Erdődi Ferenc, Gergely Pál, Vereb György

Általános és bioszervetlen kémia

Biokémiai reakciók szabadentalpia-változásai

A kémiai átalakulások nem elszigetelten játszódnak le a sejtekben, hanem párhuzamosan (kapcsolt reakció), egymás után (sorozat reakció) vagy körfolyamatban. Így érthetővé válik, hogy szabadentalpia-növekedésseljáró reakciók is végbemennek, amennyiben szabadentalpia-csökkenésseljáró reakcióval kapcsolódnak össze. Ezt az elvet szemléltetjük az L-malát átalakulásán L-aszpartáttá:

(1)	L-malát search fumarát + H2O	K1 = 0,21	search = +3,72 kJ,
(2)	search + fumarat search L-aszpartat	K2 =528	search = –15,40 kJ.

Az (1) lépés endergonikus, ezért az L-malát koncentrációja közel ötszöröse a fumaráténak. A (2) reakció annyira exergonikus, hogy ez a lépés gyakorlatilag teljesen lejátszódik. A két részfolyamat együttesen szabadentalpia-csökkenést hoz létre:

K = K1 · K2 = 111

az egyensúlyt a termék, L-aszpartát képződése irányába tolva el.

A malát-aszpartát itt vázoltreverzíbilis átalakulása képezi a kémiai alapját a májban vagy szívizomban található malát-aszpartát-ingának. A citoplazmatikus és mitokondriális enzimek együttműködése révén NADH szállítódik a zsírsavak oxidációjához a mitokondriumba. A körfolyamatban négy enzim és két membrántranszport fehérje vesz részt. Köztitermékként oxálacetát, α-ketoglutarát és glutamát is keletkezik. Ezért a sejtben lejátszódó folyamatban ammóniumion nem vesz részt, az aminocsoport transzaminálással kerül az oxálacetát-glutamát párról az α-ketoglutarát-aszpartát párra vagy fordítva.

A tápanyagmolekulák szabadentalpia-tartalmának felhasználásában, ill. szabadentalpia-növekedéssel járó makromolekulák szintézisében központi szerepet töltenek be a foszfáttartalmú intermedierek. A foszfátcsoport (helyesen foszforilcsoport, rövidítve (P)) átvitelét kísérő szabadentalpia-változások összehasonlítására ezek hidrolízisenergiáit használjuk. A foszfátcsoport hidrolízise során a pH-tól függően foszforsav, ill. anionjai képződnek (l. 145. oldal). A 45. táblázat néhány ismert intermedier hidrolízisenergiáját adja meg.

45. táblázat. Foszfáttartalmú intermedierek hidrolízisenergiája 25°C-on, pH = 7,0

Intermedier	∆G°’ kJ/mol
Foszfoenol-piruvát	–61 ,9
Karbamil-foszfát	–51 ,5
1.3-Biszfoszfo-glicerát	–49 ,4
Acetil-foszfát	–46 ,8
Kreatin-foszfát	–43 ,i
Pirofoszfát	–33 ,5
ATP→ADP+P;	–40 ,2
ADP→AMP+P;	–36.0
AMP→Adenozin + P;	–9 ,2
Glükóz-6-foszfát	–13 ,8
Gliceraldebid-3-foszfát	–10 ,0

A 45. táblázat adataiból szembetűnő, hogy míg jónéhány vegyület hidrolízise, vízzel való reakciója igen nagy szabadentalpia-csökkenéssel jár, addig másoké csak csekély mértékű. Ezért pl. a foszfoenol-piruvát hidrolíziséhez kapcsolódhat szabadentalpia-növekedéssel járó folyamat, az ATP szintézise:

foszfoenol-piruvát + H2O → piruvát +Pi	∆G°’ = –61,9 kJ
ADP + Pi → AТР + H2O	∆G°’ = +40,2

A sematikus reakciókban P;-vel jelöltük a foszfátion formáit pH = 7,0-en. Az ATP szintéziséhez szükséges energia számértékileg megegyezik a hidrolízisenergiával, csak előjelük ellentétes. A két reakció együttes mérlege:

foszfoenol–piruvát + ADP → piruvát + ATP

∆G°’ = –21,7 kJ

spontán lejátszódó folyamatot mutat.

