II. Решение задач.

Биохимия мышечной деятельности

1. Человек совершает срочную физическую работу (например, бег от опасности) через 30 минут после обеда, состоящего преимущественно из углеводов. Какой процесс протекает в этой ситуации в скелетных мышцах: синтез гликогена или его распад? Напишите схему этого процесса и объясните:

а) Какой гормон переключает пути обмена гликогена в описанной ситуации

б) Проиллюстрируйте схемой механизм действия гормона на этот процесс.

2.На дистанции два бегуна: спринтер завершает стометровку, стайер бежит десятый километр. Укажите различия в энергетическом обеспечении работы мышц у этих бегунов. Приведите схему метаболического пути, который является источником энергии для работы мышц у стайера. В схеме укажите:

а) Специфический и общий путь катаболизма, их энергетический эффект, способы синтеза АТФ.

б) Реакции дегидрирования и путь водорода к кислороду в ЦПЭ.

в) Регуляторные ферменты, их активаторы и ингибиторы.

3.Учитывая, что источником АТФ для синтеза глюкозы из лактата может быть окисление лактата в общем пути катаболизма, определите, сколько моль лактата необходимо окислить в печени до СО₂ и Н₂О, чтобы обеспечить энергией АТФ синтез 1 моль глюкозы из лактата. Расчёт обоснуйте:

а) Составьте схему окисления лактата и схему глюконеогенеза из лактата.

б) Отметьте в схемах реакции, сопряженные с синтезом и использованием АТФ, укажите энергетический баланс процессов.

4. Напишите схему процесса, скорость которого нарастает в печени через час после еды, содержащей углеводы. В схеме укажите ферменты и реакции, протекающие с затратой энергии:

а) Укажите физиологическое значение процесса.

б) Какой гормон стимулирует этот процесс?

в) Укажите причины и последствия нарушения этого процесса.

Метаболизм. Интеграция метаболизма

1. Сравнение катаболизма и анаболизма глюкозы. На таблице «Гликолиз» изображено взаимопревра­щение глюкозы и фруктозо-1,6-дифосфата. В обмене углеводов эта последовательность реакций играет ключевую роль. Расщепление глюкозы представляет собой катаболический путь, а ее биосинтез из фруктозо-1,6-дифосфата - анаболический. Одни и те же гексозомонофосфаты служат про­межуточными продуктами того и другого пути. Однако, хотя пути эти очень схожи, между ними есть явные различия. Вы­явите их:

а) напишите суммарное уравнение катаболического пути расщепления глюкозы до фруктозо-1,6-дифосфата;

б) то же самое для анаболического пути;

в) укажите различие между кататолическими и анаболиче­ским путями, проявляющееся в их суммарных уравнениях. Можно ли считать, что каждый из этих путей является простым обращением другого?

г) чем обеспечивается направленность катаболизма глюкозы? Что препятствует обращению этого процесса?

д) возможно ли, чтобы один и тот же фермент ката­лизировал и катаболическую и анаболическую реакции взаимопревращения глюкозы и глюкозо-6-фосфата. Воз­можно ли это для взаимопревращения глюкозо-6-фосфата и фруктозо-6-фосфата?

2. АТФ, образованная из глюкозы или жирной кис­лоты. Рассчитайте, сколько молей АТФ синтезируется при окислительном фосфорилированин из 1г глюкозы, 1г паль­митиновой кислоты и 1г трипальмитина.

3. Потеря веса при голодании. Когда человек использует «ударную» строгую диету, сначала он теряет вес в основном за счет обезвоживания организма. Почему? При продолжительном голодании поте­ря веса за день меньше, чем в начальных периодах. Как вы это объясните?

4. Связь между питанием и ожирением. Потребление в течение продолжительного периода продуктов, калорийность которых превышает рекомендуемые дозы, может привести к ожирению. Диета какого типа, бо­гатая сахарами или жирами, способствует ожирению? По­ясните ваш ответ?

