rabochaya_tetrad

1.Современное представление о механизме биологического окисления. Субстраты биологического окисления. Стадии (фазы) биологического окисления - этапы унификации энергетического материала

2.Ферменты биологического окисления. Классификация по химической природе, характеру действия:

пиридинзависимые дегидрогеназы, представители; флавинзависимые дегидрогеназы, представители;

цитохромная система ферментов (b, с1, с, аа3 - цитохромоксидаза).

3.Тканевое дыхание – терминальный этап биологического окисления. Роль кислорода в процессе тканевого дыхания.

4.Структура дыхательных цепей (ЦПЭ). Редокс-потенциалы компонентов дыхательных цепей.

5.Окислительное фосфорилирование – главный механизм синтеза АТФ в аэробных условиях. Сопряжение процессов окисления и фосфорилирования. Представление о хемиосмотической (протондвижущей) теории Митчелла. Коэффициент фосфорилирования ( Р/О)

6.Зависимость интенсивности тканевого дыхания от концентрации в клетке АДФ - дыхательный контроль.

7.Вещества, влияющие на энергетический обмен в клетках: разобщители дыхания и окислительного фосфорилирования (динитрофенолы, неэстерифицированные жирные кислоты, антибиотики).

8.Свободное, нефосфорилирующее окисление в митохондриях, его биологическое значение в процессе термогенеза (митохондрии бурого жира новорожденных).

9.Цикл Кребса (ЦТК) – общий метаболический путь, завершающий катаболизм

всех видов биологического «топлива», образующего ацетилСоА (схема реакций).

10.Биологическая роль ЦТК, взаимосвязь с тканевым дыханием (ЦПЭ), энергетический эффект одного оборота цикла (окисление 1 молекулы ацетилСоА) с учетом ЦПЭ.

Домашнее задание

Решить ситуационные задачи и ответьте на вопросы:

1.Какие нарушения процессов биологического окисления можно ожидать при авитаминозе РР? Возможны ли пути эндогенной компенсации этих нарушений?

3.Выпишите реакции ЦТК, катализируемые первичными пиридинзависимыми дегидрогеназами, подсчитайте энергетический эффект, сопряженный стканевым дыханием.

4.Опишите возможный механизм регуляции цикла трикарбоновых кислот, учитывая, что АТФ является аллостерическим ингибитором цитрат-синтетазы. АДФ стимулирует изоцитратдегидрогеназу, а сукцинил - СоА ингибирует кетоглутаратдегидрогеназу.

5.Цикл трикарбоновых кислот - не только источник энергии в клетке, но важное место образования промежутоных продуктов для процессов биосинтеза. Укажите основные реакции.

6.Докажите биологическую полезность разобщения окисления от фосфорилирования. 7.Одним из самых сильных ядов является фторацетат натрия. Установлено, что

токсичность проявляется лишь после метаболитического превращения во фторцитрат, являющимся высокоспецифичным ингибитором фермента аконитазы. Объясните механизм токсичности.

8. Подсчитайте энергетический эффект окисления ацетил-КоА до сукцината. Ответ поясните химическими реакциями. Укажите механизмы синтеза АТФ.

9. Покажите в виде схемы путь использования ФАДН2, образованного в сукцинатдегирогеназной реакции. Укажите энергетический эффект, назовите механизм синтеза АТФ.

Ответьте на вопросы тестовых заданий

Выберите правильные ответы.

Метаболизм представляет собой совокупность химических реакций, в результате которых происходит:

1- распад органических веществ в клетках до углекислого газа и воды 2- трансформация энергии органических веществ в энергию макроэргических связей 3- синтез структурно – функциональных компонентов клетки

4- превращение пищевых веществ в соединения, лишенные видовой специфичности 5- использование энергии катаболических процессов для обеспечения функциональной

активности организма

Выберите правильные ответы.

Конечные продукты метаболизма

1- аминокислоты

2- вода

3- глюкоза

4- мочевина

5- углекислый газ

Выберите правильный ответ.

Субстратами биологического окисления могут быть: 1- крахмал, гликоген, лактоза, липиды пищи 2- собственные белки крови и тканей

3- нуклеиновые кислоты и другие высокомолекулярные соединения

1- аминокислоты, глюкоза, ВЖК, оксикислоты, глицерол

Выберите правильные ответы.

