Informație

Hidroliza ATP la AMP în ciclul ureei. Ce este schimbarea energiei libere?


Cum este hidroliza ATP în AMP și PPi în a face arginosuccinat echivalent cu hidroliza a 2 ATP?


Răspunsul, cred, este că după cum se menționează nu este.

Cu toate acestea, hidroliza ATP la AMP și PPeu produce mult mai multă energie liberă decât hidroliza ATP în ADP și Peu.

Adică schimbarea energiei libere pentru hidroliza ATP în AMP și PPeu este considerabil mai negativ decât pentru hidroliza ATP în ADP și Peu și pentru hidroliza ADP în AMP și Peu.

Dacă luăm în considerare schimbarea energiei libere pentru reacția ATP = AMP + 2 Peu (unde, să zicem, pirofosfatul (PPeu) produsă de argininosuccinat sintetaza este descompusă de o pirofosfatază), apoi ea este echivalentul hidrolizei a 2 ATP la ADP și Peu și (mai mult sau mai puțin) la hidroliza a 2 ADP la AMP și Peu.

Atunci când avem de-a face cu hidroliza ATP, trebuie să luăm în considerare „mediul chimic” al grupei fosfat, nu numai pentru a determina dacă legătura este „cu energie ridicată” (în sensul Lipmann) sau „cu energie scăzută”, ci și atunci când avem în vedere cantitatea de energie liberă eliberată prin hidroliza unei legături „cu energie ridicată”: nu toate legăturile pirofosfat produc aceeași energie liberă la hidroliză.

  • Scindarea legăturii pirofosfat „interioare” în ATP (pentru a da AMP și PPeu) „eliberează” mult mai multă energie liberă decât clivajul acestei legături în ADP (pentru a da ADP și Peu).
  • Scindarea legăturii pirofosfat „interioare” în ATP (pentru a da AMP și PPeu) eliberează mult mai multă energie liberă decât clivajul legăturii pirofosfat „exterioare” (pentru a da ADP și Peu).

Dacă o „unitate” de energie liberă este considerată a fi de aproximativ 32 kJ mol-1 atunci:

  • Hidroliza ATP în ADP și ADP aproximativ lansează 1 unitate
  • Hidroliza ADP la Peu iar AMP eliberează aproximativ 1 unitate
  • Hidroliza ATP în AMP și PPeu aproximativ lansează aproximativ 1,4 de unități
  • Hidroliza PPeu la 2 Peu aproximativ lansează aproximativ 0,6 unități
  • Hidroliza ATP la AMP și 2 Peu aproximativ lansează 2 unități.
  • Hidroliza AMP în adenozină și Peu aproximativ eliberează 0,4 unități.

La întrebarea formulată de PO se poate răspunde acum după cum urmează.

Hidroliza legăturii pirofosfat interne a ATP (pentru a da AMP), mai degrabă decât legătura exterioară (pentru a da ADP) oferă o „atracție termodinamică” de 0,4 „unități de energie liberă” la reacția argininosuccinat sintază. Dacă PPeu este hidrolizat de o pirofosfatază, se obțin 0,6 „unități de energie liberă” suplimentare și schimbarea energiei libere pentru reacția combinată (cea a argininosuccinat sintazei și pirofosfataza) este echivalentă cu 2 „unități de energie liberă” (aproximativ -70 kJ mol-1).

După cum subliniază Frey, & Arabshahi (1995), hidroliza $ alpha $,$ beta $-fosfanohidrură a ATP, mai degrabă decât a $ beta $,$ gamma $ este o strategie comună în reacțiile biosintetice. Pentru a cita ultima linie a acestei lucrări: Scindarea $ beta $,$ gamma $-fosfanohidrida puntei în ATP are loc în reacții metabolice în care este necesară o forță motrică mai mică.

O mică bucată de istorie

Nu a fost întotdeauna acceptat faptul că hidroliza ATP la AMP și PPeu a continuat cu o energie liberă mai negativă decât pentru hidroliza ATP la ADP și Peu. Pentru a cita din Standard Free Energy Change pentru hidroliza $ alpha, beta $-Phosphoanhydride Bridge în ATP, de Frey & Arabshahi (1995).

