Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности организма

| Категория реферата: Рефераты по биологии
| Теги реферата: проблема реферат, рефераты помощь
| Добавил(а) на сайт: Jakub.

В составе желчи содержатся коньюгированные желчные кислоты (Рис.5) – гликохолевая и таурохолевая. Эти кислоты обладают амфифильными свойствами.
На поверхности раздела жир-вода они ориентируются таким образом, что гидрофобная циклическая часть оказывается погружённой в жир, а гидрофильная боковая цепь – в водную фазу. В результате образуется стабильная эмульсия.

Под действием липазы идёт гидролиз жиров, в ходе которого жирные кислоты отщепляются от триацилглицерина одна за другой, сначала от ?- углеродных атомов, потом – от ?-углеродного атома (Рис. 6)

Образующиеся в процессе переваривания пищи вещества-мономеры, вступают в ряд реакций. Во многих из них они окисляются, и энергия, выделяющаяся при этом окислении, используется для синтеза АТФ из АДФ – основного процесса аккумулирования энергии в живых организмах. Эта энергия необходима для роста и нормального функционирования организма. Человек получает её как за счёт многостадийного процесса окисления пищи – белков, жиров и углеводов, так и за счёт гидролиза некоторых сложных эфиров, амидов, пептидов и гликозидоа. Однако главным источником энергии для многих биологических процессов – биосинтеза белка, ионного траспорта, сокращения мышц, электрической активности нервных клеток – является аденозинтрифосфат (АТФ).

АТФ (Аденозинтрифосфорная кислота) принадлежит к бионеорганическим соединениям, так как состоит из органической части – аденозина и неорганической части – трёх связанных в цепь фосфатных групп. При рН ( 7,0
АТФ существует в виде аниона АТФ 4- , так как все фосфатные группы при этом значении водородного показателя ионизированы.
Гидролиз АТФ записывают в виде кислотно-основного равновесия::

АТФ 4- + Н2О ( АДФ 3- + НРО4 2- + Н+

(Gо = -30,5 кДж/моль, где АДФ 3- - анион аденозидифосфата.

Как видно, гидролиз соповождается убылью энергии Гиббса
((Gо = -30,5 кДж/моль). Гидролиз может идти и дальше до образования аденозинмонофосфата (АМФ) и, наконец, до аденозина.

Освобождение значительной энергии при гидролизе дало основание ввести специальный термин для фосфоорганических веществ – макроэнергетические.
Молекула АТФ содержит две высокоэнергетические (макроэнергетические) связи
(рис.7).
В химической формуле они традиционно обозначаются знаком ~ (тильда). В молекуле АДФ только одна высокоэнергетическая связь; в результате синтеза
АТФ путём окилительного фосфорилирования добавляется ещё одна, т.е. энергия окисления субстрата трансформируется в энергию химических связей в молекуле
АТФ.

Энергия, освобождающаяся при реакциях гидролиза разных веществ, обычно невелика. Если она превышает 30 кДж/моль, то гидролизуемая связь называется высокоэнергетической. Энергия гидролиза АТФ в зависимости от от локализации в клетке может меняться от 40 до 60 кДж/моль. В среднем её принято считать равной 50 кДж/моль.

В таблице 2 представлены значения стандартной энергии Гиббса гидролиза некоторых органических фосфатов.

Таблица 2: Стандартные энергии Гиббса гидролиза бионеорганических соединений
(при рН = 7)
|Соединение |(Gо, кДж/моль |
|Фосфоенолпируват |-61,9 |
|Ацетилфосфат |-43,1 |
|Креатинфосфат |-43,1 |
|Пирофосфат |-33,5 |
|АТФ |-30,5 |
|АТФ |-30,5 |
|Глюкозо-1-фосфат |-20,9 |
|АМФ |-14,2 |
|Глюкозо-6-фосфат |-13,8 |
|Глицеро-1-фосфат |-9,2 |

Из данных этой таблицы видно. Что гидролиз одних фосфатов приводит к высвобождению несколько большей энергии, чем гидролиз АТФ, других – меньшей.

Главный путь синтеза АТФ из АДФ – окислительное фосфорилирование. При этом АДФ фосфорилируется неорганическим фосфатом.:

АДФ + H3PO4 + Энергия > АТФ + Н2О

Реакция энергетически сопряжена с переносом водорода с восстановленных коферментов на кислород. При этом переносе освобождается основная часть энергии окисляемых. Энергия синтеза воды из газообразных Н2 и О2 составляет 230 кДж/моль. Практически столько же получается, если используется водород. Входящий в состав органических соединений.
Энергетическое сопряжение реакций переноса водорода и синтеза АТФ происходит при участии митохондриальной мембраны и Н+-АТФ-синтетазы.

Другой путь синтеза АТФ из АДФ – субстратное фосфорилирование. В этом случае механизм сопряжения не требует участия мембран.

Сущность же гидролиза заключается в переносе фосфатных групп от соединений, которые при гидролизе выделяют больше энергии, чем АТФ, к фосфорилированным соединениям, выделяющим меньше свободной энергии при гидролизе, чем АТФ.

Следовательно, АТФ функционирует в клетках как промежуточный продукт, переносящий энергию и сопрягающий реакции, сопровождающиеся выделением и потреблением энергии.

При расщеплении сложных органических соединений, например при окислении глюкозы – клеточного топлива, в клетках выделяется большое количество энергии. Значительная её часть запасается благодаря сопряжённому синтезу АТФ и АДФ и неорганического фосфата (Рис.8). При участии специфичного фермента – фосфотрансферазы – фосфатная группа от фосфоорганического соединения R1 – фосфат с более высокой, чем АТФ, энергией, переносится через АДФ. Это приводит к образованию АТФ:

R1-фосфат + АДФ ( R1H + АТФ

АТФ, в свою очередь, под действием другого фермента переносит концевую фосфатную группу на молекулы органических соединений с меньшей энергией, чем АТФ, тем самым запасая в них энергию. При этом вновь образуется АДФ:

R2H + АТФ ( R2-фосфат + АДФ, где R1-фосфат – фосфорорганическое соединение с более высокой энергией, чем
АТФ; R2-фосфат – фосфорорганическое соединение с более низкой энергией, чем
АДФ.

Энергия гидролиза АТФ в свою очередь используется для обеспечения разнообразных эндергонических процессов. Реакция фосфорилирования АДФ и последующего использования АТФ в качестве источника энергии образует циклический процесс:

Энергия окисляемых веществ

Энергия