क्या निर्धारित करता है कि एटीपी का उपयोग करने वाली प्रतिक्रिया एडीपी या एएमपी का उत्पादन करती है?
एटीपी का उपयोग करने वाली अधिकांश प्रतिक्रियाएं इसमें शामिल हैं:
एटीपी → एडीपी + पाई
लेकिन कुछ में प्रतिक्रिया है
एटीपी → एएमपी + पीपीआई
पाइरोफॉस्फेट के हाइड्रोलिसिस के बाद:
पीपीआई → 2Pi
क्या कोई सिद्धांत है जो निर्धारित करता है कि कौन सी एटीपी-आवश्यक प्रतिक्रियाएं एडीपी उत्पन्न करती हैं और कौन सी एएमपी उत्पन्न करती हैं? और क्या कोई कारण है कि अकार्बनिक फॉस्फेट की पीढ़ी निम्नानुसार आगे नहीं बढ़ती है?
एटीपी → एडीपी + पाई
ADP → AMP + Pi
जवाब
सारांश
यह जैव रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रकृति है जो यह निर्धारित करती है कि एटीपी की प्रतिक्रिया में γ- या γ- फॉस्फोनहाइड्राइड बंधन की हाइड्रोलिसिस शामिल है या नहीं। यदि एटीपी अणु के एक हिस्से को उत्पादों में से एक में शामिल किया जाता है, तो बंधे होने का विकल्प प्रतिक्रिया की रसायन विज्ञान से निकलता है। यदि हाइड्रोलिसिस (एक नकारात्मक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन के साथ, )G) एक सकारात्मक isG के साथ प्रतिक्रिया के लिए युग्मित किया जा रहा है, तो एकल ()-) फॉस्फोएनहाइड्राइड बॉन्ड की हाइड्रोलिसिस आमतौर पर ADP और Pi के उत्पादन के साथ होती है। यदि फ़ॉस्फ़ोनिहाइड्राइड बॉन्ड की हाइड्रोलिसिस की मुक्त-ऊर्जा को एक विशेष समूह-हस्तांतरण भूमिका (अक्सर मैक्रोमोलेक्यूल्स के संश्लेषण में) के लिए इसे 'सक्रिय' करने के लिए एक और अणु को 'स्थानांतरित' किया जा रहा है, तो दो बंधन अक्सर टूट जाते हैं: पहला ( β-) पायरोफ़ॉस्फेट के उत्पादन के साथ मुक्त ऊर्जा को स्थानांतरित करता है, जबकि दूसरा (अब पायरोफ़ॉस्फेट) हाइड्रोलाइज़्ड गैर-उत्पादक (गर्मी के रूप में खोई हुई ऊर्जा) सुनिश्चित करने के लिए है कि समग्र प्रतिक्रिया अपरिवर्तनीय है।
एटीपी से जुड़ी प्रतिक्रियाओं में ऊर्जा पर विचार
मैंने इसके बारे में एक और सवाल के जवाब में अधिक से अधिक लंबाई पर चर्चा की है , हालांकि शुरुआत में इसे स्पष्ट करना महत्वपूर्ण है। जैविक प्रतिक्रियाओं पर विचार करने में, सामान्य रूप से एक थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण को अपनाना होता है जिसमें प्रतिक्रिया के ऊष्मागतिकीय (गिब्स) मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (changeG) पर विचार किया जाता है। इसका कारण यह है, बर्ग एट अल से उद्धृत करने के लिए । :
- एक प्रतिक्रिया केवल तभी हो सकती है जब canG नकारात्मक हो।
- एक प्रणाली संतुलन पर है और कोई शुद्ध परिवर्तन नहीं हो सकता है यदि zeroG शून्य है।
- IsG पॉजिटिव होने पर एक प्रतिक्रिया अनायास नहीं हो सकती है। इस तरह की प्रतिक्रिया को चलाने के लिए मुफ्त ऊर्जा के इनपुट की आवश्यकता होती है।
साहित्य मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तनों के मूल्यों को प्रदान करता है , प्रतिक्रियाओं के लिए ,G o , अर्थात उन शर्तों के तहत प्राप्त मान जिनमें सभी अभिकारकों और उत्पादों की एकाग्रता एक ही एकाग्रता में सेट की जाती है। वास्तविक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन, ΔG, अभिकारकों और उत्पादों (बड़े पैमाने पर कार्रवाई प्रभाव) की एकाग्रता पर निर्भर करता है।