A hidrolízis-reakciók nagy szabadentalpia-csökkenései (∆G°’ < –30 kJ/mol) az intermedier és a foszfátion szerkezetével magyarázhatók. Az összetett ionok kötésszerkezetét áttekintve említettük a rezonáns határszerkezetek stabilizáló szerepét. Így a tetraéderes hibridállapotú foszforatom σ-kötést alkot négy oxigénatommal a foszfátionban, míg az ötödik kovalens π-kötés lokalizálódik 1–1 oxigénatomhoz. A foszfátion pH = 7,0 értéken döntően

anionként található az alábbi rezonanciákban:

Harvard

(): . : . : /hivatkozas/m1438aebszk_1665/#m1438aebszk_1665 ()

Chicago

. . . : . (: /hivatkozas/m1438aebszk_1665/#m1438aebszk_1665)

APA

(). . . (: /hivatkozas/m1438aebszk_1665/#m1438aebszk_1665)

BibTeX EndNote Mendeley Zotero

A kialakuló határszerkezetek rezonanciája delokalizálja a n-kötést: 10- és 1/4π-kötést alakítva ki a P–O atomok között, ami az energiaállapot csökkenését eredményezi. Az intermedierekben található foszforilcsoportok savanhidridkötésekben vannak, ezért rezonanciájuk csak részben játszódhat le, s ennek következtében energiatartalmuk is magasabb, mint a

anioné. Az extra energia a hidrolízis során szabadul fel, amikor a foszfátion rezonanciája gyakorlatilag teljessé válik.