Se pare că este cunoscut în biochimie că energia liberă standard se schimbă $ Delta G ^ {'o} $ pentru hidroliza ATP în AMP și PPeu este de -7,7 până la -8,4 kcal mol-1 [-32 până la -35 kJ mol-1]. Majoritatea manualelor de biochimie enumeră valorile din acest interval (Zubay, 1993; Lehninger și colab., 1992; Garrett și Grisham, 1994; Voet și Voet, 1990; Matthews și Van Holde, 1990). Mai mult, multe manuale enumeră și energia gratuită standard pentru hidroliza PPeu la fel de $ Delta G ^ {'o} $ = - 7,9 până la 8,0 kcal mol-1. [-33 până la -33,5 kJ mol-1]. Cu toate acestea, adevărata valoare pentru hidroliza pirofosfatului este semnificativ mai puțin negativă (Flodgaard & Fleron, 1974). Prin urmare, energia liberă standard se schimbă pentru hidroliza ATP în AMP și PPeu trebuie să fie mai negativ decât 8 kcal mol-1 [33,5 kJ mol-1] așa cum este explicat în această lucrare

Acest memento nu ar fi trebuit să fie necesar. Valoarea corectă pentru schimbarea energiei libere în hidroliza ATP în AMP și PPeu este dat de Schuegraf și colab. (1960), o lucrare în co-scrisă de Sarah Ratner

Hidroliza UDP-glucozei

$ Delta G ^ {'o} $ pentru hidroliza UDP-glucoză în UMP și glucoză-1-fosfat este de aproximativ - 43 kJ mol-1 (- 10,3 mol-1) [Frey și Arabshahi, 1995], de asemenea, considerabil mai negative decât cele pentru hidroliza ATP în ADP și Peu

Specificații

  • Energia liberă standard a hidrolizei ($ Delta G ^ {'o} $) din $ alpha $,$ beta $-fosfanohidrură de ATP pentru a da AMP și PPeu este de aproximativ - 45 la -50 kJ mol-1

  • Energia liberă standard de hidroliză a $ alpha $,$ beta $-fosfanohidrida ADP pentru a da ADP și Peu este de aproximativ -30 până la -34 kJ / mol

  • Energia liberă standard de hidroliză a $ beta $,$ gamma $-fosfanohidrida ATP pentru a da ADP și Peu este de aproximativ -32 până la -36 kJ / mol.

  • Energia liberă standard a hidrolizei ($ Delta G ^ {'o} $) din PPeu la 2 Peu este de aproximativ 20 kJ mol-1

  • Energia liberă standard a hidrolizei ATP la AMP un 2Peu aproximativ -70 kJ mol-1.

  • Energia liberă standard a hidrolizei ($ Delta G ^ {'o} $) din PPeu la 2 Peu este de aproximativ 20 kJ mol-1

  • Energia liberă standard a hidrolizei ATP la AMP un 2Peu aproximativ -70 kJ mol-1.

(Pentru o diagramă care ilustrează nomenclatura $ alpha $, $ beta $ și $ gamma $ fosfați ai ATP, vezi aici).

Note

  • După Alberty (2000), toate ecuațiile sunt scrise ca „ecuații biochimice” în care totul este echilibrat, cu excepția ionilor de hidrogen.

  • $ Delta G ^ {o '} $ pentru următoarea reacție este de aproximativ -50 kJ mol-1 (-12 kcal mol-1)

$$ ATP + H_2O = AMP + PP_i $$

  • [1] Frey și Arabshahi (1995) dau o valoare de -45,6 kJ mol-1 (-10,9 kcal mol-1).
  • [2] Dixon și colab. (2000) dau o valoare de -48,5 kJ mol-1 (-11,6 kcal mol-1).
  • [3] Schuegraf și colab. (1960) dau o valoare de -43 kJ mol-1 (-10,3 kcal mol-1).
  • [4] Calculul din tabelele furnizate de Alberty (2000) dă o valoare (25oC, pH 7, puterea ionică de 0,1) de -50,2 kJ mol-1 (-12,0 kcal mol-1)

  • $ Delta G ^ {o '} $ pentru următoarea reacție este de aproximativ -36 kJ mol-1 (-12 kcal mol-1)

$$ ATP + H_2O = ADP + P_i $$

  • [1] Frey și Arabshahi (1995) dau o valoare de -32,6 kJ mol-1 (-7,8 kcal mol-1).
  • [2] Rosing & Slater, 1972 dau o valoare de -31,5 kJ mol-1 (-7,53 kcal mol-1).
  • [3] Calculul din tabelele furnizate de Alberty (2000) dă o valoare (25oC, pH 7, puterea ionică de 0,1) de -36,6 kJ mol-1 (-8,8 kcal mol-1)

