[SCRÂTÂT] [FOUȘT] [CLIC] PROFESOR: Astăzi vom discuta despre bioenergetică, vom continua acea discuție și o vom folosi ca o tranziție și vom începe să vedem cum se aplică acest lucru pentru înțelegerea glicolizei, calea care permite descompunerea glucozei. Așadar, ca o amintire a câteva dintre punctele pe care le-am discutat data trecută, deci ultima dată am discutat despre ceea ce face reacțiile favorabile. Și deci amintiți-vă, puteți avea orice reacție, de la A la B-- de la A la B ar putea fi un singur pas. De la A la B ar putea fi o cale întreagă, toți pașii din cale, care dacă acea reacție sau cale are loc sau nu este determinat de termodinamică. Nu este determinat de enzime. Enzimele sunt importante, desigur, pentru a controla rata reacțiilor, astfel încât să permită să se întâmple lucruri care altfel nu s-ar întâmpla. Dar dacă reacția are loc sau nu este determinat de energia liberă. Și astfel energia liberă, delta G, amintiți-vă despre care am discutat este următoarea relație. Deci este legat de această constantă delta G0 primă, care este legată de constanta de echilibru pentru orice pereche de produse și reactanți, precum și această formulă rt ori logaritmul produselor peste reactanți. Și deci amintiți-vă că acest lucru înseamnă că dacă are loc o reacție depinde de constanta de echilibru, dar depinde și de condițiile reale prezente. Acesta este cât substrat și cât produs există. Și ceea ce înseamnă acest lucru este că biologia poate găsi modalități, menținând concentrațiile de produs scăzute, pentru a face lucruri care se pot mișca în direcția opusă a ceea ce ați prezice din echilibru. Și, de asemenea, prin cuplarea acestor reacții mai puțin favorabile cu reacții mai favorabile, puteți permite, de asemenea, biologiei să facă lucruri nefavorabile. Și aici intervine, desigur, rolul ATP. Și am discutat despre asta și la sfârșitul ultimei oară. Desigur, ceea ce este important atunci devine raportul dintre ATP și ADP. Și pentru a ilustra acest lucru, folosim acest exemplu. Folosim... Amintiți-vă că hidroliza ATP are un prim delta G0 de minus 7,5 kcal pe mol. Asta, desigur, vă spune că este vorba despre constanta de echilibru. Asta ne spune că echilibrul se află la dreapta. O putem cupla cu această primă reacție în glicoliză, care prinde glucoza în celulă prin adăugarea unei grupe fosfat. Primul Delta G0 pentru aceasta este pozitiv de 3,3 kcal pe mol. Acest număr pozitiv vă spune că echilibrul se află spre stânga. Dar când cuplăm aceste două reacții împreună, adunăm aceste două numere și acum obținem un prim delta G0 de minus 4,2 kcal pe mol, care sunt reacția cuplată. Echilibrul se află acum din nou la dreapta. Și așa putem folosi hidroliza ATP pentru a realiza acest proces nefavorabil, prinzând glucoza în celulă. Acum câtă glucoză va fi prinsă? Ei bine, desigur, asta va veni din această reacție de aici. Și asta pentru că dacă apare sau nu o reacție depinde desigur nu de constanta de echilibru, ci de condițiile reale și delta G a acelei reacții. Și așa putem doar conecta asta pentru acest sistem. Și așa vedem delta G0 prim minus 4,2 kcal pe mol. Asta spune că echilibrul se află la dreapta. Dar cât de mult depinde cu adevărat de condiții. Și asta este definit de acest raport dintre produse și reactanți. Și vă puteți imagina că acest termen aici, atâta timp cât este mai mic de 4,2, veți favoriza captarea glucozei în interiorul celulei, în timp ce, desigur, dacă este mai mare de 4,2, atunci ați favoriza -- direcția opusă ar fi favorabilă . Acum, acest lucru este cu adevărat critic, deoarece acest lucru explică cu adevărat modul în care ATP funcționează de fapt pentru a ajuta celulele să facă diferite reacții. Și, așadar, dacă există un raport ATP-ADP astfel încât să poată face delta G mai mică de 0 pentru reacția la care este cuplat, așa furnizează energia care permite apoi să apară reacții nefavorabile. Așa că vă rog să nu faceți greșeala comună pe care o fac mulți, mulți biologi atunci când afirmă, oh, ATP este egal cu energie. Există mult ATP. Celula trebuie să aibă multă energie. Amintiți-vă că raportul dintre ATP și ADP este cel care furnizează energia. Și asta înseamnă că ATP poate fi ridicat, dar dacă ADP este la fel de mare, nu există energie acolo. În consecință, ATP poate fi foarte scăzut. Dar dacă ADP este extrem de scăzut, acum aveți încă un raport ATP-ADP ridicat. Și asta este ceea ce oferă energia. Și asta pentru că acest lucru se întâmplă indiferent de concentrare. Pentru că acest raport dintre ATP și ADP spune în cele din urmă câtă energie este acolo pentru ca ATP să conducă o reacție. Cu alte cuvinte, delta G, sau oricare ar fi reacția cu care este cuplată, va fi proporțională cu raportul dintre ADP și ATP. Grozav. Acum de cât ATP ai nevoie atunci? De ce raport aveți nevoie pentru a genera o reacție? Ei bine, este greu de spus asta în termeni absoluti, deoarece va fi definit de modul în care acest raport este cuplat cu raportul dintre orice alți reactanți și produse. De asemenea, vă spune, amintiți-vă, așa cum am vorbit înainte, putem schimba direcțiile acestor reacții și doar răsturnăm semnele. Indicațiile de aici sunt arbitrare. Și asta înseamnă, de asemenea, că ne spune câtă energie trebuie să punem dacă vom încărca un raport ATP-ADP. Cu alte cuvinte, dacă vrem să sintetizăm ATP, adică luăm ADP plus fosfat și facem un ATP, ei bine, ce este asta? Ceea ce tocmai... semnul exact opus al acelui prim delta G0 va fi acum egal cu 7,5 kcal pe mol. Și asta înseamnă că echilibrul acestei reacții va fi în stânga, așa cum acela a mințit în dreapta. Și va minți la stânga cu atât de mult. Și dacă vrem să știm câtă energie este nevoie pentru a produce ATP, ei bine, evident, nu se va întâmpla deoarece echilibrul favorizează această direcție. Nu este spontan în această direcție. Dar, în diferite condiții, putem ști, introducând formula noastră, delta G este egală cu delta G0 prim plus 7,5 kcal pe mol plus RT ori log de ATP. Deci, dacă am ADP-ul meu -- îmi pare rău -- concentrația mea de ATP suficient de scăzută în raport cu concentrația mea de ADP, încă pot face această reacție să se întâmple. Acum, asta nu vă va oferi un raport ATP-ADP care este de fapt în concordanță cu posibilitatea de a face orice altceva în celulă. Și așa, dar ceea ce spune este că, dacă sunt capabil să cuplez energia din metabolismul nutrienților la această reacție și să depășesc aceste 7,5 kcal pozitive pe mol, practic asta îmi va permite acum să sintetizez ATP și să mențin un raport ATP-ADP în celulă care permite celulelor să îndeplinească alte funcții după aceleași reguli despre care am vorbit, ceea ce ar fi nefavorabil. Acum există o mulțime de implicații aici pentru metabolism, pentru că spune de câte aport aveți nevoie pentru a sintetiza ATP. Câtă energie aveți nevoie pentru a sintetiza ATP va depinde de cât de încărcat este acest raport. Și cât de util este acest raport pentru a cataliza alte reacții va depinde și de cât de încărcat este acel raport. Și, în esență, acesta este motivul pentru care nu putem stoca energie ca ATP. Acesta este motivul pentru care nu am mâncat ATP la micul dejun și am mâncat în schimb cereale care au o grămadă de glucoză în ele, pentru că putem folosi acea glucoză pentru a obține ATP, dar ATP-ul în sine nu este ceva pe care să-l ardem cu adevărat pentru a obține energie într-un mod susținut. Cu alte cuvinte, delta G a sintezei ATP, care produce ATP, va fi proporțională cu logul raportului dintre ATP și ADP din toate motivele pe care le-am descris. Delta G a utilizării ATP, hidrolizei ATP, utilizând ATP pentru a conduce reacțiile este, de asemenea, proporțională cu RT ori logaritmul, în acest caz, al raportului ADP la ATP. Și pentru că trebuie să consumați acest raport pentru a obține energie și trebuie să puneți energie pentru a crea acest raport, sunteți constant - și cât de mult este o proprietate exponențială - trebuie să generați constant ATP într-un mod care vă permite să aveți apoi un raport care poate fi apoi consumat pentru a alimenta alte reacții. Și asta este ceea ce este afișat aici pe slide. Așa că tocmai am reprezentat grafic aici care este raportul ATP-ADP în raport cu o delta G teoretică care este prezentată aici ca o scară liniară, aici pe o scară logaritmică, că practic există această relație logaritmică și deci aveți nevoie de o creștere exponențială a aportului de energie pentru a conduce acest raport este mai mare pentru a, citați fără ghilimele, să „stocheze” mai multă energie care poate fi folosită mai târziu. Și astfel, acest sistem nu este unul pe care îl puteți utiliza ca sistem de stocare a energiei și, în cele din urmă, explică de ce celulele trebuie să facă un metabolism constant, trebuie să facă în mod constant un fel de metabolism pentru a menține acest raport ATP-ADP încărcat pentru ca acesta să fie util. pentru a avea un raport ATP-ADP care poate fi cuplat pentru a genera reacții altfel nefavorabile în celulele noastre. Deci, pentru a spune asta altfel, celulele noastre trebuie să catabolizeze în mod constant nutrienții, să ardă glucoza, să ardă un alt combustibil. Ei trebuie să facă acest lucru pentru că trebuie să mențină acel raport încărcat într-un interval în care apoi să poată sprijini alte funcții celulare, să le permită să lupte cu entropia și să mențină ordinea în biologie. Am făcut aluzie data trecută dacă nu mai faci ATP, ei bine, ce se va întâmpla? Ei bine, raportul ATP-ADP pe care îl are celula va alimenta orice reacții pe care le poate face până când, brusc, acest raport scade sub punctul în care este util să conducă acele reacții nefavorabile. De fapt, dacă opriți producția de ATP, veți consuma acel raport ATP-ADP în câteva secunde. Și de aceea, dacă otrăviți producția de ATP, celulele mor foarte repede. Amintiți-vă că ultima dată când am menționat că aveți un atac de cord, fluxul de sânge nu mai ajunge la un șervețel. Gata cu nutrienți și oxigen. Celulele mor rapid. Otrăvirea cu cianură face același lucru. Celulele mor rapid dacă le opriți capacitatea de a menține acest raport ATP-ADP în intervalul potrivit. Și deci amintiți-vă concentrația, concentrația absolută de ATP din aceste motive nu este un bun indicator al energiei celulare. Indicatorul corect al energiei celulare este raportul dintre ATP și ADP. Acest termen este uneori denumit încărcare energetică. Și astfel încât acesta poate fi raportul ATP la ADP, sau de multe ori mai corect este raportul ATP la AMP. De ce raportul ATP la AMP? Ei bine, asta pentru că odată ce înțelegi acest lucru, acum poți înțelege că celulele au un mecanism de siguranță pentru a se proteja dacă acest raport dintre ATP și ADP devine prea scăzut. Care este acel mecanism? Ei bine, puteți efectua această reacție. Luați două molecule de ATP și transformați-le într-un fosfat pentru a face un ATP plus un AMP. De ce este acesta un mecanism de siguranță? Ei bine, dacă le pasă de asta, dacă raportul ATP-ADP este ceea ce vă menține capacitatea de a conduce aceste reacții nefavorabile termodinamic, dacă sacrific numitorul eliminând un ATP și scot un ATP din el, acum am cel puțin temporar. a fixat acel raport. Acum, acesta este ceva care, evident, nu poate continua pentru totdeauna. Dar, pe termen scurt, permite celulelor să protejeze acest raport. Și, de fapt, ceea ce celulele apără de fapt este acest raport ATP-AMP. Și este foarte, foarte dificil să schimbi raportul ATP-AMP într-o celulă și să o ai de fapt în viață. Deci, acest raport ATP-AMP este cel mai formal legat de ceea ce s-ar numi încărcare energetică. Dar acesta este cu adevărat motivul pentru care acest lucru este important, din toate motivele pe care tocmai le-am descris. În regulă. Așadar, sperăm că acum îți este clar de ce celulele trebuie să mențină raportul ATP-ADP în intervalul potrivit, de ce le este util să efectueze acum toate aceste reacții nefavorabile - să lupte cu entropia, să prevină moartea. Și pot chiar să aibă un sistem de siguranță aici și să sacrifice ADP ca o modalitate de a încerca să mențină asta ca o ultimă soluție. De asemenea, spune de ce celulele trebuie să facă întotdeauna catabolism, pentru că întotdeauna aveți nevoie de aportul de energie pentru a menține acel raport în intervalul potrivit. Cu toate acestea, vă puteți imagina că, în viața reală, dezordinea biologiei, există o mulțime de situații în care cererea de ATP va crește brusc. Ei bine, desigur, poate puteți metaboliza mai mult zahăr, faceți mai mult catabolism de nutrienți pentru a încerca să mențineți acest raport ridicat. Dar asta necesită timp. Și așa că aveți nevoie de modalități prin care celulele să răspundă rapid și apoi să le permită să mobilizeze toate aceste lucruri suplimentare pentru a-- combustibil suplimentar pentru a face asta. De exemplu, ne plimbăm în jurul strămoșilor noștri pe câmpii undeva și apare un leu. Nu avem timp să mobilizăm o grămadă de combustibil nou. Trebuie să putem fugi foarte repede, altfel leul ne va mânca. Și astfel, celulele au sisteme pentru a răspunde brusc, am nevoie de mult mai multă cerere de ATP pentru a fugi, având modalități prin care cineva poate tampona acest raport ATP-ADP, îl poate proteja pe termen scurt și permite celulelor timp să accelereze metabolismul nutrienților pentru pentru a menține acest sus. În regulă. Ei bine, dacă am dori să creăm un astfel de sistem tampon, cum am face-o de fapt? Ei bine, evident, trebuie să respectăm toate regulile termodinamicii despre care am discutat. Și trebuie să facem acest lucru într-un mod care să ilustreze de fapt cum funcționează atât de bine metabolismul. Cu alte cuvinte, dacă brusc raportul ATP-ADP scade, dacă avem o scădere bruscă a raportului ATP-ADP