8.4 The Role of ATP in MetabolismMa

8.4 The Role of ATP in Metabolism
Many reactions in the cell are endergonic and will not proceed far toward completion without outside assistance. One of ATP’s ma- jor roles is to drive such endergonic reactions more to completion. ATP is a high-energy molecule. That is, it breaks down or hy- drolyzes almost completely to the products ADP and Pi with a Go′ of 7.3 kcal/mole. ATP + H2O ADP + Pi In reference to ATP the term high-energy molecule does not mean that there is a great deal of energy stored in a particular bond of ATP. It simply indicates that the removal of the terminal phos- phate goes to completion with a large negative standard free en- ergy change,or the reaction is strongly exergonic. In other words, ATP has a high phosphate group transfer potential; it readily transfers its phosphate to water. The phosphate group transfer po- tential is defined as the negative of Go′ for the hydrolytic re- moval of phosphate. A molecule with a higher group transfer po- tential will donate phosphate to one with a lower potential. Thus ATP is ideally suited for its role as an energy currency. It is formed in energy-trapping and -generating processes such as photosynthesis,fermentation,and aerobic respiration. In the cell’s economy, exergonic ATP breakdown is coupled with various en- dergonic reactions to promote their completion (figure 8.6). In other words ATP links energy-generating reactions,which liberate free energy, with energy-using reactions, which require free en- ergy input to proceed toward completion. Facilitation of chemical work is the focus of the preceding example, but the same princi- ples apply when ATP is coupled with endergonic processes in- volving transport work and mechanical work (figure 8.3).
8.5Oxidation-Reduction Reactions and Electron Carriers
Free energy changes are not only related to the equilibria of “reg- ular” chemical reactions but also to the equilibria of oxidation- reduction reactions. The release of energy normally involves oxidation-reduction reactions. Oxidation-reduction (redox) re- actions are those in which electrons move from a donor, the reducing agent or reductant, to an electron acceptor, the
oxidizing agent or oxidant. By convention such a reaction is written with the reductant to the right of the oxidant and the num- ber (n) of electrons (e) transferred. Oxidant  ne– reductant The oxidant and reductant pair is referred to as a redox couple (table 8.1). When an oxidant accepts electrons,it becomes the reductant of the couple. The equilibrium constant for the reaction is called the standard reduction potential(E0) and is a measure of the tendency of the reducing agent to lose electrons. The reference standard for reduction potentials is the hydrogen system with an E′0 (the reduc- tion potential at pH 7.0) of 0.42 volts or 420 millivolts. 2H+ + 2e– H2 In this reaction each hydrogen atom provides one proton (H) and one electron (e). The reduction potential has a concrete meaning. Redox cou- ples with more negative reduction potentials will donate electrons to couples with more positive potentials and greater affinity for electrons. Thus electrons will tend to move from reductants at the top of the list in table 8.1 to oxidants at the bottom because they have more positive potentials. This may be expressed visually in the form of an electron tower in which the most negative reduc- tion potentials are at the top (figure 8.7). Electrons move from donors to acceptors down the potential gradient or fall down the tower to more positive potentials. Consider the case of the elec- tron carrier nicotinamide adenine dinucleotide (NAD). The NAD/NADH couple has a very negative E′0 and can therefore give electrons to many acceptors, including O2. NAD+ + 2H+ + 2e– NADH + H+ E´ 0 = –0.32 volts 1/2O2 + 2H+ + 2e– H2O E´ 0 = +0.82 volts Because NAD/NADH is more negative than 1/2 O2/H2O, elec- trons will flow from NADH (the reductant) to O2 (the oxidant) as shown in figure 8.7. NADH + H+ + 1/2O2 H2O + NAD+ When electrons move from a reductant to an acceptor with a more positive redox potential, free energy is released. The Go′ of the reaction is directly related to the magnitude of the difference

Kết quả (Việt) 1:

