Inligting

Rol van ATP en AMP in funksionering van fosfofruktokinase

Rol van ATP en AMP in funksionering van fosfofruktokinase



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ek weet dat wanneer ATP meer is, dit PFK inhibeer en dus die aantal ATP reguleer. Maar hoe reaktiveer PFK homself? Is dit te wyte aan die verwydering van ATP vanaf allosteriese terrein wat die ensiem net herkonfigureer na normale funksionele toestand, of doen binding van AMP (na ATP verwydering) dit?

Om die betekenis skoon te maak,

PFK+ATP= (onaktiewe PFK+ATP)

So is dit (1) of (2)?

(1) (onaktiewe PFK+ATP) => (Aktiewe PFK)+ATP

(2) (onaktiewe PFK+ATP) => (Onaktiewe PFK)+ATP verwyder => (Onaktiewe PFK)+ aangehegte AMP => (Aktiewe PFK) + verwyderde AMP


Dit word duidelik op die Wikipedia-bladsy vir glikolise onder die opskrif verduidelik Fosfofrukokinase. AMP is 'n allosteriese aktiveerder van die ensiem en ATP kompeteer vir binding op dieselfde plek, maar is nie 'n aktiveerder nie.

Jy moet dink aan die interaksie tussen die twee reguleerders in terme van omkeerbare binding van albei: aangesien hulle meeding vir binding op dieselfde plek sal die proporsie van die ensiem met gebonde AMP daal as [ATP] byvoorbeeld styg.

Nie een van jou voorgestelde skemas is korrek nie: die ensiem is meer aktief met AMP gebind en minder aktief met ATP gebind. Die idee dat AMP bind, aktiveer en dan wegdwaal, is verkeerd.


Ek weet dat wanneer ATP meer is, dit PFK inhibeer en dus die aantal ATP reguleer.

Dit is korrek. Hoë vlakke van ATP veroorsaak 'n inhiberende effek op PFK, spesifiek veroorsaak deur ATP-binding aan 'n allosteriese plek op PFK. Deur ATP binding aan die allosteriese plek van PFK, die energie toestand van PFK aansienlik verhogings. Geillustreer hieronder is die aktiewe en allosteriese plekke van PFK waarmee ATP (en AMP) interaksie het.


Wanneer ATP allosteries aan PFK bind, is die tempo waarin dit ook aan die aktief (katalitiese) terrein(e) van PFK drasties afneem (wat te wyte is aan PFK wat reeds so 'n hoë energie toestand het).

Maar hoe reaktiveer PFK homself? Is dit te wyte aan die verwydering van ATP vanaf allosteriese terrein wat die ensiem net weer na normale funksionele toestand herkonfigureer, of doen binding van AMP (na ATP verwydering) dit?

Wel, dit heraktiveer homself nie! In plaas daarvan, AMP kompeteer direk met ATP om aan die allosteriese terrein(e) van PFK te bind. Wanneer dit gebeur, veroorsaak die binding van AMP dat die energietoestand van PFK dan weer laer word, wat weer die binding van ATP aan die aktief terrein(e) van PFK. Dit is hierdie voortdurende verhouding van allosteriese AMP:ATP-binding aan PFK wat PFK reguleer tydens hierdie stadium van glikolise.

Nasionale Sentrum vir Biotegnologie-inligting, Amerikaanse Nasionale Biblioteek vir Geneeskunde


Rol van ATP en AMP in funksionering van Fosfofruktokinase - Biologie

Sellulêre respirasie kan in elke stadium van glukosemetabolisme deur verskeie reguleringsmeganismes beheer word.

Leerdoelwitte

Verduidelik die meganismes wat sellulêre respirasie reguleer.

Sleutel wegneemetes

Kern punte

  • Verskillende vorme van die GLUT-proteïen beheer die deurgang van glukose in die selle van spesifieke weefsels, en reguleer daardeur sellulêre respirasie.
  • Reaksies wat deur slegs een ensiem gekataliseer word, kan na ewewig gaan, wat kan veroorsaak dat die reaksie stop.
  • As twee verskillende ensieme nodig is vir 'n omkeerbare reaksie, is daar groter geleentheid om die tempo van die reaksie te beheer en gevolglik word ewewig minder gereeld bereik.
  • Ensieme word dikwels beheer deur binding van 'n molekule aan 'n allosteriese plek op die proteïen.

Sleutel terme

  • ensiem: 'n bolvormige proteïen wat 'n biologiese chemiese reaksie kataliseer
  • allosteries: 'n verbinding wat aan 'n onaktiewe plek bind, wat die aktiwiteit van 'n ensiem beïnvloed deur die konformasie van die proteïen te verander (kan aktiveer of deaktiveer)
  • metabolisme: die volledige stel chemiese reaksies wat in lewende selle voorkom

Regulerende meganismes

Verskeie meganismes word gebruik om sellulêre respirasie te beheer. As sodanig bestaan ​​'n soort beheer by elke stadium van glukosemetabolisme. Toegang van glukose tot die sel kan gereguleer word deur gebruik te maak van die GLUT-proteïene wat glukose vervoer. Daarbenewens beheer verskillende vorme van die GLUT-proteïen die deurgang van glukose in die selle van spesifieke weefsels.

Glukose vervoer: GLUT4 is 'n glukose vervoerder wat in vesikels gestoor word. 'n Kaskade van gebeure wat plaasvind wanneer insulien bind aan 'n reseptor in die plasmamembraan, veroorsaak dat GLUT4-bevattende vesikels met die plasmamembraan saamsmelt sodat glukose in die sel vervoer kan word.

Sommige reaksies word beheer deur twee verskillende ensieme te hê: een elk vir die twee rigtings van 'n omkeerbare reaksie. Reaksies wat deur slegs een ensiem gekataliseer word, kan na ewewig gaan, wat die reaksie stop. Daarenteen, as twee verskillende ensieme (elk spesifiek vir 'n gegewe rigting) nodig is vir 'n omkeerbare reaksie, neem die geleentheid om die tempo van die reaksie te beheer toe en ewewig word nie bereik nie.

