Относительные роли АТФ и НАДФН в анаболических и других процессах

Преамбула

Я не знаю, где вы прочитали утверждение «НАДФН является... основным агентом, необходимым для анаболических реакций», но вне контекста оно очень вводит в заблуждение, и трудно представить себе обстоятельства, при которых оно было бы полезно студентам метаболизм.

Проще говоря, NAPH используется только в анаболических путях, которые включают химическое восстановление.

Вы просите подходящую книгу, но книга, которую я собираюсь процитировать (Берг и др. , Биохимия), ошеломила бы вас (и любого другого студента — у нее очень избыточный вес). Однако старое издание доступно в Интернете, и, цитируя определенные разделы, вы можете прочитать то, что относится к делу (и избавьте меня от разбивки моего ответа пиратскими диаграммами).

АТФ и НАДФН: энергетические сходства и различия

АТФ и НАДФН оба могут рассматриваться как «богатые энергией» в том смысле, что они могут подвергаться реакциям, которые имеют сильное отрицательное изменение свободной энергии Гиббса (что определяет, протекает ли реакция), и что это может быть связано с некоторыми другими факторами. реакции с положительным изменением свободной энергии — включая, но не исключительно, реакции биосинтеза — для управления общей реакцией. (Между прочим, оба эти соединения синтезируются в реакциях, питаемых солнечной энергией во время фотосинтеза.) Однако природа этой связи или соединения с другими реакциями различается между НАДФН и АТФ, и это различие определяет роли, которые они могут играть.

Окисление НАДФН до НАДФ+ имеет стандартный окислительно-восстановительный потенциал +0,32 В, что является эффективным отрицательным стандартным изменением свободной энергии, но оно может происходить только в сочетании с другой окислительно-восстановительной «полуреакцией» с окислительно-восстановительным потенциалом, которая приведет к при общем отрицательном изменении свободной энергии. Берг и др. , раздел 18.2.1 , представляет собой расчет, показывающий, как НАДН (в основном аналогичный НАДФН в этом отношении) может восстанавливать пируват до лактата. Ключевым моментом является то, что эта общая реакция представляет собой химическое восстановление , так что «энергия» НАДФН используется только в восстановительном синтезе.

«Энергия» АТФ (точнее, его потенциал группового переноса) на самом деле представляет собой отрицательную свободную энергию гидролиза АТФ в АДФ (и ортофосфат) или в АМФ (и пирофосфат). Если фермент может связать эту реакцию с другой с положительной свободной энергией гидролиза, то он может управлять второй реакцией. Этот важный момент рассматривается в работе Berg et al. раздел 14.1.3а также стоит прочитать предыдущий раздел. АТФ не является восстановителем, поэтому не ограничивается окислительно-восстановительными реакциями. (Гидролиз АТФ также можно использовать для получения, например, механической, электрической или световой энергии, поэтому Берг и др. называют его в разделе 14.1.2 «…универсальной валютой свободной энергии в биологических системах».) процессов АТФ (или другие производные от него нуклеотидтрифосфаты) часто используется в реакциях образования связей (С–С, пептидных, гликозидных, фосфодиэфирных). В некоторых из этих случаев гидролиз АТФ используется для получения активированной формы основного компонента, что позволяет ему образовывать связь в последующей реакции.

Пример синтетического пути с использованием как НАДФН, так и АТФ

В синтезе жирных кислот НАДФН используется для двух реакций восстановления — кетона в спирт, ненасыщенной связи C=C в насыщенную связь C–C, тогда как гидролиз АТФ связан с образованием связи C–C конденсирующего звена, малонил-КоА. Это показано на рис. 22.22 Берга и др. .

Пример синтетических путей с использованием АТФ, но не НАДФН

Синтез пептидных связей белков требует конденсации карбоксильной группы одной аминокислоты с аминогруппой другой. Это не восстановительный процесс, и НАДФН в нем не участвует. Гидролиз АТФ «активирует» каждую аминокислоту, присоединяя ее к рибозе транспортной РНК в связи, которая имеет достаточно высокую свободную энергию гидролиза, чтобы «стимулировать» образование пептидной связи с растущей полипептидной цепью в пептидилтрансферазном центре РНК. рибосома.

Синтез меланина?

Это область, в которой я совершенно невежественен, но из поиска в Google выяснилось, что первой фазой синтеза меланина является превращение тирозина в ДОФА, а затем в индолы. Эти реакции являются окислительными (с использованием молекулярного кислорода), а не восстановительными, поэтому не используйте НАДФН, а образование связи представляет собой циклизацию с образованием пирольного кольца. По-видимому, это происходит без АТФ — предположительно, это в целом энергетически выгодно. В Википедии есть статья о ключевой реакции окисления тирозиназы .

Я предполагаю, что анаболическая фаза представляет собой полимеризацию ароматических звеньев с образованием сшитой полимерной структуры меланина. Это кажется плохо изученным, но определенно нет указаний на то, что NADPH участвует, и, по-видимому, это зависит от химических особенностей окружения меланосомы, а не от АТФ. (Есть недавний краткий обзор в этой области от VJ Hearing ).

Вы упоминаете роль солнечного света в этом процессе. Хотя солнечный свет сам по себе может обеспечить энергию для одного этапа синтеза витамина D в коже, это этап расщепления кольца . Прямая роль в полимеризации меланина, по-видимому, не предполагается.