Domanda:
In che modo, a livello fisico, l'ATP conferisce energia?
mring
2012-01-11 03:54:52 UTC
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Quando l'ATP viene utilizzato come valuta energetica per far accadere, diciamo, la reazione X + Y → Z, è ciò che accade a livello fisico fino alla scala molecolare che durante la reazione


ATP + H 2 O → ADP + P i ΔG˚ = −30,5 kJ / mol (−7,3 kcal / mol)


che 30,5 kJ / mol è conferito dalle molecole di ATP che urtano fisicamente intorno ai reagenti X e Y, essendo l'energia cinetica della reazione di cui sopra cosa significa?

moneta di ATP conferita a reazioni da collisioni molecolari, o è un effetto di campo elettrico nella geometria spaziale il modo in cui la molecola di ATP tende a rompersi?
Tre risposte:
#1
+21
KAM
2012-01-11 07:13:16 UTC
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Di solito in biologia (ed essendo ATP, molto probabilmente è biologia), è una delle due cose.

Il gamma-fosfato (il terzo, quello più lontano dall'adenosina) è molto instabile , il che significa che il legame fosfoanidride è facile da rompere. La cellula "permette" che si rompa, ma solo a costo di spostare il fosfato in qualche altra molecola, come una serina o glicerolo o fruttosio o qualsiasi altra cosa. Questa fosforilazione crea un legame con energia inferiore rispetto alla fosfoanidride, e quindi è complessivamente favorita. Immagina la personificazione: il gamma fosfato odia essere attaccato a qualsiasi cosa, ma odia maggiormente essere attaccato a un ADP.

In alternativa, se l'idrolisi dell'ATP è accoppiata tramite un enzima, di solito avviene attraverso la conservazione transitoria del l'energia è la conformazione delle proteine. Un enzima lega l'ATP, che fa "piegare" o conformare la struttura della proteina attorno all'ATP. Questo mette un carico di sforzo (energia = A) sulla proteina che è compensato dalla stabilizzazione del legame con l'ATP (energia = B). Questo ceppo può aprire una superficie enzimatica sulla proteina che a sua volta richiede molta energia (energia = C). La superficie può catalizzare qualche reazione (X + Y-> Z nel tuo esempio) che costa un po 'di energia (energia = D). Il completamento di quella reazione altera il sito catalitico dell'enzima a qualcosa di nuovo e di maggiore energia (energia = E), che può essere alleviato dalla scissione dell'ATP (-7,3 kcal / mol). Purtroppo, ADP e P non si adattano bene a quel sito dell'enzima, quindi fluttuano fuori, ripristinando quella superficie originale di legame dell'ATP al suo stato originale. A condizione che A> B> C> D> E> -7,3, il ciclo continuerà fino a quando l'ATP non sarà esaurito o non avrai più Z da produrre.

Digitando "ciclo di catalisi enzimatica ATP" vengono forniti alcuni esempi . Eccone alcuni:
DNA girasi
Ciclo actina-miosina

Un altro interessante [schema del funzionamento della miosina] (http://spider.iwr.uni-heidelberg.de/~fischer/research/myosin_atpase1/index.html)
@KAM Stai argomentando sulla base di un insieme termodinamico, che in realtà rende il tuo argomento più "a livello biochimico" che "a livello fisico". Voglio sapere, elettrone per elettrone, particella per particella, esattamente meccanicamente in che modo l'energia potenziale inerente all'ATP fluisce dal punto A al punto B. Dove devo cercare quella risposta?
L'ADP contiene anche un legame "ad alta energia" in cui ΔG˚ per l'idrolisi è di circa −30 kJ / mol. Presumo che tu non stia insinuando diversamente. Cioè, il "beta-fosfato" può anche essere considerato "molto instabile". A quanto ho capito, la "valuta" energetica (gratuita) dell'ATP deriva dal fatto che la reazione ATP = ADP + Pi è mantenuta * lontana dall'equilibrio * nella cellula.
#2
  0
user38945
2019-02-16 23:01:32 UTC
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Le reazioni chimiche si basano sulle collisioni, ma solo quelle con la giusta quantità di energia e il corretto orientamento le danno origine. Se solo uno di questi parametri devia abbastanza, i reagenti rimbalzeranno semplicemente. All'interno di una cellula, è probabile che si verifichino collisioni tra reagenti, poiché è probabile che una molecola entri in collisione con il suo enzima entro un secondo, [1, p. 6] ma non con gli orientamenti corretti. Enzimi attraverso una moderata affinità ai reagenti, posizionali nei giusti orientamenti.

