Главное назначение макроэргических групп

Главное назначение макроэргических групп — предохранение свободной энергии, выделяющейся в данном экзэргоническом процессе, от теплового рассеяния и обесценивания. Свое назначение эти группы гыполняют посредством сопряженного с экзэр-гонической реакцией присоединения к промежуточным продуктам с образованием макроэргических соединений.
Когда молекула А превращается в молекулу В, свободная
энергия системы уменьшается, т. е. выделяется энергия AF0. Если к молекуле А в реакции, почти не требующей затрат энергии, присоединена специфическая группа х образуется А^-х. Превращение А—х в в принципе, может не сопровождаться выделением энергии, уменьшением свободной энергии системы.
Макроэргическое соединение В~х недостаточно удобно — оно определяется конкретной природой А и В. Термодинамический потенциал превращения А в В может быть сохранен от теплового рассеяния и перенесен для использования в других процессах посредством универсальных макроэргических соединений «х~у». Такие соединения должны образовываться сопряженно с распадом В~х:
В~х+у+±В+х~у.
В идеальном случае и образование х~у может идти изоэнергетически или с очень небольшим уменьшением свободной энергии системы (11, б).
Таким образом, свободная энергия, которая при несопряженном превращении Л в В превращалась в тепло, теперь сохранена в связи х п у
Представленная схема энергетического сопряжения идеально высокоэффективна. Малая добавка вещества А приведет к образованию соответствующего числа (от добавленного Л) молекул х~у.
Такое высокоэффективное сопряжение может быть чисто химическим, т. е. не требовать осуществления процесса посредством механических или электрических механизмов.
Менее совершенно сопряжение двух химических реакций посредством немакроэргического промежуточного состояния системы. Представим себе, что А сначала превращается в В, а затем В реагирует с х (см. 12). Как показал Л. А. Блюмен-фельд, такой механизм сопряжения в нестационарном режиме малоэффективен, «импульс» увеличения концентрации А почти не дойдет до увеличения концентрации х~у— синтезируется лишь очень немного макроэргических молекул — в соответствии с величиной Кр реакции В + х~<-В~х. Однако в стационарном режиме, при поддержании постоянной сверхравновесной концентрации А, сопряженный синтез х ~ у и по этому механизму может быть вполне эффективен, как эффективно перетекание жидкости в сифоне.
Макроэргические соединения могут служить источником
энергии во всех процессах, где возможно их специфическое химическое реагирование. Этим и достигается «векторизация» траты термодинамического потенциала экзэргонических реакций.
Так, например, добавление х~у к В может привести к образованию В~х в реакции В + х~у+±В~х + у, что никак не удалось бы при попытке провести реакцию В+х-^В~х. Таков энергетический механизм химических сопряженных реакций, открытых в начале нашего века Н. А. Шиловым.
Нужно специально подчеркнуть, что «макроэргичность» — это не характеристика свойств связи х и у самой по себе, а мера изменения свободной энергии в процессе превращения распада, гидролиза вещества х~у. Ясно, что величина изменения свободной энергии процесса (и даже знак этой величины) зависит от условий проведения процесса. Таким образом, микроэргическими называются соединения, распад которых {обычно гидролиз) сопровождается существенным уменьшением свободной энергии системы {AF° около 10—20 ккал/моль) в данных условиях.
Макроэргические соединения должны образовываться за счет энергии, внешней по отношению к системе, например, за счет энергии света. Кроме того, они должны быть универсальными, т. е. годиться для энергетического обеспечения разных синтезов.
Биохимикам ясно, что сейчас речь пойдет в основном о пирофосфатах. Установление такой роли пирофосфатов — одно и. главных достижений биохимии XX в. Пирофосфаты представляют собой ан гидриды ортофосфорной кислоты. Неорганический пирофосфа образуется при нагревании, при прокаливании солей ортофосфорной кислоты.
Ангидридная пирофосфатная связь может образоваться между большим числом остатков ортофосфорной кислоты, тогда возникают молекулы полифосфатов.







Материалы

Яндекс.Метрика