Φωσφορικά υψηλής ενέργειας

Το φωσφορικά υψηλής ενέργειας (high-energy phosphate) μπορεί να σημαίνει ένα από δύο πράγματα:
 Τα φωσφορικά (φωσφοανυδρίτης/φωσφορικός ανυδρίτης/μακροεργικό/φωσφογογόνο) σχηματίζουν δεσμούς όταν δημιουργούνται ενώσεις όπως διφωσφορική αδενοσίνη (ADP) και τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).
 Τις ενώσεις που περιέχουν αυτούς τους δεσμούς, οι οποίοι περιλαμβάνουν τα διφωσφορικά και τα τριφωσφορικά νουκλεοσίδια, και τις ενώσεις αποθήκευσης υψηλής ενέργειας του μυός, τα φωσφογόνα. Όταν οι άνθρωποι μιλούν για μια δεξαμενή φωσφορικών υψηλής ενέργειας, μιλούν για τη συνολική συγκέντρωση αυτών των ενώσεων με αυτούς τους δεσμούς υψηλής ενέργειας.
Περιγραφή
Οι φωσφορικοί δεσμοί υψηλής ενέργειας είναι συνήθως πυροφωσφορικοί δεσμοί, δεσμοί ανυδρίτη οξέος που σχηματίζονται με τη λήψη παραγώγων φωσφορικού οξέος και την αφυδάτωση τους. Κατά συνέπεια, η υδρόλυση αυτών των δεσμών είναι μια εξώεργη αντίδραση υπό φυσιολογικές συνθήκες, απελευθερώνοντας ελεύθερη ενέργεια Γκιμπς.
+Αντιδράσεις φωσφορικών "Υψηλής ενέργειας"  Αντίδραση ATP + H2O → ADP + Pi   ADP + H2O → AMP + Pi   ATP + H2O → AMP + PPi  PPi + H2O → 2 Pi  
Εκτός από το PPi → 2 Pi, αυτές οι αντιδράσεις, γενικά, δεν επιτρέπεται να περάσουν ανεξέλεγκτες στο ανθρώπινο κύτταρο, αλλά αντίθετα συνδέονται με άλλες διεργασίες που χρειάζονται ενέργεια για να τις οδηγήσουν στην ολοκλήρωσή τους. Έτσι, οι αντιδράσεις φωσφορικών υψηλής ενέργειας μπορούν:
 να παρέχουν ενέργεια στις κυτταρικές διεργασίες, επιτρέποντάς τους να εκτελούνται
 να συνδέουν διεργασίες σε ένα συγκεκριμένο νουκλεοσίδιο, επιτρέποντας ρυθμιστικό έλεγχο της διαδικασίας 
 να οδηγούν μια αντίδραση από την ισορροπία (κατεύθυνση "προς τα δεξιά") προωθώντας μια κατεύθυνση της αντίδρασης πιο γρήγορα από ό, τι μπορεί να χαλαρώσει η ισορροπία.
Η μοναδική εξαίρεση έχει αξία γιατί επιτρέπει σε μία μόνο υδρόλυση, ATP + H2O → AMP + PPi, να παρέχει αποτελεσματικά την ενέργεια υδρόλυσης δύο δεσμών υψηλής ενέργειας, με την υδρόλυση του PPi να επιτρέπεται να ολοκληρωθεί σε ξεχωριστή αντίδραση. Το AMP αναγεννάται σε ATP σε δύο στάδια, με την αντίδραση ισορροπίας ATP + AMP ↔ 2ADP, ακολουθούμενη από αναγέννηση του ATP με τα συνήθη μέσα, οξειδωτικής φωσφορυλίωσης ή άλλες οδούς παραγωγής ενέργειας όπως η γλυκόλυση.
Συχνά, οι φωσφορικοί δεσμοί υψηλής ενέργειας υποδηλώνονται με τον χαρακτήρα '~'. Σε αυτόν τον "κυματιστό" (squiggle) συμβολισμό, το ATP γίνεται A-P~P~P. Ο κυματιστός συμβολισμός επινοήθηκε από τον Fritz Albert Lipmann, ο οποίος πρότεινε για πρώτη φορά το ATP ως το κύριο μόριο μεταφοράς ενέργειας του κυττάρου, το 1941. Η σημειογραφία του Lipmann τονίζει την ιδιαίτερη φύση αυτών των δεσμών.Lubert Stryer Biochemistry, 3rd edition, 1988. Chapter 13, p. 318 Ο Stryer δηλώνει: 
Ο όρος 'υψηλής ενέργειας' σε σχέση με αυτούς τους δεσμούς μπορεί να είναι παραπλανητικός επειδή η αρνητική αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας δεν οφείλεται άμεσα στη θραύση των ίδιων των δεσμών. Η θραύση αυτών των δεσμών, όπως και ην θραύση των περισσότερων δεσμών, είναι ενδόεργη αντίδραση και καταναλώνει ενέργεια αντί να την απελευθερώνει. Η αρνητική αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας προέρχεται από το γεγονός ότι οι δεσμοί που σχηματίζονται μετά την υδρόλυση - ή τη φωσφορυλίωση ενός υπολείμματος από το ATP - είναι χαμηλότεροι σε ενέργεια από τους δεσμούς που υπάρχουν πριν από την υδρόλυση. (Αυτό περιλαμβάνει όλους τους δεσμούς που εμπλέκονται στην αντίδραση, όχι μόνο τους ίδιους τους φωσφορικούς δεσμούς). Αυτό το αποτέλεσμα οφείλεται σε έναν αριθμό παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της αυξημένης σταθεροποίησης συντονισμού και της διαλυτοποίησης των προϊόντων σε σχέση με τα αντιδρώντα, καθώς και της αποσταθεροποίησης των αντιδρώντων λόγω ηλεκτροστατικής απώθησης μεταξύ γειτονικών ατόμων φωσφόρου.

 Παραπομπές 

 Παραπέρα μελέτη 
 McGilvery, R. W. and Goldstein, G., Biochemistry - A Functional Approach, W. B. Saunders and Co, 1979, 345–351.


Κατηγορία:Βιοενεργητική
Κατηγορία:Οργανοφωσφορικά
Κατηγορία:Φωσφορικοί εστέρες
Κατηγορία:Φωσφορικά