Макроэргические соединения

Макроэргические соединения — Медицинская энциклопедия

Макроэргические соединения

I

Макроэргические соединения (греч. makros большой + ergon работа, действие; синоним: высокоэргические соединения, высокоэнергетические соединения)

группа природных веществ, молекулы которых содержат богатые энергией, или макроэргические, связи; присутствуют во всех живых клетках и участвуют в накоплении и превращении энергии.

Разрыв макроэргических связей в молекулах М.с.

сопровождается выделением энергии, используемой для биосинтеза и транспорта веществ, мышечного сокращения, пищеварения и других процессов жизнедеятельности организма.

Все известные М.с. содержат фосфорильную (—РО3Н2) или ацильную

группы и могут быть описаны формулой Х—Y, где Х — атом азота, кислорода, серы или углерода, а Y — атом фосфора или углерода. Реакционная способность М.с. связана с повышенным сродством к электрону атома Y, что обусловливает высокую свободную энергию гидролиза М.с., составляющую 6—14 ккал/моль.

Важной группой соединений, в которую входят М.с., являются аденозинфосфорные, или адениловые, кислоты — нуклеозиды, содержащие аденин, рибозу и остатки фосфорной кислоты (см. рис.).

Наиболее значительное из них — аденозинтрифосфорная кислота (аденозинтрифосфат, АТФ).

АТФ представляет собой аденозинфосфорную кислоту, содержащую 3 остатка фосфорной кислоты (или фосфатных остатка), служит универсальным переносчиком и основным аккумулятором химической энергии в живых клетках, кофермент многих ферментов (см. Коферменты).

АТФ не единственное биологически активное соединение, содержащее пирофосфатные связи. Некоторые фосфорилированные соединения по количеству энергии, заключенной в таких связях, не отличаются от АТФ.

Однако дифосфаты таких соединений не могут заменить аденозиндифосфорную кислоту в тех процессах, которые ведут к синтезу АТФ, а их трифосфаты не могут заменить АТФ в последующих процессах энергетического обмена, в которых АТФ используется как донор энергии, необходимой для протекания биосинтетических реакций.

Возможно, что такая высокая степень специфичности отражает не столько уникальность АТФ, сколько уникальные особенности биохимических процессов, приспособленных исключительно к АТФ.

В отдельных биосинтетических реакциях непосредственным источником энергии служат не АТФ, а некоторые другие трифосфонуклеотиды. Однако их нельзя считать первичным источником энергии, поскольку сами они образуются в результате переноса фосфатной или пирофосфатной группы от АТФ.

Это справедливо и для вещества другого типа, приспособленного для запасания энергии, — креатинфосфата (см. Креатинин). Макроэргическими в молекуле АТФ являются две пирофосфатные связи: между α- и β- и между β- и γ-фосфатными остатками.

При гидролизе концевой пирофосфатной связи освобождается 8,4 ккал/моль (при рН 7,0, температуре 37°, избытке ионов Mg2+ и концентрации АТФ, равной 1 М).

Все процессы в организме, сопровождающиеся накоплением энергии, в конечном счете ведут к образованию АТФ, который выполняет роль связующего звена между процессами, протекающими с потреблением энергии, и процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии.

Отщепление фосфатных остатков от молекул АТФ происходит при участии аденозинтрифосфатаз (АТФ-аз) — ферментов класса гидролаз, широко распространенных в клетках всех организмов и обеспечивающих использование энергии АТФ для осуществления различных процессов жизнедеятельности.

Группа транспортных АТФ-аз осуществляет активный перенос ионов, аминокислот, нуклеотидов, Сахаров и других веществ через биологические мембраны, создание и поддержание градиентов концентраций ионов (ионных градиентов) по обе стороны биологических мембран.

Активный транспорт ионов, обеспечиваемый за счет энергии гидролиза АТФ, лежит в основе биоэнергетики (Биоэнергетика) клетки, процессов клеточного возбуждения, поступления в клетку и выведения веществ из клетки и организма, К важнейшим транспортным АТФ-азам, обеспечивающим перенос ионов при гидролизе АТФ, относятся Н+ — АТФ-аза мембран митохондрий, хлоропластов и бактериальных клеток, Са2+ — АТФ-аза внутриклеточных мембран мышечных клеток и эритроцитов, а также содержащаяся практически во всех плазматических мембранах Na+, К+АТФ-аза. В результате осуществляемого этими ферментами транспорта ионов против градиента их концентраций на мембране генерируется разность электрических потенциалов. Нарушение функционирования транспортных АТФ-аз (например, выключение АТФ-аз в условиях гипоксии в отсутствие АТФ) ведет к развитию многих патологических состояний. Известны лекарственные средства (например, сердечные гликозиды), регулирующие активность этих ферментов.

Расщепление АТФ может сопровождаться не только переносом фосфорильной группы на молекулу-акцептор, как это происходит в реакциях, катализируемых киназами (Киназы), но и переносом пирофосфатной группы (например, при синтезе пуринов), остатка адениловой кислоты (при активации аминокислот в процессе синтеза белка) или аденозина (биосинтез S-аденозилметионина).

АТФ образуется из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) в результате окислительного фосфорилирования при переносе электронов в митохондриальной электронпереносящей цепи (см. Дыхание тканевое, Обмен веществ и энергии) или в результате фосфорилирования на уровне субстрата (см.

Гликолиз). АТФ в клетке непосредственно связано с содержанием других аденозинфосфорных кислот — АДФ и адениловой кислоты (АМФ), образующих систему адениловых нуклеотидов клетки.

Суммарная концентрация адениловых нуклеотидов в клетке равна 2—15 мМ, что составляет приблизительно 87% общего фонда свободных нуклеотидов.

Существенную роль в поддержании равновесия между аденозинфосфорными кислотами играет обратимая и практически равновесная реакция, катализируемая ферментом аденилаткиназой (аденилаткиназу мышечной ткани называют миокиназой): АТФ + АМФ = 2 АДФ.

Важным макроэргическим соединением, участвующим в ресинтезе АТФ в мышечной ткани, является содержащийся в скелетных мышцах всех позвоночных животных креатин-фосфат — фосфорилированное производное креатина, или β-метилгуанидинуксусной кислоты (см.

Креатинин). Обратимое ферментативное взаимодействие креатина с АТФ: креатин + АТФ = креатинфосфат + АДФ, катализируемое креатинкиназой (креатинфосфокиназой), играет существенную роль в аккумуляции энергии, необходимой для мышечного сокращения.

Наряду с АТФ к макроэргическим соединениям относятся и другие нуклеозидтрифосфорные кислоты: гуанозинтрифосфат (ГТФ), уридинтрифосфат (УТФ), инозинтрифосфат (ИТФ) и тимидинтрифосфат (ТТФ), играющие роль поставщиков энергии в различных биосинтетических процессах и взаимопревращениях углеводов, липидов, а также соответствующие нуклеозиддифосфорные кислоты, пирофосфорная и полифосфорная кислоты (см. Фосфор), фосфоенолпировиноградная и 1,3-дифосфоглицериновая кислоты, ацетил- и сукцинилкофермент А, аминоацильные производные адениловой и рибонуклеиновых кислот и др.

Библиогр.: Брода Э. Эволюция биоэнергетических процессов, пер. с англ., М., 1978: Певзнер Л. Основы биоэнергетики, пер. с англ., М., 1977; Рэкер Э. Биоэнергетические механизмы, пер. с англ., М., 1979; Скулачев В.П. Трансформация энергии в биомембранах, М., 1972.

Макроэргические соединения.

II

Макроэргические соединения (Макро- + греч. ergon работа, действие; син. высокоэргические соединения)

органические соединения, расщепление которых сопровождается выделением большого количества свободной энергии; в М. с. аккумулируется энергия, расходуемая организмом в процессе своей жизнедеятельности.

Источник: Медицинская энциклопедия на Gufo.me

Источник: //gufo.me/dict/medical_encyclopedia/%D0%9C%D0%B0%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%8D%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

Макроэрги для организма человека: Применение в спортивной деятельности

Макроэргические соединения

Макроэрги (макроэргические соединения) — химические связи отдельных органических соединений, расщепление которых приводит к выделению большого количества энергии.

В живых организмах свободная энергия, получаемая при усвоении пищи, почти целиком выделяется в ходе биологического окисления. Примерно 50% этой энергии выделяется в виде тепла, которое целиком уходит в окружающую среду.

Оставшиеся 50% расходуется на синтез макроэргов — веществ, которые обеспечивают энергией все клетки организма. Главным из этих веществ является АТФ (аденазинтрифосфорная кислота).

Также к веществам похожего действия можно отнести глюкозу, креатин, L-карнитин и др.

Энергия выделяется, когда расщепляются химические связи АТФ. Во время этого процесса АТФ (аденазинтрифосфат) превращается в аденазинди- и аденазинмонофосфаты и неорганические фосфаты (фосфагены).

Но количество АТФ, который содержится в мышцах, хватает для обеспечения работы примерно на полсекунды, поэтому во время работы мышц используется энергия аденазинтрифосфорной кислоты, которая синтезируется прямо во время работы, используя энергию других содержащихся в клетке высокоэнергетических фосфатов (фосфагенов).

Применение в спортивной деятельности

Макроэрги относятся к средствам энергетического действия (энергизаторы).

Применение в спортивной деятельности: с одной стороны, они служат донорами энергетических продуктов ( АТФ, глюкоза, L-карнитин и другие), а с другой стороны — косвенно увеличивают эндогенное содержание биомакромолекул в организме, которые принимают участие в сокращении мышц (гормоны, метаболиты цикла трикорбоновых кислот и другие).

Макроэрги помогают восстанавливать и создавать энергетические депо, увеличивают запасы гликогена, могут ускорить транспорт жирных кислот в клетках. АТФ, креатин-фосфат и глюкоза являются источниками энергии во время аэробных и анаэробных нагрузок. При продолжительных физических нагрузках макроэрги являются активаторами гликолиза.

Некоторые продукты питания, гомеопатические средства, определённые фармакологические препараты, биологически активные добавки, продукты особой биологической ценности: мёд, перга, орехи, цветочная пыльца и препараты из них («Апитонус», «Леветон Форте», «Элтон Форте») влияют на биоэнергетику мышечных сокращений, они ощутимо повышают физическую выносливость и работоспособность спортсменов.

Препараты-макроэрги

Препаратов-макроэргов, применяемых в спортивной медицине, немного. В виде фармакологических средств повышения работоспособности спортсмена интерес представляют такие препараты, как «Неотон», «Фосфаден», адениловая кислота.

«Неотон» — препарат фосфокреатина — препарат для инъекций. Выпускается во флаконах по 200, 500 или 1000 мг креатинфосфата. Вводится внутривенно или внутримышечно (редко).

«Фосфаден» — (аденазанмонофосфат АМФ). Форма выпуска — таблетки по 0,025 и по 0,25 г и в виде 2% раствора для инъекций. Наиболее распространённый препарат данного класса из-за удобства применения. Дозировки до 0,15 г внутрь или до 0,12 г внутримышечно. Курс 2-4 недели.

Адениловая кислота — препарат, получаемый из пивных дрожжей и содержащий смесь аденазинмонофосфорной кислоты, фруктозодифосфорной и других биологически активных кислот. Выпускается во флаконах по 100 мл. Принимают внутрь по 1 столовой ложке 2-3 раза в день.

Все эти препараты, помогающие увеличить количество энергонасыщенных соединений в организме, дают наибольший эффект при тренировках в анаэробном режиме.

Их применяют с целью повышения физической работоспособности во время соревнований и на тех этапах тренировочного процесса, когда ставится цель развитие скоростной выносливости и имеется большой объём работы в анаэробном режиме. Но без этих препаратов трудно работать и при аэробной нагрузке.

Новости здоровья:

 

Дела на работе, домашние заботы, соцсети – все это нещадно пожирает наше свободное время. Даже поход в фитнес-зал после 30 лет дается непросто. При этом банальная зарядка с гантелями уже вас не устраивает и хочется чего-то большего. Какие главные причины заниматься спортом? Где взять мотивацию записаться в секцию плавания, боевых искусств или просто поиграть в…

Читать далее

Спортсмены-вегетарианцы сегодня мало кого удивляют. Многие звезды спорта осознанно выбирают такой путь и остаются только в выигрыше. Куда более удивителен тот факт, что подобная практика существовала задолго до того, как вегетарианство стало мейнстримом. Великие атлеты прошлого принципиально отказывались от мяса, но при этом продолжали бить рекорд за рекордом. Кто же эти герои, и в чем…

Читать далее

Всего одна-две таблетки – и на весах килограммов на три меньше! Мочегонные средства для похудения творят поистине чудеса, да и стоят недорого. И спортсмены их принимают, когда входят в весовую категорию. Только перенимая в обычную жизнь методы из спорта, мы не думаем, что там на алтарь победы кладется здоровье. Мы-то хотим быть красивыми и стройными,…

Читать далее

Неправильная работа нашего «мотора» может указывать на такую болезнь, как мерцательная аритмия сердца.