'n Aantal ensieme betrokke by elk van die weë (veral die ensiem wat die eerste toegewyde reaksie van die roete kataliseer) word beheer deur aanhegting van 'n molekule aan 'n allosteriese (nie-aktiewe) plek op die proteïen. Hierdie webwerf het 'n effek op die ensiem’s aktiwiteit, dikwels deur die verandering van die bouvorm van die proteïen. Die molekules wat die meeste in hierdie hoedanigheid gebruik word, is die nukleotiede ATP, ADP, AMP, NAD + en NADH. Hierdie reguleerders, bekend as allosteriese effektore, kan ensiemaktiwiteit verhoog of verlaag, afhangende van die heersende toestande, wat die steriese struktuur van die ensiem verander, wat gewoonlik die konfigurasie van die aktiewe plek beïnvloed. Hierdie verandering van die proteïen’s (die ensiem’s) struktuur verhoog of verminder sy affiniteit vir sy substraat, met die effek van die verhoging of vermindering van die tempo van die reaksie. Die aanhegting van 'n molekule aan die allosteriese plek dien om 'n sein na die ensiem te stuur, wat terugvoer verskaf. Hierdie terugvoer tipe beheer is effektief solank die chemikalie wat dit beïnvloed aan die ensiem gebind is. Sodra die algehele konsentrasie van die chemikalie afneem, sal dit van die proteïen af ​​diffundeer, en die beheer word verslap.


Die eienskappe van soogdierfosfofruktokinase (PFK)

Fosfofruktokinase (PFK) is die ensiem wat verantwoordelik is vir die kataliseer van die onomkeerbare derde reaksie in glikolise [2] wat die byvoeging van 'n fosfaatgroep by fruktose 6-fosfaat (F6P) behels wat fruktose 1,6-bisfosfaat (FbisP) skep (Figuur 1). Glikolise is die metaboliese pad wat glukose afbreek in piruvaat wat vrye energie vrystel wat gestoor word as ATP (adenosientrifosfaat) en NADH (nikotinamied adenien dinukleotied). In reaksie op toestande binne en buite die sel word die tempo van glikolise streng beheer en kan selfs omgekeer word (glukogenise). PFK speel 'n sentrale rol in die regulering van glikolitiese vloed.

Figuur 1 Reaksie 3 van glikolise waarin fruktose 6-fosfaat omgeskakel word na fruktose 1,6-bisfosfaat deur die byvoeging van 'n fosfaatgroep. Die reaksie word deur PFK gekataliseer

Om PFK te sintetiseer moet die DNA-volgorde getranskribeer word na mRNA wat dan uit die kern deurgegee word vir translasie deur die ribosome. As 'n sitosoliese ensiem word PFK waarskynlik geproduseer deur vrye ribosome wat aminosure saamvoeg tot 'n polipeptiedketting. Die volgorde van die aminosure staan ​​bekend as die primêre struktuur en is uniek aan 'n spesifieke proteïen[1].

Die ketting van aminosuurreste bly nie in 'n lineêre vorm nie, maar vou in 'n presiese hoër-orde struktuur. Die vorm wat dit aanneem, is grootliks afgelei van die volgorde van die aminosure en 'n reeks nie-kovalente interaksies tussen hulle. Die ketting sal, in teorie, die mees 𠆎nergeties gunstige’ vorm of konformasie aanneem gebaseer op hierdie interaksies. Dit sluit in die relatiewe posisionering van hidrofobiese/hidrofiele residue en waterstofbindings tussen die N-H en C=O groepe. As 'n bolvormige proteïen sal PFK gevorm word uit 'n verskeidenheid nie-kovalent geordende streke (a-helikse en ß-velle) wat deur lusstreke bymekaar gehou word. Alhoewel dit onreëlmatig is, is hierdie sekondêre struktuur presies.

As 'n komplekse bolvormige proteïen het PFK 'n ooreenstemmende ingewikkelde tersiêre struktuur, dit is sy driedimensionele vorm wat uit verskeie domeine saamgestel is. Dit is funksionele, struktureel onafhanklike sub-eenhede wat bymekaar gehou word deur buigsame skarnierstreke. Individuele domeine vorm dikwels die vorm van die bindingsplek van die proteïen. PFK is 'n homotetrameriese proteïen, wat beteken dit is saamgestel uit vier identiese polipeptiedkettings wat deur nie-kovalente binding bymekaar gehou word.

Die presiese driedimensionele struktuur van 'n ensiem se aktiewe terrein is sodanig dat dit die vorm van sy substraat komplementeer. Die presiesheid van hierdie pasmaat sal beïnvloed hoe substraatspesifiek 'n ensiem is. Gegewe dat PFK 'n allosteriese ensiem wat uit vier identiese subeenhede gevorm word, is daar 'n paar waarskynlike kenmerke van sy struktuur. Soos genoem, kan 'n proteïen se domeine as funksionele eenhede optree, bv. wat die aktiewe terrein vorm, hetsy alleen of saam. In allosteriese ensieme is dit nie ongewoon dat die aktiewe plek tussen die domeine van die afsonderlike polipeptiedsubeenhede bestaan ​​nie. Dit mag wees dat die allosteriese eienskappe afkomstig is van 'n substraat of effektor wat aan een aktiewe plek bind wat 'n strukturele verandering op 'n ander aktiewe plek veroorsaak. Dit is die basis van beide koöperasie en inhibisie / aktivering.

PFK het nog 'n belangrike rol, dit is miskien die belangrikste reguleerder van glikolitiese vloed. Soos die meeste regulatoriese ensieme is PFK 'n allosteriese ensiem wat beteken dat sy katalitiese aktiwiteit beheer kan word deur stowwe wat nie met sy substraat verband hou nie [2]. Allosteriese ensieme is besonder goed aangepas om te reageer op klein fluktuasies in konsentrasies van hul eie substrate en ander effektormolekules, wat albei in die funksionering van PFK gesien kan word.


Biologie Hoofstuk 13

Die sitroensuursiklus, wat suurstof vereis om voort te gaan, vind in die mitochondriale matriks plaas. En oksidatiewe fosforilering, wat 'n groot hoeveelheid suurstof verbruik, vind op die binneste mitochondriale membraan plaas.

