Материал: ekzaMEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEN

4. Представление о биологическом окислении. Сопряжение экзергонических и эндергонических процессов в организме (на примере фосфорилирования глюкозы).

Биологическое окисление – это совокупность биохимических реакций ведущих к выделению энергии

В биологических системах термодинамически невыгодные (эндергонические) реакции могут протекать лишь за счёт энергии экзергонических реакций. Такие реакции называют энергетически сопряжёнными. Многие из этих реакций происходят при участии АТФ, играющего роль сопрягающего фактора.

Реакция фосфорилирования глюкозы свободным фосфатом с образованием глюкозо-6-фосфата является эндергонической:

Для протекания такой реакции в сторону образования глюкозо-6-фосфата необходимо её сопряжение с другой реакцией, величина свободной энергии которой больше, чем требуется для фосфорилирования глюкозы.

5. Пути утилизации кислорода. Характеристика высокоэнергетических субстратов, цикл атф-адф, использование атф, как универсального источника энергии.

Пути утилизации кислорода:

Оксидазы катализируют реакции окисления веществ с использованием кислорода, который выступает в роли акцептора электронов и протонов водорода. Побочным продуктом этих реакций является вода или пероксид водорода. Например: НАДФ-оксидаза

Моно- и диоксигеназные пути использования кислорода (гидроксилирование) осуществляется с помощью ансамбля ферментов, который локализован в эндоплазматических мембранах клеток печени и надпочечников, и поэтому оно часто называется микросомальным окислением.

Свободно-радикальный путь использования кислорода – образование активных форм кислорода: синглетный кислород, супероксид ион, пероксид ион, свободный гидроксильный радикал

Использование АТФ как источника энергии возможно только при условии непрерывного синтеза АТФ из АДФ за счёт энергии окисления органических соединений. Цикл АТФ-АДФ - основной механизм обмена энергии в биологических системах, а АТФ - универсальная «энергетическая валюта».

6. Субстратное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса, примеры.

Субстратное фосфорилирование осуществляется путем непосредственного переноса остатка фосфорной кислоты с макроэргического соединения на АДФ.

Значение:

Субстратное фосфорилирование служит для быстрой регенерации АТФ независимо от доступности акцепторов электронов для дыхательной цепи переноса, то есть в отсутствии кислорода. У человека в эритроцитах полностью отсутствует аэробное дыхание и вся энергия генерируется исключительно за счет субстратного фосфорилирования гликолиза. При недостатке кислорода мыщцы также получают энергию именно по этому пути или за счет креатинфосфата.

Также субстратное фосфорилирование способствует более полному использованию энергии окисляемых веществ. Без него часть энергии просто бы терялась, превращаясь в теплоту.

Примеры:

7. Окислительное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса.

Окислительное фосфорилирование – это многоэтапный процесс, происходящий во внутренней мембране митохондрий и заключающийся в окислении восстановленных эквивалентов (НАДН и ФАДН₂) ферментами дыхательной цепи и сопровождающийся синтезом АТФ.

В целом работа дыхательной цепи заключается в следующем:

1. Образующиеся в реакциях катаболизма НАДН и ФАДН₂ передают атомы водорода на ферменты дыхательной цепи.

2. Электроны движутся по ферментам дыхательной цепи и теряют энергию.

3. Эта энергия используется на выкачивание протонов Н⁺ из матрикса в межмембранное пространство.

4. В конце дыхательной цепи электроны попадают на кислород и восстанавливают его до воды.

5. Протоны Н⁺ стремятся обратно в матрикс и проходят через АТФ-синтазу.

6. При этом они теряют энергию, которая используется для синтеза АТФ.

8. Цепь переноса электронов (цпэ), сопряжение дыхания и синтеза атф в митохондриях, коэффициент окислительного фосфорилирования. Ингибиторы и разобщители цпэ.

Перенос электронов на кислород происходит при участии системы переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий и образующих цепь переноса электронов (ЦПЭ)

Энергия, обращающаяся при прохождении потока электронов по дыхательной цепи, используется для сопряженного фосфорилирования АДФ, причём окисление не протекает в отсутствии АДФ. Соотношение окисления и фосфорилирования определяется коофициентом фосфорилирования.

Коэффициент окислительного фосфорилирования (К) – это отношение количества неорганического фосфата, потребляемого в процессе дыхания, к количеству кислорода

Ингибиторы, блокирующие дыхательную цепь: барбитураты, ротенон - ингибиторы NADH-дегидрогеназы

Разобщители окислительного фосфорилирования:

-жирные кислоты

-большие дозы йодсодержащих гормонов щитовидной железы

- дикумарол

-динитрофенол

-эфир

-производные витамина К

9. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты: схема процесса, связь с синтезом атф. Строение пируватдегидрогеназного комплекса: ферменты, коферменты, регуляция процесса.

*

Связь окислительного декарбоксилирования пирувата с ЦПЭ

Окислительное декарбоксилирование пирувата сопровождается образованием NADH, поставляющим электроны в дыхательную цепь и обеспечивающим синтез 3 молей АТФ на 1 моль пирувата путём окислительного фосфорилирования .

Состав пируватдегидрогеназного комплекса входит 3 фермента и 5 коферментов

Е1- пируватдегидрогеназа. Кофермент- тиаминдифосфат

Е2- дигидролипоилтрансацетилаза. Кофермент – амид липоевой кислоты

Е3 – дигидролипоилдегидрогеназа. Кофермент- ФАД

2 Свободных кофермента:

HSKoА – кофермент ацилирования ( активная форма витамина В3)

НАД+- никотинамид аденин динуклеотид (активная форма витамина РР или В2)

10. Цикл трикарбоновых кислот (цтк). Биологическая роль.

Биологическая роль ЦТК

• Цикл Кребса объединяет пути катаболизма углеводов, белков и жировобразующиеся при расщеплении этих веществ.

• превращение различных веществ в субстраты цикла:

• использование субстратов цикла на синтез органических веществ

• цикл Кребса поставляет ЦПЭ протоны в виде трех НАДН+Н⁺ и одного ФАДН₂.

11. Регуляция и анаболическая функция цтк.

Регуляция цикла Кребса.

Лимитирующим ферментом ЦТК является изоцитратдегидрогеназа. Он активируется АДФ, НАД+, ингибируется АТФ, восстановленной формой НАДН•Н+.

Анаболические процессы приводят к снижению концентрации промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот. Они быстро истощают пул промежуточных продуктов цикла. Поэтому их запас постоянно пополняется за счет молекул из других источников.

метаболитом, поскольку полностью окисляется до СО₂.

1.3. Обмен углеводов

1. Пищевые углеводы. Схема переваривания углеводов в жкт. Причины непереносимости молока.

Пищевые углеводы - полимеры и димеры - подвергаются перевариванию в пищеварительном тракте под действием ферментов, которые гидролизуют гликозидные связи и образуют мономеры, способные всасываться, поступать в кровь, а затем в ткани

Пищевые углеводы в зависимости от химического строения разделяются на три группы:

• I группа — моносахариды: глюкоза, фруктоза, галактоза.

• II группа — дисахариды: сахароза, лактоза, мальтоза.

• III группа — полисахариды: крахмал, инулин, гликоген.

Причиной непереносимости лактозы, или гиполактазии, является неспособность человеческого организма производить достаточно лактазы, то есть фермента, расщепляющего молочный сахар, называемый лактозой.

2. Синтез гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процесса.

Гликоген способен синтезироваться почти во всех тканях, но наибольшие запасы гликогена находятся в печени и скелетных мышцах.

Накопление гликогена в мышцах отмечается в период восстановления после нагрузки, особенно при приеме богатой углеводами пищи.

В печени синтез гликогена происходит только после еды, при гипергликемии. Это объясняется особенностями печеночной гексокиназы, которая имеет низкое сродство к глюкозе и может работать только при ее высоких концентрациях, при нормальных концентрациях глюкозы в крови ее захват печенью не производится.

Непосредственно синтез гликогена осуществляют следующие ферменты:

1. Фосфоглюкомутаза

2. Глюкозо-1-фосфат

3. Гликогенсинтаза

4. Амило-α1,4-α1,6-гликозилтрансфераза

3. Распад гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процессов.

Распад гликогена активируется в постабсортивном периоде (при голодании, усиленной физической нагрузке). В печени функционируют два пути распада гликогена:

• амилолитический путь

заключается в гидролитическом распаде гликогена:

• фосфоролитический путь

Основной способ распада гликогена:

В печени имеются фермент – глюкозо-6-фосфатаза, способный отщеплять остатки Н₃РО₄ от глюкозо-6-фосфата, переводя глюкозо-6-фосфат в свободную глюкозу.

4. Гликолиз: общая характеристика, стадии, реакции процесса, регулируемые ферменты, энергетический эффект. Судьба продуктов гликолиза в аэробных условиях: схема процесса, связь с синтезом АТФ.

Гликолиз – это последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению глюкозы в пируват с одновременным образованием АТФ.

Выделяют 3 стадии:

• Окислительное декарбоксилирование

• Цикл Кребса

• Электронтранспортная сеть

Из всех реакций гликолиза термодинамически необратимыми являются 1-я, 3-я и 10-я. Все остальные реакции обратимы.

