[SCRÂȘIT] [FOSȘIT] [CLIC] MATTHEW VANDER HEIDEN: OK. Așa că, bine ați revenit, tuturor, la 705. Știu că acesta a fost un semestru cu adevărat provocator pentru noi toți. Vreau să recunosc în mod deosebit pentru seniorii de acolo tragedia de a rata sfârșitul anului superior. Sperăm că noi, MIT vă poate compensa cumva. Din partea mea, pot spune că vom face tot posibilul să vă învățăm biochimia de la distanță. Și doar ca un cuplu de logistică, un memento, sunt Matt Vander Heiden. Voi acoperi partea rămasă din 705. Pentru restul semestrului, ne vom concentra pe biochimia metabolismului. Vom afla ce este metabolismul, de ce este important. Și, în principiu, acesta poate fi un subiect destul de polarizant. Din experiența mea, oamenii tind să iubească sau să urăsc cu adevărat metabolismul. Este interesant, pentru că există unii oameni care pretind că îl urăsc, dar de fapt, în adâncul sufletului, îl iubesc cu adevărat. Sper că te voi inspira în restul semestrului să ai măcar o oarecare apreciere pentru motivul pentru care metabolismul este important. Și indiferent, pentru cei dintre voi care doresc să meargă la școala de medicină, acesta este un subiect preferat al examenelor MCAT. Și, de asemenea, vei vedea că va apărea în multe domenii diferite ale biologiei, indiferent dacă mergi sau nu la facultatea de medicină. Deci, dacă faci ceva mai departe în biologie, sperăm că vei găsi acest material oarecum util. OK, deci să intru în ceea ce este metabolismul. Așa că cred că este bine să începem cu o definiție manuală a metabolismului. Și deci metabolismul este reacțiile chimice pe care toate celulele și organismele le folosesc pentru a face două lucruri. Unul, extrageți energie din mediu. Și doi, sintetizează macromoleculele care alcătuiesc întreaga viață. Deci, într-adevăr, ceea ce este metabolismul atunci este chimia care face posibilă viața. Și astfel înțelegerea metabolismului este cu adevărat ceva care vă va ajuta să vă înțelegeți mai bine mâncarea. Există o mulțime de materiale în presa populară despre ce este sănătos și ce nu. Cel puțin acest lucru vă va permite să vă formați unele dintre propriile opinii despre aceste afirmații și despre modul în care acestea se raportează la ceea ce se întâmplă cu adevărat în celulele și corpurile noastre. Există o mulțime de implicații pentru medicină, foarte relevante pentru agricultură, sectorul energetic, din care provin biocombustibilii. Și astfel, metabolismul contează cu adevărat pentru a face față multor provocări cu care ne confruntăm în societate. Acum, ca subiect, aceasta poate fi foarte descurajantă. După cum se arată aici în această imagine, avem sute, aceasta este o diagramă tipică a căii metabolice care este atârnată pe pereții biroului meu, în multe alte laboratoare și locuri academice din întreaga lume. Dacă te uiți la această diagramă, este plină de sute de enzime, căi complexe. Scopul nostru aici nu este să memorăm această diagramă. Puteți oricând să căutați detalii despre orice cale sau reacție pe care o doriți. Scopul aici este într-adevăr de a vedea dincolo de această complexitate. Vreau să apreciezi de ce metabolismul funcționează așa cum o face, de ce această diagramă este organizată așa cum este. Pentru că ceea ce vom găsi este că această diagramă este într-adevăr variații ale relativ puține reacții. Practic, viața reproșează chimie similară pentru a face multe lucruri diferite. Cred că există o frumusețe în modul în care viața poate folosi aceste reacții pentru a obține o asemenea diversitate de macromolecule și pentru a permite celulelor să rezolve tot felul de probleme diferite. Veți vedea că toate căile urmează cu adevărat principii comune. Acestea sunt împărtășite tuturor speciilor și tuturor formelor de viață. Și astfel, la nivel chimic, toată viața este într-adevăr legată. Și de aceea este atât de relevant pentru înțelegerea multor provocări din medicină, înțelegerea ecologiei, a evoluției. Și pentru voi, studenții MIT, veți vedea că este, de asemenea, foarte critic pentru utilizarea abordărilor inginerești bazate pe biologie pentru a rezolva diverse probleme din lume. BINE. Așa că acum să începem să intrăm puțin mai mult în asta. Acum, primul subiect pe care îl vom trata în următoarele prelegeri se referă într-adevăr la revenirea la zaharuri și carbohidrați, despre care am vorbit și am introdus în prelegerea mea anterioară. Și vom face asta pentru că zaharurile și carbohidrații sunt molecule și celule cheie de transducție a energiei. Și chiar facilitează o discuție despre principiile cum funcționează metabolismul. Acum, scopul nostru aici nu este să memorăm căile. Am putea citi despre calea glicolitică într-o oră. Aș putea să o redactez aici într- o perioadă foarte scurtă de timp. Mulți dintre voi probabil ați făcut asta deja în liceu. Scopul nostru este, în schimb, să înțelegem această cale la un nivel mai profund, să vedem cu adevărat de ce descompunerea zaharurilor funcționează așa cum o face, cum o folosesc celulele pentru a elibera energie și cum poate fi folosită pentru a susține alte funcții celulare. Și așadar, înainte de a ajunge la asta, vreau să încep prin a introduce doar câteva concepte de nivel înalt despre metabolism. Și așadar, pe baza definiției noastre de mai înainte, metabolismul este de fapt despre două lucruri. Este vorba despre a face lucruri și avem un termen fantezist pentru asta. Asta se numește anabolism. Și este vorba despre descompunerea lucrurilor. Iar termenul pentru asta se numește catabolism. Și anabolism, lucruri de construcție, adică producerea de biomasă, creșterea întregului material care există, steroizii anabolizanți te ajută să crești. Acesta este anabolism pentru a construi lucruri. Aceasta este o parte a metabolismului. Cealaltă parte este distrugerea lucrurilor, catabolismul. Adică să ne distrugem mâncarea, să ne mâncăm. Digerarea alimentelor este o modalitate de a obține energie. Acum, desigur, pentru a se reproduce, viața trebuie să construiască mai multe celule. Ai nevoie de mai multe lucruri. Nu poți crea ceva din nimic, așa că asta necesită aport de energie. Anabolismul necesită de obicei un aport de energie. În timp ce acea energie trebuie să vină de undeva. Și de aici vine catabolismul. Trebuie să spargem mâncarea. Și în cele din urmă, catabolismul este sursa de energie biologică pentru multe sisteme diferite. Acum, unele dintre acestea sunt de fapt oarecum intuitive. Cu toții am învățat când eram mici că trebuie să mâncăm alimente dacă vom crește și vom fi mari și puternici. De asemenea, știi că, dacă ai de gând să alergi la o cursă, trebuie să mănânci o grămadă de alimente, ai nevoie de acea energie pentru a-ți alimenta activitatea. Dar poate ceea ce este mai puțin intuitiv pentru mulți dintre voi este că avem nevoie și de energie pentru a susține viața, chiar dacă nu facem absolut nimic. Bine, adulți, stați toată ziua pe canapea, să sperăm că nu vor crește. Dar totuși vor muri de foame dacă nu mănâncă în mod constant ceva de mâncare, chiar