Раздел программы: Биоэнергетика клетки, общие пути катаболизма. Тема: Биологическое окисление.
ЦЕЛЬ: Знать биологический смысл существования дыхательной цепи, виды выделяющейся энергии, пути образования свободных радикалов, механизм защиты от токсического действия кислорода.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.
Понятие об обмене веществ и энергии. Процессы катаболизма и анаболизма, их характеристика, взаимосвязь. Эндэргонические и экзэргонические реакции в метаболизме.
Какие межатомные связи называются макроэргическими? Назовите известные вам макроэргические соединения.
Что понимают под адениловой (аденилатной) системой? Роль АТФ в организме. Какое суммарное количество АТФ синтезируется и распределяется за сутки в организме взрослого человека?
Понятие ‘‘биологическое окисление’’, в каких условиях оно проходит? Признаки, сходства и отличия между процессами горения и процессами окисления в организме. История изучения процессов тканевого дыхания. Теории А.Н. Баха и В.И. Палладина.
Какие субатомные частицы органических веществ являются носителями энергии, используемой организмами для процессов жизнедеятельности? Каким химическим превращениям и для чего должны подвергаться органические вещества, чтобы клетки могли использовать для своей жизнедеятельности их потенциальную энергию?
Строение митохондрий. Ферменты – маркеры матрикса, внутренней мембраны, межмембранного пространства, наружной мембраны.
Современное представление о биологическом окислении. Общая характеристика митохондриальной дыхательной цепи. Субстраты, ферменты, коферменты, их локализация.
Характеристика ферментов дыхательной цепи:
А) Дегидрогеназы и первичные акцепторы водорода – НАД и флавопротеиды;
Б) НАДН – дегидрогеназы – флавиновые ферменты (ФМН);
В) Терминальное окисление: убихинон, цитохромы, цитохромоксидаза.
Организация митохондриальной дыхательной цепи.
Немитохондриальные пути использования кислорода. Место перекисного окисления в организме. Пути образования свободных радикалов.
Ферментные и неферментные антиоксиданты, механизм их действия.
Пользуясь схемой «Митохондриальная дыхательная цепь», выполните следующие задания:
Схема. Митохондриальная дыхательная цепь
НАДН•Н+
 
В→С1
СУБСТРАТЫ
QH2
НАД-зависимые ФАД-зависимые
дегидрогеназы дегидрогеназы
НАДН-дегидрогеназа (ФМН)
А→А3
  →С→
 QH2-дегидро- Цитохром-
АДФ АТФ геназа оксидаза
  АДФ АТФ АДФ АТФ
Окисление малата катализируется НАД-зависимой дегидрогеназой. Представьте в виде схемы основные этапы переноса электронов от малата к кислороду в цепи реакций.
Окисление сукцината катализируется ФАД-зависимой дегидрогеназой. Представьте в виде схемы основные этапы переноса электронов от сукцината к кислороду.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ.
Открытие оксидазы в картофеле.
Оксидазы катализируют реакции переноса электронов от водорода от окисляемого субстрата на кислород, ускоряют окисление молекулярным кислородом. Тирозиназа – фермент, окисляющий тирозин, содержится в животных и растительных тканях, в частности в картофеле. В организме человека тирозиназа катализирует превращение адреналина в пигмент адренохром. Пигменты, в которые превращаются адреналин и тирозин, окрашены в красный, бурый, чёрный цвет.
Порядок выполнения работы: На свежий срез картофеля нанесите каплю раствора адреналина. Опишите наблюдаемое изменение окраски среза картофеля.
Открытие каталазы в крови.
Каталаза содержится во всех тканях и жидкостях организма. Биологическая роль каталазы заключается в обезвреживании перекиси водорода путём разрушения её на воду и молекулярный кислород.
 2 Н2О2 О2 + 2 Н2О
Порядок выполнения работы: В пробирку вносят 10 – 15 капель 1% раствора перекиси водорода и добавляют 1 каплю крови. Жидкость вспенивается, поскольку происходит бурное выделение пузырьков кислорода.
Количественное определение активности каталазы крови по методу Баха и Зубковой.
Метод основан на определении количества пероксида водорода, разложенного ферментом за определённый промежуток времени по следующему уравнению:
2 KMnO4 + 5H2O2 + 4H2SO4 2KHSO4 + 2MnSO4 + 8H2O + 5O2
О количестве разрушенной перекиси водорода судят по разности перманганата калия, израсходованного на титрование контрольной и опытных проб.
Порядок выполнения работы:
Пробы
|
Н2О дист.
|
Кровь
1:1000
|
Н2О2 0,1%
|
Условие опыта
|
Н2SO4
10%
|
Кол-во 0,1Н КМnO4, пошедшего на титрование
|
Контроль
Опыт
|
7 мл
7 мл
|
1 мл
прокипяч.
1 мл
|
2 мл
2 мл
|
Инкубация 30 мин при комнатной температуре
|
5 мл
5 мл
|
А
Б
|
Расчёт: Каталазное число (КЧ) = 1,7 · (А – Б), где 1,7 – количество мл KMnO4, эквивалентное 1 мл 0,1% Н2О2.
В норме каталазное число составляет 10 – 15 единиц.
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ. Основная:
Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2002, с. 305-311, 314-316.
Биохимия: Учебник/Под ред. Е.С. Северина. –М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003, (Серия XXI век), с. 264-276, 294-297, 428-432.
Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: Медицинское информационное агентство, 2001, с. 160-164, 199-208, 222-231.
Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В. Биохимия: Учебник. –М.: Медицина, 2000, с. 70-76.
Лекционный материал
Дополнительная литература:
Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами /Под ред. Члена-корренспондента РАН, проф. Е.С. Северина, проф. А.Я. Николаева. М.: ГЭОТАР-МЕД. 2001. -448 с.: ил. – (XXI век).
Марри Р. и соавтор. ‘‘Биохимия человека’’ М.: Мир, 1993, т. 1.
Скулачёв Б.П. ‘‘Биоэнергетика. Мембранное преобразование энергии’’, М.: Высшая школа, 1989.
Тема: Окислительное фосфорилирование
ЦЕЛЬ: Понять, что чрезвычайно важной функцией дыхательных катализаторов, связанных с внутренней мембраной митохондрий, наряду с переброской электронов от субстратов дыхания на кислород, является аккумуляция части освобождающейся энергии в фосфатных связях высокоэргических соединений (АТФ).
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ.
Макроэргические соединения, характеристика макроэргической химической связи. Биологическая роль этих соединений.
Строение митохондрий. Структурная организация цепи переноса электронов и протонов, ферментные комплексы, катализирующие перенос электронов от субстрата на кислород.
Разность редокс-потенциалов субстратов и кислорода как источник энергии окислительного фосфорилирования.
На каких этапах тканевого дыхания высвобождается энергия, используемая для синтеза АТФ.
Коэффициент Р/О, его сущность, величины.
Гипотезы синтеза АТФ, их сущность.
Специфические ингибиторы ферментов цепи переноса электронов, их использование для идентификации пунктов сопряжения окисления с фосфорилированием.
Разобщение дыхания и фосфорилирования, значение данного явления. Разобщающие агенты.
Регуляция и нарушение тканевого дыхания и аккумуляция энергии. Дыхательный контроль.
Микросомальное окисление, организация цепи переноса электронов, роль цитохрома Р450. Биологическое значение этого процесса. Значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы для организации работы этой ЦПЭ.
Пользуясь схемой митохондриальной цепи (см. выше) и схемой действия ингибиторов ЦПЭ, ответьте на следующие вопросы:
Ингибирование ферментов ЦПЭ
Субстрат
 Ротенон ФАДН2 Антимицин А
    Амобарбитал Карбо- – БАЛ
 _ ксин
НАДН•Н+
  НАДН-дегидро- QH2 QH2-дегидрогеназа
геназа ФМН в с
 H2S, CO, CN–
 –
 цитохром С цитохромоксидаза ½О2
а а3
Выберите из перечисленных реакций те, которые непосредственно сопряжены с синтезом АТФ:
А. НАДН•Н+ + Q НАД+ + QH2
Б. Сукцинат + Q Фумарат + QH2
В. QH2 + 2 цит.С (Fe3+) Q + 2 цит.С (Fe2+) + 2 Н+
Г. Изоцитрат + НАД+ α-кетоглутарат + НАДН•Н+
Д. Малат + НАД+ оксалоацетат + НАДН+Н+
Объясните, почему при отравлении 2,4-динитрофенолом отмечается у пациентов тяжёлая пирогенная реакция (подъём температуры).
Объясните механизм токсического действия на организм барбитуратов, цианидов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.
Определение макроэргических соединений скелетных мышц (АТФ и креатинфосфата)
Принцип метода: Метод основан на том, что два последних остатка фосфорной кислоты в АТФ, богатые энергией, так же, как и фосфорный остаток в креатинфосфате, легко отщепляются при непродолжительном гидролизе в кислой среде – так называемый лабильно связанный фосфор. Сравнение содержания неорганического фосфора в пробах до гидролиза и после гидролиза даёт представление о количестве лабильно связанного фосфора, приходящегося на долю макроэргических соединений. Количество неорганического фосфора определяют по цветной реакции с молибдатом аммония в присутствии аскорбиновой кислоты.
Порядок выполнения работы.
Получение безбелкового экстракта, содержащего АТФ и креатинфосфат.Все процедуры выполняют на холоду, поместив пробирки в стакан со льдом. Растирают 0,5 г мышцы до получения кашицы, затем переносят её в пробирку с пятью мл охлаждённого 2,5 % раствора трихлоруксусной кислоты и в течение пяти минут продолжают растирать мышечную кашицу (на холоду!). Затем экстракт фильтруют. Осадок мышечной кашицы на фильтре промывают пятью мл дистиллированной воды. Этот фильтрат объединяют с первым и доводят общий объём до 10 мл дистиллированной водой.
Проведение гидролиза. В две пробирки (опыт, контроль) вносят по 0,5 мл безбелкового фильтрата и по 1 мл раствора соляной кислоты 1Н, в контрольную пробу добавляют равный объём 1Н раствора едкого натра. Опытную пробирку помещают на 10 минут в кипящую водяную баню (гидролиз), затем содержимое пробирки охлаждают и добавляют 1 мл 1Н раствора едкого натра (для нейтрализации кислоты). В обеих пробирках доводят общий объём до 10 мл дистиллированной водой.
Определение неорганического фосфора. Из обеих пробирок отбирают по 5 мл жидкости и добавляют 0,5 мл 1% раствора молибдата аммония, 0,5 мл 1% раствора аскорбиновой кислоты и 2 мл воды. Через 10 минут пробы колориметрируют на ФЭКе (длина волны 670 нм) против воды. Находят разность между оптической плотностью опытной пробы и контрольной (соответствует лабильно связанному фосфору). Содержание лабильно связанного фосфора находят по калибровочному графику. Расчёт проводят в мг на 100 г сырой ткани с учётом разведения.
Х = А • 3,3 • 40 • 100
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ. Основная:
Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2002, с. 311-314.
Биохимия: Учебник/Под ред. Е.С. Северина. –М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003, (Серия XXI век), с. 276-281, 618-621.
Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: Медицинское информационное агентство, 2001, с. 209-212, 221-223.
Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В. Биохимия: Учебник. –М.: Медицина, 2000, с. 76-79.
Лекционный материал.
Дополнительная литература:
Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами /Под ред. Члена- корренспондента РАН, проф. Е.С. Северина, проф. А.Я. Николаева. М.: ГЭОТАР-МЕД. 2001. -448 с.: ил. – (XXI век).
Марри Р. и соавтор. ‘‘Биохимия человека’’ М.: Мир, 1993, т. 1.
Скулачёв Б.П. ‘‘Биоэнергетика. Мембранное преобразование энергии’’, М.: Высшая школа, 1989.
Тема: Общие пути катаболизма
ЦЕЛЬ: Изучить механизм образования и использования пирувата и ацетил КоА как общих метаболитов. Усвоить последовательность реакций цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) и его значение. Пользуясь схемой катаболизма основных пищевых веществ, уметь составить схемы: а) путей образования и окисления пирувата; б) путей образования и расходования ацетил-КоА.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ
Схема катаболизма основных пищевых веществ. Понятие об общих и специфических путях катаболизма.
Пируват как общий метаболит. Схема образования пировиноградной кислоты из белков, жиров и углеводов.
Окислительное декарбоксилирование пирувата. Схема и химизм реакций. Ферменты, коферменты, роль витаминов в их построении.
Энергетическое значение окислительного декарбоксилирования пирувата, связь с дыхательной цепью.
Ацетил-КоА как общий метаболит. Схема образования и пути использования.
Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) – общий метаболический котёл организма. Последовательность реакций и характеристика ферментов.
Связь ЦТК с дыхательной цепью, сколько АТФ образуется за оборот?
Биологическая роль ЦТК, что понимают под амфиболичностью ЦТК?
Регуляция ЦТК. Какие ферменты являются регуляторными, какие метаболиты и как на них влияют?
Напишите структурные формулы субстратов окисления в цикле трикарбоновых кислот.
Напишите реакцию окисления в ЦТК, которая обеспечивает поступление электронов в укороченную дыхательную цепь.
Сколько молекул АТФ образуется в ЦТК путём субстратного фосфорилирования? Какой субстрат это обеспечивает?
Проследите за судьбой радиоактивной метки в одном обороте ЦТК, если к клеточному экстракту, содержавшему ферменты и кофакторы пируватдегидрогеназного комплекса в ЦТК, последовательно добавлять по одному из указанных ниже соединений (метка обозначена знаком– *).