Tartalomjegyzék

ÁLTALÁNOS ÉS BIOSZERVETLEN KÉMIA
Impresszum
Az Olvasóhoz
chevron_rightÁltalános kémia
- chevron_rightKémiai alapfogalmak
- chevron_rightAz atomok elektronszerkezete és a periódusos rendszer
  - chevron_rightA kvantumelmélet alapjai
    - A fény hullámtermészete
    - Az elektronhullámok és a kvantummechanika
  - chevron_rightSzínképek
    - Emissziós és abszorpciós színképek
    - Atomszínképek
  - A hidrogénatom Bohr-féle modellje
  - chevron_rightA kvantummechanikai atommodell
    - Kvantumszámok
    - Atomorbitálok
  - chevron_rightTöbbelektronos atomok elektronszerkezete
    - Az elektronhéjak energiaszintje
    - Az elektronhéjak felépülésének törvényei
  - chevron_rightAz elemek periódusos rendszere
  - chevron_rightPeriodikus tulajdonságok
- chevron_rightA molekulák szerkezete
  - chevron_rightAz elsődleges kémiai kötés alaptípusai
    - A férnes kötés
    - Az ionkötés
    - chevron_rightA kovalens kötés
      - Kovalens kötéshossz és kötési energia
  - chevron_rightÁtmenet a kötéstípusok között
    - Elektronegativitás
  - chevron_rightA kovalens kötés elmélete
    - chevron_rightA vegyértékkötés-elmélet
    - chevron_rightA molekulaorbitál-elmélet
      - Kétatomos molekulák molekulaorbitáljai
      - Többszörös kötések, delokalizált molekulapályák
  - chevron_rightMásodlagos kémiai kötések
- chevron_rightHalmazállapotok
  - chevron_rightGázhalmazállapot
  - chevron_rightFolyékony és szilárd halmazállapot
- chevron_rightOldatok és kolloidok
- chevron_rightA víz és a vizes oldatok
- chevron_rightKémiai egyensúlyok
- chevron_rightKémiai termodinamika
- chevron_rightReakciókinetika
  - chevron_rightReakciósebesség és reakciómechanizmus
  - chevron_rightHőmérséklet és reakciósebesség
    - Ütközési elmélet
    - chevron_rightAz átmeneti állapot (aktivált komplex) elmélete
      - Kémiai reakciók energiaváltozása
  - chevron_rightTöbb elemi lépésből álló reakciók
  - chevron_rightKatalízis
    - Homogén katalízis
    - Heterogén katalízis
- chevron_rightElektrokémia
  - chevron_rightA redoxifolyamatok áttekintése
  - chevron_rightAz elektrokémia alapjai
- chevron_rightA redoxifolyamatok termodinamikája
  - A Nernst-egyenlet
  - Redoxifolyamatok az anyagcserében
- chevron_rightAz elektrokémia gyakorlati alkalmazásai
chevron_rightBioszervetlen kémia
- chevron_rightKomplex vegyületek
- Az élethez szükséges elemek áttekintése
- chevron_rightAz alkálifémek szerepe biológiai rendszerekben
- chevron_rightA magnézium és a kalcium biológiai jelentősége
  - chevron_rightA magnézium bioszervetlen kémiája
    - Magnéziumkomplexek
  - chevron_rightA kalcium élettani szerepe
- chevron_rightAz átmenetifémek komplexei
  - chevron_rightA vas biológiai jelentősége
    - chevron_rightA vas szerepe az oxigénkötésben és az oxigéntranszportban
    - chevron_rightVas–kén fehérjék biológiai funkciói
      - Citokrómok
      - Kataláz, peroxidáz, citokróm-P450
    - chevron_rightVasanyagcsere
  - chevron_rightA réz biológiai jelentősége
    - chevron_rightA réz biokémiai evolúciója. Fontosabb rézfehérjék
    - chevron_rightRézfehérjék az elektrontranszportban
    - chevron_rightA rézanyagcsere és zavarai
      - Wilson-kór
      - Menkes-kór
  - chevron_rightA cinkcsoport elemeinek biológiai jelentősége
    - chevron_rightA cink biológiai funkciói
      - Cinkenzimek szerkezete
      - „Cinkujj” fehérjék szerkezete
  - Metallotioneinek és funkciójuk
  - chevron_rightA molibdén és a mangán biológiai szerepe
    - Molibdénkomplexek
    - Mangánkomplexek
  - A vanádium, króm, kobalt és nikkel élettani hatása
  - A platinakomplexek daganatellenes hatása
- chevron_rightAz alumínium- és az óncsoport elemeinek biológiai szerepe
  - Az alumínium hatása az emberi szervezetre
  - Óncsoport: germánium, ón, ólom
- chevron_rightA szilíciumvegyületek biológiai szerepe
- chevron_rightA nitrogén és foszfor szerepe a biológiai rendszerekben
- chevron_rightAz oxigéncsoport elemeinek biológiai jelentősége
  - chevron_rightAz oxigén bioszervetlen kémiája
  - chevron_rightA szelén biológiai jelentősége
    - A szelénvegyületek élettani hatásai
- chevron_rightA halogének bioszervetlen kémiája
chevron_rightIrodalom a bioszervetlen kémia fejezeteihez
Rendszám- és atomtömeg-táblázat

Kiadó: Semmelweis Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 331 705 1

Orvostudomány

A könyv feladata, hogy az orvostudományt, gyógyszerésztudományt és biológiát választó egyetemi szak hallgatóit és e téma iránt érdeklődőket megismertesse egyrészt a kémia tudomány alapjaival, az általános kémiával, másrészt a fémek és nemfémes elemek biológiai szerepével, a bioszervetlen kémiával vagy másképp, szervetlen biokémiával.

Hivatkozás: https://mersz.hu/erdoddi-gergely-vereb-altalanos-es-bioszervetlen-kemia//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero