Аудиторная работа.

Лабораторная работа: Сопоставление окислительно-восстановительного потенциала рибофлавина и метиленовой сини.

Ход работы: Принять во внимание, что рибофлавин и метиленовая синь в восстановленной форме – безцветны (лейкоформа), в окисленной – окрашены.

В пробирку внести 4-5 капель воды, одну каплю взвеси рибофлавина и по каплям добавить раствор красителя –метиленовой сини до появления синего или зеленовато-синего окрашивания раствора.

Затем внести в пробирку гранулу цинка и 2 капли концентрированной соляной кислоты. Начинается выделение пузырьков водорода. По мере насыщения раствора водородом окислительно-восстановительный потенциал смеси постепенно снижается, и происходит восстановление рибофлавина и метиленового синего.

Восстановление всего имеющегося метиленового синего (Е-0,11) происходит раньше, чем восстановление значительной части рибофлавина (Е-0,20), поэтому окраска жидкости переходит последовательно в зеленый, желто-зеленый, желтый и, наконец, бледно-желтый или розовый цвет.

Бледно-желтую жидкость слить в другую пробирку и наблюдать изменение окраски. Водород в жидкость не поступает, а ранее растворенный в ней водород частично уходит в атмосферный воздух, отчасти переносится через рибофлавин и метиленовый синий на кислород воздуха. В связи с этим окислительно-восстановительный потенциал повышается. После расходования водорода в растворе начинается окисление восстановленного рибофлавина, он передает водород через метиленовый синий на кислород и приобретает желтую окраску (раствор желтеет). Затем начинает окисление восстановленного (т.е. бесцветного) метиленового синего - раствор становится вначале зеленым , потом синим.

В протоколе работы записать схему переноса водорода в изучаемой системе.

Дать аргументированные ответы на следующее:

1.Определите свойство мембраны, обеспечивающее сопряжение.

2.Что характеризует коэффициент Р/О?

3. Как изменится теплопродукция органа, если блокирована НАД-зависимая дегидрогеназа, но сохранена функция других компонентов дыхательной цепи? В качестве субстрата используется глутаминовая кислота (до повреждения орган продуцировал 50 кал/мин).

4. Как изменится теплопродукция органа, если при постоянной интенсивности тканевого дыхания в связи с появлением разобщающего фактора коэффициент Р/О снизился с 3 до1?

5. Как изменится концентрация неорганического фосфата и АДФ в системе, содержащей неповрежденные митохондрии и обильно снабжаемой способным к окислению субстратом: 1) в присутствии 2,4-динитрофенола; 2) в отсутствии 2,4-динитрофенола.

6. Барбитураты, производные синильной кислоты, гормон щитовидной железы – тироксин, белок бурой ткани - термогенин - подавляют окислительное фосфорилирование. Обьясните механизм этого снижения для каждого из перечисленных соединений. Спрогнозируйте ситуацию, в которой это происходит и конечный эффект.

7.Представьте на обсуждение резюме по теме «Биоэнергетика», с соответствующей иллюстрацией.

.

Занятие 6. Итоговое. Тема: «Строение и функции белков. Ферменты. Энергетический обмен» . Модульная единица 1.1.

При подготовке к итоговому занятию использовать задания самостоятельной и аудиторной работы по темам «Строение и функции белков», «Ферменты» и «Биоэнергетика»; проконтролировать усвоены ли Вами разделы с помощью следующих вопросов:

1.Сформулировать понятие «Жизнь», включив в него все элементы, являющиеся предметом биохимии.

2. Аминокислоты, строение всех протеиногенных аминокислот, их функции, физико-химические свойства - растворимость, способность к ионизации.

3. Принципы классификации аминокислот. Изобразить полные структурные формулы дипептидов, трипептидов

4. Какие из следующих пептидов кислые, основные или нейтральные: pro-ser-ser,ala-pro-leu-thr,met-gly-ala,glu-his-ser,cys-lys-arg,glu-arg-lys,his-glu.

5. Определение класса «Белки». Пространственная структура, процесс формирования трехмерной конфигурации; связи, обусловливающие уровни пространственной организации. Физико-химические свойства – растворимость, способность к ионизации; денатурация (денатурирующие агенты).

6. Определить суммарный заряд молекулы белка различного аминокислотного состава при различных значениях рН среды.

7. Принципы классификации белков. Группы простых белков, различающиеся по составу; их функции.

8. Назвать группы белков, различающиеся по характеру трехмерной структуре.

9. Классы сложных белков, структура их простетических групп, функции.

10. Структурные формулы азотистых оснований, входящих в состав мононуклеотидов.

11. Изобразить структурные формулы АМФ, ГМФ, ЦМФ, ТМФ и УМФ.

Различия между ДНК и РНК по составу, структуре, локализации и функции.

12. Гемоглобин, структурные особенности, виды гемоглобина.

13. Компоненты молекул и функции гликопротеидов, липопротеидов, фосфопротеидов.

14. Особенность структуры олигомерных белков. Примеры.

15. Принципы и этапы методов выделении белков из тканей, очистки и разделения в смеси.

16.Биологическое значение ферментов. Структурно-функциональная организация. Природа и свойства ферментов.

17. Механизм действия ферментов. Стадии ферментативных реакций. Понятие «индуцируемая адаптация ферментов». Кинетика ферментативных реакций

18. Номенклатура и классификация ферментов.

19.Принципы определения и выражения активности ферментов.

20. Основные механизмы регуляции активности ферментов. Эффекторы ферментативных реакций

21.Современные представления о биологическом окислении. Химизм; значение; виды. Типы дегидрирования.

22. Тканевое дыхание. Ферменты тканевого дыхания, их структура, последовательность взаимодействия, локализация в клетке. Чем определяется направление транспорта электронов по дыхательной цепи (ЦПЭ). Ферменты тканевого дыхания, их структура, последовательность взаимодействия, локализация в клетке. Чем определяется направление транспорта электронов по дыхательной цепи (ЦПЭ). В какой роли выступает в процессе тканевого дыхания окисляемый субстрат. Природа субстрата

23. Окислительное фосфорилирование. Ингибиторы. Механизм сопряжения. Коэффициент Р/О. Дыхательный контроль. Разобщение. Механизм разобщения. Разобщители.

Занятие 7.Основные углеводы пищи. Переваривание и всасывание углеводов. Синтез и распад гликогена.

Цель: изучить функции углеводов, суточную потребность, особенности переваривания и всасывания; основные пути использования глюкозы; синтез и мобилизацию гликогена.

Студент должен знать:

1. Классификация сахаров, важнейшие группы углеводов, представляющих пищевую ценность для человека, индивидуальные углеводы в рационе питания человека. Суточная потребность в углеводах.

2. Различия в строении крахмала, гликогена и клетчатки, биологическое значение этих соединений.

3. Ферменты пищеварительного тракта, катализирующие распад олиго- и полисахаридов в пищеварительном тракте, места их продукции и условия, определяющие их активность. Мальабсорбция.

4. Механизм всасывания углеводов и дальнейшая судьба моносахаридов после их всасывания в кишечнике.

5. Первая реакция, в которую вовлекается глюкоза в клетках, продукт реакции и пути его дальнейшего превращения.

6. Концентрация глюкозы в крови в норме.

7. Синтез гликогена

8. Распад гликогена, органоспецифические особенности

Студент должен уметь:

1. Воспроизвести структурные формулы глюкозы, фруктозы, галактозы, различать полисахариды, распад которых амилазы пищеварительного тракта человека катализируют или не катализируют.

2. Составить общую схему, изображающую «судьбу» (дальнейшие превращения) глюкозо-6-фосфата.

3. Составить схему синтеза гликогена с указанием ферментов.

