Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Значение темы: процесс изучения темы направлен на формирование у выпускника следующих компетенций: ОК-1; ОК-5; ОПК-1; ОПК-2; ОПК-7; ОПК-9; ПК-5.
Цель занятия: после изучения темы студент должен:
Знать: Зн. 1, Зн. 2, Зн. 3, Зн. 4, Зн. 5, Зн. 6, Зн. 7, Зн. 8, Зн. 9.
Уметь: Ум. 1, Ум. 2, Ум. 3, Ум. 4, Ум. 5; Ум. 6, Ум. 7, Ум. 8, Ум. 9.
Владеть: Вл. 1.
Основные фундаментальные положения.
Синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата – основной путь запасания энергии в организме. На этот синтез затрачивается энергия, высвобождающаяся в процессе переноса протонов и электронов по цепи тканевого дыхания.
Тканевое дыхание – окислительный процесс последовательного переноса протонов и электронов водорода от субстратов (через НАД+- и ФАД-зависимые дегидрогеназы) к кислороду с помощью промежуточных переносчиков, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрий.
Синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата сопряжен с тканевым дыханием, что определило название «Сопряженное фосфорилирование» или «Окислительное фосфорилирование».
Структурой, обеспечивающей сопряжение, является внутренняя мембрана митохондрий, позволяющая создать электрохимический протонный потенциал.
Оптимальная работа механизмов окислительного фосфорилирования подразумевает адекватное соотношение донаторов водорода (субстратов) и конечного акцептора (кислорода), а также отсутствие качественных нарушений со стороны промежуточных переносчиков (НАД+- и ФАД-дегидрогеназ, ферментов цепи тканевого дыхания) и внутренней митохондриальной мембраны.
Вещества, уменьшающие выработку АТФ, по механизмам действия относятся к следующим классам: ингибиторам дегидрогеназ, блокаторам тканевого дыхания, разобщителям дыхания и фосфорилирования, ингибиторам фосфорилирования.
Процессы свободнорадикального окисления (СРО) в норме служат механизмом естественного обновления мембранных структур и образования биологически активных веществ. Повреждение биомолекул и усиление мембранодеструкции при запредельной активации СРО сдерживается антиоксидантными системами.
Вопросы для изучения темы
1. Основные положения биоэнергетики: экзергонические и эндергонические реакции в живой клетке. Свободная энергия и законы термодинамики.
2. Виды биологического окисления.
3. Дегидрирование субстрата и окисление водорода (образование воды) как источник энергии для синтеза АТФ и создания мембранных потенциалов. Значение разности окислительно-восстановительных потенциалов, как движущей силы переноса электронов. Дегидрогеназы и их коферменты.
4. Структура митохондрий.
5. Тканевое дыхание. Организация и функционирование дыхательной цепи.
6. Митчелл: хемоосмотическая теория сопряжения тканевого дыхания и фосфорилирования.
7. Окислительное фосфорилирование. Коэффициент фосфор/кислород. Дыхательный контроль.
8. Классификация соединений, тормозящих процессы выделения и накопления энергии. Разобщители тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования, механизмы действия. Ингибиторы дегидрогеназ, тканевого дыхания и фосфорилирования.
9. Митохондриальные болезни.
10. Понятие о свободнорадикальном окислении. Биологическая роль. Взаимопревращения свободных радикалов и их основные функции в тканях. Факторы, регулирующие интенсивность пероксидного окисления липидов (ПОЛ).
11. Биологическое значение антиоксидантных систем.
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение
1. Бурая жировая ткань: особенности обменных процессов.
2. Понятие о физиологическом и патологическом оксидативном стрессе.
Вопросы для самоконтроля
1. Превращение энергии в клетках подчиняется следующим общим для неживой и живой природы законам (выбрать правильное):
а) клетка продуцирует, но не расходует энергию;
б) общая энергия замкнутой системы всегда постоянна;
в) энергия существует в форме свободной («полезной») и рассеиваемой («бесполезной»);
г) система, продуцирующая энергию, может существовать без притока ее извне;
д) любое физическое изменение ведет к рассеиванию энергии и росту энтропии.
2. Клетка – замкнутая открытая система и, следовательно, должна, не должна получать энергию из окружающей среды (уберите лишнее).