Ферменты тканевого дыхания различаются: 1- химическим строением кофакторов 2- величиной редокс-потенциала 3- механизмом действия

1- принадлежностью к разным классам ферментов

Выберите правильные ответы.

Типы дыхательных цепей различаются: 1- субстратами окисления

2- числом участвующих ферментов

3- величиной редокс-потенциала окисляемого субстрата

4- локализацией в органоидах клетки

Выберите правильные ответы.

Сопряжение окисления с фосфорилированием становится невозможным:

1- при нарушении целостности митохондрий

2- при действии на митохондрии особых липофильных веществ

3- при полном восстановлении кислорода

Выберите правильные ответы.

Биологической сущностью I стадии биологического окисления является

1- образование более сложных молекул

2- включение I общего пути катаболизма

3- образование центрального ключевого метаболита – ацетил-КоА 4- участие исключительно окислительно-восстановительных процессов

Выберите правильный ответ.

Цикл АТФАДФ включает:

1- использование энергии химических связей АТФ для работы 2- синтез АТФ за счет энергии окисления пищевых веществ

3- использование АТФ для различных видов работы и регенерацию АТФ за счет реакций катаболизма

4- субстратное фосфорилирование

5- гидролиз макроэргических связей АТФ с выделением тепла

Выберите правильный ответ.

Разобщающие вещества:

1- подавляют синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата 2- усиливают перенос электронов

3- препятствуют возникновению градиента Н между двумя сторонами мембраны митохондрий

Выберите правильные ответы.

На второй стадии биологического окисления ацетил-коА включается в цикл Кребса и окисляется с образованием:

1- эндогенной воды

2- одной молекулы АТФ

3- двух молекул СО2 4- восстановленных кофакторов 3НАДННи ФАДН2 5- 11 молекул АТФ

Выберите правильный ответ.

Основной механизм синтеза АТФ в организме:

1- окислительное фосфорилирование

2- субстратное фосфорилирование

3- перефосфорилирование

. Выберите правильный ответ.

Выберите ферменты, катализирующие реакцию, непосредственно сопряженную с синтезом АТФ в митохондриях:

1- АТФ-синтаза

2- НАДНН+ – дегидрогеназа

3- QН2 - дегидрогеназа

4- НАДзависимая - дегидрогеназа

5- цитохромоксидаза

. Выберите правильные ответы

Нефосфорилирующее окисление в митохондриях происходит:

1- только в присутствии разобщающих веществ 2- в нормальных физиологических условиях для поддержания температуры тела

3- с одинаковой интенсивностью во всех органах и тканях 4- особенно активно в бурой жировой и мышечной тканях

Выберите правильные ответы.

Выберите вещества, которые могут уменьшить коэффициент Р/О

1- малат

2- 2,4- динитрофенол

3- сукцинат

4- цитрат

5- жирные кислоты

Выберите правильные ответы.

Ферменты класса оксидоредуктаз:

1- простые ферменты

2- холоферменты

3- мультиферментные комплексы

4- переносчики электронов

5- находятся только в цитозоле клетки

6- находятся в митохондриях и цитозоле

Установите правильную последовательность расположения ферментов в дыхательной цепи при окислении изоцитрата:

1- цитохром в

2- СоQ (убихинон)

3- первичная НАД -зависимая дегидрогеназа

4- цитохром с

5- цитохром с1

6- цитохромоксидаза аа3 7- НАДНН -ДГ ( ФМН-зависимая)

Выберите правильные ответы.

В присутствии разобщающих веществ в митохондриях продолжается:

1- потребление кислорода

2- окисление субстратов

3- синтез АТФ

4- образование тепла

Выберите правильные ответы.

В процессе тканевого дыхания происходит:

1- окисление восстановленных кофакторов 2- транспорт водорода (электронов и протонов) от окислемых субстратов на

кислород воздуха

3- образование конечного продукта биологического окисления СО2

4- восстановление кислорода (полное)

5- образование конечного продукта биологического окисления – эндогенной воды

6- максимальное извлечение энергии из окисляемых субстратов

7- использование газообразного водорода

Выберите правильный ответ.

