Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
н н
А Б
В Г д
Рис. 2,1. Различные способы изображения бензольного кольца.
ответствует ни одинарным, ни двойным связям, а представляет что-то среднее между ними. Другими словами, реальная структура, которую лучше всего отражает форма Д, лежит между А и Б (или В и Г). [В квантовой механике атомные орбитали обозначают буквами s, р и т. д., которым отвечают определенные квантовые числа. Связи С—G и С—Н в молекуле бензола образуются из гибридных я/Я-орбиталей. При этом у каждого атома углерода остается неапаренный электрон на 2рг-о|рбитали, которая перекрывается с соответствующими орбиталями соседних атомов углерода. Соответственно комбинация пар атомных р!-орбиталей приводит не к образованию я-орбиталей, локализованных между двумя атомами углерода, а к полной делокализации л-дрбиталей, охватывающих все шесть атомов углерода.] Более того, по существу, благодаря резонансу бензольное кольцо становится стабильной структурой. В данном случае имеет место не чередование относительно прочных (двойных) и относительно слабых (одинарных) связей, а одинаковое взаимодействие между всеми составляющими молекулу атомами. Таким образом, СОг можно изобразить в виде
XX XX
ХГЛХХ г- ХХГЛХ ХГЛХХ Г' XX с'
XUXX и X XX а также в виде X W X X U XX 1 J .
XX XX
С 20;
Благодаря резонансу расстояние между атомами углерода и кислорода уменьшается, и С02 становится особенно стабильной и компактной молекулой.
[С точки зрения квантовой механики гибридные орбитали spx и л-связи также могут участвовать в формировании COs, что и подразумевается в изображенных выше структурах, и о, даже если это так, аксиальную симметрию бензольного кольца п его высокую стабильность можно объяснить лишь с помощью резонанса.].
2.11. Свободная энергия гидролиза аденозинтрифосфата (АТР)
Перенос электронов в ходе фотосинтеза в иорме приводит к образованию восстановительной силы в форме АТР и NADPH2. Об АТР обычно говорят как о соединении, богатом энергией, и в этой 'Связи уместно разобраться — почему? Как мы уже видели, для разрыва химических связей всегда необходима энергия, а если в ходе какой-то реакции энергия выделяется, то в некоторых случаях ее можно определить простым вычитанием суммы энергий, затрачиваемых на разрыв связей, из общей энергии, высвобождающейся при образовании связей. При применении этого подхода к реакции гидролиза АТР (рис. 2.2) можно ожидать, что полная энергия останется без изменений, так как разрушается и образуется равное число связей соответственно О—Р и О—IT.
Однако измерения показывают, что изменение стандартной свободной энергии 'Составляет примерно 7 ккал (AF' = —7 ккал), Это обусловлено тем (табл. 2.2), что энергия связи меняется в зависимости от того, в каком окружении она находится в молекуле. Как п СОг, молекула неорганического фосфата (ортофосфата, пли Р,) очень стабильна благодаря резонансу. У АТР возможность появления резонанса ограничена, поскольку электроны одновременно и в равной степени отталкиваются в двух противоположных направлениях. Кроме того, в результате ионизации и появления локальных положительных и отрицательных зарядов в полифо'сфатной части молекулы возникает противодействие одноименных зарядов (рис. 2.2).’Здесь можно провес
ХПХ
х U х
XX
XX
ХХ0 у XX х
О' O' O'
* t t
iTX Г* 1 k- \ 1 ,
д — О — p* —О...... P+ o —P^—OH + HjO
о
О"
t
t- о ¦— p -— о H + H +
Рис. 2.2. Гидролиз ATP до ADP и Pi.
сти механистическую аналогию .с системой из трех магнитных -брусков, связанных нитыо друг с другом и с деревянной опорой (рис. 2.3). Если они располагаются на -плоскости таким образом, что их северные (и южные) полюсы находятся по одну сторону, то они будут отталкиваться друг от друга, натягивая нить. Если нить, соединяющую первый и второй брусок, перерезать, то первый брусок резко переместится вправо. То же самое произойдет и со вторым бруском, если перерезать вторую нить. Однако если перерезать третью нить, то магнит, связанный с деревянной опорой, останется неподвижным. Природа связи (нить) одинакова во в-сех случаях, однако их «магнитное» окружение различно. АТР тоже можно рассматривать как со-
v_
к
1*ис. 2.3. Гидролиз АТР. Аналогия.
единение компонентов, постоянно находящихся в противодействии. Расщепление молекул (гидролиз) приводит к выделению тепла (освобождению энергии) и образованию более устойчивых соединений (у продуктов реакции резонанс более вероятен). При гидролизе АТР до ADP А/7' равно примерно —7 ккал (—29 кДж), и примерно такое же количество энергии освобождается при гидролизе ADP до АМР, Однако при дальнейшем гидролизе АМР выделяется значительно меньше энергии, поскольку при этом разрывается такая же связь, но ее окружение в молекуле другое из-за предшествующего отщепления фосфатных групп.
