1.Последовательность реакций цикла трикарбоновых кислот.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Регуляция ЦТК.

2. Разобщение окисления и фосфорилирования и его физиологическое значение. Вещества разобщители.

Некоторые химические вещества, ионофоры, могут, растворяясь в ли-пидном бислое митохондриальной мембраны, переносить ионы через мем-брану; протонофоры могут усиливать протонную проводимость митохондри-альной мембраны, перенося протоны из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы, а другие ионо-форы переносят другие ионы. В результате таких процессов уменьшается электрохимический мембранный потенциал и уменьшается, и даже прекра-щается синтез АТФ. Это явление называют разобщением дыхания и фос-форилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а

концентрация АДФ увеличивается. При этом возрастает скорость окисления ФАДН2 и НАДН, а также количество потребленного кислорода, но энергия в основном выделяется в виде теплоты. Происходит рассеивание энергии, ко-торая не фиксируется в виде макроэргической связи молекулы АТФ, а при-нимает вид тепловой энергии. Соединения, обеспечивающие протонную про-водимость и понижающие электрохимический потенциал, называются раз-общителями.

Одно из таких веществ 2,4-динитрофенол, легко переходящий из иони-зированной формы в неионизированную, присоединяя протон в межмем-бранном пространстве и перенося его в матрикс. Примерами разобщителей могут также быть лекарства (дикумарол) или метаболиты, которые образу-ются в организме (билирубин), а также тироксин – гормон щитовидной желе-зы, но эти вещества проявляют свое разобщающее действие только при вы-сокой концентрации.

Разобщение окисления и фосфорилирования также может возникать при некоторых воздействиях на организм или ткани (например, при пере-охлаждении),

Разобщение процессов дыхания и окислительного фосфорилирова-ния происходит, если протоны начинают проникать через внутреннюю мем-брану митохондрий. В этом случае выравнивается градиент рН и исчезает движущая сила фосфорилирования.

В отличие от ингибиторов дыхания (цианидов) разобщающие агенты не влияют на движение электронов по дыхательной цепи; обычно они оказы-вают противоположное действие, значительно повышая скорость процессов клеточного дыхания. Однако такое ускоренное дыхание не приводит к обра-зованию АТФ. Иными словами, процессы фосфорилирования и окисления уже не сопряжены друг с другом. Это приводит к нерегулируемому, бес-плодному дыханию, при котором освобождающаяся энергия целиком рассеи-вается в виде тепла. Ядовитые нитрофенолы и другие разобщающие агенты, попав в организм, стимулируют обмен веществ и теплообразование, что при-водит к повышению температуры тела.

3. Первичные механизмы повреждающего действия окислительного стресса

Повреждение белков.

Билет 8

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

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.

Также для биосинтеза некоторых веществ требуются богатые энергией

атомы водорода – их источником является НАДФН.

Катаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых

конечных продуктов.

Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной в сложной структуре веществ.

Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в виде тепла.

Меньшая часть этой энергии «перехватывается" коферментами окислительных реакций

НАД и ФАД, некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ.

Общий путь катаболизма — совокупность биохимических процессов, которая включает в себя:

- окисление пирувата до ацетил-КоА;

- окисление ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот

- выделение и аккумулирование энергии при дегидрировании метаболитов общего пути катаболизма в митохондриальных цепях переноса электронов[1].

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.

Специфический путь катаболизма – совокупность биохимических процессов, которая включает в себя:

- Расщепление полимеров до мономеров (белки – в аминокислоты, углеводы в моносахариды, липиды – в глицерол и жирные кислоты). Химическая энергия при этом рассеивается в виде тепла.

- Расщепление мономеров на общие продукты, в подавляющем большинстве в ацетил-КоА. Химическая энергия частично рассеивается в виде тепла, частично накапливается в виде восстановленных коферментных форм (НАДН, ФАДН2), частично запасается в макроэргических связях АТФ (субстратное фосфорилирование).

2. Дайте характеристику митохондриям, их функции и дисфункции. Что такое митохондриальные болезни? Укажите причины и развитие гипоэнергетических состояний.

Митохондрии – органеллы, окружённые двойной мембраной, специализирующиеся на синтезе АТФ путём окислительного фосфорилирования.

Основная функция — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии для генерации электрического потенциала, синтеза АТФ и термогенеза. Эти три процесса осуществляются за счёт движения электронов по электронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны.

Митохондриа́льные заболева́ния — группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках эукариот.

Митохондриальные заболевания обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов, так как сперматозоиды передают зиготе половину ядерного генома, а яйцеклетка поставляет и вторую половину генома, и митохондрии. Патологические нарушения клеточного энергетического обмена могут проявляться в виде дефектов различных звеньев в цикле Кребса, в дыхательной цепи, процессах бета-окисления и т. д.

Гипоэнергетические состояния

Причинами гипоэнергетических состояний может быть следующее:

- Гиповитаминозы экзогенные и/или эндогенные – снижается скорость и эффективность окислительных реакций. Возникает обычно при нехватке витаминов группы В –

В1, В2, никотиновой кислоты, В6, пантотеновой кислоты и аскорбиновой кислоты.

- дефицит белка в пище – снижается синтез всех ферментов и ферментов катаболизма в

частности.

- снижение потребления углеводов и липидов как основных источников энергии.

- дефицит кислорода – отсутствие акцептора для электронов вызывает "переполнение"

дыхательных ферментов, повышение электрохимического градиента, накопление НАДН и

ФАДН2 в клетке и прекращение катаболизма.

- дефицит железа – компонента цитохромов, миоглобина и гемоглобина,

И меди – компонента цитохромоксидазы.

3. Назовите и дайте характеристику неферментативным антиоксидантным пептидам и белкам. Напишите соответствующие реакции.

Билет 9 1) Опишите строение пируватдегидрогеназного комплекса. Как регулируется пируватдегидрогеназный комплекс? Дайте характеристику витаминов и коферментов, используемых в процессе. Строение пируватдегидрогеназного комплекса. Пируватдегидрогеназный комплекс состоит из 512 субъединиц объединенных в сложный мультиферментный комплекс. В его состав входят 3 фермента: пируватдегидрогеназа (Е1), дигидролипоамидацилтрансфераза (Е2) и дигидролипоамиддегидрогеназа (Е3), а также 5 коферментов : тиаминдифосфат (ТДФ), липоевая кислота (связанная через свою карбоксильную группу с ε- аминогруппой лизина, входящего в состав фермента – дигидролипоамидацилтрансферазы, и далее называемая липоамид), ФАД, НАД+ и СоА. Три кофермента (ТДФ, липоамид и ФАД) ковалентно связаны в активных центрах ферментов Е1, Е2 и Е3 соответственно, а НАД+ и СоА выполняют роль вто- рых субстратов в химических реакциях (мигрирующие коферменты).

Особенностью ферментов и белков комплекса является то, что все ферменты и белковые компоненты мультиферментного комплекса кодируются в ядерной ДНК и синтезируются в цитозоле. После их поступления в митохондриальный матрикс (при этом затрачивается энергия АТФ и протонного градиента) они подвергаются финальному фолдингу с помощью митохондриальных шаперонов, приобретают функциональную активность и объединяются в мультиферментный комплекс. В этом комплексе происходит преобразование пирувата в ацетил-СоА, содер жащий макроэргическую тиоэфирную связь и удаление из пирувата 2-х электронов в составе молекулы НАДН.

Активность ПДК регулируется различными способами: - доступностью субстратов; - ингибированием продуктами реакции- Продукты пируватдегидрогеназной реакции аллостерически активируют киназу ПДК. Активированная киназа фосфорилирует и инактивирует ферменты комплекса. Таким образом, при накоплении НАДН и ацетил-СоА тормозится превращение пирувата в ацетил-СоА; -аллостерическим путѐм- Пируват аллостерически активирует нефосфорилиро- ванную форму ПДК, действуя согласно с другими субстратами НАД+ и СоА; -путѐм ковалентной модификации- Осуществляется фосфорилированием и дефосфорилированием. В состав ПДК входят 2 регуляторных субъединицы: киназа ПДК – фосфорилирует ферменты комплекса и инактивирует ПДК; а фосфатаза – дефосфорилирует ферменты, превращая ферментативный комплекс в активную форму.

