Тема 4.2. Специфические пути распада глюкозы

(семинар)

Цель занятия. Закрепить представления о химии углеводов, их биологической роли. Рассмотреть катаболизм глюкозы в аэробных и анаэробных условиях.

Исходный уровень. Химическое строение моно-, ди- и полисахаридов (курс биоорганической химии).

Повторить. Полная и укороченная дыхательные цепи, цикл трикарбоновых кислот.

Содержание теоретического материала. 1. Специфические пути распада глюкозы: основные этапы аэробного и анаэробного гликолиза. Значение процесса, локализация в клетке, последовательность реакций до образования пирувата, обратимость реакций, регуляторные ферменты и энергетика процесса. Два пути образования АТФ при гликолизе. 2. Роль челночных механизмов в транспорте водорода из цитоплазмы в митохондрию (малат-аспартатный и глицерофосфатный челночные механизмы). 3. Аэробный гликолиз как часть аэробного распада глюкозы. 4. Анаэробный распад глюкозы. Распределение и физиологическое значение анаэробного процесса распада глюкозы. 5. Виды брожений.

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

1) Гликолиз (или дихотомический распад глюкозы) - это цепь ферментативных реакций, в результате которых 1 молекула глюкозы распадается на две молекулы пирувата (аэробный гликолиз) или две молекулы лактата (анаэробный гликолиз).

2) При аэробном гликолизе пировиноградная кислота превращается в ацетил-КоА, который окисляется до СО₂ и Н₂О (полное окисление глюкозы, аэробный распад глюкозы). Анаэробный распад глюкозы и анаэробный гликолиз - синонимы.

3) Гликолиз осуществляется в две стадии. На первой - АТФ затрачивается, а на второй - выделяется.

4) Превращение 6-углеродной молекулы глюкозы в две 3-углеродные молекулы глицеральдегидфосфата - первая стадия (реакции 1-5). Окисление глицеральдегидфосфата с образованием пировиноградной кислоты – вторая стадия (реакции 6-10 или 6-11).

5) Выход энергии при анаэробном гликолизе, намного меньше, чем при окислении глюкозы до углекислоты и воды.

6) Первая, третья и десятая реакции гликолиза необратимы, т.к. сопровождаются значительным понижением энергии Гиббса.

7) Все промежуточные продукты гликолиза находятся в фосфорилированной форме. Источниками фосфата могут быть АТФ или Н₃РО₄.

8) В гликолизе синтез АТФ происходит путем субстратного фосфорилирования (реакции 7, 10), за счет энергии разрыва макроэргической связи субстрата. При расчете энергетического выхода реакций аэробного гликолиза необходимо учитывать образование восстановленных эквивалентов в шестой реакции.

9) Регенерирование НАД⁺ (в 6 реакции) происходит при анаэробном гликолизе за счет 11 реакции, без участия ЦПЭ, а при аэробном – посредством ЦПЭ. Транспорт водорода из цитоплазмы в митохондрию происходит с участием челночных механизмов (из-за непроницаемости мембраны митохондрий для НАДН+Н⁺).

10) Анаэробный гликолиз протекает в эритроцитах, в мышцах при интенсивной кратковременной работе, в быстро растущих опухолевых клетках.

Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Дайте определение гликолиза, его значение. Назовите компартмент клетки, в котором локализуются ферменты гликолиза.

2. Перечислите все промежуточные продукты гликолиза. Подчеркните вещества, принимающие участие в синтезе АТФ путем субстратного фосфорилирования.

3. Назовите последовательно все ферменты, участвующие в процессе гликолиза. Подчеркните ферменты, относящиеся к оксидоредуктазам - одной чертой, к трансферазам - двумя чертами, к лиазам - тремя чертами.

4. Назовите и напишите необратимые реакции гликолиза.

5. Выделите два этапа гликолиза и напишите конечные продукты для аэробного и анаэробного гликолиза.

6. Назовите фермент гликолиза, ингибирующийся избытком цитрата, АТФ.

7. Сопоставьте энергетический выход аэробного и анаэробного гликолиза.

8. Назовите физиологические состояния и формы патологии, при которых роль анаэробного гликолиза в качестве источника энергии резко возрастает.

9. В чем заключается биологическая роль челночных механизмов переноса атомов водорода из цитоплазмы в митохондрию? Напишите реакции глицерофосфатного челночного механизма. Назовите участвующие ферменты. Обозначьте локализацию в клетке соответствующих реакций.

10. Укажите путь водорода от дегидрируемого субстрата (в 6 реакции) в ЦПЭ. Сколько молекул АТФ синтезируется, если действует глицерофосфатный челночный механизм? Малатный челночный механизм.

11. Выпишите реакции, сопровождающиеся субстратным фосфорилированием.

12. Укажите, в каких реакциях гликолиза используется, а в каких синтезируется АТФ?

1. 2-ФГК ↔ ФЕПВК. А. Используется АТФ как донор фосфатной

2. 3-ФГА ↔ 1,3-ДФГК. группы.

3. Фр-6-ф → Фр-1,6-дифосфат. Б. Синтезируется АТФ.

4. ФЕПВК → ПВК. В. Реакция не связана с затратой или синтезом

5. Гл ↔Гл-6-Ф. АТФ.

6. 1,3-ДФГК ↔3-ФГК.

7. Фр-1,6-дифосфат ↔ 3-ФГА + ФДА.

13. Нарушение окислительного фосфорилирования при ишемии миокарда приводит к снижению синтеза АТФ. Как это снижение влияет на интенсивность гликолиза и гликогенолиза?

14. В процессе катаболизма произошло расщепление 7 моль глюкозы, из которых полному окислению (до углекислоты и воды) подверглось только 2 моля. Рассчитайте: а) сколько при этом образовалось молочной кислоты, б) сколько синтезировалось молей АТФ?

15. Рассчитайте энергетический выход для реакций окисления глюкозы до: ПВК, ацетил-КоА, сукцината, малата, сукцинил-КоА, изоцитрата.

16. Каковы общие реакции для спиртового брожения и гликолиза? Каковы различия этих двух процессов?

17. Назовите соединения, являющиеся ингибиторами фосфофруктокиназы: АДФ; АТФ; Ацетил-КоА; глюкозо-6-фосфат; цитрат.

18. Нормальная концентрация глюкозы в крови равна: 5,5 – 10; 3,3 - 5,5; 2,5 - 3,3 или 10 - 15 ммоль/л.

19. Больной сахарным диабетом после инъекции инсулина не смог своевременно поесть. На работе его состояние резко ухудшилось. Уровень глюкозы в крови составлял 2,8 ммоль/л. Что необходимо срочно ввести пациенту: адреналин; глюкозу; инсулин; нитроглицерин.

20. Дополните схему метаболизма реакциями катаболизма глюкозы и обозначьте связь и общи путем катаболизма и ЦПЭ.

Литература для самоподготовки.  Лекционный материал; (1) - С. 254-260; (2) - С. 327-335; (3) - С. 138-142; (4) - 1т. С. 181-185.

Дата добавления: 2015-07-25