Die vorming van asetiel-CoA word uitgevoer deur 'n ensiemkompleks wat piruvaat oksideer om asetiel-CoA en CO2 te vorm. In die proses word elektrone na NAD+ oorgedra om NADH te genereer.

Die sitroensuursiklus oksideer die asetielgroep van asetiel-CoA na CO2, wat NADH in die proses genereer.

Dieselfde geld vir die regenerasie van die FAD wat nodig is om elektrone uit die sitroensuursiklus te aanvaar om FADH2 te produseer.

Aan die einde van die vervoerketting word die elektrone by molekules O2 gevoeg om water te produseer. Die elektrone het nou hul laagste energievlak bereik, en al die beskikbare energie is onttrek uit die voedselmolekule wat geoksideer word.

Piruvaat, wat tydens glikolise gegenereer word uit die splitsing van glukose, het drie koolstofstowwe. Dit word in die mitochondriale matriks gedekarboksileer om asetiel-CoA te produseer.

Ensieme verlaag die aktiveringsenergie-versperring wat deur die ewekansige botsing van molekules oorkom moet word om hierdie reaksies moontlik te maak. 'n Aanvanklike inset van energie is egter steeds nodig selfs vir ensiemgekataliseerde reaksies.

Die volledige oksidasie van glukose na CO2 en H2O is energeties hoogs gunstig. Die ΔG° van die reaksie is -2880 kJ/mol. Dus, die totale vrye energie wat vrygestel word deur die volledige oksidatiewe afbreek van glukose is 2880 kJ/mol. Hierdie hoeveelheid energie is presies dieselfde vir die ensiem-gekataliseerde reaksies of vir die direkte verbranding van die suiker in 'n vuur.

Glukoneogenese is op baie maniere 'n omkering van glikolise: dit bou glukose uit piruvaat, terwyl glikolise glukose afbreek en piruvaat produseer.

Glukose kan ook deur glikogeenafbraak vrygestel word, maar dit is 'n ander proses as glukoneogenese.

Plante omskep van die suikers wat hulle deur fotosintese gedurende daglig maak in vette en in stysel, 'n vertakte polimeer van glukose wat baie soortgelyk is aan dierlike glikogeen.

Stysel is 'n polimeer gemaak van glukose dit is 'n molekule wat deur plante gebruik word om suikers te stoor. In dierselle word hierdie suikers in 'n verwante polimeer genaamd glikogeen gestoor.

In beide plant- en dierselle word vette gestoor as triasielgliserol, 'n hidrofobiese molekule wat bestaan ​​uit drie vetsuurkettings wat aan 'n molekule gliserol geheg is. Die triasielgliserol in plante en diere verskil slegs in die tipes vetsure wat oorheers: plantolies bevat onversadigde vetsure (met een of meer dubbelbindings) en dierlike vette is versadig.

Fosfolipiede is die hoofbestanddeel van selmembrane in beide dier- en plantselle. Hierdie amfipatiese molekules vorm lipieddubbellage en nie vetdruppels nie, dus is hulle nie 'n vorm van vetberging nie.


Meganisme

Baie prosesse is in staat om ATP in die liggaam te produseer, afhangende van die huidige metaboliese toestande. ATP-produksie kan plaasvind in die teenwoordigheid van suurstof van sellulêre respirasie, beta-oksidasie, ketose, lipied- en proteïenkatabolisme, sowel as onder anaërobiese toestande.

Sellulêre respirasie is die proses om glukose in asetiel-CoA te kataboliseer, wat hoë-energie elektrondraers produseer wat tydens oksidatiewe fosforilering geoksideer sal word, wat ATP lewer. Tydens glikolise, die eerste stap van sellulêre respirasie, breek een molekule glukose af in twee piruvaatmolekules. Tydens hierdie proses word twee ATP geproduseer deur substraatfosforilering deur die ensieme PFK1 en piruvaatkinase. Daar is ook die produksie van twee gereduseerde NADH-elektrondraermolekules. Die piruvaatmolekules word dan deur die piruvaatdehidrogenase-kompleks geoksideer, wat 'n asetiel-KoA-molekule vorm. Die asetiel-KoA-molekule word dan volledig geoksideer om koolstofdioksied en gereduseerde elektrondraers in die sitroensuursiklus te lewer. Na voltooiing van die sitroensuursiklus is die totale opbrengs twee molekules koolstofdioksied, een ekwivalent van ATP, drie molekules NADH en een molekule FADH2. Hierdie hoë-energie elektrondraers dra dan die elektrone oor na die elektronvervoerketting waarin waterstofione (protone) teen hul gradiënt oorgedra word na die binneste membraanruimte vanaf die mitochondriale matriks. ATP-molekules word dan gesintetiseer as protone wat teen die elektrochemiese gradiëntkrag-ATP-sintetase afbeweeg.[9]਍ie hoeveelheid ATP wat geproduseer word, wissel na gelang van watter elektrondraer die protone geskenk het. Een NADH-molekule produseer twee en 'n halwe ATP, terwyl een FADH2-molekule een en 'n halwe ATP-molekules produseer.[17]

Beta-oksidasie is 'n ander meganisme vir ATP-sintese in organismes. Tydens beta-oksidasie word vetsuurkettings permanent verkort, wat asetiel-KoA-molekules lewer. Deur elke siklus van beta-oksidasie word die vetsuur met twee koolstoflengtes verminder, wat een molekule asetiel-CoA produseer, wat in die sitroensuursiklus geoksideer kan word, en een molekule elk van NADH en FADH2, wat hul hoë energie oordra elektron na die vervoerketting.[18]

Ketose is 'n reaksie wat ATP lewer deur die katabolisme van ketoonliggame. Tydens ketose ondergaan ketoonliggame katabolisme om energie te produseer, wat twee-en-twintig ATP-molekules en twee GTP-molekules per asetoasetaatmolekule genereer wat in die mitochondria geoksideer word.

