Занятие № 4. Энергетический обмен. Ферменты биологического окисления. Общий путь катаболизма.

Цель занятия. Проверить и закрепить знания о структуре и биологической роли макроэргических соединений, структуре и свойствах ферментов биологического окисления и овладеть некоторыми методами качественного и количественного определения ферментов биологического окисления.

В результате освоения темы занятия студент должен:

Знать:	Уметь:
1. Пути превращения солнечной энергии в живых организмах Земли. 2. Структуру и функции основных макроэргических соединений. 3. Этапы унификации энергетических субстратов в клетках. 4. Общий путь катаболизма в клетках живого организма.	1. Написать структуру основных макроэргов. 2. Изобразите пути и этапы унификации окислительных субстратов животном организме. 3. Написать химизм этапов декарбоксилирования пировиноградной кислоты и валовое уравнение этих превращений 4. Написать химизм этапов цикла Кребса с указанием соответствующих ферментов. 5. Интерпретировать результаты определения пировиноградной кислоты в моче.

План занятия

1. Контроль выполнения задания по самоподготовке, ответы на тесты.

2. Рассмотрение узловых вопросов, решение ситуационных задач, заслушивание и обсуждение реферативных сообщений.

3. Выполнение лабораторной работы, оформление протоколов.

4. Контроль выполнения работы и усвоения темы.

Методические указания к самоподготовке

При подготовке к занятию, пользуясь учебниками и лекциями по биологической химии, выполните задания:

№№	Задание	Указания к выполнению задания
1.	Восстановите в памяти общие сведения об обмене веществ и энергии.	1.Напишите классификацию организмов по способам питания, накопления энергии и потребления кислорода. 2.Напишите схему превращения солнечной энергии в живых существах на Земле. 3.Дайте определение понятию “макроэргические соединения”.
2.	Изучите структуру и функции макроэргических соединений.	1.Если вам не удалось выполнить п.3 задания № 1 по памяти, выполните его, пользуясь рекомендованными пособиями. 2.Выпишите из учебника, пользуясь предметным указателем, структурные формулы важнейших макроэргических соединений, указывая значком ~ макроэргические связи и значение энергии свободного гидролиза: а) ди- и трифосфонуклеозиды аденина, гуанина, урацила, цитозина и тимина; б) ацилфосфаты - ангидриды карбоновых и фосфорной кислот: ацетилфосфат, 1,3-дифосфоглицерат; в) енолфосфаты – фосфоенолпируват; г) гуанидинфосфаты – креатинфосфат; д) тиоловые эфиры - ацетил-КоА и сукцинил-КоА; е) сульфониевые соединения - S-аденозилметионин. 3. Кратко сформулируйте биологическую роль макроэргических соединений. 4. Дайте обоснование центральной роли АТФ в обмене веществ и энергии в качестве универсального аккумулятора и источника энергии.
3.	Изучите структуру и функции основных ферментов биологического окисления.	1.Вспомните структуру и роль пиридиновых и флавиновых дегидрогеназ. 2.Напишите структурные формулы НАД^+, НАДФ^+, ФМН, ФАД и схематически представьте их взаимодействие с субстратами окисления. 3.Напишите структуру и реакцию восстановления и окисления убихинона. 4. Перечислите цитохромы дыхательной цепи митохондрий и выпишите особенности их структуры и биологическую роль. 5. Напишите структуру простетической части цитохрома С.
4.	Изучите общие пути катаболизма пищевых веществ и унификации энергетических субстратов.	1. Выпишите величину освобождающейся энергии в калориях при окислении 1 г белка,1 г жира,1 г углеводов. 2. Схематически изобразите пути и этапы унификации окислительных субстратов в животном организме.
5.	Изучите механизм окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты.	1. Схематически представьте строение пируватдекарбоксилазного мультиэнзимного комплекса. 2. Напишите химизм этапов декарбоксилирования пировиноградной кислоты и укажите валовое уравнение этих превращений. 3. Докажите окислительный характер этого процесса. Почему этот процесс протекает лишь в аэробных условиях?
6.	Изучите цикл трикарбоновых кислот Кребса	1. Напишите химизм этапов цикла Кребса с указанием соответствующих ферментов. 2. Изучите регуляцию цикла трикарбоновых кислот. Выпишите регуляторные ферменты и факторы, определяющие скорость протекания процесса.

 

Примеры тестов контроля исходного уровня знаний

Вид 1. Выберите один наиболее правильный ответ.

