16. Energetika enzymových reakcí

Chemické reakce

Stručné termodynamické základy – uzavřený systém

A + B C + D + ΔG

v₁ = k₁ . [A] . [B] v₂ = k₂ . [C] . [D] v₁ = v₂

k₁/k₂ = K = [C] . [D] / [A] . [B]

ΔG⁰ = - RT . ln K K = e^{-( ΔG0/RT)}

ΔG = ΔG⁰ + RT . ln ([C] . [D] / [A] . [B])_v

([C] . [D] / [A] . [B])_v < K ΔG < 0

> ΔG > 0

= ΔG = 0

Směr reakce – spontánní – ΔG < 0

Průběh chemických reakcí závisí též na schopnosti molekul přiblížit se dostatečně blízko a překonat repulsní energetickou bariéru. K tomu je zapotřebí energie typické pro každou reakci zvané aktivační energie. Ta vystupuje nejčastěji ve formě kinetické energie molekul projevující se jako teplota. Jiným způsobem zvýšení rychlosti reakce je katalýza. Ta v biochemii probíhá za účasti enzymů – viz předchozí kapitoly.

Katalyzátor není schopen ovlivnit průběh reakce ve smyslu změny rovnovážného stavu. Posun reakce v žádaném směru je možný zvýšením koncentrace reaktantů (substrátů) nebo odčerpáváním produktů, tento způsob je však limitován co do rozsahu. Jinou možností je dodat do reakci energii (jinak než teplo) ve formě energeticky bohatých sloučenin schopných uvolnění energie v jednom prostém kroku (reakci). Tyto sloučeniny v biochemii nazýváme makroergickými sloučeninami. Endergonická reakce s nevýhodným rovnovážným stavem je pak doplněna o současně probíhající exergonickou reakci makroergické sloučeniny, přitom obě reakce probíhají způsobem zvaným spřažené reakce.

Typickým představitelem a prototypem makroergických sloučenin je adenosintrifosfát (ATP), který vystupuje též jako koenzym. Typické pochody za účsti ATP jsou uvedeny na schematu dole:

Úloha ATP v energetickém metabolismu