Уравнения реакций:

1. Глюкоза + АТФ Глюкозо-6-фосфат + АДФ + H+

2. Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат

3. Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-бисфосфат

4. Фруктозо-1,6-бисфосфат Дигидроксиацетонфосфат + Глицеральдегид-3-фосфат

5. Дигидроксиацетонфосфат Глицеральдегид-3-фосфат

6. Глицеральдегид-3-фосфат + NAD+ + Фн 1,3-Бисфосфоглицерат + NADH + H+

7. 1,3-Бисфосфоглицерат + АДФ 3-Фосфоглицерат + АТФ

8. 3-Фосфоглицерат 2-Фосфоглицерат

9. 2-Фосфоглицерат Фосфоенолпируват

10. Фосфоенолпируват + АДФ + H+ Пируват + АТФ

Ключевыми ферментами гликолиза являются: фосфорилаза и фосфофруктокиназа

На начальных этапах гликолиза энергия затрачивается :

• при превращениях 1 мол. глюкозы – 2 молекулы АТФ,

• при превращениях 1 глюкозного фрагмента гликогена – 1 молекула АТФ.

Процесс аэробного распада глюкозы можно разделить на три части:

• образованием пирувата (аэробный гликолиз);

• общий путь катаболизма

• дыхательная цепь.

В результате этих процессов глюкоза распадается до CO2 и H2O, а освобождающаяся энергия используется для синтеза АТФ.

5. Анаэробный распад глюкозы (анаэробный гликолиз). Судьба продуктов гликолиза в анаэробных условиях. Биологическое значение анаэробного распада глюкозы.

6. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез). Субстраты, энергетические затраты, регулируемые ферменты. Цикл Кори.

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из неуглеводных компонентов: лактата, пирувата, глицерола, кетокислот цикла Кребса и других кетокислот, из аминокислот.

К роме получения глюкозы, глюконеогенез обеспечивает и уборку лактата, постоянно образуемого в эритроцитах или при мышечной работе, и глицерола, являющегося продуктом липолиза в жировой ткани.

Субстраты: Пируват, лактат, глицерин, аминокислоты

В ходе процесса расходуется 6 моль АТФ на синтез 1 моль глюкозы из 2 моль пирувата

Ферменты: ФЭП- карбоксикиназа, фруктозо-1,6-дифосфатаза, глюкозо-6-фосфатаза

7. Пентозо-фосфатный путь (пфп) окисления глюкозы. Биологическое значение.

Пентозофосфатный путь проходит в цитозоле клеток печени, жировой ткани, эритроцитах, молочной железе при лактации, в гораздо меньшей степени в скелетных мышцах. Этот путь окисления глюкозы не связан с образованием энергии, а обеспечивает анаболизм клеток..

Пентозофосфатный путь включает два этапа – окислительный и этап структурных перестроек (неокислительный).

На первом, окислительном, этапе глюкозо-6-фосфат в трех реакциях превращается в рибулозо-5-фосфат, реакции сопровождаются восстановлением двух молекул НАДФ до НАДФН.

На этом этапе происходит регуляция процесса: инсулин повышает активность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и фосфоглюконат-дегидрогеназы.

Второй этап – этап структурных перестроек, благодаря которым пентозы способны возвращаться в фонд гексоз.

Биологическая роль заключается в синтезе различных пентоз и окислении одной молекулы глюкозо-6-фосфата образуется 12 НАДФН2, которые используются клетками для синтеза жирных кислот, стероидных гормонов, для обезвреживания ядов

1.4. Обмен аминокислот, белков и нуклеотидов

1. Питательная ценность различных белков. Азотистый баланс. Клинические проявления недостатка белков в пище.

Питательная ценность белков определяется наличием незаменимых аминокислот. Большая часть свободных аминокислот используется для синтеза:

1) собственных белков организма;

2) для синтеза биогенных аминов

3) для синтеза гормонов;

4) для синтеза карнитина и других азотосодержащих соединений.

Азотистый баланс – это разница между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством азота выделяемого почками в виде мочевины и азотистых солей.

Продолжитель­ное безбелковое питание вызывает серьёзные нарушения обмена веществ и неизбежно заканчивается гибелью организма. Дефицит в пище даже одной незаменимой АК ведёт к неполно­му усвоению других АК и сопровож­дается развитием отрицательного азотистого баланса, истощением, остановкой роста и нару­шениями функций нервной системы.

2. Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте. Биологическое значение переваривания. Схема процесса. Характеристика пищеварительных ферментов.

При переваривании происходит гидролиз пищевых белков до свободных аминокислот. Процесс переваривания начинается в желудке и продолжается в тонком кишечнике под действием ферментов, относящихся к классу пептидаз.

Классификация пептидаз

Все пептидазы, гидролизующие белки, в зависимости от места расположения в пептиде гидролизуемой связи, делятся на:

Эндопептидазы – расщепляют пептидные связи, удаленные от концов пептидные связи

Экзопептидазы – гидролизуют пептидные связи, образованные С-С- концевыми аминокислотами

3. Образование соляной кислоты и её роль в переваривании белков. Регуляция секреции соляной кислоты. Диагностическое значение анализа желудочного сока. Патологические изменения кислотности и патологические компоненты желудочного сока.