обмен углеводов 2
.docxРадиоактивную глюкозу, меченную углеродом 14 С в положении 3, инкубировали в анаэробных условиях в бесклеточном гомогенате печени. В каких положениях будет содержать образовавшийся лактат?
При инкубации радиоактивной глюкозы, меченной углеродом-14 в положении 3, в бесклеточном гомогенате печени в анаэробных условиях образующийся лактат будет содержать радиоактивную метку в положении 3.
В анаэробных условиях глюкоза подвергается гликолизу, в ходе которого она расщепляется до пирувата, а затем пируват восстанавливается до лактата. При этом атомы углерода сохраняют свою нумерацию, и углерод в положении 3 глюкозы переходит в соответствующее положение в молекуле лактата.
Глюкоза (6 атомов углерода) в ходе гликолиза превращается в две молекулы пирувата (по 3 атома углерода в каждой). Углерод 3 глюкозы становится углеродом 1 или 3 в молекуле пирувата, а затем в лактате. В частности, метка в положении 3 глюкозы будет находиться в положении 2 лактата (центральный углерод), поскольку лактат — это 2-гидроксипропионовая кислота.
Таким образом, радиоактивный углерод из положения 3 глюкозы будет обнаружен в положении 2 лактата.
Напишите суммарное уравнение превращения 3- 14С-фруктозо-6-фосфата в пируват в клетках печени. Какие углеродные атомы продукта будут мечеными?
Суммарное уравнение гликолиза (упрощённо): Фруктозо-6-фосфат→2 Пируват
Подробно:
Какие углеродные атомы пирувата будут мечены?
Углерод в положении 3 фруктозо-6-фосфата переходит в положение 1 пирувата (карбоксильный углерод) и в положение 3 пирувата (метильный углерод) в зависимости от того, через какую из двух трёхуглеродных молекул (глицеральдегид-3-фосфат или диоксиацетонфосфат) происходит превращение.
Суммарное уравнение: 3-14C-фруктозо-6-фосфат→гликолиз2 пируват(метка в C-1 пирувата)3-14-C-фруктозо-6-фосфатгликолиз2 пируват(метка в C-1 пирувата)
B каких положениях будут радиоактивные атомы в промежуточных и конечных продуктах окисления глюкозы, меченной по С-1 и по С-6: A) в аэробном гликолизе; Б) в анаэробном гликолизе; B) в пентозофосфатном пути?
А) В аэробном гликолизе: глюкоза расщепляется на две молекулы пирувата. При мечении глюкозы по С-1 радиоактивный углерод сохраняется в положении 3 пирувата (метильный углерод). При мечении глюкозы по С-6 радиоактивный углерод переходит в положение 1 пирувата (карбоксильный углерод). Далее пируват окисляется до ацетил-КоА и входит в цикл Кребса, где углерод 1 пирувата (С-6 глюкозы) и углерод 3 пирувата (С-1 глюкозы) постепенно выделяются в виде CO2. Таким образом, при аэробном гликолизе и последующем цикле Кребса метка из С-1 глюкозы в конечном итоге выделяется как CO2, а из С-6 — также в виде CO2, но с другим порядком высвобождения.
Б) В анаэробном гликолизе: глюкоза превращается в две молекулы лактата. При мечении глюкозы по С-1 радиоактивный углерод сохраняется в положении 3 лактата (метильный углерод). При мечении глюкозы по С-6 радиоактивный углерод будет находиться в положении 1 лактата (карбоксильный углерод).
В) В пентозофосфатном пути: в окислительной фазе ПФП происходит декарбоксилирование углерода 1 глюкозо-6-фосфата с выделением CO2. При мечении глюкозы по С-1 радиоактивный углерод быстро теряется в виде CO2. Углерод 6 глюкозы сохраняется в пентозах и последующих продуктах ПФП. В неокислительной фазе ПФП углеродные скелеты перестраиваются, и метка из С-6 глюкозы распределяется по разным углеродам пентозофосфатов и гликолитических интермедиатов (например, фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата).
Напишите уравнения реакции образования этанола из D-глицеральдегид-3-фосфата при спиртовом брожении. Какие ферменты принимают участие в этом процессе?
Ферменты, участвующие в процессе превращения D-глицеральдегид-3-фосфата в этанол
Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа — окисляет и фосфорилирует D-глицеральдегид-3-фосфат с образованием 1,3-бисфосфоглицерата и NADH
Пируватдекарбоксилаза катализирует декарбоксилирование пирувата до ацетальдегида и CO2.
Алкогольдегидрогеназа восстанавливает ацетальдегид до этанола с окислением NADH до NAD^+
Напишите суммарное уравнение спиртового брожения. Какова энергетическая эффективность данного процесса.
Энергетическая эффективность процесса:
Выделяется 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы, что значительно меньше, чем при полном аэробном окислении глюкозы (около 36–38 молекул АТФ). Это связано с тем, что большая часть энергии остаётся в этаноле и CO2. Таким образом, спиртовое брожение — малоэффективный с точки зрения энергии процесс, но он позволяет регенерировать NAD^+, необходимый для продолжения гликолиза в анаэробных условиях
Какой из ферментов гликолиза содержит NAD+ в качестве кофермента: A) гликогенфосфорилаза; Б) фруктозобифосфатальдолаза; B) D-глицеральдегидфосфатдегидрогеназа; Г) енолаза; Д) пируваткиназа?
B) D-глицеральдегидфосфатдегидрогеназа. Фермент класса оксидоредуктаз катализирует фосфорилирование глицеральдегид-3-фосфата, где NAD и NADН — окисленная и восстановленная формы кофермента никотинамидадениндинуклеотида.
Что является конечным продуктом гликолиза: A) пируват; Б) пропионат; B) лактат; Г) пируват + лактат; Д) этанол + CO2?
Лактат (В)
Сколько ферментов каждого класса участвует в превращении глюкозы в этанол?
В превращении глюкозы в этанол (спиртовом брожении) участвуют два фермента: пируватдекарбоксилаза и алкогольдегидрогеназа. Пируватдекарбоксилаза на восстановительном этапе превращает пируват в ацетальдегид с высвобождением молекулы углекислого газа. Алкогольдегидрогеназа восстанавливает две молекулы ацетальдегида до этанола, используя два NADH + H+, образовавшихся в окислительном этапе.
Почему в напряженных мышцах наступает окоченение (ацидоз)?
Причина ацидоза — повышенное производство молочной кислоты (лактата) в процессе гликолиза, то есть расщепления глюкозы. Лактат накапливается в мышцах, из-за чего в них поступает больше воды. Появляется отёк, который воздействует на болевые рецепторы. В норме молочная кислота быстро выводится: почки и печень отфильтровывают её из крови, превращая в углекислый газ, воду и новую глюкозу. Однако если организм не успевает перерабатывать молочную кислоту, она повреждает внутренние органы и ткани. После прекращения сокращений уровень pH в мышце достаточно быстро (в течение нескольких минут) возвращается к нормальному уровню. Это во многом обеспечивается работой кровеносной системы, удаляющей продукты метаболизма из мышцы
Чем вызвана непереносимость молока у некоторых людей? Какой компонент молока нарушает пищеварение?
Непереносимость лактозы вызвана сниженной способностью или полной неспособностью переваривать лактозу, сахар, содержащийся в молочных продуктах.
В каких тканях окисление глюкозы происходит по пентозофосфатному пути и почему?
Пентозофосфатный путь окисления глюкозы (ПФП) наиболее активен в тканях и клетках, которые нуждаются в восстановительных эквивалентах NADPH и пентозофосфатах для синтеза биомолекул и защиты от окислительного стресса. К таким тканям относятся: Печень, Жировая ткань, Молочная железа (особенно в период лактации), Надпочечники (кора), Клетки костного мозга, Слизистая кишечника, Легкие, Щитовидная железа.
Причины активного функционирования ПФП в этих тканях: Поставка NADPH — необходимого для восстановительных реакций, таких как синтез жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов и восстановление глутатиона . Образование рибозо-5-фосфата — субстрата для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот, что важно для быстро делящихся клеток. Обезвреживание ксенобиотиков и активных форм кислорода — в печени. Поддержание синтеза биомолекул — в жировой ткани и молочной железе при лактации. Высокая скорость пролиферации и регенерации — в тканях с быстрым делением клеток и заживлением.
Определите основное назначение пентозофосфатного пути: a) окисление глюкозы; б) генерация в цитоплазме NADPH, снабжение тканей пентозами (главным образом, рибозо-5-фосфатом) для синтеза нуклеиновых кислот, участие в образовании глюкозы из углекислого газа в темновой реакции фотосинтеза; в) снабжение субстратом для глюконеогенеза; г) обеспечение ацетил-СоА для биосинтеза жирных кислот и стеролов; д) образование лактата?
