Metabolism – Oxidation and Reduction in Metabolism

00:00 Setzen wir nun diese Idee der Gleichung in die Praxis um. Stellen wir uns also vor, dass wir ein paar Reaktionen haben, wir haben eine Reaktion, wo A zu B wird und wir haben eine Reaktion B zu C. Dies ist nicht nur ein imaginäres Szenario, sondern es ist genau das, was die Zellen tun müssen.

00:18 Zellen haben in ihrem Inneren Tausende von Reaktionen, die zu jeder Zeit ablaufen, und diese Reaktionen bewegen sich auf einem zusammenhängenden Pfad, wie etwa die Oxidation von Glukose.

00:31 Wenn ich mir diese Reaktionen anschauen würde, würde ich sehen, wie Glukose im ersten Schritt der Oxidation zu Glukose-6-Phosphat umgewandelt wird. Im nächsten Schritt wird Glucose-6-phosphat in Fruktose-6-Phosphat umgewandelt. Nun, das sind A, B und C. A ist Glucose, B ist Glucose-6-phosphat, aber dann ist das Glukose-6-Phosphat, das in der ersten Reaktion hergestellt wurde, das Substrat für die zweite Reaktion, denn aus Glucose-6-phosphat wird Fructose-6-Phosphat. Stoffwechselwege können auf diese Weise miteinander verknüpft werden. Wir haben also ein Szenario, bei dem A zu B wird und B zu C. Was passiert nun, wenn ich zum Beispiel die Reaktion B nach C nehme und die Menge von C erhöhe, was passiert dann mit der Delta-G-Gleichung? Nun, wenn ich die Konzentration von C erhöhe, sagen wir mal auf größer als B, dann bedeutet das, dass der logarithmische Term selbst zunehmen wird. Und wie wir schon sagten, wenn der log-Term für eine Reaktion zunimmt, dann steigt der Wert von Delta G. Erinnern Sie sich, dass ich sagte, dass wenn das Delta G für eine Reaktion positiv ist, wird sich die Reaktion rückwärts bewegen. Wenn wir also diese Reaktion positiv genug machen, wird die Reaktion von B nach C rückwärts ablaufen und B erzeugt. Das wird nicht isoliert geschehen, denn B wird in der ersten Gleichung beeinflusst.

01:58 Ein Überschuss an B wird sich also auf die Reaktion von A nach B auswirken. Wir können also sehen, wie die Produktion von C tatsächlich die Rückwärtsbewegung bis zurück zu A begünstigt.

02:13 Was ich Ihnen mit diesem Prinzip veranschaulicht habe, ist dass diese Prozesse miteinander verbunden sind.

02:18 Also gut. Die Verflechtung der Prozesse bedeutet also, dass die Delta-Gs selbst ebenfalls miteinander verknüpft sind. Also wie gesagt, wenn ich in die andere Richtung gehe, sagen wir, ich entscheide mich dafür, die A-Konzentration zu erhöhen, was wird dann passieren? Nun, wir könnten das Ganze umdrehen, sagen wir, wenn wir mehr A herstellen, dann wird eine größere Menge des Substrats, also des Ausgangsstoffs A, dazu führen, dass der logarithmische Term abnimmt, was bedeutet, dass wir die Produktion von B bevorzugen werden.

02:48 Wenn die Konzentration von B ansteigt, dann bedeutet das, dass B jetzt das Substrat für die nachfolgende Reaktion zu C wird, was bedeutet, dass C ebenfalls begünstigt wird. Jetzt habe ich gerade ein Prozess beschrieben, bei dem Sie A erhöhen und die eine Reaktion ganz nach unten geht. Dieses Verdrängen der Reaktion wird durch die Erhöhung der Menge des des Eduktes ermöglicht. Wenn ich also die Menge an Edukt erhöhe, schiebe ich eine Reaktion an. Was passiert dann mit C? Nun, wenn ich das mache, wird die Reaktion von B nach C in Richtung C ablaufen. Wenn ich die Reaktion in Richtung von C verschiebe, also weniger B sein wird, bedeutet das, dass A sich nach rechts zu bewegen scheint und mehr zu B wird. Was ich in diesem Beispiel gemacht habe, ist das, was ich "eine Reaktion ziehen" nenne. Das Schieben einer Reaktion bezieht sich auf die Erhöhung der Menge des Eduktes und das Ziehen einer Reaktion bedeutet das Entfernen einer bestimmten Menge des Produkts.