dacă sunt inactivi. Și de ce este așa? Ei bine, sperăm că unii dintre voi își amintesc a doua lege a termodinamicii. Deci, care este a doua lege a termodinamicii? Este, de fapt, entropia universului este în creștere. Că universul tinde continuu spre dezordine. Viața este exact opusul acestui lucru. Viața menține de fapt ordinea extremă în fața celei de-a doua legi. Și astfel toată viața trebuie să se lupte constant cu entropia. Și mulți au descris viața la cel mai înalt nivel ca fiind cu adevărat capacitatea de a menține ordinea, de a lupta cu entropia, care desigur necesită un aport constant de energie . Și metabolismul este procesul pe care toate celulele îl folosesc pentru a face acest lucru. Acum, pentru oameni, cred că știm cu toții că trebuie să mâncăm și să respirăm pentru a rămâne în viață. Pentru voi viitori doctori , ce se întâmplă dacă inima voastră se oprește sau nu mai respirați? Ei bine, desigur, mori în câteva minute. De ce este asta? Ei bine, asta pentru că fiecare celulă din corpul tău trebuie să facă un catabolism constant pentru a obține energie, pentru a rămâne viabilă. Aceasta înseamnă că au nevoie de hrană constantă și în special de livrare de oxigen. Și dacă nu primești acele lucruri, metabolismul nu mai poate funcționa, iar celulele mor. Și astfel energia este un fel de acest concept mistic despre care ne place să vorbim. Și așa că înainte de a aprofunda puțin mai mult în ceea ce înțeleg prin energie biologică, ce este aceasta, de ce trebuie să facem constant catabolism pentru a o menține, vreau să mă întorc și să spun puțin mai multe despre carbohidrați și să termin discuția noastră. acolo și vorbim despre carbohidrați și polimeri de zahăr, polizaharide, pentru că acest lucru are unele proprietăți suplimentare pe care nu am avut timp să le acopăr în prelegerea mea anterioară, care este important să înțelegem cum le permite acestor molecule să stocheze energie într-un mod foarte eficient. Și ne va permite, de asemenea, să vorbim puțin despre modul în care carbohidrații pot fi folosiți și ca molecule structurale pentru o mulțime de organisme diferite. Bine, deci o mică diversiune pentru a discuta despre carbohidrați și polizaharide. Și așadar, dacă vă amintiți din prelegerea mea anterioară, zaharurile care sunt mai mari de patru până la cinci atomi de carbon pot exista fie sub formă de lanț deschis, fie sub formă de inele, furanoză sau piranoză. Îți reamintesc doar redesenând aici, glucoză. Deci aceasta este glucoza D, desenată în formă de lanț deschis. Amintiți-vă că acest lucru poate forma un inel. BINE. Deci este o reamintire, carbonul 1, 2, 3, 4, 5, 6. Dacă avem această grupare hidroxil din carbonul 5, formăm o legătură hemiacetală cu aldehida de la carbonul 1, obțineți această structură inelar. Aceasta ar fi alfa sau beta, în funcție de faptul dacă gruparea hidroxil de aici de la carbonul 1 este îndreptată în sus sau în jos. D-glucopiranoza. Deci aceasta este o trecere în revistă a ceea ce am vorbit deja data trecută. Acum, ceea ce vreau să vorbesc este că, dacă formăm o dizaharidă sau o polizaharidă, adică, începem să facem legături de zahăr, și dacă facem asta într-un mod care leagă această legătură hemiacetală sau hemicetală , aceasta împiedică inelul se deschide și obține acces la acel carbonil, acea aldehidă carbonil, pe măsură ce acesta se mișcă între lanțul deschis și forma inelului. Și deci un bun exemplu în acest sens este zaharoza dizaharidă. Deci zaharoza este o dizaharidă a glucozei plus galactoză. Și iată cum arată această dizaharidă. Bine, deci aveți aici, glucoză în formă de alfa-D-piranoză. Iată fructoză în beta, pentru că grupul OH subliniază. Forma de fructofuranoză. Și astfel, numele formal pentru această moleculă, zaharoză, ar fi alfa-D-glucopiranosil 1-2, pentru că trecem de la carbonul 1 al glucozei la carbonul 2, există 1, 2, 3, 4, 5, 6 de fructoză. . Beta-D-fructofuranoză. Zaharoză sau alfa-D-glucopiranozil 1-2 beta-D-fructofuranoză. Bine, deci această dizaharidă formează o legătură între carbonul 1 și carbonul 2. Aceasta ar fi aldehida din glucoză sau cetona legată în hemiacetal sau legătura hemicetală a acestor două molecule. Și deci nu există nicio modalitate ca oricare dintre aceste zaharuri să poată accesa forma de lanț deschis , fără a rupe această legătură O-glicozidică. Și acesta este unul dintre motivele pentru care zaharoza este o moleculă de stocare foarte bună pentru carbohidrați, deoarece fără a rupe acea legătură, împiedicați accesul la obținerea acestor legături reactive de aldehidă sau cetonă , care ar putea reacționa cu altă moleculă din celulă. Acum, menționez acest lucru pentru că dacă un anumit zahăr este sau nu activat pentru a avea acces la această aldehidă reactivă sau cetonă formează cu adevărat baza pentru un test clasic de laborator de detectare a zahărului. Și acest lucru este relevant pentru a discuta acest test de laborator, deoarece explică o nomenclatură care este încă folosită și, de fapt, vom continua să folosim puțin pe măsură ce discutăm câteva aspecte ale metabolismului zahărului. Deci, acest test este, practic, că, dacă încălziți zahărul cu cupru, care este albastru, și cuprul poate obține acces la un carbonil liber - adică dacă zahărul poate accesa forma lanțului deschis pentru a expune aldehidă sau o cetonă, acel cupru poate deveni apoi redus la cupru plus. Asta schimbă culoarea de la albastru la roșu. Și astfel, dacă reduceți cuprul, oxidați legătura acolo. Și acest test devine pozitiv dacă există un zahăr reducător, așa se numește. Deci un zahăr care reduce cuprul de la starea albastră 2 plus la starea roșie plus este un test pozitiv. Și, practic, un zahăr reducător este orice zahăr cu capacitatea de a accesa o formă de lanț deschis. Pentru că asta va furniza aldehida sau cetona liberă pentru a reduce cuprul în acest test. Deci, acest termen, reducerea zahărului, se aplică în mod evident tuturor monozaharidelor, deoarece fiecare dintre ele are o aldehidă sau o cetonă și poate accesa forma de lanț deschis. Dar se va aplica doar unor dizaharide sau polizaharide. Deci, să revenim la zaharoză acolo sus. Deci zaharoza este un zahăr reducător? Nu, nu este, pentru că nu există nicio modalitate de a avea acces la o aldehidă liberă sau o cetonă în zaharoză, pentru că este legată de acea legătură O-glicozidică dintre carbonul 1 al glucozei și carbonul 2 al fructozei. Și deci trebuie să rupeți acea legătură pentru a le oferi subunități de monozaharide pentru a avea acces la forma lanțului deschis. Cu toate acestea, să dăm un exemplu de dizaharidă care este un zahăr reducător. Și asta este maltoza dizaharidă. Deci, maltoza este practic două molecule de glucoză. Și acele două molecule de glucoză sunt așa. Deci are o legătură O-glicozidică între carbonul 1 al acestei glucoze și carbonul 4 al acelei glucoze. Și așa formal, acesta ar fi alfa-D-glucopiranosil 1-4 alfa sau beta. Dacă este îndreptat în jos, este alfa, îndreptat în sus, este beta. D-glucopiranoza. Deci, maltoza