81450

Эндэргонические и экзэргонические реакции в живой клетке. Макроэргические соединения

Доклад

Биология и генетика

Многие из этих реакций происходят при участии аденозинтрифосфата АТФ играющего роль сопрягающего фактора. При сопряжении процессов 1 и 2 в реакции катализируемой гексокиназой фосфорилирование глюкозы легко протекает в физиологических условиях; равновесие реакции сильно сдвинуто вправо и она практически необратима...

Русский

2015-02-20

126.67 KB

4 чел.

Эндэргонические и экзэргонические реакции в живой клетке. Макроэргические соединения. Примеры.

Катаболизм - процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека - СО2, Н2О и мочевина. В процессы катаболизма включаются метаболиты, образующиеся как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных компонентов клеток. Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции).

Анаболизм объединяет биосинтетические процессы, в которых простые строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы, необходимые для организма. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции).

Направление химической реакции определяется значением ΔG.

Если эта величина отрицательна, то реакция протекает самопроизвольно и сопровождается уменьшением свободной энергии. Такие реакции называют экзергоническими.

Если при этом абсолютное значение ΔG велико, то реакция идёт практически до конца, и её можно рассматривать как необратимую.

Если ΔG положительно, то реакция будет протекать только при поступлении свободной энергии извне; такие реакции называют эндергоническими.

Если абсолютное значение ΔG велико, то система устойчива, и реакция в таком случае практически не осуществляется. При ΔG, равном нулю, система находится в равновесии.

В биологических системах термодинамически невыгодные (эндергонические) реакции могут протекать лишь за счёт энергии экзергонических реакций. Такие реакции называют энергетически сопряжёнными. Многие из этих реакций происходят при участии аденозинтрифосфата (АТФ), играющего роль сопрягающего фактора.

Реакция фосфорилирования глюкозы свободным фосфатом с образованием глюкозо-6-фосфата является эндергонической:

(1) Глюкоза + Н3РО4 → Глюкозо-6-фосфат + Н2О (ΔG = +13,8 кДж/моль).

Для протекания такой реакции в сторону образования глюкозо-6-фосфата необходимо её сопряжение с другой реакцией, величина свободной энергии которой больше, чем требуется для фосфорилирования глюкозы.

(2) АТФ → АДФ + Н3РО4 (ΔG = -30,5 кДж/моль).

При сопряжении процессов (1) и (2) в реакции, катализируемой гексокиназой, фосфорилирование глюкозы легко протекает в физиологических условиях; равновесие реакции сильно сдвинуто вправо, и она практически необратима:

(3) Глюкоза + АТФ → Глюкозо-6-фосфат + АДФ (ΔG = -16,7 кДж/моль).

В живых организмах существует целая группа органических фосфатов, гидролиз которых приводит к освобождению большого количества свободной энергии. Такие соединения называют высокоэнергетическими фосфатами (макроэргические соединения)

Соединение

Продукты реакции

- ΔG0' , ккал/моль

- ΔG0', кДж/моль

Фосфоенолпируват

Пируват + Н3РО4

14,8

61,86

1 ,3-Бисфосфоглицерат

3-фосфоглицерат + Н3РО4

13,0

54,34

Карбамоилфосфат

Карбамат + Н3РО4

12,0

51,83

Креатинфосфат

Креатин + Н3РО4

10,3

43,05

Ацетилфосфат

Уксусная кислота + Н3РО4

10,3

43,05

АТФ

АДФ + Н3РО4

7,3

30,51

АДФ

АМФ + Н3РО4

6,6

27,59

Дифосфат(Н4Р2О7)