pentru că avem o cerere crescută, nevoind să fugim de un leu, cum am putea de fapt să creăm un sistem tampon care să protejeze acest lucru? Ei bine, pentru a face asta, ar trebui să cuplăm ATP-ADP la o altă pereche de reactanți produs, să le numim x și y, astfel încât raportul dintre y și x să fie cuplat cu raportul dintre ATP și ADP. Și vrei să fie cuplat în așa fel încât, dacă raportul scade, acest raport poate proteja acum ATP, practic favorizează sinteza ATP la ADP. Cu toate acestea, atunci când nutrienții sunt abundenți și acest raport este cu adevărat mare, atunci, la rândul său, poate încărca acest raport, astfel încât să îl poată tampona mai târziu, când raportul ATP-ADP începe să scadă. Acum, cel mai faimos exemplu în acest sens vine de fapt din fiziologia musculară. Și este cel mai bine descris în termeni de mușchi și modul în care aceștia răspund rapid la cererea crescută, cum ar fi fuga de un leu. Cu toate acestea, de fapt, se aplică la multe, multe celule, inclusiv la majoritatea celulelor non-musculare la animale. În regulă. Și ar trebui să spun că se dovedește că, dacă dezactivați sinteza ATP într-un mușchi, oamenii au estimat că raportul dvs. ATP-ADP va intra într-un interval în care nu mai este util să faceți nimic în câteva secunde, susțin unii. chiar mai puțin de o secundă. Și astfel acest sistem ajunge să fie foarte important. Acum sistemul pe care îl folosesc mușchii, precum și multe alte celule , este ceva numit sistemul creatină/creatină fosfat . Acum, dacă sunteți halterofili sau culturisti acolo, probabil că ați auzit de creatinină, deoarece este un supliment foarte popular care se ia pentru haltere, lucru pe care, evident, nu prea fac. Dar acea creatină/creatină fosfat este acolo. Îți voi descrie ce face de fapt pentru celulele musculare. Și puteți decide singur dacă acest lucru este de fapt util ca supliment energetic sau de haltere. Deci, ce este creatina/creatina fosfat? Cu ce seamănă? Ei bine, practic arată așa. Apropo, voi folosi această abreviere des pe parcursul acestui curs, doar o prescurtare pentru a desena multe dintre aceste structuri. Deci, aici ar fi un grup de acid carboxilic desenat așa sau așa, atras de grupul de acid carboxilic doar ca să înțelegeți stenografia mea. BINE. Deci aici este molecula de creatină. Dacă pun aici un fosfat, acesta devine acum fosfat de creatină. Din nou, doar pentru a vă aminti, acest P cu un cerc deasupra este un grup fosfat. Voi desena acest grup special de fosfat pentru că este o legătură azot-fosfat, o legătură fosforamidat. Aceasta este de fapt o legătură care este mai labilă decât legăturile PO pe care suntem obișnuiți să le vedem în fosfodiesteri precum ATP și cetera. În regulă. Deci asta e creatina si creatina fosfat. Și dacă scoatem reacția, fosfatul de creatină trece la creatină plus fosfatul anorganic, deci hidroliza fosfatului de creatină. Acesta are un prim delta G0 de minus 10 kcal pe mol. Ce înseamnă asta? Este negativ. Ne vorbește despre constanta de echilibru. Echilibrul se află în dreapta. Amintiți-vă că hidroliza ATP la ADP prezentată acolo, că hidroliza are un prim delta G0 de minus 7,5 kcal pe mol. Echilibrul se află și în dreapta. Acest număr este mai negativ. Acest echilibru se află mai în dreapta decât hidroliza ATP. Deci, acum, ce se întâmplă dacă cuplăm această reacție cu reacția de hidroliză ATP? Deci acum putem face ATP plus creatina merge la creatina fosfat plus ADP. Așa că am cuplat aceste două reacții împreună. Deci delta G0 prim, ATP la ADP este minus 7,5. Creatina fosfat la creatină în acea direcție este negativ 10. În această direcție, ar fi pozitiv 10. Și așa, după ce am desenat reacția, acest prim delta G0 va fi plus 2,5 kcal pe mol. 10 minus 7,5 plus 2,5, ceea ce ne spune atunci că acest echilibru se află acum la stânga. Cu toate acestea, în ce direcție merge de fapt această reacție nu este determinată doar de echilibru. Este într-adevăr determinat de delta G. Deci putem calcula asta. Deci, delta G este egală cu delta G0 prim plus RT log al, așa cum am desenat, creatina fosfat peste creatină și ADP peste ATP. Așa că vă puteți imagina acum că acest termen de aici este suma celor doi. Deci este plus 2,5. Și deci dacă acest termen este mai mic de 2,5, ce înseamnă asta? Ei bine, dacă este... Îmi pare rău. Mai puțin de 2,5 negativ, atunci delta G va fi negativ și vei favoriza producția de creatină fosfat. Dacă acest termen este mai mare decât negativ 2,5, atunci delta G va fi pozitivă și vei favoriza producția de ATP. De ce este asta important? Ei bine, dacă vă gândiți la condiții, cum ați putea face acest termen mai mic de 2,5 sau mai puțin decât negativ 2,5 sau mai mare decât negativ 2,5, practic, ceea ce se va întâmpla este că dacă raportul ATP-ADP este mare, multă energie în jur. , fără probleme la încărcare, multe lucruri de folosit, încărcați acest ATP/ADP la un raport foarte mare, ei bine, acum veți favoriza această direcție, sinteza fosfatului de creatină. Cu toate acestea, dacă ATP/ADP începe să scadă și este mai scăzut, ei bine, acum acest termen se va schimba și acum vei favoriza producția de ATP. Și, practic, prin încărcarea acestui raport creatină/creatină fosfat, acum se creează o situație în care poate tampona acel raport ATP/ADP, astfel încât atunci când timpul este bun, încărcați tamponul. Când vremurile sunt proaste, consumați apoi tamponul într-un mod care vă permite să vă protejați raportul ATP/ADP pentru o perioadă scurtă de timp. Și acest lucru este ilustrat foarte frumos aici în acest slide care arată practic ce se întâmplă în fiziologia musculară. Și, deci, aceasta este doar o curbă teoretică conform căreia, dacă brusc trebuie să vă contractați mușchii și opriți producția de ATP, ei bine, nivelurile de ATP vor scădea. Acel raport ATP/ADP mai corect va cădea rapid în interiorul celulei. Creatină fosfat va activa acum pentru a proteja raportul ATP/ADP, deoarece puteți accelera metabolismul fie anaerob, fie aerob, pentru a tampona acum acel raport ATP/ADP și a menține funcționarea acelui mușchi. Acum vreau să subliniez un punct, deoarece de multe ori manualele de biochimie se vor referi la lucruri precum ATP sau creatină fosfat ca, citat fără ghilimele, „compuși cu energie înaltă”. Și, desigur, cred că sunt de mare energie, deoarece au aceste legături labile fosfat-azot sau fosfat-oxigen. Și pentru că sunt labile, hidroliza este favorabilă. Și, într-o anumită măsură, acea hidroliză este cea care furnizează energie. Dar amintiți-vă că nu metabolitul sau legătura în mod izolat furnizează cu adevărat energia. Aceste rapoarte dintre ATP și ADP, creatină fosfat și creatină, vă permit să cuplați, din toate motivele pentru care am discutat acum o prelegere și jumătate, alte două reacții care oferă cu adevărat energie biologică. În regulă. Acum suntem gata să discutăm despre