Тема 3.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВИЕ

Цель занятия. Изучить химическое строение и последовательность расположения компонентов цепи переноса электронов (ЦПЭ). Понимать химизм процессов передачи электронов и протонов и при участии ферментов дыхательной цепи. Изучить процессы окислительного фосфорилирования и окислительные системы, не связанные с продукцией энергии. Изучить действие окислительно-восстановительных ферментов.

Исходный уровень. Экзергонические и эндергонические реакции, редокс-потенциал, понятие об окислении и восстановлении (курс биоорганической химии) Строение митохондрий (курс гистологии), понятие о свободных радикалах (курс биоорганической химии).

Повторить. Строение ферментов, коферментов, необратимые ингибиторы. Реакции ЦТК, понятие о свободных радикалах.

 

Содержание теоретического материала. 1. Биологическое окисление и тканевое дыхание. Типы окисляемых субстратов. 2. Строение митохондрий и структурная организация цепи переноса электронов. Цепь переноса электронов как часть системы дыхания. Функции дыхательной цепи. 3. Характеристика компонентов дыхательной цепи: НАД-зависимые дегидрогеназы. ФМН (ФАД) - зависимые дегидрогеназы. Строение и биологическая роль убихинонов. Строение и функции цитохромов. 4. Механизм окислительного фосфорилирования АДФ. Хемиосмотическая теория Митчела. Механизм сопряжения дыхания и фосфорилирования в митохондриях. Создание электрохимического трансмембранного протонного градиента - движущей силы синтеза АТФ. 5. Определение мест сопряженного синтеза АТФ при помощи ингибиторов дыхательной цепи. Характеристика и роль Н⁺-АТФ-синтетазы в механизме образования АТФ и воды. 6. Регуляция работы цепи переноса электронов. Разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Дыхательный коэффициент (Р/О) и дыхательный контроль. 7. Нарушения энергетического обмена: гипоэнергетические состояния как результат гипоксии, гипоавитаминозов и др. причин. (*)8. Термогенная функция энергетического обмена в бурой жировой ткани. Возрастная характеристика энергетического обеспечения организма питательными веществами.

 

Для усвоения материала темы следует обратить внимание на то, что:

1) Тканевое дыхание – процесс окисления водорода субстратов в дыхательной цепи с образованием эндогенной воды в клетках. Это основной источник энергии для реакции синтеза АТФ в клетках.

2) Ферменты дыхательной цепи располагаются в соответствии с уменьшением величины отрицательных окислительно-восстановительных потенциалов их коферментов и простетических групп.

3) Дыхательная цепь – это последовательно протекающие окислительно-восстановительные реакции. Роль переносчиков электронов при этом выполняют НАД⁺, ФМН⁺, КоQ, цитохромы.

4) В результате окисления субстратов и переноса электронов и протонов на кислород в организме синтезируется вода. Этот процесс сопровождается изменением свободной энергии на каждом этапе ЦПЭ.

5) В ЦПЭ есть три участка, в которых наблюдается большое снижение свободной энергии. Эта энергия используется для сопряженного синтеза АТФ (50-60%), а 40-50% ее выделяется в виде тепла.

6) Энергия, выделяемая при транспорте электронов, запасается в виде градиента протонов.

7) При транслокации протонов происходит выброс их из матрикса в межмембранное пространство и на внутренней мембране возникает мембранный потенциал.

8) При работе протонного насоса протоны возвращаются в матрикс, это сопровождается синтезом АТФ при помощи АТФ-синтетазы.

9) Участки сопряжения окисления и фосфорилирования определены с помощью специфических ингибиторов.

10) Разобщители окислительного фосфорилирования - вещества, которые увеличивают проницаемость мембран митохондрий для ионов Nа⁺, К⁺, Н⁺.

11) Коэффициент фосфорилирования (Р/О) показывает число синтезированных молекул АТФ при сопряженном переносе пары электронов по ЦПЭ на один атом кислорода, использованный в процессе дыхания.

12) (*)В митохондриях бурой жировой ткани процесс окисления субстрата и фосфорилирования АДФ в F₁ - комплексе разделен специфическим разобщающим белком термогенином, за счет которого протонный градиент снижается без синтеза АТФ, при этом энергия, высвобождающаяся при окислении субстрата, переходит в тепло.

 

Вопросы и упражнения для самоподготовки и контроля усвоения темы

1. Что такое окислительное фосфорилирование? Субстратное фосфорилирование. Приведите примеры.

2. Что понимают под цепью транспорта электронов? Как эта биологическая система называется иначе? Где в клетке локализована ЦПЭ? Назовите ее основные функции.

3. Дайте характеристику переносчиков дыхательной цепи и покажите их организацию во внутренней мембране митохондрий. Обозначьте места выталкивания протонов на наружную сторону внутренней мембраны.

4. Укажите номерами последовательность работы ферментов дыхательной цепи: 1) цитохромоксидаза; 2) цитохром в; 3) флавинзависимая дегидрогеназа; 4) цитохром с; 5) убихинон; 6) пиридоксинзависимая дегидрогеназа.

5. От чего зависит последовательность расположения компонентов в дыхательной цепи?

6. Что такое эндогенная вода? Сколько ее образуется в организме человека в сутки?

7. Запишите структуру никотинамидных и флавиновых ферментов, объясните их биологическую роль.

8. В цепи дыхательных ферментов атом железа находится в структуре: 1) НАД-зависимых дегидрогеназ; 2) ФАД-зависимых дегидрогеназ; 3) КоQ; 4) цитохрома а; 5) цитохрома в; 6) цитохрома а₃

9. Что такое цитохромы? Какие их разновидности участвуют в дыхательной цепи? Каковы их структура и функции? Чем цитохромоксидаза отличается от других цитохромов?

10. Суммируйте данные о ферментах полной дыхательной цепи, заполнив следующую таблицу:

Название фермента

Кофактор

Локализация фермента

Субстрат

11. Что представляет собой укороченная цепь переноса электронов?

12. Приведите примеры препаратов - ингибиторов дыхательной цепи (ЦПЭ).

13. Объясните механизм фосфорилирования. Строение и функции протонной АТФ-синтетазы.

14. Сколько молекул АТФ образуется в результате переноса двух электронов по полной дыхательной цепи?

15. Сколько молекул АТФ образуется в результате переноса двух электронов по укороченной цепи?

16. Аскорбиновая кислота может окисляться цитохромом с. Чему равен дыхательный коэффициент?

17. Охарактеризуйте разобщение окисления и фосфорилирования.

18. Заполните таблицу, иллюстрирующую связь реакций цикла трикарбоновых кислот с цепью переноса электронов и протонов.

Название субстратов, подвергающихся дегидрированию

Название фермента (кофактор)

Р/О цепи переноса электронов и протонов.

21. Покажите путь водорода от окисляемых субстратов в ЦТК к кислороду.

22. Какая из указанных функций митохондрий нарушится после обработки их детергентом, разрушающим структуру мембран? а) сопряжение окисления и фосфорилирования. б) транспорт электронов, в) дегидрирование субстратов.

20. Посчитайте выход АТФ для реакций окисления в ЦТК.

21. Какая реакция окисления в цикле трикарбоновых кислот обеспечивает поступление электронов в укороченную дыхательную цепь? Сколько это дает клетке АТФ?

22. Сколько молекул АТФ синтезируется в цикле трикарбоновых кислот путем субстратного фосфорилирования?

21. Посчитайте количество моль АТФ, синтезируемой за счет реакций ЦТК, при условии, что митохондрии отравлены малонатом.

23. Покажите путь водорода от дегидрируемого субстрата в ОДПВК. Посчитайте количество моль АТФ, синтезируемое за счет окисления (дегидрирования) 1 моль пирувата.

21. Изобразите на отдельном листе компоненты ЦПЭ. Покажите связь общего пути катаболизма с ЦПЭ. Обозначьте на схеме метаболизма место синтеза АТФ.

22. Изучите содержание лабораторных работ «Открытие альдегиддегидрогеназы в молоке», «Обнаружение каталазы крови», «Открытие пероксидазы» и подготовтесь к их выполнению на лабораторном занятии.

Литература для самоподготовки.  Лекционный материал; (1) - С. 186-196, 224-235, 452-458; (2) - С.305-316; (3) - С.112-119; (4) - 1т. С.111-126, 127-139, 165-171.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: