Какое максимальное число молекул АТФ может синтезироваться в клетке при окислений фрагмента молекулы гликогена,состоящего из 150 мономерных звеньев,до углекислого газа и…

Задача: определить максимум энергии в виде молекул ATP, которые можно получить при полном окислении фрагмента гликогена длиной 150 мономеров до CO2 и H2O. Игнорируем энергетические потери на транспорт молекул.

Предположения и базовые идеи

• Гликоген состоит из glucose-остатков. При гликогенолизе каждый мономер может стать глюкозо-6-фосфатом (через G1P → G6P), без затрат на транспорт.
• Энергия считается по полной окислению до CO2 и H2O через гликолиз → пируват → ацетил-CoA → цикл Кребса и окислительное фосфорилирование.
• Максимальный выход ATP получаем при благоприятном переносе электронов NADH через митохондриальные окислительные цепи (NADH → ~2.5 ATP, FADH2 → ~1.5 ATP).
• Рассматриваем один глюкозо-подобный мономер как один остаток гликогена. Следовательно, для фрагмента из 150 мономеров итоговое количество глюкозо-остатков — 150.

Расчёт на одну молекулу глюкозы (как остатка гликогена)

1. Гликолиз из G6P (начинаем от G6P, пропуская потери на активацию глюкозы)

• Гликолиз из G6P даёт:
  • чистая продукция ATP: +3 ATP (вместо +2 ATP при начале с свободной глюкозы; пропускается затратное превращение Глюкозы в G6P, т. е. минус 1 ATP; далее остаётся 4 ATP в стадии субстратного фосфорилирования, что даёт чистые +3 ATP).
  • NADH: +2 NADH.

2. Переход пируват → ацетил-CoA (PDH)

• Для каждой глюкозы образуется 2 пирувата -> 2 NADH (PDH).

3. Цикл Кребса

• На одну молекулу глюкозы образуется за две ацетил-CoA:
  • NADH: +6 NADH
  • FADH2: +2 FADH2
  • GTP (ATP-equivalent): +2 ATP

Итого за одну молекулу глюкозы (начало с G6P)

• NADH всего: 2 (гликолиз) + 2 (PDH) + 6 (ЦК) = 10 NADH
• FADH2 всего: 2
• ATP по субстратному фосфорилированию: 3 ATP ( glycolysis ) + 2 ATP (GTP в ЦК) = 5 ATP
• Прямые ATP-производства из NADH и FADH2 рассчитываются отдельно: NADH → 2.5 ATP, FADH2 → 1.5 ATP

Энергия NADH и FADH2

• NADH: 10 × 2.5 = 25 ATP
• FADH2: 2 × 1.5 = 3 ATP

Итого энергия на одну молекулу глюкозы:

• ATP = субстратное фосфорилирование (5) + NADH- ATP (25) + FADH2- ATP (3) = 33 ATP

Умножение на размер фрагмента

• Энергия на 1 остаток гликогена: 33 ATP
• Фрагмент из 150 мономерных звеньев: 150 × 33 = 4950 ATP

Ответ Максимальное количество ATP, которое может синтезироваться из окисления фрагмента гликогена длиной 150 мономеров до CO2 и H2O (при отсутствии потерь на транспорт и при благоприятном перераспределении NADH), равно 4950 ATP. Примечание: реальная величина может быть немного ниже (около 30–32 ATP на глюкозу) в зависимости от митохондриального переноса NADH (школа/условия), но для максимума и без затрат на транспорт — 4950 ATP.