Эволюция биоэнергетических процессов - Брода Э.
Скачать (прямая ссылка):
ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Высокоэнергетические соединения
67
Примерами высокоэнергетических соединений могут служить адениловые нуклеотиды (фиг. 6.1). Они играют роль переносчиков фосфорильных групп. Высокоэнергетический характер этих соединений отчетливо проявляется при гидролизе, когда фосфорильная группа переносится к акцептору— воде. Например, для АТФ
АТФ=АДФ + Ф; AG;=—7,3 ккал. (6.1)
(Чтобы организмы могли использовать эту реакцию, в биоэнергетических процессах она сопряжена с соответствующими эндергоническими реакциями; см. 6, Б). Внутри клетки,
Аденин
~с-N
I II II
|" он он он
сн—снон-снон-сн—сн-о—р—о ~р— о~р —он
I----о_I " li II II
и ООО
Аденозин
Аденозинмонофосфат (адениловая кислота, АМФ)
Аденозиндифосфат (АДФ)
Аденозинтрифосфат (АТФ)
Рис. 6.1. Химические формулы аденнннуклеотидов. Их электролитическая диссоциация ие показана.
где концентрация фосфата низка, AG значительно превосходит AG по абсолютной величине (см. 1,Г) и может доходить до —12 ккал/моль. Новые данные термодинамики превращений АТФ рассматривает Альберти [21], и там же обсуждается влияние рН и концентрации Mg.
АТФ можно еще изобразить как АРФ~Ф~Ф, где А обозначает аденин, АР — аденозин, Р — рибсву, а волнистая черточка — высокоэнергетическую связь; эта черточка — еще одао нововведение Липмана [944]. Свявь между Р и Ф не является высокоэнергетической, поскольку адениловая кислота — соединение, не обладающее высокой энергией. В табл. 6.1 указаны потенциалы фосфорилыгой группы у некоторых важных промежуточных соединений энергетического метаболизма. Соединения, у которых потенциал выше,.
68
Глава 6
чем у АТФ, отдают фосфорильные группы АТФ, а соединения, у которых он ниже —принимают их в стандартных условиях.
Таблица 6.1
Потенциалы фосфорильной группы у некоторых важных промежуточных соединений
Соединение Потенциал, ккал/моль Соединение Потенциал, ккал/моль
Фосфоенолпируват —14,8 Глюкозо-1 -фосфат -5,0
1,3-дифосфоглицерат -11,8 Фруктозо-6-фосфат —3,8
Фосфокреатин —10,3 Глюкозо-6-фосфат —3,3
Ацетилфосфат —10,1 3-фосфоглицерат -2,4
АТФ -7,3 Глицерол-З-фосфат —2,2
Причины высокого или низкого потенциала группы у различных соединений обсуждались неоднократно [42, 262, 420, 580, 587, 675, 676, 736, 846, 1347, 1435, 1484—1487]' Для разных классов соединений эти причины различны. Прежде всего, согласно уравнению 1.3
AG—АН—TAS, (1.3=6.2)
высокая отрицательная величина AG может объясняться либо высокой отрицательной величиной АН, либо высокой положительной величиной TAS. Первую можно приписать улучшению резонансной стабилизованности или улучшению распределения электрического заряда при переходе от реагирующих веществ к продуктам. Например, большая отрицательная величина АН объясняет высокоэнергетическую природу входящего в состав мышц креатинфосфата: продукты его гидролиза резонансно стабилизованы лучше, чем исходное вещество.
Вместе с тем высокая положительная величина TAS может быть обусловлена усиленной электролитической диссоциацией продуктов. Так как концентрация ионов водорода в нейтральном растворе должна поддерживаться равной Ю-7, энтропия разведения становится значительной. Степень внутреннего вращения в продуктах может быть выше, чем в исходных веществах. Например, внутреннее вращение происходит легче в пируватной, чем в енолпируватной, части молекулы фосфоенолпирувата (ФЕП)—ключевого соединения в гликолизе.
Как подчеркивали Кребс и Корнберг [1047], среди высокоэнергетических соединений некоторые, включая высоио-
Высокоэнергетические соединения
69
энергетические нуклеотиды независимы от окислительно-восстановительного состояния системы. Таким образом, нуклеотиды могут передавать энергию между соединениями, находящимися в различных окислительно-восстановительных состояниях, например между компонентами дыхательной цепи (13, Г). Еще одно преимущество высокоэнергетических нук-леотидов (по сравнению, например, с ацетилфосфатом — см. ниже) — это их сравнительная устойчивость к неферментативному гидролизу [1157].
Среди высокоэнергетических соединений современного мира преобладают высокоэнергетические нуклеотиды, а среди них на первом месте стоит АТФ. Именно АТФ в основном представляет собой главное высокоэнергетическое соединение, образующееся при энергетическом метаболизме. АТФ необходим для самых важных биосинтетических реакций, в том числе для синтеза белков и нуклеиновых кислот. Он служит также единственным источником энергии при сокращении волокон, например мышечных, и по крайней мере в некоторых случаях показано, что он поставляет энергию для выполнения осмотической работы (активного переноса).
Любопытно рассчитать количество АТФ, которое генерируется в день на единицу массы живой материи. Респиромет-рия методом Варбурга показывает, что среди сбраживающих бактерий Qq^2 нередко имеет величину 300 (300 мл С02 высвобождается на 1 г сухой массы в 1 ч в атмосфере азота). Эта цифра получена для молочнокислых бактерий [690, 1796]. Одна молекула кислоты высвобождает из бикарбоната 1 молекулу СОг; такое количество С02 соответствует 1,3-Ю-2 моль молочной кислоты. (У дрожжей равно