cum putem folosi oxidarea glucozei, catabolismul nutrienților, pentru a menține ATP/ADP ridicat, adică într-un interval util, în care poate permite celulelor să facă lucruri altfel nefavorabile termodinamic. Deci, cum am putea face asta să se întâmple? Ei bine, la fel ca acest exemplu cu creatină și creatină fosfat, dacă vrem să folosim catabolismul nutrienților pentru a face același lucru, trebuie să cuplam reacțiile de oxidare a glucozei, catabolismul nutrienților, care ne vor permite să sintetizăm ATP, ADP la ATP și au ca sinteza să fie favorabilă în ciuda raportului ridicat ATP/ADP din celule. Deci să ne gândim la asta. Deci ce este asta? Catabolismul nutrienților. Despre ce am vorbit data trecută? Oxidarea glucozei la carbon și CO2. Deci, iată reacția noastră pentru asta. Deci iată carbohidrați, glucoza CH2O6 plus șase O2 merge la șase CO2 plus șase H2O. Aceasta este formula chimică pentru arderea lemnului. Deci, delta G0 prim pentru aceasta este minus 686 kcal pe mol. Un număr destul de negativ. Echilibrul favorizează foarte mult starea complet arsă, starea oxidată, a acelui carbohidrat. Și astfel vă puteți imagina că acest echilibru este atât de favorabil pentru dreapta, dacă cuplăm această reacție la sinteza ATP, în mod clar veți avea o mulțime de energie acolo pentru a menține acel raport ATP/ADP în intervalul potrivit pentru a fi. compatibil cu celulele care îl folosesc pentru a face alte lucruri. În regulă. Deci, cum facem de fapt asta? Ei bine, dacă o facem, trebuie să respectăm aceleași reguli ale termodinamicii și să facem aceleași lucruri pe care le-am făcut înainte. Practic, trebuie să facem această reacție într-un mod în care să putem extrage un tip similar de ecuație așa cum am făcut-o pentru creatina și creatina fosfat. Și la cel mai înalt nivel, acesta este modul în care catabolismul nutrienților ne va permite să menținem raportul ATP/ADP ridicat, chiar dacă hidroliza ATP alimentează în mod constant toate aceste procese nefavorabile din celulă. Acum, dacă am făcut toate acestea într-un singur pas, exemplul nostru de ardere a lemnului, se generează multă căldură. E prea multă energie. Nu prea bine pentru biologie. Dar mai degrabă ceea ce face biologia, așa cum am făcut aluzie data trecută, este că, pentru că ceea ce am vorbit la început, toate lucrurile despre care am discutat sunt adevărate pentru reacțiile individuale sau pentru multe, multe reacții, practic, dacă transformăm A în B și o facem într-un singur pas, ca arderea lemnului, sau o facem în 500 de pași, consecințele termodinamice sunt exact aceleași. Deci, ceea ce trebuie să facem este să facem un catabolism treptat al glucozei și să profităm de faptul că acea schimbare a deltei G este aceeași, indiferent dacă este vorba de un pas sau de mai mulți pași, și în acest mod treptat să construim reacții în care creăm chimie intermediare care ne permit să facem lucruri așa cum am făcut cu creatina și fosfatul de creatină, astfel încât să putem favoriza sinteza ATP atunci când raportul ATP/ADP este în intervalul fiziologic. Și, în esență, aceasta este magia modului în care biologia face acest lucru și practic cuplează catabolismul nutrienților pentru a furniza energie. Și așa că calea pe care o vom discuta astăzi și în următoarea prelegere este ceva numit glicoliză, care pur și simplu este liza glucozei. Este oxidarea chimică treptată a glucozei, despre care știm din exemplul nostru de ardere a lemnului este favorabilă. Și vom folosi această cale care practic va fi o cale care să permită liza treptată a glucozei, o reacție favorabilă, la pașii individuali care o stabilesc astfel încât sinteza ADP la ATP este favorizată în ciuda unui ATP fiziologic/ Raportul ADP. Acum vreau să subliniez că acest lucru ilustrează cu adevărat, înapoi la acel lucru compus de înaltă energie, că ATP nu este singura monedă energetică din celulă. De fapt, glucoza este mult mai multă energie pentru o celulă decât ATP. Obțineți mult mai multă energie eliberată din arderea lemnului decât obțineți din hidroliza ATP. Și, în esență, acesta este motivul pentru care folosim glucoza - de ce natura a folosit glucoza și alte molecule asemănătoare ca dispozitiv de stocare a energiei , deoarece aici este o moleculă relativ stabilă, poate sta mult timp și poți arde. atunci când aveți nevoie de el pentru a vă menține raportul ATP-ADP ridicat. În regulă. Deci, la nivelul reacțiilor și căilor de acum, cum putem folosi oxidarea glucozei și o cuplam pentru a conduce sinteza ATP? Ei bine, sperăm că este foarte clar că, practic, trebuie să stabilim o situație ca acest sistem creatină-creatina-fosfat despre care am discutat deja. Și așa că vreau să încep prin a discuta, care sunt reacțiile în glicoliză care în cele din urmă se comportă astfel și permit această sinteză favorabilă ADP-la-ATP? Și apoi vom merge mai departe și vom analiza cum putem face ca acele reacții să funcționeze în contextul unei întregi căi care permite oxidarea glucozei. În regulă. Acum, la fel ca creatina, fosfatul și creatina, ambele etape ale glicolizei care favorizează sinteza ATP implică intermediari în care există fosfat pe o moleculă, plus ADP se duce la ATP plus fosfatul care provine din acea moleculă. Acum, dacă mergem la sistemul nostru de creatină-creatina-fosfat , evident că acest echilibru trebuie să fie la dreapta. Și astfel primul dintre acestea este după cum urmează. Acesta implică această moleculă, fosfoenolpiruvat, denumită și PEP. Veți vedea pe parcursul cursului că ne place să dăm aceste mici acronime metaboliților noștri, deoarece este greu să spunem și să scriem în mod constant fosfoenolpiruvat. Mult mai ușor de spus PEP. Deci fosfoenolpiruvatul plus ADP merge la ATP. În plus, dacă scot fosfatul de acolo, primesc această moleculă. Această moleculă este enolpiruvat. Enolpiruvatul poate fi rearanjat după cum urmează. Pentru a face această moleculă o cetonă piruvat. Veți observa, sperăm că vă amintiți de la cursurile de chimie organică că cetonele precum piruvatul pot exista în două forme. Ele pot exista sub formă de cetonă sau formă de enol, rearanjandu-se prin chimia pe care am arătat-o. Forma ceto este foarte favorizată față de forma enol. Cu toate acestea, având o capcană de fosfat piruvați forma enol - fosfoenolpiruvatul, când eliminați fosfatul și dorește să existe în formă ceto, crește foarte mult energia acestuia - practic face ca reacția, echilibrul să dorească să se afle foarte departe. La dreapta. Și prin trucuri chimice ca acesta și altele asemănătoare, veți vedea folosite din nou și din nou în biologie. De fapt, acest lucru este ilustrat, dacă am întreba care este delta G0 prim pentru această reacție, este minus 15 kcal pe mol. Asta ne spune că echilibrul acestei reacții se află la dreapta. De fapt, se află mult la dreapta și, de fapt, acesta este... vă puteți