Определение эндергонической реакции
Эндергоническая реакция – это реакция, в которой энергия поглощается. С точки зрения химии, это означает, что чистое изменение свободной энергии является положительным – в конце реакции в системе больше энергии, чем в ее начале.
Поскольку эндергонические реакции связаны с увеличением энергии, эта энергия должна поступать от внешнего источника, чтобы реакция произошла.
В общем, реакции, которые включают создание новых химических связей, являются эндергонистическими. Химические связи «хранят» энергию реакции до тех пор, пока они не разорвутся, после чего часть энергии, которая была вложена в начальную реакцию, высвобождается.
Это принцип, на котором метаболизм глюкозы, жирные кислоты и другое биологическое топливо основано. Энергия солнечного света или другого источника, который использовался для создания химических связей в сахаре, белках или жирах, высвобождается, когда эти связи разрушаются в результате таких процессов, как гликолиз и клеточное дыхание.
В общем, метаболические реакции, которые включают в себя создание химических связей, называются «анаболическими» реакциями. Метаболические реакции, которые включают разрыв связей для высвобождения энергии, называются «катаболическими».
Именно это движение энергии через химические связи позволяет жизни существовать. Эндергонические реакции фотосинтеза и хемосинтез разрешить существам в нижней части энергетическая пирамида чтобы выжить – и кормить организмы, подобные нам, которые получают свою энергию, расщепляя сахара и жиры, чтобы высвободить накопленную энергию.
Функция эндергонических реакций
Эндергонические реакции имеют две важные цели в биологии. Одним из них является высвобождение энергии, накопленной в молекулах пищи, что позволяет организмам выживать, не собирая всю свою энергию непосредственно от солнечного света.
Другая цель состоит в том, чтобы создавать строительные блоки жизни: ДНК, РНК, белки и все другие строительные блоки клеток должны создаваться посредством реакций, которые образуют новые связи между химическими строительными блоками. Эти реакции создания связей, как правило, являются эндергоническими.
Организмам нужна энергия, чтобы расти, потому что для производства новых материалов требуется энергия. Для растений это может означать сахара, липиды и нуклеиновые кислоты, из которых сделаны их листья; для людей это означает, что липиды нашего клетка стены, белок в наших мышцах и, конечно, ДНК в наших клетках.
В большинстве случаев энергия, необходимая для строительства новых клеток, поступает из АТФ. АТФ – это хранилище молекула для энергии глюкозы; что, в конечном счете, происходит от солнца через фотосинтезирующие растения.
Примеры эндергонических реакций
Синтез ДНК / РНК
Синтез ДНК и РНК является захватывающим, потому что они не используют АТФ так же, как это делают более эндергонические реакции. Вы можете вспомнить, что ДНК имеет четыре основания – A, T, C и G. Ну, «A» базовая пара обозначает аденозин – так же, как «А» в «АТФ!»
Вместо того, чтобы расходоваться и затем регенерироваться во время синтеза ДНК, АТФ является одним из строительных материалов. Процесс начинается с трисофосфатов каждой из пар оснований: ATP, TTP, CTP и GTP.
Когда ДНК-полимераза перемещает один из них нуклеотид трифосфаты в положение, чтобы присоединиться к растущей цепи ДНК, одна из нуклеотидных фосфатных групп разрывается – и заменяется образованием новой связи между нуклеотидом и цепью ДНК!
В какой-то момент этот процесс требует энергии и использования АТФ – все нуклеотиды должны иметь присоединенные к ним фосфатные группы, чтобы эти фосфатные группы могли хранить энергию, необходимую для создания связи между нуклеотидом и цепью ДНК. ,
Но в отличие от многих катаболических реакций, эта не просто превращает АТФ в АДФ и отправляет его обратно, чтобы получить новый фосфатная группа, В этом случае АТФ, TTP, GTP и CTP остаются как часть цепи ДНК навсегда, пока цепь не разрушится!
Синтез белка
Синтез белка является более типичным примером того, как живые существа двигают энергию и добавляют ее к реакциям, чтобы образовались новые химические связи.
Во время синтеза белка различные ферменты и рибозимы работают вместе, чтобы выполнить шаги, необходимые для добавления аминокислоты в растущий белок. В целом, необходимо добавить около пяти АТФ, чтобы добавить одну аминокислоту к растущему белку. Это означает, что для каждой молекулы глюкозы, которая метаболизируется, около шести аминокислоты можно добавить к белку!
Этот процесс очень дорог для бактерии ; для клеток кишечной палочки около 95% всех производимых ими АТФ используется для синтеза белка.
Эти инвестиции в конечном итоге окупаются, поскольку такие белки, как ферменты, могут значительно снизить энергию активации, необходимую для тысяч последующих химических реакций. Но для организмов, которые не могут осуществлять клеточное дыхание, энергетический баланс ограничен!
Протеины, которые вырабатываются с помощью энергии АТФ, позволяют нашему метаболизму, мышцам и даже мозгу и органам чувств функционировать. И важно помнить, что эта энергия поступает к нам в пищу, которую мы едим – которая, в конечном счете, на дне энергетичес��ой пирамиды, происходит от фотосинтеза!
Синтез жирных кислот
В синтезе жирных кислот используется как АТФ, так и другая несущая энергию молекула – NADPH – поставлять энергию для создания жирных кислот.
Изготовление жирной кислоты отнимает много энергии; может потребоваться 7 ATP и 14 NADPH, чтобы добавить две молекулы углерода в цепочку жирных кислот, а некоторые жирные кислоты могут содержать до 26 атомов углерода!
Но жирные кислоты, как и белки, необходимы для организм функционировать и расти; они составляют большую часть клеточных и внутриклеточных мембран, а также служат другим целям.
Если жирная кислота создается с целью накопления энергии, большая часть этой энергии будет сохранена и может быть получена организмом позже, если ее запасы АТФ и сахара истощатся!
викторина
1. Что из нижеперечисленного наименее вероятно является эндергонической реакцией?A. Синтез крахмала из многих молекул сахара.B. Синтез белка из многих аминокислот.C. катаболизм жира в его одноуглеродных компонентов.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 1
С верно. Катаболизм жира в более мелкие единицы включает в себя разрыв химических связей – что высвобождает накопленную в них энергию. В общем, «катаболические» реакции являются экзергоническими и включают в себя разбиение более крупных единиц на более мелкие, тогда как «анаболические» реакции являются эндергоническими и включают синтез более мелких единиц с образованием более крупных единиц.
2. Почему ДНК-полимераза не использует АТФ?A. Поскольку синтез ДНК является Экзергоническая реакция,B. Вместо этого он использует NADPH в качестве источника энергии.C. Он использует АТФ – и другие нуклеотидтрифосфаты, которые поставляют свою собственную энергию для реакции синтеза.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 2
С верно. ДНК-полимераза действительно использует АТФ – который на самом деле является одним из строительных блоков, используемых в ДНК! Он также использует АТФ-подобные трифосфатные группы из других включенных в него нуклеотидов.
3. Что из следующего НЕ верно для синтеза белка?A. Бактерии должны метаболизировать больше сахара, чтобы оплатить энергетическую «стоимость» синтеза белка, потому что они не могут выполнять клеточное дыхание.B. Синтез белка имеет важное значение для создания ферментов, которые являются белками.C. Это высвобождает больше энергии, чем расходует.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 3
С верно. Синтез белка потребляет энергию – но выгоды стоят своих затрат!
Ссылки
- MacNaught, A.D. & Wilkinson, A. (1997). Сборник химической терминологии: Рекомендации ИЮПАК. Оксфорд: Блэквелл Наука.
- (Н.о.). Получено 29 апреля 2017 г. с сайта http://webprojects.oit.ncsu.edu/project/bio183de/Black/cellcycle/cellcycle_scripts.htm.
- Deis, F. (n.d.). Принимает ли синтез белка какую-либо энергию (АТФ)? Получено 29 апреля 2017 г. с сайта https://www.quora.com/Does-protein-synthesis-take-any-energy-ATP