Anaërobiese respirasie

Wanneer suurstof skaars of onbeskikbaar is tydens sellulêre respirasie, kan selle anaërobiese respirasie ondergaan. Tydens anaërobiese toestande is daar 'n opbou van NADH-molekules as gevolg van die onvermoë om NADH na NAD+ te oksideer, wat die aksies van GAPDH en glukoseverbruik beperk. Om homeostatiese vlakke van NADH te handhaaf, word piruvaat tot laktaat gereduseer, wat die oksidasie van een NADH-molekule lewer in 'n proses bekend as melkfermentasie. In melkfermentasie word die twee molekules van NADH wat in glikolise geskep word, geoksideer om die NAD+ reservoir in stand te hou. Hierdie reaksie produseer slegs twee molekules ATP per molekule glukose. 


Module Konstruksie¶

Die eerste stap van die skep van die PFK-module is om die EnzymeModule te definieer. Die EnzymeModule is 'n uitbreiding van die MassModel, met bykomende ensiem-spesifieke eienskappe wat help met die konstruksie, validering en gebruik van die module.

Let wel: Alle EnzymeModule spesifieke eienskappe begin sal die voorvoegsel "ensiem" of "ensiem_module" begin.

Metaboliete¶

Ligande¶

Die volgende stap is om al die metaboliete te definieer deur die MassMetabolite-voorwerp te gebruik. Vir EnzymeModule-objekte sal daar na die MassMetabolite-objekte verwys word as ligande, want hierdie MassMetabolite vorm 'n kompleks met die ensiem om een ​​of ander biologiese doel te dien. Sommige oorwegings vir hierdie stap sluit die volgende in:

Dit is belangrik om 'n duidelike en konsekwente formaat vir identifiseerders en name te gebruik wanneer die MassMetabolite-voorwerpe gedefinieer word om verskeie redes, waarvan sommige verbeterings aan modelhelderheid en bruikbaarheid insluit, versekering van unieke identifiseerders (vereis om metaboliete by die model te voeg) en konsekwentheid. wanneer jy saamwerk en met ander kommunikeer.

Om te verseker dat ons model fisiologies akkuraat is, is dit belangrik om die formule-argument te verskaf met 'n string wat die chemiese formule vir elke metaboliet voorstel, en die ladingsargument met 'n heelgetal wat die metaboliet se ioniese lading verteenwoordig (Let wel dat neutraal gelaaide metaboliete voorsien word van 0). Hierdie eienskappe kan altyd later gestel word indien nodig deur gebruik te maak van die formule- en lading-kenmerk-instellermetodes.

Om aan te dui dat die sitosol die sellulêre kompartement is waarin die reaksies plaasvind, word die string "c" aan die kompartementargument verskaf.

Hierdie model sal geskep word met behulp van identifiseerders en name wat in die BiGG-databasis gevind word.

Die ligande stem ooreen met die aktiveerders, inhibeerders, kofaktore, substrate en produkte betrokke by die ensiemgekataliseerde reaksie. In hierdie model is daar 6 spesies wat oorweeg moet word.

Nadat die ligande gegenereer is, word hulle by die EnzymeModule gevoeg deur die add_metabolites metode. Die ligande van die EnzymeModule kan as 'n DictList deur die enzyme_module_ligands-kenmerk gesien word.

Die enzyme_module_ligands_categorized-kenmerk kan gebruik word om metaboliete toe te ken aan groepe gebruikergedefinieerde kategorieë deur 'n woordeboek te verskaf waar sleutels die kategorieë is en waardes die metaboliete. Let daarop dat enige metaboliet in meer as een kategorie geplaas kan word.

EnzymeModuleForms¶

Die volgende stap is om die verskillende toestande van die ensiem en ensiem-ligand komplekse te definieer. Hierdie toestande kan deur 'n EnzymeModuleForm-voorwerp voorgestel word. Net soos hoe EnzymeModule-objekte MassModels uitbrei, brei die EnzymeModuleForm-objekte MassMetabolite-objekte uit, wat hulle dieselfde funksionaliteit gee as 'n MassMetabolite. Daar is egter twee belangrike bykomende kenmerke wat spesifiek vir die EnzymeModuleForm is.

Die eerste eienskap is die ensiemmodule_id . Dit is bedoel om die identifiseerder of naam van die ooreenstemmende EnzymeModule te hou.

Die tweede eienskap is die bound_metabolites-kenmerk, ontwerp om metaboliete te bevat wat aan die ensiematiese terrein(e) gebind is.

Outomatiese generering van die naam , formule , en lading eienskappe kenmerke gebruik die bound_metabolites kenmerk, wat kan help met die identifisering van EnzymeModuleForm en massa en lading balansering van die reaksies.

Die gerieflikste manier om 'n EnzymeModuleForm te maak, is deur die EnzymeModule.make_enzyme_module_form metode. Daar is verskeie redes om hierdie metode te gebruik om die EnzymeModuleForm-voorwerpe te genereer:

Die enigste vereiste om 'n EnzymeModuleForm te skep, is die identifiseerder.

'n String kan opsioneel verskaf word vir die naam-argument om die ooreenstemmende naamkenmerk te stel, of dit kan outomaties gegenereer en gestel word deur die string "Outomaties" te stel (hooflettergevoelig).

Die ensiem_module_id, formule en lading eienskappe word gestel op grond van die identifiseerder van die EnsiemModule en die MassMetaboliet voorwerpe wat in gebonde_metaboliete gevind word.

Net soos die enzyme_module_ligands_categorized attribuut, is daar die enzyme_module_forms_categorized attribuut wat op 'n soortgelyke manier optree. Kategorieë kan opgestel word ten tyde van konstruksie deur 'n string of 'n lys stringe aan die kategorieë-argument te verskaf.

EnzymeModuleForm-objekte word outomaties by die EnzymeModule gevoeg sodra dit geskep is.

Vir hierdie module is daar 20 EnzymeModuleForm-objekte wat geskep moet word. As gevolg van die aannames wat vir hierdie module gemaak is, kan 'n lus gebruik word om die konstruksie van die EnzymeModuleForm-objekte te help outomatiseer.