4. Составить схему распада гликогена в мышцах и печени.

Особенности мобилизации гликогена в мышцах и печени.

Студент должен владеть информацией о современных данных, касающихся роли, видах и локализации в клетках различных тканей белков-транспортеров моносахаров.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

- определение класса «Углеводы» и их классификацию,

- строение моносахаридов, дисахаридов, полисахаридов, способы связи между моносахаридами в ди- и полисахаридах.

-представление о качественных реакциях, позволяющих обнаружить углеводы без их выделения из биоматериала.

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1.Перечислите важнейшие пищевые углеводы. Вспомните строение важнейших углеводов: полисахариды, олигосахариды, моносахариды.

2. Перечислите биологическое значение углеводов в организме:

3. Проверьте свои знания: Углеводы (отметьте правильные утверждения):

а. Являются источником энергии; б. В комплексе с белками могут выполнять рецепторную функцию; в. Входят в состав мембран; г. В виде глюкозаминогликанов входят в состав межклеточного матрикса; д. Участвуют в синтезе иммуноглобулинов; е. Входят в состав подкожного слоя и обеспечивают терморегуляцию

4. Перечислите источники углеводов в питании человека, разделяя их по происхождению и структуре. Суточная потребность углеводов.

5. Заполните таблицу «Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте» по образцу:

углеводы пищи	фермент,катализирующий переваривание	локализация процесса в ЖКТ	Продукты реакции
крахмал	?	?	?

В колонке 1 запишите последовательно основные углеводы пищи

6.Проверьте свои знания: Установите соответствие:

А. Амилаза слюны; Б. Панкреатическая амилаза;

В. Оба представленных ферментов ;

Г. Ни один из представленных ферментов.

1. Основным продуктом гидролиза являются декстрины;

2. Основными продуктами гидролиза являются мальтоза и изомальтоза;

3. Расщепляют альфа-1,6-гликозидные связи;

4. Относится к классу гидролаз

7. Дайте содержание понятия «мальабсорбция». Укажите причину мальабсорбции.

8. Перечислите механизмы всасывания моносахаров в кишечнике и необходимые условия для их осуществления. Транспорт глюкозы из крови в клетки тканей. Типы ГЛЮТ.

9. Проверьте свои знания: Инсулинзависимые переносчики глюкозы имеются в клетках:

а. Жировой ткани; б. Мозга; в. Кишечника; г. Скелетных мышц;

д. Поджелудочной железы

10. Проверьте свои знания:Транспорт глюкозы в клетки мозга происходит:

а. По градиенту концентрации; б. Не зависит от инсулина;

в. С участие ГЛЮТ; г. С затратой энергии АТФ

11. Запишите начальную реакцию метаболизма глюкозы в клетке, указав катализирующий ее фермент. Биологическое значение этой реакции.

12.Запишите название 4-х метаболических путей, по которым может использоваться глюкозо-6-фосфат с указанием их конечных продуктов.

13.Вспомните строение гликогена. Составьте схему синтеза гликогена. В каких тканях преимущественно синтезируется гликоген. В какие периоды (абсорбтивный, постабсорбтивный, голодание) синтезируется гликоген?

14. Составьте схему распада (мобилизации) гликогена. В какой период (абсорбтивный, постабсорбтивный, голодание) мобилизуется гликоген?

15. В каких пределах колебаний содержание глюкозы в крови является нормой? Дайте содержание понятий «нормогликемия». «гипогликемия», «гипергликемия»

Аудиторная работа

Привести аргументированные ответы на следующие вопросы

или выполнить указанные действия:

1. Энерготраты обследуемого пациента составляют 35000 ккал/сут. Липидами и белками рациона обеспечено 40% энерготрат.

Рассчитать потребность в углеводах:

а)при их полном усвоении,

б) при усвоении 75% углеводов пищевого рациона.

2. Какой моносахарид образуется в наибольших количествах при переваривании углеводов.

