27. Термодинамическая характеристика окисления пвк в цикле Кребса. Ресчет кпд.
Живой организм представляет собой типично открытую систему, непрерывно обменивающуюся с окружающей средой веществом и энергией. В то же время для биологических систем применимо понятие стационарного состояния. В этом состоянии параметры в системе остаются постоянными, а скорость притока веществ и энергии равна скорости удаления их из системы. Такие системы не изменяют своих свойств во времени и сходны с системами, находящимися в равновесии.
Все биохимические процессы, происходящие в клетках в условиях постоянства температуры и давления, при отсутствии значительных перепадов концентраций, резких изменений объема.
Значение окислительного декарбоксилирования пирувата
Реакции пируватдегидрогеназного комплекса связывают метаболические пути гликолиза,глюконеогенеза, синтеза жирных кислот с циклом лимонной кислоты. ПДГ-комплекс имеет огромное значение в поддержании гомеостаза. Энергетический метаболизм аэробных тканей (например, мозга) очень зависит от превращения пирувата в ацетил-КоА, поэтому такие ткани более чувствительны к нарушениям ПДГ-комплекса. Большинство нарушений, связанных с недостаточностью пируватдегидрогеназной активности, обусловлены мутациями пируватдегидрогеназы. Главными последствиями таких нарушений являются энцефалопатии и церебральные молочные ацидозы.
Регуляция общего пути катаболизма
Ряд реакций общего пути катаболизма зависит от концентрации адениловых нуклеотидов - АТФ, АДФ и АМФ.
Суммарная концентрация адениловых нуклеотидов в клетке постоянна, но относительные концентрации могут изменяться вследствие их взаимопревращений. Во многих клетках концентрации АТФ, АДФ и АМФ относятся как 100:10:1. Отсюда следует, что небольшие изменения концентрации АТФ могут приводить к значительным изменениям концентрации других нуклеотидов.
Для оценки влияния система адениловых нуклеотидов на метаболические процессы пользуются величиной энергетического заряда клетки:
Если весь фонд адениловых нуклеотидов представлен только АТФ, то энергетический заряд равен 1. Если в клетке имеется только АМФ, то энергетический заряд равен 0. В большинстве клеток энергетический заряд равен 0,8 - 0,9. При уменьшении клеточного заряда (уменьшении [АТФ], увеличении [АДФ], [АМФ]) скорость реакций общего пути катаболизма увеличивается. В скелетных мышцах энергетический заряд равен 0,94 как в покое, так и при интенсивной мышечной работе.
В процессе дыхания пировиноградная кислота вступает в цикл трикарбоновых кислот. Это сложный замкнутый круг превращений, в результате которых образуются органические кислоты с 4, 5 и 6 атомами углерода (яблочная, молочная, фумаровая, а-кетоглутаровая и лимонная) и отщепляется углекислота.
Суммарная реакция цикла выражена уравнением: СН3СО — S —КоА + ЗН2О + ЗНАД + ФАД+АДФ + Фн →2СО2 + НS-КоА + ЗНАД.Н2 + ФАДН2 + АТФ.
Таким образом, окисление одной молекулы пировиноградной кислоты сопровождается образованием ЗСО2 15 молекул АТФ. Однако при распаде молекулы глюкозы образовались две молекулы пировиноградной кислоты. Следовательно, всего в аэробной фазе дыхания образуется 6 молекул СО2 и 30 молекул АТФ плюс 8АТФ в анаэробной фазе. Итого 6 молекул СО2 и 38 молекул АТФ образуется в процессе окислительно-дыхательного распада молекулы гексозы. На образование 38 молекул АТФ затрачено 38-30,6 кДж = 1162,8 кДж. Всего при сжигании 1 моль глюкозы выделяется 2824 кДж: C6H12O6 + 6O2->6CO2 + 6H2O + 2824 кДж. Эффективность процесса дыхания составляет(КПД):
(1162,8 : 2880) • 100% = 40,37%.