Высокоэнергетический фосфат - High-energy phosphate

Высококалорийный фосфат может означать одно из двух:

  • Фосфат - фосфат (phosphoanhydride / фосфорный ангидрид / макроэргический / phosphagen ) связь , образованная , когда соединения , такие как аденозин дифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ) созданы.
  • Соединения, которые содержат эти связи, в том числе нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты, а также высокоэнергетические соединения мышц, фосфагены . Когда люди говорят о пуле высокоэнергетических фосфатов, они говорят об общей концентрации этих соединений с этими высокоэнергетическими связями.

Высокоэнергетические фосфатные связи обычно представляют собой пирофосфатные связи, связи ангидрида кислоты, образованные путем взятия производных фосфорной кислоты и их дегидратации. Как следствие, гидролиз этих связей в физиологических условиях является экергоническим с высвобождением энергии.

Фосфатные реакции с высокой энергией
Реакция
АТФ + Н 2 О → АДФ + P i
АДФ + Н 2 О → АМФ + Р i
АТФ + Н 2 О → АМФ + PP i
PP i + H 2 O → 2 P i

За исключением PP i → 2 P i , этим реакциям, как правило, не позволяют бесконтрольно протекать в клетке человека, но вместо этого они связаны с другими процессами, требующими энергии для их завершения. Таким образом, высокоэнергетические фосфатные реакции могут:

  • обеспечивают энергией клеточные процессы, позволяя им работать
  • соединить процессы с конкретным нуклеозидом, что позволяет регулировать процесс
  • вывести реакцию из равновесия (повернуть ее вправо ), продвигая одно направление реакции быстрее, чем равновесие может ослабнуть.

Единственное исключение имеет значение, поскольку оно позволяет однократному гидролизу, АТФ + H 2 O → AMP + PP i , эффективно обеспечивать энергию гидролиза двух высокоэнергетических связей, при этом гидролиз PP i может идти до конца. в отдельной реакции. АМФ регенерируется в АТФ в два этапа, с равновесной реакцией АТФ + АМФ ↔ 2АДФ, за которой следует регенерация АТФ обычными способами, окислительным фосфорилированием или другими энергетическими путями, такими как гликолиз .

Часто высокоэнергетические фосфатные связи обозначаются знаком «~». В этой «волнистой» записи АТФ становится AP ~ P ~ P. Обозначение волнистой линии было изобретено Фрицем Альбертом Липманном , который впервые предложил АТФ в качестве основной молекулы, передающей энергию клетки, в 1941 году. Это подчеркивает особую природу этих связей. Штрайер утверждает:

АТФ часто называют высокоэнергетическим соединением, а его фосфоангидридные связи называют высокоэнергетическими связями. В самих облигациях нет ничего особенного. Это высокоэнергетические связи в том смысле, что при их гидролизе высвобождается свободная энергия по причинам, указанным выше. Термин «высокоэнергетическая связь» Липмана и его символ ~ P (волнистая линия P) для соединения, имеющего высокий потенциал переноса фосфатной группы, являются яркими, краткими и полезными обозначениями. На самом деле закорючка Липмана во многом стимулировала интерес к биоэнергетике.

Термин «высокая энергия» по отношению к этим связям может вводить в заблуждение, потому что отрицательное изменение свободной энергии не связано непосредственно с разрывом самих связей. Разрыв этих связей, как и разрыв большинства других, носит эндергонический характер и потребляет энергию, а не высвобождает ее. Отрицательное изменение свободной энергии происходит вместо этого из-за того факта, что связи, образованные после гидролиза - или фосфорилирования остатка АТФ - имеют меньшую энергию, чем связи, существующие до гидролиза. (Это включает в себя все связи, участвующие в реакции, а не только сами фосфатные связи). Этот эффект обусловлен рядом факторов, включая повышенную стабилизацию резонанса и сольватацию продуктов по отношению к реагентам.

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Макгилвери, Р., Гольдштейн, Г., Биохимия - функциональный подход , У. Б. Сондерс и Ко, 1979, 345–351.