3. Почему целлюлоза не расщепляется в желудочно-кишечном тракте.

4. Составьте схему дальнейших превращений в клетке глюкозо-6 фосфата:



глюкозо-6-фосфат



5. Заполните таблицу:

Пути-источники глюкозы в крови	Пути использования глюкозы

6. Оставьте только верные утверждения: Недостаточность лактазы проявляется: усилением симптоматики при нагрузке лактозой; ростом гликемии при нагрузке лактозой; при нагрузке глюкозой; диета без сахарозы устраняет симптомы; диета без лактозы устраняет симптомы; кал с низким рН; реакция кала щелочная.

7. На схеме синтеза гликогена укажите ферменты. Выделите регуляторный фермент (отметьте ).

9.На схеме мобилизации гликогена укажите ферменты. Выделите регуляторный фермент (отметьте ).

На схеме показать возможные пути превращения метаболита (глюкоза-6-фосфата) в печени и мышцах. Обратить внимание на органоспецифичные особенности..

10.Выполните цепочное задание:

а). В постабсорбтивный период уровень глюкозы в крови:

А. Повышается;

Б. Понижается;

В. Не изменяется.

б).Клетки поджелудочной железы секретируют:

А. инсулин;

Б. глюкагон;

в). Ткань-мишень этого гормона:

А. Печень;

Б. Сердце;

В. Мышцы;

г). Гормон активирует в клетке органа-мишени ферменты:

А. Гексокиназа;

Б. Мальтаза;

В. Глюкозо - фосфатаза;

Д. Фосфорилазу;

д). Фермента катализирует реакцию: ( написать)

ЗАНЯТИЕ 8. Катаболизм глюкозы: анаэробный гликолиз, аэробное окисление.

Количественное определение пировиноградной кислоты в крови.

Цель:изучить анаэробный гликолиз, изучить основной путь окисления глюкозы - химизм, значение, энергетический эффект.

Освоить количественный метод определения пировиноградной кислоты в сыворотке крови. Обьяснить значение анаэробного гликолиза в развитии кариеса.

Студент должен знать:

1. Окисление глюкозы в анаэробных условиях (анаэробный гликолиз): последовательность реакций, ферменты, значение для организма в условиях нормы и патологии. Реакции, сопряженные с синтезом АТФ. Субстратное фосфорилирование.

2. Этапы окисления глюкозы в аэробных условиях: гликолитический, окислительного декарбоксилирования и цикл трикарбоновых кислот.

3.Пути образования АТФ при окислении глюкозы в аэробных условиях. Реакции, сопряженные с синтезом АТФ.

Студент должен уметь:

1. Составить схемы анаэробного гликолиза и основного пути окисления глюкозы без использования структурных формул с указанием ферментов.

2. Рассчитать энергетический эффект распада 1 моля глюкозы в анаэробных условиях и обосновать низкий энергетический эффект гликолиза.

3. Рассчитать энергетический эффект распада 1 моля глюкозы в аэробных условиях и обосновать высокий энергетический эффект (в сравнении с анаэробным гликолизом). Объяснить связь окисления глюкозы с процессом окислительного фосфорилирования.

4. Показать принципиальное отличие в химизме анаэробного гликолиза и гликолитического этапа аэробного окисления.

5. Объяснить роль микроорганизмов зубного налета в декальцинации зуба.

6. Количественно определить содержание пировиноградной кислоты в пробе биологической жидкости.

Студент должен владеть: принципами планирования биохимического исследования и интерпретации результатов; принципами построения калибровочных кривых.; составления логических схем, основываясь на знании химизма метаболических путей, их взаимосвязи; информацией о патологических состояний, ведущих к преобладанию анаэробного окисления, информацией о возможностях регуляции внешними воздействиями нормального соотношения между анаэробным и аэробным окислением в организме.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1. О структуре моносахаридов, имеющих пищевое значение

2. О стереоизомерии сахаров.

3. Виды брожения в мире микрофлоры.