Основное назначение пентозофосфатного пути — генерация в цитоплазме NADPH, снабжение тканей пентозами (главным образом, рибозо-5-фосфатом) для синтеза нуклеиновых кислот, участие в образовании глюкозы из углекислого газа в темновой реакции фотосинтеза.
Сколько молекул АТР образуется при полном окислении до СО2 и Н2О следующих соединений (считайте при этом, что речь идет о клетках печени, почек или сердца): a) фосфоенолпирувата; б) ацетил-СоА; в) диоксиацетонфосфата; г) глицерина; д) пирувата; e) глюкозы; ж)фруктозо-1,6-бифосфата?
a) Фосфоенолпируват (ФЕП)
ФЭП → пируват с образованием 1 АТФ (реакция пируваткиназы).
Пируват → ацетил-КоА + НАДН (2,5 АТФ).
Ацетил-КоА → цикл Кребса (10 АТФ).
Всего: 1 + 2,5 + 10 = 13,5 молекул АТФ
б) Ацетил-CoA
Ацетил-КоА полностью окисляется в цикле Кребса с образованием 10 АТФ.
в) Диоксиацетонфосфат (ДАФ)
ДАФ изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат (Г3Ф).
Г3Ф далее окисляется в процессе гликолиза с образованием 1 НАДН и 2 АТФ (что эквивалентно ~4,5 АТФ).
Затем пируват → ацетил-КоА (2,5 АТФ).
Ацетил-КоА → цикл Кребса (10 АТФ).
Всего: 4,5 + 2,5 + 10 = 17 молекул АТФ
г) Глицерин
Глицерин превращается в глицерол-3-фосфат, затем в диоксиацетонфосфат (ДАФ).
Далее см. пункт в). Всего: ~17 молекул АТФ
д) Пируват
Пируват → ацетил-КоА + НАДН (2,5 АТФ).
Ацетил-КоА → цикл Кребса (10 АТФ).
Всего: 2,5 + 10 = 12,5 молекул АТФ
е) Глюкоза
Глюкоза → 2 пирувата в гликолизе: 2 АТФ + 2 НАДН (~7 АТФ).
2 пирувата → 2 ацетил-КоА + 2 НАДН (2 × 2,5 = 5 АТФ).
2 ацетил-КоА → цикл Кребса (2 × 10 = 20 АТФ).
Всего: 7 + 5 + 20 = 32 молекулы АТФ
ж) Фруктозо-1,6-бифосфат
Фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на 2 молекулы трёхуглеродных соединений (Г3Ф и ДАФ).
Каждая молекула Г3Ф далее окисляется с образованием 1 НАДН и 2 АТФ (около 4,5 АТФ).
Далее пируват → ацетил-КоА (2,5 АТФ) и ацетил-КоА → цикл Кребса (10 АТФ).
Всего: 9 + 5 + 20 = 34 молекулы АТФ
Н
аписать
уравнения глюконеогенеза из: A)
аспарагиновой кислоты; Б) аланина; B)
глицерина. Какова судьба радиоактивной
метки каждом случае, если данные вещества
были мечены по первому атому углерода?
Судьба метки по первому атому углерода:
Первый углерод аспарагиновой кислоты соответствует карбоксильной группе оксалоацетата (углерод 1). В цикле Кребса и глюконеогенезе карбоксильные атомы углерода (1 и 4) оксалоацетата могут быть выведены в виде CO₂ на этапах декарбоксилирования. Таким образом, радиоактивная метка на первом атоме углерода аспарагиновой кислоты, скорее всего, будет потеряна в виде CO₂ и не войдёт в состав глюкозы.
Судьба метки по первому атому углерода:
Первый углерод аланина соответствует метильной группе пирувата (углерод 3 пирувата). При карбоксилировании пирувата в оксалоацетат этот углерод становится углеродом 3 оксалоацетата. При глюконеогенезе этот углерод сохраняется и входит в состав глюкозы. Следовательно, радиоактивная метка на первом атоме аланина сохранится в глюкозе.
Судьба метки по первому атому углерода:
Первый углерод глицерина становится углеродом 1 или 3 в ДАФ (поскольку молекула симметрична). В дальнейшем при превращении ДАФ в глюкозу метка сохраняется и входит в состав глюкозы. Таким образом, радиоактивная метка на первом атоме глицерина сохранится в глюкозе.