая может быть превращена в работу (AG < 0). Такие реакции называют экзэргоническими. Напротив, если ДО0, то реакция не может протекать самопроизвольно, так как требует притока энергии (эндэргонические реакции).

Кратко рассмотрим основные уравнения химической термодинамики.

39

Уравнение Гиббса описывает взаимосвязь между свободной энергией, энтальпией и энтропией:

AG = АН - TAS, где ДН — изменение энтальпии; AS — изменение энтропии.

При реакциях в растворах изменение свободной энергии определяется уравнением:

AG - AG" + 2,303 RT IgK^,

где R — газовая постоянная (1,987 кал/моль* К); Т — абсолютная температура ("К);

— константа равновесия химической реакции.

При стандартных условиях (давление 1 атм, температура 25"С или 298°К и рН 7,0) каждая химическая реакция характеризуется свободной энергией, вычисляемой по формуле (в состоянии равновесия AG = 0):

AG° = -2,303 RT lgK^ или AG" = -1,363 lgKeq ккал/моль'1 при 25eC.

При окислительно-восстановительных реакциях изменение свободной энергии определяется уравнением:

AG' = AG*ra - AG°red = nF где n — количество перенесенных электронов:

F — число Фарадея: заряд одного моля электронов (23062 кал • моль"1 • В"1); Е0' — стандартный окислительно-восстановительный потенциал (рН 7,0) для окислителя и восстановителя, В.

Эти уравнения удобно применять при расчетах. Например, можно подсчитать, сколько энергии выделяется в результате дыхания (которое условно можно рассматривать как окисление NADH кислородом);

Е0'ге<)для системы NAD+/NADH равен -0,32 В; Е0'м для системы OJ Н30 равен + 0,815 В;

таким образом,

AG = 2 ¦ 23 062 кал • моль"1 - В'40,815 - (-0,32)] В = 52351 кал/моль.

62. Классификация энергетических процессов

Энергетические процессы в нефототрофных организмах подразделяются на аэробные и анаэробные в зависимости от участия или не участия в них молекулярного кислорода.

40

Аэробное дыхание — энергетический процесс, при котором конечным акцептором электронов окисляемого субстрата, передающихся по электрон-транспортной цепи, является молекулярный кислород.

В анаэробном дыхании конечными акцепторами электронов становятся другие окислители: нитрат-, сульфат-анионы, катионы металлов, органические вещества.

Брожение — энергетический процесс, при котором электроны передаются непосредственно от донора к акцептору без участия электрон-транспортной цепи: гликолиз, молочнокислое брожение и др.

Перечисленные процессы можно классифицировать на основе механизма образования АТР, являющегося основным макроэр-гическим соединением, запасающим энергию в своих химических связях. Различают образование АТР в результате переноса электронов по дыхательной цепи — окислительное фосфорилирование, а также образование АТР в процессах, не связанных с переносом электронов по цепи (брожения и др.) — субстратное фосфорилирование. В настоящее время первый тип процессов (т. е. окислительное фосфорилирование) правильнее называть образованием АТР за счет трансформации энергии трансмембранного электрохимического потенциала (ТЭП) или сокращенно — мембранным фосфорилированием .

У фототрофных организмов (растений, фотосинтезирующих бактерий) основным способом запасания энергии является фо-тофосфорилирование, т. е. образование АТР за счет трансформации энергии ТЭП, формируемого путем утилизации световой энергии.

6.3. Роль АТР и ТЭП в запасании энергии

АТР был открыт в 1929 г. К. Фиске и И. Суббароу, а в 1930 г. В. Энгельгард показал возможность его образования в процессе переноса электронов по дыхательной цепи. В 1941 г. Ф. Липман выдвинул концепцию, рассматривающую АТР как «конвертируемую энергетическую валюту».

Почему в процессе эволюции именно АТР выпала такая роль? Для этого есть несколько причин, обусловленных свойствами данного соединения.

1. Изменение свободной энергии при гидролизе фосфоангидрид-ных связей довольно велико — около 10 ккал/моль. Когда необходима энергия меньшая или равная 10 ккал/моль, гидролиз идет по

41

реакции А. Если необходима энергия ненамного большая, чем 10 ккал/моль — по реакции Б. При необходимости энергии, значительно превышающей 10 ккал/моль, используется несколько молекул АТР в одном процессе. Иногда дополнительная энергия выделяется при сорбции АТР на ферменте.

Гидролиз

ООО

Аденин-рибоза—Р-О-Р-О-Р-О'

О- О" О

а) АТР + Н20 ~> ADP + Рк

б) АТР + Н20-»АМР + РРн

AMP

ADP АТР

2. Скорость не4>ерментативного гидролиза АТР мала, т. е. молекула химически стабильна, и запасенная в ней энергия не рассеивается в виде тепла при спонтанном гидролизе. Однако замена Р на As резко повышает лабильность. Этим обстоятельством объясняется ингибиторное действие арсената (As043~) на энергетический метаболизм: конкурируя с ортофосфатом, он включается вместо него в АТР, а образовавшееся соединение подвергается спонтанному гидролизу.

3. Малые размеры молекулы АТР позволяют ей свободно проникать в различные участки клетки, в то же время цитоплазматическая мембрана для нее непроницаема, следовательно, «утечка» АТР не происходит.

4. «Выбор» АТР как нуклеотида был вызван, по-видимому, необходимостью взаимодействия с белками, так как взаимодействие белков с моно- и полинуклеотидами лежит в основе жизнедеятельности.

5. «Выбор» в кач

страница 10
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Скачать книгу "Основы энзимологии" (0.9Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(13.11.2019)