Потребность в энергии для метаболических процессов

Я не совсем уверен, какой из двух вопросов вы здесь задаете, но поскольку это основа понимания метаболизма, я думаю, что ответ на оба вопроса будет наиболее полезным, даже если вы лично уже поняли ответ на первый.

[1] Изменение свободной энергии Гиббса в химической реакции определяет, будет ли она протекать самопроизвольно.

Если реакция включает отрицательное изменение свободной энергии Гиббса (ΔG), она будет протекать самопроизвольно; в противном случае для его управления требуется затрата энергии.

Расщепление глюкозы до углекислого газа и воды имеет большой -ve ΔG и, следовательно, не требует затрат энергии — обратная реакция имеет эквивалент +ve ΔG и, следовательно, требует затрат энергии для ее запуска.

Этот основной аспект химических реакций вытекает из законов термодинамики и подробно объясняется в разделе 1.3.3 работы Berg et al. , доступно онлайн.

[2] Реакции, которые разрывают связи, обычно вызывают отрицательные изменения свободной энергии.

Почему окисление глюкозы имеет –ve ΔG, а ее синтез – положительное –ve ΔG? Это связано с тем, что окисление глюкозы включает разрыв ковалентных связей и ее синтез с образованием ковалентных связей.

Чтобы понять термодинамический вклад энергий связи, отчет в разделе 2.4 Lodish et al. (доступно онлайн) рекомендуется. Короче говоря, ΔG = ΔH – TΔS, где H — энтальпия, а S — энтропия. Энергии связи вносят вклад в ΔH, а также обычно увеличивается энтропия, когда две части становятся одной, как указано в ответе @MangoPrincess.

Сноски

1. Не все химические или биохимические реакции связаны с образованием или разрывом связей — например, с молекулярными перегруппировками. В этих случаях необходимы более сложные химические соображения, чтобы понять экспериментально определяемые изменения свободной энергии.

2. Важность обсуждения биохимических реакций с точки зрения изменения свободной энергии Гиббса заключается в том, что энергетически благоприятная реакция может быть связана с энергетически неблагоприятной, чтобы вызвать последнюю, и именно количественное определение ΔG позволяет предсказать или понять это. Это также важно, поскольку ΔG можно количественно связать с окислительно-восстановительным потенциалом .

Кислород имеет высокую электроотрицательность , другими словами, он очень любит электроны.

В этой шкале неон имеет самую высокую электроотрицательность среди всех элементов, за ним следуют фтор, гелий и кислород .

• https://en.wikipedia.org/wiki/Электронегативность#Allen_electronegativity

Это окислительно-восстановительные реакции. В первой реакции углерод окислялся, 0 -> +4а кислород восстанавливался 0 -> -2. Во второй реакции происходит обратное. Nomen est omen кислород является окислителем, поэтому он не любит реакций, где он будет окисляться, так как при окислении теряет электроны. И ему нравятся электроны. Действительно.

Чтобы заставить кого-то делать то, чего он не хочет, всегда требуется энергия, и кислород не исключение. ;-)

Просто упомянем, что всегда есть энергия активации , независимо от экзотермичности реакции. Запомнить; сахар не сгорает самопроизвольно при комнатной температуре... Это многостадийные реакции, и ферменты снижают энергию активации каждой стадии, поэтому вам не нужно много вкладывать в первую реакцию. офк. аналогичная реакция может произойти при сжигании сахара, но в этой реакции энергия активации намного выше, и она исходит от тепла газового пламени.

Первая реакция – катаболизм. Это действительно требует некоторых затрат энергии в начале («энергетические затраты» гликолиза), но в конечном итоге приводит к чистому высвобождению энергии за счет «энергетической отдачи» гликолиза, цикла лимонной кислоты и, наконец, цепи переноса электронов и окислительного фосфорилирования.

Конечным результатом является окисление глюкозы и восстановление кислорода. В различных точках электроны переходят к НАД+ и ФАД. Затем восстановленные формы этих двух переносчиков электронов (НАДН и ФАДН2) переходят в цепь переноса электронов, где электроны переходят к кислороду в конце (восстановление кислорода). Между тем, протоны закачиваются в межмембранное пространство, чтобы создать протонный градиент, который управляет синтезом АТФ.

Вторая реакция – анаболизм. Цикл Кальвина требует энергии от АТФ и НАДФН для создания необходимых связей для создания сахаров.

С точки зрения биоэнергетики деградация молекулы носит экзэргонический характер. Это благоприятно, если подумать о втором законе термодинамики: энтропия больше, когда есть несколько отдельных субъединиц, и больше порядка, когда одна молекула состоит из этих субъединиц. Синтез молекулы эндергонический (требующий энергии). Это благоприятно в том смысле, что мы едим сахар и сжигаем его в будущем.

В итоге:

• Разрушение молекулы = катаболизм = высвобождение энергии из химических связей
• Создание молекулы = анаболизм = поглощение энергии для ФОРМИРОВАНИЯ химических связей (подумайте о ресурсах, необходимых для строительства нового здания).

Обратите внимание, что в моем ответе не указаны конкретные подробности о процессах, но я надеюсь, что этого достаточно, чтобы ответить на ваш вопрос!

Источник: Принципы биологии Ленинджера, Дэвид Нельсон и Майкл Кокс.