Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
В то же время было бы ошибочным считать высокоэнергетические соединения какой-то особой биологической формой энергии. Все они в общем-то обычные вещества. Точно также нет ничего мистического в величине их энергии гидролиза порядка 10 ккал-моль-1. В химическом смысле низкоэнергетические био-органические соединения не отделены от высокоэнергетических иным барьером, кроме возможности находиться в равновесии с АТР. По энергиям гидролиза вещества образуют непрерывный ряд. Если эта энергия заметно меньше 10 ккал-моль-1, как, например, у 2-фосфоглицериновой кислоты, АТР не может быть образован в реакции переноса фосфатной группы. Чтобы стать предшественником АТР, 2-фосфоглицериновая кислота должна быть окислена до фосфоенолпировиноградной кислоты.
При использовании энергии АТР этот нуклеотид сначала сорбируется на соответствующем ферменте и затем гидролизуется. Иногда энергия выделяется при сорбции АТР, а не при гидролизе, при этом сорбированный («распятый» на ферменте) АТР оказывается низкоэнергетическим соединением (см. ниже раздел 5.1.1.4). В подобных случаях сродство АТР к ферменту оказывается много большим, чем сродство ADP и фосфата, и роль гидролиза связанного АТР ограничивается удалением продуктов реакции из активного центра фермента.
Существуют два пути гидролиза АТР:
Гидролиз терминального фосфата в АТР происходит в тех случаях, когда эндэргонический процесс, движимый гидролизом АТР, требует энергии меньшей или равной 10 ккал-моль"1.
Так же происходит обеспечение процессов, требующих много более 10 ккал-моль-1. В таких случаях имеется особый механизм, позволяющий использовать энергию многих молекул АТР для совершения одного функционального акта (примером тому может быть актомиозин).
АТР + Н20—, ADP + P.,
(6)
(7)
АТР + Н20 -н- АМР + PP..
18
1. Введение в мембранную биоэнергетику
Когда же потребность в энергии лишь немного больше 10 ккал*
• моль-1, АТР гидролизуется до АМР и неорганического пирофосфата.
В стандартных условиях обе ангидридные связи в молекуле АТР имеют близкие энергии гидролиза. Однако в реальных условиях клетки выход энергии при гидролизе АТР до АМР и РРг на несколько килокалорий превосходит таковой при его гидролизе до ADP и Рг.
Данный эффект обусловлен намного более низкой концентрацией неорганического пирофосфата по сравнению с неорганическим фосфатом вследствие гидролиза образующегося РР; растворимой лирофосфатазой.
Таким образом, использование в качестве конвертируемой «валюты» аденозиштг/жфосфата, а не аденозиндифосфата сообщает дополнительную гибкость биологической системе энергообеспечения.
Следующий вопрос: почему для этой функции было выбрано соединение, относящееся к разделу нуклеотидов? По-видимому, названное обстоятельство есть следствие более общего принципа, утверждающего, что жизнь базируется на специфических взаимодействиях белков с моно- и полинуклеотидами.
Сходный вопрос — почему используется аденозинтрид5осд5а??г, т. е. почему именно фосфорил служит высокоэнергетической группировкой. В этой связи можно лишь отметить, что замена атома Р на близкий по свойствам атом As дает ADP-арсенат, аналог АТР, который оказывается весьма неустойчивым и спонтанно гидролизуется при физиологических условиях.
Почему среди нуклеозидтрифосфатов эволюция выбрала именно аденозгштрифосфат? Одной из причин могло быть то, что аде-нин в ряду других азотистых оснований обладает промежуточными электронодонорными и акцепторными свойствами. Другие азотистые основания либо сильные доноры, либо сильные акцепторы [125]. Быть может именно поэтому АТР способен взаимодействовать с более широким кругом партнеров, чем другие нуклеозид-трифосфаты.
Другая причина могла быть эволюционного плана. Среди азотистых оснований аденин наиболее стабилен к разрушительному действию ультрафиолетового света. Не исключено, что это свойство было существенным на заре становления земной жизни, если в те времена атмосфера Земли была проницаема для ультрафиолета или если жизнь возникла за пределами Земли в какой-то области космоса, богатой ультрафиолетомх.
1 Интригующая возможность состоит в том, что ADP служил первичным преобразователем энергии у первых живых организмов, участвуя з следующем процессе [113, 125]:
ADP + Р; + Ьл’уф —» АТР.
f.5. Липидный компонент биомембран
1.5. Липидный компонент биомембран
Наиболее типичным представителем мембранных липидов служит фосфолипид. Подавляющее большинство фосфолипидов принадлежит классу фосфатидов. Они содержат два остатка жирных аци-лов, С„НтСО—(у некоторых бактерий жирных алкилов, С„Нт—), глицерин и фосфат. Обычно при фосфатном остатке имеется какой-либо гидрофильный заместитель (рис. 6, а).
Число углеродных атомов в жирных ацилах (п) варьирует, как правило, от 12 до 20, причем чаще оно равно 16 или 18 (табл. 1)»
Таблица 1. Типичные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов
Название кислоты Число атомов С: число двой- ных связей Структура
Насыщенные Лауриновая 12 : 0 СН8(СН2)10СООН
Миристиновая 14:0 СН8(СН2)12СООН
Пальмитиновая 16:0 СН8(СН2)14СООН
