Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 1 - Д. Мецлер 1980

Энергетика биохимических реакций
Таблицы значений ∆G0 для биохимических соединений
Свободная энергия сгорания в присутствии O2 и NAD+

Ввиду исключительной важности процессов окисления для метаболизма у аэробных организмов часто бывает весьма полезно знать свободную энергию сгорания того или иного соединения. Эти данные легко получить из свободной энергии образования. Например, ∆G_c ацетата (води) можно найти следующим образом:

В табл. 3-3 наряду со значениями ∆G⁰ приведены и значения ∆G₂.

Очень многие процессы окисления в клетках идут с участием особого окислителя никотинамидадениндинуклеотида (NAD⁺) или родственного ему соединения NADP⁺ (гл. 8). Поэтому удобно иметь таблицы значений ∆G⁰ для полного окисления соединений до СO₂, происходящего под действием не O₂, a NAD⁺¹. Эти значения, обозначенные ∆G⁰_ox и ∆G'_ox(pH 7), тоже приведены в табл. 3-3. Обратите внимание, что значения эти сравнительно малы и, следовательно, окисление с участием NAD⁺ дает клеткам мало энергии. Рассмотрим, например, такую реакцию:

¹ Близкий подход применили Деккер и др. [22].

Когда NADH, образовавшийся в результате восстановления NAD⁺, снова окисляется в митохондриях [уравнение (3-58)], клетки получают большое количество энергии:

Уравнения (3-57) и (3-58) в сумме дают уравнение сгорания ацетата в O₂, а два значения ∆С в сумме равны ∆G_c ацетата^-.

Значения ∆G_ox (табл. 3-3) не только сразу дают относительное количество энергии, высвобождаемой при окислении субстратов с участием NAD⁺, но и оказываются весьма удобными для оценки ∆G реакций брожения. Рассмотрим, например, процесс сбраживания глюкозы в этанол:

Изменение свободной энергии ∆G' (pH 7) для сбраживания глюкозы с образованием этанола и СO₂ можно сразу получить из табл. 3-3:

∆G'(pH7) =—243,8—2∙(—4,6) = —234,6 кДж∙моль^-1 (3-61)

(значения ∆G_oxдля Н₂O, СO₂ и Н⁺ всегда равны нулю). Те же вычисления можно проделать, используя значения ∆G⁰_c, (что неудобно, поскольку они слишком велики) или ∆G⁰_f. Последние тоже достаточно велики, к тому же надо вводить в расчеты данные для СO₂ и воды. С помощью табл. 3-3 можно получить значения ∆G⁰для многих метаболических реакций, которые мы рассмотрим далее. Для этой цели подходят данные любой из колонок таблицы, но для простоты лучше пользоваться значениями ∆G'_ox.

Заметим, однако, что для реакций окисления под действием кислорода или любого другого окислителя, отличного от NAD⁺ и не включенного в табл. 3-3, нельзя использовать непосредственно значения ∆G_ox. В этом случае поступают следующим образом. Сначала из значений ∆G_oxрассчитывают ∆G⁰или ∆G' для рассматриваемой реакции, считая, что окислителем является NAD⁺, а затем к полученному значению прибавляют свободную энергию окисления кислородом (или другим окислителем) образовавшегося NADH. Такого типа величины для O₂ приведены в табл. 3-7; основываясь на данных этой таблицы, можно оценить их значение и для ряда других окислителей, таких, как Fe³⁺ и цитохром с.