_{Билет 1}

1. Что такое катаболизм и анаболизм? Нарисуйте общую схему катаболизма, укажите этапы обмена веществ. Что значит специфические и общие пути катаболизма?

Катаболизм – процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. У человека и животных конечными продуктами явл CO2, H2O, мочевина. Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии. Анаболизм – это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из малых молекул-предшественников. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ.

Этапы катаболизма

Общая схема обмена веществ и энергии

1-пищеварение; 2-катаболизм; 3-анаболизм; 4-распад структурно-функциональных компонентов клеток; 5-экзергонические реакции; 6,7- эндергонические реакции; 8-выведение из организма

Если процесс катаболизма рассматривать с общей точки зрения, то можно выделить три основные его части:

-расщепление в пищеварительном тракте (это гидролитические реакции, превращающие сложные пищевые вещества в относительно небольшое число простых метаболитов: глюкоза, аминокислоты, глицерин, жирные кислоты)

-специфические пути катаболизма (простые метаболиты подвергаются специфическим реакциям расщепления, в результате которых образуется либо пировиноградная кислота, либо ацетил - СоА. Причем ацетил - СоА может образоваться из пирувата в результате окислительного декарбоксилирования. Могут также образоваться другие соединения, непосредственно включающиеся в цитратный цикл)

-цитратный цикл и дыхательная цепь (завершают расщепление пищевых веществ до конечных продуктов - СО2 и Н2О)

Следовательно, начиная со стадии образования пирувата происходит унификация путей катаболизма. Из большого числа исходных соединений образуется всего два - пируват и ацетил - СоА. Процесс, начинающийся от пирувата, называется общим путем катаболизма и в свою очередь включает: окислительное декарбоксилирование пирувата и цитратный цикл.

Именно в общем пути катаболизма образуется основная масса субстратов для реакций дегидрирования. Совместно с дыхательной цепью и окислительным фосфорилированием общий путь катаболизма является основным источником энергии в форме АТФ.

2. Назовите и охарактеризуйте макроэргические субстраты. Напишите строение АТФ. В каких реакциях общих путей катаболизма образуются макроэргические соединения?

Макроэргическими называют такие связи в молекулах веществ, при разрыве которых освобождается 20-25 кДж\моль энергии. К макроэргическим соединениям относятся АТФ, АДФ, ацетил-КоА, нуклеозидтрифосфаты и т.д.

АТФ – непосредственный источник энергии для большинства эндергонических биологических систем. Использование АТФ как источника энергии возможно только при условии непрерывного синтеза АТФ из АДФ за счет энергии окисления органических соединений.

Цикл АТФ-АДФ

Некоторые биосинтетические реакции в организме могут протекать при участии других нуклеозидтрифосфатов, аналогов АТФ; к ним относят ГТФ, УТФ, ЦТФ. Все эти нуклеотиды, в свою очередь образуются при использовании свободной энергии концевой фосфатной группы АТФ.

Макроэргические соединения образуются:

А) на 2 этапе общих путей катаболизма: вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, на втором этапе обычно превращаются в пировиноградную кислоту, ацетильную группу (в составе ацетил-S-КоА), когда ацетил Ко-А имеет макроэргическую связь. Происходит запасание энергии в виде молекул АТФ

Б) на 3 этапе общих путей катаболизма: в результате процесса окислительное фосфорилирование образуется вода и главный продукт биологического окисления– АТФ. Часть выделенной на этом этапе энергии молекулы рассеивается в виде тепла и около 46% энергии исходного вещества усваивается, т.е. запасается в связях АТФ и ГТФ.

Строение молекулы АТФ

3. Покажите особенности строения кислорода и его активных форм кислорода. Напишите реакции образования активных форм кислорода из пероксида водорода.

1. В течение окислительных реакций молекулярный кислород восстанавливается до воды.

2. Существуют «утечки» электронов из реакций с образованием продуктов неполного восстановления кислорода.