  • $ Delta G ^ {o '} $ pentru următoarea reacție este de aproximativ -34 kJ mol-1 (-8,1 kcal mol-1)

$$ ADP + H_2O = AMP + P_i $$

  • [1] Calculul din tabelele furnizate de Alberty (2000) dă o valoare (25oC, pH 7, puterea ionică de 0,1) de -34,04 kJ mol-1 (-8,13 kcal mol-1)

  • $ Delta G ^ {o '} $ pentru următoarea reacție este de aproximativ -71, kJ mol-1 (-16,9 kcal mol-1)

$$ ATP + 2 H_2O = AMP + P_i + P_i $$

  • [1] Calculul din tabelele furnizate de Alberty (2000) dă o valoare (25oC, pH 7, puterea ionică de 0,1) de -70,68 kJ mol-1 (-16,9 kcal mol-1)

$ Delta G ^ {o '} $ pentru următoarea reacție este de aproximativ -13,7 kJ mol-1 (-3,3 kcal mol-1)

$$ AMP + H_2O = Adenozină + P_i $$

  • [1] Calculul din tabelele furnizate de Alberty (2000) dă o valoare (25oC, pH 7, puterea ionică de 0,1) de -13,74 kJ mol-1 (-3,28 kcal mol-1)

  • $ Delta G ^ {o '} $ pentru următoarea reacție este de aproximativ -20,5 kJ mol-1 (-4,9 kcal mol-1)

$$ PP_i + H_2O = P_i + P_i $$

  • [1] Frey și Arabshahi (1995) dau o valoare de -19,24 kJ mol-1 (-4,6 kcal mol-1).
  • [2] Calculul din tabelele furnizate de Alberty (2000) dă o valoare (25oC, pH 7, puterea ionică de 0,1) de -20,5kJ mol-1 (-4,9 kcal mol-1)

Fundal

Expunerile profesionale de clorură de vinil (VC) au fost asociate cu steatohepatită asociată cu substanțe toxice și cancer la ficat. Metabolomica a fost utilizată pentru a clarifica modul de acțiune în leziunile hepatice induse de medicamente, dar nu a fost efectuată în urma expunerilor la VC.

Metode

S-au obținut probe de plasmă de la 17 lucrători cu VC foarte expuși, fără cancer la ficat și 27 de voluntari sănătoși neexpusi, pentru extracția metabolitului și analiza GC / MS și LC / MS 2. În urma identificării / cuantificării ionilor, s-a efectuat analiza căii de ingeniozitate.

Rezultate

Au fost identificați 613 metaboliți unici numiți. Dintre aceștia, 189 de metaboliți au fost crescuți în grupul de expunere la VC, în timp ce 94 de metaboliți au fost scăzuți. Analiza Random Forest a indicat faptul că semnătura metabolitului ar putea separa grupurile cu o precizie de 94%. Expunerile la VC au fost asociate cu creșterea lanțului lung (inclusiv acid arahidonic) și a acizilor grași esențiali (inclusiv acidul linoleic). Expunerea profesională a crescut produsele de peroxidare a lipidelor, inclusiv acizi grași monohidroxi (inclusiv 13-HODE) dicarboxilați ai acizilor grași și produse oxidate de acid arahidonic (inclusiv 5,9 și 15-HETE). Carnitina și esterii carnitinei au scăzut, sugerând disfuncție peroxizomală / mitocondrială și moduri alternative de oxidare a lipidelor. S-a arătat că metaboliții reglementați diferențial interacționează cu kinaza 1/2 (ERK1 / 2) reglată cu semnal extracelular, Akt, proteina kinază activată AMP (AMPK) și receptorul N-metil-d-aspartat (NMDA). Cele mai importante căi canonice afectate de expunerea profesională includeau încărcarea ARNt, degradarea nucleotidelor, sinteza / degradarea aminoacizilor și ciclul ureei. Metionina și homocisteina au crescut odată cu scăderea cisteinei, sugerând modificarea metabolismului cu 1 carbon.

Concluzii

Expunerea profesională a generat un metabolom plasmatic distinct, cu metaboliți lipidici și aminoacizi marcat modificați. ERK1 / 2, Akt, AMPK și NMDA au fost identificate ca ținte proteice pentru toxicitatea clorurii de vinil.


Priveste filmarea: Hidrólise do ATP (Ianuarie 2022).