Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Васильев А.А. -> "Теоретическая биология. Часть 1 " -> 72

Теоретическая биология. Часть 1 - Васильев А.А.

Васильев А.А. Теоретическая биология. Часть 1 — Л.: Наука, 2002. — 176 c.
Скачать (прямая ссылка): teoriticheskayabiologiya2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 66 67 68 69 70 71 < 72 > 73 74 75 76 77 78 .. 116 >> Следующая

Значения параметров: Jm = 27, vm = 80, к1 = 15, к= 0,25, к* = 0,1,
1/1а = 22; 8A = 0,44, 5A/A = 6%
4. Физико-химический и оптимизационный анализ метаболизма
4.1. Ожидаемые средние энергетические затраты (AG) на одну реакцию в
последовательности ферментативных превращений
Формальным основанием для того, чтобы рассматривать значение термодинамического потенциала для сложного процесса и его отдельных этапов как свободное, является то, что усложнение любой из ферментативных реакций, выражаемое в присоединении молекулы АТФ и последующем ее отсоединении после гидролиза до АДФ, не изменяет <типовых> свойств процесса, если концентрации АТФ, АДФ и неорганического фосфата можно считать постоянными. Эти концентрации можно внести в значения соответствующих констант скоростей, при этом вид выражения для скорости ферментативной реакции не изменится, но результирующее изменение AG в реакции будет отличаться на величину энергии гидролиза фосфорноэфирной связи. Таким образом, процессы, отличающиеся только числом гидролизуемых высокоэнергетических связей, будут обладать одинаковыми типовыми свойствами и различаться между собой только суммарным изменением AG в результате процесса.
Изменение AG в результате процесса является существенной его характеристикой, поскольку при прочих равных условиях большему изменению термодинамического потенциала соответствует большее значение стационарной скорости, но это увеличение сопровождается увеличением расхода высокоэнергетических субстратов.
Задачу об оптимальном изменении AG в результате процесса проще всего решить в том случае, когда результатом процесса является получение системой высокоэнергетических субстратов. В этом случае прямые затраты высокоэнергетических субстратов в процессе наиболее очевидно сказываются на его результате и ясна оптимизационная постановка задачи определения значения AG: если значение AG слишком велико по абсолютной величине (и отрицательно в силу принятой термохимической конвенции в отношении знака изменения термодинамических величин в результате химического превращения) то процесс превращения в желаемом направлении необратим, но система тратит больше, чем получает; если же AG близко к нулю, то затраты минимальны, но процесс практически не идет из-за его обратимости.
Два важных процесса, которые не составляет труда интерпретировать с этой точки зрения -- получение высокоэнергетических субстратов в результате работы восстановительного пентозофосфатного цикла (цикла Кальвина) при фотосинтезе и цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса).
В абсолютно симметричном случае отдельные этапы модельного циклического процесса не отличаются друг от друга, т.е. максимальные скорости, концентрации интермедиатов и соответствующие значения констант скоростей для отдельных этапов одинаковы: xi = x, Vmi =
Vm и т. д., т. е. выражение для скорости любого этапа совпадающее с выражением стационарной скорости процесса имеет вид
X
v = Vm--- (1 _ exp(AG/RT)). (4.1)
ax + b
В результате работы цикла получаемое системой число высокоэнергетических субстратов дает значение функции интеграции F = V (1 + к AG), где коэффициент пропорционально-
108
сти k описывает прямые расходы этих субстратов в результате работы цикла. Функция Q = n (axx + amv) от изменения AG явно не зависит.
Таким образом, оптимизационная задача сводится к поиску максимума выражения (1 -ехр(AG/RT)) (1 + k AG). Для удобства введем новую переменную у = -AG/RT, равную с обратным знаком изменению термодинамического потенциала в единицах RT (еще раз отметим, что самопроизвольному превращению в стандартных условиях соответствует отрицательный знак AG). С таким определением переменной оптимальное значение изменения термодинамического потенциала соответствует выполнению условия
[(1 _ e~у)(A _ у)]у' = 0. (4.2)
Дифференцируя, получим уравнение
ey _ у +1 = A . (4.3)
Оценим значение A для цикла Кальвина. Известно, что из одной запасенной молекулы 6-углеродного сахара может быть получено 38 молекул АТФ. Для получения одной молекулы
6-углеродного сахара требуется 6 оборотов цикла (при одном обороте происходит превращение одной молекулы СО2). Поэтому результат одного оборота цикла можно оценить как получение 6,3 молекул АТФ. Считая, что одна молекула АТФ эквивалентна 15 RT, а характер-
ное число реакций в цикле составляет 10 (цикл не является линейным и число реакций несколько различается для различных возможных путей превращения), получим, что значение A как максимальное возможное изменение AG на одну реакцию цикла в единицах RT составляет примерно 10.
Подставляя A = 10 в уравнение для у, получим приближенное решение y « 1n A = 2.3, т.е. AG = 5 кДж/моль.
Предыдущая << 1 .. 66 67 68 69 70 71 < 72 > 73 74 75 76 77 78 .. 116 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed