Potenziali Termodinamici

Question 1

L’energia interna di un sistema chimico dipende da 3 parametri, dimmi quali

Answer 1

Legami chimici tra atomi
Legami di tipo non covalente tra le molecole
Energia cinetica delle specie chimiche

Question 2

Cosa significa valutare il ∆G° di una reazione chimica?

Answer 2

Significa valutarlo in condizioni standard biochimiche quindi:
Concentrazione reagenti e prodotti 1M
Concentrazione 55,4 M di acqua
Concentrazione di protoni 10-⁷

Solo la T non deve essere a 25°C ma alla T del sistema che vogliamo misurare

Question 3

Quante cariche negative possiede la ATP a pH=7?

Answer 3

4 cariche negative

Question 4

Che tipo di reazione è l’idrolisi di ATP e quanta energia libera?

Answer 4

É una sostituzione nucleofila
(O nucleofilo attacca il P gamma elettrofilo)
Libera tra i -30 e i -45 KJ/mol

Question 5

Dimmi le 6 motivazioni per cui l’ATP è la valuta energetica del nostro organismo

Answer 5

1. Diminuiscono le cariche negative nell’ATP (da 4 a 2) e quindi le repulsioni elettrostatiche
2. Il Pi che si forma è stabilizzato per risonanza (4 formule), diversamente dall’ATP iniziale in cui il doppietto di e sull’O è conteso da P gamma e P beta
3. i prodotti sono maggiormente solvatati, formano più legami a H e perciò rilasciano più energia (ergo sono più stabili)
4. L’ADP tende a cedere un protone in ambiente acquoso poiché la concentrazione di H+ è bassa. Questo porta ad un aumento dell’entropia
5. La ATP è una molecola altamente stabile cineticamente che le permette di essere conservata senza che si idrolizzi per essere utilizzata al bisogno

Question 6

Dimmi la struttura del P inorganico

Answer 6

Ha un doppio legame con O
E 3 legami con OH di cui 2 deprotonati ed uno protonato la cui Pka é 12

Question 7

Dimmi com’è complessata la ATP

Answer 7

L’ATP è complessata con uno ione Mg.
Questo forma due legami di coordinazione con i P gamma e beta nell’ATP o alfa e beta nella ADP

Question 8

Dimmi 4 composti con potenziale di fosforilazione maggiore dell’ATP

Answer 8

Fosfocreatina
1,3-bifosfoglicerato
AcetilCoA
Fosfornolpiruvato

Question 9

Elenca le ragioni per cui il fosfoenolpiruvato rilascia molta energia libera

Answer 9

Idrolizzandosi porta alla formazione di piruvato più P inorganico.

1) Il piruvato è un composto tautomerico più spostato verso la forma chetonica

2) il P inorganico ha 4 forme di risonanza (più di quando è legato al composto, dove ne ha 3)

Question 10

Elenca le ragioni per cui l’ 1,3-bifosfoglicerato rilascia molta energia libera

Answer 10

Questo composto si idrolizza dando acido 3-fosfoglicerico + Pi e poi successivamente si ionizza dando 3-fosfoglicerato + H+.

1) il 3-fosfoglicerato e il Pi hanno entrambi delle forme di risonanza
2) La ionizzazione (che avviene per la bassa concentrazione di protoni) porta ad un aumento di entropia
3) la sottrazione del reagente della seconda reazione, porta ad un incremento della prima reazione e quindi dell’idrolisi

Question 11

Elenca le ragioni per cui la fosfocreatina rilascia molta energia libera

Answer 11

La fosfocreatina si idrolizza dando creatina più fosfato inorganico.

1)La creatina e il Pi hanno entrambi delle forme di risonanza mentre la Fosfocreatina ha degli elettroni su N contesi tra P e C che diminuiscono la risonanza

Question 12

Elenca le ragioni per cui l’AcetilCoA rilascia molta energia libera

Answer 12

L’AcetilCoA si idrolizza ad acido acetico + Pi e poi si ionizza portando ad Acetato + protone.