2 Н3Р04

6,6

27,59

Глюкозо- 1 -фосфат

Глюкоза + Н3РО4

5,0

20,90

Фруктозо-6-фосфат

Фруктоза + Н3РО4

3,8

15,88

Глюкозо-6-фосфат

Глюкоза + Н3РО4

3,3

13,79

Глицеролфосфат

Глицерин + Н3РО4

2,2

8,36

АТФ - молекула, богатая энергией, поскольку она содержит две фосфоаншдридные связи (β, γ). При гидролизе концевой фосфоангидридной связи АТФ превращается в АДФ и ортофосфат Рi При этом изменение свободной энергии составляет -7,3 ккал/моль. При условиях, существующих в клетке в норме (рН 7,0, температура 37 °С), фактическое значение ΔG0' для процесса гидролиза составляет около -12 ккал/моль. Величина свободной энергии гидролиза АТФ делает возможным его образование из АДФ за счёт переноса фосфатного остатка от таких высокоэнергетических фосфатов, как, например, фосфоенолпируват или 1,3-бисфосфоглицерат; в свою очередь, АТФ может участвовать в таких эндергонических реакциях, как фосфорилирование глюкозы или глицерина. АТФ выступает в роли донора энергии в эндергонических реакциях многих анаболических процессов. Некоторые биосинтетические реакции в организме могут протекать при участии других нуклеозидтрифосфатов, аналогов АТФ; к ним относят гуанозинтрифосфат (ГТФ), уридинтрифосфат (УТФ) и цитидинтрифосфат (ЦТФ). Все эти нуклеотиды, в свою очередь, образуются при использовании свободной энергии концевой фосфатной группы АТФ. Наконец, за счёт свободной энергии АТФ совершаются различные виды работы, лежащие в основе жизнедеятельности организма, например, такие как мышечное сокращение или активный транспорт веществ.

Таким образом, АТФ - главный, непосредственно используемый донор свободной энергии в биологических системах. В клетке молекула АТФ расходуется в течение одной минуты после её образования. У человека количество АТФ, равное массе тела, образуется и разрушается каждые 24 ч.

Использование АТФ как источника энергии возможно только при условии непрерывного синтеза АТФ из АДФ за счёт энергии окисления органических соединений. Цикл АТФ-АДФ - основной механизм обмена энергии в биологических системах, а АТФ - универсальная "энергетическая валюта".


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42822. Кондуктор для сверления отверстия в детали Вал 1.2 MB
  Изучение закономерности влияния приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволяет проектировать приспособления интенсифицирующее производство и повышающее его точность. Проводимая работа по унификации и стандартизации элементов приспособления создала основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием ЭВМ и автоматов для графического изображения что приводит к ускорению технологической подготовке производства.2 Разработка принципиальной схемы приспособления Кондуктор предназначен...
42826. Отопление жилого дома 141.94 KB
  Выбор системы отопления.28 Тепловой расчет отопительных приборов32 Гидравлический расчет системы водяного отопления38 Список литературы. Система отопления: водяная вертикальная однотрубная Вентиляция: естественная Присоединение системы водяного отопления к наружным теплопроводам: со смешением воды с помощью водоструйного элеватора. Параметры теплоносителя Т1Т2: 13070 С Располагаемая разность давлений на вводе ΔP кПа: 120 Тип отопительных приборов: РСГ2 Температура...
42827. Разработка бункерно-ориентирующегося устройства для ориентации заготовок в пространстве и подачи их на станок 1.52 MB
  При применении автоматических механизмов питания подают штучные заготовки предварительно обработанные или необработанные полученные путем штамповки или методом точного литья; прутки предварительно калиброванные и рихтованные; бунтовую проволоку которую рихтуют в процессе подачи. 3 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ Станок: Бесцентровошлифовальный полуавтомат 3М184И Глубина шлифования t=004 мм; Диаметр шлифования d=14 мм; Продольная подача S=05 м мин; Скорость заготовки VЗ=60 м мин Эффективная мощность где СN=01; r=085; x=06; y=07; q=05 ...
42828. Проектирование двухступенчатого цилиндрического редуктора как составной части привода тяговой лебедки 700.26 KB
  От типа двигателя, его мощности, частоты вращения и прочего зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и её привода. Выбираем электродвигатель переменного тока с асинхронной частотой вращения короткозамкнутого ротора. Этот двигатель применяется потому
42829. Автоматизація технологічного процесу виробництва азотної кислоти комбінованим методом 328.31 KB
  Реле аварійного захисту КМ19 спрацьовує та створює аварійний сигналза допомогою якого повинно вимикатись живлення електродвигуна М7. Мікропроцесорний прилад ІТМ11 в якому використовується твердотільне реле через контакт якого не можна підключати напругу 220 В. Рекомендується через твердотіле реле ІТМ11 підєднувати електромагнітне реле яке працює на напрузі 24 В від джерела постійного струму. Враховуючи цю особливість в схемах електрозахисту треба використовувати два електромагнітних реле.