Интенсивность тканевого дыхания в митохондриях зависит

1- исключительно от количества субстратов в клетке

2- от концентрации фосфорной кислоты 3- от отношения концентрации АТФ/ АДФ+ Рн

Установите правильную последовательность расположения ферментов в дыхательной цепи при окислении сукцината:

1 -СоQ (убихинон)

2-цитохром в

3-первичная анаэробная ФАД-зависимая дегидрогеназа

4-цитохром с

5-цитохром с1

6-цитохромоксидаза аа3

Выберите правильный ответ.

Сколько молей АТФ может синтезироваться при окислении 1 моль пирувата до Ацетил – КоА

1- 3 моль

2- 5 моль

3- 12 моль

4- 15 моль

Выберите правильные ответы.

Выберите регуляторные ферменты цитратного цикла:

1- цитратсинтаза

2- малатдегидрогеназа

3- изоцитратдегидрогеназа

4- сукцинатдегидрогеназа

5- альфа-кетоглутаратдегидрогеназа

СПИСОК ОСНОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 1.Лекции по биохимии 2.Северин Е.С. Биохимия. М. 2003

3.Северин Е. С. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. М. 2001 4.Северин Е.С. Биохимия. М. 2003 5.Березов Т.Т., Коровкин В.Ф. Биологическая химия, 1982.

6.Строев В.А. Биологическая химия. 1986 7.Николаев А.Я. Биологическая химия.1989

СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1.Мак-Мюррей Обмен веществ у человека.

2.Николс Д.ДЖ. Биоэнергетика. Введение в химиосмотическую теорию.1985

3.Лифшиц Р.И., Рябинин В.Е. Механизмы биологического окисления. 1992

4.Кучеренко Н.Е. и пр. Биохимия.1988.

5.Лифшиц Р.И., Рябинин В.Е. Механизмы биологического окисления (учебнометодическое пособие по биохимии) 1992.

Занятие 11 Свободно-радикальное и микросомальное окисление

Цель занятия: изучить роль свободных радикалов в поддержании гомеостаза организма.

Вопросы для самоподготовки

1.Полное и неполное восстановление кислорода. Его токсичность и реакционноспособность.

2.Пути образования кислородсодержащих свободных радикалов:

-ферментативные

-неферментативные.

3. Перекисное окисление. Образовани активных форм кислорода. Инициация свободнорадикальных процессов. Переокисление липидов клеточных мембран. Значение ПОЛ: физиологическое (обновление фосфолипидного бислоя мембран), патологическое (мембраноповреждающие эффекты).

4. Механизмы защиты от действия свободных радикалов:

роль ферментов ( каталаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза) и естественных антиоксидантов (витамины А, Е, С).

5. Микросомальное окисление. Отличие от митохондриального окисления. Схема микросомального окисления.

6 Роль цитохрома Р-450 в микросомальном окислении.

7. Роль микросомального окисления в обезвреживании и метаболизме ксенобиотиков.

ПРИЛОЖЕНИЕ

МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОЙ АНТИРАДИКАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ Свободные активные радикалы в норме в клетке образуются постоянно. Так, в

процессе метаболизма веществ в гладком эндоплазматическом ретикулуме флавопротеины, а в митохондриях окислительные энзимы цепи дыхательных ферментов,

постоянно продуцируют некоторое количество супероксиданиона (02-*) и перекиси водорода (Н202). Однако содержание в клетке этих и других радикалов жестко контролируются широким спектром биохимических инструментов антирадикальной защиты, включая супероксиддисмутазу, каталазу, G-SH-пероксидазу, GSSG-редуктазу,

-токоферол, -каротин, аскорбиновую кислоту, восстановленный глутатион, мочевую кислоту. Отдельные элементы системы защиты действуют комплексно и потенцируют эффект друг друга. Они локализуются либо в гидрофобных, либо гидрофильных компартментах клеток (например, токоферол - липофилен, глутатион - гидрофилен).

Механизмы антирадикальной защиты включают как ферментативные, так и неферментативные процессы. Самым простьм примером некаталитического разрушения радикалов является их гидролиз, лежащий в основе нейтрализации многих водорастворимых продуктов, например, ацилгалидов, эпоксидов, карбокатионов,

изоцианатов, эписульфониум-иона и т.д. Наиболее важной неферментативной реакцией

"обезвреживания" радикалов является их взаимодействие с биологическими антиоксидантами, такими как витамин Е, глутатион, витамин С. В результате такого взаимодействия образуются нереакционноспособные вещества, прерывание каскад

"наработки" свободных радикалов.

