Термодинамическое описание метаболических систем

Метаболическую систему можно представить в виде превращения некоторого вещества X вещество Y, т.е. X ®Y. Если X и Y являются различными химическими соединениями, в этом случае в системе происходит химическое превращение. В клетках такое превращение обычно катализируется ферментом. Но в качестве X и Y может выступать одно и то же химическое соединение. В этом случае процесс может заключаться в транслокации вещества X из одного компартмента клетки в другой. Такой перенос может происходить самопроизвольно или же осуществляться при помощи специальных белков- переносчиков, как, например, перенос глюкозы через клеточную мембрану. Превращение X ®Y может включать ряд последовательных ферментативных реакций. Такое превращение имеет место, например, при превращении глюкозы в молочную кислоту при гликолизе. Состояние метаболической системы X ®Y определяется такими параметрами как температура, давление, концентрации X и Y. Так как в клетках температуру и давление можно считать постоянными, то параметром, определяющим и изменяющим состояние системы, является концентрация различных интермедиатов. Вследствие того, что биологические системы являются открытыми, в них происходят непрерывные процессы пополненияX и удаления Y, т. е. ®X « Y®. Этот постоянный поток от X к Y и от Y за пределы системы противостоит стремлению X и Y к уравновешиванию. Такое состояние мы назвали стационарным состоянием, и она достаточно хорошо аппроксимирует реальные метаболические системы. Так, если скорость поступления Х в систему постоянна, а скорость удаления Y возрастает по мере повышения концентрации [Y], то [Y] достигает некоторого постоянного значения. При этом скорость удаления Yбудет равна скорости образования Y из Х. Если скорость превращения Х в Y возрастает, при повышении концентрации [X], то скорость превращения Х в Y тоже достигает постоянного значения. При этом скорость превращения Х в Y будет равна скорости поступления Х в систему. При этом значения [X] и [Y] становятся постоянными, т. е. система находится в стационарном состоянии. Для поддержания такого состояния необходимо соблюдение двух условий. Во-первых, постоянная скорость поступления Х в систему не должна зависит от изменения концентрации субстрата. Так, в системе S ® X « Y® реакция S ® X не должна быть чувствительной к изменению концентрации [S]. Если это условие не выполняется, то постоянный поток от S к X не будет возможным. В большинстве ферментативных реакций такое условие достигается, т. е [S] поддерживается на уровне, достаточном для насыщения фермента, катализирующего это превращение. В такой системе, скорость обратной реакции X ® S должна быть пренебрежительно мала по сравнению со скоростью реакции S ® X. Это обеспечивается за счет того, что все активные центры фермента заняты молекулами субстрата и в системе почти нет молекул свободного фермента, которые могли бы катализировать обратный процесс. Вышеописанные реакции получили название реакций, создающих поток. Примером такой реакции может служить превращение гликогена в глюкоза-1-фосфат в мышечных клетках. В покоящейся мышце фермент фосфорилаза насыщен субстратом гликогеном и обеспечивает стационарный поток от гликогена к глюкоза-1-фосфату, и следовательно, к конечным продуктам гликолиза, например, молочной кислоте.

Второе условие поддержания стационарного состояния в метаболической системе заключается в постоянном отводе продукта (продуктов) из системы, т. е. заключительная реакция в системе тоже должна быть необратимой.

Таким образом, метаболическая система в стационарном состоянии должна быть защищена с обеих сторон кинетически необратимыми реакциями. Эти реакции выполняют буферную роль и обеспечивают существование постоянного потока, несмотря на колебание концентраций промежуточных продуктов за пределами данной системы.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Термодинамические потоки, обобщенные силы и коэффициенты | Применение линейной термодинамики в биологии


Дата добавления: 2018-03-02; просмотров: 95; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2018 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.006 сек.