1.1. Минуя стадию образования пирувата, превращаются в ацетил КоА ….

а) аланин, аспартат

б) глюкоза, галактоза

в) глицерин

г) высшие жирные кислоты

 

1.2. ЦТК и окислительное декарбоксилирование пирувата протекают ….

а) в цитозоле

б) в межмембранном пространстве митохондрий

в) в матриксе митохондрий

 

1.3. Суммарное уравнения окислительного декарбоксилирование ПВК: ….

а) СН₃СОСООН+НАД⁺+СоАSН→СН₃-СОСоА+СО₂+НАДН+Н⁺

б)СН₃-СОСоА+НАД⁺+ФАД+АДФ→ 2СО₂+3НАДН+Н⁺+ФАДН₂+АТФ+

СоАSН

в) СН₃СОСООН+ФАД+ СоАSН→ СН₃-СОСоА+СО₂+ФАДН₂

Вид 2. Установлениесоответствия:

2.1. Фермент-Кофермент

1. малатдегидрогеназа а) ФАД

2. сукцинатдегидрогеназа б) железосодержащий протопорфирин

3. цитохром в в) НАД, НАДФ

4. цитохромоксидаза г) Fе⁺⁺ - протопорфирин, ионы меди

5. изоцитратдегидрогеназа д) ФМН

 

2.2. Субстрат цикла трикарбоновых кислот – характеристика превращения

1.a-кетоглутарат а) претерпевает окислительное декарбоксилирование

2.малат б) подвергается альдольной конденсации

3.сукцинил –СоА в) окисляется путем дегидрирования

4.оксалоацетат г) подвергается гидратации

5.фумарат д) претерпевает разрыв тиоэфирной связи

6.изоцитрат

Вид 3. 3.1. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входят ….

1. НАД, ФАД

2. липоевая кислота и коэнзим А

3. ТПФ (ТДФ) и липоиламид

4. Тетрагидрофолевая кислота и пиридоксальфосфат

5. коэнзим Q и метилкобаламин

 

3.2. Примером субстратного фосфорилирования является реакция.…

1. сукцинил СоА+АДФ→сукцинат+АТФ

2. глюкоза+АТФ→глюкозо-6-фосфат+ АДФ

3. креатинфосфат+ АДФ→ креатин+ АТФ

4. АДФ+Р_н→АТФ

5. галактоза+АТФ→галактозо-6-фосфат+ АДФ

3.3. … уменьшают скорость окисления ацетата в ЦТК.

1. уменьшение коэффициента АТФ/АДФ

2. низкая концентрация НАДН, благодаря его быстрому окислению в дыхательной цепи

3. высокая концентрация АМФ

4. уменьшение коэффициента НАД⁺/НАДН

5. уменьшение коэффициента ГТФ/ГДФ

Вид 4. Определение правильности утверждений в предложении и установление наличия причинной связи между ними.

4.1. В ходе цикла лимонной кислоты происходит окислительное декарбоксилирование пирувата, потому что ЦТК протекает в матриксе митохондрий.

 

4.2. Окислительное декарбоксилирование пирувата относится к общему пути катаболизма, потому что пировиноградная кислота образуется в ходе метаболизма углеводов, аминокислот, глицерина и высших жирных кислот.

Примеры ситуационных задач

Задача 1. В ходе окислительного распада пирувата до углекислого газа и воды высвобождается 273 ккал/моль энергии. При “подключении” окисления пирувата к дыхательной цепи образовалось 12,5 молекул АТФ. Подсчитайте эффективность процесса синтеза АТФ.

Задача 2. Ацетильный остаток, меченный ¹⁴С по обоим углеродным атомам (¹⁴СН₃¹⁴СОКоА), окисляется в цикле лимонной кислоты. Проследите судьбу радиоактивной метки. Определите, в каком соединении будет обнаруживаться ¹⁴С после первого оборота цикла. В ходе какого оборота ЦТК будет выделяться ¹⁴СО₂?

Задача 3. Для определения активности НАД-зависимых ферментов используется способность восстановленной формы пиридиновых коферментов поглощать свет при длине волны 340 нм. Определите состав инкубационной среды для спектрофотометрического определения активности митохондриальной малатдегидрогеназы а) по возрастанию светопоглощения при 340 нм, б) по убыванию светопоглощения при 340 нм.

Самостоятельная работа

Кратко выпишите принцип метода, химизм реакции и порядок проведения работ, выполняемых на лабораторном занятии, не забывая оставлять места для расчетов и выводов.