3.22: Reakcje sprzężone

Coupled Reactions
JoVE Core
Cell Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Cell Biology
Coupled Reactions
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

7,601 Views

01:17 min
April 30, 2023

Overview

Procesy komórkowe, takie jak budowanie i rozkładanie złożonych cząsteczek, zachodzą w wyniku stopniowych reakcji chemicznych. Niektóre z tych reakcji chemicznych są spontaniczne i uwalniają energię, podczas gdy inne wymagają energii do przebiegu. Komórki często łączą reakcję uwalniania energii z reakcją wymagającą energii do wykonywania ważnych funkcji komórki.

Energia zawarta w cząsteczkach adenozynotrifosforanu lub ATP jest łatwo dostępna do pracy. ATP napędza większość reakcji komórkowych wymagających energii. Komórki sprzęgają hydrolizę ATP z reakcjami endergonicznymi, co pozwala im postępować. Jednym z przykładów sprzężenia energii za pomocą ATP jest transbłonowa pompa jonowa, która jest niezwykle ważna dla funkcji komórkowych. Ta pompa sodowo-potasowa (pompa Na+/K+) wypycha sód z komórki i potas do komórki. Duży procent ATP w komórce zasila tę pompę, ponieważ procesy komórkowe wprowadzają znaczną ilość sodu do komórki i potasu z niej. Pompa stale pracuje nad stabilizacją stężeń sodu i potasu w komórkach.

Często podczas komórkowych reakcji metabolicznych, takich jak synteza i rozpad składników odżywczych, pewne cząsteczki muszą nieznacznie zmienić swoją konformację, aby stać się substratami dla następnego kroku w serii reakcji. Jednym z przykładów są pierwsze etapy oddychania komórkowego, kiedy cząsteczka cukru i glukozy rozpada się w glikolizie. W pierwszym etapie ATP jest wymagane do fosforylacji glukozy, tworząc wysokoenergetyczny, ale niestabilny produkt pośredni. Ta reakcja fosforylacji napędza zmianę konformacyjną, która umożliwia fosforylowanej cząsteczce glukozy przekształcenie się w fosforylowaną cukier fruktozę. Fruktoza jest niezbędnym produktem pośrednim, aby glikoliza mogła postępować. W tym przypadku reakcja egzergoniczna hydrolizy ATP łączy się z reakcją endergoniczną przekształcania glukozy w fosforylowany produkt pośredni w szlaku. Po raz kolejny energia uwolniona przez zerwanie wiązania fosforanowego w ATP została wykorzystana do fosforyzacji innej cząsteczki, tworząc niestabilny produkt pośredni i napędzając ważną zmianę konformacyjną.

Ten tekst jest adaptacją Openstax, Biology 2e, Sekcja 6.1: Energia i metabolizm , sekcja 6.3: Prawa Termodynamika i 6.4 ATP: Adenozynotrójfosforan.

Transcript

Sprzężenie energii zachodzi, gdy reakcja wysoce egzergoniczna napędza reakcję endergoniczną. Reakcja połączona nazywana jest reakcją sprzężoną.

Komórki wykorzystują sprzężone reakcje do wykonywania różnych procesów, w tym biosyntezy, aktywnego transportu jonów i pracy mechanicznej. Hydroliza ATP jest często sprzężoną reakcją egzergoniczną zasilającą procesy biologiczne.

Na przykład endergoniczna reakcja między glutaminianem a amoniakiem w celu wytworzenia glutaminy jest sprzężona z egzergoniczną hydrolizą ATP do ADP i fosforanu nieorganicznego.

Zmiana energii swobodnej netto dla reakcji sprzężonej jest sumą indywidualnych zmian energii swobodnej. Ze względu na duży ujemny ΔG dla hydrolizy ATP, całkowita standardowa zmiana energii swobodnej wynosi minus 16,3 kJ/mol, a reakcja może przebiegać.

Sprzężone reakcje biosyntezy często mają wspólny niestabilny produkt pośredni. W biosyntezie glutaminy przeniesienie fosforanu z ATP do glutaminianu tworzy pośredni fosforan glutamylu, który następnie reaguje z amoniakiem, tworząc glutaminę.

Key Terms and definitions​

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for