Высокоэнергетический фосфат
Высокоэнергетический фосфат может означать одно из двух:
- Фосфат - фосфат (фосфоангидрид/фосфорный ангидрид/макроэргический/ фосфаген ) [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] таких соединений, как аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ). связи, образующиеся при образовании
- Соединения, содержащие эти связи, включают нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты, а также высокоэнергетические запасные соединения мышц — фосфагены . Когда люди говорят о пуле высокоэнергетических фосфатов, они имеют в виду общую концентрацию этих соединений с этими высокоэнергетическими связями.
Высокоэнергетические фосфатные связи обычно представляют собой пирофосфатные связи, ангидридные связи кислот, образующиеся путем взятия производных фосфорной кислоты и их дегидратации. Как следствие, гидролиз этих связей является экзергоническим в физиологических условиях, высвобождая свободную энергию Гиббса .
| Реакция |
|---|
| АТФ + Н 2 О → АДФ + П я |
| АДФ + Н 2 О → АМФ + П я |
| АТФ + H 2 O → АМФ + ПП i |
| ПП я + Н 2 О → 2 П я |
За исключением PP i → 2 Pi , эти реакции, как правило, не могут оставаться бесконтрольными в человеческой клетке, а вместо этого связаны с другими процессами, требующими энергии для их завершения. Таким образом, реакции высокоэнергетических фосфатов могут:
- обеспечивают энергией клеточные процессы, позволяя им работать
- связывать процессы с определенным нуклеозидом, позволяя регулировать процесс
- вывести реакцию из равновесия (сдвинуть ее вправо ), продвигая одно направление реакции быстрее, чем равновесие может ослабнуть.
Единственное исключение имеет ценность, поскольку оно позволяет провести однократный гидролиз АТФ + H 2 O → AMP + PP i , чтобы эффективно обеспечить энергию гидролиза двух высокоэнергетических связей, при этом гидролиз PP i может дойти до завершения. в отдельной реакции. АМФ регенерируется в АТФ в два этапа: по равновесной реакции АТФ + АМФ ↔ 2АДФ, за которой следует регенерация АТФ обычными способами, окислительным фосфорилированием или другими путями производства энергии, такими как гликолиз .
Часто высокоэнергетические фосфатные связи обозначаются символом «~». В этом «закорюченном» обозначении АТФ становится AP~P~P. Обозначение волнистой линией было изобретено Фрицем Альбертом Липманом , который впервые предложил АТФ в качестве основной молекулы-переносчика энергии в клетке, в 1941 году. [ 4 ] Обозначения Липмана подчеркивают особый характер этих связей. [ 5 ] Страйер заявляет:
АТФ часто называют высокоэнергетическим соединением, а его фосфоангидридные связи называют высокоэнергетическими связями. В самих облигациях нет ничего особенного. Это высокоэнергетические связи в том смысле, что при их гидролизе высвобождается свободная энергия по причинам, указанным выше. Термин Липмана «высокоэнергетическая связь» и его символ ~P (закорючка P) для соединения, имеющего высокий потенциал переноса фосфатной группы, являются яркими, краткими и полезными обозначениями. На самом деле закорючка Липмана во многом стимулировала интерес к биоэнергетике. [ 5 ]
Термин «высокая энергия» по отношению к этим связям может вводить в заблуждение, поскольку отрицательное изменение свободной энергии не связано непосредственно с разрывом самих связей. Разрыв этих связей, как и разрыв большинства связей, является эндергоническим и потребляет энергию, а не высвобождает ее. Вместо этого отрицательное изменение свободной энергии происходит из-за того, что связи, образовавшиеся после гидролиза - или фосфорилирования остатка АТФ - имеют более низкую энергию, чем связи, присутствующие до гидролиза. (Сюда входят все связи, участвующие в реакции, а не только сами фосфатные связи). Этот эффект обусловлен рядом факторов, в том числе усилением резонансной стабилизации и сольватации продуктов относительно реагентов, а также дестабилизацией реагентов из-за электростатического отталкивания между соседними атомами фосфора. [ 6 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ATP | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 12 апреля 2021 г.
- ^ «АТФ/АДФ» . Химия LibreTexts . 02.10.2013 . Проверено 12 апреля 2021 г.
- ^ «Важные молекулы высокой энергии в обмене веществ» . Химия LibreTexts . 02.10.2013 . Проверено 12 апреля 2021 г.
- ^ Липманн Ф (1941). «Метаболическое образование и использование энергии фосфатных связей». Адв. Энзимол . 1 : 99–162. ISSN 0196-7398 .
- ^ Перейти обратно: а б Люберт Страйер Биохимия , 3-е издание, 1988. Глава 13, с. 318
- ^ Гарретт, Реджинальд Х.; Гришэм, Чарльз М. (2016). Биохимия (6-е изд.). Cengage Обучение. п. 64. ИСБН 978-1305577206 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- МакГилвери, Р.В. и Гольдштейн, Г., Биохимия – функциональный подход , WB Saunders and Co, 1979, 345–351.
- Николлс, Дэвид; Фергюсон, Стюарт (2002). «Миф о «высокоэнергетической фосфатной связи» ». Биоэнергетика 3 (3-е изд.). Сан-Диего, Калифорния: Академический. ISBN 978-0-12-518121-1 .