Вопросы и задачи

1. Вычисление величины по константе равновесия. Вычислите изменение стандартной свободной энергии следующих метаболически важных ферментативных реакций при 25°С, исходя из приведенных значений констант равновесия (pH 7,0):

а)

б)

в)

2. Вычисление константы равновесия по величине . Вычислите константы равновесия следующих реакций при pH 7,0 и температуре 25°С используя данные, приведенные в табл. 14-3:

а)

б)

в)

3. Величина AG0 для сопряженных реакций. Глюкозо-1-фосфат превращается во фруктозо-6-фосфат в двух последовательных реакциях:

Используя значения приведенные в табл. 14-3, вычислите константу равновесия для суммарной реакции при 25 С

4. Стратегия преодоления неблагоприятных этапов: АТР-зависимое химическое сопряжение. Первым этапом катаболизма глюкозы является фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Прямое фосфорилирование глюкозы неорганическим фосфатом описывается уравнением

а) Вычислите константу равновесия приведенной выше реакции. В клетке печени крысы физиологические концентрации глюкозы и фосфата поддерживаются на уровне около Какой будет равновесная концентрация глюкозо-6-фосфата при прямом фосфорилировании глюкозы неорганическим фосфатом? Можно ли считать приемлемым такой метаболический путь для катаболизма глюкозы? Выскажите свои соображения.

б) Теоретически можно увеличить концентрацию глюкозо-6-фосфата, сдвинув равновесие реакции вправо за счет повышения внутриклеточных концентраций глюкозы и фосфата. Примем, что концентрация фосфата неизменна и равна Насколько потребуется при этом повысить внутриклеточную концентрацию глюкозы для того, чтобы равновесная концентрация глюкозо-6-фосфата составила (именно такова его нормальная физиологическая концентрация)? Можно ли считать этот путь приемлемым с физиологической точки зрения, если учесть, что максимальная растворимость глюкозы меньше 1 М?

в) В этой главе мы говорили о том, что фосфорилирование глюкозы сопряжено в клетке с гидролизом АТР; таким образом, часть свободной энергии гидролиза АТР используется для осуществления неблагоприятного в энергетическом отношении фосфорилирования глюкозы.

Вычислите значения для суммарной реакции. При таком АТР-зависимом фосфорилировании глюкозы, какой должна быть концентрация глюкозы для того, чтобы внутриклеточная концентрация глюкозо-6-фосфата составила если концентрации АТР и ADP равны соответственно 3,38 и ? Можно ли считать такой сопряженный процесс хотя бы теоретически приемлемым путем для фосфорилирования глюкозы в клетке? Почему?

г) С термодинамической точки зрения сопряжение гидролиза АТР с фосфорилированием глюкозы не является невозможным, но мы не знаем, как оно происходит в действительности. Поскольку для сопряжения необходим какой-то общий промежуточный продукт, одна из возможностей заключается в том, что за счет гидролиза АТР увеличивается внутриклеточная концентрация неорганического фосфата, и зто облегчает протекание неблагоприятной с термодинамической точки зрения реакции фосфорилирования глюкозы неорганическим фосфатом. Представляется ли вам этот путь подходящим? Аргументируйте свой ответ.

д) В клетках печени АТР-сопряженное фосфорилирование глюкозы катализируется ферментом глюкокиназой. Этот фермент связывает АТР и глюкозу, в результате чего образуется комплекс глюкоза-АТР-фермент и фосфат переносится непосредственно от АТР к глюкозе. В чем заключаются преимущества такого пути?

5. Вычисление величин для АТР-сопряженных реакций. Исходя из данных табл. 14-5, вычислите значения для реакций:

а)

б)

6. Вычисление при физиологических условиях. Вычислите изменение свободной энергии (не ) при физиологических условиях для реакции

протекающей в цитозоле клеток мозга при 25°С и следующих концентрациях компонентов: креатинфосфат-4,7 мМ, креатин-1,0, ADP-0,20 и АТР-2,6 мМ.

7. Потребность в свободной энергии при синтезе АТР в физиологических условиях. В цитозоле печени крысы отношение действующих масс равно

Вычислите количество свободной энергии, необходимое для синтеза АТР в печени крысы.

8. Суточная утилизация АТР в организме взрослого человека.

а) Количество свободной энергии, необходимое для синтеза АТР из ADP и неорганического фосфата при концентрациях исходных веществ и продуктов 1 М (стандартное состояние), составляет 7,3 ккал/моль. Поскольку истинные физиологические концентрации ADP, Р; и АТР в клетках отличаются от 1 М. количество свободной энергии, необходимой для синтеза АТР при физиологических условиях, отличается от Вычислите количество свободной энергии, необходимое для синтеза АТР в клетке печени человека при физиологических концентрациях АТР, ADP и равных соответственно 3,5, 1,50 и

б) Здоровый взрослый человек, вес которого составляет около 70 кг, должен ежедневно получать с пищей 2000 ккал. Пищевые вещества расщепляются в процессе метаболизма и высвобождающаяся при этом свободная энергия используется для синтеза АТР, который затем расходуется на выполнение ежедневной работы организма, химической и механической. Вычислите (в весовых единицах) количество АТР, утилизируемого за сутки организмом взрослого человека, если принять, что эффективность превращения заключенной в пище энергии в энергию АТР равна 50%. Какой процент от веса тела составляет это количество АТР?

в) Хотя ежедневно в организме взрослого человека образуются значительные количества АТР, вес тела, его строение и состав за этот период существенно не меняются. Как можно объяснить это?

9. Запас АТР в мышечной ткани. Концентрация АТР в мышечной ткани (в которой около 70° о приходится на долю воды) равна приблизительно . В периоды усиленной мышечной активности АТР расходуется для мышечного сокращения со скоростью 300 мкмоль/мин на 1 г мышечной ткани.

а) На сколько времени хватает этого запаса АТР спринтеру, бегущему 100-метровую дистанцию?

б) Концентрация креатинфосфата в мышечной ткани составляет примерно . На какое время позволит креатинфосфат растянуть запас мышечного АТР?

в) Что делает возможным марафонский бег при таком запасе АТР?

10. Расщепление АТР в процессе метаболизма до АМР и . Образование активированной формы ацетата (ацетил-СоА) представляет собой ATP-зависимый процесс

а) Величины гидролиза ацетил-СоА до ацетата и СоА и АТР до АМР и РР, - равны соответственно и —7,3. Вычислите величину для ATP-зависимого синтеза ацетил-СоА.

б) Почти во всех клетках присутствует фермент (неорганическая пирофосфатаза), катализирующий гидролиз РР; до неорганического фосфата . Как влияет присутствие этого фермента на синтез ацетил-СоА? Дайте полный ответ.