Молекулярная биология клетки - Уилсон Дж.
ISBN 5-03-001999-5
Скачать (прямая ссылка):
везикул (поверхность тилакоида, обращенная к строме, была наружной
поверхностью пузырьков-везикул). Суспензию сначала подкисляли до pH 4,0,
а затем подщелачивали в присутствии ADP и 32Р04.
Из рис. 7-17 видно, что выход АТР был более высоким в том случае,
когда для подкисления использовали янтарную кислоту, чем в том случае,
когда пользовались НС1. Далее, выход АТР возрастал с увеличением
концентрации янтарной кислоты (хотя во всех опытах pH растворов был 4,0).
Как видно из рис. 7-18, выход АТР зависел от pH и на щелочной стадии
эксперимента: он увеличивался, пока значение pH не достигало 8,5.
A. Почему при подкислении суспензии янтарной кислотой выход АТР
больше, чем при подкислении соляной кислотой? Почему выход АТР растет с
увеличением концентрации янтарной кислоты? (Янтарная кислота содержит две
карбоксильные кислые группы с рК 4,2 и 5,5).
Б. Почему выход АТР так сильно зависит от pH на щелочной стадии
эксперимента?
B. Попытайтесь предсказать эффект от следующих воздействий во время
щелочной стадии эксперимента и обоснуйте свое предсказание.
1. Добавление FCCP, являющегося разобщителем электронного
транспорта и синтеза АТР.
2. Добавление DCMU, блокирующего электронный транспорт через
цитохромы.
3. Освещение ярким светом.
4. Инкубация в полной темноте.
7-28 Thiobacillus ferrooxidans эго бактерия, которая живет в рудных
отвалах при pH 2. В горнодобывающей промышленности она используется для
выделения меди и урана из низкосортной руды путем кислого выщелачивания.
Бактерии окисляют Fe2+ до Fe3 + , который в свою очередь окисляет (и
делает растворимыми) эти минорные компоненты руды. Удивительно, что
бактерии живут в столь агрессивной среде. Они существуют за счет того,
что градиент pH между внешней средой и цитоплазмой (pH 6,5) приводит в
действие механизм синтеза АТР и NADPH, которые могут использоваться для
фиксации С02 и азота. Для поддержания постоянного внутриклеточного pH Т.
Jerrooxidans использует электроны от Fe2 + для восстановления 02 до воды,
удаляя таким образом протоны:
4Fe2+ + 02 + 4Н+ -> 4Fe3+ + 2Н20.
Какова энергетика указанных процессов? Является ли поток электронов
от Fe2+ к 02 энергетически выгодным? Достаточен ли электрохимический
протонный градиент на мембране для осуществления синтеза АТР? Насколько
трудно восстановить NADP + электронами от Fe2+? Являются ли эти вопросы
ключевыми для
понимания того, как Т. ferrooxidans удается процветать в стол
неблагоприятных условиях? Для ответа нужно обратиться основам энергетики
реакций восстановления.
В таких реакциях, описываемых уравнением
tlAoKHCJT "Ь ЬВдосст > САдодсу + (1В0КИСЛ ,
способность отдавать электроны характеризуется величиной АД
представляющей собой разность между Е0 (стандартный потенщ ал части
веществ клетки, или парциальный потенциал) для доноре электронов
(соединения, которые окисляются) и Е0 для акцепторе электронов
(соединения, которые восстанавливаются):
АЕ0 = Е% -ЕЪ.
Когда окислительно-восстановительная реакция идет в неста дартных
условиях (стандартными условиями считаются: темпер тура 25° С или 298 К и
все концентрации-1 М), способное! отдавать электроны может быть описана
следующим уравнение"
а г ас [АвосстГ [B0IHCJI]d
АЕ = А Е0 - 2,3 - log10 ---------------- --5,
L^bocctJ
где R = 1,98-10_3 ккал К_1/моль_1,
Г-температура, К,
и-число перенесенных электронов,
F = 23 ккал-В_1моль_1.
AG связано с АЕ соотношением AG = - nFAE.
Заметьте, что знаки при AG и АЕ противоположны; таким обр зом,
протеканию окислительно-восстановительной реакции благ приятствуют
условия, когда АЕ-положительная величина, а АС отрицательная.
A. Какова величина АЕ для восстановления 02 железом Fe2 + , eci
допустить, что реакция проходит в стандартных условиях? Па циальные
потенциалы равны
Fe3+/Fe2 + , Е0 = 0,77 В 4Н+ + 02/2Н20, Е0 = 0,82 В.
Какова величина A G для этой реакции?
Б. Напишите суммарное уравнение реакции восстановлеш NADP+ + Н+ с помощью
Fe2 +. Какова величина АЕ этой реакш* при стандартных условиях?
NADP+ + 2H+/NADPH + Н + , Е0 = -0,32 В.
Какова величина AG, если концентрации Fe3+ и Fe2+ одинаков
концентрация NADPH в десять раз выше концентрации NADI (без учета
протонов), а температура равна 310 К? Какова величе AG при этих двух
условиях?
B. Изменение свободной энергии (AG), которым сопровождает перенос
протонов из внешней среды (pH 2) внутрь клет> Т. ferrooxidans (pH 6,5),
рассчитывается по уравнению Нернста:
A G = 2,3j?71og10^+ ]виутр + nFV,
L*1 J виешя
где V-мембранный потенциал. У клеток Т. ferrooxidans, вырашг ных при
pH 2, мембранный потенциал равен 0. Полагая, ч
Преобразование энергии: митохондрии и хлоропласты 93
Т = 310 К и AG =11 ккал/моль для синтеза АТР в тех условиях, которые
обычно существуют внутри клеток этого микроорганизма, ответьте, сколько
