Окислительное декарбоксилирование пирувата
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (пирувата) катализируется пируватдегидрогеназой (ПДГ). ПДГ - это комплекс из трех ферментов, для работы которого требуются следующие витамины: В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), РР (никотинамид), пантотеновая и липоевая кислоты. ПДГ осуществляет декарбоксилирование (отщепление карбоксильной группы) и окисление (отщепление водорода) молекулы пирувата.
Продукты реакции и их дальнейшие превращения:
СО2. В основном выделяется с выдыхаемым воздухом, а также используется на карбоксилирование субстратов.
Ацетил-КоА. Расщепляется в цикле Кребса до СО2 и 2Н.
НАДН. Окисляется в дыхательной цепи.
Регуляция ПДГ: ПДГ может быть в двух формах: фосфорилированной (неактивной) и дефосфорилированной (активной). АТФ, НАДН, ацетил-КоА, жирные кислоты ингибируют ПДГ, инсулин активирует.
Цикл Кребса
(цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты)
1. Ход реакций смотрите в учебнике Е.С. Северина «Биологическая химия», М., ГЭОТАР-МЕД, 2005.
2. Итоговое уравнение цикла Кребса:
Ацетил-КоА + 3НАД+ + ФАД + 2Н2О + АДФ + Н3РО4 2СО2 + 3НАДН + ФАДН2 + АТФ
Таким образом, ацетил-КоА распадается в цикле Кребса до СО2 и Н2 , который присоединяется к кофакторам дегидрогеназ. В ходе цикла Кребса образуется сукцинил-КоА, который богат энергией. Гидролиз этого вещества сопряжен с реакцией фосфорилирования АДФ, при этом образуется АТФ. Синтез АТФ за счет энергии, накопленной в субстрате, называется субстратным фосфорилированием.
|
|
|
Конечные продукты цикла Кребса и пути их использования:
- СО2 выдыхается с воздухом, небольшая часть используется в реакциях карбоксилирования.
- НАДН и ФАДН2 окисляются в дыхательной цепи.
- АТФ используется на различные виды работы:
1) механическая работа (сокращение мышц, движение сперматозоидов, лейкоцитов);
2) осмотическая работа или активный транспорт, то есть движение против градиента концентрации;
3) химическая работа, когда энергия АТФ используется в биосинтетических процессах и на активацию субстратов;
4) электрическая работа (генерация биотоков);
5) при передаче гормонального сигнала (для работы аденилатциклазы и протеинкиназы).
Регуляция цикла Кребса:
осуществляется путем влияния на ключевые ферменты: цитратсинтазу (начинает процесс), изоцитратдегидрогеназу (лимитирующий фермент), 2-ок-соглутаратдегидрогеназу (фермент, стоящий на развилке).
Цитратсинтазу активируют оксалоацетат и ацетил-КоА, ингибируют АТФ, НАДН, длинноцепочные ацилы-КоА, сукцинил-КоА.
Изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом. Ее активируют АДФ, Са2+, цАМФ. Ингибируют изоцитратдегидрогеназу АТФ, НАДН, НАДФН.
|
|
|
2-оксоглутаратдегидрогеназу активируют Са2+ и цАМФ, ингибирует сукцинил-КоА.
Цикл Кребса активируется под влиянием катехоламинов, глюкагона и йодтиронинов.
Значение цикла Кребса:
- катаболическое и энергетическое (цикл Кребса является общим конечным путем распада для метаболитов всех классов соединений; в нем образуется АТФ в результате субстратного фосфорилирования; он является главным поставщиком водорода для дыхательной цепи);
- анаболическое или биосинтетическое Промежуточные метаболиты цикла Кребса используются на синтез других соединений. Например, из оксалоацетата, 2-оксоглутарата и сукцината образуются аминокислоты; из оксалоацетата - глюкоза и другие углеводы; сукцинил-КоА используется на синтез гема;
- регуляторное. Метаболиты - цитрат и АТФ являются регуляторами других процессов. Они активируют синтез жирных кислот и ингибируют гликолиз.
Возрастные особенности энергетического обмена:
Особенности и возрастные изменения энергетического обмена связаны с ростом ребенка и дифференцировкой тканей, формированием механизмов терморегуляции, развитием скелетной мускулатуры и двигательной активности, зрелостью нейроэндокринного аппарата и т.д.
|
|
|
Потребность в продуктах питания и кислороде меняется с возрастом. У детей при сниженном общем количестве питательных веществ в суточной диете потребность на 1 кг веса значительно превышает уровень взрослых, что свидетельствует о высокой интенсивности обменных процессов. Об этом также свидетельствует высокое потребление кислорода. Наибольшие величины приходятся на период 1 год.
Установлено, что концентрация АТФ в крови у новорожденных выше, чем у детей старше 1 года. Уровень АТФ на 31% выше, чем у взрослых.
Об интенсивном обмене макроэргических соединений в эритроцитах у детей раннего возраста свидетельствует высокая активность АТФазы. В норме активность этого фермента наиболее высокая у трехдневных новорожденных, а затем она снижается и к 14-16 годам достигает уровня взрослых.
8. Вопросы по теме занятия:
1. Что такое метаболизм?
2. Охарактеризуйте две стороны метаболизма.
3. Что объединяет термин «биологическое окисление»?
4. Какие реакции окисления наиболее выгодны с энергетической точки зрения?
5. В каком виде выделяется и запасается энергия окислительно-восстановительных реакций?
|
|
|
6. Назовите отличия биологического окисления от окисления в неживой природе.
7. Дайте характеристику каждому этапу катаболизма.
8. Напишите в формулах окислительное декарбоксилирование пирувата. Расскажите о значении и регуляции этой реакции.
9. Напишите в формулах цикл Кребса.
10. Назовите субстраты и продукты цикла Кребса. Какова их дальнейшая судьба?
11. Какие витамины необходимы для работы ферментов цикла Кребса?
12. Назовите ключевые ферменты цикла Кребса и расскажите об их регуляции.
13. Где в клетке локализован цикл Кребса?
14. Каково значение цикла Кребса?
15. Что такое субстратное фосфорилирование? Укажите реакцию субстратного фосфорилирования в цикле Кребса.
9. Тестовые задания по теме с эталонами ответов:
ТЕСТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ
01. ОКИСЛЕНИЕ - ЭТО
1) отдача электронов
2) присоединение электронов
3) присоединение водорода
4) присоединение протонов
02. В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЯХ УЧАСТВУЮТ ФЕРМЕНТЫ
1) 1 класса
2) 2 класса
3) 3 класса
4) 4 класса
03. НА ПЕРВОМ ЭТАПЕ КАТАБОЛИЗМА ПРОИСХОДИТ
1) переваривание полимеров пищи
2) превращение пирувата в ацетил-КоА
3) образование С02 и Н20
4) образование лактата
04. КОФЕРМЕНТ ФАД В СВОЕМ СОСТАВЕ ИМЕЕТ
1) витамин РР
2) витамин В2
3) пантотеновую кислоту
4) липоевую кислоту
05. ТРЕТИЙ ЭТАП КАТАБОЛИЗМА ПРОТЕКАЕТ
1) в ЖКТ
2) в цитозоле клетки
3) в митохондриях
4) в лизосомах
06. ФЕРМЕНТЫ И МЕТАБОЛИТЫ ЦИКЛА КРЕБСА РАСПОЛАГАЮТСЯ В
1) лизосомах клеток
2) цитозоле клеток
3) матриксе митохондрий
4) внутренней мембране МХ
07. ЗА ОДИН ОБОРОТ В ЦИКЛЕ КРЕБСА ОБРАЗУЕТСЯ
1) 15 АТФ
2) 3 АТФ
3) 1 АТФ
4) ни одной молекулы АТФ
08. ФЕРМЕНТЫ, УЧАВСТВУЮЩИЕ В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ ,ОТНОСЯТСЯ К КЛАССУ
1) трансфераз
2) лиаз
3) оксидоредуктаз
4) гидролаз
09. ПЕРВЫЙ ЭТАП КАТАБОЛИЗМА ЛОКАЛИЗОВАН
1) в микросомах клетки
2) в митохондриях
3) в ядре
4) в пищеварительном тракте
5) в лизосомах клетки
10. БОЛЬШЕ ВСЕГО ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКА ПОЛУЧАЕТ В ПРОЦЕССЕ
1) распада углевода до глюкозы
2) распада жира до глицерина и жирных кислот
3) работы дыхательной цепи в сопряженном режиме
4) работы дыхательной цепи в разобщенном режиме
ОТВЕТЫ:
01-1; 02-1; 03-1; 04-2; 05-3; 06-3; 07-3; 08-3; 09-4; 10-3.
ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ КОНЕЧНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ
01. АНАБОЛИЗМ – ЭТО
1) синтез макроэргов
2) синтез сложных молекул из простых
3) распад биополимеров до мономеров
4) окисление глюкозы до пирувата
5) окисление жирных кислот до ацетил-КоА
02. ФЕРМЕНТЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ, ОТНОСЯТСЯ К КЛАССУ
1) лигаз
2) лиаз
3) оксидоредуктаз
4) изомераз
03. СУКЦИНАТДЕГИДРОГЕНАЗА КАТАЛИЗИРУЕТ ПЕРЕХОД
1) сукцинил-КоА → сукцинат
2) 2-оксоглутарат → сукцинил-КоА
3) изоцитрат → 2-оксоглутарат
4) сукцинат → фумарат
5) малат → оксалоацетат
04. РЕАКЦИЮ ОБРАЗОВАНИЯ ЦИТРАТА В ЦИКЛЕ КРЕБСА КАТАЛИЗИРУЕТ
1) сукцинилтиокиназа
2) малатдегидрогеназа
3) цитратсинтаза
4) фумараза
5) изоцитратдегидрогеназа
05. НА ПЕРВОМ ЭТАПЕ КАТАБОЛИЗМА ПРОИСХОДИТ
1) расщепление полимеров до мономеров
2) окисление пирувата
3) окисление глицерина
4) окисление жирных кислот
06. ПОСЛЕДНИМ ЭТАПОМ КАТАБОЛИЗМА ЯВЛЯЕТСЯ
1) окисление глюкозы
2) окисление жирных кислот
3) окисление глицерина
4) переаминирование аланина
5) окисление пирувата и цикл Кребса
07. ПЕРВЫЙ ЭТАП КАТАБОЛИЗМА ЛОКАЛИЗОВАН В
1) митохондриях
2) микросомах
3) лизосомах
4) цитозоле
5) ЖКТ, лизосомах
08. НАИБОЛЬШУЮ ЭНЕРГИЮ ДЛЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ ДАЕТ
1) распад белков до аминокислот
2) распад углеводов до глюкозы
3) распад жира до глицерина и жирных кислот
4) работа дыхательной цепи в сопряженном режиме
5) работа дыхательной цепи в разобщенном режиме
09. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ 3-ГО ЭТАПА КАТАБОЛИЗМА СОСТАВЛЯЕТ
1) 1%
2) 20%
3) 30%
4) 50%
5) 75-80%
10. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ – ЭТО
1) совокупность всех химических реакций организма
2) совокупность анаболических реакций
3) совокупность катаболических реакций
4) совокупность окислительно-восстановительных реакций
ОТВЕТЫ:
01-2; 02-3; 03-4,; 04-3; 05-1; 06-5; 07-5; 08-4; 09-5; 10-4.
10. Ситуационные задачи по теме с эталонами ответов:
1. Как скажется на работе цикла Кребса недостаточность витаминов В1, В2, РР? Ответ поясните.
Ответ: Скорость цикла Кребса снизится, так как эти витамины входят в состав кофакторов дегидрогеназ.
2. Выберите ферменты цикла Кребса, активность которых увеличится при повышении в митохондриях концентрации НАД+.
Ответ: Изоцитратдегидрогеназа, 2-оксоглутаратдегидрогеназа, малатдегидрогеназа.
3. К препарату митохондрий добавили оксалоацетат, меченый 14С по углероду карбонильной группы. Какое положение займет меченый углерод после одного оборота цикла Кребса?
Ответ: Напишите в формулах реакции цикла Кребса, укажите положение метки.
4. Напишите в формулах превращение цитрата в сукцинат. Назовите продукты этого превращения и их дальнейшую судьбу.
Ответ: Продукты:сукцинат; 2 молекулы СО2; 2 молекулы НАДН; 1 молекула АТФ.
5. Что будет с циклом Кребса, если прекратится отток из него восстановленных эквивалентов (НАДН)? Ответ поясните.
Ответ: Дегидрогеназные реакции остановятся из-за отсутствия НАД+.
6. К препарату митохондрий добавили пируват, меченный 14С по метильной группе. Какое положение займет 14С в оксалоацетате после одного оборота цикла Кребса?
Ответ: Метка находится в альфа положении (2) оксалоацетата.
11. Перечень и стандарты практических умений:
1. Умение работать с литературой (структурировать материал, выделять главное, формулировать вопросы и ответы);
2. Умение обращаться с химической посудой и химическими реактивами;
3. Умение работать с приборами (ФЭКом, центрифугой, термостатом);
4. Умение оценивать полученные результаты и использовать их для диагностики различных патологий.
12. Примерная тематика НИРС по теме:
Подготовка презентации по данной теме.
1. Занятие № 5
Тема:« Дыхательная цепь».
2. Форма организации учебного процесса: лабораторное занятие.
3. Значение темы: Тканевое дыхание тесно связано с дыханием организма в целом. Нарушение процессов тканевого дыхания приводит к гипоэнергетическим состояниям, которые являются причиной многих патологических состояний.
Цели обучения:
- общая:
обучающийся должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК):ОК-1;ОК-5.
обучающийся должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК):ПК-2; ПК-3; ПК-4; ПК-31.
- учебная :
Знать:
- Компоненты дыхательной цепи.
- Ферменты дыхательной цепи.
- Механизм окислительного фосфорилирования.
- Свободное окисление.
- Возрастные и тканевые особенности энергетического обмена.
Уметь:
- Рассчитывать энергетический выход при окислении определенных субстратов.
- Решать задачи с использованием изученного материала.
- Определять активность каталазы в слюне.
Владеть:
- Навыками лабораторного дела.
4. Место проведения лабораторного занятия: учебная комната.
5. Оснащение занятия: набор химической посуды, набор химических реактивов, обучающие стенды, мультимедийное оборудование.
Структура содержания темы:
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 2896; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!