55 :: 56 :: 57 :: Содержание

3.3. АТР и высокоэнергетическая фосфатная группа

Наиболее распространенным высокоэнергетическим общим промежуточным продуктом является нуклеотид аденозиндифосфат (АТР), который может передавать свою концевую высокоэнергетическую фосфатную группу любой из многочисленных органических молекул-акцепторов (в том числе сахарам, аминокислотам, нуклеотидам). Фосфорилирование повышает свободную энергию акцепторной молекулы, которая приобретает способность участвовать в катализируемых ферментами биохимических реакциях.

Молекула АТР состоит из аденилатной группы (которая в свою очередь образована пиримидиновым основанием аденином и пятиуглеродным сахарным остатком рибозой) и трифосфатной группы (рис. 3-7). Значительная часть свободной энергии этой молекулы обусловлена взаимным электростатическим отталкиванием трех фосфатных остатков, содержащих положительно заряженные атомы фосфора и отрицательно заряженные атомы кислорода. Взаимное отталкивание этих фосфатных остатков аналогично взаимному отталкиванию прямых магнитов (рис. 3-8), у которых одноименные полюса находятся друг против друга и которые удерживаются вместе липкой мазью (например, лыжной). Если мазь, которая выполняет в данном случае роль пирофосфатных связей в АТР, размягчить нагреванием, магниты оттолкнутся друг от друга, при этом высвободится энергия, аккумулированная благодаря сближению взаимно отталкивающихся магнитов. Аналогичным образом разрыв связей между фосфатными остатками в АТР сопровождается высвобождением энергии. После гидролиза концевой фосфатной группы (рис. 3-9) из-за взаимного отталкивания образовавшихся продуктов, аденозиндифосфата (ADP) и неорганического фосфата (Pi), вероятность их рекомбинации очень мала. Другими словами, их рекомбинация представляет собой сильно выраженный эндоэргический процесс. Согласно табл. 3-2, увеличение стандартной свободной энергии в случае гидролиза АТР в стандартных условиях составляет - 7,3 ккал/моль.

Рис. 3.7. Структурная формула АТР. Волнистыми линиями обозначены высокоэнергетические связи концевой и второй от конца фосфатных групп. (Baker, Allen, 1965.)

Рис. 3.8. Магнитный аналог пирофосфатной высокоэнергетической связи. Энергия аккумулируется за счет сближения магнитов, и удерживания их вместе при помощи липкой мази. Когда мазь расплавляется, магниты разлетаются в разные стороны, при этом высвобождается аккумулированная энергия. В этой модели роль источника энергии активации играет пламя.

55

Рис, 3.9.

При гидролизе А ТР до ADP и Pi высвобождается энергия, равная энергии

электростатического отталкивания между концевой и второй от конца фосфатными группами; при этом происходит уменьшение свободной энергии на величину около 7,3 ккал на моль А ТР. За этой реакцией удобно следить, измеряя концентрацию неорганического фосфата.

Роль АТР как "привода" исходно эндоэргических реакций с помощью сопряженных реакций можно проиллюстрировать на примере реакции конденсации двух компонентов X и Y: