- •Тема: энергетический обмен. Занятие №1.
- •2. Основные вопросы темы.
- •III комплекс qн2-дегидрогеназа
- •IV комплекс- цитохромоксидаза
- •V комплекс – атф-синтаза
- •Лабораторно-практические работы.
- •3.2. Методика определения пероксидазы в картофеле.
- •3.3. Методика определения активности сукцинатдегидрогеназы в мышечной ткани.
- •Занятие № 2.
- •2. Основные вопросы темы.
- •Лабораторно-практическая работа.
- •Контрольная работа № 5.
- •Основные вопросы темы.
Лабораторно-практические работы.
Методика определения пероксидазы в хрене.
В пробирку вносят 3 капли 1% раствора гидрохинона, добавляют 3 капли вытяжки из хрена и 3 капли 3% перекиси водорода. Оставляют стоять 2-3 минуты. Наблюдают появление красно- коричневого окрашивания.
3.2. Методика определения пероксидазы в картофеле.
На срез картофеля капнуть 1-2 капли гидрохинона и 1-2 капли перекиси водорода. Оставить на 2-3 минуты. Наблюдается красно-коричневое окрашивание среза картофеля.
3.3. Методика определения активности сукцинатдегидрогеназы в мышечной ткани.
В ступке растереть мышечную ткань с добавлением 2-3 мл дистиллированной воды. Содержимое ступки разделить на две пробирки. В первую пробирку добавить 10 капель 5% раствора янтарной кислоты, во вторую-10 капель дистиллированной воды. В каждую пробирку отмерить по 20 капель 0,001Н 2,6дихлорфенолиндофенола. Через 2-3 минуты в первой пробирке 0,001Н 2,6-дихлорфенолиндофенол обесцвечивается, во второй – остается синего цвета.
В выводе объясните, почему это происходит.
Занятие № 2.
Учебные и воспитательные цели:
Общая цель занятия: привить знания о терморегуляторной функции ЦПЭ, общем пути катаболизма (ЦТК), причинах
гипоэнергетических состояний, о функциях микросомального окисления, а также об обезврежива
нии активных форм кислорода и использовать эти знания в практической деятельности.
Частная цель: уметь определять каталазную активность в интактных эритроцитах по методу Крайнева.
Входной контроль знаний:
Тесты.
Устный опрос.
Основные вопросы темы:
Терморегуляторная функция ЦПЭ.
Общий путь катаболизма – цикл трикарбоновых кислот (ЦТК).
Функции ЦТК
Энергетический баланс ЦТК.
Гипоэнергетические состояния, причины.
Микросомальное окисление, биологическая роль.
Обезвреживание перекиси водорода ферментом каталазой.
Лабораторно-практические работы.
Определение каталазной активности в интактных эритроцитах по методу Крайнева.
Выходной контроль:
Тесты.
Ситуационные задачи.
Литература:
Материалы лекций.
Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 2004. С. 305-316.
5.3. Биохимия под ред. Е.С. Северина, А.Я. Николаева М.: ГЭОТАР-МЕД, 2011г.
2. Основные вопросы темы.
Терморегуляторная функция ЦПЭ.
На синтез молекулы АТФ расходуется примерно 40-45% всей энергии электронов, переносимых по ЦПЭ, 25% тратится на работу по переносу веществ через мембрану. Остальная часть энергии рассеивается в виде теплоты и используется на поддержание температуры тела. Дополнительное образование теплоты происходит при разобщении дыхания и фосфорилирования, которое может быть биологически полезным. Оно позволяет генерировать тепло для поддержания температуры у новорожденных, у зимнеспящих животных и у всех млекопитающих в процессе адаптации к холоду. У них существует бурый жир – особая ткань, специализирующаяся на теплопродукции посредством разобщения дыхания и фосфорилирования. Бурый жир содержит много митохондрий. Около 10% всех белков приходится на так называемый разобщающий белок (РБ-1) – термогенин.
Общий путь катаболизма – цикл трикарбоновых кислот (ЦТК).
Цикл Кребса открыт Гансом Кребсом в 1937г. (цикл трикарбоновых кислот), за открытие этого цикла Кребс в 1953г. получил Нобелевскую премию.
В ЦТК включается ацетил-КоА, который образуется в результате окисления жирных кислот, отдельных аминокислот и др. Некоторые метаболиты (глюкоза, глицерин и др.) превращаются в ПВК, из которой образуется ацетил-КоА в процессе окислительного декарбоксилирования:
пируватдегидрогеназный
комплекс
ПВК ацетил-КоА
НАД (РР), ФАД (В2), ТДФ (В1),
HS- КоА (В3), липоевая кислота
Функции ЦТК.
Интегративная функция (объединяющая обмен белков, жиров и углеводов через образование ацетил-КоА).
