ATP kullanan bir reaksiyonun ADP mi yoksa AMP mi oluşturacağını ne belirler?
ATP kullanan çoğu reaksiyon şunları içerir:
ATP → ADP + Pi
ama bazılarında tepki
ATP → AMP + PPi
ardından pirofosfatın hidrolizi:
PPi → 2Pi
Hangi ATP gerektiren reaksiyonların ADP oluşturduğunu ve hangilerinin AMP'yi oluşturduğunu belirleyen herhangi bir ilke var mı? Ve inorganik fosfat oluşumunun aşağıdaki gibi ilerlememesinin herhangi bir nedeni var mı?
ATP → ADP + Pi
ADP → AMP + Pi
Yanıtlar
Özet
Bir ATP reaksiyonunun β- veya γ- fosfoanhidrit bağının hidrolizini içerip içermediğini belirleyen biyokimyasal reaksiyonun doğasıdır. ATP molekülünün bir kısmı ürünlerden birine dahil edilirse, bölünecek bağ seçimi reaksiyonun kimyasından ortaya çıkar. Hidroliz (negatif bir serbest enerji değişimi ile, ΔG) pozitif bir withG ile bir reaksiyona bağlanıyorsa, tek (γ-) fosfoanhidrit bağının hidrolizi genellikle ADP ve Pi üretimi ile yeterli olur. Fosfoanhidrit bağının hidrolizinin serbest enerjisi, onu özel bir grup-transfer rolü için (genellikle makromoleküllerin sentezinde) 'aktive etmek' amacıyla başka bir moleküle 'aktarılıyorsa', genellikle iki bağ kopar: birincisi ( β-) serbest enerjiyi pirofosfat üretimi ile aktarırken, ikincisi (şimdi pirofosfatta), genel reaksiyonun geri döndürülemez olmasını sağlamak için üretken olmayan bir şekilde hidrolize edilir (ısı olarak kaybedilen serbest enerji).
ATP içeren reaksiyonlarda enerji hususları
Bunların bir kısmını başka bir soruya yanıt olarak daha uzun tartıştım , ancak başlangıçta bunu açıklığa kavuşturmak önemlidir. Biyolojik reaksiyonları değerlendirirken, reaksiyonun termodinamik (Gibbs) Serbest Enerji değişiminin (ΔG) dikkate alındığı termodinamik bir yaklaşım benimsemek olağandır . Bunun nedeni, Berg ve ark. :
- Sadece ΔG negatifse, kendiliğinden bir reaksiyon meydana gelebilir.
- Bir sistem dengededir ve ΔG sıfırsa hiçbir net değişiklik meydana gelemez.
- ΔG pozitifse, kendiliğinden bir reaksiyon meydana gelemez. Böyle bir reaksiyonu yürütmek için bir serbest enerji girişi gereklidir.
Literatür değerlerini içerir standart serbest enerji değişimleri, AG O , reaksiyonlar için, yani tüm reaktantların ve ürünlerin konsantrasyonu, aynı konsantrasyonda ayarlanır koşullar altında elde edilen değerler. Gerçek serbest enerji değişimi, AG, reaktanların ve ürünlerin (kütle hareket etkileri) konsantrasyonuna bağlıdır.
ATP β- ve γ- phosphoanhydride bağlarının hidroliz hem AG yüksek negatif değerleri O ca. Sırasıyla mol başına –45 ve –30 kJ †.
ATP kullanımı olumsuz reaksiyon götürmek s
Bir çok durumda, ATP'nin hidrolizi olan bir enerji açısından uygun olmayan reaksiyona bağlanmış , (a + ile bir ziyaretinde AG o ) çok bağlanmış Reaksiyon genel olarak olumsuz bir serbest enerji şansına sahiptir ve bu nedenle enerjik olarak uygun tepkime yer alabilir:
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)
Bu varsayımsal örnekte, ATP'nin serbest hidroliz enerjisinin 20 kJ / mol'ü A'yı B'ye dönüştürmek için kullanılır, diğer 10 kJ / mol ısı olarak kaybolur, ancak reaksiyonu esasen geri döndürülemez hale getirir. Sadece tek bir fosfoanhidrit bağının hidroliz enerjisi bunun için yeterlidir ve ADP üretimi ile bağının hidrolizi ile elde edilir . (Bağının hidrolizi, pirofosfatta hidrolizinin verimli bir şekilde kullanılamadığı durumlarda ikinci bağı 'gevşetir'.) Bir örnek, enerjinin bir karbon-karbon bağı oluşturmak için gerekli olduğu glukoneojenezde piruvatın oksaloasetata dönüştürülmesidir:
CH 3 COCOO - + HCO 3 - + ATP → COO - CH 2 COCOO - + ADP + Pi
ATP'nin ürünlere dahil edilmesi
Bazı durumlarda sadece bir fosfoanhidrit bağının hidrolizi yoktur, aynı zamanda ürünlerden birine ATP'nin kimyasal bir bileşeni de dahil edilir. Bu durumda gerçek kimyasal reaksiyon hangi bağın hidrolize edildiğini belirler.
Birinci tip reaksiyonda ürüne bir fosfat grubu eklenir, bu durumda bu açıkça p-fosfat olacaktır ve ADP üretilecektir. Bunun basit bir örneği heksokinaz reaksiyonudur:
Glikoz + ATP → Glikoz 6-P + ADP
Heksoz fosfat bağının enerjisi, fosfoanhidrit bağınınkinden çok daha az olduğu için reaksiyon esasen geri döndürülemez.
İkinci tip reaksiyonda , ATP'nin (veya benzer moleküllerin) AMP bileşeni, ürünlerden birine dahil edilir, böylece diğer ürün pirofosfat olmalıdır . Bunun açık örneği, amaçlarımız doğrultusunda şu şekilde temsil edilebilen RNA polimeraz reaksiyonudur:
------ riboz-3′OH + ATP → ------ riboz - 3′O-PO 2 -O-5′-Adenozin + PPi
ATP ve 'aktivasyon' reaksiyonları: pirofosfat için gerekçe
ATP'nin belirli reaksiyonlarında, bir fosfoanhidrit bağının enerjisi, kendisi daha sonra diğer reaksiyonları aktive etmek için kullanılabilen benzer serbest hidroliz enerjisine sahip bir bağ oluşturmak için kullanılır. Bu durumda reaksiyon, çok az veya hiç serbest enerji değişikliği içermeyebilir, böylece kolayca tersine çevrilebilir gibi görünebilir. Bu gibi birçok durumda p fosfoanhidrit bağı, pirofosfat oluşturacak şekilde parçalanır. Bunun mantığı, pirofosfatın daha sonra yüksek bir negatif DG'ye sahip olan pirofosfatazlar tarafından katalize edilen bir reaksiyonda fosfata dönüştürülmesidir ve bu nedenle, pirofosfattaki fosfoanhidrit bağının serbest hidroliz enerjisi ısı olarak kaybolduğu için esasen geri döndürülemez.
A + ATP → B + AMP + PPi ΔG = 0 kJ/mol (reversible)
PPi → 2 Pi ΔG = –33 kJ/mol (irreversible)
Bunu açıklamak için sıklıkla verilen örnekler nükleik asit polimeraz reaksiyonlarıdır, ancak bu onlar için de geçerli olsa da reaksiyonlarının doğası pirofosfat oluşumunu gerektirir. Bir dereceye kadar bu, diğer aktivasyon reaksiyonlarının çoğunda görülen durumdur, ancak ATP bileşeninin, son ürünün bir bileşeni olarak değil, geçici bir ara ürün olarak dahil edildiğini düşünmek daha açık olabilir. Böyle bir reaksiyon, protein sentezi için amino asit aktivasyonudur:
amino asit + ATP → aminoasil-AMP + PPi
aminoasil-AMP + tRNA → aminoasil-tRNA + AMP
'Aktivasyon', aminoasil-AMP'de β fosfoanhidrit bağından yüksek bir serbest hidroliz enerjisine sahip bağ oluşumudur. Bu daha sonra amino asit ile tRNA arasında bir bağ oluşturan reaksiyonu yürütmek için kullanılır. Pirofosfat oluşumu, protein biyosentezindeki bu anahtar adımın etkili geri çevrilemezliğini sağlar.
† Hidrolizin serbest enerjisindeki farklılıkların olası rolü
@ User1136'nın bu soruya cevabında tartıştığı gibi, p fosfoanhidrit bağının standart serbest hidroliz enerjisinin p fosfoanhidrit bağından daha büyük olması da bazı durumlarda geçerli olabilir .
DNA polimeraz, NTP -> NMP + PPi reaksiyonunun bu formunu kullanır ve bunu çok önemli bir nedenden dolayı pirofosfatın hızlı bir şekilde bozunması izler. Reaksiyonu geri döndürülemez (veya neredeyse geri döndürülemez) yapar. Geriye doğru reaksiyon (pratik olarak) imkansızdır, çünkü gerçekleşmesi için birden çok bileşiğin enzimin katalitik bölgesinde eşzamanlı olarak yeniden birleşmesi ve birden çok spontan olmayan işlemin aynı anda gerçekleşmesi gerekir. Dolayısıyla, DNA polimeraz söz konusu olduğunda, önemli bir husus, reaksiyonun geri çevrilemezliğidir. Öte yandan, birincil hedefiniz enerji toplamaksa (örneğin, metabolizma), reaksiyonu potansiyel olarak tersine çevrilebilir bir dizi adımla katalize edebilirsiniz.