Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Напишите формулу АТФ, обозначив макроэргические связи. Какова величина энергии, освобождающейся при распаде 1 М АТФ?

2. Какие межатомные связи называют макроэргическими?

3. Укажите роль АТФ в организме.

4. Какова «длительность жизни» молекул АТФ в клетках высших организмов? Каково суммарное количество АТФ, синтезирующееся (и распадающееся) за сутки в организме взрослого человека?

5. Охарактеризуйте катаболические, анаболические и амфиболические пути в обмене веществ, их значение и взаимосвязь с обменом энергии.

6. Какие процессы в организме требуют затрат энергии? Какой компонент пищи является главным источником энергии для человека? В чем заключается биологическая роль процессов распада органических веществ в организме?

7. Охарактеризуйте стадии катаболизма веществ. Как образуется Н₂О и СО₂при окислительном распаде в клетках органических субстратов?

8. Что такое биологическое окисление? Что такое тканевое дыхание? История изучения процессов тканевого дыхания.

9. Сколько витаминов принимают участие в окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты?

10. В чем заключается сущность цикла трикарбоновых кислот?

11. Укажите, к какому классу относится каждый из ферментов цикла Кребса.

12. Назовите все субстраты окисления в цикле трикарбоновых кислот.

13. Какие кофакторы необходимы для работы II,IV,VIиVIIIферментов ЦТК?

14. При отсутствии какого витамина скорость ЦТК не будет нарушаться: цианокобаламин, тиамин, пантотеновая кислота, никотинамид, рибофлавин?

15. В клинику доставили пострадавших во время землетрясения, находившихся без пищи 10 дней. Исследования активности ферментов ЦТК показали резкое снижение скорости этого процесса. Какие последствия это имеет для организма?

А. Обезвоживание. Б. Снижение уровня АТФ. В. Снижение уровня глюкозы в крови. Г. Образование большого количества эндогенной воды.

16. Какие ферменты ЦТК являются регуляторными? Какие метаболиты и как на них влияют?

17. Что понимают под амфиболичностью цикла Кребса?

18. Заполните пропуски: НАД-зависимые дегидрогеназы катализирут окисление на этапах превращения …..(1) в…..(2),…..(3) в…..(4),…..(5) в…..(6). С осуществлением каждого из этих этапов сопряжено образование…..(7) молекул АТФ. ФАД-зависимые дегидрогеназы катализируют окисление на этапе превращения…..(8) в…..(9). С осуществлением этого этапа сопряжено образование…..(10) молекул АТФ. Субстратное фосфорилирование происходит на этапе превращения…..(11) в…..(12). С этим этапом сопряжено образование…..(13) молекул АТФ.

19. Рекомендуется (на отдельном листе) изобразить в виде схемы общий путь катаболизма.

Литература для самоподготовки.  Лекционный материал; (1) - С. 186-188, 235-247; (2) - С. 344-349; (3) - С. 119-130; (4) - 1т. С. 172-180, 186-188.

Тема 3.3. Энергетический обмен. Окислительное фосфорилировие

Цель занятия. Изучить химическое строение и последовательность расположения компонентов цепи переноса электронов (ЦПЭ). Понимать химизм процессов передачи электронов и протонов и при участии ферментов дыхательной цепи. Изучить процессы окислительного фосфорилирования и окислительные системы, не связанные с продукцией энергии. Изучить действие окислительно-восстановительных ферментов.

Исходный уровень.Экзергонические и эндергонические реакции, редокс-потенциал, понятие об окислении и восстановлении (курс биоорганической химии) Строение митохондрий (курс гистологии), понятие о свободных радикалах (курс биоорганической химии).

Повторить.Строение ферментов, коферментов, необратимые ингибиторы. Реакции ЦТК, понятие о свободных радикалах.

Содержание теоретического материала. 1. Биологическое окисление и тканевое дыхание. Типы окисляемых субстратов. 2. Строение митохондрий и структурная организация цепи переноса электронов. Цепь переноса электронов как часть системы дыхания. Функции дыхательной цепи. 3. Характеристика компонентов дыхательной цепи: НАД-зависимые дегидрогеназы. ФМН (ФАД) - зависимые дегидрогеназы. Строение и биологическая роль убихинонов. Строение и функции цитохромов. 4. Механизм окислительного фосфорилирования АДФ. Хемиосмотическая теория Митчела. Механизм сопряжения дыхания и фосфорилирования в митохондриях. Создание электрохимического трансмембранного протонного градиента - движущей силы синтеза АТФ. 5. Определение мест сопряженного синтеза АТФ при помощи ингибиторов дыхательной цепи. Характеристика и роль Н⁺-АТФ-синтетазы в механизме образования АТФ и воды. 6. Регуляция работы цепи переноса электронов. Разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Дыхательный коэффициент (Р/О) и дыхательный контроль. 7. Нарушения энергетического обмена: гипоэнергетические состояния как результат гипоксии, гипоавитаминозов и др. причин. (*)8. Термогенная функция энергетического обмена в бурой жировой ткани. Возрастная характеристика энергетического обеспечения организма питательными веществами.

Для усвоения материала темы следует обратить внимание на то, что:

1) Тканевое дыхание – процесс окисления водорода субстратов в дыхательной цепи с образованием эндогенной воды в клетках. Это основной источник энергии для реакции синтеза АТФ в клетках.

2) Ферменты дыхательной цепи располагаются в соответствии с уменьшением величины отрицательных окислительно-восстановительных потенциалов их коферментов и простетических групп.

3) Дыхательная цепь – это последовательно протекающие окислительно-восстановительные реакции. Роль переносчиков электронов при этом выполняют НАД⁺, ФМН⁺, КоQ, цитохромы.

4) В результате окисления субстратов и переноса электронов и протонов на кислород в организме синтезируется вода. Этот процесс сопровождается изменением свободной энергии на каждом этапе ЦПЭ.

5) В ЦПЭ есть три участка, в которых наблюдается большое снижение свободной энергии. Эта энергия используется для сопряженного синтеза АТФ (50-60%), а 40-50% ее выделяется в виде тепла.

6) Энергия, выделяемая при транспорте электронов, запасается в виде градиента протонов.

7) При транслокации протонов происходит выброс их из матрикса в межмембранное пространство и на внутренней мембране возникает мембранный потенциал.

8) При работе протонного насоса протоны возвращаются в матрикс, это сопровождается синтезом АТФ при помощи АТФ-синтетазы.

9) Участки сопряжения окисления и фосфорилирования определены с помощью специфических ингибиторов.

10) Разобщители окислительного фосфорилирования - вещества, которые увеличивают проницаемость мембран митохондрий для ионов Nа⁺, К⁺, Н⁺.

11) Коэффициент фосфорилирования (Р/О) показывает число синтезированных молекул АТФ при сопряженном переносе пары электронов по ЦПЭ на один атом кислорода, использованный в процессе дыхания.

12) (*)В митохондриях бурой жировой ткани процесс окисления субстрата и фосфорилирования АДФ в F₁ - комплексе разделен специфическим разобщающим белком термогенином, за счет которого протонный градиент снижается без синтеза АТФ, при этом энергия, высвобождающаяся при окислении субстрата, переходит в тепло.