1) sia lo ione acetato che il Pi hanno delle forme di risonanza
2) La ionizzazione (che avviene per la bassa concentrazione di protoni) porta ad un aumento di entropia
3) la sottrazione del reagente della seconda reazione, porta ad un incremento della prima reazione e quindi dell’idrolisi

Question 13

Quando 2 reazioni si dicono sequenziali? Fai un esempio

Answer 13

Quando hanno un intermedio in comune. Queste possono essere associate in modo tale da rendere esoergonica una reazione che è a priori endoergonica.

Un esempio è l’accoppiamento tra idrolisi di ATP e reazione di formazione del glucosio-6-fosfato a partire da glucosio e P inorganico

Question 14

Perché l’uomo non utilizza il calore rilasciato dall’ATP per svolgere reazioni chimiche?

Answer 14

Perché è un organismo isotermo così come le sue cellule, non vi è aumento o diminuzione di T

L’idrolisi dell’ATP con conseguente rilascio di calore è una reazione che avviene troppo lentamente rispetto ai processi biologici

Question 15

Fammi due esempi di partecipazione covalente di ATP nelle cellule?

Answer 15

1) pompa sodio-potassio che porta Na fuori e K dento

2) glutammato + ATP –> ADP + glutammilfosfato
Glutammilfosfato+ NH3 –> glutammina + Pi

Question 16

Spiega il meccanismo di partecipazione covalente dell’ATP nel glutammato

Answer 16

L’ATP fa un attacco nucleofilo sul glutammato. Questo porta a glitammilfosfato + Pi che ha un contenuto energetico maggiore rispetto al glutammato. Questa reazione endoergonica viene aiutata dalla rottura del legame anidridico tra P beta e Pgamma.
Il glutammilfosfato reagisce con ammoniaca e rilascia così fosfato. Questo composto ha energia minore perciò è esoergonico.

Question 17

Quanta energia rilascia il trasferimento di un adenilato ad un substrato?

Answer 17

46 KJ/mol + 19 kJ/mol (rottura Pi)
= 65 KJ/mol

Question 18

Cosa si intende per meccanismi alternativi?

Answer 18

I meccanismi alternativi permettono ad un substrato a bassa energia di passare ad uno stato ad alta energia (endoergonico) grazie a un legame NON covalente con l’ATP

Question 19

Illustra uno dei meccanismi alternativi con cui agisce l’ATP

Answer 19

La contrazione muscolare
Il complesso iniziale actina-miosina viene destabilizzato quando si lega ATP.
Questa viene idrolizzata. Prima che vengano rilasciati i prodotti la testa della miosina si muove verso l’esterno (ALTO CONTENUTO ENERGETICO). Questo è possibile grazie alla energia rilasciata dall’idrolisi

Ora rilascia fosfato inorganico e può formare una nuova interazione con una actina più esterna.

Ora rilascia ADP e il nuovo complesso actina-miosina si sposta verso il centro (BASSO CONTENUTO ENERGETICO)

Question 20

Perché tra i composti ad alto potenziale di fosforilazione scegliamo l’ATP?

Answer 20

Perché questo fa sì che venga sintetizzata facilmente a partire dal trasferimento di gruppi fosfato dal fosfoenolpiruvato, fosfocreatina, ecc…

Non occorre sfruttare direttamente questi composti come ATP perché libererebbero troppa energia inutile dato che si parte da substrati con energia libera pressoché nulla

Question 21

Dimmi i 3 tipi di lavori che vengono compiuti grazie alla costruzione del gradiente elettrochimico protonico

Answer 21

1) lavoro chimico: costruzione di ATP grazie ad ATP-sintasi

2) lavoro meccanico: contrazione muscolare

3) lavoro osmotico: gradiente transmembrana Na-K

Question 22

Dimmi 4 modalità con cui avviene il trasferimento di elettroni

Answer 22

1) trasferimento di elettroni
2) trasferimento di un elettrone + un protone
3) trasferimento di uno ione idruro ( 2 elettroni + 1 protone)
4) per combinazione di un idrocarburo con O2 che porta alla formazione di un alcool

Question 23

Dimmi qual è la coppia con potenziale di riduzione maggiore

Answer 23

È la coppia ossigeno acqua.
Ha un potenziale di riduzione di +0.816