АТФ и источники энергии
Макроэргические связи
АТФ — «разменная монета» клетки: её гидролиз достаточно выгоден, чтобы двигать другие реакции, но не настолько, чтобы её трудно было синтезировать.
Как оценить, кто кого может фосфорилировать
- Сравните ΔG°′ гидролиза: фосфат переходит от соединения с более отрицательной ΔG к соединению с менее отрицательной.
- ΔG переноса = ΔG гидролиза донора − ΔG гидролиза акцептора (со знаками).
- Макроэргичность объясняют: отталкивание отрицательных зарядов, лучшая резонансная стабилизация и сольватация продуктов, таутомеризация продукта.
| Соединение | ΔG°′ гидролиза, кДж/моль |
|---|---|
| фосфоенолпируват | −54,1 |
| ацетилфосфат | −43,9 |
| креатинфосфат | −42,7 |
| АТФ → АМФ + PPᵢ | −36,0 |
| ацетил-КоА | −34,3 |
| пирофосфат | −33,4 |
| АТФ → АДФ + Pᵢ | −32,2 |
| глюкозо-6-фосфат | −13,8 |
Примеры
1. ФЕП + АДФ → пируват + АТФ: ΔG°′ = −54,1 − (−32,2) = −21,9 кДж/моль — реакция идёт (пируваткиназа).
2. Креатинфосфат + АДФ → креатин + АТФ: −42,7 + 32,2 = −10,5 кДж/моль — креатинфосфат служит «буфером» АТФ в мышцах.
errorЭнергия не «запасена в связи»
Разрыв любой связи требует энергии. Гидролиз АТФ выгоден потому, что продукты гораздо устойчивее реагентов.
edit_noteПопробуйте сами
Может ли глюкозо-6-фосфат фосфорилировать АДФ?
expand_moreПоказать решение
Нет: −13,8 + 32,2 = +18,4 кДж/моль.
Сопряжение реакций
Клетка «оплачивает» невыгодные реакции гидролизом АТФ — но только если обе реакции связаны общим веществом.
Как посчитать сопряжённую реакцию
- Запишите невыгодную стадию (ΔG > 0) и гидролиз АТФ (ΔG < 0); общий интермедиат (фосфорилированный субстрат) связывает их.
- Сложите уравнения и ΔG: суммарная реакция идёт, если сумма отрицательна.
- Константа равновесия \(K = e^{-ΔG°′/RT}\); при 25 °C каждые 5,7 кДж/моль меняют K в 10 раз.
- В клетке учитывают концентрации: \(ΔG = ΔG°′ + RT\ln Q\).
Примеры
1. Глюкоза + Pᵢ → глюкозо-6-фосфат (+13,8 кДж/моль); вместе с гидролизом АТФ (−32,2): глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ, −18,4 кДж/моль.
2. Глутамат + \(\ce{NH3}\) → глутамин (+14,2) сопряжён с гидролизом АТФ через γ-глутамилфосфат: суммарно −18,0 кДж/моль.
errorСкладывают реакции, а не «энергию АТФ»
Сопряжение работает только через общий интермедиат (фосфорилированный субстрат, ацилфосфат). Просто смешать АТФ с веществом недостаточно.
edit_noteПопробуйте сами
Во сколько раз изменится K при уменьшении ΔG°′ на 11,4 кДж/моль (25 °C)?
expand_moreПоказать решение
В 100 раз.
push_pinГлавное
Макроэргические соединения дают при гидролизе ΔG°′ больше 25 кДж/моль по модулю (по таблице пособия Сальникова): фосфоенолпируват −54,1, ацетилфосфат −43,9, креатинфосфат −42,7, АТФ → АМФ + PPᵢ −36,0, ацетил-КоА −34,3, пирофосфат −33,4, АТФ → АДФ + Pᵢ −32,2 кДж/моль; глюкозо-6-фосфат (−13,8) — не макроэрг. Причины: отталкивание зарядов в полифосфате, резонансная стабилизация и сольватация продуктов, таутомеризация продукта (енол → кетон у ФЕП). Фосфат переходит от соединения с более отрицательной ΔG гидролиза к соединению с менее отрицательной. Невыгодную реакцию сопрягают с гидролизом АТФ через общий интермедиат: ΔG суммы — сумма ΔG стадий; \(K = e^{-ΔG°′/RT}\), в клетке \(ΔG = ΔG°′ + RT\ln Q\).
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.