Rol van ATP en AMP in funksionering van Fosfofruktokinase - Biologie

Die menslike liggaam kan van verskillende energiebronne gebruik maak met min of meer dieselfde doeltreffendheid, maar alle voedingstofmolekules word nie gelyk geskep nie. Vette is byvoorbeeld baie meer energieryk as koolhidrate, proteïene of ketone. Volledige verbranding van vet lei tot van energie, in vergelyking met slegs afgelei van koolhidrate, proteïene of ketone. Omdat vette soveel meer energiedigter is as ander biomolekules, word dit verkies vir langtermyn-energieberging. Dink aan die verskil tussen vette en koolhidrate soos die verskil tussen 'n 16 GB en 'n 8 GB stoorstasie. Die stoorstasie met 'n groter kapasiteit beslaan dieselfde hoeveelheid fisiese spasie, maar hou twee keer soveel data. Terwyl verskillende energiebronne groter of minder kaloriewaardes verskaf, is die einddoel om energie in 'n geredelik beskikbare vorm te hê. Vir die sel is ditadenosientrifosfaat (ATP), getoon in Figuur 12.1.

Figuur 12.1. Adenosientrifosfaat (ATP)

ATP is die belangrikste energie-geldeenheid in die liggaam. Dit is 'n middelvlak energiedraer, soos gesien in Tabel 12.1, en word gevorm uit substraatvlak fosforilering sowel as oksidatiewe fosforilering. Waarom wil ons hê dat ATP 'n middelvlakdraer moet wees en nie 'n hoërvlak een nie? Dink aan jou beursie. As jy nooit die vermoë gehad het om kleingeld terug te kry na 'n aankoop nie, watter tipe rekening sal jy in oorvloed wil hê? Een dollar rekeninge! Net so kan ATP nie die "oorblywende" vrye energie na 'n reaksie terugkry nie, daarom is dit die beste om 'n draer met 'n kleiner vrye energie te gebruik. ATP verskaf oor van energie onder fisiologiese toestande. As 'n reaksie net vereis om 'n positiewe &Delta te oorkomG waarde, dan vermors is. Die afval sal selfs hoër wees met 'n hoër-energie verbinding soos kreatienfosfaat.

Kreatienfosfaat

Direkte fosforilering in spiere

Energie-omset in alle seltipes

Glukose 6-fosfaat

Tussenmiddel van glikolise en glukoneogenese

Tabel 12.1. Gratis energie van hidrolise vir sleutelmetaboliese fosfaatverbindings

Onthou dat die meeste van die ATP in 'n sel deur mitochondriale geproduseer word ATP sintase, soos beskryf in Hoofstuk 10 van MCAT Biochemie Oorsig, maar 'n mate van ATP word tydens glikolise en die sitroensuursiklus geproduseer. ATP bestaan ​​uit 'n adenosienmolekule wat aan drie fosfaatgroepe geheg is, en word gegenereer uit ADP en Pek met energie-insette van 'n eksergoniese reaksie of elektrochemiese gradiënt. ATP word óf deur hidrolise óf die oordrag van 'n fosfaatgroep na 'n ander molekule verbruik. As een fosfaatgroep verwyder word, adenosien difosfaat (ADP) word geproduseer as twee fosfaatgroepe verwyder word, adenosienmonofosfaat (AMP) is die resultaat. In 'n enkele dag gebruik 'n gemiddelde grootte persoon ongeveer 90 persent van haar gewig in ATP, maar het slegs ongeveer 50 gram ATP beskikbaar op enige gegewe tydstip. Deurlopende herwinning van ATP, ADP en Pekmeer as 1000 keer per dag is verantwoordelik vir hierdie teenstrydigheid.

Wat ATP so 'n goeie energiedraer maak, is sy hoë-energie fosfaatbindings. Die negatiewe ladings op die fosfaatgroepe ervaar afstotende kragte met mekaar, en die ADP en Pek molekules wat na hidrolise vorm, word deur resonansie gestabiliseer. Terwyl ATP nie vinnig op sy eie in die sel afbreek nie, is dit baie meer stabiel na hidrolise. Dit is verantwoordelik vir die baie negatiewe waarde van &DeltaG. Onder standaard toestande & DeltaG° gaan oor By pH 7 en met oormaat magnesium is die standaard vrye energieverandering steeds . ADP, wat ook ladingafstoting en resonansiestabilisering na hidrolise vertoon, het soortgelyke &DeltaG waardes, maar AMP het 'n baie kleiner &DeltaG° naby .

ATP hidrolise is heel waarskynlik teëgekom in die konteks van gekoppelde reaksies. Baie gekoppelde reaksies gebruik ATP as 'n energiebron. Byvoorbeeld, die beweging van natrium en kalium teen hul elektrochemiese gradiënte vereis energie, wat deur die hidrolise van ATP ingespan word.

ATP-splyting is die oordrag van 'n hoë-energie fosfaatgroep van ATP na 'n ander molekule. Oor die algemeen aktiveer of deaktiveer dit die teikenmolekule. Met hierdie fosforielgroep oordragte, sal die algehele vrye energie van die reaksie bepaal word deur die som van die vrye energieë van die individuele reaksies te neem.

SLEUTELBEGRIP

ATP word gebruik om energeties ongunstige reaksies aan te wakker of om ander molekules te aktiveer of te deaktiveer.

FOSFORIE GROEPOORDRAGTE

ATP kan 'n fosfaatgroep as 'n reaktant verskaf. Byvoorbeeld, in die fosforilering van glukose in die vroeë stadiums van glikolise, skenk ATP 'n fosfaatgroep aan glukose om glukose 6-fosfaat te vorm. Die inligting in Tabel 12.1 dui die vrye energie van hidrolise aan, wat gekonseptualiseer kan word as die oordrag van die fosfaatgroep na water. Om die vrye energie van fosforielgroepoordrag na 'n ander biologiese molekule te bepaal, kan 'n mens Hess se wet gebruik en die verskil in vrye energie tussen die reaktante en produkte bereken:

(omgekeerde reaksie vanaf Tabel 12.1)

Hess se wet, bespreek in Hoofstuk 7 van MCAT Algemene Chemie Oorsig, geld vir al die staatsfunksies, insluitend druk, digtheid, temperatuur, volume, entalpie, interne energie, vrye energie en entropie.