H3C*–C–COOH, H3C–C–C*OOH, H3C–C*–COOH, H3C*–C– S-KoA
|| || || ||
O O O O
В ЦТК включается ацетил-КоА и оксалоацетат. Оксалоацетат регенерирует. На дыхательную цепь переносятся 8 водородов (протоны и электроны), тогда как в ацетил-КоА всего 3 водорода. Откуда поступают остальные 5?
В суспензию митохондрий добавили 0,6 ммоль/мл малата и 0,3 ммоль/мл АДФ. Поглощение кислорода, начавшееся сразу после добавления малата и АДФ, через некоторое время прекратилось. Почему? Затем к пробе добавили раствор фермента гексокиназы и раствор глюкозы. Поглощение кислорода вновь началось. Почему?
Таблица. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ФЕРМЕНТЫ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА
Регуляторные ферменты
|
Ингибиторы
|
Активаторы
|
Пируватдегидрогеназный комплекс
|
АТФ, НАДН, ацетил-КоА
|
|
Цитратсинтаза
|
АТФ, НАДН, сукцинил-КоА, ацил-КоА, цитрат
|
|
Изоцитратдегидрогеназа
|
АТФ, НАДН
|
АДФ, АМФ
|
α-кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс
|
НАДН, сукцинил-КоА
|
|
Л  
АБОРАТОРНАЯ РАБОТА.
Количественное определение пировиноградной кислоты в моче колориметрическим методом по Умбрайту.
Пировиноградная кислота является одним из промежуточных продуктов углеводного обмена. За сутки с мочой выделяется 113,7 – 283,9 мкмоль (10 – 25 мг) пировиноградной кислоты (ПВК). Содержание пирувата в крови здорового человека 0,4 – 1,2 мг в децилитре крови.
Принцип метода: ПВК, взаимодействуя с 2,4 динитрофенилгидразином в щелочной среде, образует 2,4 динитрофенилгидразон ПВК жёлто-оранжевого цвета, интенсивность окрашивания раствора пропорциональна концентрации пирувата.
СН3 NH–NH2 CH3
| | NO2 |
C
+
    =O C == N–NH
 | | | + H2O
C  OOH HOOC NO2
|
 NO2
|
2,4-динитрофенил- NO2
гидразин 2,4-динитрофенил-
гидразон ПВК
Порядок выполнения работы: Берут две пробирки, в опытную наливают 1 мл мочи, в контрольную – 1 мл дистиллированной воды. В обе пробирки приливают по 1 мл 2,5% спиртового раствора КОН. Перемешивают содержимое пробирок в течение 1 минуты. В каждую пробирку приливают по 0,5 мл 0,1% раствора 2,4-динтрофенилгидразина, перемешивают и оставляют на 15 минут при комнатной температуре для развития окраски. Пробу фотометрируют на ФЭКе против контроля с синим светофильтром. Расчёт проводят по калибровочному графику, найденную величину умножают на показатель суточного диуреза (мл).
Клинико-диагностическое значение. При авитаминозе и гиповитаминозе В1 в крови и других тканях, особенно мозге, накапливается большое количество ПВК и увеличивается её выведение с мочой. Содержание этой кислоты в крови и моче возрастает при сахарном диабете, сердечной недостаточности, гиперфункции гипофизарно-адреналовой системы.
Специфические и общие пути катаболизма
4
1
6
5
7
  
аминокислотыы
глицерин
     
ацетил-КоА
   
ЦПЭ
 
НS-КоА
СО2
Н2O
  
3
2
1 - 5 - специфические пути катаболизма
6,7 - общий путь катаболизма
белки
углеводы
жиры
глюкоза
жирные
кислоты
пируват
ЦТК
ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ. Основная:
Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2002, с. 343-353.
Биохимия: Учебник/Под ред. Е.С. Северина. –М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003, (Серия XXI век), с. 281-294.
Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: Медицинское информационное агентство, 2001, с. 212-221.
Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В. Биохимия: Учебник. –М.: Медицина, 2000, с. 80-86.
Лекционный материал.
Дополнительная литература:
Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами /Под ред. Члена-корренспондента РАН, проф. Е.С. Северина, проф. А.Я. Николаева. М.: ГЭОТАР-МЕД. 2001. -448 с.: ил. – (XXI век).
Марри Р. и соавтор. ‘‘Биохимия человека’’ М.: Мир, 1993, т. 1.
Скулачёв Б.П. ‘‘Биоэнергетика. Мембранное преобразование энергии’’, М.: Высшая школа, 1989.
 перейти в каталог файлов | Образовательный портал
Как узнать результаты егэ
Стихи про летний лагерь
3агадки для детей |
Скачать 1.16 Mb.