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

6 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

55029. Pollution of the environment 44.5 KB
  We have identified that the world is not only beautiful, but also everything is connected on the Earth. The harmony is the main feature of our life and only if the harmony exists we can live happily. But the situation is not perfect now. Listen to some sayings and tell me what the problem is.
55030. Роль государства в рыночной экономике. Экономические функции государства 20.99 KB
  Государство всегда участвовало и участвует в настоящее время в экономике, поскольку осуществляет важнейшие свои функции путем регулирования деятельности и финансирования ключевых для жизнедеятельности страны институтов, субъектов и объектов
55031. Заповідна краса Полтавщини 105 KB
  А чи є необхідністю для людини зривати букети польових та лісових квітів ламати та палити дерева забруднювати береги річок та галявини лісів і нарешті стріляти в беззахисних птахів на світанні Слід памятати що благословенна земля ця не діталася нам у спадщину від батьків ми взяли її в борг у нащадків.
55032. Портфель вчителя 70 KB
  Професійний розвиток вчителя це зростання становлення інтеграція і реалізація в педагогічному працю професійних значущих якостей та здібностей професійних знань і умінь але головне формування у нього здатності до самооцінки рефлексії. Цьому сприяє технологія обєднана під назвою Портфель вчителя...
55033. Портфоліо вчителя або тека досягнень 82 KB
  Робота в методичному обєднанні, співпраця з міським методичним центром, вузами і іншими установами. Участь в професійних і творчих педагогічних конкурсах. Участь в методичних і тижнях. Організація і проведення семінарів, «круглих столів», майстер-класів і т.п. Проведення наукових досліджень.
55034. Портфоліо учня початкових класів 38 KB
  Безумовна цінність портфоліо полягає у тому, що саме портфоліо сприяє підвищенню самооцінки учня, максимальному розкриттю індивідуальних можливостей кожного учня та розвитку мотивації подальшого творчого зростання. Тому вкрай важливо усвідомити для себе і пояснити дитині, що складання портфоліо – це не гонка за дипломами і усілякими грамотами!
55035. Макроэкономическое равновесие и его нарушение 17.93 KB
  Под макроэкономическим равновесием понимается состояние в экономике, при котором пропорции обмена сложились таким образом, что на всех рынках одновременно достигнуто равенство между спросом и предложением.
55036. Портфоліо учня - незамінний порадник учителя, який є носієм інформації про учня як особистість 283 KB
  Контроль та оцінювання навчальних досягнень школярів - тема актуальна, і тому постійно обговорюється. Зазвичай увага зосереджується навколо форм та методів зовнішнього контролю, тобто того, що здійснює вчитель. А як, у якій формі подається учню зростання рівня його знань?
55037. Адаптация молодых специалистов на предприятии ШЧ-5 745 KB
  Повышение роли предприятий-работодателей в системе профессиональной подготовки управленческих кадров. Обучение по охране труда и проверка знаний требований охраны труда работников рабочих профессий при профессиональной подготовке, переподготовке и обучении их вторым профессиям...