Biochimica - L' accoppiamento energetico

Accoppiamento energetico delle reazioni chimiche

Prendiamo in considerazione due reazioni in cui il prodotto della prima sia un reagente della seconda secondo lo schema:

A + B → C + D (reazione 1)

C + E → F + G (reazione 2)

• Se si sommano le reazioni il risultato sarà: A + B + E → D + F + G (reazione 3)

Consideriamo ora le variazioni di energia libera standard. Poiché lo stato finale che produce D, F e G è lo stesso sia che si considerino le due reazioni parziali, sia che si consideri quella complessiva si avrà: ΔG°’ = ΔG°’₁ + ΔG°’₂

Relazione tra variazioni energetiche e costanti di equilibrio

Ricordando la relazione tra ΔG°’ e la K’ avremo: RT ln K’_eq3 = RT ln K’_eq1 + RT ln K’_eq2

Ossia K’_eq3 = K’_eq1 x K’_eq2

• Vi è quindi una stretta relazione tra la costante d’equilibrio globale e le costanti d’equilibrio parziali, per cui anche se una reazione fosse, dal punto di vista termodinamico, impossibile, la produzione dei prodotti finali sarebbe ancora termodinamicamente favorita qualora la diminuzione di energia libera della seconda reazione compensasse la prima.

Trasferimento di energia: un processo biologico cruciale

• L’energia acquistata dalla luce solare o dal cibo deve essere usata per guidare processi endoergonici (che richiedono energia).
• Due classi di biomolecole fanno ciò:
  • I coenzimi ridotti (NADH, FADH₂)
  • I composti fosforilati ad alta energia (con una energia libera di idrolisi maggiore di -25 kJ/mol)

Biomolecole ad alta energia

• Notiamo che PEP e 1,3-BPG sono composti ad alta energia.
• Notiamo che gli zuccheri fosforilati NON sono composti ad alta energia.
• L’ATP possiede una posizione centrale!

ATP: un intermedio per gli scambi di energia

• PEP e 1,3-BPG sono prodotti nel corso della degradazione del glucosio.
• L’energia in essi contenuta ed il gruppo fosfato sono trasferiti all’ADP per formare ATP.
• L’ATP è un trasportatore di energia: esso trasferisce velocemente la sua energia ai processi che richiedono energia.

Anidridi dell’acido fosforico

• Perché l’ATP si comporta così? ADP e ATP sono esempi di anidridi dell’acido fosforico.
• Notiamo la somiglianza con le anidridi aciliche.
• L’energia libera di idrolisi è fortemente negativa grazie a:
  • Repulsione elettrostatica