Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОГДИНЕ1ШЛ НЕОБХОДИМЫ ДЛЯ FlIOCIfllTETII'ILCKHX ПРОЦЕССОВ
Часто для образовании крупной молекулы из «строительных блоков» требуется латрата свободной энергии Од1тако реакции биосинтеза, подобно реакциям распада, не могли бы происходить, если бы они не сопровождались общим уменьшением свободной энергии системы. Отсюда следует,
8 Дж. ъ ОТСС'Н
113
что для многих биосинтетических процессов необходим внешний источник свободной энергии. Таким источником-служат высокогшсргетческие соединения Образование многих ковалентных связей в реакциях биосинтеза сопряжено с одновременным распадом высокоэнергстических связей и притом так, что общее изменение свободной энергии системы всегда отрицательно. Поэтому время жизни высокоонергетических связей в клетке обычно очень невелико. Почти тотчас же после образования они разрываются фермента.1ввным путем, доставляя энергию, необходимую для за першения другой реакции
Не все стадии того или иного биосинтетического процесса требуют затраты свободной энергии, нередко лишь одна или две реакции протекают с одновременным распадом высокоэнергетических связей Иногда это объясняется тем, чао даже в отсутствие внешнего источника энергии ДG благоприятствует протеканию реакции в нужном направлении В других случаях Д6 приближается к нулю, а иногда может быть несколько больше пуля Однако такие небольшие положительные величины AG не влияют на ход процесса, если следующая реакция в цепи сопровождается гидролизом высокоэнергетической связи. Решающее значение имеет сумма всех изменении свободной эиср1ии в цепи сопряженных реакций Сравнительно небольшое (80 20) смещение Keq какой нибудь реакции в сторону распада не будет играть существенной роли, если следующая реакция данного биосинтетического bjth резко (100 1) смещена в сто-
рону синтеза.
Аналогичным образом не все реакции распада приводят к образованию высокояпергстпческих связей Так, например, лишь па двух этапах гликолиза генерируется АТФ Болес того, существуют даже цепи реакции распада, и которых одни или два этапа протекают с одновременным разры вом высокоэнергетических связей. Примером опять таки может служить гликолиз Па каждые четыре молекулы АТФ, образуемые в процессе гликолиза, расходуются две молекулы АТФ В данном случае, разумеется, как и во всех других эпергодающих процессах, общее число новообразованных высокоэпергетнческих связей должно превышать число разрушенных.
ПЕПТИДНЫЕ СВЯЗИ ГИДРОЛИЗУЮТСЯ CIIOHTAHIIO
В зависимости от природы аминокислот при образовании дипентнда расходуется от 1 до 4 ккал моль свободной энергии. Эта величина ДG с ростом позипептидной цепи все больше и больше снижается, для бесконечно длинной цели AG составляет около 0,5 ккал/моль. Снижение отражает тот факт, что свободные заряженные NH*- и СОО'-группы на концах цепи блаюириятствуют гидролизу соседних пептидных связей (т. е разрыву с присоединением молекулы воды).
Положительные значения Д6 уже говорят о том, полипептидпая цепь ие может быть синтезироиава из свободных аминокислот Кроме того, мы должны учитывать и тот факт, что концентрация воды в клетке значительно превышает (обычно более чем в 100 раз) концентрацию других молекул, Равновесие всех реакций, в которых участвует вода, резко смещено поэтому в сторону присоединения воды. Это отчетливо видно при рассмотрении констант равновесия. Например, для реакции образования дипеитида
Аминокислота (а) Аминокислота (Ь) -*¦ Дипептпд (а — b)-f- Н20. (5-3)
Константа равновесия Keq равна
Леч“ (а — Ь) ]HsO] ’ где концентрации даны в молях на литр.
Поэтому для данной величины К,ч (зависимость которой от ДG дается выражением Д6' = —ПТ In К) значительно большая концентрация воды означает соответственно меиыггую концентрацию дипептида Таким обра зом, относительные концентрации реаюнтов очень важны Простой расчет показывает, что гидролиз может часто протекать спонтанно даже тогда, когда ДС негидролитической реакции составляет —3 ккал/моль.
Теоретически, следовательпо, белки неустойчивы и за достаточно длительное время должны спонтанно распадаться до свободных аминокислот Вместе с тем нам известно, что без участия специфичных ферментов скорость этою спонтанного распада чрезвычайно мала, так что оы не имеет существенного апачеиия в обмене веществ Однажды образовавшись, белок сохраняет устойчивость до тех гор, пока он не б\дет разрушен под действием специфичных фермептов.
СОПРЯЖЕНИЕ РЕАКЦИЯ, ДЛЯ КОТОРЫХ &G < О,
С РЕАКЦИЯМИ ДЛЯ КОТОРЫХ Д6' > О
Дли соединения аминокислот в полвпептидную цепь белка необходима затрата свободной энергии. Раскрытие важнейшей роли АТФ (в качестве донора энерши) помогло выяснить, как это происходит АТФ содеряш три фосфатные группы, присоединенные к молекуле аденозина (аденозил—О—@). Когда ирн гидролизе отщепляются одна или две концевые группы свободная анергия системы значительно снижайся.
А деиозин—О—($) ~ @ ~ (ф) -г П О -»-<АТФ)
—*-Аденозив—О—© ~ ©-1- @) (Д(? ——7 икал /моль). (5 е»)
<АДФ)