3. Продукты неполного восстановления кислорода носят название активные формы кислорода (АФК).

4. АФК содержат один или более неспаренных электронов на внешней орбитали – это свободные радикалы.

Строение молекулы кислорода

Активные формы кислорода

Реакции образования АКФ из пероксида водорода

H202 + Fe2+ = Fe3+ + OH- + HO c точкой (реакция Фентона) H2O2 + Cu+ = Cu2+ + OH- + HO c точкой H2O2 + точкаO2- = OH- + HO c точкой + O2

Билет №2

1. Напишите суммарную и отдельную реакцию окислительного декарбоксилирования пирувата.

Пируват (ПВК) является продуктом окисления глюкзы и некоторых аминокислот.

В анаэробных условиях пируват восстанавливается до молочной кислоты.

В анаэробных условиях происходит ее окислитеьное декарбоксилирование до уксусной кислоты, переносчиком которой служит коэнзим A

Суммарное уравнение реакции отражает декарбоксилирование пирувата, восстановление НАД до НАДН и образование ацетил-S-KoA

Происходит во внутренней митохондриальной мембране

Отдельные реакции:

Реакции осуществляются мультиферментным комплексом (в составе 3 фермента и 5

коферментов)

Фермент	Обозначение в реакции	Кофермент	Витамин
Пируватдегидрогеназа	Е1	ТДФ	B1
Дигидролипоилтрансацетилаза	Е2	Липоамид КоА	Липоевая кислота (ЛК) Пантотеновая кислота
Дигидролипоилдегидрогеназа	Е3	FAD NAD+	B2 PP

2. Пути синтеза АТФ и виды фосфорилирования. Реакции субстратного фосфорилирования.

Три пути синтеза АТФ:

1. Гликолиз (2 этап)- окисление молекулы глюкозы до двух молекул ПВК, при этом образуется 2 молекулы АТФ и НАДН.

2. Окислительное фосфорилирование (3 этап) –окисляются НАДН и ФАДН2, полученные в реакциях катаболизма глюкозы и жирных кислот. При этом ферменты внутренней мембраны митохондрий обеспечивают образование основного количества клеточного АТФ из АДФ

3. Субстратное фосфорилирование- способ фосфорилирования АДФ из АТФ; связан с передачей макроэргического фосфата или энергии макроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ

Виды фосфорилирования:

См выше 2) и 3) + (не точно! Проверить, прежде чем писать)

Трансфосфорилирование («путь спасения») - синтез АТФ из двух молекул АДФ: АДФ + АДФ ^{Аденилаткиназа} АТФ + АМФ.

Подобный механизм включается в энергооборот, когда в клетке исчерпаны возможности первых двух. В результате трансфосфорилирования повышается концентрация АМФ, что служит аллостерическим сигналом к повышению скорости катаболических реакций, приводящих, в свою очередь, к росту генерации АТФ.

Реакции субстратного фосфорилирования.

1)реакция 1,3-дифосфоглицерата, содержащего макроэргическую связь в 1 положении, ферментом фосфоглицераткиназой на молекулу АДФ переносится остаток фосфорной кислоты-образуется молекула АТФ

2)реакция субстратного фосфорилирования АДФ с образованием енольной формы пирувата и АТФ, протекающая под действием пируваткиназы

3. Пути и неферментативные реакции образования активных форм кислорода. «Утечка» электронов из неферментативных реакций.

1) Утечка электронов из ЦПЭ на кислород является основным путем образования активных форм кислорода в большинстве клеток:

Пример: В цепи окислительного фосфорилирования Q принимая 1 электрон превращается  в свободный радикал семихинон НQ^∙, который при реоксигенации ишемических тканей может непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O₂ → Q+ О^∙₂ + H⁺;

3) Утечка с цепи микросомального окисления

4)Окисление Fe(2+) до Fe(3+) в гемме происходит случайно или под действием токсинов (нитраты, нитриты, нафталин, сульфаниламиды). Окисленная форма гемоглобина (метгемоглобин) не способна переносить O2

Билет 3

НАПИШИТЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАКЦИЙ ЦИКЛА ТРИКАРБОНОВЫХ

КИСЛОТ. ОТМЕТЬТЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕАКЦИЙ ДЕГИДРИРОВАНИЯ И РЕАКЦИИ

СУБСТРАТНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ.

Реакции дегидрирования происходящие в ЦТК служат источником атомов водорода (НАДН2) для дыхательной цепи.

За счет субстратного фосфорилирования образуется энергия в виде ГТФ

ДАЙТЕ ХАРАКТЕРИСТИКУ ПРОЦЕССУ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО

ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ. ОПИШИТЕ СТРОЕНИЕ АТФ-СИНТАЗЫ И МЕХАНИЗМ ЕЕ ДЕЙСТВИЯ

Окислительное фосфорилирование – процесс, происходящий во внутренней мембране

митохондрий и заключающийся в окислении НАДН и ФАДН2 и сопровождающийся синтезом АТФ. Перенос электронов, происходящий на внутренней митохондриальной мембране,

вызывает выкачивание ионов Н+ из матрикса митохондрий в межмембранное пространство.

Это создает градиент концентрации ионов Н+ между цитозолем и замкнутым внутри

митохондриальным пространством. Ионы водорода в норме способны возвращаться в матрикс митохондрий только одним способом – через специальный фермент, образующий АТФ – АТФ-синтазу. АТФ-синтаза, состоит из белковых цепей, подразделенных на две группы: Одна

группа формирует комплекс Fо –состоит из нескольких субъединиц (Зα, 3β, γ, ε, δ),

образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс. Другая группа образует

комплекс F1, который состоит из 9 субъединиц, между α- и β-субъединицами располагаются 3 активных центра, в которых происходит синтез АТФ.

Каталитический цикл синтеза АТФ включает 3 фазы, каждая из которых проходит поочерёдно в 3 активных центрах: 1 - связывание АДФ и Н3РО4; 2 - образование фосфоангидридной связи АТФ; 3 - освобождение конечного продукта.

ОХАРАКТЕРИЗУЙТЕ ПРОЦЕСС ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ:

МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА, СТАДИИ, КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ. НАПИШИТЕ

СООТВЕТСТВУЮЩИЕ РЕАКЦИИ

Перекисное окисление липидов и представляет собой цепную реакцию, в которой образование одного свободного радикала стимулирует образование других свободных радикалов. В

результате из полиеновых жирных кислот (R) образуются их гидроперекиси (ROOH).

Стадии перекисного окисления липидов

1) Инициация: образование свободного радикала (L•)

Инициирует реакцию чаще всего гидроксильный радикал, отнимающий водород от СН2-групп

полиеновой кислоты, что приводит к образованию липидного радикала.

2) Развитие цепи:

L • + О2 → LOO •

LOO• + LH → LOOM + LR•

Развитие цепи происходит при присоединении О2, в результате чего образуется

липопе-роксирадикал LOO• или пероксид липида LOOH.

ПОЛ представляет собой свободнорадикальные цепные реакции, т.е. каждый образовавшийся радикал инициирует образование нескольких других.

3) Разрушение структуры липидов

4) Обрыв цепи - взаимодействие радикалов между собой:

LOO• + L• → LOOH + LH

L• + vit E → LH + vit E•

vit E• + L• → LH + vit Еокисл.

Конечные продукты перекисного окисления полиеновых кислот - малоновый диальдегид и

гидропероксид кислоты.

Билет №4

1. Опишите строение пируватдегидрогеназного комплекса. Как регулируется пируватдегидрогеназный комплекс? Дайте характеристику витаминов и коферментов, используемых в процессе.

Строение пируватдегидрогеназного комплекса: