Занятие 18. Введение в биоэнергетику.

Макроэргические соединения. Общие пути катаболизма.

Цель занятия. 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. Усвоить основные этапы унификации энергетических субстратов. Изучить химизм окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты и последовательность реакций цикла трикарбоновых кислот.

Содержание занятий:

– контроль выполнения заданий по самоподготовке;

– выполнение заданий тестового контроля;

– качественный анализ активности пероксидазы, цитохромосидазы и сукцинатдегидрогеназы, количественное определение пировиноградной кислоты в моче;

– прослушать и обсудить реферативные сообщения по теме занятия.

Примерные темы реферативных сообщений по УИРС:

1. История развития учения о биологическом окислении.

2. Ганс Кребс: история жизни и великих открытий.

3. Энергетический обмен у микроорганизмов.

 

Методические указания к самоподготовке

 

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

1. Напишите классификацию организмов по способам питания, накопления энергии и потребления кислорода.

2. Напишите схему превращения солнечной энергии в живых существах.

3.Дайте определения понятия “макроэргические соединения”.

4. 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 карбоновой 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.

5. Кратко сформируйте биологическую роль макроэргических соединений.

6. Дайте обоснование центральной роли АТФ в обмене веществ и энергии в качестве универсального аккумулятора и источника энергии.

7. Схематически изобразите пути и этапы унификации окислительных субстратов в животном организме.

8. Схематически представьте строение пируватдекарбоксилазного мультиэнзимного комплекса.

9. Напишите химизм этапов декарбоксилирования пировиноградной кислоты и укажите валовое уравнение этих превращений.

10. Докажите окислительный характер этого процесса. Почему этот процесс протекает лишь в аэробных условиях?

11. Напишите химизм этапов цикла трикарбоновых кислот Кребса с указанием соответствующих ферментов.

12. Изучите регуляцию цикла трикарбоновых кислот. Выпишите регуляторные ферменты и факторы, определяющие скорость протекания процесса.

 

Примеры тестов контроля исходного уровня знаний

Задание 1. Выберите один наиболее правильный ответ:

1.1. ЦТК Кребса и окислительное декарбоксилирование пирувата протекают:

а) в цитозоле

б) в межмембранном пространстве митохондрий

в) в матриксе митохондрий

г) во внутренней мембране митохондрий

1.2. Суммарное уравнение окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты:

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

Задание 2. Установите соответствие:

2.1. Фермент – Кофермент:

1. малатдегидрогеназа 2. сукцинатдегидрогеназа 3. цитохром в 4. цитохромоксидаза 5. изоцитратдегидрогеназа

а) ФАД б) железосодержащий протопорфирин в) НАД, НАДФ г) Fе^++ – протопорфирин, ионы меди д) ФМН

2.2. Переносчик дыхательной цепи – его характеристика:

1. цитохром с 2. флавопротеин 3. цитохромоксидаза 4. цитохром а3

а) последнее звено дыхательной цепи б) компонент цитохромоксидазы в) переносит электроны от НАДН к СоQ г) катализирует перенос электронов от цитохрома с1 к цитохрому а

Задание 3. Выберите несколько правильных ответов.

3.1. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входят коферменты...

1. НАД

2. коэнзим А

3. ТДФ

4. ТГФК

5. коэнзим Q

3.2. Примерами субстратного фосфорилирования являются реакции:

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

Задание 4. Определите правильность утверждений в предложении и установите наличие 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 общим путям катаболизма, потому что пировиноградная кислота образуется в ходе метаболизма углеводов, аминокислот, глицерина и высших жирных кислот.

Примеры ситуационных задач

Задача 1.

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 2.

Бактерии, обитающие в корневых клубеньках растения гороха, потребляют свыше 20% всего АТФ, образуемого этим растением. Назовите причину, которой можно было бы объяснить, почему эти бактерии потребляют так много АТФ.

Самостоятельная работа студентов

Занесите в тетрадь протоколы лабораторных работ, оставляя место для расчетов и выводов.