3. Выберите из ниже приведенных утверждений те, которые можно назвать основными положениями биоэнергетики:
а) живые организмы используют энергию солнца, механического движения, химическую энергию и другие ее формы;
б) живые организмы используют только энергию фотонов ультрафиолетовой части солнечного спектра и энергию химических связей;
в) живые организмы используют только энергию солнечного света;
г) энергия в живых организмах запасается в виде разнообразных соединений;
д) живыми организмами для выполнения работ используется только энергия макроэргических связей в высокоэнергетических соединениях (каких?);
е) энергия химических связей в биополимерах используется непосредственно для выполнения некоторых видов работ;
ж) для выполнения всех видов работ в организме используется энергия любых химических связей;
з) в зависимости от источника энергии все живые системы разделяют на: позвоночные и беспозвоночные; млекопитающие и парнокопытные; аутотрофы и гетеротрофы; теплокровные и холоднокровные (выбрать правильное).
4. Энергию, поступающую извне, аутотрофы и гетеротрофы используют непосредственно для перемещения тела, для трансформации в электрическую энергию, для синтеза макроэргических соединений, для обеспечения осмотических процессов (выбрать правильное).
5. Перечислите виды работ, выполняемые живой системой.
6. Макроэргическая связь – это связь:
а) между атомами углерода и другими элементами;
б) это связь, подвергающаяся гидролизу при нагревании;
в) это связь, при распаде которой высвобождается более 4 ккал/моль;
г) это связь, на синтез моля которой затрачивается более 4 ккал.
7. Изобразите структурную формулу важнейшего макроэргического соединения, синтезируемого ауто- и гетеротрофами. Обведите в формуле макроэргические связи.
8. Перечислите важнейшие макроэрги кроме АТФ.
9. Сколько энергии высвобождается при распаде одного моля пирофосфатной связи в АТФ?
10. Сформулировать понятия «тканевое дыхание», «аэробное окисление», «анаэробное окисление».
11. Напишите реакции дегидрирования следующих соединений:
а) R—CH2—CH2—R
б) R—CH=O
в) R—CHOH—R
г) R—CH=CH—R
12. Какие из перечисленных соединений являются субстратами флавиновых ферментов: глюкоза, сахароза, янтарная кислота, З-ФГА, глутаминовая кислота, НАДН∙Н+, НАДФН∙Н+?
13. Какие из перечисленных соединений могут служить акцепторами водорода от флавиновых ферментов: О2, НАД+, НАДФ+, цитохромы, глутаминовая кислоты, пировиноградная кислота, фумаровая кислота?
14. Какие из перечисленных соединений являются субстратами НАД+-зависимых дегидрогеназ: глюкоза, изоцитрат, сукцинил-КоА, малат, аскорбиновая кислота, этанол?
15. Какую реакцию катализируют оксидазы?
a) H2O2 + AH2 ® 2H2O + A;
б) R—CH2—CH(OH)—R’ ® R—CH=CH—R’ + H2O;
в) AH2 + O2 ® A + H2O2?
16. Какую реакцию катализируют дегидрогеназы:
а) 2H2O2 ® 2H2O + O2;
б) AH2 + B ® A + BH2;
в) AH2 + O2 ® A + H2O2?
17. Локализация ферментов тканевого дыхания. Чем обусловлено движение протонов и электронов по цепи тканевого дыхания?
18. Какие витамины и витаминоподобные соединения необходимы для нормального функционирования цепи тканевого дыхания?
19. Дыхательная цепь в митохондриальной мембране локализована так, что ее начальное звено обращено в матрикс; обращено кнаружи; находится в толще мембраны (выбрать правильное).
20. Составьте последовательную схему ферментов тканевого дыхания и последовательности переброски электронов по дыхательной цепи.
21. Назовите компонент цепи тканевого дыхания липидной природы.
22. Какой фермент передает электроны непосредственно на кислород?
23. Дополните фразу: «Синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата за счет энергии, высвобождающейся при транспорте протонов и электронов по дыхательной цепи, называют_________ или _________ фосфорилированием».
24. Структурой, сохранность которой необходима для сопряжения, является:
а) цитоплазматическая мембрана;
б) аппарат Гольджи;
в) митохондриальная мембрана;
г) рибосома;
д) щетинки;
е) С-клетки.
25. Какое свойство митохондриальной мембраны обеспечивает сопряжение:
а) наличие интегральных белков;
б) присутствие холестерола и его производных;
в) непроницаемость для протонов;
г) избирательная проницаемость для ацилпроизводных карнитина?
26. Какие из ниже приведенных фактов доказывают, что именно избирательная проницаемость мембраны обеспечивает сопряжение:
а) механическое разрушение мембраны нарушает сопряжение;
б) введение в среду цианидов блокирует тканевое дыхание и синтез АТФ;
в) введение протонофоров не угнетает тканевого дыхания, но тормозит синтез АТФ?
27. Протонный градиент по обе стороны внутренней митохондриальной мембраны создается:
а) переносом протонов кнаружи;
б) переносом протонов в матрикс;
в) непроницаемостью мембраны для глюкозы.
28. рН с наружной стороны внутренней мембраны ниже, чем с внутренней в связи с накоплением протонов снаружи и электронов – внутри; тем, что в мембрану встроена АТФ-аза; тем, что в матриксе находятся трикарбоновые кислоты ЦТК (выберите правильное).
29. При неповрежденной мембране транспорт протонов в матрикс:
а) не происходит;
б) происходит через протонный канал;
в) происходит через I комплекс;
г) происходит только в присутствии протонофоров.
30. Протонный канал (фактор Fо) представляет собой:
а) индивидуальный белок;
б) липопротеид;
в) водосточную трубу;
г) компонент белкового комплекса.
31. Фактор Fo:
а) обращен внутрь;
б) кнаружи мембраны;
в) пронизывает мембрану.
32. Фактор F1 представляет собой:
а) часть протонного канала;
б) АТФ-синтетазу;
в) структурный белок;
г) гликолипид.
33. Фактор F1:
а) обращен внутрь;
б) кнаружи мембраны;
в) пронизывает мембрану;
г) не имеет отношения к мембране.
34. Транспорт АТФ из матрикса обеспечивает транслоказа; АТФ-трансфераза; изомераза; амилаза в обмен на глюкозо-6-фосфат, сахарозу; пируват; АДФ (выбрать правильное).
35. Как влияет на скорость окислительного фосфорилирования накопление АТФ или АДФ?
36. Перечислите классы ингибиторов окислительного фосфорилирования.
37. К какому классу относятся ионы тяжелых металлов?
38.Ингибиторы транспорта электронов прекращают:
а) тканевое дыхание;
б) синтез АТФ;
в) перенос протонов.
39. Привести примеры блокаторов 1, 2 и 3 этапов тканевого дыхания.
40. Разобщителями называют:
а) воздействия, которые способствуют прохождению окислительных процессов;
б) вещества, «проводящие» протоны на плазматическую поверхность мембраны;
в) воздействия или вещества, не влияющие на тканевое дыхание, но угнетающие окислительное фосфорилирование;
г) вещества, обеспечивающие транспорт протонов через митохондриальную мембрану.
41. Протонофоры – это соединения, которые:
а) разрушают внутреннюю мембрану митохондрий;
б) разрушают наружную мембрану;
в) могут транспортировать протоны через неповрежденную мембрану.
42. Протонофоры тормозят:
а) тканевое дыхание;
б) синтез АТФ;
в) оба процесса.
43. С каким процессом не связано субстратное фосфорилирование?
44. Назовите 4 типа реакций в организме с использованием кислорода и изобразите их с помощью химических символов.
45. Напишите и назовите активные формы кислорода, образующиеся в выше перечисленных реакциях.
46. Почему перекись водорода менее опасна, чем другие активные формы кислорода?
47. Назовите основные субстраты свободнорадикального окисления.
48. Окисление ненасыщенных жирных кислот (свободных и в составе фосфолипидов) называется:
а) окислительное разрушение липидов;
б) перекисная деградация липидов;
в) закисное окисление липидов;
г) пероксидное окисление липидов.
49. Физиологическое значение процессов свободнорадикального окисления.
50. Перечислите, каким процессам способствует накопление продуктов ПОЛ в биомембранах?
51. При каких ситуациях наблюдается избыточная активация свободнорадикальных процессов? К чему это может приводить?
52. Чем сдерживается скорость свободнорадикального окисления?
53. Дополните фразы и запишите реакции: «Образование свободных радикалов ингибирует фермент _______, катализирующий реакцию диспропорционирования супероксиданионных радикалов по схеме ______. Образующаяся при этом перекись водорода расщепляется ______ по схеме ______».
54. Назовите функцию глутатионпероксидазы как антиоксиданта.
55. Какой витамин обладает наибольшей антиоксидантной активностью?