Обычно патология характеризуется нарушением ритма, чувством замирания в области груди и частым сердцебиением.

Осложнения аритмии чреваты образованием тромбов, а это значит, что запущенная болезнь, если её не лечить, может перерасти в инфаркт или инсульт. Как предупредить сердечный недуг? Что делать, если заболевание…

Читать далее
 

Источник: //leveton.su/makroergi/

Энергетический обмен. макроэргические соединения

Макроэргические соединения

Энергетический обмен. макроэргические соединения

Эндергонические реакции – это химические реакции, требующие притока энергии для их осуществления. В этих реакциях изменение свободной энергии ∆G положительная величина (ΔG > 0).

Экзергонические реакции – это реакции, в которых энергия выделяется,

т.е. они идут с выделением энергии. В таких реакциях изменение свободной энергии ∆G– отрицательная величина (ΔG < 0).

Внутриклеточные химические реакции могут быть представлены в виде:

1. катаболических (экзергонических) реакций;

2.анаболических (эндергонических) реакций.

Макроэргические соединения

Макроэргические соединения – соединения, содержащие макроэргическую связь, при гидролизе которой освобождается энергия больше чем 30 кДж/моль.

Макроэргическими соединениями являются также ацил~СоА и все соединения, содержащие сложную тиоэфирную группу,и производные фосфорной кислоты.(карбоксилфосфатные)

В свою очередь АТФ – источник энергии для важных метаболических путей, в которых идут превращения глюкозы, фруктозы и многих других молекул. Получая фосфатную группу от АТФ, эти молекулы увеличивают уровень своей свободной энергии (G), что обеспечивает течение ряда ферментативных реакций и клеточных процессов.

Вместе с тем, АДФ универсальный акцептор энергии (и фосфатной группы) от клеточных макроэргов, которые обладают более высоким уровнем свободной энергии. Цикл АТФ-АДФ — основной механизм обмена энергии в клетке.

Субстратное фосфорилирование.Одним из источников нуклеозидтрифосфатов, главным образом АТФ, является субстратное фосфорилирование, в процессе которого они могут синтезироваться в реакциях переноса фосфорильной группы от содержащих остаток фосфорной кислоты макроэргических соединений на нуклеозиддифосфаты.

Реакции субстратного фосфорилирования являются важным источником получения АТФ, особенно в анаэробных условиях. Для эукариотов главным источником АТФ является окислительное фофорилирование, использующее энергию электронов, освобождающихся при дегидрировании субстратов, при восстановлении кислорода, через реализацию трансмембранного протонного градиента потенциала.

Дегидрирование субстратов и восстановление кислорода (образование воды) как основной источник энергии для синтеза АТФ

АТФ – чрезвычайно важная молекула клетки. Она непрерывно синтезируется и используется. Энергия для синтеза АТФ поступает от субстратов, отдающих электроны в ходе их дегидрирования.

Электроны извлекаются из субстратов в ходе гликолиза и гликогенолиза (в цитозоле), при окислении жирных кислот и в общих путях метаболизма: при преобразовании пирувата в ацетил-КоА и в цикле трикарбоновых кислот (в митохондриальном матриксе).

Молекулы НАДН и ФАДН2 переносят эти электроны в дыхательную цепь, локализованную во внутренней митохондриальной мембране. Энергия этих электронов используется для создания трансмембранного протонного градиента потенциала, используемого для синтеза АТФ.

ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА

Общие пути катаболизманачинаются с пирувата, который превращается в молекулу ацетил-СоА под действием сложного мультифетментного пируватдегидрогеназного комплекса в митохондриях.

Затем молекула ацетил-СоА подвергается полному окислению в цикле трикарбоновых кислот, где из двууглеродного фрагмента уксусной кислоты извлекаются 8 электронов. Эти электроны в составе молекул НАДН и ФАДН2 вовлекаются в процесс окислительного фосфорилирования, где синтезируется АТФ и образуется Н2О.

К общим путям катаболизма относят: окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, цикл трикарбоновых кислот, окислительное фосфорилирование.

Эндогенная вода

Эндогенной называется вода, возникающая в клетках в основном при функционировании дыхательных цепей в митохондриях. Некоторое количество эндогенной воды образуется при микросомальном окислении и при разложении пероксида водорода. У взрослого человека в сутки возникает 400÷450 мл эндогенной воды.

Каталаза присутствует во всех клетках организма и разлагает пероксид водорода:

Н2О2 + Н2О2 → О2 + 2 Н2О

Глутатионпероксидаза также присутствует во всех клетках организма и разлагает пероксид водорода. Содержит селеноцистеин в активном центре. 2 Глутатион-SH + Н2О2 → Глутатион-SS + 2Н2О

Глутатионпероксидаза также восстанавливает гидропероксиды липидов.

В конце дыхательной цепи электроны взаимодействуют с кислородом с последующим присоединением к восстановленному кислороду протонов из матрикса с образованием воды: 4е- + 4Н+ + О2 → 2Н2О.

Особенность образования воды в этой реакции состоит в том, что в неѐ входят электроны с цитохромооксидазы, имеющей достаточно высокий редокс-потенциал, и в процессе предачи электронов на кислород выделяется не так много энергии.

Поэтому роль многочисленных промежуточных переносчиков электронов, локализованных во внутренней митохондриальной мембране, состоит в постепенном выделении энергии при переносе электронов по цепи дыхательных ферментов с использованием ее для создания протонного градиента на внутренней мембране митохондрии.

Если бы не было промежуточных переносчиков электронов, то разом выделяющаяся тепловая энергия разрушила бы митохондриальную мембрану.

Образование токсических форм кислорода, их значение для организма, механизм их повреждающего действия на клетки, механизмы их обезвреживания. Прооксиданты и антиоксиданты.

Несмотря на то, что аэробные организмы для своей жизнедеятельности нуждаются в молекулярном кислороде (О2), при повышении его концентрации выше, чем в атмосферном воздухе, он может проявлять токсические свойства, причем степень токсичности неодинакова для разных видов животных и разных возрастных состояний, зависит от среды обитания и других факторов.

Кислород – потенциально опасное вещество. Молекулярный кислород О2 и кислород в составе молекулы Н2О – стабильные соединения. Полное восстановление кислорода происходит на заключительной стадии митохондриального окисления.

Химические соединения, в составе которых кислород имеет промежуточные степени окисления, имеют высокую реакционную способность и называются активными формами кислорода.

Активные формы кислорода вызывают оксидативный стресс. Оксидативным (окислительным) стрессом называют процесс повреждения клетки в результате реакций окисления.

С химической точки зрения оксидативный стресс представляет собой значительное увеличение клеточного редокс-потенциала или существенное снижение восстановительной способности клеточных редокс-пар, таких как окисленный/восстановленный глутатион. Эффект оксидативного стресса зависит от силы его выраженности.

Клетки могут вернуться в исходное состояние при небольших нарушениях. Однако более выраженный оксидативный стресс вызывает клеточную смерть.

Энергетический обмен. макроэргические соединения

Эндергонические реакции – это химические реакции, требующие притока энергии для их осуществления. В этих реакциях изменение свободной энергии ∆G положительная величина (ΔG > 0).

Экзергонические реакции – это реакции, в которых энергия выделяется,

т.е. они идут с выделением энергии. В таких реакциях изменение свободной энергии ∆G– отрицательная величина (ΔG < 0).

Внутриклеточные химические реакции могут быть представлены в виде:

1. катаболических (экзергонических) реакций;

2.анаболических (эндергонических) реакций.

Макроэргические соединения

Макроэргические соединения – соединения, содержащие макроэргическую связь, при гидролизе которой освобождается энергия больше чем 30 кДж/моль.

Макроэргическими соединениями являются также ацил~СоА и все соединения, содержащие сложную тиоэфирную группу,и производные фосфорной кислоты.(карбоксилфосфатные)

В свою очередь АТФ – источник энергии для важных метаболических путей, в которых идут превращения глюкозы, фруктозы и многих других молекул. Получая фосфатную группу от АТФ, эти молекулы увеличивают уровень своей свободной энергии (G), что обеспечивает течение ряда ферментативных реакций и клеточных процессов.

Вместе с тем, АДФ универсальный акцептор энергии (и фосфатной группы) от клеточных макроэргов, которые обладают более высоким уровнем свободной энергии. Цикл АТФ-АДФ — основной механизм обмена энергии в клетке.

Субстратное фосфорилирование.Одним из источников нуклеозидтрифосфатов, главным образом АТФ, является субстратное фосфорилирование, в процессе которого они могут синтезироваться в реакциях переноса фосфорильной группы от содержащих остаток фосфорной кислоты макроэргических соединений на нуклеозиддифосфаты.

Реакции субстратного фосфорилирования являются важным источником получения АТФ, особенно в анаэробных условиях. Для эукариотов главным источником АТФ является окислительное фофорилирование, использующее энергию электронов, освобождающихся при дегидрировании субстратов, при восстановлении кислорода, через реализацию трансмембранного протонного градиента потенциала.

Дегидрирование субстратов и восстановление кислорода (образование воды) как основной источник энергии для синтеза АТФ

АТФ – чрезвычайно важная молекула клетки. Она непрерывно синтезируется и используется. Энергия для синтеза АТФ поступает от субстратов, отдающих электроны в ходе их дегидрирования.

Электроны извлекаются из субстратов в ходе гликолиза и гликогенолиза (в цитозоле), при окислении жирных кислот и в общих путях метаболизма: при преобразовании пирувата в ацетил-КоА и в цикле трикарбоновых кислот (в митохондриальном матриксе).

Молекулы НАДН и ФАДН2 переносят эти электроны в дыхательную цепь, локализованную во внутренней митохондриальной мембране. Энергия этих электронов используется для создания трансмембранного протонного градиента потенциала, используемого для синтеза АТФ.

ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА

Общие пути катаболизманачинаются с пирувата, который превращается в молекулу ацетил-СоА под действием сложного мультифетментного пируватдегидрогеназного комплекса в митохондриях.

Затем молекула ацетил-СоА подвергается полному окислению в цикле трикарбоновых кислот, где из двууглеродного фрагмента уксусной кислоты извлекаются 8 электронов. Эти электроны в составе молекул НАДН и ФАДН2 вовлекаются в процесс окислительного фосфорилирования, где синтезируется АТФ и образуется Н2О.

К общим путям катаболизма относят: окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты, цикл трикарбоновых кислот, окислительное фосфорилирование.



Источник: //infopedia.su/16x6d44.html

Макроэргические соединения

Макроэргические соединения

В живом организменет прямого перехода энергии от источника(энергогенерирующего процесса) кпотребителю (биологическому преобразователюэнергии).

Непосредственное использованиепотенциальной химической энергии,содержащейся в молекулах пищевыхвеществ, невозможно потому, что приразрыве внутримолекулярных связейвыделяется такое огромное количествоэнергии, что она не может быть аккумулированавнутриклеточными ферментными системамии способна вызвать повреждение этихсистем.

Для процессов, совершающихся вживом организме, характерно ступенчатоеосвобождение свободной энергии содновременным преобразованием ее вхимическую энергию макроэргическихсоединенийили электрохимическийпотенциална клеточных мембранах.

Макроэргическиесоединения это соединения, содержащиемакроэргическую связь. Макроэргическиминазываютсяхимическиесвязи,свободная энергия гидролиза которыхсоставляет не менее 21 кДж/моль. Эти связиобозначают знаком ~ (тильда).

Говоря обэнергии макроэргических связей, вбиохимии имеют в виду не действительнуюэнергию ковалентной связи между атомами,как это принято в физической химии, алишь разность между значениями свободнойэнергии (∆G)исходных реагентов и продуктов реакцийгидролиза макроэргических соединений.«Энергия связи» в этом смысле, строгоговоря, не локализована в данной связи,а характеризует реакцию в целом.

Поэтому правильнее говоритьне о возникновении макроэргическойсвязи, а об образованиив процессе химического сопряжениянового макроэргическогосоединения.

Универсальнойформой запасания свободной энергии длявсего живого мира является энергиямакроэргических связей АТФ:все преобразования энергии в процессахжизнедеятельности осуществляются черезаккумуляцию энергии в этих связях и еёиспользование при их разрыве.

Значение∆Gдля этих реакций представляет собойкак бы «биологический квант» энергии,т.к. все преобразования энергии ворганизмах происходят порциями, примерноравными ∆G.

При ферментативном гидролизе АТФ вклетке отщепляющаяся фосфатная группапереносится на субстрат, запас энергиив котором оказывается в результатебольше, чем в исходном соединении.

Величинаизменения свободной энергии в реакцияхпереноса зависиткак от природы переносимой группы, таки от природы молекулы акцептора. Присравнении потенциала переноса группразличныхсоединений необходимо пользоватьсяединым стандартнымакцептором. В качестве такого акцептораобычнопринимают молекулу воды и выражаютпотенциал переноса в виде свободнойэнергииреакции гидролиза данного соединения.

Потенциалпереноса измеряется в кДж на 1моль групп донора, переносимых настандартный акцептор при стандартных(одномолярных)концентрациях. В таблице 1 представленывеличины ∆G0(при рН=7, Т=250С)основных макроэргических соединенийи органических соединений с нормальнымисвязями.

Таблица 1. Свободнаяэнергия гидролиза некоторых соединений.

Соединение

∆G0 , кДж/моль

Фосфоенолпируват

-61,9

1,3-дифосфоглицерат

-49,4

Карбамоилфосфат

-51,5

Ацетилфосфат

-43,15

Креатинфосфат

-37,7

Сукцинил-КоА

-33,5

Ацетил-КоА

-31,4

АТФ (до АМФ)

-31,8

АТФ (до АДФ)

-31,0

АДФ (до АМФ)

-28,3

Глюкозо-1-фосфат

-20,7

Фруктозо-6-фосфат

-15,8

Глюкозо-6-фосфат

-13,8

Глицерофосфат

10,0

Сопоставляявеличины потенциалов переноса, можновыяснить, является ли определеннаякомбинация реакций термодинамическивероятной. В условиях стандартныхконцентраций происходит самопроизвольныйперенос групп от соединений, у которыхпотенциалпереноса высок, к соединениям, у которыхон ниже.

Так, АТФ, находящаясяв середине шкал значений потенциалапереноса групп,способна акцептировать фосфорную группуот тех соединений,которые в реакциях энергетическогометаболизма выполняютроль первичных макроэргов и имеют болеевысокий потенциал переноса.

Вместе с тем АТФ может переноситьфосфорные группына молекулы соединений, относящихся к«низкоэнергетическим»фосфатам, у которых потенциал переносагрупп ниже, чем уАТФ.

Большинствомакроэргическихсоединений представляют собой ангидридыфосфорной кислотыи какой-либо другой кислоты, или фосфорныеэфиры енолов. Первичновозникающие в ходе реакций химическогосопряжениямакроэргические соединения отличаютсявысокой нестабильностьюв водной среде.

Они легко подверженыгидролизу, что ведетк рассеиванию энергии окисления в видетепла.

Поэтому для того,чтобы сохранить энергию и использоватьее в процессах, идущих с потреблениемэнергии, первично возникшая макроэргическаясвязьдолжна быть перенесена на молекулусоединения, обладающегодостаточно высокой устойчивостью вводной среде.

В большинстве случаевмакроэргические фосфорные соединенияприучастии фосфотрансфераз переносятфосфатную группу на молекулуАДФ, выполняющую в клетке рольуниверсального акцепторавысокоэнергетического фосфата.Образующаясяв итоге подобных реакций переноса АТФвыступаетзатем как специфический донор фосфатныхгрупп в других ферментативных реакциях.

АТФ

Молекулярноестроение и химические свойства АТФсоответствуют ее функции промежуточногоаккумулятора и переносчика энергии.Молекула АТФ состоит из органическогооснования аденина, углевода рибозы итрех остатков фосфорной кислоты, изкоторых пирофосфатные группы являютсямакроэргическими. Формулу АТФ можнозаписать так: аденин – рибоза – фосфат ~фосфат ~ фосфат.

Соединение аденинаи рибозы – это аденозин, а соединениеаденозина с первым остатком фосфорнойкислоты – адениловая или аденозинмонофосфорнаякислота (АМФ). Адениловая кислотаотносится к группе нуклеотидов, входящихв состав нуклеиновых кислот.

В молекулеАТФ по главной цепи -Р-О-Р-О- происходитнакопление положительных зарядов,электростатическое отталкивание которыхвносит определенный вклад в образованиемакроэргических связей.

Наличиенескольких отрицательных зарядов вокругцентральной цепи положительных зарядовиграет защитную роль, благодаря чемумолекула АТФ способна накапливатьэнергию при одновременной кинетическойустойчивости в водной среде.

В то жевремя молекулы воды легко атакуютпирофосфатную структуру, посколькуэлектростатическое отталкиваниеотрицательно заряженных фосфатныхгрупп способствует их разобщению. Этосильно выраженное стремление к отщеплениюконцевых фосфатных групп АТФ представляетсобой движущую силу в ферментативныхреакциях переноса, которые сопровождаютсяфосфорилированием других соединенийза счет АТФ.

Связь междукислородом и фосфором в адениловойкислоте – обычная сложноэфирная связь,при гидролитическом отщеплении которойосвобождается энергия около 13 кДж/моль.При гидролизе АТФ с образованием молекулыортофосфорной кислоты и АДФ в стандартныхусловиях освобождается энергия около31 кДж/моль:

АТФ + Н2О= АДФ + Н3РО4

+ Н2О =

АТФ

ОН

+ НО ─ Р ─ ОН

О

АДФ

Количествоосвобождаемой энергии зависит от рНсреды, концентрации неорганическогофосфата, а также соотношения концентрацийАТФ и АДФ в клетке. Приотщеплении второй фосфатной группыобразуется аденозинмонофосфат ивыделяется примерно такое же количествоэнергии:

АДФ + Н2О= АМФ + Н3РО4

Возможен также идругой путь расщепления, при которомот молекулы АТФ отщепляются сразу двефосфатные группы (пирофосфат) и образуетсяАМФ, ∆G0= – 31,8 кДж/моль:

АТФ + Н2О= АМФ + Н4Р2О7

Молекула АМФ можетснова фосфорилируоваться до АДФ второймолекулой АТФ при участии особогофермента аденилаткиназы, и образующийсяпирофосфат гидролизуется пирофосфатазойдо ортофосфорной кислоты:

АМФ+АТФ = 2АДФ +Н4Р2О7

Наличие двух путейгидролитического расщепления АТФобусловливает дополнительную гибкостьадениловой системы в функции посредникамежду процессами аккумуляции ииспользования энергии.

АТФ можетфункционировать в клетках не толькокак фосфорилирующий агент, переносящийфосфат на соответствующий акцептор, нои как донор, переносящий на акцепторнеорганический пирофосфат, и какаденилирующий агент, переносящий наакцептор свою аденилатную группу(например, при образованииаминоациладенилатов).

При фосфорилированииАДФ в процессах, сопряженных с биологическимокислением, должна быть затраченаэнергия, достаточная для созданиянеобходимого потенциала переноса групп.

Величину энергии зависит не только оттемпературы давления, но и от рН и отконцентрации реагентов, которая можетбыть различной в разных отделах клетки.

Так, для концентрации в цитоплазмевеличина свободной энергии гидролизаАТФ составляет 40 кДж/моль, а в митохондриях,где в основном образуется АТФ, – 60кДж/моль.

Аденилатнаясистемаклетки включает: АДФ, АТФ и АМФ. Суммуэтих компонентов в клетке практическипостоянная величина. Энергетическийстатус клетки в каждый определенныймомент зависит от относительныхконцентраций всех трех компонентов.

Если вся система представлена в формеАТФ, то клетка находится в максимальновысоком энергетическом состоянии; еслиже в форме АМФ, то клетка лишена богатыхэнергией компонентов и находится внизшем энергетическом состоянии.

Дляоценки энергетических состоянийпользуются показателем энергетическогозаряда аденилатной системы, которыйравен половине общего числа макроэргическихфосфатных групп, приходящихся на остатокаденозина.

Максимальныйэнергетический заряд, когда всяаденилатная система представлена АТФ,равен единице, а минимальный, когдаединственным компонентом ее являетсяАМФ, – нулю.

В живой клеткевеличина «энергетического заряда»поддерживается пределах от 0,7 до 0,9.Изменение энергетического зарядаприводит к большим изменениям скоростипроцессов, замедлению или ускорениюдействия ферментов.

Таким образом,система адениловых нуклеотидовосуществляет регуляцию процессов,ответственных за поставку и утилизациюэнергии в клетке, и поддерживаетоптимальный уровень функционирования,требующий наименьших затрат энергии.

В клетках естьнесколько метаболических путей, ведущихк синтезу АТФ в сопряженных реакциях.

Эти пути различаются по характерукатаболических превращений, приводящихк образованию доноров электронов, потипу окислительного процесса, в ходекоторого высвобождается потенциальнаясвободная энергия, и по способу сопряженияэнергоподающей реакции с образованиеммакроэргических соединений. Каждый изэтих процессов приспособлен к обработкеопределенного вида «топлива», и каждыйиз них имеет свои пределы эффективностипреобразования энергии окисления присинтезе АТФ.

Источник: //studfile.net/preview/7122473/page:2/

Ваш Недуг
Добавить комментарий