aminti că hidroliza ATP este negativă de 7,5 kcal pe mol. Deci se află de două ori mai departe la dreapta decât hidroliza ATP. Și de fapt, acest minus 15 kcal pe mol este cel mai favorabil, cel puțin în ceea ce privește reacțiile individuale pe care cel puțin eu le cunosc în metabolism. În regulă. Ei bine, dacă acest echilibru pentru aceasta este PEP la piruvat, aici este delta G0 prim pentru ATP-ADP. Deci, dacă vrem să știm care este delta G0 prim pentru întreaga reacție, ei bine, dacă PEP la piruvat este minus 15, ATP la ADP este minus 7,5. Ei bine, mergem în direcția opusă, deci ar fi plus 7,5. Deci este minus 15 plus 7,5, înseamnă că pentru întreaga reacție, aceasta este minus 7,5 kcal pe mol. Înseamnă că acest lucru este favorabil, echilibrul se află la dreapta. Dacă am scos-- nu o voi face din nou pentru că am făcut-o mult, dar dacă am retras această ecuație, înlocuind piruvatul și PEP în locurile corecte, acolo pentru creatină, fosfat și creatină, ați vedea că există o mulțime de condiții în interiorul celulelor care vor favoriza sinteza ATP chiar și atunci când raportul ATP-ADP este mare. În regulă. Această reacție este catalizată de o enzimă numită piruvat kinază. Iar piruvat kinaza este un exemplu clasic de „reacție ireversibilă”, ghilimele fără ghilimele. Cu toate acestea, vreau să subliniez că enzima piruvat kinaza este de fapt numită pentru reacția inversă care se presupune că este ireversibilă. Piruvat kinaza. Dacă iei piruvat și acționezi asupra kinazei după cum înveți de la profesorul Yaffe, asta fosforilează ceva. Fosforilați piruvatul, obțineți fosfoenolpiruvat piruvat kinaza. Și deci amintiți-vă că absolut nicio reacție nu este reversibilă. Este doar inversat - ceea ce înseamnă ei prin ireversibil atunci când se spune că pasul piruvat kinazei în glicoliză este ireversibil, este că este efectiv ireversibil în condițiile care sunt compatibile cu viața care există în celule. Desigur, dacă aveți ADP foarte scăzut și ATP foarte mare, puteți găsi o modalitate de a sintetiza PEP. Pur și simplu nu poți conduce reacția inversă sub raportul piruvat ATP-ADP și PEP care există fiziologic în celule. Cu toate acestea, acest lucru este configurat astfel încât să puteți favoriza sinteza ADP-la-ATP prin conversia PEP în piruvat într- o cale, așa cum vom vedea că se întâmplă în glicoliză. În regulă. Acum, a doua reacție pe care vreau să... care permite sinteza ATP în glicoliză este catalizată de o enzimă numită fosfoglicerat kinază. Și aceasta duce la următoarea reacție. BINE. Deci această moleculă este 1,3-bisfosfoglicerat, prescurtat 1,3-BPG. Și practic fosfatul este transferat de aici în ADP, care îți dă această moleculă, 3-fosfoglicerat sau 3-PG. Deci, această reacție, prima delta G0 pentru întreaga reacție cuplată, ambele etape ale reacției, este minus 4,5 kcal pe mol. Vă vorbește despre constanta de echilibru. Echilibrul se află la dreapta, nu se află la fel de departe la dreapta precum PEP plus ADP merge la reacția ATP plus piruvat, dar, cu toate acestea, este unul în care există o mulțime de condiții care sunt favorabile în celule pentru a menține un raport ridicat ATP-ADP. , deși vom vedea mai târziu că această reacție se desfășoară de fapt destul de aproape de echilibru în celule, deci există condiții în care poate merge și în direcția opusă și vom ajunge la asta mai târziu în curs. Vreau să subliniez un lucru despre asta, un lucru care face această reacție favorabilă, deoarece observați aici că acesta este un fosfat pe o grupare acidă, o așa-numită anhidridă acidă. Și acesta este un donor destul de bun de fosfat. Și așa vrei să pierzi acel fosfat, care este unul dintre motivele pentru care această reacție este favorabilă pentru sinteza ATP chiar și la rapoarte mari ATP-ADP. În regulă. Deci acestea sunt cele două reacții în glicoliză care pot favoriza sinteza ATP la un raport ATP-ADP ridicat, la fel ca creatina și creatina fosfat. Și, sperăm, că acum a devenit evident pentru tine că dacă în timpul căii noastre de catabolism al glucozei putem construi o cale care cuplează ceea ce știm deja că este favorabil, oxidarea glucozei, pentru a genera acești intermediari, PEP și 1,3-bisfosfoglicerat, lacerat, putem apoi construiți o cale în care acele reacții pot face sinteza ATP favorabilă, chiar dacă există un raport mare ATP-ADP în celule și, de fapt, mențineți acel raport ridicat ATP-ADP în celule. Și, în esență, aceasta este logica sau scopul, dacă vreți, al glicolizei și de ce este important să furnizați energie celulelor. BINE. În regulă. Acum, dacă vom crea o cale în care oxidarea glucozei este cuplată cu producerea de PEP și 1,3-bisfosfoglicerat, este evident că trebuie să adăugăm fosfat în sistem. Nu există nicio moleculă de fosfat pe glucoză. Acum am menționat deja mai devreme-- și tocmai l-am șters-- că pentru a prinde glucoza în celulă, primul pas în glicoliză, adaugi fosfat. Dar acel donator de fosfat este ATP. Și deci ATP fiind donatorul de fosfat nu ne ajută aici. Dacă vom folosi transferul de fosfat aici, trebuie să avem fosfat adăugat în sistem dacă acest lucru va funcționa. Nu putem avea ATP ca donor de fosfat. Ați văzut și o mulțime de reacții de la profesorul Yaffe care au implicat reacții de transfer de fosfat. Dar din nou, ATP-- sau GTP este donatorul de fosfat. Și așadar, pentru ca acest sistem să funcționeze, avem nevoie de o modalitate de a obține fosfat anorganic pe un carbohidrat sau nu putem face lucruri precum PEP sau 1,3-bisfosfoglicerat care să permită sinteza ATP. Acum am văzut deja mai devreme că fosfatul suplimentar față de glucoză nu este favorizat. Amintiți-vă, delta G0 prim al glucozei de fosforilare a fost plus 3,3 kcal pe mol. Și se pare că echilibrul se află în partea greșită, așa că nu putem face asta fără ATP sau aport de energie. Și se dovedește că acest lucru este valabil și pentru alte zaharuri. Și deci aveți nevoie de energie pentru a adăuga fosfat la zaharuri. O mulțime de energie din oxidarea glucozei, dar avem nevoie de o reacție în care adăugarea de fosfat este cuplată cu o altă reacție care o face favorabilă și trebuie să facem acest lucru fără a produce ATP. Și din nou, ilustrează, din nou, energia biologică nu este doar despre ATP. La un nivel mai profund, este ceva diferit. Și așa că pentru a discuta cu adevărat acest lucru și a-l înțelege, trebuie să introduc două concepte care vor apărea din nou și din nou în această clasă și în metabolism. Primul dintre acestea este un concept bioenergetic la nivel foarte înalt , deși este într-adevăr un concept energetic și revine la ceea ce am vorbit deja. Deci, știm că arderea lemnului este favorabilă. CN H2O N plus oxigen se transformă în CO2 plus apă. Asta înseamnă arderea lemnului, multă energie eliberată. Desenați-o acolo pentru o moleculă cu o singură glucoză și care este eliberarea de energie prima delta G0 pentru acea reacție. Acum vreau să subliniez din punct de vedere chimic ce se întâmplă în această reacție. Din punct de vedere chimic, ceea ce se întâmplă pentru ca acest lucru să se întâmple este că electronii din carbon sunt mutați în oxigen. Schimbați starea de oxidare a carbonului și a oxigenului pentru a efectua această reacție. Oxigenul este un acceptor de electroni mai bun decât carbonul și, prin urmare, transferul acelor electroni de la carbon la oxigen este favorabil. Asta este, în esență, ceea ce se întâmplă în această reacție foarte favorabilă de a arde lemnul. Permiteți-mi să ilustrez asta puțin mai explicit aici. Deci carbonul-- majoritatea carbonilor din carbohidrați sunt alcooli. Deci aici, puteți numi acest lucru carbohidratul nostru, cu excepția cetonei sau aldehidei dacă este o cetoză sau o aldoză. Toți ceilalți atomi de carbon din zahăr sunt alcooli. Toate celelalte legături de acolo. Și deci dacă oxidăm acel carbon , adică dacă scoatem electroni din carbon, cum putem face asta? Deci aici generează acest ion hidrură H. Acesta este, în esență, doi electroni pe care îi scoatem din carbon. Asta ne dă o cetonă. Deci, dacă oxidăm alcoolul și scoatem doi electroni, obținem cetona. Am putea oxida această cetonă în continuare. Asta ne va da acidul carboxilic. Dacă îl oxidăm și mai mult, acum obținem CO2. Deci, deplasându-mă în această direcție, aceasta este oxidarea. Transferarea electronilor de la carbon la oxigen pentru a merge în această direcție de oxidare, adică oxidarea glucozei este ceea ce se întâmplă atunci când ardem lemn. Este ceea ce se întâmplă atunci când ardem glucoza. Energia este eliberată. Acesta este, în mare parte, ceea ce este catabolismul în sistemele biologice. Acum motivează, deci, că dacă ne vom mișca în direcția opusă, așa-numita reducere, atunci se merge în această direcție. Reducere. Aceasta este în mare parte stocarea energiei sau anabolism în metabolism. Stocăm energie pe care o putem arde mai târziu. Și, desigur, care este versiunea mai extremă a asta? Ei bine, ce se întâmplă dacă mai adăugăm doi electroni carbonului care merge în această direcție? Ei bine, cu ce ajungem? Ei bine, acum ajungem cu carbon saturat. mai redus decât alcoolul este carbonul complet saturat. Veți vedea mai târziu că asta este grăsimea. Ai văzut asta în unele dintre prelegerile anterioare. Este, de asemenea, ceea ce este benzina. Ce este benzina? Sunt hidrocarburi complet saturate pe care apoi le ardem până la CO2 și obținem energie. La fel ca arderea lemnului, arderea benzinei într-un singur pas, oxidarea benzinei vă oferă energie. Este mai multă energie în benzină. Puteți elibera mai multă energie pe greutate din benzină, din hidrocarburi complet saturate decât din lemn. Același lucru se întâmplă aici. Ce are mai multe calorii în mâncarea ta? Toată lumea știe că grăsimea are mai multe calorii pe greutate decât zahărul. Se datorează faptului că, cu cât carbonul nostru este mai redus, cu atât stochează mai multă energie și, pe măsură ce oxidăm acel carbon, acesta este ceea ce eliberează energia. Deci, transducția energiei în sistemele biologice - și de fapt, în sistemele non-biologice, așa cum tocmai am ilustrat cu exemplul lemnului și benzinei, dar cu siguranță în sistemele biologice, este în mare parte despre reacții de oxidare și reducere și veți vedea asta. venind iar şi iar. Acum, pe baza a ceea ce tocmai am spus, adevărata magie, dacă vreți, a glicolizei poate fi rafinată și mai mult pentru a spune că ceea ce face glicoliza este cuplează oxidarea favorabilă a carbonului cu reacții care permit adăugarea de fosfat și producerea de intermediari, cum ar fi PEP. și 1,3-bisfosfoglicerat, unde sinteza ATP este favorizată în ciuda raportului ridicat ATP-ADP din celule. Dacă vă gândiți bine, acel proces vă permite să păstrați acel raport ATP-ADP în intervalul în care poate fi util pentru toate motivele despre care am vorbit acum în două prelegeri. Permite celulei să cupleze acel raport ATP-ADP, care, în hidroliza ATP, poate efectua altfel reacții nefavorabile. BINE. Deci, pe baza acestui lucru, probabil cheia, sau cel puțin o reacție foarte importantă în glicoliză, este etapa de oxidare care se întâmplă să adauge fosfat și, de asemenea, se întâmplă să producă 1,3-bisfosfoglicerat, despre care am văzut mai devreme că poate fi folosit pentru a conduce sinteza ATP. Și astfel acea reacție este următoarea. Deci, sperăm că această moleculă vă pare familiară din prelegerile despre carbohidrați. Aceasta este D-gliceraldehidă 3-fosfat. Îl voi prescurta frecvent este G-3P pentru gliceraldehidă 3-fosfat, dar este D-gliceraldehidă 3-fosfat. Amintiți-vă, este un D, zahăr, pentru că grupul OH este îndreptat spre dreapta așa cum l-am desenat astfel. Este, de asemenea, o aldoză pentru că este un zahăr aldehidă și este fosforilat în poziția 3-- amintiți-vă că modul în care am numărat zaharurile începea de la carbonil-- 1, 2, 3. Acesta este carbon-3, fosforilarea în poziția 3. Gliceraldehidă 3-fosfat. BINE. Deci, acest pas generează 1,3-bisfosfoglicerat. Ei bine, pentru a face asta, sunt de fapt două lucruri care s-au întâmplat aici. Mai întâi a trebuit să adăugăm fosfat la aceasta. Pe el scrie doi fosfați . bisfosfoglicerat, acesta are un singur fosfat. Deci, trebuie adăugat fosfat anorganic pentru a genera acea moleculă. Apropo, adăugând că fosfatul delta G0 prim este pozitiv plus 1,5 kcal pe mol. Asta înseamnă chiar și echilibru, această reacție s- ar afla la stânga, desigur, deoarece delta G0 prim este pozitivă. Cu toate acestea, amintiți-vă că următorul pas în aval de acesta este cel afișat aici, unde facem sinteza ATP. Acest pas este foarte favorabil. Deci acesta este un exemplu în care metabolismul a cuplat un pas foarte favorabil cu un pas care este mai puțin favorabil. Acest lucru poate menține nivelurile de 1,3-BPG scăzute și poate trage întregul sistem înainte, trucul metabolic despre care am discutat în ultima prelegere. BINE. Veți observa că celălalt lucru care se întâmplă aici, în afară de adăugarea acelui grup fosfat, este că am schimbat această aldehidă într-un acid carboxilic. Aceasta este o reacție de oxidare. Cetona la acid este o reacție de oxidare. Voi ilustra aici acest lucru, astfel încât să puteți vedea de ce este o reacție de oxidare. Deci iată aldehida noastră. Dacă luăm electroni din carbon și asta generează acest ion hidrură la electroni, cu ce rămânem? Ei bine, am rămas cu acest intermediar care nu va exista niciodată cu o sarcină pozitivă pe carbon. Apa, care, desigur, este abundentă în sistemele biologice. Și apoi vino... OK. Și practic ilustrează că, pe măsură ce trec de la aldehidă la acid, desigur, fac un proton și un ion hidrură, dar într-adevăr, am schimbat starea de oxidare a carbonului de la cetonă la starea acidă. Doi electroni se pierd