एटीपी के and- और lys- फॉस्फोनहाइड्राइड बॉन्ड के हाइड्रोलिसिस में ΔG ओ के उच्च नकारात्मक मान हैं। -45 और –30 kJ प्रति मोल, क्रमशः k।
ड्राइव करने के लिए एटीपी उपयोग की प्रतिकूल प्रतिक्रिया रों
कई मामलों में एटीपी की हाइड्रोलिसिस को ऊर्जावान प्रतिकूल प्रतिक्रिया (एक + वी that जी ओ के साथ एक ) के लिए युग्मित किया जाता है ताकि युग्मित प्रतिक्रिया में समग्र नकारात्मक ऊर्जा मुक्त परिवर्तन हो और इसलिए ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रतिक्रिया हो सके:
A → B ΔG = 20 kJ/mol (unfavourable)
ATP → ADP + Pi ΔG = –30 kJ/mol (favourable)
A + ATP → B + ADP + Pi ΔG = –10 kJ/mol (favourable)
इस काल्पनिक उदाहरण में, एटीपी की हाइड्रोलिसिस की मुफ्त ऊर्जा के 20 केजे / मोल का उपयोग ए को बी में बदलने के लिए किया जाता है, अन्य 10 केजे / मोल गर्मी के रूप में खो जाता है, लेकिन प्रतिक्रिया अनिवार्य रूप से अपरिवर्तनीय बनाता है। केवल एक ही फॉस्फेनहाइड्राइड बॉन्ड की हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा इसके लिए पर्याप्त है, और एडीपी के उत्पादन के साथ is बॉन्ड के हाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जाता है । (Would बॉन्ड का हाइड्रोलिसिस पाइरोफॉस्फेट में दूसरा बॉन्ड 'लूज' करेगा, जहां इसकी हाइड्रोलिसिस का उपयोग उत्पादिक रूप से नहीं किया जा सकता है।) एक उदाहरण ग्लूकोनेोजेनेसिस में पाइरुवेट से ऑक्सैलोसेटेट का रूपांतरण है, जिसमें कार्बन-कार्बन बॉन्ड बनाने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है:
सीएच 3 कोको - + एचसीओ 3 - + एटीपी → सीओओ - सीएच 2 कोको - + एडीपी + पाई
उत्पादों में एटीपी का समावेश
कुछ मामलों में एक फॉस्फोनहाइड्राइड बॉन्ड के केवल हाइड्रोलिसिस नहीं है, लेकिन एटीपी के एक रासायनिक घटक को उत्पादों में से एक में शामिल किया गया है। इस मामले में वास्तविक रासायनिक प्रतिक्रिया निर्धारित करती है कि कौन सा बंधन हाइड्रोलाइज किया गया है।
पहले प्रकार की प्रतिक्रिया में एक फॉस्फेट समूह को उत्पाद में शामिल किया जाता है, जिस स्थिति में यह स्पष्ट रूप से γ-फॉस्फेट होगा और एडीपी उत्पन्न होगा। इसका एक सरल उदाहरण हेक्सोकिनेस प्रतिक्रिया है:
ग्लूकोज + एटीपी → ग्लूकोज 6-पी + एडीपी
प्रतिक्रिया अनिवार्य रूप से अपरिवर्तनीय है क्योंकि हेक्सोज फॉस्फेट बॉन्ड की ऊर्जा फॉस्फोनहाइड्राइड बॉन्ड की तुलना में बहुत कम है।
दूसरे प्रकार की प्रतिक्रिया में एटीपी (या समान अणुओं) के एएमपी घटक को एक उत्पाद में शामिल किया जाता है, ताकि दूसरे उत्पाद को पायरोफॉस्फेट होना चाहिए । स्पष्ट उदाहरण आरएनए पोलीमरेज़ प्रतिक्रिया है, जिसे हमारे उद्देश्यों के रूप में दर्शाया जा सकता है:
------ राइबोस -3′OH + एटीपी → ------ राइबोस - 3 -O- PO 2 -O-5ine-Adenosine + PPi
एटीपी और 'सक्रियण' प्रतिक्रियाएं: पाइरोफॉस्फेट के लिए तर्क
एटीपी की कुछ प्रतिक्रियाओं में फॉस्फोनिहाइड्राइड बॉन्ड की ऊर्जा का उपयोग हाइड्रोलिसिस के समान मुक्त ऊर्जा के बंधन को बनाने के लिए किया जा रहा है, जिसका उपयोग स्वयं अन्य प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करने के लिए बाद में किया जा सकता है। इस मामले में प्रतिक्रिया में कोई मुफ्त ऊर्जा परिवर्तन शामिल नहीं हो सकता है, ताकि यह आसानी से प्रतिवर्ती दिखाई दे। ऐसे कई मामलों में osph फॉस्फोनहाइड्राइड बॉन्ड को क्लीवेज किया जाता है, जिससे पायरोफॉस्फेट पैदा होता है। इसके लिए तर्क यह है कि पाइरोफॉस्फेट गैसों द्वारा उत्प्रेरित अभिक्रिया में पाइरोफॉस्फेट को फ़ॉस्फ़ेट में परिवर्तित कर दिया जाता है, जिसमें एक उच्च ऋणात्मक डीजी होता है और इसलिए यह अनिवार्य रूप से अपरिवर्तनीय है क्योंकि पाइरोफ़ॉस्फ़ेट में फ़ॉस्फ़ोअनहाइड्राइड बॉन्ड के हाइड्रोलिसिस की मुक्त ऊर्जा उष्मा के रूप में खो जाती है।
A + ATP → B + AMP + PPi ΔG = 0 kJ/mol (reversible)
PPi → 2 Pi ΔG = –33 kJ/mol (irreversible)
अक्सर यह समझाने के लिए दिए गए उदाहरण न्यूक्लिक एसिड पोलीमरेज़ प्रतिक्रियाएं हैं, लेकिन, हालांकि यह उन पर भी लागू होता है, उनकी प्रतिक्रिया की प्रकृति पायरोफ़ॉस्फेट की पीढ़ी की आवश्यकता है। कुछ हद तक यह अधिकांश अन्य सक्रियण प्रतिक्रियाओं के साथ मामला है, लेकिन यह एक पर विचार करने के लिए स्पष्ट हो सकता है जिसमें एटीपी के घटक को अस्थायी मध्यवर्ती के रूप में शामिल किया गया है, बजाय अंतिम उत्पाद के एक घटक के रूप में। प्रोटीन संश्लेषण के लिए अमीनो एसिड सक्रियण ऐसी प्रतिक्रिया है:
अमीनो एसिड + एटीपी → अमीनोसिल-एएमपी + पीपीआई
अमीनोसिल-एएमपी + टीआरएनए → अमीनोसिल-टीआरएनए + एएमपी
The सक्रियण ’hyd फॉस्फोनहाइड्राइड बॉन्ड से एमिनोएसिल-एएमपी में हाइड्रोलिसिस की एक उच्च मुक्त ऊर्जा के साथ बंधन का गठन है। इसके बाद अमीनो एसिड और टीआरएनए के बीच एक बंधन बनाने वाली प्रतिक्रिया को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है। पाइरोफॉस्फेट की पीढ़ी प्रोटीन जैवसंश्लेषण में इस महत्वपूर्ण कदम की प्रभावी अपरिवर्तनीयता सुनिश्चित करती है।
हाइड्रोलिसिस की मुक्त ऊर्जा के मतभेदों की संभावित भूमिका
तथ्य यह है कि o फॉस्फोएनहाइड्राइड बॉन्ड के हाइड्रोलिसिस की मानक मुक्त ऊर्जा of फॉस्फोएनहाइड्राइड बॉन्ड की तुलना में अधिक है, कुछ मामलों में प्रासंगिक भी हो सकता है, क्योंकि @ user1136 ने इस प्रश्न के उत्तर में तर्क दिया है ।
डीएनए पोलीमरेज़ प्रतिक्रिया के इस रूप का उपयोग करता है NTP -> NMP + PPi जो एक बहुत ही महत्वपूर्ण कारण के लिए पायरोफ़ॉस्फेट के तेजी से क्षरण के बाद है। यह प्रतिक्रिया को अपरिवर्तनीय (या अर्ध-अपरिवर्तनीय) बनाता है। पश्चगामी प्रतिक्रिया (व्यावहारिक रूप से) असंभव है क्योंकि इसके लिए जगह लेने के लिए, कई यौगिकों को एक साथ एंजाइम के उत्प्रेरक साइट में फिर से एकजुट होना चाहिए और कई गैर-सहज प्रक्रियाएं एक साथ होनी चाहिए। तो, डीएनए पोलीमरेज़ के मामले में, एक महत्वपूर्ण विचार प्रतिक्रिया की अपरिवर्तनीयता है। दूसरी ओर, यदि आपका प्राथमिक लक्ष्य ऊर्जा (जैसे चयापचय) फसल है, तो आप संभावित प्रतिवर्ती चरणों के एक सूट के माध्यम से प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित कर सकते हैं।