03:53 Die Gleichung oben, die Delta-G-Gleichung, bezieht sich also auf das Schieben und Ziehen, über das ich gesprochen habe. Erinnern Sie sich, dass Ziehen ein Produkt entfernen bedeutet und Schieben bedeutet, dass das Edukt, also B kleiner und A größer werden würde. Wir erinnern uns, dass das bedeutet, dass der logarithmische Term immer negativer wird, d.h. das Delta G wird kleiner und nimmt ab und wird negativer, die Vorwärtsreaktion wird also begünstigt. Also durch Ziehen und Schieben einer Reaktion, wird eine Reaktion begünstigen, die sich in die Vorwärtsrichtung bewegt.

04:24 Betrachten wir nun ein anderes Problem. Nehmen wir das Problem, bei dem wir eine Reaktion haben, die einen bekannten Wert für ΔG0' hat und dann sehen wir, was dieser Wert tatsächlich über die Reaktion aussagt.

04:36 In diesem Fall würde ich gerne eine Situation betrachten, in der ΔG0' einen negativen Wert hat.

04:41 Der ΔG0' ist also negativ. Und nehmen wir weiter an, dass die Reaktion von A nach B geht und wir mit gleichen Mengen von A und B beginnen. Nun sage ich, lassen wir die Reaktion an den Ort gelangen, an dem sie ihr Gleichgewicht findet. Wir beginnen also mit den gleichen Mengen, aber diese reagieren je nach Energiebedarf des Systems und sie sind zu einer bestimmten Endkonzentration von A und B im Gleichgewicht.

05:13 Die Frage ist, wie hoch ist die Konzentration von ihnen im Gleichgewicht? Nun, lassen Sie uns die Gleichung ansehen. Wir wissen, dass im Gleichgewicht Delta G gleich Null ist, und ich habe gesagt, dass die ΔG0' ist eine negative Zahl ist, das bedeutet also, dass Null gleich einer negativen Zahl ist, plus RT mal dem natürlichen Logarithmus von B über A. Wenn ich die negative Zahl zur anderen Seite der Gleichung nehme, bedeutet das, dass eine positive Zahl gleich RT mal dem natürlichen Logarithmus von B über A ist. Warum ist das wichtig? Die Bedeutung liegt darin, dass wenn für dieses Protokoll der Term positiv ist, es mehr B als A geben muss. Das ist eine der Eigenschaften von Logarithmen.

05:58 Nun, wenn es mehr B als A gibt und wir mit gleichen Mengen von B und A angefangen haben, was bedeutet das? Es bedeutet, dass wenn die Reaktion mit gleichen Mengen begann und sie sich vorwärts bewegt, dass die Reaktion die ein negatives ΔG0' hatte, vorteilhaft war und sich vorwärts bewegt, als wir die gleichen Konzentrationen hatten. Nun sagen die Leute gemeinhin, was das bedeutet, ist dass, wenn dies geschieht, die Reaktion exergon ist, das ΔG0'zeigt, dass eine Reaktion exergon ist. Wir können die genaue Richtung einer Reaktion nicht vorhersagen, ohne alle Konzentrationen von A und B zu kennen, aber die Tendenz für eine Reaktion mit einem negativen Wert von ΔG0' ist exergon. Nun können wir auch das Gegenteil sagen, nämlich dass wenn der ΔG0' für eine Reaktion positiv ist, können wir die gleiche Analyse durchführen und wir würden feststellen, dass das Gleichgewicht der Konzentrationen eine größere Menge von A als B wäre. Dies würde bedeuten, dass die Reaktion endergon war, denn wenn wir mit gleichen Mengen beginnen und am Ende mit mehr A als B rauskommen, bedeutet das, dass die Reaktion rückwärts ablaufen muss.