8.4 vai trò của ATP trong sự trao đổi chấtNhiều phản ứng trong các tế bào được endergonic và sẽ không tiến hành xa về hướng hoàn thành mà không có sự hỗ trợ bên ngoài. Một của ATP ma-jor vai trò là ổ đĩa như vậy phản ứng endergonic hơn để hoàn thành. ATP là một phân tử năng lượng cao. Có nghĩa là, nó phá vỡ hay hy-drolyzes gần như hoàn toàn với các sản phẩm ADP và Pi với một Go′ 7.3 kcal/nốt ruồi. ATP + H2O ADP + Pi trong tham chiếu đến ATP hạn năng lượng cao phân tử không có nghĩa là có rất nhiều năng lượng được lưu trữ trong một trái phiếu đặc biệt của ATP. Nó chỉ đơn giản là chỉ ra rằng việc loại bỏ các thiết bị đầu cuối phos-phate đi đến hoàn thành với một lớn tiêu cực chuẩn miễn phí en - ta thay đổi, hoặc phản ứng mạnh mẽ exergonic. Nói cách khác, ATP có một nhóm phosphate cao chuyển giao tiềm năng; nó dễ dàng chuyển phốt phát với nước. Các phốt phát group chuyển po-tential được định nghĩa là tiêu cực của Go′ cho phiên bản hydrolytic re-moval của phosphate. Một phân tử với một cao hơn nhóm chuyển po-tential sẽ tặng phosphate một với một tiềm năng thấp hơn. Do đó ATP là lý tưởng cho vai trò của nó như là một loại tiền tệ năng lượng. Nó được hình thành trong quá trình năng lượng-bẫy và - tạo như quá trình quang hợp, quá trình lên men và sự hô hấp hiếu khí. Trong nền kinh tế của tế bào, exergonic ATP phân tích được kết hợp với các phản ứng en dergonic khác nhau để thúc đẩy họ hoàn thành (hình 8.6). Nói cách khác ATP liên kết năng lượng tạo ra phản ứng, trong đó giải phóng năng lượng miễn phí, với việc sử dụng năng lượng phản ứng, mà yêu cầu miễn phí en-ta nhập vào để tiếp tục hướng tới hoàn thành. Tạo thuận lợi cho việc hóa học là sự tập trung của các ví dụ trước, nhưng princi-ples tương tự áp dụng khi ATP được kết hợp với endergonic quá trình vận tải ở volving làm việc và cơ khí làm việc (hình 8.3).8.5Oxidation-phản ứng giảm và tàu sân bay điện tửMiễn phí năng lượng thay đổi không chỉ liên quan đến cân bằng phản ứng hóa học "reg-ular" mà còn để cân bằng phản ứng ôxi hóa-giảm. Việc phát hành của năng lượng thông thường liên quan đến phản ứng oxidation-reduction. Oxidation-Reduction (redox) re-hành động là những người ở đó electron di chuyển từ một nhà tài trợ, các chất khử hoặc reductant, để tìm một điện tử, cáctác nhân ôxi hóa hoặc oxy hóa. Theo quy ước một phản ứng được viết với reductant bên phải của oxy hóa và num-ber (n) của các electron (e) chuyển giao. Oxy hóa ne-reductant oxy hóa và reductant cặp được gọi là một cặp vợ chồng redox (bảng 8.1). Khi một oxy hóa chấp nhận electron, nó trở thành reductant các cặp vợ chồng. Hằng số cân bằng cho phản ứng được gọi là giảm tiêu chuẩn potential(E0) và là một biện pháp của các xu hướng của chất khử để mất electron. Tiêu chuẩn tham khảo cho tiềm năng giảm là hệ thống hydro với một E′0 (tiềm năng reduc-tion pH 7,0) 0,42 volt hoặc 420 millivolts. 2 H + + 2e-H2 trong phản ứng này mỗi nguyên tử hydro cung cấp một proton (H) và một electron (e). Giảm tiềm năng có ý nghĩa cụ thể. Redox cou-ples với tiêu cực hơn giảm tiềm năng sẽ tặng điện tử để các cặp đôi với tiềm năng tích cực hơn và ái lực lớn hơn cho các electron. Do đó các electron sẽ có xu hướng để di chuyển từ reductants ở trên cùng của danh sách trong bảng 8.1 để oxy hóa ở dưới cùng, bởi vì họ có tiềm năng tích cực hơn. Điều này có thể được thể hiện trực quan trong các hình thức của một tháp điện tử trong đó tiềm năng reduc-tion tiêu cực nhất là ở phía trên (hình 8.7). Điện tử chuyển từ các nhà tài trợ để chất nhận khác ở xuống dốc tiềm năng hoặc rơi xuống tháp tiềm năng tích cực hơn. Hãy xem xét trường hợp của elec-tron tàu sân bay nicotinamide adenine dinucleotide (NAD). Các cặp vợ chồng NAD /NADH có một E′0 rất tiêu cực và do đó có thể cho electron chất nhận khác ở nhiều, bao gồm cả O2. NAD + + 2 H + + 2e-NADH + H + E´ 0 = –0.32 volt 1/2O2 + 2 H + + 2e-H2O E´ 0 = +0.82 volt vì NAD /NADH là tiêu cực hơn so với 1/2 O2/H2O, elec-trons sẽ chảy từ NADH (reductant) để O2 (oxy hóa) như thể hiện trong con số 8.7. NADH + H + + 1/2O2 H2O + NAD + khi electron di chuyển từ một reductant để tìm một với một tích cực hơn redox tiềm năng, miễn phí năng lượng được giải phóng. Go′ phản ứng có liên quan trực tiếp đến độ lớn của sự khác biệt