MCAT-konsepkontrole 12.2:

Voordat jy verder gaan, assesseer jou begrip van die materiaal met hierdie vrae.

1. Hoe verander koppeling met ATP-hidrolise die energetika van 'n reaksie?

2. Verduidelik waarom ATP 'n ondoeltreffende molekule is vir langtermyn energieberging.

3. Gebruik Tabel 12.1 en bereken die vrye energieverandering vir die sintese van ATP vanaf cAMP en anorganiese fosfaat. Let wel: cAMP word na AMP gehidroliseer, en die vrye energie van hidrolise vir ATP en ADP is ongeveer gelyk.

As u die outeursreghouer van enige materiaal op ons webwerf is en dit wil verwyder, kontak ons ​​webwerf -administrateur vir goedkeuring.


AMP deaminase reaksie as 'n beheerstelsel van glikolise in gis. Aktivering van fosfofruktokinase en piruvaatkinase deur die AMP-deaminase-ammoniakstelsel

Die rol van AMP deaminase (EC 3.5.4.6) reaksie in die stimulering van die regulatoriese ensieme van glikolise is ondersoek met behulp van gepermeabiliseerde gisselle. 1) Die byvoeging van poliamien-geaktiveerde AMP-deaminase in situ, wat lei tot die daaropvolgende toename in ammoniumproduksie, wat die aktiwiteit van 6-fosfofruktokinase (EC 2.7.1.11) en piruvaatkinase (EC 2.7.1.40) kan stimuleer. 2) Zn2+ het AMP-deaminase-aktiwiteit geïnhibeer, gevolg deur 'n afname in ammoniumioonkonsentrasie wat die aktiwiteit van fosfofruktokinase verminder het. 3) Poliamien en Zn2+ het nie die aktiwiteit van fosfofruktokinase en piruvaatkinase direk geaktiveer of geïnhibeer nie. 4) 'n Eenvoudige Michaelis-Menten-verwantskap is waargeneem tussen die verskillende vlakke van ammoniumioon en fruktose 1,6-bifosfaat wat in situ gevorm word, wat aandui dat fosfofruktokinase-aktiwiteit of glikolitiese vloed afhanklik was van die vlak van ammonium wat deur die werking van AMP-deaminase geproduseer word. . 5) Die toename in Pi-konsentrasie het gelei tot die verlaagde omvang van aktivering deur NH4+ en merkbare stimulasie deur Pi self van fosfofruktokinase, en verder verminder die produksie van NH4+ deur die inhibisie van AMP-deaminase, wat daarop dui dat fosfofruktokinase-aktiwiteit nie deur die vlak gereguleer word nie. van NH4+ maar deur Pi-konsentrasie onder toestande van verhoogde Pi-vlakke. Die AMP deaminase-ammonium sisteem toon 'n regulerende funksie in glikolise van gisselle in die teenwoordigheid van fisiologiese Pi-vlakke, terwyl glikolise hoofsaaklik deur Pi-vlak beheer kan word onder die toestande van verhoogde Pi-konsentrasie. Poliamiene kan 'n rol speel in die stimulering van glikolise deur die verhoogde vlak van ammoniumioon onder die toestande van verhoogde ATP-benutting tydens selproliferasie, en kan deelneem aan die kataboliese prosesse sowel as anaboliese prosesse deur die stimulasie van die AMP-deaminase-ammoniumstelsel .


Metaboliese prosesse beheer deur allosteriese ensieme (met diagram)

'n Uitstekende voorbeeld van allosteriese ensiemregulering van metaboliese prosesse word verskaf deur die onderlinge verwantskap in diere tussen die metaboliese weë wat lei tot:

(1) Die sintese van glikogeen uit glukose en

(2) Die oksidasie van glukose na CO2 en water.

Byna al die energieverbruikende prosesse in die liggaam verloop ten koste van ATP en baie van hierdie ATP word verkry deur die oksidasie van glukose. Gedurende periodes van verhoogde aktiwiteit (bv. oefening), word glikogeen afgebreek om glukose te lewer, wat dan die metaboliese pad binnegaan en dit omskakel na CO22 en water, met gevolglike generering van ATP. Daarteenoor word geabsorbeerde glukose tydens rusperiodes of lae energievraag na glikogeen omgeskakel.

Drie van die ensieme betrokke by glukosemetabolisme is allosteries dit is fosfofruktokinase ('n ensiem wat nodig is in die reeks reaksies wat glukose-6-fosfaat omskakel na CO2)2 en water), glikogeensintetase (betrokke by die inkorporering van glukose-l-fosfaat in glikogeen), en glikogeenfosforilase (wat glukose as glukose-l-fosfaat uit glikogeen verwyder tydens glikogeenkatabolisme).

Wanneer ATP-vlakke hoog is en geen groot verbruik van energie in die liggaam plaasvind nie, word glukose in glikogeen herlei (d.w.s. “glikogenese” oorheers). Dit word bereik omdat ATP optree as 'n negatiewe effektor van fosfofruktokinase en glikogeenfosforilase en as 'n positiewe effektor, saam met glukose-6-fosfaat, van glikogeen sintetase (Fig. 11-8a).

Wanneer die ATP-vlak daal (bv. tydens oefening) en daar 'n verhoogde vraag na ATP is, word glikogeensintese gestaak aangesien geabsorbeerde glukose direk in die produksie van ATP verbruik word en bykomende glukose beskikbaar gestel word deur die katabolisme van glikogeen (bv. #8220glikogenolise”). Hierdie pad word geaktiveer deur die positiewe effekte op fosfofruktokinase en glikogeenfosforilase van die ATP-voorloper, AMP.

Die hormoon epinefrien, wat tydens periodes van groot aktiwiteit in die bloedstroom afgeskei word, het ook 'n effek op hierdie metaboliese weë in spiere en in lewer. Wanneer epinefrien in die bloedstroom die spiere bereik, bind dit aan die oppervlak van die spierselle en bevorder die sintese van sikliese AMP (cAMP) deur die ensiem adeny Icy close.

