Как на физическом уровне АТФ передает энергию?

Обычно в биологии (а поскольку это АТФ, то, скорее всего, это и есть биология), это одно из двух.

Гамма-фосфат (третий, самый дальний от аденозина) очень нестабилен, а это означает, что фосфоангидридную связь легко разорвать. Клетка «позволяет» ему разорваться, но только за счет перемещения фосфата на какую-то другую молекулу, например серин, глицерин, фруктозу или что-то еще. Это фосфорилирование создает связь с меньшей энергией, чем фосфоангидрид, и поэтому в целом является предпочтительным. Представьте себе персонификацию: гамма-фосфат ненавидит быть привязанным к чему-либо, но больше всего ненавидит быть привязанным к АДФ.

В качестве альтернативы, если гидролиз АТФ связан с ферментом, он обычно осуществляется за счет временного накопления энергии в конформации белка. Фермент связывает АТФ, что заставляет структуру белка «изгибаться» или приспосабливаться к АТФ. Это создает нагрузку на белок (энергия = A), которая компенсируется стабилизацией связывания АТФ (энергия = B). Этот штамм может открыть ферментативную поверхность белка, для производства которого требуется много энергии (энергия = C). Поверхность может катализировать некоторую реакцию (X+Y->Z в вашем примере), которая требует некоторой энергии (энергия = D). Завершение этой реакции изменяет каталитический центр фермента на что-то новое и с более высокой энергией (энергия = E), что может быть уменьшено расщеплением АТФ (-7,3 ккал / моль). Увы, АДФ и Р плохо вписываются в этот участок фермента, поэтому они всплывают, восстановление этой исходной АТФ-связывающей поверхности до ее исходного состояния. При условии A>B>C>D>E>-7,3 цикл будет продолжаться до тех пор, пока АТФ не будет исчерпан или у вас больше не останется Z.

Ввод «ферментный катализный цикл АТФ» дает несколько примеров. Вот некоторые из них:
ДНК-гираза
Актин-миозиновый цикл

Химические реакции основаны на столкновениях, но их вызывают только реакции с нужным количеством энергии и правильной ориентацией . Если хотя бы один из этих параметров отклоняется достаточно сильно, реагенты просто отскакивают. Внутри клетки вероятны столкновения между реагентами, так как одна молекула может столкнуться со своим ферментом в течение секунды [1, с. 6], но не в правильной ориентации. Ферменты благодаря умеренному сродству к реагентам помещают их в правильную ориентацию.

Теперь, откуда берется энергия? Молекулярная «буря» из молекул воды вокруг имеет довольно небольшую кинетическую энергию, но поскольку столкновения с ними происходят со всех сторон, они обычно компенсируют друг друга. При гидролизе АТФ высвобождается около 0,36 эВ энергии (5,8·10^-20 Дж),[2] и молекулы вокруг него колеблются . Я предполагаю, что это происходит потому, что когда химическая связь разрывается, сила отталкиваниямежду АДФ и фосфатом очень сильны на таком близком расстоянии, яростно отталкивая любую молекулу, которую они встречают на своем пути. Количество высвобождаемой энергии в 14 раз превышает среднюю кинетическую энергию окружающих молекул, поэтому это эквивалентно локальному нагреву молекулы до 3900 ºC.[2] Естественно, если гидролиз происходит внутри фермента, он вибрирует как сумасшедший и вызывает конформационные изменения. Если с ферментом связаны реагенты, они, скорее всего, столкнутся с нужным количеством энергии.

Интересно, что молекулярный шторм достаточно силен при 150 ºC, чтобы расщепить АТФ. Вот почему ученые не ожидают найти каких-либо гипертермофилов, живущих при таких теплых температурах. В настоящее время рекордсменом является археон Pyrolobus fumarii , способный выживать до 122 ºC, но его оптимальная температура составляет 113 ºC, и он «замерзает насмерть» при температурах ниже 90 ºC [Википедия].

[1] Гудселл, Д. « Машина жизни ». 2-е издание. Спрингер . 2009.

[2] Хоффманн, П. « Храповик жизни: как молекулярные машины извлекают порядок из хаоса » Basic Books . 2012.

Исследование квантовых составляющих в переносе энергии АДФ дает эту страницу, которая описывает реакцию АТФ с некоторой геометрией, помимо переноса электричества/протонов многих энергозатратных реакций, таких как клетки, такие как процесс удлинения беговой дорожки молекулы нити F-актина:

https://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/2016/cp/c6cp01364c/unauth#!divAbstract

На этой странице описывается длина F-актина и восстановление с использованием АДФ: https://m.phys.org/news/2014-09-scientists-uncover-clues-atp-mystery.html

Видео-симуляция актиновой беговой дорожки: https://m.youtube.com/watch?v=VVgXDW_8O4U

Две параллельные нити F-актина должны повернуться на 166 градусов и правильно соединиться. Это создает двойную спиральную структуру микрофиламентов, обнаруженных в цитоскелете. СПС хорошо описано на вики на этом уровне.

Это, по-видимому, подразумевает наличие «статического/магнитного» дифференциала электрического заряда, окружающего молекулы актина и переносимого в крошечной среде H2O, которая притягивает, вращает и связывает их.

Согласно этому общему исследованию, электрический дифференциал актина описывается как гетерогенный с окружающими солевыми мостиками и протонированием-депротонированием: https://www.google.com/amp/s/www.researchgate.net/figure/The-charge-distribution-on . -поверхность-F-актина-сильно-гетерогенна-ведущая-к_fig5_7090136/amp

Я попытаюсь синтезировать некоторые квантовые статьи такого рода для связной последовательности событий, мне придется сделать паузу, потому что я пишу с телефона.

Некоторая информация о выравнивании H2O с использованием другого взгляда на АТФ находится здесь: https://www.google.com/amp/s/phys.org/news/2017-03-atp-hydrolysis-energy-large-scale-hybrid . .ампер