Гомеостаз в клетке поддерживается за счет равенства скоростей образования и связывания радикалов. В случае повреждения механизмов защиты клеток, либо активации процессов образования радикалов, превосходящих по интенсивности возможности защиты, или даже разрушающих эти механизмы, развивается поражение клетки. Так, интоксикация преимущественным пульмонотоксикантом паракватом приводит к некоторому снижению содержания глутатиона в печени. Предварительное

связывание глутатиона диэтилмалеатом приводит к тому, что паракват приобретает

свойства преимущественного гепатотоксиканта. Таким образом, резерв глутатиона в

клетке имеет особое значение для обеспечения еѐ антиоксидантной защиты.

Хотя глутатион может взаимодействовать с многочисленньми субстратами и

неферментативно, наличие в тканях энзима глутатион-S-трансферазы (GST) значительно

ускоряет течение процесса, повышает его эффективность. Множественность форм GST,

их широкая субстратная специфичность, высокий уровень активности в различных

тканях делают систему глутатионтрансфераз наиболее универсальной и значимой для

связывания активных метаболитов.

Глутатион и селен-зависимые глутатионпероксидазы восстанавливают перекись

водорода и другие гидроперекиси до менее токсичных алкоголей и воды. Глутатион-

дисульфид, образующийся в ходе этой реакции, подвергается обратному восстановлению

до глутатиона с помощью НАДФН-зависимой глутатионредуктазы. Активность глутатионредуктазы ингибируют изоцианат-содержащие продукты метаболизма

нитрозомочевины.

Два других энзима, имеющих большое значение для детоксикации свободных

радикалов, это супероксиддисмутаза (СОД) и каталаза. Первый из энзимов катализирует

преобразование двух супероксидных радикалов в молекулу кислорода и перекись

водорода. Обнаруживаемая во всех тканях СОД содержит в структуре активного центра

ионы Си, Zn, Мп. Образующаяся перекись водорода разрушается с помощью каталазы

или глутатионпероксидазного цикла.

ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ПЕДИАТРИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

Наследственные заболевания, связанные с нарушением биоокисления Акаталазия. Недостаточная активность каталазы снижает вспенивание при добавлении

к крови перекиси водорода. Симптомы: гангренозные поражения ротовой полости, главным образом периодонта.

Описаны случаи мутации в различных компартаментах дыхательной цепи.

В литературе есть достаточно сообщений о патологиях сопровождающихся тем или иным нарушением в системе окислительного фосфорилирования. По-видимому, таких сообщений было бы гораздо больше, если бы врачи располагали простыми методами диагностики подобных нарушений.

Так, в группе А.Л.Ленинджера было показано, что митохондрии новорожденного погибшего в возрасте 4 мес., дефицитны по одному из FeSкомпонентов NАДН-КоQ- редуктазы. Аналогичный случай: торможение НАДН-цитохромС-редуктазы в сердечных митохондриях новорожденной,умершей

через 4 недели после рождения (дефект обусловлен уменьшением количества востановленного цитохрома b).

Аналогичный случай дефекта этого звена (цитохрома b) в митохондриях скелетных мышц семнадцатилетней девушки. Описанные нарушения были причиной мышечной слабости и лактатного ацидоза. Проводились инъекции менадиона (витамин К3). После инъекций самочувствие пациентки улучшилось. Благоприятный эффект менадиона

окислительного стресса 2003

Занятие 12 Сложные белки - нуклеопротеиды

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: изучить строение и обмен ДНК и РНК-протеидов. Теоретически и на практике познакомить студентов с методами биохимической оценки состояния пуринового и пиримидинового обмена.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

1.Строение и номенклатура основных пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

2.Первичная структура ДНК и основных разновидностей РНК.

3.Вторичная и третичная структура ДНК и РНК.

4.Источники атомов в биосинтезе пуринового ядра.

5.Последовательность реакций в синтезе пиримидиновых нуклеотидов.

6.Химизм катаболизма нуклеиновых кислот до образования конечных продуктов распада пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

8.Нарушение пуринового и пиримидинового обмена. Заболевания, связанные с этими нарушениями.

9.Молекулярные болезни, связанные с нарушением обмена нуклеопротеидов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА Определение содержания мочевой кислоты в сыворотке крови и моче по методу

Мюллера-Зейферта

Принцип метода: метод основан на колориметрировании окрашенных продуктов,

образующихся при восстановлении фосфорновольфрамового реактива мочевой кислотой.

Для определения в моче этап осаждения белка опускается.

Ход работы: в центрифужную пробирку налить 1,5 мл сыворотки крови, добавить 1,5 мл 10% ТХУ + 1,5 мл воды. Через 10 минут смесь центрифугировать в

течение 10 минут при 4000 об/мин. Затем в пробирку с отметкой 10 мл налить 1,5 мл центрифугата +0,7 мл насыщенного раствора соды

и добавляют 0,05 мл реактива Фолина. Довести объем жидкости до отметки дист. водой, перемешать и колориметрировать против воды с красным светофильтром. Содержание мочевой кислоты определяют по калибровочному графику.

Результат:

Вывод:

Определение содержания мочевой кислоты в моче: 1,5 мл мочи + 0,7

мл соды + 0,05 мл реактива Фолина. Довести объем до 10 мл дист. водой.

Перемешать, колориметрировать на ФЭКе с красным светофильтром. Содержание мочевой кислоты определяют по калибровочному графику.

Результат:

Вывод:

В моче мочевой кислоты в норме экскретируется 2 - 7 ммоль/сут Норма содержания мочевой кислоты у взрослых - 0,12 - 0,24 ммоль/л (0,02 - 0,04 г/л, 2 - 4

мг/100мл) у детей - 0,6 ммоль/л.

Клиническое значение определения мочевой кислоты:

определение уровня этого метаболита (конечного продукта распада пуринов у человека) характеризует состояние пуринового обмена и интенсивность распада нуклеиновых кислот. Для правильной оценки этих показателей с целью исключения влияния пуринов алиментарного происхождения пациент должен в течение недели находиться на диете, обедненной содержанием нуклеопротеидов (исключить мясо, рыбу). Имеет значение обнаружение повышенных уровней мочевой кислоты в крови и моче.

Гиперурикемия почечного происхождения: наблюдается при поражении клубочков почки (острый и хронический нефрит, сморщенная почка). Причина - нарушается выделение мочевой кислоты с мочей. Гиперурикемия непочечного происхождения: наблюдается при подагре (связано с нарушением обмена нуклеотидов). Причина - соли мочевой кислоты откладываются в суставах и различных тканях. Много мочевой кислоты определяется в моче и крови при усиленном распаде нуклеопротеидов (лейкозах, после после облучения рентгеновскими лучами, гемолитической желтухе, злокачественных новобразованиях,

диабете, отравлениями свинцом, угарным газом и т.д.).

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Решите следующие ситуационные задачи

1. При исследовании крови больного обнаружено 0,6 ммоль/л мочевой кислоты.

Сколько мочевой кислоты содержится в крови здоровых людей? Могут ли данные анализа

свидетельствовать о конкретной патологии?

2.У больного с мочой за сутки выделяется 1,5 г мочевой кислоты (норма 0,6 г),

повышено ее содержание и в крови, (гиперурикемия). Врач назначил лечебный препарат

аллопуринол, рекомендовал ограничить мясную пищу. Какую болезнь Вы

диагностируете? Принцип действия аллопуринола?

3. При многократных анализах мочи у больного обнаруживаются значительное выделение уратов. Объясните причину уратурии? Какую диету следует рекомендовать больному?

4.Мягкий гидролиз нуклеиновых кислот, проведенный в лаборатории, показал, что они распадаются на следующие продукты: азотистое основание, соединенное с рибозой, а также рибозу, соединенную с фосфорной кислотой. Исходя из этого, установите строение нуклеотида. Напишите формулу АМФ и обоснуйте правильность такого изображения мононуклеотида.

5.В результате гидролиза неизвестного протеида в смеси обнаружено наличие протеида щелочного характера, пентоз, фосфорной кислоты и циклических азотистых соединений с 6- и 9-членными кольцами. Какой протеид был подвержен гидролизу? Дайте характеристику каждого соединения.