Ситуационные задачи по теме «Углеводы»
Задача 1. Какие дисахариды могут образоваться из гликогена при его переваривании в желудочно-кишечном тракте. Перечислите ферменты, действующие на гликоген в желудочно-кишечном тракте. Приведите формулы дисахаридов.
Задача 2.При напряженной работе мышечная ткань потребляет гораздо больше АТФ, чем в состоянии покоя. Известно, что в белых скелетных мышцах, например в мышцах ног у кролика или индейки, почти весь этот АТФ образуется в процессе анаэробного гликолиза. Могла бы работать напряженно мышца, т.е. с большой скоростью образовывать АТФ путем гликолиза, если бы в ней отсутствовал фермент лактатдегидрогеназа? Аргументируйте свой ответ.
Задача 3.
Приведенный на рисунке график показывает зависимость между концентрацией АТФ и активностью фосфофруктокиназы, которая является аллостерическим ферментом. Активность фосфофруктокиназы с повышением концентрации АТФ сначала возрастает, но в какой-то момент наступает перелом - дальнейшее повышение концентрации АТФ вызывает ингибирование фермента. Напишите уравнение реакции, катализируемой данным ферментом. Объясните, как может АТФ быть и субстратом и ингибитором фосфофруктокиназы? Как регулируется активность этого фермента с помощью АТФ? Каким образом регулируется гликолиз в зависимости от уровня АТФ?
Задача 4.Гликогенфосфорилаза из скелетных мышц характеризуется гораздо более высокой величиной Vmax , чем тот же фермент из ткани печени. Какую физиологическую функцию выполняет гликогенфосфорилаза в скелетной мышце и ткани печени? Почему величина Vmax для мышечного фермента должна быть больше, чем для фермента из печени?
|
|
|
Задача 5.Возможен ли реальный синтез глюкозы из пирувата в условиях, когда цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование полностью ингибированы? Аргументируйте свой ответ.
Задача 6.Печеночный экстракт, способный катализировать все обычные метаболические реакции, инкубируют в отдельных опытах со следующими предшественниками, меченными 14C:
а) НО--14СОО- - бикарбонат,
б) СН3--CО--14СОО-- пируват.
Проследите путь каждого из этих двух предшественников в глюконеогенезе. В каком положении обнаружится метка во всех промежуточных продуктах и в конечном продукте, т.е. в глюкозе?
Задача 7.Как влияет повышение концентрации АТФ и АМФ на каталитическую активность фруктозобисфосфатазы и фосфофруктокиназы? Как сказываются эти эффекты на величине потоков метаболитов глюконеогенеза и гликолиза? Почему?
Задача 8.Чтобы определить, может ли то или иное соединение служить предшественником глюкозы, поступают обычно следующим образом: животное оставляют голодать, пока у него не истощится запас гликогена, а потом дают ему исследуемое соединение. Те соединения, под влиянием которых количество гликогена в печени увеличивается, принято называть глюкогенными, потому что вначале они превращаются в глюкозо-6-фосфат. Ниже приведены названия некоторых соединений. На основе известных ферментативных реакций укажите, какие из них являются глюкогенными: а) сукцинат, б) глицерол, в).ацетил-КоА, г) пируват, д) бутират. Дайте схему синтеза глюкозы из выбранных Вами соединений.
|
|
|
Задача 9.
Уровень лактата в крови при физической нагрузке.
На рисунке показана концентрация лактата в крови до бега на 400 м и после него. Чем вызвано быстрое повышение концентрации лактата? Что является причиной снижения уровня лактата после бега? Подтвердите объяснение схемой. Почему снижение происходит медленнее, чем подъем? Почему в состоянии покоя концентрация лактата в крови не равна нулю?
Задача 10.Подсчитайте сколько молекул АТФ образуется при превращении глюкозы до 1,3-дифосфоглицерата в аэробных условиях.
Задача 11.Рассчитайте сколько молекул АТФ потребуется для синтеза в печени одной молекулы глюкозы из лактата. Как изменится синтез глюкозы при снижении отношения АТФ/АДФ? Объясните почему.
|
|
|
Задача 12.При некоторых заболеваниях (например, злокачественные новообразования поджелудочной железы) наблюдается повышенный синтез инсулина. У больных при этом наблюдается повышенное чувство голода, повышенная утомляемость, слабость. В дальнейшем присоединяется нарушение мозговой деятельности. Почему развиваются описанные симптомы? Каков механизм наблюдаемых нарушений мозговой деятельности?
Задача 13.Если фракцию мембран, осажденных при центрифугировании гомогената печени отделяли и обрабатывали адреналином, то наблюдалось образование нового вещества. Это вещество было выделено и очищено. В отличие от адреналина при добавлении к надосадочной жидкости гомогената оно активировало гликогенфосфорилазу. Объясните полученные данные.
Задача 14.Добавление адреналина к гомогенату или препарату разрушенных клеток здоровой печени приводило к увеличению активности гликогенфосфорилазы. Однако, если гомогенат предварительно центрифугировали при высокой скорости и затем к прозрачной надосадочной жидкости добавляли адреналин или глюкагон, то увеличения фосфорилазной активности не наблюдалось. Объясните полученные результаты.
|
|
|
Задача 15.При стрессе выделение адреналина стимулирует распад гликогена в печени, сердце и скелетных мышцах. Продуктом распада гликогена в печени является глюкоза, в скелетных же мышцах гликоген расщепляется в ходе гликогенолиза. Почему конечные продукты расщепления гликогена в этих тканях оказываются разными?
Задача 16.Сколько молекул АТФ образуется в аэробных условиях при окислении одной молекулы глюкозы до пировиноградной кислоты?Как изменится энергетический эффект, если окисление глюкозы будет происходить в анаэробных условиях? Ответ обосновать.
Задача 17.Какие изоформы лактатдегидрогеназы (ЛДГ) появляются в крови у больного:
- инфарктом миокарда
- острым гепатитом
Ответ обосновать.
Задача 18.Больному ввели раствор адреналина. Как изменится уровень глюкозы в крови. Объясните механизм данных изменений.
Задача 19.У пациента обнаружена гипергликемия, глюкозурия, ацетонемия, ацетонурия. Объясните причины подобных изменений, отмеченных у больного. Какой гормон необходимо назначить больному?
Задача 20.При ишемии миокарда нарушается процесс окислительного фосфорилирования, это приводит к снижению синтеза АТФ. Изменится ли при этом активность гликолиза. Ответ обосновать.
Глава 2. Бионергетика
Энергетический обмен.
Биоэнергетикапредставляет раздел динамической биохимии, который изучает закономерности образования, аккумуляции и потребления энергии в биологических системах. Энергетический обмен - это совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.
Обмен веществ и энергии, или метаболизм,— совокупность химических и физических превращений веществ и энергии, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность.
Метаболизм— совокупность всех химических превращений, которые происходят в клетке или организме и осуществляются посредством ряда последовательных катализируемых ферментами реакций, называемых метаболическими путями.
Катаболизм- процесс расщепления органических молекул до конечных продуктов. Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека - СО2, Н2О и мочевина. В процессы катаболизма включаются метаболиты, образующиеся как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных компонентов клеток. Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции). Катаболизм органических веществ в тканях с потреблением кислорода и выделением углекислого газа называется тканевым дыханием.
Этапы тканевого дыхания можно представить в виде схемы:
1. этап - подготовительный. На этом этапе полимеры расщепляются до мономеров, при этом полученная энергия рассеивается в виде тепла и не запасается. Пути обмена называются специфическими, протекают реакции в пищеварительном тракте.
2. этап - бескислородный. Протекает в цитоплазме клетки в анаэробных условиях (например, гликолиз). Образуются промежуточные продукты, такие как молочная кислота, этиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и др.
3. этап - кислородное расщепление(аэробное дыхание).Проходит в митохондриях. Вещества, образовавшиеся в клетке на предыдущих этапах, при участии кислорода распадаются на конечные продукты СО2 и Н2О. В процессе кислородного дыхания выделяется большое количество энергии 9около 70 %), которая накапливается в молекулах АТФ.
Анаболизмобъединяет биосинтетические процессы, в которых простые строительные блоки соединяются в сложные макромолекулы, необходимые для организма. В анаболических реакциях используется энергия, освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции). Единственным источником энергии для организма человека является окисление органических веществ, поступающих с пищей. При расщеплении пищевых продуктов до конечных элементов — углекислого газа и воды,— выделяется энергия, часть которой переходит в механическую работу, выполняемую мышцами, другая часть используется для синтеза более сложных соединений или накапливается в специальных макроэргических соединениях.
Макроэргические соединения
Макроэргическими соединениями называют вещества, расщепление которых сопровождается выделением большого количества энергии. К макроэргическим соединениям относятся, главным образом, аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и вещества, способные образовывать АТФ в ферментативных реакциях переноса преимущественно фосфатных групп, а также нуклеозидтри- (или ди)-фосфорные кислоты, пирофосфорная и полифосфорная кислоты, креатинфосфорная, фосфопировиноградная, дифосфоглицериновая кислоты, ацетил- и сукцинилкоферменты А, аминоацильные производные адениловой и рибонуклеиновых кислот и другие.Энергия макроэргических связей используется для совершения любой работы: активации соединений (например, глюкозы, чтобы могла начаться цепь ее окислительных превращений), синтеза биополимеров (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов), избирательного поглощения веществ из окружающей клетку среды и выброса из клетки ненужных продуктов, мышечного сокращения и восстановления активного состояния организма и т. д. Запас этих соединений позволяет организму быстро реагировать на изменение внешних условий и совершать физическую работу. При распаде обычной связи выделяется энергия около 12,5 кДж/моль. При распаде макроэргических связей выделяется энергия 25-50 кДж/моль и более. Такая связь обозначается значком « ~» (тильда). Например. В АТФ две макроэргические связи.
Аденозинтрифосфорная кислота –АТФ является одним из двух наиболее важных источников энергии в любой клетке.Также АТФ необходим для работы ионных каналов. Например, Na – K насос выкачивает 3 иона натрия из клетки и вкачивает 2 иона калия в клетку. Такой ток ионов нужен для поддержания положительного заряда на наружной поверхности мембраны, и только с помощью аденозинтрифосфата канал может функционировать. То же касается протонных и кальциевых каналов. АТФ является предшественником вторичного мессенджера цАМФ (циклический аденозинмонофосфат).цАМФ не только передает сигнал, полученный рецепторами мембраны клетки, но и является аллостерическим эффектором. Аллостерические эффекторы – это вещества, которые ускоряют или замедляют ферментативные реакции. Так, циклический аденозинтрифосфат ингибирует синтез фермента, который катализирует расщепление лактозы в клетках бактерии. Сама молекула аденозинтрифосфата также может быть аллостерическим эффектором. Причем в подобных процессах антагонистом АТФ выступает АДФ: если трифосфат ускоряет реакцию, то дифосфат затормаживает, и наоборот.
Креатин – вещество скелетных мышц, миокарда, нервной ткани. В виде креатинфосфата креатин является "депо" макроэргических связей, используется для быстрого ресинтеза АТФ во время работы клетки.
Использование креатинфосфата для ресинтеза АТФ протекает по схеме:
Особенно показательна роль креатина в мышечной ткани. Креатинфосфат обеспечивает ресинтез АТФ в первые секунды работы, когда ни анаэробный гликолиз, ни аэробное окисление глюкозы и жирных кислот еще не активировано, и кровоснабжение мышцы не увеличено. В клетках нервной ткани креатинфосфат поддерживает жизнеспособность клеток при отсутствии кислорода. При распаде макроэргической связи креатинфосфата образуется 42 кДж/моль энергии.
Макроэргическая связь фосфоенолпирувата аккумулирует 54 кДж/моль энергии, тиоэфирная связь (ацетилкоферментА) – 34 кДж/моль.
Биологическое окисление.
Биологическое окисление (клеточное или тканевое дыхание) — это совокупность окислительно-восстановительных реакций, протекающих в клетках организма, в результате которых сложные органические вещества окисляются кислородом при участии специфических ферментов. Благодаря энергии биологического окисления обеспечивается постоянная температура тела, поддерживается синтез новых веществ, совершается механическая работа, осмотические явления. В результате биологического окисления происходит окисление и выведение из клетки токсинов, обезвреживание чужеродных соединений (ксенобиотиков), регуляция обмена веществ.
В отличие от известных процессов окисления биологическое окисление протекает в мягких условиях, протекает в водной среде, является многоступенчатым процессом и катализируется ферментами, активность которых регулируется. Реакции протекают поэтапно, а образующуяся энергия запасается в виде АТФ. Выделяют следующие типы биологического окисления:
1. свободное, при котором вся энергия рассеивается в виде тепла, а не трансформируется в энергию макроэргических связей;
2. окисление, сопряженное с фосфорилированием АДФ – субстратное и окислительное фосфорилирование.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 3963; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!