химический каталог




Биохимия. Химические реакции в живой клетке. Том 2

Автор Д.Мецлер

овавшегося АТР.

б. Энергетические соотношения

Если мы оставим в стороне синтез АТР, то для реакций, представленных на схеме (9-19), получим уравнения (9-20) и (9-21). Отметим, что изменения в свободной энергии оказываются отрицательными и имеют достаточно большую величину, чтобы реакции шли практически до полного завершения. Однако процесс брожения сопряжен с синтезом двух молекул АТР из ADP и неорганического фосфата, а для этой реакции [уравнение (9-22)] АС является большой положительной величиной:

Глюкоза 2 (Лактат-) + 2Н+,

AG'(pH7) =—196 кДж'МОЛь"1 (—46,8 ккал-моль"1).

Глюкоза *? 2С02 -f- 2 (Этанол),

AG0 = —235 кДж-моль"1.

ADP3- + НРО|~ + Н+ > АТР4- + Н20,

(9-20)

(9-21)

(9-22)

AG' (рН 7) = +34,5 кДж-моль"1 (табл. 3-5).

Чтобы определить суммарное изменение свободной энергии, мы должны к значениям AG' для уравнений (9-20) и (9-21) добавить 2-34,5= = +69,0 кДж. Когда мы это сделаем, то увидим, что изменение свободной энергии все равно остается существенно отрицательным, так что реакции должны пройти полностью и, следовательно, брожение вполне может использоваться организмами для получения энергии.

Биохимики часто подсчитывают энергетическую «эффективность» процесса, для чего относят AG синтеза АТР, идущего сопряженно с рассматриваемым процессом (в данном случае +69 кДж), к понижению свободной энергии для процесса, не сопряженного с синтезом АТР (196 или 235 кДж-моль-1). В данном случае эффективность характеризует сопряжение уравнения (9-22) (для 2 моль АТР) с уравнениями (9-20) и (9-21) и получается равной 35 и 29% соответственно. Согласно этому расчету, природа лишь треть свободной энергии метаболизма использует для синтеза АТР. Однако надо ясно отдавать себе отчет в том, что такой подсчет «эффективности» с термодинамической точки зрения не имеет строго определенного значения. Кроме того, клетка затем расходует АТР (для различных целей) далеко не со 100%-ной эффективностью.

Чем объяснить столь большое понижение свободной энергии в процессах, описываемых уравнениями (9-20) и (9-21)? Общего окисления при этом не происходит, наблюдается только перераспределение ранее существовавших связей между атомами субстрата. Почему же это перераспределение дает столь большое по величине отрицательное значение AG? Чтобы получить ответ, следует проанализировать число связей каждого типа в субстрате и в продуктах. В ходе превращения глюкозы в две молекулы лактата исчезает одна связь С—С, одна связь С—О и одна связь О—Н, и образуется одна новая связь С—Н и одна связь С = 0. Если мы просуммируем энергии этих связей (табл. З-б), то получим, что разность ДЯ при переходе от субстрата к продуктам составляет всего около 20 кДж-моль"4. Однако молочная кислота содержит карбоксильную группу, а карбоксильные группы приобретают особенно большую устойчивость вследствие резонанса. Дополнительная резонансная энергия карбоксильной группы (табл. 3-6) равна 117 кДж (28 ккал) на 1 моль, или 234 кДж/моль для двух карбоксильных групп. Это значение очень близко к изменению свободной энергии [уравнение (9-20)], которое получается при сбраживании глюкозы в лактат. Таким образом, освобождающаяся энергия в основном определяется перераспределением связей, приводящим к образованию карбоксильной группы лактата. Резонансная стабилизация С02, которую Полинг оценил равной 151 кДж/моль, такова, что делает понятным значение AG при спиртовом брожении [уравнение (9-21)].

Теперь сформулируем общее правило, согласно которому брожение может осуществляться в том случае, когда субстраты, состоящие преимущественно из атомов, связанныА одинарными связями, а также таких групп, как карбонильная, с довольно слабой резонансной стабилизацией, превращаются в продукты, содержащие карбоксильные группы, или в С02. Принимая эффективность равной 30%, получим, что на каждую вновь образованную карбоксильную группу или молекулу СОг освобождается энергия, как раз достаточная для синтеза одной молекулы АТР. Следует, однако, иметь в виду, что для образования АТР должен еще существовать специальный механизм. Интересно отметить, что синтез АТР в большинстве случаев непосредственно связан с теми же химическими процессами, в результате которых при брожении образуются карбоксильные группы или молекулы С02. Наиболее важной реакцией является окисление альдегидной группы глицераль-дегид-3-фосфата в карбоксильную группу 3-фосфоглицерата (рис. 8-13).

Сравним сбраживание глюкозы с ее полным окислением в двуокись углерода и воду [уравнение (9-23)], т. е. с процессом, который дрожжевые клетки (а также наши собственные клетки) осуществляют при наличии кислорода:

Глюкоза + 602 > 6СОа + 6Н20, (9-23)

AG' = —2872 кДж-моль-1 (—686,5 ккал-моль-1).

Общее изменение свободной энергии более чем в 10 раз выше, чем при брожении; это позволяет клеткам вырабатывать во много раз большее количество АТР. Выход АТР в результате реакции (9-23), составляет 38 моль АТР — в 19 раз больше, чем при сбраживании глюкозы. Таким образом, наблюдение Пастера, показавшее, что дрожжи на

страница 152
< 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 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267

Скачать книгу "Биохимия. Химические реакции в живой клетке. Том 2" (6.26Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
ремонт холодильников blomberg
3 ноября жуков москва былеьы
камеры переднего вида для автомобилей
акустика для мини кинозала

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.04.2017)