Die cAMP aktiveer dan 'n tweede ensiem (proteïenkinase) allosteries, wat uiteindelik glikogeenfosforilase aktiveer, maar glikogeen sintetase inaktiveer (Fig. 11-8b). Hierdie verskynsel word ook oorweeg met die funksies van hormone en die rol van proteïenfosforilering as 'n metaboliese reguleringsmeganisme.

Die paaie hierbo beskryf illustreer die meganismes om allosteriese ensieme aan en af ​​te skakel. In die afwesigheid van sulke meganismes, sou beide weë gelyktydig aktief wees sodat hul effekte mekaar kanselleer - 'n uiters onproduktiewe toestand! Allosterisme verskaf dus 'n basis vir die regulering van die vlakke van aktiwiteit van verwante metaboliese weë.

Die regulering van aminosuursintese:

Escherichia coli verskaf 'n duidelike voorbeeld van beheer van uiteenlopende metaboliese weë deur terugvoer inhibisie. 'n Oorsig van die metaboliese weë vir die sintese van drie aminosure word in Figuur 11-9 getoon. Lysien, metionien en treonien word elk uit aspartaat gesintetiseer en elkeen kan in proteïensintese gebruik word.

Sonder metaboliese kontroles sal die verbruik of benutting van enige een van hierdie aminosure die weë stimuleer en onnodige sintese van die ongebruikte aminosure sowel as die een wat gebruik word veroorsaak. So 'n ongereguleerde stelsel sal lewensbelangrike hulpbronne en energie verbruik, beide faktore kan oorlewingsimplikasies vir die organisme hê en evolusionêre gevolge vir die spesie.

In E. coli is die allosteriese reguleringsmeganismes egter die doeltreffendste. Die ophoping van elke aminosuur produseer 'n terugvoer-inhibisie van die eerste ensiem in die spesifieke tak van die pad wat lei tot die sintese van daardie aminosuur. In Figuur 11-9 word hierdie negatiewe effek deur stippellyne getoon.

Boonop word 'n bykomende vlak van regulering bereik deur effekte op die ensiem aspartokinase, wat aspartaat kataliseer en fosforileer. Hierdie ensiem bestaan ​​in drie vorme (d.w.s. daar is drie isosime), gesimboliseer in Figuur 11-9 deur drie afsonderlike pyle te gebruik om die omskakeling van aspartaat na aspartylfosfaat aan te toon.

Een van die isosime word spesifiek en volledig deur treonien geïnhibeer, die tweede (wat slegs in klein hoeveelhede voorkom) word spesifiek deur homoserien geïnhibeer en die derde isosiem word spesifiek deur lisien geïnhibeer. Boonop word sintese van laasgenoemde isosiem deur lisien onderdruk. (Onderdrukking is 'n regulatoriese meganisme wat die aantal ensiemmolekules in die sel verminder.


39 Regulering van sellulêre respirasie

Aan die einde van hierdie afdeling sal jy die volgende kan doen:

  • Beskryf hoe terugvoerinhibisie die produksie van 'n intermediêre of produk in 'n pad sal beïnvloed
  • Identifiseer die meganisme wat die tempo van die vervoer van elektrone deur die elektronvervoerketting beheer

Selrespirasie moet gereguleer word om gebalanseerde hoeveelhede energie in die vorm van ATP te verskaf. Die sel moet ook 'n aantal intermediêre verbindings genereer wat gebruik word in die anabolisme en katabolisme van makromolekules. Sonder kontroles sou metaboliese reaksies vinnig tot stilstand kom, aangesien die voorwaartse en terugwaartse reaksies 'n toestand van ewewig bereik het. Hulpbronne sou onvanpas gebruik word. 'n Sel het nie die maksimum hoeveelheid ATP nodig wat dit die hele tyd kan maak nie: Soms moet die sel sommige van die tussenprodukte na bane wegskuif vir aminosuur-, proteïen-, glikogeen-, lipied- en nukleïensuurproduksie. Kortom, die sel moet sy metabolisme beheer.

Regulerende meganismes

'n Verskeidenheid meganismes word gebruik om sellulêre respirasie te beheer. Een of ander tipe beheer bestaan ​​by elke stadium van glukosemetabolisme. Toegang van glukose tot die sel kan gereguleer word deur gebruik te maak van die GLUT (glukose vervoerder) proteïene wat glukose vervoer ((Figuur)). Verskillende vorme van die GLUT-proteïen beheer deurgang van glukose in die selle van spesifieke weefsels.


Sommige reaksies word beheer deur twee verskillende ensieme te hê—een elk vir die twee rigtings van 'n omkeerbare reaksie. Reaksies wat deur slegs een ensiem gekataliseer word, kan na ewewig gaan, wat die reaksie stop. Daarenteen, as twee verskillende ensieme (elk spesifiek vir 'n gegewe rigting) nodig is vir 'n omkeerbare reaksie, verhoog die geleentheid om die tempo van die reaksie te beheer, en ewewig word nie bereik nie.

'n Aantal ensieme betrokke by elk van die weë - veral die ensiem wat die eerste toegewyde reaksie van die roete kataliseer - word beheer deur hegting van 'n molekule aan 'n allosteriese plek op die proteïen. Die molekules wat die meeste in hierdie hoedanigheid gebruik word, is die nukleotiede ATP, ADP, AMP, NAD + en NADH. Hierdie reguleerders—allosteriese effektore—kan ensiemaktiwiteit verhoog of verlaag, afhangende van die heersende toestande. Die allosteriese effektor verander die steriese struktuur van die ensiem, wat gewoonlik die konfigurasie van die aktiewe plek beïnvloed. Hierdie verandering van die proteïen (die ensiem) se struktuur verhoog of verlaag sy affiniteit vir sy substraat, met die effek dat die tempo van die reaksie verhoog of verlaag word. Die aanhegting sein aan die ensiem. Hierdie binding kan die ensiem se aktiwiteit verhoog of verlaag, wat 'n terugvoermeganisme verskaf. Hierdie terugvoer tipe beheer is effektief solank die chemikalie wat dit beïnvloed aan die ensiem geheg is. Sodra die algehele konsentrasie van die chemikalie afneem, sal dit van die proteïen af ​​diffundeer, en die beheer word verslap.

