Механизъм на хидролиза на АТФ | Енергия и ензими| Биология | Кан Академия

Казвали сме много пъти, че АТФ

е разменната монета за енергия в клетките,

но в това видео говорим на тази тема по-подробно.

Както ще видим, когато преминаваме от АТФ към АДФ,

или АДФ + фосфатна група, имаме отделяне на свободна енергия.

Ако погледнем системата,

свободната енергия на АТФ е тук, но щом протече

хидролиза и получим АДФ + фосфатна група,

свободната енергия е спадната с близо 30,5 kJ/mol,

делта G е -30,5 kJ/mol.

Ако гледаш видеата за свободната енергия на Гибс,

ще знаеш, че тази стойност ни казва, че това е спонтанна реакция.

Делта G е по-малка от нула,

което означава, че тази реакция ще е спонтанна.

Когато разбрах това за първи път си казах,

"Щом реакцията е спонтанна, защо

тогава всичкият АТФ и всичката вода

не се превръщат спонтанно в АДФ и не освобождават енергия

под формата на топлина или нещо друго?"

Ключът е в това, че реакцията трябва да изкачи този хълм.

Имаме тази активираща енергия,

реакцията трябва да се изкачи нагоре,

ако няма ензим, който да я катализира.

Сега ще обясним защо имаме това нанагорнище на пътя на реакцията.

Когато АТФ се разгражда, имаме

молекула вода, която осъществява хидролизата.

Това е начинът, по който хората обикновено си представят хидролизата.

Въпреки че понякога може да участва и друга молекула.

Но ако вземем молекула вода,

трябва да имаме

тази свободна електронна двойка при кислорода,

за да протече т. нар. нуклеофилна реакция

с този фосфор от фосфатната група.

Ако това се случи, се създава тази връзка.

Тогава тези електрони могат да отидат при този кислород,

което му дава отрицателен заряд.

Сега може да си кажеш, "Добре, това изглежда логично."

Но не забравяй, че електроните са отрицателни

и са заобиколени от тези отрицателни заряди.

Трябва да преодолеят приближаването помежду си.

Прилижавайки се, тези отрицателни заряди

искат да се отблъснат, трябва да превъзмогнат това отблъскване.

Това се превъзмогва благодарение на

клас от ензими на име АТФази.

Запомни, тези ензими

са големи белтъчни комплекси и молекулата АТФ може да се

свърже на точното място в ензима.

Те се опитват да обградят АТФ молекулата

с положителни йони.

Да кажем, че има положителен йон ето тук,

той може да "разсейва" тези електрони, докато водата

осъществява нуклеофилната реакция.

Водата няма да трябва да се притеснява от тези електрони тук.

Може да има положителен йон и тук.

И запомни, ако си представим ситуацията в три измерения,

това нещо е обгърнало АТФ молекулата

от различни страни, това е АТФазата.

И така, ако имаме ензим ето тук,

ще понижим активиращата енергия

и тя ще изглежда ето така.

Следователно реакцията ще може да протече.

Реакцията не протича,

когато нямаме ензим,

защото имаме този хълм.

Но ако имаме ензими, те ще

позволят на реакцията да протече.

Тогава това атакува това, образува се тази връзка и ти си казваш,

"Имаме друг водород ето тук."

"Имаме друг водород."

Но той може да бъде грабнат от друга водна молекула

и да се превърне в хидроксониев йон. Точно това

се случва в действителност.

Тогава този кислород взима тази електронна двойка

и получава отрицателен заряд. Така накрая имаме,

откъсната фосфатна група,

АДФ и освобождаване на енергия.

Попринцип, не бихме искали тази реакция да освобождава енергия

без причина.

Повечето АТФази ще използват

енергията, освободена при тази реакция, за да фосфорилират молекула.

В този случай можем да приемем, че този

хидроксид е фосфорилиран,

но могат да се фосфорилират най-различни молекули.

Или конформацията на тази АТФаза може да се промени,

за да започне да върши друг вид работа.

Например да пренася молекули срещу техния концентрационен

или електрохимичен градиент.

Не искаме просто да освобождаваме енергия.

Понякога може да се случи, ако искаме

да генерираме топлина, но в повечето случаи

искаме да извършим някаква полезна за клетките работа.

Надявам се, че това видео ти помогна

да разбереш по-добре АТФ и реакцията

на хидролиза.

Тя се нарича хидролиза, тъй като, както в този пример,

се използва вода за разграждането на АТФ

или за откъсването на една от фосфатните му групи.