Читайте также:
|
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.
Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы
1. Что такое окислительное фосфорилирование? Субстратное фосфорилирование. Приведите примеры.
2. Что понимают под цепью транспорта электронов? Как эта биологическая система называется иначе? Где в клетке локализована ЦПЭ? Назовите ее основные функции.
3. Дайте характеристику переносчиков дыхательной цепи и покажите их организацию во внутренней мембране митохондрий. Обозначьте места выталкивания протонов на наружную сторону внутренней мембраны.
4. Укажите номерами последовательность работы ферментов дыхательной цепи: 1) цитохромоксидаза; 2) цитохром в; 3) флавинзависимая дегидрогеназа; 4) цитохром с; 5) убихинон; 6) пиридоксинзависимая дегидрогеназа.
5. От чего зависит последовательность расположения компонентов в дыхательной цепи?
6. Что такое эндогенная вода? Сколько ее образуется в организме человека в сутки?
7. Запишите структуру никотинамидных и флавиновых ферментов, объясните их биологическую роль.
8. В цепи дыхательных ферментов атом железа находится в структуре: 1) НАД-зависимых дегидрогеназ; 2) ФАД-зависимых дегидрогеназ; 3) КоQ; 4) цитохрома а; 5) цитохрома в; 6) цитохрома а3
9. Что такое цитохромы? Какие их разновидности участвуют в дыхательной цепи? Каковы их структура и функции? Чем цитохромоксидаза отличается от других цитохромов?
10. Суммируйте данные о ферментах полной дыхательной цепи, заполнив следующую таблицу:
| Название фермента | Кофактор | Локализация фермента | Субстрат |
11. Что представляет собой укороченная цепь переноса электронов?
12. Приведите примеры препаратов - ингибиторов дыхательной цепи (ЦПЭ).
13. Объясните механизм фосфорилирования. Строение и функции протонной АТФ-синтетазы.
14. Сколько молекул АТФ образуется в результате переноса двух электронов по полной дыхательной цепи?
15. Сколько молекул АТФ образуется в результате переноса двух электронов по укороченной цепи?
16. Аскорбиновая кислота может окисляться цитохромом с. Чему равен дыхательный коэффициент?
17. Охарактеризуйте разобщение окисления и фосфорилирования.
18. Заполните таблицу, иллюстрирующую связь реакций цикла трикарбоновых кислот с цепью переноса электронов и протонов.
| Название субстратов, подвергающихся дегидрированию | Название фермента (кофактор) | Р/О цепи переноса электронов и протонов. |
19. Покажите путь водорода от окисляемых субстратов в ЦТК к кислороду.
20. Какая из указанных функций митохондрий нарушится после обработки их детергентом, разрушающим структуру мембран? а) сопряжение окисления и фосфорилирования. б) транспорт электронов, в) дегидрирование субстратов.
21. Посчитайте выход АТФ для реакций окисления в ЦТК.
22. Какая реакция окисления в цикле трикарбоновых кислот обеспечивает поступление электронов в укороченную дыхательную цепь? Сколько это дает клетке АТФ?
23. Сколько молекул АТФ синтезируется в цикле трикарбоновых кислот путем субстратного фосфорилирования?
24. Посчитайте количество моль АТФ, синтезируемой за счет реакций ЦТК, при условии, что митохондрии отравлены малонатом.
25. Покажите путь водорода от дегидрируемого субстрата в ОДПВК. Посчитайте количество моль АТФ, синтезируемое за счет окисления (дегидрирования) 1 моль пирувата.
26. Изобразите на отдельном листе компоненты ЦПЭ. Покажите связь общего пути катаболизма с ЦПЭ. Обозначьте на схеме метаболизма место синтеза АТФ.
27. Изучите содержание лабораторных работ «Открытие альдегиддегидрогеназы в молоке», «Обнаружение каталазы крови», «Открытие пероксидазы» и подготовтесь к их выполнению на лабораторном занятии.
Литература для самоподготовки. Лекционный материал; (1) - С. 186-196, 224-235, 452-458; (2) - С.305-316; (3) - С.112-119; (4) - 1т. С.111-126, 127-139, 165-171.
Тема 3.4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА (контрольно-итоговое занятие №3)
Цель занятия. Контроль усвоения материала по разделу № 3 «Энергетический обмен. Общие пути катаболизма». Повторить: строение ферментов, коферментов, последовательность реакций общего пути катаболизма, строение митохондриальной цепи переноса электронов и механизм окислительного фосфорилирования.
Вопросы к контрольно-итоговому занятию № 3
1. К гипоэнергетическим состояниям, возникающим вследствие дефицита витамина В1 , особенно чувствительны клетки нервной ткани. Нарушение в них энергетического обмена приводит к возникновению полиневритов.
1. Объясните, какие реакции энергетического обмена нарушаются при гиповитаминозе В1?
2. Выпишите эти реакции; назовите участвующие в них ферменты и коферменты.
3. Улучшится ли состояние больных гиповитаминозом при увеличении в их пищевом рационе углеводов? Ответ поясните.
2. При передозировке барбитуратов (амитала) значительно снижается скорость реакций цитратного цикла; используя схему цитратного цикла и схему митохондриальной цепи переноса электронов, объясните: а) какие реакции цитратного цикла окажутся заблокированными в этих условиях; б) что является причиной торможения этих реакций?
3. Цикл трикарбоновых кислот; последовательность реакций и характеристика ферментов, регуляция. Биологическая роль ЦТК.
4. Сколько молекул АТФ (п.п. 1-6) может синтезироваться при участии указанных реакций (А-Е) общего пути катаболизма в расчете на одну молекулу субстрата:
А. пируват →сукцинил КоА;
В. малат →оксалоацетат;
С. сукцинил-КоА →сукцинат;
Д. фумарат →малат;
Е. сукцинат →оксалоацетат.
1) - 0; 2) - 1; 3) - 2; 4) – 3; 5) - 5; 6) – 9.
6. Какие из следующих утверждений правильно характеризуют механизм окислительного фосфорилирования в клетке:
А - реакции дегидрирования первичных доноров водорода во внутренней мембране митохондрий являются непосредственным источником энергии для синтеза АТФ;
В - ферменты ЦПЭ обеспечивают транспорт протонов в матрикс митохондрий из межмембранного пространства;
С - Н+-АТФ-аза осуществляет транспорт протонов из матрикса в межмембранное пространство;
Д - энергия потока протонов в матрикс митохондрий через специальные ионные каналы используется для синтеза АТФ.
7. Определите количество моль АТФ, синтезируемое за счет дегидрирования 1 моль пирувата.
8. Объясните токсическое действие цианидов на организм.
9. По схеме метаболизма укажите стрелками связи общего пути катаболизма с ЦПЭ и проследите путь водорода от окисляемых субстратов к кислороду; оцените выход АТФ для отдельных реакций и цитратного цикла в целом, а также в условиях полного ингибирования сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой.
10. Чему будет равен коэффициент Р/О при добавлении аскорбиновой кислоты на фоне полного угнетения изоцитратдегидрогеназы: а) более 3; б) 3; с) 2; д) 1; е) 0.
11. При интенсивной физической работе человек согревается даже при сильном морозе. Укажите два основных механизма, обеспечивающих увеличение теплопродукции в организме; как при этом меняется скорость дыхания и почему?
12. См. вопросы к темам №№ 3.1 – 3.3.
Литература для самоподготовки. См. литературу к темам №№ 3.1 – 3.3.
РАЗДЕЛ № 4
Дата добавления: 2015-07-25; просмотров: 515 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Тема 3.2. ВВЕДЕНИЕ В ОБМЕН ВЕЩЕСТВ. ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА | | | Обмен веществ |