Активность пируватдегидрогеназного комплекса увеличивается при повышении концентрации АДФ, внутриклеточного кальция, под влиянием гормонов: инсулина и адреналина.

2) Назовите и охарактеризуйте макроэргические субстраты. Напишите строение АТФ. В каких реакциях общих путей катаболизма образуются макроэргические соединения? Макроэргические соединения – соединения, содержащие макроэргическую связь, при гидролизе которой освобождается энергия больше чем 30 кДж/моль. К клеточным макроэргическим соединениям относят фосфоенолпируват, 1,3-дифосфоглицерат, которые образуются в гликолизе (в процессе распада глюкозы до пирувата). К ним относят также сукцинил~СоА (образуется в цикле трикарбоновых кислот, переносит фосфатную группу на ГДФ) и креатинфосфат, являющиеся субстратами, так называемого субстратного фосфорилирования, при котором их макроэргическая связь используется для синтеза АТФ. Макроэргическими соединениями являются также ацил~СоА и все со- единения, содержащие сложную тиоэфирную группу, а также карбамоилфосфат (образуется в первой реакции цикла мочевины) и аргининфосфат, гистидинфосфат (имидазолфосфат) и все нуклеозиддифосфаты и нуклеозитрифосфаты.

Эти молекулы обладают большим потенциалом переноса фосфатной группы на АДФ с образованием АТФ, потому что энергия, выделяемая при распаде этих макроэргических молекул более высокая, чем требуется для синтеза АТФ из АДФ. По отношению к АДФ, перечисленные макроэргические молекулы доноры энергии. В молекуле аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) две высокоэнергетические (макроэргические связи) β и γ.

Одним из источников нуклеозидтрифосфатов, главным образом АТФ, является субстратное фосфорилирование. К таким реакциям относятся реакции гликолиза:

И вторая реакция субстратного фосфорилирования АДФ с образовани- ем енольной формы пирувата и АТФ, протекающая под действием фермента пируваткиназы:

В мышцах в процессе мышечного сокращения активно протекает еще одна реакция субстратного фосфорилирования, катализируемая креатинфос- фаткиназой. Для эукариотов глав- ным источником АТФ является окислительное фофорилирование, использу- ющее энергию электронов, освобождающихся при дегидрировании субстра- тов, при восстановлении кислорода, через реализацию трансмембранного протонного градиента потенциала.

3) Назовите и дайте характеристику ферментам антиоксидантной защиты от пероксида водорода и от супероксид-аниона. Напишите соответствующие реакции.

Ферментативные компоненты антиоксидантной системы: 1. Каталаза - геминовый фермент, содержащий Fe3+, катализирует ре- акцию разрушения перекиси водорода. При этом образуется вода и молекулярный кислород:

2Н2О2 → H2O + O2 Каталазы много в эритроцитах - там она защищает гем гемоглобина от окисления. 2. Супероксиддисмутаза (СОД) катализирует реакцию обезвреживания двух молекул супероксиданиона, превращая одну из них в молекулярный кислород, а другую - в пероксид водорода (менее сильный окислитель, чем супероксиданион): •О2 + •О2+ 2Н+ → H2O2 + O2 СОД работает в паре с каталазой и содержится во всех тканях.

3. Пероксидаза - геминовый фермент, восстанавливает пероксид водо- рода до воды, но при этом обязательно идет окисление другого вещества, коорое является восстановителем. В организме человека таким веществом чаще всего является глутатион. Реакция, катализируемая глутатионпероксидазой: 2Н2О2 + 2Г-SH → H2O + Г-S-S-Г