Kalorymetria

Zadanie 1

Jeden z aminokwasów — glutamina — odgrywa kluczową rolę w metabolizmie azotu. Toksyczny amoniak powstający w przemianach aminokwasów w różnych tkankach reaguje z kwasem glutaminowym, prowadząc do powstania glutaminy. Enzym, katalizujący tę reakcję to syntetaza glutaminowa.

A

Oblicz stałą równowagi dla reakcji:

kwas glutaminowy + NH3 ↔ glutamina + H₂O

Entalpie swobodne tworzenia ΔG° kwasu glutaminowego, amoniaku oraz glutaminy w warunkach standardowych (T = 298 K, p = 1 atm, pH 7, siła jonowa 0.25 M) wynoszą odpowiednio -372,16 kJ/mol, 82,94 kJ/mol, -120,36 kJ/mol.

B

W warunkach fizjologicznych stężenie amoniaku wynosi około 10 mM. Oblicz stosunek stężenia glutaminy do stężenia kwasu glutaminowego w warunkach równowagi. (Stężenie H₂O przyjmij się równe 1 — stężenie wody praktycznie nie ulega zmianie podczas reakcji).

C

W warunkach fizjologicznych glutamina jest syntetyzowana poprzez sprzężenie hydrolizy ATP z powyższą reakcją:

kwas glutaminowy + NH₃ + ATP ↔ glutamina + ADP + Pi

Oblicz ΔG° oraz stałą równowagi dla tej reakcji w warunkach standardowych. Entalpie swobodne tworzenia ATP, ADP i Pi wynoszą odpowiednio -2097,89 kJ/mol, -1230,12 kJ/mol i -1059,49 kJ/mol.

D

Załóż, że stężenia amoniaku i fosforanu wynoszą około 10 mM, a [ATP]/[ADP] = 1. Jaka jest wartość stosunku stężeń [kwas glutaminowy]/[glutamina] w warunkach równowagi? Jaka powinna być wartość tego stosunku, aby reakcja zaszła spontanicznie? Wszystkie obliczenia przeprowadź dla T = 298 K. Wartość stałej gazowej R = 8,314 J/mol·K = 1,98 cal/mol·K.

Zadanie 2

Z eksperymentu ITC prowadzonego w temperaturze 30°C wyznaczono wartość stałej dysocjacji dla oddziaływania dwóch białek K_d = 24,5 μM oraz zmianę entalpii dla reakcji asocjacji [math]\Delta H = \unit{-1,45\cdot10^{-4}}{ \frac{kcal}{mmol}}[/math]. Oblicz wartość ΔG oraz czynnika entropowego ΔS dla tego procesu. Wyniki wyraź w joulach i kaloriach. Określ typ sterowania reakcji (sterowana entalpowo, entropowo, entalpowo-entropowo).

Zadanie 3

Jak wiele wiązań musi powstać między białkiem a ligandem, aby stała dysocjacji kompleksu K_d w temperaturze 298 K wynosiła 1 nM? Przyjmij, że energia wiązania wodorowego wynosi -3 kcal/mol, wiązania jonowego -5 kcal/mol, a wiązania van der Waalsa -0,2 kcal/mol.

Zadanie 4

Stała asocjacji kompleksu dwóch białek biorących udział w procesie inicjacji translacji — eIF4E i 4EBP — wynosi [math]K_1 = \unit{67 \times 10^{-6}}{\frac 1 M}[/math]. Stała ta maleje do wartości [math]K_2 =\unit{ 9,5 \times 10^{-6}}{\frac 1 M}[/math] jeśli z eIF4E, zamiast białka 4EBP pełnej długości, wiąże się krótki fragment 4EBP (17 reszt aminokwasowych). Czy w kompleksie zawierającym 4EBP pełnej długości istnieje więcej kontaktów międzycząsteczkowych stabilizujących kompleks w porównaniu z kompleksem zawierającym peptyd? Odpowiedź uzasadnij. Obie stałe asocjacji wyznaczono w 20 °C.