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Winter_2021_Bis2A_Facciotti_Reading_13 - Biología

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Metas de aprendizaje asociadas con Winter_2021_Bis2A_Facciotti_Reading_13

  • Cree una "historia de energía" para la glucólisis. La historia debe enumerar los reactivos y productos generales, las fuentes de energía, las transferencias de energía, latipos dereacciones involucradas en la transferencia de energía, y los mediadores de las transformaciones de materia y transferencias de energía.
  • Describe la diferencia entre ∆G y ∆Go, por qué el primero es necesario y útil para describir los procesos en la célula, y la importancia del primero enla regulación deflujo de metabolitos en las vías.
  • Explicar el proceso de fosforilación a nivel de sustrato (SLP) e identificar las reacciones de SLP cuando se le da una colección de reacciones, como en una vía.
  • Ser capaz de interpretar figuras que representan el mecanismo de gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa e identificar pasos clave en la reacción, incluido el papel de una histidina catalítica y la formación de un enlace tioéster covalente (incluido su papel en la transferencia de energía).
  • Explica la importancia de la reacción.catalizadopor gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa en la recolección de energía en la glucólisis. Utilice este mecanismo y figuras para unir lecciones del curso: enzimas y catalizadores, acoplamiento de energía, redox, química de grupos funcionales, etc.
  • Crea una historia de energía para la reacción.catalizadopor gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa,que discuteespecíficamenteel acoplamiento de una reacción redox a una transferencia de fosfato.
  • Cree un argumento termodinámico de cómo la hidrólisis de ATP puedeestar acopladopara impulsar reacciones endergónicas.
  • Explicar la importante contribución del agua en la determinación del negativo. ΔG0 de la hidrólisis de un enlace fosfoanhídrido en ATP.

ATP

Un compuesto químico importante es el trifosfato de adenosina (ATP). Las reacciones de hidrólisis que liberan uno o más de los fosfatos de ATP son exergónicas y muchas, muchas proteínas celulares han evolucionado para interactuar con el ATP en formas que ayudan a facilitar la transferencia de energía de la hidrólisis a una miríada de otras funciones celulares. De esta manera, el ATP a menudo se denomina "moneda de energía" de la célula: tiene valores de energía razonablemente fijos para transferir hacia o desde sí misma y puede intercambiar esa energía entre muchos donantes y aceptadores potenciales. Veremos muchos ejemplos de ATP "en funcionamiento" en la celda, así que búsquelos. Como los ve, trate de pensar en ellos como ejemplos funcionales de los usos naturales del ATP quetú podríassuponerpara ver en otra reacción o contexto.

Estructura y función de ATP

Ael corazón del ATP es el nucleótido llamado monofosfato de adenosina (AMP). Como los otros nucleótidos,AMP está compuestode una base nitrogenada (una molécula de adenina) unida a una molécula de ribosa y un solo grupo fosfato. La adición de un segundo grupo fosfato a esta molécula central da como resultado la formación de difosfato de adenosina (ADP); la adición de un tercer grupo fosfato forma trifosfato de adenosina (ATP).


Figura 1. El ATP (trifosfato de adenosina) tiene tres grupos fosfato que puedenSer eliminadopor hidrólisis para formar ADP (difosfato de adenosina) o AMP (monofosfato de adenosina).

los fosforilación (o condensación de grupos fosfato en AMP) es un proceso endergónico.Por el contrario, elhidrólisis de uno o dos grupos fosfato del ATP, un proceso llamado desfosforilación, es exergónico. ¿Por qué? Recordemos que los términos endergónico y exergónico se refieren al signo de la diferencia de energía libre estándar de una reacción entre los productos y los reactivos, ΔG ° '. Aquí estamos asignando explícitamente una dirección a la reacción, ya sea hacia la fosforilación o desfosforilación del nucleótido. En la reacción de fosforilación, los reactivos son el nucleótido y un fosfato inorgánico mientras que los productos son un nucleótido fosforilado y AGUA. En la reacción de desfosforilación / hidrólisis, los reactivos son el nucleótido fosforilado y el AGUA, mientras que los productos son el fosfato inorgánico y el nucleótido menos un fosfato.

Dado que la energía libre de Gibbs es una función de estado, no importa cómo ocurra la reacción; solo considera los estados inicial y final. Como ejemplo, examinemos la hidrólisis de ATP. Los reactivos ATP y aguaEstá caracterizadopor su composición atómica y los tipos de enlaces entre los átomos constituyentes. Podemos asociar algo de energía libre con cada uno de los enlaces y susposibleconfiguraciones, lo mismo que para los productos. Si examinamos la reacción desde el punto de vista de los productos y reactivos y preguntamos "¿cómo podemos recombinar átomos y enlaces en los reactivos para obtener los productos?", Encontramos que unfosfoanhídridoenlace entre un oxígeno y un fósforo debeestar quebradoen el ATP, un enlace entre oxígeno e hidrógeno debeestar quebradoen el agua, un vínculo debehacerseentre el OH (que proviene de la división del agua) y el fósforo (del PO liberado3-2), y una fianza debeSer formadoentre el H (derivado de la división del agua) y el oxígeno terminal en el nucleótido fosforilado. Es la suma de las energías asociadas con todos esos reordenamientos de enlaces (incluidos los asociados directamente con el agua) lo que hace que esta reacción sea exergónica. Podríamos hacer un análisis similar con la reacción inversa.

¿Hay algo especial en los enlaces específicos involucrados en estas moléculas?Mucho se haceen varios textos sobre eltipos deenlaces entre los fosfatos de ATP.Ciertamente, elLas propiedades de los enlaces del ATP ayudan a definir la energía libre y la reactividad de la molécula. Sin embargo, si bien es apropiado aplicar conceptos como la densidad de carga y la disponibilidad de estructuras de resonancia a esta discusión, mencionar estos términos como una "explicación" sin una comprensión profunda de cómo estos factores influyen en la energía libre de los reactivos es un tema especial.mas o menosagitar las manos en las que no deberíamos participar. La mayoría de los estudiantes de BIS2Ano tuve ningunoquímica universitaria y aquellos que lo han hecho no es probable que hayan discutido esos términos de manera significativa. Entonces, explicar el proceso usando las ideas anteriores solo da una falsa sensación de comprensión, asigna alguna cualidad mística al ATP y sus enlaces "especiales" que no existen, y distrae del punto real: la reacción de hidrólisis es exergónica debido a la propiedades del ATP y TAMBIÉN debido a las propiedades químicas del agua y las de los productos de reacción. Para esta clase,es suficientesaber que los físicos químicos dedicados todavía están estudiando el proceso de hidrólisis de ATP en solución y enel contexto deproteínas y que todavía están tratando de explicar la claveentálpicoy componentes entrópicos de las energías libres de componentes. Solo tendremos que aceptar un cierto grado de ignorancia química mecanicista y contentarnos con una descripción de las propiedades termodinámicas generales. El últimoes perfectamente suficientetener discusiones profundas sobre la biología relevante.

"Energia alta"cautiverio

¿Qué pasa con el término "enlaces de alta energía" que tan a menudo escuchamos asociado con el ATP? Si no hay nada "especial" en los enlaces del ATP, ¿por qué siempre escuchamos el término "enlaces de alta energía" asociado con la molécula? La respuesta es engañosamente simple. En biología, el término "enlace de alta energía" se utiliza para describir una reacción exergónica que implica la hidrólisis del enlace en cuestión que da como resultado un cambio negativo "grande" en la energía libre. Recuerde que este cambio en la energía libre no solo tiene que ver con el vínculo en cuestión sinobastantela suma de todos los reordenamientos de enlaces en la reacción. Quéque constituyeun gran cambio? Es una asignación bastante arbitraria generalmente asociada con una cantidad de energía asociada con eltipos dereacciones anabólicas que normalmente observamos en biología. Si hay algo especial acerca de los enlaces en ATP,no está únicamente atadoa la energía libre de hidrólisis, ya que hay muchos otros enlaces cuya hidrólisis da lugar a mayores diferencias negativas en la energía libre.


Figura 2. La energía libre estándar de hidrólisis de diferentestipos delos bonos puedenser comparadoal de la hidrólisis del ATP. Fuente: http://bio.libretexts.org/Core/Biochemistry/Oxidation_and_Phosphorylation/ATP_and_Oxidative_Phosphorylation/Properties_of_ATP


Tabla 1. Tabla de moléculas fosforiladas celulares comunes y sus respectivas energías libres estándar de hidrólisis.


Posible discusión NB Punto

Acaba de leer acerca de dos moléculas importantes: NADH / NAD+ y ATP. ¿En qué contextos / procesos biológicos espera ver NADH / NAD?+? ¿Qué pasa con el ATP? ¿Puede indicar lo que sabe hasta ahora sobre la relación entre NADH / NAD+ y ATP? Tómese un momento para identificar cualquier brecha en la comprensión que pueda tener: ¿qué preguntas le quedan después de leer el texto? ¡Ayude a sus compañeros con sus preguntas / discusiones para reforzar su propio conocimiento!


El ciclismo de las piscinas ATP

Las estimaciones del número de moléculas de ATP en una célula humana típica oscilan entre ~ 3x107 (~ 5x10-17 moles de ATP / célula) en un glóbulo blanco a 5x109 (~ 9x10-15lunaresATP / célula) en una célula cancerosa activa. Si bien estos números pueden parecer grandes y ya asombrosos, considere quees estimadoque este grupo de ATP se voltea (se convierte en ADP y luego vuelve a ATP) 1.5Xpor minuto. La ampliación de este análisis arroja la estimación de que esta rotación diaria equivale aproximadamente al equivalente de un peso corporal de ATP volcado por día.Es decir, sino hubo recambio / reciclaje de ATP, se necesitaría un peso corporal de ATP para que el cuerpo humano funcione, de ahí nuestra caracterización previa de ATP como un dispositivo de transferencia de energía "a corto plazo" para la célula.

Tiempola piscina de ATP / ADP puede reciclarse,algunos de losenergía queesta transferidoen las muchas conversiones entre ATP, ADP y otras biomoléculastambién se transfierepara el medio ambiente.Con el fin demantener las reservas de energía celular, la energía debe transferirse desde el medio ambienteasí como. ¿De dónde viene esta energía? La respuesta depende mucho de dónde esté disponible la energía y qué mecanismos ha desarrollado la naturaleza para transferir energía del medio ambiente a portadores moleculares como el ATP. En casi todos los casos, sin embargo, el mecanismo de transferencia ha evolucionado para incluiralguna forma dequímica redox.

En esta y las secciones que siguenestán preocupadoscon el aprendizaje de algunos ejemplos críticos de transferencia de energía del medio ambiente, tipos clave de reacciones químicas y biológicas involucradas en este proceso, y reacciones biológicas clave y componentes celulares asociados con el flujo de energía entre diferentes partes del sistema vivo. Nos enfocamos primero en las reacciones involucradas en el (re)generación de ATP en la célula (no los involucrados en lacreación del nucleótidoper se perobastantelos asociados conla transferencia defosfatos sobre AMP y ADP).

Enlace de video

Para otra perspectiva, incluidos los lugares que verá ATP en Bis2a,Tomar unmira este video (10 minutos) haciendo clic aquí.

¿Cómo generan las células ATP?

Han surgido una variedad de mecanismos durante los 3.250 millones de años de evolución para crear ATP a partir de ADP y AMP.La mayoríade estos mecanismos son modificaciones en dos temas: síntesis directa de ATP o síntesis indirecta de ATP con dos mecanismos básicos conocidos respectivamente como sfosforilación a nivel de ubstrate (SLP) y fosforilación oxidativa. Ambos mecanismos se basan en reacciones bioquímicas que transfieren energía de alguna fuente de energía a ADP o AMP para sintetizar ATP. Estos temas son sustantivos, por lo queellos serán discutidosen detalleen los siguientes módulos.

Glucólisis: una descripción general

Los organismos, ya sean unicelulares o multicelulares, necesitan encontrar formas de obtener al menos dos cosas clave de su entorno: (1) materia o materias primas para mantener una célula y construir nuevas células y (2) energía para ayudar con el trabajo de mantenerse con vida. y reproducción. La energía y las materias primas pueden provenir de diferentes lugares. Por ejemplo, los organismos que recolectan principalmente energía de la luz solar obtendrán materias primas para construir biomoléculas a partir de fuentes como el CO.2. Por contrato, algunos organismos se basan en reacciones rojo / buey con moléculas pequeñas y / o metales reducidos para obtener energía y obtienen sus materias primas para construir biomoléculas a partir de compuestos no conectados a la fuente de energía. Mientras tanto, algunos organismos (incluidos nosotros mismos), han evolucionado para obtener energía Y las materias primas para la construcción y el mantenimiento celular de fuentes a veces asociadas.

La glucólisis es la primera camino metabólico discutido en BIS2A;

a

La vía metabólica es una serie de reacciones bioquímicas vinculadas. Debido a su ubicuidad en biología, planteamos la hipótesis de que la glucólisis fue probablemente una de las primeras vías metabólicas en evolucionar (más sobre esto más adelante). La glucólisis es una vía metabólica de diez pasos que

esta centrado

sobre el procesamiento de glucosa tanto para la extracción de energía de combustibles químicos como para el procesamiento de los carbonos en glucosa en otras biomoléculas (algunas de las cuales son precursoras clave de muchas biomoléculas mucho más complicadas). Por lo tanto, examinaremos nuestro estudio de la glucólisis utilizando los preceptos descritos en la rúbrica del desafío energético que nos pide

para considerar formalmente

qué sucede con la materia y la energía en este proceso de varios pasos.

La historia de la energía y el desafío de diseño de la glucólisis

Nuestra investigación de la glucólisis es una buena oportunidad para examinar un proceso biológico utilizando tanto la historia de la energía como las rúbricas y perspectivas del desafío del diseño.

La rúbrica del desafío de diseño intentará que piense de forma activa, amplia y específica sobre por qué estamos estudiando este camino: ¿qué tiene de importante? ¿Qué "problemas" permite que la vida resuelva o supere la evolución de una vía glucolítica? También querremos pensar en formas alternativas de resolver los mismos problemas y por qué pueden o no haber evolucionado. Más adelante, examinaremos una hipótesis sobre cómo esta vía, y otras vías vinculadas, pueden haber evolucionado, y entonces será útil pensar en estrategias alternativas para satisfacer diversas limitaciones.

Le pedimos que piense en la glucólisis a través de la lente de una historia de energía en la que examina el proceso de 10 pasos como un conjunto de entradas y salidas de materia y energía, un proceso con un principio y un final. Tomando esto

Acercarse

aprenderás no solo sobre

glucólisis,

pero también algunas habilidades necesarias para leer e interpretar otras vías bioquímicas.


Entonces que esglucólisis? Vamos a averiguar.

Figura 1. Las diez reacciones bioquímicas deglucólisisson exhibidos.Las enzimas están etiquetadasen azul. La estructura de cada compuesto derivado del azúcar.está representadocomo modelo molecular;otros reactivos y productos pueden abreviarse(por ejemplo, ATP, NAD +, etc.). La caja que rodea la reacción catalizada por gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasaindicaque esta reacción es de especial interés en el curso. Atribución:Marc T. Facciotti (obra original)

Tabla 1. Esta tabla muestra e glucolíticonzimas y mediciones de la energía en estado estándar (ΔG ° '/(kJ /mol)) en comparación con las mediciones tomadas de una célula viva (ΔG /(kJ /mol)). En condiciones de temperatura y presión constantes, (ΔG ° '/(kJ /mol)), las reacciones ocurrirán en la dirección que conduzca a una disminución en el valor de la energía libre de Gibbs. Las mediciones celulares de ΔG pueden ser dramáticamente diferentes de las mediciones de ΔG ° 'debido a las condiciones celulares, como las concentraciones de metabolitos relevantes,etc. Hay tres gotas grandes y negativas de ΔG en la célula en el proceso de glucólisis. Consideramos que estas reacciones son irreversibles y, a menudo, están sujetas a regulación.

EnzimaPasoΔG / (kJ / mol)ΔG ° '/ (kJ / mol)
Hexoquinasa1-34-16.7
Isomerasa de fosfoglucosa2-2.91.67
Fosfofructoquinasa3-19-14.2
Fructosa-bisfosfato aldolasa4-0.2323.9
Triosa fosfato isomerasa52.47.56
Gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa6-1.296.30
Fosfoglicerato quinasa70.09-18.9
Fosfoglicerato mutasa80.834.4
Enolasa91.11.8
Piruvato quinasa10-23.0-31.7

En general, la vía glucolítica comprende 10 pasos catalizados por enzimas. La entrada principal en esta vía es una sola molécula de glucosa, aunque descubrimos que otras moléculas pueden entrar en esta vía en varios pasos. Centraremos nuestra atención en (1) las consecuencias del proceso general, (2) varias reacciones clave que resaltan tipos importantes de bioquímica y principios bioquímicos que querremos llevar adelante a otros contextos, y (3) destinos alternativos de los intermedios y productos de esta vía.

Tenga en cuenta como referencia que la glucólisis es una anaeróbico proceso. No hay ningún requisito de oxígeno molecular en la glucólisis; el oxígeno gaseoso no es un reactivo en ninguna de las reacciones químicas de la glucólisis. La glucólisis ocurre en el citosol o citoplasma de células. Para ver un breve video de YouTube (de tres minutos) sobre la glucólisis, haga clic aquí.

Primera mitad de la glucólisis: fase de inversión energética

Normalmente nos referimos a los primeros pasos de la glucólisis como una "fase de inversión energética" de la vía. Esto, sin embargo, no tiene mucho sentido intuitivo (en el marco de un desafío de diseño; no está claro qué problema resuelve esta inversión energética) si uno solo mira la glucólisis como una vía "productora de energía" y hasta estos pasos de la glucólisis se colocan en un contexto metabólico más amplio. Intentaremos construir esa historia sobre la marcha, así que por ahora solo recuerde que mencionamos que algunos primeros pasos a menudo se asocian con la inversión en energía e ideas como "atrapar" y "compromiso" que se indican en la figura siguiente.

Paso 1 de la glucólisis:

El primer paso en la glucólisis, que se muestra a continuación en la Figura 2, es la glucosa catalizada por la hexoquinasa, una enzima con amplia especificidad que cataliza la fosforilación de azúcares de seis carbonos. La hexoquinasa cataliza la fosforilación de la glucosa, donde la glucosa y el ATP son sustratos para la reacción, produciendo una molécula llamada glucosa 6-fosfato y ADP como productos.

Figura 2. La primera mitad de la glucólisis se denomina fase de inversión energética. En esta fase, la célula gasta dos ATP en las reacciones. Atribución: Marc T. Facciotti (obra original)

Nota:
El párrafo anterior establece que la enzima hexoquinasa tiene una "amplia especificidad". Esto significa que puedecatalizarreacciones con diferentes azúcares, no solo con glucosa. Desde una perspectiva molecular, ¿puede explicar por qué este podría ser el caso? ¿Esto desafía su concepción de la especificidad enzimática? Si busca en Google el término "promiscuidad enzimática" (no se preocupe, es seguro para el trabajo), es de esperar que obtenga una apreciación más amplia de la selectividad y actividad enzimática.

La conversión de glucosa en glucosa 6-fosfato cargada negativamente reduce significativamente la probabilidad de que la glucosa fosforilada abandone la célula por difusión a través del interior hidrófobo de la membrana plasmática. También "marca" la glucosa de una manera que la etiqueta para varios destinos posibles (ver Figura 3).

Figura 3. Tenga en cuenta que esta figura muestra que la glucosa 6-fosfato puede, dependiendo de las condiciones celulares, dirigirse a múltiples destinos. Si bien es un componente de la vía glucolítica, no solo participa en la glucólisis, sino también en el almacenamiento de energía como glucógeno (de color cian) y en la construcción de varias otras moléculas como los nucleótidos (de color rojo). Fuente: Marc T. Facciotti (trabajo original)

Como muestra la Figura 3, la glucólisis es solo un destino para la glucosa 6-fosfato (G6P). Dependiendo de las condiciones celulares, G6P puede desviarse a la biosíntesis de glucógeno (para almacenamiento de energía), o puede desviarse a la vía de las pentosas fosfato para la biosíntesis de diversas biomoléculas, incluidos los nucleótidos. Esto significa que G6P, aunque está involucrado en la vía glucolítica, no solo está marcado para oxidación en esta fase. Quizás mostrar el contexto más amplio en el que está involucrada esta molécula (además de la razón fundamental de que etiquetar la glucosa con un fosfato disminuye la probabilidad de que salga de la célula) ayude a explicar lo aparentemente contradictorio (si solo se considera la glucólisis como una "energía- proceso de producción) razón para transferir energía del ATP a la glucosa si solo se oxida más tarde, es decir, la glucosa no solo es utilizada por la célula para recolectar energía y varias otras vías metabólicas dependen de la transferencia del grupo fosfato.

Paso 2 de la glucólisis:

En el segundo paso de la glucólisis, un isomerasa cataliza la conversión de glucosa 6-fosfato en uno de sus isómeros, fructosa 6-fosfato. Un isomerasa es una enzima que cataliza la conversión de una molécula en uno de sus isómeros.