5. Баланс калорий. Молодая женщина, обнаружила, что она слишком поправилась за последний год. Ее диета содержала 2400 ккал/сут. Таблицы стандартных корреляций роста, телосло­жения, возраста и веса показывали, что излишек ее веса составляет 20 проц. Для постоянного поддерживания веса на нормальном уровне она должна в день получать в сред­нем 2100 ккал. Используя данные, предложите 6 разных видов пищи, которые следует потреблять этой женщине в ограниченном количестве, чтобы поддерживать нормальный вес.

6. Пища для альпинистов. Предложим, что нужно составить список продуктов для альпиниста, собирающегося в 48-часовое восхождение на одну из вершин Гималаев: а) Какие особые виды продуктов вы бы включили? б) Какие продукты вы бы сочли ненужными? в) Какие витамины и минеральные вещества вы бы предложили в дополнение к рациону? Дайте объяснение своим ответам.

7. Мясо как источник калорий. В нескольких районах земного шара с легко доступ­ными источниками природных ресурсов принято во время каждой еды, потреблять большие количества мяса. Если любители мяса едят его в количестве, превышающем их по­требности (в калориях), то могут приобрести «лишний» вес:

а) Каким метаболическим путем мясо, богатое бел­ком, может привести к отложению триацилглицеролов?

б) Какие другие метаболические изменения могут произойти в результате такого питания?

8. Суточная утилизация АТФ в организме взрослого человека.

а) Количество свободной энергии, необходимое для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата (Ф) при концентрации исходных веществ и продуктов 1М (стандартное состояние), составляет 7,3 ккал/моль. Поскольку истин­ные физиологические концентрации АДФ, Ф и АТФ в клет­ках отличаются от 1М, количество свободной энергии, не­обходимой для синтеза АТФ при физиологических условиях, отличается от ΔY^о. Вычислите количество свободной энер­гии, необходимое для синтеза АТР в клетке печени человека при физиологических концентрациях АТР, АДР, Р равных соответственно 3,5, 1.50, 5,0 мМ.

б) Здоровый взрослый человек, вес которого составляет около 70кг, должен ежедневно получать с пищей 2000 ккал. Пищевые вещества расщепляются в процессе метаболизма и высвобождающаяся при этом свободная энергия используется для синтеза АТР, который затем расходуется на выполнение ежедневной работы организма, химической и механической. Вычислите (в весовых единицах) количество АТР, утилизируемого за сутки организмом взрослого человека, если принять, что эффективность превращения заключенной в пище энергии в энергию АТР равна 50%. Какой процент от веса тела составляет это количество АТР?

в) Хотя ежедневно в организме взрослого человека образуется значительные количества АТР, вес тела, его строение, состав за этот период существенно не меняется. Как можно объяснить это?

9.Метаболизм глутамата в мозгу. Глутамат, доставляемый кровью в ткань мозга, превращается там в глутамин, который можно обнаружить в оттекающей от мозга крови. Каков смысл этого метаболи­ческого превращения? Как оно происходит? В действитель­ности в мозгу вырабатывается больше глутамина, чем мо­жет образоваться из доставляемого кровью глутамата. От­куда берется это дополнительное количество глутамина?

10. Отсутствие глицеролкиназы в жировой ткани. Глицерол-3-фосфат - ключевой промежуточный про­дукт в биосинтезе триацилглицеролов. Клетки жировой ткани, специализирующиеся на синтезе и распада триацилглицеролов, не способны непосредственно использовать гли­церол поскольку в них нет глицеролкиназы, катализирую­щей реакцию:

Глицерол + АТР → Глицерол-3-фосфат + АДР

Как обеспечивается жировая ткань глицерол-3-фосфатом, необходимым для синтеза триацилглицеролов? Объ­ясните.

11. Возможен ли реальный синтез глюкозы из ПВК в условиях, когда ЦТК и окислительное фосфорилирование полностью ингибированы?

12 .На рисунке показана концентрация лактата в крови до бега на 400м, во время бега и после него.

а) чем вызывается быстрое повышение концентрации лактата?

б) что является причиной снижения уровня лактата после бега? Почему снижение происходит медленнее, чем подъем?

в) почему в состоянии покоя концентрации лактата в крови не равна 0?