Обмін речовин і енергії. Біологічне окислення. Окислювальне фосфорилювання.

МОДУЛЬ 5

Обмін речовин і енергії. Біологічне окислення. Окислювальне фосфорилювання.

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №17

Загальні уявлення про обмін речовин. Біологічне окиснення

А. Питання для підготовки з теоретичного матеріалу:

1. Поняття про обмін речовин і енергії. Загальні шляхи катаболізму біомолекул.

2. Метаболічні шляхи.

3. Катаболізм і анаболізм.

4. Регуляція обміну речовин.

5. Енергетичний баланс організму. Вільна енергія.

6. Основні етапи вивільнення енергії.

7. Амфіболічні шляхи метаболізму.

8. Макроергічні сполуки. Будова АТФ та її значення.

9. Історія розвитку вчення про біологічне окиснення (роботи М.О. Баха, В.І. Палладіна та ін.).

10. Сучасні уявлення про біологічне окиснення. Основні поняття: окисно-відновні реакції, окиснення, відновлення, окисник, відновник, відновлювальні еквіваленти, біологічне окиснення, тканинне дихання, дихальний ланцюг, окисно-відновний потенціал.

11. Ферменти та коферменти дихального ланцюга. Структура комплексів дихального ланцюга (І, ІІ, ІІІ, ІV), їх склад та значення.

Б. Лабораторний практикум

Дослід 1. Виділення препарату цитохромів та цитохромоксидази

Матеріал для дослідження: свіжа м'язова тканина.

Реактиви: дистильована вода.

Обладнання: штатив з пробірками, ножиці, ступки, лійки, фільтри, скляний або кварцевий пісок, терези з набором різноважок.

Хід роботи. 5 г свіжої м'язової тканини звільнити від жиру і добре подрібнити ножицями. Подрібнену тканину гомогенізувати в фарфоровій ступці при поступовому додаванні чотирикратного об'єму дистильованої води до утворення гомогенної маси (для кращої гомогенізації можна використати кварцевий пісок).

Одержаний гомогенат профільтрувати через марлю складену вдвоє. Осад, що залишився на фільтрі, який містить цитохромоксидазу, комплекс цитохромів та інші дегідрогенази, промити водою до отримання прозорої рідини, після чого розділити його на три частини. Першу частину використати для відновлення цитохрому с, а дві інші – для проведення якісної реакції на цитохромоксидазу (для виявлення цитохромоксидазної активності).

Дати відповіді на запитання

1. Записати схему транспорту електронів по цитохромній системі.

2. Яку окисно-відновну реакцію забезпечує цитохром с?

Дослід 2. Відновлення цитохрому с.

Цитохром с – важливий компонент дихального ланцюга, який забезпечує транспорт протонних еквівалентів (електронів) на ділянці дихального ланцюга між цитохромами в і а. За хімічною природою він є складним білком, до складу якого в вигляді простетичної групи входить похідне протопорфірину ІХ, що містить іони Феруму, здатні змінювати ступінь окиснення і переходити із окисненої у відновлену форму. Цим зумовлена участь цитохрому с у процесах біологічного окиснення.

Принцип методу. Аскорбінова кислота відновлює цитохром с, внаслідок чого окислюється до дегідроаскорбінової. Після відновлення цитохрому с колір розчину змінюється, що можна виявити візуально.

Матеріал для дослідження: препарат цитохрому с або 100 мг% розчин цитохрому с.

Реактиви: 0,5М розчин аскорбінової кислоти.

Обладнання: штатив з пробірками, мірний циліндр.

Хід роботи. У пробірку, з одержаним у попередній роботі препаратом цитохрому с або 100 мг% розчином цитохрому с, додати 2 мл 0,5М розчину аскорбінової кислоти, спостерігати за зміною забарвлення.

Дати відповіді на запитання

1. Яке значення має здатність цитохрому с переходити з окисненої у відновлену форму?

2. У чому подібність і відмінність у будові та функціях цитохромів і гемоглобіну?

3. Які компоненти цитохромної системи безпосередньо контактують з цитохромом с? Записати будову цитохромної системи.

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №18

Обмін вуглеводів

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №19

Б. Лабораторний практикум

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №20

Б. Лабораторний практикум.

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №21

Б. Лабораторний практикум.

Визначення вмісту піровиноградної кислоти у крові та сечі (модифікований метод Умбрайта)

Принцип методу . Піровиноградна кислота в кислому середовищі при дії 2,4-динітрофенілгідразину осаджується в вигляді 2,4-динітрофенілгідразону піровиноградної кислоти, який з лугом утворює сполуку червоно-коричневого кольору. Інтенсивність забарвлення пропорційна концентрації піровиноградної кислоти і визначається колориметрично.

Матеріал для дослідження: сеча, кров.

Реактиви: стандартний розчин натрій пірувату (5 мг%), 0,1% розчин ДНФГ, 12% розчин натрій гідроксиду, 10% ТХА (термін зберігання не більше 1 міс.), дистильована вода.

Обладнання: штатив з пробірками, піпетки на 1 мл, центрифужні пробірки, центрифуги, ФЕК, кювета довжиною оптичного шляху 5 мм.

Хід роботи. Визначення ПВК у крові. В центрифужну пробірку внести 0,3 мл крові та 0,7 мл води і після перемішування додати 1 мл 10% розчину ТХА та відцентрифугувати при 1500 об./хв. Протягом 15 хв.

Взяти три пробірки: в першу (дослідну) внести 0,3 мл надосадової рідини, у другу (стандартну) - 0,3 мл стандартного розчину натрій пірувату, у третю (контрольну) - 0,3 мл води. В кожну пробірку додати по 0,4 мл 0,1% розчину ДНФГ, перемішати та поставити в темне місце на 20 хв., після чого додати по 1 мл 12% розчину натрій гідроксиду.

Через 5 хв. визначити екстинкцію стандартної і дослідної проби на ФЕК (синій світлофільтр, кювета довжиною оптичного шляху 5 мм) відносно контролю.

Визначення ПВК у сечі. Взяти три пробірки: в першу (дослідну) внести 0,3 мл розведеної у 3 рази сечі, у другу (стандартну) – 0,3 мл стандартного розчину натрій пірувату, у третю (контрольну) – 0,3 мл води. В кожну пробірку додати по 0,5 мл 0,1% розчину ДНФГ, перемішати і поставити в темне місце на 20 хв. Після цього додати по 1 мл 12% розчину натрій гідроксиду.

Через 5 хв. визначити екстинкцію стандартної і дослідної проби на ФЕК (синій світлофільтр, кювета з довжиною оптичного шляху 5 мм) відносно контролю.

Розрахунок вмісту піровиноградної кислоти провести:

1. За формулою:

 

Сд. – вміст ПВК у дослідній пробі (мг%);

С_ст – вміст ПВК у стандартній пробі (мг%);

Е_д – екстинкція дослідної проби;

Е_ст. – екстинкція стандартної проби.

У випадку визначення вмісту ПВК сечі необхідно врахувати її розведення.

2. За калібрувальною кривою, для побудови якої з основного стандартного розчину (200 мг/л) піровиноградної кислоти приготувати серію розведень.

Взяти шість пробірок, в які внести відповідно 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 та 0,6 мл основного стандартного розчину ПВК і загальний об'єм розчину довести дистильованою водою до 10 мл.

Після цього з кожної пробірки відібрати по 0,3 мл розчину і перенести в інші пронумеровані пробірки із врахуванням концентрації в них ПВК. Проби обробити як дослідні.

На основі отриманих результатів побудувати калібрувальну криву: на осі абсцис відкласти значення концентрації ПВК, а на осі ординат – відповідні їм значення екстинкції.

У крові практично здорових людей вміст ПВК складає 0,114 мМоль/л (10 мг/л). Концентрація ПВК у крові немовлят у тричі вища. За добу з сечею практично здорових людей виділяється 200 мг піровиноградної кислоти.

Підвищення екскреції відмічають при нестачі вітаміну В₁ та гіпоксіях різного походження.

Дати відповіді на запитання

1. Записати схему утворення ПВК з глюкози.

2. Які шляхи перетворення ПВК в організмі?

3. Пояснити принцип методу визначення ПВК в біоматеріалі.

 

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №22

Б. Лабораторний практикум

Взаємодія ацетону з йодомПроба Лібена)

Принцип реакції. При додаванні розчину йоду до підлуженої сечі, яка містить ацетон, рідина мутніє внаслідок утворення йодоформу, що має специфічний запах:

Ця реакція неспецифічна оскільки при взаємодії йоду з ацетальдегідом і етанолом також утворюється йодоформ.

Матеріал для дослідження: сеча.

Реактиви: 10% розчин натрій гідроксиду, 10% розчин йоду в калій йодиді.

Обладнання: штатив з пробірками, піпетки, мірний циліндр.

Хід роботи. У пробірку внести 5 мл сечі, додати 1 мл 10% розчину натрій гідроксиду і по краплях 10% розчин йоду в калій йодиді до появи жовтуватого забарвлення. Спостерігати за змінами у пробірці.

Дати відповіді на запитання

1. Пояснити поняття "ацетон сечі". Яке діагностичне значення проби на ацетон?

2. Записати хімізм реакції взаємодії ацетону з йодом.

Що означають назви "кетонемія" і "кетонурія"?

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

Обмін вуглеводів

Тестові завдання:

1. Які моносахариди утворюються при кислотному гідролізі лактози:

A. Два залишки D-глюкози; Б. α-D-глюкоза і β-D-галактоза;

B. D-глюкоза і D-фруктоза; Г. D-глюкоза і D-маноза;

Д. Два залишки D-манози.

 

2. Який моносахарид є продуктом повного гідролізу глікогену:

A. D-фруктоза;     Б. Глюкозо-1-фосфат;

B. Глюкозо-6-фосфат; Г. D-глюкоза.

 

3. Який моносахарид утворюється при повному гідролізі крохмалю:

A. D-галактоза; Б. α-D-глюкоза;

B. D-фруктоза; Г. D-фруктозо-6-фосфат.

 

4. Який моносахарид утворюється при повному гідролізі целюлози:

A. β-D-глюкоза; Б. α-D-глюкоза;

B. D-фруктоза; Г. D-галактоза.

 

5. При повному гідролізі крохмалю утворюється:

A. Амілоза;        Б. Фруктоза;

B. Глюкоза;   Г. Рибоза;      Д. Глюкозо-1-фосфат.

 

6. Яка кількість макроергічних зв'язків утворюється при окисненні молекули D-глюкози до лактату:

A. Три; Б. Чотири;

B. Два;  Г. Шість.

 

7. Яка кількість макроергічних зв'язків утворюється при повному окисленні молекули D-галактози до СО₂ і Н₂О:

А. 12;        Б. 24;     В. 30;              Г. 36;     Д. 38.

 

8. Яка кількість макроергічних зв'язків утворюється при повному окисненні фруктозо-6-фосфату:

А. 24;        Б. 36;     В. 12;              Г. 38;     Д. 39.

 

9. Яка кількість макроергічних зв'язків утворюється при повному окисненні гліцерол-3-фосфату:

А. 5; Б. 20;     В. 12;              Г. 25.

 

10.Яка кількість Моль АТФ утвориться при повному окисненні сахарози:

А 38;     Б. 70;     В. 76;              Г. 100.

 

11.Що таке ефект Пастера:

A. Зниження засвоєння глюкози і припинення накопичення лактату у зв'язку з початком дихання – гальмування гліколізу диханням;

Б. Гальмування окислення D-гліцеральдегід-3-фосфату синільною кислотою;

B. Гальмування процесу окислювального фосфорилювання на рівні субстрату при гліколізі.

 

12. Які з перерахованих сполук є кінцевими продуктами маслянокислого бродіння:

A. Піруват і СО₂;        Б. Бутират і СО₂;

B. Бутират і Н₂;     Г.Бутират, 2СО₂ і 2Н₂;     Д Бутират, СО₂ і 2Н₂.

 

13. Реакція: АТФ + глюкоза → АДФ + глюкозо-6-фосфат здійснюється за участю:

A. Альдолази;     Б. Фосфоглюко-мутази;

B. Фосфорилази;              Г. Фруктокінази;     Д. Глюкокінази.

 

14. Для перетворення фруктозо-6-фосфату в фруктозо-1,6- дифосфат, крім відповідного ферменту, необхідні:

A. АДФ; Б. НАДФ; В. Коензим А; Г. АТФ; Д. Фруктозо-1-фосфат.

 

15. На якому етапі в циклі Кребса синтезується ГТФ при перетворенні:

А. Цитрату в цис-аконітат; Б. α-кетоглутарату в сукцинат;

B. Сукцинату в фумарат; Г. Малату в оксалоацетат.

 

16. Яка кількість макроергічних зв'язків утворюється при повному окисненні гліцерол-3-фосфату:

А. 5; Б. 20;     В. 12;              Г. 25;     Д. 10.

 

17. Який кінцевий продукт утворюється при окислювальному декарбоксилюванні пірувату в аеробних умовах:

А. Цитрат;     Б. α-кетоглутарат;   В. Ацетилфосфат;

Г. Ацетил-КоА; Д. Пропіонат.

 

18. В результаті якої реакції утворюється седогептулозо-7-фосфат і D-гліцеральдегід-3-фосфат із рибозо-5-фосфату і ксилулозо-5-фосфату:

A. Трансамінування;     Б. Трансглікозилування;

B.Т рансальдолазна реакція;    Г. Транскетолазна реакція;

Д. Транс-фосфорилювання.