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1.Изучите парциальные реакции анаэробного гликолиза. Составьте схему (без структурных формул) анаэробного превращения глюкозы до молочной кислоты с указанием ферментов. Уясните, что процесс протекает в цитозоли клеток.

2.Укажите на схеме регуляторные ферменты (отметьте *).

3.Какой промежуточный метаболит процесса является конечным акцептором водорода от НАДН? Какой продукт при этом образуется?

Запишите схему данной реакции с использованием структурных формул. Укажите фермент.

4.Уясните, что синтез АТФ в процессе гликолиза происходит за счет субстратного фосфорилирования. Обоснуйте это положение. Запишите в виде схемы реакции, ведущие к образованию АТФ через субстратное фосфорилирование.

5. Рассчитайте энергетический эффект окисления ( в молях АТФ) 1 моля глюкозы в анаэробных условиях.( отдельно- 1 моля гликогена)

6. Проверьте свои знания: Укажите соединения (метаболиты катаболизма глюкозы), которые обеспечивают синтез АТФ путем субстратного фосфорилирования (несколько правильных ответов):

а. пировиноградная кислота; б.глюкозо-6-фосфат; в. 1,3 –фосфоглицериновая кислота; г. фосфоенолпировиноградная кислота

7. В чем значение анаэробного гликолиза? В каких тканях анаэробный гликолиз является существенным источником АТФ? Почему? Есть ли аналоги гликолиза в мире микрофлоры?

8. Конечный продукт анаэробного гликолиза молочная кислота. Спрогнозируйте возможные дальнейшие превращения молочной кислоты.

Изучите вопросы по теме «аэробное окисление глюкозы» по такой же схеме:

1. Изучите парциальные реакции трех этапов основного пути катаболизма глюкозы (гликолитический, окислительное декарбоксилирование, цикл трикарбоновых кислот). Назовите локализации этапов в клетке. Обратите внимание, что все α-кетокислоты в тканях подвергаются декарбоксилированию по такому же механизму, как и ПК

2.Составьте схему (без структурных формул) основного пути превращения глюкозы с указанием ферментов.

3.Укажите на схеме регуляторные ферменты (отметьте .)

4. Запишите в виде схемы реакции, ведущие к образованию АТФ через субстратное фосфорилирование.

5. Запишите в виде схемы реакции, ведущие к образованию АТФ через окислительное фосфорилирование.

6. Рассчитайте энергетический эффект окисления 1 моля глюкозы в аэробных условиях отдельно для каждого из трех этапов и суммарный энергетический эффект.

7. Сравните энергетический эффект гликолитического этапа аэробного окисления и анаэробного гликолиза. Обьясните различие.

8. Закончите фразу: « все реакции превращения глюкозы по основному пути, в ходе которых высвобождается энергия химической связи, являются реакциями…….».

9. Проверьте свои знания: Все реакции катаболизма глюкозы по основному пути, которые связаны с высвобождением энергии являются:

а. декарбоксилирования; б. дегидрирования; в. изомеризации

10. Проверьте свои знания: Источником протонов и электронов для дыхательной цепи (ферменты тканевого дыхания) являются следующие метаболиты цикла Кребса (несколько правильных ответов):

а. лимонная кислота; б. альфа-кетоглутаровая кислота;

в. изолимонная кислота; г. янтарная кислота; д. яблочная кислота

11. Укажите соединения (метаболиты катаболизма глюкозы). которые обеспечивают синтез АТФ путем субстратного фосфорилирования (несколько правильных ответов):

а. пировиноградная кислота; б. глюкозо-6-фосфат; в. 1,3 -фосфоглицериновая кислота; г. фосфоенолпировиноградная кислота; д. янтарная кислота

12. На схеме аэробного окисления покажите химизм анаэробного гликолиза. Какое соединение является конечным акцептором водорода в анаэробном гликолизе?

13. Назовите конечные продукты аэробного окисления