6.1: Вступ

Ми звикли отримувати діаграми метаболічних шляхів, подібні до тієї, яку ви бачите тут, без постачальників біохімічних реагентів. Це зображення з високою роздільною здатністю; якщо ви збільшите масштаб, ви насправді можете прочитати вміст..., але не відчувайте, що ви повинні! Загальна картина правильна в макро- деталізації, але діаграма, швидше за все, застаріла в дрібних нових деталями. У цьому розділі ми «збільшимо» малу область в середині діаграми, що охоплює гліколіз та цикл Кребса.

Ми розглянули принципи, що регулюють термодинаміку (потік енергії у Всесвіті) і біоенергетику (потік енергії в живих системах). Ми побачили докази того, що енергія може обмінюватися між компонентами у Всесвіті, але що вона не може бути ні створена, ні знищена. Це робить Всесвіт замкнутою системою, висновок, кодифікований як перший закон термодинаміки. Особисто мене турбує те, що немає втечі від Всесвіту..., тобто поки я не нагадаю собі, що Всесвіт - це досить велике місце, і я лише невелика частина маленької системи. Ви можете визначити системи для себе: Сонячна система, планета Земля, країна, якій ви обіцяєте вірність, своє місто чи село, ваша школа, ферма чи садиба...! Тоді ви можете отримати комфорт від усвідомлення того, що ви можете перейти від однієї системи до іншої і навіть обмінюватися товарами та послугами між ними. Це метафора потоку енергії між системами у Всесвіті. Ми також сказали, що перший закон застосовується до замкнутих систем у Всесвіті..., і що у Всесвіті немає замкнутих систем! Будь-яка система у Всесвіті відкрита, завжди обмінюється енергією і масою з сусідніми системами. Під терміном «замкнута система» ми маємо на увазі те, що ми можемо визначити та ізолювати якусь невелику частину Всесвіту, а потім виміряти будь-яку енергію, яку ця ізольована система віддає своєму оточенню або бере від нього. Найпростішою демонстрацією першого закону в дії був калориметр бомби, який вимірює тепло, що виділяється або поглинається під час хімічної реакції.

Друга концепція говорила, що енергія перетікає з одного місця в інше тільки тоді, коли це може. У просторіччі ми говоримо, що енергія тече вниз. Все, що відбувається у Всесвіті (галактика, що рухається через космос, планета обертається, ви встаєте з ліжка, каву, спалюєте цукор у ваших клітині, ваша ДНК тиражується) робить це через швидкісний потік енергії. Ми побачили, що за визначенням будь-яке відбувається або подія у Всесвіті, яким би великим чи малим, є спонтанним, що відбувається з вивільненням вільної енергії. Пам'ятайте, спонтанний означає «сам по собі» і не обов'язково миттєвий або швидкий! Нарешті, ми зазначили, що коли ферменти каталізують біохімічні реакції в замкнутій системі, реакції все одно досягають рівноваги, незважаючи на більш високу швидкість каталізованої реакції. Що це говорить вам про енергетику каталізованих реакцій в замкнутих системах?

З цим коротким нагадуванням про потік енергії та про те, що роблять ферменти, ми перейдемо до питання про те, як наші клітини захоплюють енергію без поживних речовин. Сюди увійдуть приклади енергетики замкнутих систем, які досягають рівноваги, і відкритих систем, які цього не роблять! Спочатку ми вирішимо гліколіз, анаеробний шлях для отримання хімічної енергії з глюкози, а також перший з декількох шляхів дихання. Тоді ми розглянемо глюконеогенез, регульований розворот гліколізу. Ми запитуємо, коли, де і навіщо ми хотіли б зробити, а не спалювати глюкозу. Нарешті, ми починаємо обговорення дихання з погляду на цикл Кребса.

Повний дихальний шлях можна узагальнити за наступним рівнянням:

\[C6H12O6 + 6O2 ⇔ 6CO2 + 6H2O\]

Стандартна зміна вільної енергії для цієї реакції (Δ Go) становить близько -687Ккал/моль. Тобто максимальна кількість енергії, вільної від поживних речовин, яка є (принаймні теоретично) доступною від повного дихання моль глюкози. Враховуючи вартість близько 7,3 Ккал, щоб зробити кожен моль АТФ (аденозинтрифосфат), скільки родимок АТФ може виробляти клітина після спалювання моль глюкози? Ми розберемося в цьому тут.

Цілі навчання

Коли ви освоїли інформацію в цьому розділі, ви повинні мати можливість:

1. пояснити різницю між ферментацією та респіраторним гліколізом та роль окислювально-відновних реакцій в обох процесах.

2. обчислити, а потім порівняти і порівняти D Go і D G' для однієї і тієї ж реакції, і пояснити будь-які відмінності у вільній енергії у відкритих і закритих системах.

3. описати і пояснити основні події першої стадії гліколізу і простежити зміни вільної енергії через утворення G-3-P.

4. описати і пояснити основні події другої стадії гліколізу і простежити зміни вільної енергії за рахунок утворення пірувату і молочної кислоти.

5. констатують роль окислювально-відновних реакцій при гліколізі і ферментації.

6. порівняти і контрастувати глюкозу (тобто вуглеводи в цілому), АТФ, NADH і FADH2 як високоенергетичні молекули. [Просто для задоволення натисніть Потужність в первозданному супі, щоб прочитати деякі далекі спекуляції про пребіотичні молекули високої енергії, які могли бути навколо, коли АТФ був найнятий для роботи!].

7. пояснити, чому тільки кілька типів клітин в організмі людини проводять глюконеогенез.

8. пояснити, чому взагалі виникає глюконеогенез, енергетично несприятливий шлях.

9. пояснити, чому дієта Аткінса працює, і спекулюють на її зворотному боці (і про відповідну дієту Південного пляжу).

10. пояснити поняття супер-каталізатора.

11. пояснити, чому супер-каталізатор, як цикл Кребса, розвинувся б.

12. Пояснити роль зв'язків високих енергій та електронних носіїв у циклі Кребса.

13. порівняти зв'язки фосфатного ефіру в АТФ і ГТП, а також тіоефірні зв'язки в ацетил-S- CoA та сукциніл-S-CoA з точки зору енергетики та їх біохімічних реакцій.

припускають, чому цикл Кребса в кишковій паличці генерує молекули GTP і чому він генерує молекули АТФ еукаріоти.