 

19. Яка основна функція циклу трикарбонових кислот (ЦТК):

А. Окиснення ацетил-КоА з утворенням двох молекул СО₂, моля ГТФ (АТФ), 3 НАДН₂ (або 2 НАДН₂ і НАДФН₂) і ФАДН₂;

Б. Окиснення ацетону до СО₂ і Н₂О;

В. Окиснення пірувату до СО₂ і Н₂О;

Г. Окиснення лактатау до СО₂ і Н₂О з виділенням енергії.

20. Що є кінцевим продуктом гліколізу:

А. Піруват;        Б. Лактат; В. Піруват і лактат;    

Г. Етанол і СО₂; Д. Пропіонат.

 

21. Який із перерахованих ферментів каталізує реакцію біосинтезу глікогену:

A. α-1,6-глюкозидаза; Б. Глікоген-фосфорилаза;

B. Глікогенсинтаза; Г. Глікоген-фосфорилаза і фосфоглюкомутаза.

 

22. Який фермент каталізує розщеплення фруктозо-1,6-дифосфату на дві тріози:

A. Тріозофосфатізомераза; Б. Фруктозодіфосфатальдолаза;

B. Гексокіназа;         Г. Фосфофруктокіназа.

 

23. Який фермент каталізує перетворення ПВК у молочну кислоту:

A. Лактатдегідрогеназа;  Б. Сукцинатдегідрогеназа;

B. Піруватдегідрогеназа; Г. Малатдегідрогеназа;       

Д. Ізоцитратдегідрогеназа.

 

24. Який фермент каталізує перетворення фруктозо-6-фосфату в глюкозо-6-фосфат:

A. Фосфофруктокіназа;             Б. Фосфоглюкомутаза;

B. Фосфоглюкоізомераза; Г. Тріозо-фосфатізомераза; Д. Енолаза.

 

25. Які ферменти шлунково-кишкового тракту приймають участь в перетворенні глікогену і крохмалю до молекул глюкози:

A. β-амілаза;  Б. α-амілаза, мальтаза;

B. α-амілаза;  Г. γ-амілаза, β-галактозидаза;  Д. β-амілаза, β-фруктозидаза.

Вправи:

1. Записати хімізм реакцій гідролізу та фосфоролізу крохмалю за участю відповідних ферментів.

2. Записати реакції гідролізу дицукрів: мальтози, сахарози, лактози. Вказати ферменти, які забезпечують ці процеси.

3. Здійснити перетворення за схемами, вказати ферменти, які приймають участь у цих реакціях:

АТФ + D-глюкоза →     АТФ + D-фруктоза →

АТФ + D-маноза →     АТФ + D-рибоза →

4. Записати схему перетворення фруктозо-1,6-дифосфату до 2-фосфо-енолпіровиноградної кислоти.

5. Здійснити перетворення за схемами: D-фруктоза → ПВК; D-глюкоза → 2-фосфоенолпіровиноградна кислота.

6. Здійснити перетворення за схемами, вказати в яких процесах проходять вказані реакції: УТФ → УДФ-глюкоза

УДФ-глюкозо-4-епімераза

УДФ-глюкоза         →           ?

глюкозофосфатізомераза

L-D-глюкозо-6-фосфат              →      ?

7. Які шляхи утворення глюкозо-6-фосфату в організмі?

8. Записати реакції перетворення глюкозо-6-фосфату до молочної кислоти.

9. Записати схему перетворення піровиноградної кислоти.

10.Записати реакції розкладу глікогену, вказати ферменти.

11.Біосинтез глікогену, вказати ферменти.

12.Розрахувати енергетичний баланс гліколізу і глікогенолізу.

13.Записати реакції утворення фосфорних ефірів моноцукрів та шляхи утворення глюкозо-6-фосфату.

14.Записати реакції глікогенолізу до утворення фруктозо-1,6-дифосфату.

15.Реакції гліколізу, енергетичний ефект.

16.Записати рівняння і розрахувати енергетичний ефект реакцій за такими схемами: а) глюкоза → 3-фосфогліцериновий альдегід; б) діоксиацетонмонофосфат → піруват; в) лактат → ацетил-КоА; г) ацетил-КоА → СО₂ + Н₂О; д) піруват — оксалоацетат.

17.Яка кількість молекул АТФ утворюється при повному окисненні таких субстратів: а) пірувату; б) НАДН₂; в) фруктозо-1,6-дифосфату; г) фосфоенолпірувату; д) дигідрокси-ацетонмонофосфату.

18.Записати хімізм ЦТК.

19.Апотомічний розклад глюкози, хімізм реакцій, енергетичний ефект.

КОНТРОЛЬНА РОБОТА №5

МОДУЛЬ 5

Обмін речовин і енергії. Біологічне окислення. Окислювальне фосфорилювання.

ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ №17

123456Следующая ⇒

Поделиться: