Энергия гиббса гидролиза атр

Универсальным переносчиком энергии для всех форм жизни является «высокоэнергетический фосфат». При распаде пищевых молекул неорганические фосфатные ионы превращаются в фосфорильные группы молекул — так называемые макроэргические фосфатные органические соединения. Эти молекулы в клетке транспортируются туда, где необходимо совершить полезную работу. Такая работа совершается за счет энергии, запасенной в химических связях и выделяющейся при обратном превращении фосфорильных остатков в неорганические фосфатные ионы.

Внутриклеточные соединения, содержащие фосфорильные остатки, подразделяются на «низкоэнергетические», при гидролизе которых до неорганического фосфата Р, (свободной фосфатной группы, не соединенной с органическим компонентом),.

АСг = −12…−9 кДж/моль, и «высокоэнергетические» (или макро;

эргические), где дС° гидролитического отщепления фосфатной группы порядка — 30 кДж/моль.

Понятие высокоэнергетический фосфат иногда используют для описания фосфатной связи, а не соединения, содержащего ее. Главные структурные особенности высокоэнергетических фосфатов заключаются в том, что при физиологических значениях pH фосфорная кислота (Н₃Р0₄) находится в основном в виде смеси однои двухзарядных ионов и этому состоянию соответствует самый низкий уровень свободной энергии фосфата. Это означает, что равновесие для реакции гидролиза фосфоэфиров сдвинуто в сторону образования продуктов гидролиза, причем для дифосфатов (РР,) отрицательное изменение свободной энергии гидролиза значительно больше, чем для монофосфатов (Р,), поскольку структура пирофосфата дестабилизирована за счет электростатического отталкивания двух отрицательно заряженных фосфорильных групп.

Главными переносчиками фосфорильных групп являются аденозилмонофосфат (АМР), аденозилдифосфат (ADP) и аденозилтрифосфат (АТР).

Усвоение (окисление) пищи сопряжено с превращением ADP в АТР. Молекула ADP может присоединять фосфатную группу (Р,) и образовывать АТР, а в ходе сопряженных реакций, протекающих с поглощением энергии, образовавшийся АТР может расщепляться, отдавая фосфатную группу и вновь превращаясь в ADP.

АТР играет большую роль и в процессах регуляции активности ферментов путем их обратимого фосфорилирования. Ряд ферментов, называемых протеинкиназами, переносят остаток фосфата с АТР на соответствующий белок. В результате этого изменяется конформация белка и, как следствие, его каталитические свойства. Фосфорилированию подвергаются гидроксильные группы отдельных остатков серина и треонина в полипептидной цепи фермента.

Энергия, высвобождающаяся при расщеплении АТР, помимо участия в химических реакциях, обеспечивает мышечное сокращение, генерацию электрических сигналов, а также перекачку ионов и молекул против градиента их концентраций.

Для определения величины AG⁰ в суммарной реакции.

можно использовать закон аддитивности (аналог закона Гесса) величин AG,⁰ ряда последовательных реакций, из которых состоит данная суммарная реакция:

Из закона аддитивности следует, что энергия Гиббса суммарной реакции (AG,⁰) равна сумме AG,⁰ последовательных реакций (11.10 и 11.11):

Значение величины АСд_ТР изменяется в зависимости от pH, от концентрации ионов Mg²⁺ (так как ионы Mg²⁺ участвуют в процессах регуляции синтеза АТР), температуры. Кроме этого в реальных (физиологических) условиях живого организма концентрации ATP, ADP и Р, существенно отличаются от 1 моля, принятого для расчета стандартной свободной энергии (AG⁰).

При введении поправок, учитывающих физиологические условия, изменение свободной энергии (AG) реакции гидролиза АТР в клетке составляет приблизительно — 52,3 кДж.

Гидролиз некоторых фосфорилированных соединений, в частности двух промежуточных продуктов гликолиза — фосфоенолпирувата и 1,3-дифосфоглицерата, характеризуется более отрицательным значением AG⁰, чем реакция гидролиза АТР.

В клетке не происходит прямого переноса фосфатных групп от какого-либо высокоэнергетического соединения (например, 1,3-дифосфоглицерата) к низкоэнергетическому акцептору фосфата (например, глицерину). Практически все реакции переноса фосфатных групп в клетке протекают с участием системы АТР — ADP.

Высокоэнергетические фосфорилированные соединения, играющие роль «аккумуляторов» энергии, часто называют фосфагенами. Один из наиболее важных фосфагенов — креатинфосфат — представляет собой производное гуанидина, в молекуле которого атомы фосфора непосредственно связаны с азотом:

Креатинфосфат образуется из креатина (метилгуанидоуксусной кислоты) в результате переноса фосфатной группы от АТР, катилизируемого креатинфосфокиназой. Реакция обратима, и равновесие смещено в сторону образования АТР:

креатинфосфат + ADP — креатин + АТР, ДС° = -12,6 кДж/моль.

Таким образом, креатинфосфат, играющий роль источника фосфатных групп, образуется путем переноса этих групп от АТР к креатину. Единственным путем дефосфорилирования креатинфосфата является обратная реакция.

Креатинфосфат играет важную роль в аккумулировании энергии для скелетных мышц, он также содержится в гладких мышцах и в нервных клетках. Небольшие его количества присутствуют в почках и печени.