Beheer van kataboliese paaie

Ensieme, proteïene, elektrondraers en pompe wat rolle speel in glikolise, die sitroensuursiklus en die elektronvervoerketting is geneig om nie-omkeerbare reaksies te kataliseer. Met ander woorde, as die aanvanklike reaksie plaasvind, is die pad daartoe verbind om voort te gaan met die oorblywende reaksies. Of 'n spesifieke ensiemaktiwiteit vrygestel word, hang af van die energiebehoeftes van die sel (soos weerspieël deur die vlakke van ATP, ADP en AMP).

Glikolise

Die beheer van glikolise begin met die eerste ensiem in die pad, heksokinase ((Figuur)). This enzyme catalyzes the phosphorylation of glucose, which helps to prepare the compound for cleavage in a later step. The presence of the negatively charged phosphate in the molecule also prevents the sugar from leaving the cell. When hexokinase is inhibited, glucose diffuses out of the cell and does not become a substrate for the respiration pathways in that tissue. The product of the hexokinase reaction is glucose-6-phosphate, which accumulates when a later enzyme, phosphofructokinase, is inhibited.


Phosphofructokinase is the main enzyme controlled in glycolysis. High levels of ATP or citrate or a lower, more acidic pH decreases the enzyme’s activity. An increase in citrate concentration can occur because of a blockage in the citric acid cycle. Fermentation, with its production of organic acids such as lactic acid, frequently accounts for the increased acidity in a cell however, the products of fermentation do not typically accumulate in cells.

The last step in glycolysis is catalyzed by pyruvate kinase. The pyruvate produced can proceed to be catabolized or converted into the amino acid alanine. If no more energy is needed and alanine is in adequate supply, the enzyme is inhibited. The enzyme’s activity is increased when fructose-1,6-bisphosphate levels increase. (Recall that fructose-1,6-bisphosphate is an intermediate in the first half of glycolysis.) The regulation of pyruvate kinase involves phosphorylation by a kinase (pyruvate kinase), resulting in a less-active enzyme. Dephosphorylation by a phosphatase reactivates it. Pyruvate kinase is also regulated by ATP (a negative allosteric effect).

If more energy is needed, more pyruvate will be converted into acetyl CoA through the action of pyruvate dehydrogenase. If either acetyl groups or NADH accumulates, there is less need for the reaction, and the rate decreases. Pyruvate dehydrogenase is also regulated by phosphorylation: a kinase phosphorylates it to form an inactive enzyme, and a phosphatase reactivates it. The kinase and the phosphatase are also regulated.

Sitroensuur siklus

The citric acid cycle is controlled through the enzymes that catalyze the reactions that make the first two molecules of NADH ((Figure)). These enzymes are isocitrate dehydrogenase and α-ketoglutarate dehydrogenase. When adequate ATP and NADH levels are available, the rates of these reactions decrease. When more ATP is needed, as reflected in rising ADP levels, the rate increases. Alpha-ketoglutarate dehydrogenase will also be affected by the levels of succinyl CoA—a subsequent intermediate in the cycle—causing a decrease in activity. A decrease in the rate of operation of the pathway at this point is not necessarily negative, as the increased levels of the α-ketoglutarate not used by the citric acid cycle can be used by the cell for amino acid (glutamate) synthesis.

Elektronvervoerketting

Specific enzymes of the electron transport chain are unaffected by feedback inhibition, but the rate of electron transport through the pathway is affected by the levels of ADP and ATP. Greater ATP consumption by a cell is indicated by a buildup of ADP. As ATP usage decreases, the concentration of ADP decreases, and now, ATP begins to build up in the cell. This change in the relative concentration of ADP to ATP triggers the cell to slow down the electron transport chain.

Besoek hierdie webwerf om 'n animasie van die elektronvervoerketting en ATP -sintese te sien.

For a summary of feedback controls in cellular respiration, see (Figure).

Summary of Feedback Controls in Cellular Respiration
Pathway Enzyme affected Elevated levels of effector Effect on pathway activity
glikolise hexokinase glukose-6-fosfaat decrease
phosphofructokinase low-energy charge (ATP, AMP), fructose-6-phosphate via fructose-2,6-bisphosphate Verhoog
high-energy charge (ATP, AMP), citrate, acidic pH decrease
pyruvatkinase fructose-1,6-bisphosphate Verhoog
high-energy charge (ATP, AMP), alanine decrease
pyruvate to acetyl CoA conversion piruvaat dehidrogenase ADP, pyruvate Verhoog
acetyl CoA, ATP, NADH decrease
sitroensuur siklus isocitrate dehydrogenase ADP Verhoog
ATP, NADH decrease
α-ketoglutarate dehydrogenase calcium ions, ADP Verhoog
ATP, NADH, succinyl CoA decrease
elektron vervoer ketting ADP Verhoog
ATP decrease

Afdeling Opsomming

Sellulêre respirasie word deur 'n verskeidenheid maniere beheer. The entry of glucose into a cell is controlled by the transport proteins that aid glucose passage through the cell membrane. Most of the control of the respiration processes is accomplished through the control of specific enzymes in the pathways. This is a type of negative feedback mechanism, turning the enzymes off. The enzymes respond most often to the levels of the available nucleosides ATP, ADP, AMP, NAD + , and FAD. Other intermediates of the pathway also affect certain enzymes in the systems.

Hersien vrae

The effect of high levels of ADP is to ________ in cellular respiration.

  1. increase the activity of specific enzymes
  2. decrease the activity of specific enzymes
  3. have no effect on the activity of specific enzymes
  4. slow down the pathway

The control of which enzyme exerts the most control on glycolysis?

Kritiese Denke Vrae

How does citrate from the citric acid cycle affect glycolysis?

Citrate can inhibit phosphofructokinase by feedback regulation.

Why might negative feedback mechanisms be more common than positive feedback mechanisms in living cells?

Negative feedback mechanisms actually control a process it can turn it off, whereas positive feedback accelerates the process, allowing the cell no control over it. Negative feedback naturally maintains homeostasis, whereas positive feedback drives the system away from equilibrium.

Woordelys


Kyk die video: LuciPac A3 ATP+ADP+AMP Hygiene Monitoring System (September 2022).