sau alfa-D-glucopiranozil 1-4 alfa sau beta D-glucopiranoza este un zahăr reducător, deoarece acest zahăr ar putea accesa forma de lanț deschis. Puteți deschide acest carbonil și expune aldehida liberă în poziția 1. Acum, ne-am putea referi și la acest zahăr ca având două capete diferite. Ne putem referi la acest capăt ca fiind capătul nereducător, iar acest capăt ca fiind capătul reducător. Desigur, această legătură, această aldehidă de pe prima glucoză este legată de această legătură O-glicozidică, în timp ce cea de pe aceasta nu este. Deci acest scop este nereducător, iar acest scop este reducător. Acum acest lucru devine mult mai relevant dacă începem să vorbim despre polimeri. Și deci ce este amidonul. Deci amidonul, din ce sunt făcuți cartofii, este practic un polimer de maltoză. Polimer al moleculelor de maltoză. Deci, practic, glucoza noastră cu 1-4 legături. OK, așa că aș putea desena acel capăt, capătul reducător al polimerului, în alfa sau beta. Dar acesta aici, fiind finalul nereducător. Fiecare altă subunitate este legată de această legătură 1-4 O-glicozidică. Și astfel amidonul este într-adevăr un polimer al moleculelor de glucoză cu legături între pozițiile 1 și 4 ale fiecărei subunități. Acum vom vedea mai târziu că construim și descompunem polimerii de amidon dintr-un singur capăt, de la capătul nereducător. Și astfel, având acești termeni, reducători și nereductori, furnizează termenul pentru a specifica diferitele capete ale unui polimer. Capetele reducătoare și nereducătoare se dovedesc a fi importante și pentru convențiile de denumire pentru dizaharide sau polizaharide. Și acest lucru devine relevant dacă luăm în considerare lactoza dizaharidă. Deci, lactoza este, de asemenea, un polimer de glucoză plus galactoză, cu excepția acestui polimer de glucoză plus galactoză, spre deosebire de zaharoză, este diferit pentru că are o legătură diferită între zaharoză este o dizaharidă a glucozei plus fructoză. Fructoză, am scris corect numele. Dar lactoza este o dizaharidă între glucoză și galactoză. Și așa o voi desena aici. Bine, deci aceasta este lactoză. Aceasta este galactoză aici la capătul nereducător. Deci, numele oficial pentru aceasta ar fi beta, pentru că există o legătură beta aici între carbonul 1 al acestei galactoze și carbonul 4 al acestei glucoze. Deci să fie beta-D-galactopiranosil 1-4. Și aceasta este glucoza în alfa sau beta. D-glucopiranoza. Lactoză, sau beta-D-galactopiranosil 1-4, alfa sau beta, în funcție de faptul că am tras în jos, alfa, sus, beta. D-glucopiranoza. Acum, aceasta are și capete nereducătoare și reducătoare. Și prin convenție, ai denumi zahărul de la capătul nereducător la capătul reducător. Prin urmare, am pus galactopiranozil 1-4 alfa-D-glucopiranoză, numite în această ordine. Acum veți observa că lactoza, spre deosebire de amidon, spre deosebire de maltoză, spre deosebire de zaharoză, leagă aceste dizaharide cu o legătură beta între acest zahăr și acel zahăr, unde celelalte aveau legături alfa. Și din punct de vedere structural, acest lucru este foarte diferit. Și vreau doar să subliniez asta. Deci aici este practic alfa-D-glucopiranoză. Și deci alfa, acesta este carbonul 1. Acesta este hidroxilul îndreptat în jos. De aceea este alfa. Dacă fac o legătură O-glicozidică cu un alt zahăr, puteți vedea că arată și creează această structură îndoită. Acum, dacă ar fi să fac acest beta, acest hidroxil, mai degrabă decât să fie aici, ar fi în această poziție pe carbonul 1. Puteți vedea că asta creează acum o geometrie foarte diferită. Acum aveți o moleculă plată, spre deosebire de o moleculă îndoită. Acum, acest lucru are consecințe, desigur, pentru enzimele care descompun zaharurile. Evident, va fi o enzimă foarte diferită care rupe o legătură în această orientare, față de o legătură în acea orientare. Acest lucru are, practic, implicații pentru ce enzime avem. Și astfel lactoza, desigur, este zahăr din lapte. Toate mamiferele produc lapte, așa că facem lactoză și o descompun când suntem bebeluși. Dar majoritatea mamiferelor tind să-și piardă expresia enzimei lactază care este capabilă să rupă această legătură 1-4 beta pe măsură ce îmbătrânim. Și asta este practic ceea ce explică intoleranța la lactoză. Acum, dacă vă gândiți bine, în lume, o mare parte din lume are probleme cu diferite grade de intoleranță la lactoză la vârsta adultă. Excepția de la aceasta o reprezintă adesea oamenii de origine europeană. De ce asta? Ei bine, europenii au băut lapte până la maturitate. Și așa a selectat pentru lactază continuă, enzima care nu ar rupe acea legătură beta 1-4. Expresia pe măsură ce oamenii trec la vârsta adultă. Și deci este un exemplu al modului în care lucrurile culturale, consumul de lapte până la vârsta adultă, au afectat cu adevărat evoluția, astfel încât acea subpopulație de oameni, persoanele cu acea genetică pentru a crește expresia lactază, nu devin intolerante la lactoză pe măsură ce îmbătrânesc. Acum, această legătură alfa versus beta - adică dacă aveți sau nu această structură mai îndoită față de mai plată -- are, de asemenea, un efect major asupra structurii unui polimer. Și deci, dacă ne uităm aici la acest polimer de amidon, este practic această serie de molecule de glucoză lipite împreună cu legături alfa 1-4. Deci asta va crea o structură îndoită. Acest lucru este cel mai bine arătat aici pe acest slide. Deci puteți vedea această structură îndoită. Și atunci când construiți acest polimer, veți ajunge mai mult cu această structură elicoidală în spațiul 3D. Acesta este un mod foarte eficient de a stoca monomerii de glucoză într-un spațiu mult mai mic decât ați obține altfel cu legăturile beta. Acum, se dovedește că natura face acest lucru un pas mai departe. Și pe lângă faptul că aveți doar acest polimer de amidon, se pare că uneori puteți adăuga ramuri la polimerul de amidon pentru a crește și mai mult eficiența stocării energiei. Deci, dacă aveți aici un polimer de amidon, lasă-mă să desenez aici câteva subunități. Deci, acesta este un polimer de amidon, polimer de glucoză cu legături alfa 1-4 pe care le pot pune o ramură suplimentară adăugând o legătură aici sus, în partea de sus. Cu o legătură alfa 1-6. Deci poziția 1 de aici, la poziția 6 de aici, care are ca efect crearea de ramuri pe acest polimer lung, astfel încât să aveți un singur capăt reducător și o mulțime de capete nereducătoare. Fiecare dintre aceste capete nereducătoare are un polimer cu legături alfa 1-4 care ar fi lipit de polimerul lanțului principal prin această legătură alfa 1-6. Și asta are câteva implicații pentru stocare. Primul este, având un singur capăt reducător, reduce la maxim expunerea la o aldehidă liberă. Și asta îl face un zahăr bun pentru depozitare. Și, de asemenea, după cum vom vedea, vom descompune acești polimeri de zahăr din punct de vedere biologic de la capete nereducătoare și vom construi din acele capete. Și, așadar, există o mulțime de cârlige sau o mulțime de locuri din care fie adăugați sau eliminați zaharurile, ceea ce vă permite să accesați carbohidrați rapid, după cum este necesar. Acest lucru este arătat frumos aici pe acest diapozitiv, mai bine decât pot să-l desenez. Deci, aici sus, aveți capătul nereducător peste polimer. Deci aici ar fi amidon cu legăturile alfa 1-4 de pe polimer sau capătul reducător pe o parte, capătul nereducător pe cealaltă. Puteți adăuga apoi puncte de ramificare la asta făcând o legătură O-glicozidă între carbonul 1 până la carbonul 6, creând o ramură. Și astfel puteți vedea că această structură de ramuri elicoidale se va forma. Acest lucru este foarte eficient pentru a împacheta o mulțime de glucoză într-un singur loc și pentru a oferi o mulțime de capete nereducătoare cu care să construiți și să eliminați zaharurile din biologie pentru a stoca sau a accesa rapid moleculele de zahăr, după cum este necesar. Acum, în plante, desigur, cartofii folosesc amidon într-un lanț drept. Noi stim aia. Cu toate acestea, plantele folosesc și această structură ramificată. Aceasta este o moleculă numită amilopectină. Amilopectina este mai cunoscută în industria alimentară ca Sure-Jell. Este materialul care vă permite să faceți jeleu. Este agentul de gelatină din jeleu. Și efectiv, aceasta are la fiecare 24 până la 30 de unități. Ar exista o ramură cu una dintre aceste legături alfa 1-6 pentru a vă oferi această structură cu mai multe ramuri. Acum, animalele nu fac amidon. Animalele nu produc amilopectină. Dar animalele produc o altă moleculă numită glicogen. Glicogenul, de asemenea, un polimer al zahărului, exact ca amilopectina. Alfa 1-4 legături cu alfa 1-6 pentru a crea puncte de ramificație. La fel ca amilopectina, cu excepția faptului că glicogenul are și mai multe ramuri cu o ramură la fiecare 8 până la 12 unități de glucoză. Și astfel, aceasta este o structură foarte complexă atât pentru plante, cât și pentru animale, pentru a stoca rapid și a elibera rapid moleculele de glucoză atunci când sunt necesare. Acum, acest lucru este în contrast cu un polimer de glucoză care poate fi realizat și care are o structură 3D foarte diferită. Deci, ce se întâmplă dacă luăm amidon și, în loc să avem aceste legături alfa 1-4, ci le înlocuim cu legături beta 1-4? OK, deci acum link-uri beta. Pare destul de simplu, dar schimbarea geometriei de la legătura alfa la legătura beta elimină deformarea. Acum este mult mai mult o structură plată. Se pare că acesta este, afișat pe o imagine de aici. Deci, iată o legătură beta și dintr-o dată aveți această structură plată. Acesta este același polimer ca și amidonul din punct de vedere chimic, dar are o legătură diferită, legătura beta 1-4. Și acel polimer cu legătura beta 1-4 este celuloza. Și celuloza este, desigur, din ce este făcut lemnul. Și așa lemn și cartofi, celuloză și amidon, exact același polimer. Același număr de calorii, dacă ai putea accesa unitățile de glucoză. Dar legăturile alfa și beta le fac foarte diferite. Evident, lemnul și celuloza sunt un polimer structural foarte bun pentru plante. Din el construim case. Nu construim case din cartofi, dar mâncăm foarte mulți cartofi. Deci o moleculă la fel de bună pentru plante pentru a stoca o mulțime de alimente pentru energie. Se pare că lemnul este și o sursă excelentă de energie. Trebuie doar să aveți o enzimă care poate rupe legătura beta 1-4. Termitele au microbi simbiotici care le permit să facă acest lucru și de aceea termitele pot mânca lemn, multă energie legată de lemn. Acum, nu avem timp să intrăm în detalii despre cum se leagă acest lucru cu alți carbohidrați structurali. Dar, în general, carbohidrații structurali sau moleculele asemănătoare carbohidraților formează polimeri de zahăr sau molecule înrudite, de asemenea, cu aceste legături beta. Și un exemplu bun este chitina, deci materialul din coji de insecte este practic o moleculă asemănătoare zahărului, care este un polimer cu o legătură beta în ea. Același lucru cu cartilajul la oameni și animale. Și puteți căuta detalii despre cum arată aceste lucruri, desigur, dacă sunteți interesat. Chitina și cartilajul nu sunt făcute din polimeri polizaharidici adevărați , dar sunt foarte legate de polizaharide. Și ilustrează într-adevăr modul în care natura poate lua chimia carbohidraților și o poate reutiliza pentru a acționa practic ca o sursă de energie, dar și pentru a construi tot felul de molecule structurale care sunt cu adevărat utile în biologie. Bine, acum vreau să mă întorc la, iată modalități prin care cineva poate stoca și folosi carbohidrații în moduri interesante. Dar acum vreau să revin la ele ca surse de energie și, presupunând că puteți accesa glucoza și orice polimer în care este prezent, cum o puteți metaboliza pentru a furniza energie într-un mod care să susțină viața? Și asta înseamnă că ne vom întoarce la un alt subiect, un subiect care este de obicei denumit bioenergetică. Bioenergetica, care este într-adevăr discuția despre modul în care energia este transdusă în sistemele biologice. Voi prezenta acest subiect astăzi, îl vom revedea pe parcursul cursului. Dar este foarte important să pui această întrebare. Chiar vrem să ne gândim la ce ne referim când spunem energie biologică? Ce este energia biologică? Ei bine, probabil cineva te-a făcut să memorezi în liceu și adesea te gândeai, oh, este doar ATP. Și cu siguranță, ATP, adenozin trifosfat, este o moleculă foarte importantă pentru transducția energiei biologice. Dar vreau să explorez de ce ATP este de fapt util. Și dacă ATP este energie, de ce nu mâncăm tot felul de ATP? Pot spune cu adevărat că niciunul dintre voi nu a avut ATP astăzi la micul dejun. Nimeni nu vinde ATP ca amplificator de energie. Și dacă ATP este o sursă de energie atât de grozavă, de ce nu-l mâncăm? Și pentru a înțelege cu adevărat ATP, cum funcționează, ce este cu adevărat energia biologică, trebuie neapărat să revizuim câteva subiecte de bază în termodinamică. Acum, termodinamica pune frica în inimile studenților de pretutindeni. Puteți obține detalii despre termodinamică și despre teoria acestor lucruri în alte cursuri. Acest lucru nu este cu adevărat ceea ce vom încerca să realizăm aici în 705. Scopul nostru aici este într-adevăr o înțelegere practică a modului în care termodinamica se aplică biologiei și metabolismului. Și trebuie să intrăm în asta, pentru că este cheia pentru a înțelege de ce stocăm energie, trecem prin toate aceste probleme pentru a stoca energie ca acești polimeri de carbohidrați pentru început. De ce mâncăm cartofi și nu ATP, precum și de ce ATP este de fapt util pentru celule. Și să facem un pas înapoi și să ne gândim doar la asta. Să ne gândim la lemn. Tocmai ți-am spus, lemnul este un polimer de molecule de glucoză cu legături beta 1-4. Cum putem să uităm ca organisme, ca celule. Dar cum poți elibera energie din lemn, pentru a face alte tipuri de muncă? Ei bine, îl putem arde. Și care este chimia arderii lemnului? Ei bine, este un polimer de carbohidrați. Deci are această formulă CnH2n. Dacă combinăm acel carbohidrat cu oxigen, eliberează CO2 și apă, plus puțină lumină, plus căldură. Această lumină și căldură sunt energie, pentru că o putem folosi pentru a lucra. Fierbeți apa, întoarceți o turbină, faceți electricitate. Tot ceea ce. Ne încălzim lângă foc. Folosește lumina pentru a face alte lucruri. Și astfel această ardere a lemnului este cu siguranță o eliberare de energie. Acum, ne lipsesc enzimele pentru a face această reacție în lemn, pentru că nu putem rupe acea legătură beta 1-4. Dar cu siguranță putem rupe acea legătură alfa 1-4 din amidonul din cartofi. Și folosim exact aceeași chimie pentru a arde acea glucoză și pentru a elibera energie. Doar că diferența este că, dacă ard lemne, fac totul într-un singur pas. Dar viața este un inginer mult mai bun decât atât. Practic, în loc să elibereze toată acea energie într- un singur pas, o eliberează într-adevăr treptat într-un mod care este de fapt util pentru celule. Dar este exact aceeași eliberare de energie. Și ceea ce este viața sau extragerea energiei biologice este cu adevărat capacitatea de a face oxidarea treptată a glucozei sau a altui carbon. Voi scrie glucoză deocamdată. Pentru a obține energie. Deci ardem lemne, asta e favorabil, eliberează energie. Dacă facem oxidare treptat, putem de asemenea să eliberăm energie. Aceeași reacție, eliberează și energie. Câtă energie obținem dacă ne eliberăm arderea glucozei, așa cum faci și tu și arderea ei într-un foc? Ei bine, trebuie să fie exact aceeași cantitate, pentru că este exact aceeași reacție. Așa că ardem lemne, obținem lumină și căldură. Celulele ard glucoza, eliberează exact aceeași cantitate de energie. O face doar într-un mod care permite celulelor să facă lucruri utile din punct de vedere biologic. Ce sunt acelea? Ei bine, ar putea fi căldură. Toți menținem temperatura. Deci căldura este o conversie a energiei care, desigur, este utilă biologiei. Dar poate face și alte lucruri. Poate permite celulelor să se miște. Le poate permite să facă orice reacție pentru a lupta împotriva acelei entropie care permite vieții să existe. Și astfel toate lucrurile, inclusiv noi înșine, trebuie să urmeze aceleași legi ale termodinamicii. Viața nu este specială în acest sens. Și astfel arderea lemnului este favorabilă, deoarece crește entropia universului. Descompuneți acest polimer într-o grămadă de monomeri. Asta va fi spontan. Aceasta este în conformitate cu cea de- a doua lege a termodinamicii. Adevărat dacă și celulele îl ard. Dar amintiți-vă, a doua lege spune că entropia netă a universului trebuie să crească întotdeauna. Și așa că, dacă vom face ceva care nu este favorabil din punct de vedere energetic, cum ar fi construirea unui polimer de glucoză, evident că trebuie să punem energie în el. Și pentru a face acest lucru, energia care este eliberată trebuie să fie mai mare decât energia pe care o stocăm de fapt. Și deci acesta este de fapt un punct cu adevărat cheie, pentru că orice facem care necesită aport de energie pentru ca o celulă să efectueze acel proces necesită o sursă de eliberare de energie în altă parte, care este echivalentă sau mai mare decât ceea ce este introdus de fapt. Și astfel celulele au nevoie de energie, pentru că fac o mulțime de lucruri nefavorabile termodinamic, luptă cu acea entropie a universului. Și toate aceste procese trebuie să provină din eliberarea de energie în altă parte, cum ar fi arderea carbohidraților. Și astfel încât aportul constant de energie să fie la cel mai înalt nivel, de ce trebuie să facem un metabolism constant pentru a menține ordinea și a supraviețui ca organisme. Acum, acest lucru, desigur, vine din lucruri precum arderea carbohidraților. Dar, desigur, acel carbohidrat trebuie să vină de undeva. Și astfel, în cele din urmă, trebuie să aveți o sursă externă. Acea sursă externă este, desigur, soarele. Organismele fotosintetice pot folosi energia luminii de la soare pentru a face exact aceleași lucruri. Construiți acești polimeri în exces și de aceea noi, ca animale sau orice lucru care mănâncă alte animale ca un mod de a trăi, depinde în cele din urmă de consumul de organisme fotosintetice, deoarece organismele fotosintetice fac acest lucru prin recoltarea energiei soarelui. Acum toate acestea sunt la un nivel foarte înalt. Dar vreau să revin la specificul metabolismului, în cele din urmă, și să le înțeleg cum se leagă de reacțiile și căile enzimelor. Adică, cum obții acea serie complexă de reacții care fac viața posibilă și, în cele din urmă, să fii ghidat de exact aceleași principii? Cu alte cuvinte, cum cuplăm reacțiile de eliberare a energiei, cum ar fi arderea glucozei, într-un mod care respectă legile termodinamicii și funcționează în condiții acceptabile din punct de vedere biologic pentru a face lucruri care sunt biologic nefavorabile. Asta este cu adevărat bioenergetica. Și deci următorul lucru pe care vrem să-l luăm în considerare atunci, dacă vrem să înțelegem acest lucru, este într-adevăr, să punem întrebarea. Ce determină dacă are loc o anumită reacție? Adică, ce determină dacă ceva de genul arderii lemnului se întâmplă de fapt în mod spontan? Dacă aprindeți lemne pe foc, va arde. O face de fiecare dată, toată lumea a avut această experiență. Dar nimeni nu a văzut vreodată CO2 și apa care se unesc spontan și formează un copac. Asta nu se întâmplă. Deci, ce determină dacă ardeți lemn și acest lucru este favorabil, față de motivul pentru care CO2 și apa nu se unesc și formează spontan un copac? Nu credeți că acest lucru este determinat în întregime de enzime. Enzimele sunt catalizatori. Enzimele sunt scânteia care face posibilă arderea lemnului. Dar amintiți-vă, enzimele nu pot schimba termodinamica. Enzimele modifică doar viteza cu care are loc o reacție. Nu schimbă echilibrul. Acel copac vrea, dacă i se oferă catalizatorul, să formeze CO2 și apă. Această reacție este spontană deoarece este favorabilă termodinamic. Acel copac nu va lua CO2 și apă și va reforma spontan un copac. Și nu există nicio cantitate de enzimă care să facă asta de la sine. Și deci amintiți-vă că. Dacă aveți vreo reacție între A și B, există un echilibru, așa cum este definit de proprietățile chimice ale lui A și B, astfel încât echilibrul să fie departe de o parte sau de cealaltă. Și acel echilibru este determinat de termodinamică. Nu este determinat de enzime. Nu-mi pasă câtă enzimă adaug. Dacă echilibrul se află în direcția A pe măsură ce îl desenez, pot adăuga toată enzima pe care o vreau și nu pot crea niciodată mai mult B. Și, deci, acest lucru este foarte important și este de fapt un punct greșit de mulți biologi. Ei cred că această enzimă este exprimată. Prin urmare, această cale trebuie să se întâmple sau această reacție trebuie să aibă loc mai rapid. Ai nevoie de o enzimă pentru a cataliza o reacție. Deci s-ar putea să nu aibă loc o reacție, lemnul tău s- ar putea să nu ardă decât dacă îi dai o scânteie, un catalizator pentru a face acest lucru să se întâmple. Dar nu puteți adăuga un catalizator pentru a lupta împotriva termodinamicii. Nu poți lua acel CO2 și apă și să le transformi înapoi într-un copac. Și același lucru este adevărat. Puteți adăuga toată enzima din lume pe care o doriți și tot ce va face este să ajute A și B să stabilească echilibrul care este definit de termodinamica relației dintre A și B. Acum, ce determină echilibrul dintre oricare două specii? Acesta este un subiect pentru o altă clasă, de ce o specie este favorizată să fie de o parte sau alta. Cu toate acestea, un instrument util pentru a gândi la acest lucru în biochimie și a cuantifica acest lucru pentru orice pereche de reacții este ceva despre care probabil ați învățat înainte. Este ceva numit energia liberă Gibbs. Energia liberă Gibbs sau delta G. Delta G este legată de modul în care vom vorbi despre constanta de echilibru. Și practic este un termen pe care îl putem folosi pentru a preciza dacă o reacție este favorabilă sau nu. Și așa sperăm că ați învățat la o clasă introductivă că dacă delta G este mai mică de 0, reacția noastră este spontană. Dacă delta G este egală cu 0, reacția noastră este acel echilibru. Dacă delta G este mai mare decât 0, reacția noastră nu este spontană. Bine, dacă ne luăm bușteanul și întrebăm, ce este delta G pentru a transforma acel buștean în CO2 plus apă, este mai mic de 0, pentru că este foarte spontan. Luăm o grămadă de cenușă și întrebăm ce este delta G pentru a recrea bușteanul. Este mai mare decât 0, pentru că nu se va întâmpla. Și dacă este la un anumit echilibru, delta G este egală cu 0. Acum, delta G depinde în întregime de condiții, așa cum vom vedea într-un minut. Și din această cauză, asta înseamnă că pot exista condiții în care absolut orice reacție poate fi favorabilă dacă condițiile sunt potrivite. Și vom vedea că acest lucru devine foarte relevant pentru a înțelege cum funcționează metabolismul. Să ne întoarcem și să luăm în considerare o reacție generică, A și B. Deci, la echilibru, ce se întâmplă? Deci, la echilibru, concentrația lui A și concentrația lui B nu se schimbă. Delta G este egală cu 0. Aceste două lucruri sunt la echilibru, oricare ar fi acel echilibru. A și B nu se schimbă în concentrare. Acum, dacă vin și adaug mai mult A la această parte a ecuației, ce înseamnă asta? Ei bine, știi din principiul lui Le Chatelier că asta va favoriza producția de B. Acum am schimbat lucrurile din echilibru. Deci, dacă adaug A, asta conduce producția de B la restabilirea acestui echilibru. Asta înseamnă că delta G de la A la B este mai mică de 0 până când am restabilit echilibrul, iar acum delta G revine la 0 din nou. Acum, ce se întâmplă dacă adaug B? Ei bine, dacă adaug B, acum voi produce niște A. Deci adăugați B. Asta duce la producerea lui A, până când voi restabili acel echilibru. Deci delta G, în acest caz, pentru a merge de la B înapoi la A. Reacția inversă este mai mică de 0. Sau aș putea spune și că delta G, pentru a merge de la A la B aici, pentru că asta nu se va întâmpla. Tocmai am adăugat mai mult B. Nu voi crea brusc mai mult B din A. Așa că, acum, delta G este mai mare decât 0. Acum rețineți că când am făcut asta, nu trebuie să precizez cât de mult A sau cât de mult. mult B am adăugat. Echilibrul depinde de raportul dintre B și A. Nu concentrația absolută a niciunei specii. Și, așadar, a avea o modalitate de a gândi la acest echilibru, se dovedește, este, de asemenea, util pentru sistemele biologice pentru a diviniza o delta G care este util să se raporteze la această constantă de echilibru. Și acesta este acest concept de delta G 0 prim. O energie liberă standard, care pentru sistemele biologice, se referă la constanta de echilibru la 25 de grade sau pH-ul de 7 și 1 atmosferă. Condiții biologice destul de tipice. Și acest lucru aici este în principiu legat de constanta de echilibru. Și putem calcula delta G reală prin următoarea formulă. Delta G este egal cu delta G 0 prim plus RT ori logul produselor peste reactant. Deci aceasta ar fi trasă pentru reacția A la B. Deci reacția A la B este legată de delta G 0 prim, care este legată de constanta de echilibru. Îți voi spune cum în al doilea. Plus R este constanta gazului, T este temperatura în Kelvin ori logaritmul natural al raportului de produse, B peste reactanți, A. Aceasta vă spune dacă la concentrații specifice de B și A, acesta este un raport specific de B. și A, dacă este favorabil să mergem de la A la B, delta G mai mică decât 0, sau dacă este favorabil să mergem de la B la A, delta G mai mare decât 0. Și astfel, acest lucru ar trebui să înceapă să clarifice că dacă sau nu are loc o reacție specifică este afectată de condițiile actuale prezente. Și puteți calcula asta pe baza acestei relații. Și deci, dacă precizez concentrații de A și B, precum și delta G 0 prim, pot ști, la acele concentrații, ce direcție a reacției este favorizată. Acum, desigur, desenul meu de la A la B este complet arbitrar. Aș putea să-l atrag în mod egal de la B la A. Și dacă aș face asta, deci acesta este delta G 0 prim, de la A la B, tot ce fac este să răsturn semnele. Deci delta G este egal cu delta G 0 prim. Negativul lui A la B este egal cu pozitivul delta G 0 prim de la B la A, deoarece direcția este arbitrară. Plus jurnalul RT în acest caz. Acum am A este produsul meu, iar B este reactantul meu. Dacă răsturn semnul, răsturnez acel raport, doar va schimba semnul produsului meu și îmi va da exact același rezultat cu semnul opus, ceea ce are sens. Ceea ce este favorabil într-o direcție nu este favorabil în cealaltă direcție și invers. Acum, pot seta și delta G egal cu 0. Acesta este echilibrul. Dacă fac asta, atunci delta G 0 prim este egal cu RT negativ. Deci, acesta ar fi pentru A la B. Voi folosi exemplul de sus. Deci delta G este 0. Atunci am delta G 0 prim este egal cu RT ori log B peste A. Deci, dacă știu că două lucruri sunt în echilibru, pot calcula delta G 0 prim și știu care este constanta de echilibru. Și de aici rezultă că dacă delta G 0 prim este negativă, înseamnă că B este favorizat față de A la echilibru. Și dacă delta G 0 prim este pozitiv, înseamnă că A este favorizat față de B la echilibru. Astfel, delta G 0 prim este într-adevăr o modalitate convenabilă de a privi o reacție și de a ști în ce direcție se află echilibrul. Deci A și B, delta G 0 prim este negativ, echilibrul se află la B. Între A și B, dacă delta G 0 prim este pozitiv, echilibrul se află spre A. Dar conceptul cheie este că pentru orice reacție specifică, orice condiții specifice a lui A și B, dacă A este sau nu convertit în B va fi definit de constanta de echilibru. Dar se va defini și ce este delta în acele condiții. Deci, pentru a fi clar, delta G va depinde de condiții, pentru că o voi scrie din nou, delta G este egal cu delta G 0 prim plus RT ori logaritmul pentru reacție, A merge la B. Deci produse peste reactanți. Deci, dacă A este sau nu convertit în B, va fi o proprietate a constantei de echilibru, plus concentrația lui B și concentrația lui A, acel raport al concentrațiilor