ATP 가수 분해에서 얼마나 많은 에너지가 방출됩니까?

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ATP 는 종종 셀의 에너지 통화로 불린다. 수백 명의 반응은 세포에서는 대사 변환하 신호 이벤트가 결합을 가수분해(그대로 의미는”물을 풀어”)ATP 해 물. 반응 ATP+H2O<>ADP+Pi 변환하 투여한 triphosphate(ATP)으로 아데노신 인산(ADP)및 무기산염(Pi). 이 반응과 관련된 자유 에너지 변화는 막 전위와 환원력이 다른 두 가지 지배적 인 에너지 원 인 세포 반응의 큰 부분을 유도합니다. 그러나 정확히이 에너지 통화의 가치는 얼마이며 구매할 수있는 화학 거래에 대해 무엇을 드러내는가? 물론 아무도 없이 질문에 대답 때문에 양의 에너지에 의해 해방이 가수분해 반응에 따라 달라 세포내 조건이지만,그것을 가능하 느낌을 얻을 위한 대략적인”value”이 통화에 의지하여 몇 가지 간단한 추정치입니다.

림 1:의 관계 Gibbs 유의 에너지 ATP 가수분해 표준 조건에서 평형 일정과의 관계를 무료로 에너지의 가수분해 생리적 조건에서의 생리적 반응물 농도.

깁스 무료 에너지경(ΔG)인 ATP 가수분해에 따라 달라집 농도의 다양한 참가자 반응 그림 1 에 도시 된 바와 같이. 농도가 평형 값으로부터 멀어 질 때,ΔG 의 절대 값은 더 크다. “표준”조건 하에서(즉 의 농도 1M 에 대한 모든 반응물을 제외하고 물은 촬영에서의 특징은 농도의 55)깁스 무료로 에너지의 ATP 가수분해에 따라 다릅 -28-34kJ/mol(즉,≈12kBT,BNID101989)농도에 따라 양이온 Mg2+. Mg 이온에 대한 의존성은 양전하를 띤 마그네슘 이온이 ATP 분자를 안정화시키는 데 도움이되기 때문에 발생합니다. 그러나 셀에서 조건은 표준 상태 값에도 근접하지 않습니다. 예를 들어,1M ATP 의 농도는 용질의 질량이 물 용매 자체의 질량과 유사 할 것임을 의미합니다. 그림 1 에서 우리는 종종 복잡 유도의 생리적 자유에너지(ΔG)정 비율의 농도 표준에서 값(ΔGo). 대수로 단위를 돌보기 위해 필요한 것과 같은 용어 별 구분은 항상 단일체가없는 용어를 포함해야합니다. 그것은 때때로 놀라운 일이 생각하는 경우 셀에서 평형의 값 ΔG 었을 것입 제로,없을 것이라 에너지에 의해 얻을 수 ATP 가수분해. 다행히도 이것은 살아있는 유기체의 경우는 결코 아닙니다. .

표 1:다양한 유기체 및 상이한 생리 조건 하에서 ATP 가수 분해를위한 자유 에너지. -37.6kJ/mol 의 ΔG’0 값을 기반으로 ΔG’계산을 유추했습니다. 이것은 테이블 값을 그들 사이에서 일관되게 만들지 만 기본 소스에서보고 된 ΔG’값으로부터 작은 편차를 만듭니다. 이러한 편차는 이온 강도,pH 및 측정 방법 편견의 변화로 인해 발생할 수 있습니다. 값은 하나 또는 두 개의 유효 숫자로 반올림됩니다. Pi 농도가보고되지 않은 시금치에서는 10mM 의 특성 값이 사용되었습니다(BNID103984,103983,111358,105540).

연습에서의 생리적인 조건에 따라 달라지는 유기체 연구되고 있고,조직 또는 실 세포 내에서 고려하고 현재는 에너지 요구에 대한 대사와 다른 반응이다. 예를 들어,에 끼얹는 쥐 간 ATP ADP 비율이 약 10:1cytosol 지만 1:10 에 미토콘드리아에서 높은 요금의 분해 및에서 저렴한 요금의 분해 두는 비율이었다 훨씬 가깝 1(BNID111357). 따라서 ΔG 에 대한 값의 범위가 예상됩니다. 이 범위를 이해하는 열쇠는 Q 가 K 와 얼마나 다른지,즉 농도가 표준 조건과 어떻게 다른지에 대한 감각을 얻는 것입니다. 모든 관련 성분(ATP,ADP 및 Pi)의 전형적인 세포 내 농도는 mM 범위에 있으며 표준 조건보다 훨씬 낮습니다. 비율/와 농도에서 mM 범위보다 훨씬 낮은 하나,그리고 반응을 것입 정력적으로 보다 더 유리한에서 표준 다음과 같은 조건에서 표 1. 가장 높은 값을≈-70kJ/mol(≈30kBT)계산되었 값에서는 인간의 근육의 선수들이 복구하는 다음과 같은 노력(BNID101944). 포도당에서 자라는 대장균 세포에서 -47kJ/mol 의 값이보고되었다(≈20kBT,BNID101964). 을 두 관점에서 이러한 숫자,분자 모터는 힘이 발휘의 약 5pN(BNID101832)10nm(BNID101857)스텝 크기는 작동 순서 50pN nm,필요한 약간 더보다 10kBT 의 에너지,잘의 범위 내에서 무엇을 하나의 ATP 제공 할 수 있습니다.

ΔG 의 계산은 관련 세포 내 농도의 정확한 측정을 필요로한다. 이러한 농도는 핵 자기 공명을 이용하여 인간에서 생체 내에서 측정된다. 인(31P)의 자연 형태는 자기 적 성질을 가지므로 외부 물질을 첨가 할 필요가 없습니다. 조직의 관심 근육과 같은 위치에서 강한 자기장과 주파수의 변화에 라디오의 펄스는 추론하는 데 사용 농도의 ATP 및 Pi 에서 직접 봉우리 NMR 스펙트럼이 있습니다. E 에서. 대장균,ATP 의 농도는 ATP 생물 발광 분석법으로 더 직접적으로 측정 할 수 있습니다. 샘플 성장의 박테리아 제거 문화에서 수 있는 분석을 사용하여 루시페라아제,단백질,박테리아에서는 공생와 오징어 하지만 그에 의해 지금 가입 도구의 생물학자로 분자자를 즐길 수 있습니다. 루시페라아제 효소를 사용한 ATP 반응에서 생산하는 빛을 측정할 수 있는을 사용하여 르 미노 및 ATP 농도에서 유추할 수 있습니다. 그래서 우리는 셀의 내용을 입력으로,루시페라아제로서”device”변환하는 금액의 ATP 으로 빛이 방출하는 역으로 출력됩니다. 같은 도구를 사용하여 이러한 중 하나를 발견에서”부활”ATP 에 대한 가치가 있으로 두 배나 많은 아래로”표준”조건 때문에 농도는 더욱 유리한 앞으로 반응입니다.

우리는 마무리해 주는 서로 질문하는 이유 아데닌 뉴클레오티드 지목했으로 봉사하는 주요 에너지 통화로 GTP 와 다른 뉴클레오티드 제공 훨씬 더 작은 역할을 합니다. 나중에”냉동 사고”가 된 무작위 선택의 경우입니까,아니면 GTP,CTP,UTP 및 TTP 보다 ATP 에 선택적 이점이 있었습니까?