Ora, da dove viene l'energia? La "tempesta" molecolare di molecole d'acqua intorno ha un bel po 'di energia cinetica, ma poiché le collisioni con esse provengono da tutte le direzioni, di solito si annullano a vicenda. Quando l'ATP si idrolizza, vengono rilasciati circa 0,36 eV di energia (5,8 · 10 ^ -20 J), [2] e le molecole attorno ad esso vibrano . Suppongo che ciò sia dovuto al fatto che una volta rotto il legame chimico, la forza repulsiva tra ADP e fosfato è molto forte a una distanza così ravvicinata, spingendo violentemente qualsiasi molecola trovino sulla loro strada. La quantità di energia rilasciata ha 14 volte l'energia cinetica media delle molecole intorno ad essa, quindi è l'equivalente del riscaldamento locale di una molecola a 3.900 ºC. [2] Naturalmente, se l'idrolisi avviene all'interno di un enzima, vibra come un matto e induce un cambiamento conformazionale. Se l'enzima ha reagenti legati ad esso, è probabile che entrino in collisione con la giusta quantità di energia.

È interessante notare che la tempesta molecolare è abbastanza potente a 150 ºC per abbattere l'ATP. Questo è il motivo per cui gli scienziati non si aspettano di trovare alcun ipertermofilo che viva a temperature così calde. Attualmente, l'archeon Pyrolobus fumarii detiene il record, essendo in grado di sopravvivere fino a 122 ºC, ma la sua temperatura ottimale è di 113 ºC e "gela a morte" a temperature inferiori a 90 ºC [Wikipedia].

[1] Goodsell, D. " The Machinery of Life ". 2a edizione. Springer . 2009.

[2] Hoffmann, P. " Life's Ratchet: come le macchine molecolari estraggono l'ordine dal caos " Libri di base . 2012.

Aggiungi un link ai tuoi riferimenti, preferibilmente al sito web dell'editore originale, ma Amazon o Google Books, se necessario. Salva chiunque sia interessato a dover cercare le maniche.
Non preoccuparti, li aggiungerò per domani; compresa la pagina e la versione dei libri.
#3
-1
aliential
2019-02-17 07:14:08 UTC
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La ricerca di costituenti quantistici nel trasferimento di energia ADP fornisce questa pagina che descrive la reazione ATP con una certa geometria, a parte il trasferimento elettrico / protonico delle molte reazioni dispendiose in termini di energia come le cellule come il processo di allungamento del tapis roulant della molecola di filamento F-actina:

https://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/2016/cp/c6cp01364c/unauth#!divAbstract

Questa pagina descrive F- lunghezza dell'actina e ricostituzione utilizzando ADP: https://m.phys.org/news/2014-09-scientists-uncover-clues-atp-mystery.html

Actina video simulazione del tapis roulant: https://m.youtube.com/watch?v=VVgXDW_8O4U

Due fili paralleli di actina F devono ruotare di 166 gradi e si uniscono correttamente. Questo crea la struttura a doppia elica dei microfilamenti che si trovano nel citoscheletro. L'ATP è ben descritto su wiki a quel livello.

Sembra implicare che ci sia un differenziale di carica elettrica "statica / magnetica" che circonda le molecole di actina e trasferito nel minuscolo mezzo H2O che attrae rotazioni e legami loro.

Il differenziale elettrico dell'actina è descritto come eterogeneo con i ponti salini circostanti e la protonazione deprotonazione, da questa ricerca generale: https://www.google.com/amp/s/www.researchgate .net / figure / La-distribuzione-della-carica-sulla-superficie-dell'-actina-F-è-altamente-eterogenea-che-porta-a_fig5_7090136 / amp

Proverò a sintetizzo alcuni articoli quantistici di quel tipo per una sequenza coerente di eventi, devo fare una pausa perché sto scrivendo su un telefono.

Alcune informazioni sull'allineamento H2O che coinvolgono una diversa visione dell'ATP sono qui: https://www.google.com/amp/s/phys.org/news/2017-03-atp-hydrolysis-energy-large-scale-hybrid.amp

Aspetterò di postare finché non avrai una risposta. Un elenco di riferimenti non è accettabile come risposta, come vedrai se leggi la guida. Mi chiedo anche se potrebbe essere meglio porre nuovamente questa domanda di sei anni su SE Chemistry, dove potrebbe essere oggetto di un esame più rigoroso rispetto a qui.
Se lo elimino temporaneamente, scomparirà dopo un giorno? Una settimana?
Se lo elimini, scomparirà immediatamente. Assicurati solo di andare prima a modificarlo, quindi copiarlo e incollarlo in un documento di elaboratore di testi in modo da poter leggere e utilizzare il materiale pertinente quando avrai pronta la risposta completa.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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