56. Перечислите механизмы действия антиоксидантов.
Ситуационные задачи
1. Постройте окислительно-восстановительную цепь из следующих элементов: ФМН, О2, пировиноградная кислота, НАД+, цитохром аа3, цитохром b, убихинон. Какое соединение является донатором водорода, какое – конечным акцептором? Какова роль остальных веществ?
2. Соединения А, В, С, Д, Е имеют соответственно редокс-потенциалы, равные –0,39; +0,22; -0,37; -0,35; +0,28 В. В какой последовательности будет происходить перенос электронов в системе, включающей эти соединения (от водородного электрода)?
3. Какой структурный элемент цепи тканевого дыхания не относится к группе сложных белков?
4. Как изменится коэффициент полезного действия тканевого дыхания, сопряженного с окислительным фосфорилированием, если в переносе протонов и электронов не участвуют НАД+-дегидрогеназы (КПД в условиях нормы принимаем равным 0,4)?
5. Коэффициент Р/О ткани упал с 3 до 2 (с 3 до 1). Какой процесс, на каких этапах нарушен в первом и втором случаях?
6. Как изменится концентрация неорганического фосфата и АДФ в системе, содержащей неповрежденные митохондрии и снабжаемой способным к окислению субстратом: в присутствии тироксина; в присутствии олигомицина; в присутствии гемоглобина? В каком случае значительно возрастет теплопродукция?
7. Причины субфибрилитета у больных с гиперфункцией щитовидной железы.
8. С чем связана повышенная теплопродукция в клетках бурого жира?
9. В схеме окисления малата присутствуют ферментные комплексы:
Оксалат← Малат → NADH → QH2 → Цитохром С → ½ О2
- подберите соответствующее название фермента:
а) цитохромоксидаза.
б) малатдегидрогеназа.
в) QH2-дегидрогеназа.
г) NADH-дегидрогеназа.
- подберите к этим же ферментам перечисленные ингибиторы:
а) цианиды;
б) амитал (барбитурат);
в) антимицин;
г) NADH.
10. Выберите вещества, которые могут уменьшить коэффициент Р/О:
а) малат;
б) 2,4-динитрофенол;
в) сукцинат;
г) цитрат;
д) жирные кислоты.
11. Расположите в логической последовательности события, обеспечивающие синтез АТФ:
а) движение электронов по дыхательной цепи;
б) движение протонов через протонный канал;
в) возникновение разницы потенциалов;
г) дегидрирование окисляемого субстрата;
д) активация АТФ-синтетазы;
е) синтез АТФ.
12. Наличие сопряжения между тканевым дыханием и синтезом АТФ доказывают следующие экспериментальные данные:
а) существует кратное отношение между количеством потребленного кислорода и количеством потребленного неорганического фосфата;
б) введение тироксина активирует тканевое дыхание;
в) блокада тканевого дыхания в клетке ведет к блокаде синтеза АТФ;
г) дефицит в клетке АТФ ведет к активации тканевого дыхания;
д) введение цианидов блокирует тканевое дыхание;
е) дефицит АДФ или неорганического фосфата не замедляет тканевого дыхания.
13. В суспензию митохондрий добавили 2 ммоль субстрата и 2 ммоль AДФ. Скорость окисления субстрата измеряли по поглощению кислорода. Через некоторое время реакция прекратилась, объясните, почему? Сколько молей субстрата осталось неокисленным? Какое вещество (или вещества) можно добавить, чтобы реакция возобновилась?
14. В эксперименте с изолированными митохондриями в качестве доноров водорода для цепи переноса электронов (ЦПЭ) использовали два субстрата: изоцитрат и сукцинат. Одинаков ли коэффициент Р/О для этих субстратов? Подтвердите свои выводы, изобразив схемы ЦПЭ для каждого субстрата.
15. Для поддержания температуры тела при колебаниях температуры окружающей среды организм изменяет скорость окисления «топливных» молекул. Так, при дрожании мышц на холоде увеличивается использование АТФ как источника энергии для их сокращения, и больше «топливных» молекул окисляется. Почему в этом случае человек согревается? Для ответа изобразите схему, иллюстрирующую механизм синтеза АТФ при участии изоцитрата как энергоносителя.
Лабораторная работа
1. Определение общей антиоксидантной способности в цельной крови и сыворотке.
2. Открытие каталазы. Количественное определение.
Дата: 2019-03-05, просмотров: 722.