Водородгенерирующая функция – образуется 4 пары протонов Н+.
Энергетическая функция – образуется 1 молекула АТФ между сукцинил-КоА и сукцинат (субстратное фосфорилирование).
Анаболическая (пластическая) – метаболиты ЦТК используются для синтеза других веществ:
- ацетил-КоА – в синтезе холестерина и его производных (желчных кислот, стероидных гормонов, провитамина Д3), высших жирных кислот, кетоновых тел, ацетилхолина и др;
- α-кетоглутаровая кислота – глутаминовая, глутамин, ГАМК, пролин, аргинин;
- сукцинил-КоА – гем;
- СО2 – глюкоза, высшие жирные кислоты, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды;
- фумаровая кислота – в синтезе мочевины;
- ЩУК – аспарагиновая кислота, аспарагин, глюкоза, метионин, треонин.
Энергетический баланс ЦТК.
Субстраты ЦТК: изоцитрат, α-кетоглутарат и малат отдают протоны и электроны на НАД-зависимые дегидрогеназы, которые транспортируют протоны и электроны в ЦПЭ на I комплекс, следовательно протоны и электроны проходят все три пункта сопряжения (I, III, IV комплексы). Коэффициент окислительного фосфорилирования для:
-изоцитрат – 3/1=3АТФ;
- α-кетоглутарат – 3/1=3АТФ; 9АТФ в ЦПЭ
- малат – 3/1=3АТФ
Субстрат ЦТК: сукцинат отдает протоны и электроны на сукцинат-фумарат-дегидрогеназу (II комплекс), которая переносит протоны и электроны на убихинон, минуя I комплекс ЦПЭ, следовательно, электроны проходят два пункта сопряжения (III, IV комплексы).
Коэффициент окислительного фосфорилирования для сукцинат – 2/1=2АТФ.
Между сукцинил-КоА и сукцинат образуется 1 молекула АТФ (субстратное фосфорилирование).
Энергетический баланс ЦТК= 9АТФ (ЦПЭ) + 2АТФ (ЦПЭ) + 1АТФ (субстратное фосфорилирование) = 12 молекул АТФ.
Гипоэнергетические состояния, причины.
Для постоянного синтеза АТФ клетками необходим приток метаболитов как субстратов дыхания и кислорода как конечного акцептора электронов в реакциях окисления, сопряженных с синтезом АТФ.
Нарушения какого-либо этапа метаболизма, приводящие к прекращению синтеза АТФ, гибельны для клетки.
Состояния, при которых синтез АТФ снижен, объединяют термином «гипоэнергетические».
Причины «гипоэнергетических состояний»:
Голодание (недостаток субстратов дыхания);
Гиповитаминозы В1, В2, В3, РР – эти витамины входят в состав ферментов, участвующих в транспорте электронов на кислород.
Гипоксия может возникнуть: при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе; при заболеваниях легких и нарушении легочной вентиляции; при нарушениях кровообращения, вызванных заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом сосудов, кровопотерей; при наследственных и приобретенных нарушениях структуры гемоглобина (анемии) и др.
Микросомальное окисление, биологическая роль.
Протекает в микросомах эндоплазматического ретикулума.
10% молекулярного кислорода не является акцептором протонов Н+ , а непосредственно включается в молекулу субстрата;
В процессе микросомального окисления АТФ не синтезируется.
Функции.
Детоксикационная (обезвреживающая) функция. В реакциях микросомального окисления субстраты гидроксилируются, повышается их растворимость, что способствует их выведению или снижению их токсичности (вывод лекарственных веществ из организма, избытка холестерина и т.д.);
Пластическая функция – синтез различных соединений:
- из холестерина образуются желчные кислоты, стероидные гормоны (гормоны коры надпочечников, половые гормоны);
-из пролина оксипролин;
-из лизина оксилизин;
-из фенилаланина тирозин и др.
В реакциях микросомального окисления участвуют ферменты- гидроксилазы (оксигеназы), которые делятся на монооксигеназы, катализирующие включение одного атома кислорода в молекулу субстрата и диоксигеназы- включение двух атомов кислорода в молекулу субстрата.
Обезвреживание перекиси водорода ферментом каталазой.
В организме существуют защитные механизмы:
- гемсодержащие ферменты: каталаза, которая расщепляет Н2О2:
каталаза
2Н2О2 2Н2О + 2О2
- супероксиддисмутаза (СД), глутатионпероксидаза, обезвреживающие О2ˉ:
СД
2О2- + 2Н+ 2Н2О2 + О2
каталаза
2Н2О2 2Н2О + 2О2
- антиоксиданты, обезвреживающие свободные радикалы – витамины Е, А, С; глутатион, цистеин, биофлавоноиды, Q10 , мочевая кислота, янтарная кислота, селенит натрия и др.