în condițiile prezente. Și dacă în acel calcul, delta G este mai mică de 0, acea reacție este spontană. Dacă delta G este mai mare decât 0, acea reacție nu este spontană. Sau, altfel spus, dacă delta G este mai mică de 0 în acele condiții, energia este eliberată. Sau dacă delta G este mai mare decât 0, acea reacție nu va avea loc fără aport de energie. Dacă ard lemne, se eliberează energie. Dar nu am cum să pot reasambla acel buștean fără un fel de aport de energie. Și obținerea cu adevărat a acestui concept este esențială pentru înțelegerea metabolismului, precum și a ceea ce înseamnă energia biologică. Și, să sperăm, ceea ce este acum evident, pe baza a ceea ce tocmai am spus, este că ceea ce determină cu adevărat delta G sunt două lucruri. Desigur, este constanta de echilibru. Dar, în esență, delta G pentru orice reacție este proporțională cu raportul dintre reactanți și produși. Și că pot veni, cel puțin în teorie, cu orice relație, orice raport dintre reactanți și produse pentru a face acest lucru favorabil. La o concentrație mică, mică , dacă nu am decât CO2 și apă, și timp infinit și cataliză infinită, s- ar putea forma spontan un pic de lemn. Și astfel viața creează într-adevăr condițiile care permit asta și selectează ca asta să se întâmple și, bineînțeles, adaugă aport de energie, astfel încât să se poată întâmpla mai mult. Și așa ar trebui să vă fie foarte clar că absolut nicio reacție nu este ireversibilă. Nu-mi pasă ce spune manualul tău. O mulțime de surse vor discuta despre reacții ireversibile. Voi vorbi despre reacțiile ireversibile mai târziu în curs. Dar ceea ce ne referim când spunem cuvântul reacție ireversibilă este că acestea sunt în condiții care se găsesc în celule și în natură. Și subliniez acest lucru pentru că dacă vrem să înțelegem energia pentru modul în care funcționează căile, trebuie să apreciem că viața poate crea condiții pentru a face lucruri nefavorabile, pentru că doar așa pot funcționa căile. Bine, ce vreau să spun cu asta? Ei bine, să presupunem din nou, vom reveni la reacția noastră. A merge la B. Să presupunem că trebuie să construiesc o cale în care trebuie să convertesc A în B, deoarece B este de fapt util pentru un anumit scop pe care trebuie să îl fac într-o celulă. Cu toate acestea, ce se întâmplă dacă acest lucru este cel puțin de echilibru, nefavorabil? Ce se întâmplă dacă echilibrul se află spre A? Asta înseamnă că delta G 0 prim este pozitiv, este mai mare decât 0, pentru A la B. Ce înseamnă asta? Delta G 0 prim mai mare decât 0, pentru reacția A la B? Asta înseamnă că echilibrul se află spre A. Și, prin urmare, nu există nicio cantitate de enzimă pe care să o pot adăuga care să- mi permită să convertesc A în B, deoarece echilibrul se află departe de A. Cu toate acestea, indiferent dacă o celulă este sau nu capabilă să construiască un calea, în care transformă A în B depinde de delta G, nu de constanta de echilibru pentru acea reacție specifică. Deci, cum pot transforma A în B? Ei bine, aș putea transforma A în B dacă mențin concentrația de B suficient de scăzută încât delta G, nu delta G 0 prim, aceasta este constanta de echilibru, dar delta G favorizează conversia A în B? Adică, delta G pentru A la B este mai mică de 0. Cum pot face asta? Ei bine, amintiți-vă că delta G este egală cu delta G 0 prim plus RT log al lui B peste A. Deci acest termen este pozitiv, pentru că v-am spus, echilibrul se află spre A. Deci am nevoie de o concentrație, un raport dintre B și A, astfel încât B este suficient de mic încât acest termen este mai negativ decât este pozitiv. Și dacă acesta este cazul, delta G va fi mai mică de 0 și pot să-l avans. Deci cum pot face asta? Cum pot menține concentrația de B scăzută? Ei bine, pot construi o cale care consumă B într-un mod de a-l menține la un nivel scăzut, ceea ce favorizează conversia de la A la B. Cu alte cuvinte, pot construi o cale, A merge la B merge la C. Deci, chiar și aici, unde delta G 0 prim este mai mare decât 0, dacă delta G 0 prim pentru această reacție, B la A, este mult mai mică decât 0 , astfel încât echilibrele îl favorizează puternic pe C, ceea ce înseamnă că echilibrul meu nefavorabil de aici poate fi depășit de echilibrul foarte favorabil de la B la C. În esență, pot folosi B la C pentru a trage de la A la B, astfel încât să se întâmple de fapt. Produceți acest intermediar care este util pe calea spre producerea C. Această strategie este utilizată în multe căi metabolice. Și este util să generați o mulțime de intermediari utili din punct de vedere chimic. Acum rețineți că acest lucru va funcționa numai dacă conversia lui A în C este favorabilă. Adică, dacă delta G 0 prim este mai mic decât 0. Pot să trag această reacție numai dacă delta G 0 prim este mai mic de 0. Adică, dacă echilibrul favorizează A la C, pot construi o cale în acest fel pentru a face ceva nefavorabil pe cale de a face C. Acest lucru aduce în discuție un alt punct cheie, în sensul că tot ceea ce discutăm, relația dintre oricare doi metaboliți în orice reacție unică, trebuie să fie valabil și pentru căi întregi. Deci am o cale în trei pași de la A la C. Fie că transform A în C într-un singur pas, fie transform A în C în mai mulți pași, energia liberă este exact aceeași. Dacă ard lemnul aprinzându-l pe foc, eliberează aceeași cantitate de energie decât dacă o termită are o enzimă care rupe acea legătură beta 1-4 din lemn și poate arde acea glucoză treptat prin metabolism, exact aceeași cantitate de energia este eliberată. Glucoză pe o parte, CO2 și apă pe cealaltă, exact aceeași cantitate de energie eliberată, fie că o fac într-un singur pas, fie că o fac în mai multe etape. Constanta de echilibru dintre acestea trebuie să fie aceeași, iar delta G trebuie să fie aceeași între toate. Și așa ar trebui să devină evident că de la A la C trebuie să fie favorabil dacă voi folosi acest truc de a menține produsul la un nivel scăzut pentru a trage o reacție altfel nefavorabilă . Cu alte cuvinte, nu am nicio modalitate de a menține B scăzut și de a converti A în B de unul singur. Asta nu va funcționa. Și aceste reacții nefavorabile sunt cele care în cele din urmă necesită aport de energie. Și aici este locul în care ATP începe acum să devină util pentru celule. OK, deci acum vreau să vorbesc puțin despre modul în care ATP furnizează energie care permite să apară reacții altfel nefavorabile. Și ATP este util deoarece delta G se aplică seturi de reacții în același mod în care se aplică reacțiilor individuale. Adică se aplică sistemelor întregi. Toate reacțiile sunt o serie de reacții, fie că se întâmplă singure sau cuplate împreună. Toți trebuie să urmeze aceleași reguli. Așa că acum să ne complicăm reacția. Să presupunem că A plus B merge la C plus D, unde acestea sunt de fapt două reacții cuplate împreună. A fi transformat în C, iar B fiind transformat în D. Bine, deci se va întâmpla această reacție? Pot transforma A plus B în C plus D? Ei bine, de unde știu? Ei bine, va fi, trebuie să calculăm