Pytania 21-23
Strona 1 z 4
21. Związki wysoko i niskoenergetyczne.
Związki wysokoenergetyczne (makroergiczne) mają wiązania bogate w energię, które przy hydrolizie wyzwalają
więcej niŜ 25 kJ/mol (1 kcal = 4,19 kJ). Wiązania wysokoenergetyczne decydują o duŜej aktywności związku. Związki tego
rodzaju uczestniczą w róŜnych reakcjach, często jako pośredniki w reakcjach endoergicznych, wyzwalając zawartą w
wiązaniu energię swobodną.
A niskoenergetyczne na odwrót.
Za miarę ilości energii w przemianach biochemicznych uwaŜa się liczbę powstających lub zuŜywanych cząsteczek
ATP. Aby móc z sobą porównywać energię zawartą w róŜnego rodzaju fosforanach wysokoenergetycznych, przyjęto
rozpatrywać zawsze reakcję hydrolizy fosforanów adenozyny. Hydroliza wiązania fosforanowego ATP, w wyniku której
powstaje ADP i P, wyzwala około 29 kJ/mol energii swobodnej, natomiast hydroliza następnego wiązania, czyli rozpad
ATP do AMP i pirofosforanu PP, uwalnia około 36 kJ/mol energii. Rozpad AMP z uwolnieniem adenozyny i fosforanu
dostarcza 12 kJ/mol energii
22. Zbilansowanie bioenergetyki
bioenergetyka, termodynamika biochemiczna, dziedzina ekologii zajmująca się przekształcaniem energii w
komórkach, organizmach, populacjach i ekosystemach; wszystkie układy Ŝywe stanowią termodynamiczne układy otwarte,
przez które stale przepływa strumień materii, energii i informacji; mogą one funkcjonować i reprodukować się tylko dzięki
pobieranej ze środowiska energii, której źródłem jest energia promienista Słońca
Jak juŜ powiedziano, reakcje oksydoredukcyjne odgrywają waŜną rolę w energetyce Ŝywego organizmu w tzw.
bioenergetyce. Utlenianie produktów pokarmowych jest źródłem energii potrzebnej do wykonania wielorakich prac w Ŝywym
organizmie (prace chemiczne, osmotyczne, transportu, mechaniczne, elektryczne itd.). Produktami utleniania są ostatecznie
CO
2
i H
2
O. Utlenienie np. 1 mola wodoru zachodzi z ubytkiem entalpii swobodnej w ilości
∆
G= -237 kJ/mol. Na spalanie
wodoru składają się procesy:
utlenienia wodoru
H
2
→ 2H
+
+2e
-
ε° -0,42 V
redukcji tlenu
O
2
+2e
-
→O
2-
ε
°' +0,81 V
zachodzi więc proces oksydoredukcji
H
2
+
O
2
↔ 2H
+
+O
2-
lub
2H
+
+O
2-
↔ H
2
O
Procesowi temu towarzyszy przeniesienie dwóch elektronów z wodoru na tlen, towarzyszy mu zmiana potencjału
oksydoredukcyjnego ∆ 1,23 . Procesowi temu towarzyszy zmiana entalpii swobodnej
∆
G
m
= 2·96500 C/mol· 1,23 V =
-237 kJ/mol. Przeniesieniu elektronów z układu o mniejszym do układu o większym potencjale oksydoredukcyjnym (∆ > O)
towarzyszy ubytek entalpii swobodnej (
∆
G < O), a więc proces taki moŜe zachodzić samorzutnie. W ten sposób znajomość
potencjałów oksydoredukcyjnych daje waŜne informacje określające kierunek procesu, jak i pośrednio, jego efekt
energetyczny.
NaleŜy jeszcze omówić sposób, w jaki Ŝywe organizmy wykorzystują energię pochodząca z reakcji oksydoredukcyjnych.
Utlenianie 1 mola wodoru daje wprawdzie 287 kJ energii, jednak spalanie jest procesem nieodwracalnym, cała wyzwolona
energia zostaje rozproszona w postaci ciepła. Gdyby chcieć tę energię wykorzystać do wykonania pracy proces powinien
zachodzić odwracalnie. Jednak odwracalnie znaczy nieskończenie wolno, a więc bez praktycznego znaczenia. Organizmy
Ŝ
ywe wypracowały kompromisowo procesy zachodzące w przybliŜeniu odwracalnie, za to wystarczająco szybko. Proces
oksydoredukcyjny, przenoszący elektrony od reagentów wyjściowych na tlen, odbywa się nie bezpośrednio a etapami,
poprzez reagenty pośrednie. W tzw. łańcuchu oddechowym, gdzie reagentem, wyjściowym jest dinukleotyd
