Válts MeRSZ+ -ra!

MeRSZ online
okoskönyvtár

Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.

Erdődi Ferenc, Gergely Pál, Vereb György

Általános és bioszervetlen kémia

A foszfátvegyületek szerepe a sejt energiatermelő folyamataiban

A biomolekulák szabadentalpia-tartalma igen jelentősen eltér egymástól. Ez annak a következménye, hogy a kovalens kötések energiája eltérő. A gyenge kovalens kötéseket tartalmazó molekuláknak nagyobb a szabadentalpia-tartalma, mint ha erős kovalens kötések építenék fel őket. Paradoxonnak tűnő megállapítás, hogy minél erősebb a kötés, annál kevesebb energiát tárol. A nagyon erős kovalens kötésben lévő atomok ebben a folyamatban már nagy mennyiségű szabadentalpiát vesztettek. Így a legtöbb szabadentalpiát azok a tápanyag-molekulák szolgáltatják, amelyeknek gyengébb kovalens kötései vannak, ezért termodinamikailag labilisak.
A glükóz kiváló tápanyag-molekula, mivel biológiai oxidációja szén-dioxiddá és vízzé nagy mennyiségű szabadentalpia felszabadulásával jár. Ezzel szemben a szén-dioxid az állatok számára nem tápanyag, csak a növények tudják felhasználni mint szénforrást, az extraenergiát a fénykvantumok biztosítják a fotoszintézis során.
A termodinamikából ismeretes, hogy a sejtben végbemenő reakcióutakat is összességében szabadentalpia-csökkenésnek kell kísérnie. A lebontó reakcióutaknál ez nyilvánvaló, mivel a tápanyag-molekulában tárolt szabadentalpia jelentős része a szabadentalpiát tárolni képes molekulák (nagyenergiájú molekulák, pl. ATP) képződésével kapcsolódik össze. A tápanyag-molekulák összes szabadentalpiája nem örződhet meg ily módon, mert akkor a lebontó reakcióutat nem kísérné szabadentalpia-csökkenés, a folyamatnak nem volna hajtóereje. Pl. a glükóz szabadentalpia-tartalmának több mint fele reakcióhővé és entrópiává alakul át, csak kb. 40%-a használódik fel nagyenergiájú vegyületek képződéséhez.
A nagyenergiájú molekulákban olyan kötés(ek) találhatók, amelyeknek hidrolízisét a szabadentalpia jelentős csökkenése kíséri (25–60 kJ/mol). Ezeket a kötéseket nevezzük ,,nagyenergiájú”-nak, a kifejezés azonban félrevezető. Nem a kötési energia, hanem a hidrolízis szabadentalpia-változása nagyobb az átlagosnál. A legfontosabb nagyenergiájú vegyület az ATP (hidrolízisére jellemző szabadentalpia-változásának részletesebb magyarázatát l. 168–169. oldalakon). A legtöbb nagyenergiájú vegyületben (64. táblázat) megtalálható a foszfátcsoport, kivételes esetben a kénatom (acetil-koenzim A).
 
64. táblázat. Nagyenergiájú kötést tartalmazó foszfátvegyületek
A táblázatban (P) a foszfátcsoportot, ~ a nagyenergiájú kötést és ∆G°’ (37 °C, pH = 7,0) a hidrolízis szabadentalpia-változását jelöli
 
A nagyenergiájú vegyületek további jellemzője, hogy hidrolízisük másik reakcióhoz kapcsolódik, biztosítva ezzel a bioszintetikus folyamatok energiaigényét. A szabadentalpia nagyobb része reakcióhő formájában szabadul fel a foszfátvegyületek (pl. ATP) hidrolízise során és nem hasznosítható kovalens kötések képződéséhez. Például a fehérjék nem szabad aminosavakból jönnek létre, hanem a nagyenergiájú ATP segítségével aktivált aminosavak képződnek, megőrizve a magasabb szabadentalpiájú állapotot. Ezek az aktivált molekulák (aminosav-adenilát, UDP-monoszacharid, CDP-lipid) specifikus enzimek hatására egyesülnek a kívánt bioszintetikus termékké. Amennyiben a nagyenergiájú csoport nem megfelelő akceptorra kerül, pl. a glükóz hidroxilcsoportjához kapcsolódik és glükóz-6-foszfát keletkezik, elveszíti a többletszabadenergiát, hidrolízisét ∆G°’ = -15 kJ/mol szabadentalpia-változás kíséri.
Foszfátcsoportot tartalmaznak a glikolízis köztitermékei, a nukleinsavak, a foszfolipidek, a ,,másodlagos” hírvivók (cAMP, cGMP, inozitol-triszfoszfát), fehérjék Ser, Thr és Tyr oldalláncai posztszintetikus módosítás eredményeként. Ezek a foszfátvegyületek azonban már nem ,,nagyenergiájúak”. Jelentős mennyiségű foszfátot tartalmaznak a csontok is.
A foszforilcsoport átvitele az ATP- vagy GTP-molekuláról más vegyületre és ezekkel észterkötés kialakítása a jelátvitel egyik alapvető formája. A folyamatsorán foszforilált intermedierek (pl. inozitol-foszfátok), fehérjék stb. képződnek.
 
A foszforilcsoport átvitelét katalizáló enzimek mechanizmusának felderítésében az ortovanadát-anion (
search
) mellett sikeresen alkalmazzák a [BeF3(H2O)]– komplex iont, ill. az AIF3, [AIF4]– és [AIF3(OH)]– ionformákat. Ezek a vegyületek szerkezetileg hasonlók a foszfátionhoz, sikeresen alkalmazhatók a fehérjék foszfát-, nukleozid-difoszfát- és nukleozid-trifoszfát-kötőhelyeinek vizsgálatára. Mivel a P–O kovalens kötés hossza gyakorlatilag megegyezik a Be–F vagy Al–F kötések távolságával, továbbá a központi atom (P, Be vagy Al) geometriája is tetraćderes (sp3), így az analóg fehérje komplexek stabilitási állandója nagy és a kötődés reverzíbilis. A berilliumkomplexek további előnye az, hogy sikeresen felhasználhatók a reakciómechanizmus felderítésében is. A foszfátban (vanadátban) szereplő P- (V-) atom geometriája változhat, tetraéderes mellett pentagonális bipiramisos szerkezetű is lehet. A Be (és valószínűleg az Al is) csak tetraéderes geometriájú, így az átmeneti komplexbena foszfát csak ezen geometriáját képes utánozni.
 
Általános és bioszervetlen kémia

Tartalomjegyzék

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//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero
Kivonat
fullscreenclose
printsave