Paso 3 de la glucólisis:

El tercer paso de la glucólisis es la fosforilación de fructosa 6-fosfato, catalizada por la enzima fosfofructoquinasa. Una segunda molécula de ATP dona un fosfato a la fructosa 6-fosfato, produciendo fructosa 1,6-Bisfosfato y ADP como productos. En esta vía, la fosfofructoquinasa es una enzima limitante de la velocidad y su actividad está estrictamente regulada. Está alostéricamente activada por AMP cuando la concentración de AMP es alta y cuando está moderadamente inhibida alostéricamente por ATP en el mismo sitio. El citrato, un compuesto que discutiremos pronto, también actúa como un alostérico regulador de esta enzima. De esta manera, la fosfofructoquinasa monitorea o detecta indicadores moleculares del estado energético de las células y puede en respuesta actuar como un interruptor que enciende o apaga el flujo del sustrato a través del resto de la vía metabólica dependiendo de si hay "suficiente" ATP en el sistema. La conversión de fructosa 6-fosfato en fructosa 1,6-bisfosfato a veces se denomina un paso de compromiso de la célula con la oxidación de la molécula en el resto de la vía glucolítica al crear un sustrato y ayudar a impulsar energéticamente la siguiente. paso altamente endergónico (en condiciones estándar) de la vía.

Paso 4 de glucólisis:

En el cuarto paso de la glucólisis, una enzima, la fructosa-bisfosfato aldolasa, escinde el 1,6-bisfosfato en dos isómeros de tres carbonos: dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3-fosfato.

Segunda mitad: fase de compensación energética

Si se observa en ausencia de otras vías metabólicas, la glucólisis hasta ahora le ha costado a la célula dos moléculas de ATP y ha producido dos pequeñas moléculas de azúcar de tres carbonos: fosfato de dihidroxiacetona (DAP) y fosfato de gliceraldehído 3 (G3P). Cuando se ve en un contexto más amplio, esta inversión de energía para producir una variedad de moléculas que se pueden usar en una variedad de otras vías no parece una inversión tan mala.

Tanto DAP como G3P ​​pueden pasar por la segunda mitad de la glucólisis. Ahora examinamos estas reacciones.

Figura 4. La segunda mitad de la glucólisis se denomina fase de compensación energética. En esta fase, la célula gana dos compuestos de ATP y dos NADH. Al final de esta fase, la glucosa se oxida parcialmente para formar piruvato. Facciotti (obra original).

Paso 5 de la glucólisis:

En el quinto paso de la glucólisis, una isomerasa transforma el fosfato de dihidroxiacetona en su isómero, gliceraldehído 3-fosfato. Por lo tanto, la glucosa de seis carbonos se ha convertido ahora en dos moléculas fosforiladas de tres carbonos de G3P.

Paso 6 de la glucólisis:

El sexto paso es clave y uno del que ahora podemos aprovechar nuestra comprensión de las diversas reacciones químicas que hemos estudiado hasta ahora. Si está concentrado en la energía, este es finalmente un paso de la glucólisis en el que se oxida un poco de azúcar reducido. La reacción es catalizada por la enzima gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa. Esta enzima cataliza una reacción de varios pasos entre tres sustratos: gliceraldehído 3-fosfato, el cofactor NAD+y fosfato inorgánico (PI) —Y produce tres productos: 1,3-bisfosfoglicerato, NADH y H+. Se puede pensar en esta reacción como dos reacciones: (1) una reacción de oxidación / reducción y (2) una reacción de condensación en la que un fosfato inorgánico se transfiere a una molécula. Aquí, la reacción rojo / buey, una transferencia de electrones de G3P a NAD+, es exergónico y la transferencia de fosfato es endergónica. La red estándar el cambio de energía libre ronda el cero; más sobre esto más adelante. La enzima aquí actúa como un molecular acoplamiento agente para acoplar la energética de la reacción exergónica a la de la reacción endergónica, impulsando así a ambos hacia adelante. Este proceso ocurre a través de un mecanismo de múltiples pasos en el sitio activo de la enzima e involucra la actividad química de una variedad de grupos funcionales.

Es importante señalar que esta reacción depende de la disponibilidad de la forma oxidada del portador de electrones, NAD.+. Si consideramos que existe un grupo limitante de NAD+, entonces podemos concluir que la forma reducida del portador (NADH) debe oxidarse continuamente de nuevo a NAD+ para mantener este paso en marcha. Si NAD+ no está disponible, la segunda mitad de la glucólisis se ralentiza o se detiene.


Posible discusión NB Punto

¿Puedes escribir una historia de energía para el Paso 6 de la glucólisis (la reaccióncatalizadopor gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa)? Cuando hable de energía, simplemente describa si los pasos son exergónicos o endergónicos. Como grupo, intente crear una versión cada vez más "experta" que sea completa, breve y utilicevocabulario. Enmiende los textos de los demás de manera educada y constructiva.


Paso 7 de la glucólisis:

En el séptimo paso de la glucólisis, catalizada por la fosfoglicerato quinasa (una enzima llamada así por la reacción inversa), el 1,3-bisfosfoglicerato transfiere un fosfato a ADP, formando una molécula de ATP y una molécula de 3-fosfoglicerato. Esta reacción es exergónica y también es un ejemplo de fosforilación a nivel de sustrato.

Paso 8 de la glucólisis:

En el octavo paso, el grupo fosfato restante en el 3-fosfoglicerato se mueve del tercer carbono al segundo carbono, produciendo 2-fosfoglicerato (un isómero del 3-fosfoglicerato). La enzima que cataliza este paso es una mutasa (isomerasa).

Paso 9 de la glucólisis:

Enolasa cataliza el noveno paso. Esta enzima hace que el 2-fosfoglicerato pierda agua de su estructura; esta es una reacción de deshidratación, que resulta en la formación de un doble enlace que aumenta la energía potencial en el enlace fosfato restante y produce fosfoenolpiruvato (PEP).

Paso 10 de la glucólisis:

El último paso de la glucólisis es catalizado por la enzima piruvato quinasa (la enzima en este caso lleva el nombre de la reacción inversa de la conversión del piruvato en PEP) y da como resultado la producción de una segunda molécula de ATP por fosforilación a nivel de sustrato y el compuesto ácido pirúvico. (o su forma de sal, piruvato). Muchas enzimas en las vías enzimáticas reciben el nombre de reacciones inversas, ya que la enzima puede catalizar reacciones tanto directas como inversas (estas pueden haber sido descritas inicialmente por la reacción inversa que tiene lugar in vitro, en condiciones no fisiológicas).

Resultados de la glucólisis

Aquí hay un par de cosas a considerar:

Uno de los resultados claros de la glucólisis es la biosíntesis de compuestos que pueden entrar en una variedad de vías metabólicas. Asimismo, los compuestos que provienen de otras vías metabólicas pueden alimentar la glucólisis en varios puntos. Entonces, esta vía puede ser parte de un intercambio central de flujo de carbono dentro de la célula.

Si la glucólisis dura lo suficiente, la oxidación constante de glucosa con NAD+ puede dejar la célula con un problema: cómo regenerar NAD+ a partir de las dos moléculas de NADH producidas. Si la célula no regenera NAD+, casi todo el NAD + de la célula se transformará en NADH. Entonces, ¿cómo regeneran las células NAD?+?

El piruvato no está completamente oxidado; Todavía queda algo de energía por extraer. ¿Cómo pudo pasar esto? Además, ¿qué debería hacer la célula con todo ese NADH? ¿Hay alguna energía que extraer?


Posible discusión NB Punto

Para algunos, que la glucólisis es una vía tan compleja y de varios pasos puede parecer contradictorio: "¿Por qué la evolución no conduciría a una forma * más simple * de extraer energía de los alimentos, ya que la energía es un requisito importante para la vida?" Explique la necesidad / ventaja de descomponer la glucosa en muchos pasos.


Fosforilación a nivel de sustrato (SLP)

La ruta más simple para sintetizar ATP es la fosforilación a nivel de sustrato. Las moléculas de ATP se generan (es decir, se regeneran a partir de ADP) debido a una reacción química que se produce en las vías catabólicas. Se elimina un grupo fosfato de un reactivo intermedio en la ruta, y la energía libre de la reacción se usa para agregar el tercer fosfato a una molécula de ADP disponible, produciendo ATP. Este método muy directo de fosforilación se llama fosforilación a nivel de sustrato (SLP). Podemos encontrar SLP en una variedad de reacciones catabólicas, más notablemente en dos reacciones específicas en la glucólisis (que discutiremos específicamente más adelante). Lo que requiere la reacción es un compuesto intermedio de alta energía cuya energía libre de oxidación pueda impulsar la síntesis de ATP.

Figura 5. Aquí hay un ejemplo de fosforilación a nivel de sustrato que ocurre en la glucólisis. Hay una transferencia directa de un grupo fosfato del compuesto de carbono al ADP para formar ATP. Facciotti (trabajo propio)

En esta reacción, los reactivos son un compuesto de carbono fosforilado llamado G3P ​​(del paso 6 de la glucólisis) y una molécula de ADP, y los productos son 1,3-BPG y ATP. La transferencia del fosfato de G3P a ADP para formar ATP en el sitio activo de la enzima es fosforilación a nivel de sustrato. Esto ocurre dos veces en la glucólisis y una vez en el ciclo de TCA (para una lectura posterior).


Sortase

Sortase se refiere a un grupo de enzimas procariotas que modifican las proteínas de la superficie reconociendo y escindiendo una señal de clasificación carboxilo-terminal. Para la mayoría de los sustratos de las enzimas sortasa, la señal de reconocimiento consiste en el motivo LPXTG (Leu-Pro-any-Thr-Gly), luego una secuencia transmembrana altamente hidrófoba, seguida de un grupo de residuos básicos como la arginina. La escisión se produce entre Thr y Gly, con unión transitoria a través del residuo Thr al residuo Cys del sitio activo, seguida de transpeptidación que une la proteína de forma covalente a los componentes de la pared celular. Las sortasas ocurren en casi todas las bacterias grampositivas y ocasionalmente en bacterias gramnegativas (p. Ej. Shewanella putrefaciens) o Archaea (p. ej. Methanobacterium thermoautotrophicum), donde no se ha informado de la decoración de la pared celular mediada por LPXTG. [2] [3] Aunque la sortasa A, la sortasa "doméstica", normalmente actúa sobre muchas proteínas dianas, otras formas de sortasa reconocen formas variantes del motivo de escisión o catalizan el ensamblaje de pilinas en pili. [4] [5] [6]


La fisiología sistémica cubre el cuerpo humano, que es un tema bastante interesante. Tienes la oportunidad de aprender cómo funcionan nuestros principales sistemas de órganos y mantenernos con vida. El único problema es que nuestros cuerpos son realmente complejos, lo que significa que tienes que aprender una montaña de información. Las pruebas se vuelven increíblemente específicas, por lo que, a menos que solicites el tipo para memorizar los pequeños detalles, te recomiendo no participar en esta clase.

Ah & hellipOrganic Chemistry, el destructor de todas las esperanzas y sueños pre-médicos y rsquos para la escuela de medicina. CHE 118B ha desarrollado una reputación especialmente notoria por ser el más difícil de la serie. Usted & rsquoll pasará sus días leyendo sobre hidrocarburos, extrayendo diferentes aldehídos y llorando hasta quedarse dormido por la noche. Suena divertido, ¿verdad?


Metz, JG, Roessler, P., Facciotti, D., Levering, C., Dittrich, F., Lassner, M., Valentine, R., Lardizabal, K., Domergue, F., Yamada, A., Yazawa , K., Knauf, V. y Browse, J. (2001) Producción de ácidos grasos poliinsaturados por policétido sintasas en procariotas y eucariotas. Ciencia 293, 290–293.

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Advanced ChIP Technologies

ChIP-chip: The first, and most simple of the ChIP technologies (it also has the most fun to say name). ChIP-chip couples chromatin IP to microarray analysis allowing genome-wide analysis of protein or modifications of interest distribution.

ChIP-Seq: The star of chromatin analysis until ChIP-seq came along and stole the limelight. ChIP-seq uses the same chromatin IP procedures as ChIP-chip however, it couples it with quantitative next-generation sequencing technology to detect enrichment peaks

ChIP-exo: A specialized version of ChIP used to very specifically map protein of interest (POI) binding sites in the genome via the addition of a DNA digestion step to ChIP-seq.

ChIA-PET (Chromatin Interaction Analysis by Paired-End Tag Sequencing): Combines ChIP with chromatin conformation capture (3C) technology to detect when distant DNA regions interact with each other via a protein of interest.


Información del autor

Afiliaciones

Linda Kahl, David Grewal, Richard Johnson, and Drew Endy are at the BioBricks Foundation, San Francisco, California, USA.

Linda Kahl, David Grewal, Richard Johnson & Drew Endy

Jennifer Molloy and Jim Haseloff are at the Department of Plant Sciences, University of Cambridge, Cambridge, UK.

Jennifer Molloy & Jim Haseloff

Nicola Patron is at the Earlham Institute, Norwich, UK.

Colette Matthewman is at the John Innes Centre, Norwich, UK.

David Grewal is also at Yale Law School, New Haven, Connecticut, USA.

Richard Johnson is also at Global Helix, Washington, DC, USA.

Drew Endy is also at the Department of Bioengineering, Stanford University, Stanford, California, USA.



Comentarios:

  1. Mikara

    Considero que no estás bien. Escríbeme por PM, hablamos.

  2. Gore

    ¿No entiendo lo que quieres decir?

  3. Wildon

    ¿Pero esto tiene el análogo?

  4. Ephrem

    Esta maravillosa idea de tener por cierto



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