एटीपी हाइड्रोलिसिस
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एटीपी हाइड्रोलिसिस अपचयी प्रतिक्रिया प्रक्रिया है जिसके द्वारा एडेनोसिन डिपोस्फेट (एटीपी) में उच्च ऊर्जा फॉस्फेट | उच्च-ऊर्जा फॉस्फोएनहाइड्राइड बॉन्ड में संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को इन बांडों को विभाजित करने के बाद जारी किया जाता है, उदाहरण के लिए मांसपेशियों में, काम के रूप में उत्पादन करके यांत्रिक ऊर्जा का। उत्पाद एडेनोसाइन डिफॉस्फेट (एडीपी) और एक अकार्बनिक फॉस्फेट (पीi). ऊर्जा देने के लिए एडीपी को आगे हाइड्रोलाइज्ड किया जा सकता है, एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (एएमपी), और एक अन्य अकार्बनिक फॉस्फेट (पीi).[1] एटीपी हाइड्रोलिसिस भोजन या सूर्य के प्रकाश से प्राप्त ऊर्जा और मांसपेशियों के संकुचन, झिल्लियों में विद्युत रासायनिक ढाल ्स की स्थापना और जीवन को बनाए रखने के लिए आवश्यक बायोसिंथेटिक प्रक्रियाओं जैसे उपयोगी कार्यों के बीच अंतिम कड़ी है।
एनहाइड्रिडिक बॉन्ड को अक्सर उच्च-ऊर्जा बॉन्ड के रूप में लेबल किया जाता है। पीओ बांड वास्तव में काफी मजबूत हैं (सीएन बांड की तुलना में ~ 30 kJ/mol मजबूत)[2][3] और खुद को तोड़ना विशेष रूप से आसान नहीं है। जैसा कि नीचे बताया गया है, एटीपी के हाइड्रोलिसिस द्वारा ऊर्जा जारी की जाती है। हालाँकि, जब P-O बॉन्ड टूट जाते हैं, तो ऊर्जा के इनपुट की आवश्यकता होती है। यह एक बड़ी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ नए बांड और कम-ऊर्जा अकार्बनिक फॉस्फेट का गठन है जो सिस्टम की कुल ऊर्जा को कम करता है और इसे और अधिक स्थिर बनाता है।[1]
एटीपी में फास्फेट समूहों का हाइड्रोलिसिस विशेष रूप से एक्सर्जोनिक है, क्योंकि परिणामी अकार्बनिक फॉस्फेट आणविक आयन कई अनुनाद संरचनाओं द्वारा बहुत स्थिर होता है, जिससे उत्पाद (एडीपी और पी) बनते हैं।i) अभिकारक (एटीपी) की तुलना में ऊर्जा में कम। एटीपी की तीन आसन्न फॉस्फेट इकाइयों से जुड़ा उच्च नकारात्मक चार्ज घनत्व भी अणु को अस्थिर करता है, जिससे यह ऊर्जा में अधिक हो जाता है। हाइड्रोलिसिस इनमें से कुछ इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण से छुटकारा दिलाता है, एंजाइम संरचना में परिवर्तनकारी परिवर्तन करके प्रक्रिया में उपयोगी ऊर्जा को मुक्त करता है।
मनुष्यों में, एटीपी के हाइड्रोलिसिस से जारी ऊर्जा का लगभग 60 प्रतिशत होने वाली वास्तविक प्रतिक्रियाओं को ईंधन देने के बजाय चयापचय गर्मी पैदा करता है।[4] एटीपी, एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट के एसिड-बेस गुणों के कारण, एटीपी के हाइड्रोलिसिस पर प्रतिक्रिया माध्यम के पीएच को कम करने का प्रभाव पड़ता है। कुछ शर्तों के तहत, एटीपी हाइड्रोलिसिस के उच्च स्तर लैक्टिक एसिडोसिस में योगदान कर सकते हैं।
उत्पादित ऊर्जा की मात्रा
टर्मिनल फ़ॉस्फ़ोनहाइड्रिडिक बॉन्ड का हाइड्रोलिसिस एक अत्यधिक एक्सर्जोनिक प्रक्रिया है। जारी ऊर्जा की मात्रा किसी विशेष सेल में स्थितियों पर निर्भर करती है। विशेष रूप से, जारी ऊर्जा एटीपी, एडीपी और पी की सांद्रता पर निर्भर हैi. चूंकि इन अणुओं की सांद्रता संतुलन पर मूल्यों से विचलित होती है, गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (ΔG) का मूल्य तेजी से भिन्न होगा। मानक स्थितियों में (एटीपी, एडीपी और पीi सांद्रता 1M के बराबर है, पानी की सांद्रता 55 M के बराबर है) ΔG का मान -28 से -34 kJ/mol के बीच है।[5][6] ΔG मान की सीमा मौजूद है क्योंकि यह प्रतिक्रिया Mg की सांद्रता पर निर्भर है2+ धनायन, जो एटीपी अणु को स्थिर करते हैं। सेलुलर वातावरण भी ΔG मूल्य में अंतर के लिए योगदान देता है क्योंकि एटीपी हाइड्रोलिसिस न केवल अध्ययन किए गए सेल पर निर्भर करता है, बल्कि आसपास के ऊतक और यहां तक कि सेल के भीतर डिब्बे पर भी निर्भर करता है। इसलिए ΔG मानों में परिवर्तनशीलता अपेक्षित है।[6]
मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन Δ के बीच संबंधrGo और रासायनिक संतुलन प्रकट कर रहा है। यह संबंध समीकरण Δ द्वारा परिभाषित किया गया हैrGo = -RT ln(K), जहां K संतुलन स्थिरांक है, जो संतुलन में प्रतिक्रिया भागफल Q के बराबर है। जैसा कि उल्लेख किया गया है, इस प्रतिक्रिया के लिए ΔG का मानक मान -28 और -34 kJ/mol के बीच है; हालांकि, शामिल अणुओं की प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित सांद्रता से पता चलता है कि प्रतिक्रिया संतुलन पर नहीं है।[6]इस तथ्य को देखते हुए, संतुलन स्थिरांक, K और प्रतिक्रिया भागफल, Q के बीच तुलना अंतर्दृष्टि प्रदान करती है। K मानक स्थितियों में होने वाली प्रतिक्रियाओं को ध्यान में रखता है, लेकिन सेलुलर वातावरण में शामिल अणुओं की सांद्रता (अर्थात्, एटीपी, एडीपी और पीi) मानक 1 एम से बहुत दूर हैं। वास्तव में, सांद्रता को एमएम में अधिक उचित रूप से मापा जाता है, जो परिमाण के तीन आदेशों से एम से छोटा है।[6]इन अमानक सांद्रताओं का उपयोग करते हुए, Q का परिकलित मान एक से बहुत कम है। समीकरण ΔG = Δ का उपयोग करके Q को ΔG से संबंधित करकेrGo + RT ln(Q), जहां ΔrGo एटीपी के हाइड्रोलिसिस के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा में मानक परिवर्तन है, यह पाया गया है कि ΔG का परिमाण मानक मान से बहुत अधिक है। सेल की गैर-मानक स्थितियां वास्तव में अधिक अनुकूल प्रतिक्रिया का परिणाम देती हैं।[7] एक विशेष अध्ययन में, मनुष्यों में विवो में ΔG निर्धारित करने के लिए, एटीपी, एडीपी और पी की एकाग्रताi परमाणु चुंबकीय अनुनाद का उपयोग करके मापा गया था।[6]मानव मांसपेशियों की कोशिकाओं में आराम से, एटीपी की एकाग्रता लगभग 4 मिमी और एडीपी की एकाग्रता लगभग 9 माइक्रोन पाई गई। उपरोक्त समीकरणों में इन मानों को इनपुट करने पर ΔG = -64 kJ/mol प्राप्त होता है। इस्किमिया के बाद, जब मांसपेशियां व्यायाम से ठीक हो रही होती हैं, तो एटीपी की सांद्रता 1 मिमी जितनी कम होती है और एडीपी की सांद्रता लगभग 7 माइक्रोन होती है। इसलिए, निरपेक्ष ΔG -69 kJ/mol जितना अधिक होगा।[8] ΔG के मानक मूल्य और ΔG के प्रायोगिक मूल्य की तुलना करके, कोई यह देख सकता है कि ATP के हाइड्रोलिसिस से निकलने वाली ऊर्जा, जैसा कि मनुष्यों में मापा जाता है, मानक परिस्थितियों में उत्पादित ऊर्जा से लगभग दोगुनी है।[6][7]
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Lodish, Harvey (2013). आणविक कोशिका जीव विज्ञान (7th ed.). New York: W.H. Freeman and Co. pp. 52, 53. ISBN 9781464109812. OCLC 171110915.
- ↑ Darwent, B. deB. (1970). "Bond Dissociation Energies in Simple Molecules", Nat. Stand. Ref. Data Ser., Nat. Bur. Stand. (U.S.) 31, 52 pages.
- ↑ "Common Bond Energies (D". www.wiredchemist.com. Retrieved 2020-04-04.
- ↑ बर्न एंड लेवी फिजियोलॉजी. Berne, Robert M., 1918-2001., Koeppen, Bruce M., Stanton, Bruce A. (6th, updated ed.). Philadelphia, PA: Mosby/Elsevier. 2010. ISBN 9780323073622. OCLC 435728438.
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- ↑ 7.0 7.1 "ATP: Adenosine Triphosphate". cnx.org. Retrieved 2018-05-16.
- ↑ Wackerhage, H.; Hoffmann, U.; Essfeld, D.; Leyk, D.; Mueller, K.; Zange, J. (December 1998). "मानव कंकाल की मांसपेशी में मुफ्त एडीपी, पीआई और एटीपी हाइड्रोलिसिस की मुफ्त ऊर्जा की वसूली". Journal of Applied Physiology. 85 (6): 2140–2145. doi:10.1152/jappl.1998.85.6.2140. ISSN 8750-7587. PMID 9843537. S2CID 2265397.
अग्रिम पठन
- Syberg, F.; Suveyzdis, Y.; Kotting, C.; Gerwert, K.; Hofmann, E. (2012). "Time-Resolved Fourier Transform Infrared Spectroscopy of the Nucleotide-binding Domain from the ATP-binding Cassette Transporter MsbA: ATP Hydrolysis ID The Rate-Limiting Step in the Catalytic Cycle". Journal of Biological Chemistry. 278 (28): 23923–23931. doi:10.1074/jbc.M112.359208. PMC 3390668. PMID 22593573.
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- Kamerlin, S. C.; Warshel, A. (2009). "On the energetics of ATP hydrolysis in solution". Journal of Physical Chemistry. B. 113 (47): 15692–15698. doi:10.1021/jp907223t. PMID 19888735.
- Bergman, C.; Kashiwaya, Y.; Veech, R. L. (2010). "The effect of pH and Free Mg2+ on ATP Linked Enzymes and the Calculation of Gibbs Free Energy of ATP Hydrolysis". Journal of Physical Chemistry. B. 114 (49): 16137–16146. doi:10.1021/jp105723r. PMID 20866109.
- Berg, J. M.; Tymoczko, J. L.; Stryer, L. (2011). Biochemistry (International ed.). New York: W. H. Freeman. p. 287.