delta G. Și astfel va fi delta G 0 prim pentru A care merge la C, plus delta G 0 prim pentru B care va merge la D. Deci, acestea se vor raporta la care este constanta de echilibru, relația de echilibru dintre A și C și B și D. Dacă este mai mică de 0, echilibrul va favoriza spre dreapta. Dacă este mai mare decât 0, echilibrul va favoriza la stânga lui A și C și B și D. Adăugați-le împreună, ceea ce îmi oferă delta G 0 primul meu general pentru acele două reacții. Plus RT ori jurnalul produselor. Deci sunt C și D peste A și B. Produse peste reactanți. Deci, dacă iau o reacție nefavorabilă - să spunem, de la A la C, dacă delta G 0 prim este mai mare decât 0, deci ar favoriza A și o cuplu la o altă reacție, de la B la D, aceasta este foarte favorabilă, pentru că adaug acestea doi termeni împreună. Acum pot să iau ceva în care echilibrul ar fi nefavorabil și să-l fac favorabil. Cu toate acestea, dacă acest lucru se întâmplă sau nu, depinde încă de acest raport dintre produse și reactanți. Deci încă depinde de raportul dintre C și A și D și B în lucrul nostru ipotetic aici. Deci, pentru a ști dacă o anumită reacție va avea loc într-adevăr, trebuie să luăm în considerare atât suma primelor delta G legate de constanta de echilibru, cât și rapoartele reale care sunt prezente în celule. Și astfel efectul net este că pot cupla reacții mai favorabile pentru a face ca reacțiile altfel nefavorabile să devină favorabile. Adică să aibă aport de energie. Dar tot depinde de condiții. Și să ne gândim puțin la sinteza polimerului pe care am învățat-o de la profesorul Yaffe. Și în acest proces, ce am făcut? Am făcut mai mulți polimeri și ați învățat despre chimia pentru a face asta. Am făcut ADN, am făcut ARN și am făcut proteine. Aceștia sunt polimeri ai acizilor nucleici. Proteina este un polimer de aminoacizi. Toate acestea luptă cu entropia, nu? Construim polimeri, nu îi descompunem. Și toate au fost sintetizate folosind reacții care au hidrolizat ATP. De fapt, acele reacții au hidrolizat de fapt ATP în felul următor. Și fiecare dintre aceste cazuri, dacă te uiți înapoi, ceea ce vei vedea este că toate au avut pași în care ATP a fost dus la AMP plus 2 fosfați anorganici. Această reacție este foarte favorabilă. De fapt, sunt două reacții. Este într-adevăr ATP merge la AMP plus pirofosfat. Și apoi acel pirofosfat trece la 2 fosfați anorganici. Se pare că delta G 0 prim este mai mic decât 0 pentru ambele reacții. Aceasta înseamnă că echilibrul se află către AMP plus pirofosfat. Și aici, echilibrul se află către 2 fosfați anorganici. Și deci există de fapt două trucuri aici ale metabolismului. Una este că sunt două reacții foarte favorabile că suntem cuplati să facem ceva nefavorabil, să construim un polimer. Și folosiți trucul de a menține pirofosfatul la un nivel scăzut, cuplându-l la o reacție în aval, foarte favorabilă, care trage și mai mult această reacție și de aceea hidroliza ATP aici devine atât de utilă ca modalitate de a construi acești polimeri. Să mergem repede și să adăugăm câteva numere pentru a arăta exact ce vreau să spun prin modul în care hidroliza ATP poate fi utilă în această setare. Și așa, hai să facem ceva puțin mai simplu. Să trecem la ATP plus ADP plus la fosfat anorganic. Deci, să dăm câteva numere, delta G 0 prim în acest caz este egal cu negativ 7,5 kcal pe mol. Bine, ce înseamnă asta? Delta G 0 prim este legat de constanta de echilibru. Este mai mică de 0, ceea ce înseamnă că echilibrul se află către ADP plus fosfat. Acum să vedem cum ajută acest lucru de fapt, luând în considerare care este primul pas în metabolismul glucozei de către celule. Deci, primul pas pe care îl fac celulele în metabolismul glucozei este să adauge o grupă fosfat anorganică la glucoză. Deci, aceasta este reacția, glucoza plus fosfatul anorganic se duce la glucoză fosfat. Doar o notă rapidă despre stenografia pe care o voi folosi în acest curs. Deci PI, desigur, este fosfat anorganic. Acesta este acest grup PO43 minus. Când formează o legătură fosfodiesterică, ca la un alcool și una dintre moleculele de glucoză, voi desena asta într- o prelegere viitoare. De multe ori îl voi indica punând un cerc în jurul fosfatului. Așadar, adăugarea acestui fosfat la glucoză este un pas care captează acea glucoză în celule. Deocamdată, să luăm în considerare această reacție. Și astfel delta G 0 prim al acestei reacții este pozitiv de 3,3 kcal pe mol. Ce înseamnă asta? Delta G 0 prim se referă la constanta de echilibru. Se spune că constanta de echilibru se află aici în stânga, în partea de glucoză plus fosfat. Deci, dacă vrem să captăm glucoza fosfat în celule, ei bine, nu se va întâmpla spontan. Ai nevoie de un fel de aport de energie. Asta poate veni de la ATP. Și deci dacă cuplăm cele două reacții după cum urmează. Deci acum avem glucoză plus ATP se duce la glucoză fosfat plus ADP. Acum hai să desenăm asta. Se va întâmpla asta? Deci putem calcula delta G. Delta G este egal cu delta G 0 prim. Deci aici au loc două reacții , glucoză la glucoză fosfat și ATP la ADP. Știm ce este delta G 0 prim prin adunarea acestora. Deci este 3,3 plus negativ 7,5. Aceasta înseamnă negativ 4,2. Ce ne spune asta? Asta spune, acum am creat condiții în care constanta de echilibru se află spre dreapta, spre partea de glucoză fosfat plus ADP. Dar cât de mult se întâmplă sau dacă se întâmplă nu este doar proprietatea constantei de echilibru. Este, de asemenea, cât este acolo. Și deci asta este RT ori logul produselor, glucoză fosfat. Și ADP peste glucoză. Și ATP. Și așa, dacă acest termen este mai mic de 4,2 - adică dacă raportul dintre glucoză fosfat și glucoză și ADP și ATP în acest termen ajunge să fie mai mic decât pozitiv 4,2, această reacție este spontană. Este favorizat. O mulțime de condiții în care acesta ar fi cazul, deși dacă acest termen este 4,2 sau mai mare, acum nu va mai apărea. Cât de mult ATP este necesar? Ei bine, este greu să răspunzi la această întrebare în termeni absoluti, pentru că dacă există mult ADP în jur, ai nevoie de mult mai mult ATP pentru ca ADP-ul să fie util. Și aceasta este problema echivalării ATP cu energie. Energia aici este în raportul dintre ATP și ADP, sau ADP și ATP. Și acesta este ceva la care vom reveni în următoarea prelegere, pentru că în cele din urmă, acesta este ceea ce va determina dacă a avut loc o reacție. Nu este concentrația absolută de ATP. Este faptul că hidroliza ATP este favorabilă. Dar cât de favorabil este aceasta depinde de concentrațiile relevante de ATP sau ADP. Și concentrațiile relative sunt tot ceea ce contează în termodinamică. Nu sunt concentrații absolute. Raportul ATP-ADP este modul corect de a ne gândi la energie. Și acest lucru este valabil pentru orice reacție față de energetică. Dacă există un raport ATP-ADP , astfel încât atunci când este cuplat la o reacție, delta G este mai mică de 0, atunci devine spontan. Și acesta este modul în care ATP furnizează energie. Și vom reveni la asta mai mult în prelegerea următoare. Mulțumesc.