Биоэнергетика, ферменты и метаболизм | Глава 3 – Клеточная и молекулярная биология (7-я)

Last Minute Lecture — это студенческий проект, который в настоящее время полностью финансируется студентами, считающими, что образовательные ресурсы должны оставаться бесплатными и доступными. Если Last Minute Lecture помог вам в учебе, пожалуйста, рассмотрите возможность поддержки проекта. ❤️ https://lastminutelecture.com/support/ Все главы теперь доступны бесплатно на нашей новой платформе: https://lastminutelecture.com 📚 Эта важная глава по молекулярной биологии посвящена биоэнергетике, рассматривая фундаментальные принципы термодинамики, управляющие потоком энергии в живых клетках. Первый закон термодинамики устанавливает сохранение энергии, отмечая, что она может быть преобразована, но никогда не создается и не уничтожается, например, преобразование химической энергии АТФ в механическую или электрическую энергию. Второй закон термодинамики гласит, что все события во Вселенной спонтанно протекают в направлении состояния меньшей доступной энергии и возрастающего беспорядка, количественно описываемого энтропией (S), которая должна в целом увеличиваться. Клетки поддерживают свое высокоорганизованное состояние с низкой энтропией, действуя как открытые системы и непрерывно увеличивая энтропию окружающей среды. Совокупные законы суммируются изменением свободной энергии (ΔG), которое предсказывает спонтанность: спонтанные, термодинамически выгодные реакции (или экзотермические процессы) должны иметь отрицательное ΔG, тогда как невыгодные (эндотермические) имеют положительное ΔG. Для сравнения реакций используется стандартное изменение свободной энергии (ΔG ≠ 0), которое математически связано с константой равновесия (Keq). Клеточный метаболизм функционирует в динамическом, неравновесном стационарном состоянии, поддерживаемом непрерывным потоком веществ и регулируемом для поддержания высокого соотношения АТФ/АДФ, приводя в действие многочисленные эндотермические процессы путем их сопряжения с высокоэкзотермическим гидролизом АТФ, клеточная ΔG которого составляет приблизительно -12 ккал/моль. В этой главе речь пойдёт о ферментах, которые являются биологическими катализаторами, как правило, белками, значительно ускоряющими скорость реакций (в 10 раз в 8 раз и более) за счёт резкого снижения энергетического барьера активации (ЭА) без изменения общей термодинамики или константы равновесия (Keq). Ферменты достигают этого благодаря высокоспецифичному активному центру, где они связывают субстраты, образуя фермент-субстратный комплекс, стабилизируя высокоэнергетическое переходное состояние с помощью таких механизмов, как точная ориентация субстрата, изменение электронного характера или индуцирование физического напряжения (индуцированное соответствие). Ферментативная кинетика характеризует активность с помощью максимальной скорости (Vmax) и константы Михаэлиса (KM), где более высокое значение KM указывает на более низкое сродство к субстрату. Активность ферментов может быть снижена ингибиторами, включая необратимые ингибиторы (например, пенициллин, который воздействует на ферменты синтеза клеточной стенки бактерий, образуя ковалентную связь) и обратимые ингибиторы, такие как конкурентные ингибиторы (которые увеличивают KM) и неконкурентные ингибиторы (которые снижают Vmax). Наконец, обсуждение охватывает метаболизм, включая катаболические пути (конвергентные, расщепляющие молекулы для высвобождения энергии и производства АТФ/НАДН) и анаболические пути (дивергентные, синтезирующие сложные молекулы, требующие АТФ и восстановительной силы, обеспечиваемой в основном НАДФН). Катаболизм глюкозы начинается с гликолиза в цитозоле, в результате которого образуется две молекулы АТФ посредством субстратного фосфорилирования и две молекулы НАДН. В отсутствие кислорода клетки должны регенерировать НАД+ посредством ферментации (образуя такие продукты, как лактат или этанол). Метаболический поток жестко регулируется изменением структуры ферментов, главным образом посредством ковалентной модификации (например, добавление фосфатных групп протеинкиназами) или аллостерической модуляции, в частности, обратной связи, когда конечный продукт пути ингибирует первый уникальный фермент, обеспечивая эффективность и предотвращая потери. Спасибо, что вы стали частью нашей небольшой семьи «Лекции в последнюю минуту»! ⚠️ Дисклеймер: Эти краткие обзоры созданы исключительно в образовательных и развлекательных целях. Они содержат пояснения и перефразированные краткие изложения, призванные помочь студентам понять ключевые идеи из упомянутых учебников. Last Minute Lecture не связан, не спонсируется и не поддерживается ни одним издателем или автором учебников. Все названия учебников, имена и изображения обложек — если они показаны — используются в рамках добросовестного использования исключительно для идентификации обсуждаемого произведения. Некоторые части текста и повествования созданы с помощью инструментов искусственного интеллекта для повышения доступности и согласованности. Несмотря на все усилия по обеспечению точности, эти материалы предн...