Gruppenübertragungspotenzial

Unser Körper braucht Energie in Form von ATP. Diese Energie muss in dem Ausmaß ersetzt werden, wie sie verbraucht wird. Der Begriff Gruppenübertragungspotential wird zumeist verwendet, um die Richtung des Energieflusses zu beschreiben: je negativer das G. (ausgedrückt als freie Standardenthalpie Δ$G^{o}$´ ), desto bereitwilliger (exergoner) die Reaktion.

Für die Synthese von ATP aus ADP werden somit phosphorylierte Metaboliten mit hohem G. benötigt. Andererseits kann ATP Metabolite wie Glukose phosphorylieren, da es über ein höheres G. verfügt als die entstehenden Glukose-Phosphate.

• Die Gruppenübertragung auf einen Akzeptor erfolgt immer dann leicht, wenn die Reaktion exergon ist, d.h. wenn die freie Enthalpieänderung ein negatives Vorzeichen hat;
• will man die Leichtigkeit der Gruppenübertragung für verschiedene Systeme verglaichen, so benötigt man eine Referenzverbindung als Akzeptor. Als solche hat man Wasser gewählt, so dass die folgenden Daten als Änderung der freien Standardenthalpie der Hydrolysereaktion zu werten sind:

Tabelle: Gruppenübertragungspotentiale Δ$G^{o}$´ unter Standardbedingungen, d.h. bei pH 7 und 25°

Reaktion	Δ$G^{o}$´ in [kJ/mol]
PEP$\rightarrow$Pyr + Pi	-62
1.3-BPG$\rightarrow$3-PG + Pi	-54
SuccinylCo$\rightarrow$Succinat + CoA	-44
Kreatin-phosphat$\rightarrow$Kreatin + Pi	-43
Arg-P$\rightarrow$Arg + Pi	-38
ATP$\rightarrow$ADP + PPi	-37
ATP$\rightarrow$ADP + Pi	-35
AcetylCoA$\rightarrow$Acetat + CoA	-35
UDP-Glc$\rightarrow$UDP + Glc	-31
Mg-ATP$\rightarrow$Mg-ADP + Pi	-21
G-1P$\rightarrow$Glc + Pi	-17
G-6P$\rightarrow$Glc + Pi	-14

Pi, anorganisches Phosphat; PPi, anorganisches Pyrophosphat. Nicht erklärte Abkürzungen finden sich unter "Gluconeogenese"

Hieraus ergibt sich unter anderem:

• Glukosephosphate (G-1P und G-6P) sind thermodynamisch stabiler als ATP;
  • formal wären sie durch Umkehrung der Hydrolysereaktion leichter zu erzeugen als ATP;
• In Gegenwart eines geeigneten Enzyms (Glucokinase, Hexokinase) ließe sich der Phosphatrest bereitwillig von ATP auf Glukose (Glc) übertragen;
• zur ATP-Erzeugung eignen sich nur Metaboliten, deren Gruppenübertragungspotential über jenem von ATP liegt, wie zum Beispiel
  • Arginin-phosphat (Arg-P); eine Reaktion die in Crustaceen zum ATP-Gewinn eingesetzt wird;
  • Kreatin-Phosphat, das als Energiereserve des Skelettmuskels schnell Energie (ATP) bereitstellen kann;
  • Succinyl-CoA, das (über Succinyl-Phosphat) im Citratzyklus zum GTP-Gewinn dient;
  • 1.3-Bisphosphoglycerat (1.3-BPG) und Phosphoenolpyruvat (PEP), energiereiche Metaboliten, die dem ATP-Gewinn in der Glykolyse dienen. Für PEP folgt die Gleichgewichtslage aus der folgenden Betrachtung:

ATP aus Phosphoenolpyruvat

• Die Kopplung einer stark exergonen Reaktion (Überführung von PEP in Pyr) mit einer endergonen Reaktion (ATP-Synthese aus ADP) ergibt eine exergone Reaktion, die zur Bereitstellung von Energie eingesetzt werden kann.

Bitte beachten: diese Rechnung zeigt das Prinzip, aber nicht unbedingt die Realität. So liegen phosphorylierte Metaboliten in der Zelle zumeist als Magnesiumsalze vor. Daraus ergeben sich Abweichungen, wie am Beispiel der Hydrolyse von ATP bzw. Mg-ATP gezeigt (Tabelle).

Siehe auch: Glykolyse, Gluconeogenese, Citratzyklus