acolo, este arătat ca acel ion hidrură. BINE. Deci, ce înseamnă asta? Ei bine, asta înseamnă că trebuie să menținem acel echilibru și în această reacție. Deci va trebui să intre apa și va fi produs un proton. Dar lucrul cheie este că generăm și doi electroni, acest ion hidrură care trebuie să meargă undeva. Acum, găsirea unui loc pentru cei doi electroni este ceea ce aduce la iveală al doilea concept de nivel înalt despre care acum trebuie să-l discut ceva timp. Și acest al doilea concept de nivel înalt pe care trebuie să îl introduc este rolul cofactorilor, iar cofactorii este, de asemenea, efectiv rolul vitaminelor și rolul pe care aceste lucruri îl joacă în metabolism. Majoritatea vitaminelor sunt folosite pentru a susține reacțiile metabolice și vom afla totul despre ceea ce multe dintre vitaminele pe care le cunoașteți citind partea din cutia de cereale fac de fapt pe parcursul cursului. Acum, cofactorii, așa cum am spus, implică adesea vitamine, sunt molecule care oferă grupuri chimice utile care facilitează chimiile de reacție necesare în metabolism. Deci, ele oferă câteva grupuri chimice utile pentru a facilita unele dintre chimiile de care avem nevoie pentru a desfășura reacții metabolice. Ele sunt, în general, în cantități mici nestoichiometrice pentru a îndeplini această funcție. Ce vreau să spun prin asta? Înseamnă că vă puteți imagina că celula va transforma o mulțime de gliceraldehidă 3-fosfat în 1,3-bisfosfoglicerat, dar enzima, nu aveți nevoie de o enzimă pentru fiecare dată când convertiți acea reacție. Aceeași enzimă o poate face din nou și din nou și din nou. Ei bine, se pare, cofactorii sunt mult mai mult ca enzimele din acest punct de vedere. Ele trebuie reciclate într-un mod care să poată cataliza rulajul reacției de multe, de multe, de multe ori și va fi mult mai clar ce vreau să spun prin asta când vom intra în unele detalii. Acum, conceptul de vitamină provine din faptul că de multe ori acești cofactori sau părți ale cofactorilor nu sunt fabricați de animale, nu sunt fabricați de oameni. Dacă nu sunt făcute de noi, dar avem nevoie de ele pentru a ne face metabolismul, ei bine, acum trebuie să le luăm din dietă, iar acesta este într-adevăr conceptul de vitamine. Acestea sunt lucruri mici pe care trebuie să le obținem în cantități din dietă și se dovedește că sunt foarte importante pentru a ne ajuta să realizăm metabolismul pe care îl facem. Ca o parte, industria vitaminelor este o afacere foarte mare. O mulțime de afirmații nefondate acolo. Nu am de gând să intru în... asta poate deveni foarte politic. Voi spune doar că știi că mai mult nu este întotdeauna mai bine, iar scopul acestei clase este de a înțelege cu adevărat ce fac unele dintre aceste vitamine . BINE. Acum, cofactorul relevant pentru reacția despre care vorbim este un cofactor numit nicotinamidă adenin dinucleotidă, care este întotdeauna abreviat NAD sau NAD+. Aceasta înseamnă nicotinamidă adenin dinucleotidă. Vedeți de ce vrem să prescurtăm acel NAD. Și, în principiu, ceea ce este nicotinamidă adenin dinucleotida este un factor care ne poate rezolva problema unde să punem acești electroni în această reacție de oxidare. Adică, puteți accepta doi electroni dintr-o reacție ca aceasta aici și puteți trece la o altă formă a cofactorului numit NADH. În regulă. Ce este nicotinamida adenin dinucleotida? Ei bine, mai întâi, să desenăm cum arată. BINE. Îmi pare rău că s-a strâns puțin aici. Deci aici este adenina. Acest grup de aici este nicotinamida. Deci, dacă te uiți la asta, aceasta este o dinucleotidă. Și deci aici jos, acesta, desigur, este, de aici în jos, AMP. Fosfatul acela este acum aici. Aceasta este o nucleotidă separată, unde, în loc să aibă una dintre bazele AGCTU cu care sunteți obișnuit din ARN și ADN, nicotinamida este baza. Și așa este acest AMP plus această bază de nicotinamidă este un monofosfat sau o nicotinamidă adenin dinucleotidă. Aceasta, grupa nicotinamidelor, este derivată dintr-o vitamina numită niacină. Și din partea cutiei de cereale, asta face niacina. Vă permite să generați grupul de nicotinamidă care face parte din acest cofactor, nicotinamidă adenin dinucleotidă. Acum, nicotinamidă adenin dinucleotida este utilă din cauza a ceea ce poate face acel grup de nicotinamidă. Și așa că nu am de gând să scot întreaga moleculă, dar îți voi arăta. Deci, NAD+, care este forma oxidată a dinucleotidei nicotinamidă adenină , este așa cum am desenat-o acolo. Deci, aici ar fi atașat la restul dinucleotidei. Deci aceasta este forma oxidată. Pot avea... iată ionul meu hidrură, care, ține minte, este doi electroni. Dacă efectuez acea chimie pentru a adăuga cei doi electroni la grupul de nicotinamide, acum ajungeți cu forma redusă de nicotinamidă adenin dinucleotidă NADH. Deci, diferența dintre NAD+ și NADH, este H, dar de fapt cei doi electroni au fost adăugați în adăugarea acelui H. Deci este formă oxidată și formă redusă. Așa că nu uitați, vreau să subliniez acest lucru din nou, cel puțin în biologie nu putem crea sau distruge materia. Poți face asta în fizica nucleară, dar noi nu putem face asta în biologie. Și asta înseamnă că, dacă facem un transfer de electroni așa cum am făcut în această reacție în care am oxidat aldehida din gliceraldehidă 3-fosfat la acidul din 1,3-Bifosfoglicerat, acești electroni trebuie să fie luați în considerare. Și deci, dacă o moleculă este oxidată, alta trebuie redusă. Deci, reacțiile redox, adică reacțiile redox, de oxido-reducere, trebuie să aibă loc întotdeauna în perechi. Și așa că acolo avem aldehida din gliceraldehidă 3-fosfatul este oxidat pentru a forma acidul în 1,3-bisfosfoglicerat. Ca parte a acestei reacții, o putem cupla astfel încât gruparea nicotinamidă, care este oxidată în NAD, poate fi redusă la gruparea nicotinamidă care se găsește în NADH. Deci, asta înseamnă că putem trage acest lucru aici, este că având acel cofactor cuplat la această reacție acum ne permite să rezolvăm problema redox a acestei reacții. Acum, această reacție aici este catalizată de o enzimă numită glicerol 3-fosfat dehidrogenază. Voi scoate asta în al doilea. Adesea abreviat GAPDH, controlul de încărcare în toate western blots, este enzima GAPDH, gliceraldehidă fosfat dehidrogenază. Aceasta este enzima care realizează acea reacție. Acum observați, numele se potrivește. Este o dehidrogenază, îndepărtează un hidrogen, îndepărtează doi electroni ca ion hidrură, dar este cu adevărat... ceea ce este important aici este mișcarea electronilor, nu hidrogenul în sine. Deci, în acest fel, este puțin înșelător. Și veți vedea că, în general, dehidrogenazele sunt clase de enzime care catalizează reacțiile de oxidare-reducere și, ca urmare, implică adesea NAD/NADH ca cofactori, deoarece facilitează acele reacții de transfer de electroni. BINE. Deci acum putem descrie modul în care funcționează GAPDH în detaliu. Și astfel, chimia GAPDH funcționează după cum urmează. Și astfel, în locul activ al GAPDH, există un reziduu de cistină. Acel reziduu de cistină are un sulf arătat aici. De asemenea, legat în apropierea locului activ este în molecula NAD pentru a cataliza reacția prezentată. Acel NAD trebuie să fie în stare oxidată, deci este NAD+. Și astfel gliceraldehida 3-fosfat se leagă la locul activ. Există gliceraldehidă 3-fosfat. Apropo, vă voi arăta câte reacții în metabolism funcționează chimic. Evident că nu avem timp la această clasă, o clasă de prezentare generală pentru a analiza toate detaliile chimice grozave ale a ceea ce se întâmplă și exact cum funcționează totul, dar voi încerca cel puțin să vă ofer o aromă a chimiei care se întâmplă pe tot parcursul cursului. În regulă. Deci, odată ce ai, atunci... OK. Deci, acum aveți acest intermediar legat de site-ul activ al enzimei. Acum puteți efectua oxidarea acelui carbon. Deci, aceștia sunt doi electroni care sunt îndepărtați ca ion hidrură. Ele pot fi transferate în NAD în site-ul activ. Asta generează NADH prin chimia exactă pe care tocmai v-am arătat-o. BINE. Acel NADH acum trebuie schimbat sau enzima nu va putea cataliza următoarea serie de reacții, iar acel NADH va merge apoi altundeva și, desigur, trebuie să fie transferat înapoi la NAD, dar asta nu se întâmplă. în această reacție, per se. BINE. În continuare, aici, veți observa, este că, după modul în care a funcționat această chimie, am format această legătură tioesterică în locul activ. Acesta este un alt lucru pe care îl veți vedea iar și iar în metabolism. Acest sulf din legătura tioesterică este un grup bun de ieșire și, prin urmare, creează o situație care va ajuta acum la adăugarea de fosfat. Deci aici, voi scoate fosfatul anorganic. Și asta, desigur, ne va oferi locul activ al enzimei identic cu care am început plus 1,3-bisfosfoglicerat. Și acel 1,3-bisfosfoglicerat poate fi acum cuplat la sinteza ATP pentru a face 3-fosfoglicerat. Și astfel puteți vedea, în esență, ceea ce a făcut această reacție este că a cuplat oxidarea aldehidei la acid, a aldehidei din 3-fosfat la acidul din 1,3-bisfosfoglicerat, care apoi poate face fosforilarea ADP. pentru a face ATP. Deci, în esență, aceasta este fosforilarea oxidativă. Acum îmi dau seama în liceu sau la alte clase, fosforilarea oxidativă înseamnă ceva diferit pentru tine și, bineînțeles, vom discuta despre procesul care se numește fosforilare oxidativă în detaliu mai târziu în acest curs. Dar vreau să subliniez că chimia care se întâmplă de fapt aici în glicoliză este și fosforilarea oxidativă. Practic, acesta este modul în care ați cuplat această oxidare favorabilă a carbonului care are loc la acest pas GAPDH într-un mod care vă permite să sintetizați ATP la un raport ridicat ATP-ADP, care în cele din urmă va permite celulelor să facă lucruri altfel nefavorabile. BINE. Acum suntem gata să discutăm despre aceste reacții, reacția GAPDH, reacția piruvat kinazei, reacția fosfoglicerat kinazei și modul în care se încadrează în glicoliză ca cale metabolică într-un mod care permite celulelor să folosească metabolismul glucozei - adică descompunerea glucozei, arderea glucozei ca modalitate de a obține energie. Și această cale este, desigur, glicoliza sau liza glucozei pe care am menționat-o mai devreme. Glicoliza este o cale foarte veche și omniprezentă. Este folosit în esență de toată viața de pe Pământ și probabil a fost de cel puțin 2 până la 3 miliarde de ani. Glicoliza, cred, ca cale a fost, citat fără ghilimele, „descoperită” la mijlocul secolului al XIX-lea de Louis Pasteur, iar Louis Pasteur, desigur, a descris viața, microorganismele ca fiind responsabile pentru procesul de fermentație. Adică, conversia glucozei în alcool, lucru de care mulți studenți sunt interesați, precum și alți acizi organici. Și, desigur, fermentația pentru a face alcool sau pentru a stoca alte tipuri de acizi organici a fost folosită în conservarea alimentelor de secole, motiv pentru care descoperirile lui Pasteur au avut atât de impact la acea vreme. Acum, deși Pasteur a descoperit acest lucru, nu a înțeles cu adevărat din punct de vedere chimic cum funcționează și, de fapt, au fost nevoie de decenii pentru a-și da seama. Și când în sfârșit a fost descoperit și descris ca cale numită glicoliză, acest lucru a fost făcut de doi chimiști, doi chimiști din Germania, Embden și Meyerhof. Și, practic, ceea ce au făcut a fost că au reunit mai multe activități enzimatice sau chimice care au fost purificate din lizate celulare în principal din drojdie și le-au folosit pentru a construi o cale care descrie chimic cum ai putea începe cu glucoză și descompune chimic acea glucoză într-un mod care a avut sens în această cale de fermentație și de aceea glicoliza este uneori numită calea Embden-Meyerhof. Acum, glicoliza nu transformă complet glucoza în CO2. În schimb, ceea ce face glicoliza este că transformă glucoza, așa că voi desena aici sub formă de piranoză. El transformă glucoza printr-un număr de pași în două molecule de piruvat de acid organic, care, desigur, a fost produsul acelei reacții piruvat kinazei pe care am arătat-o ​​mai devreme. Rețineți că fermentația pe care a descris-o Louis Pasteur a fost în continuare metabolizarea acelui piruvat în altceva. În cazul drojdiei, era etanol sau alcool etilic, sau altceva. Produsul fermentativ la mamifere este acest acid lactat organic. Și ceea ce vom vedea data viitoare este că această fermentație a piruvatului într-una dintre aceste alte molecule ajunge să fie o alternativă la oxidarea ulterioară a piruvatului la CO2, care necesită oxigen, iar motivul pentru care oxidarea piruvatului la CO2 necesită oxigen este că în cele din urmă avem să regenerăm acel NADH pe care l-am produs în glicoliză pentru a permite acelui cofactor să circule și glicolizei să se continue în mișcare. Fermentarea ne oferă o modalitate alternativă de a face acest lucru, despre care vom discuta în detaliu în cursul următoare. Dar mai întâi vreau să mă concentrez pe glicoliză și pe ceea ce putem descrie data viitoare drept cum putem construi o cale de a transforma glucoza în piruvat. Această glicoliză, această cale Embden-Meyerhof și unele dintre detaliile acelei căi sunt prezentate aici pe acest diapozitiv. Și aici vom începe următoarea prelegere, discutând modul în care fiecare dintre acești pași în glicoliză funcționează într-un mod care să permită unei căi de a genera fosfoenolpiruvat, 1,3-bisfosfoglicerat, să încorporeze această reacție GAPDH și să facă acest lucru într-un fel. este în general favorabil din punct de vedere energetic pentru a permite celulei să cupleze această oxidare a glucozei cu menținerea raportului ATP-ADP în intervalul potrivit pentru a sprijini alte funcții nefavorabile ale celulei. Bine, multumesc.