Задания

1. Подберите к каждому ферменту ЦПЭ соответствующий кофермент:

1) НАДН-дегидрогеназа; 2) QН₂-дегидрогеназа;

3) цитохромоксидаза; 4) сукцинатдегидрогеназа.

а) ФАД; б) гем; в) ФМН; г) гем, Сu²⁺.

2. Укажите правильный порядок этапов превращения энергии в организме человека при синтезе АТФ путем окислительного фосфорилирования:

а) энергия химических связей веществ, поступающих с пищей; б) энергия электронов в восстановленных коферментах НАДН и ФАДН₂; в) энергия электронов, проходящих чрез компоненты ЦПЭ; г) энергия протонного мембранного потенциала на внутренней мембране митохондрий; д) энергия макроэргических связей АТФ.

3. Все перечисленные утверждения правильно характеризуют механизм окислительного фосфорилирования, кроме:

а) в процессе функционирования ЦПЭ проиходит перенос протонов через внутреннюю мембрану в митохондриальный матрикс; б) энергия переносимых по ЦПЭ электронов трансфоримруется в энергию протонного электрохимического потенциала;
в) однонаправленный транспорт Н⁺ в межмембранное пространство создает градиент концентрации протонов; г) протонофоры разобщают дыхание и фосфорилирование;
д) энергия элекрохимического потенциала используется для синтеза АТФ.

4. Напишите реакцию, катализируемую пируваткарбоксилазой. Объясните причину глубоких нарушений энергетического обмена у людей с генетическим дефектом пируваткарбоксилазы. Почему для этих состояний характерно накопление молочной кислоты в крови пациентов?

5. Длительное использование разобщающего агента 2,4-динитрофенола как препарата в борьбе с ожирением имело негативные последствия: развивалось недомогание, повышалась температура тела, в некоторых случаях наблюдался летальный исход. На чем основывалось применение 2,4-динитрофенола в качестве препарата, снижающего массу тела? Объясните причины развивающихся осложнений.

6. При дефиците витаминов группы В возможно снижение процесса окислительного декарбоксилирования пирувата. Объясните причину этого снижения.

7. Заполните таблицу «Ферментные комплексы цепи передачи электронов».

 

Название ферментного комплекса	Донор электронов	Акцептор электронов	Ингибитор

8. Заполните таблицу «Пируватдегидрогеназный комплекс млекопитающих».

 

Фермент	Число мономеров	Кофермент	Витамин

9. У людей, страдающих хроническим алкоголизмом, часто развивается гиповитаминоз В₁, так как алкоголь нарушает всасывание этого витамина. У таких больных развивается заболевание бери-бери. Объясните: а) скорость какой реакции общего пути катаболизма будет снижена и почему? б) почему у этих больных пируват восстанавливается до лактата и развивается лактат-ацидоз?

в) сравните скорость окислительного фосфорилирования у этих больных и у здоровых людей. Ответ поясните.

10. Определите количество молей АТФ, синтезируемое за счет дегидрирования 1 моль пирувата. Для этого напишите суммарное уравнение окислительного декарбоксилирования пирувата, покажите путь водорода от восстановленного кофермента до кислорода, приведите определение коэффициента окислительного фосфорилирования и рассчитайте его для данной реакции.

11. Заполните таблицу «Компоненты митохондриальной цепи передачи электронов».

 

Фермент	Кофермент	Активная часть кофермента
Окисленная форма	Восстановленная форма
НАД-зависимые дегидрогеназы
ФАД-зависимые дегидрогеназы
НАДН-дегидрогеназа
QH2-дегидрогеназа	Гем (Fe3+)
Цитохромоксидаза	Гем (Fe3+), Cu2+
Неферментный переносчик электронов

12. К каждой реакции подберите соответствующий фермент:

1) Субстрат-Н₂ + НАД⁺ ® Субстрат + НАДН + Н⁺

2) QH₂ + 2 цитохрома с (Fe³⁺) ® Q + 2 Н⁺ + 2 цитохрома с (Fe²⁺)

3) НАДН + Н⁺ + Q ® НАД⁺ + QH₂

4) Сукцинат + Q ® фумарат + QH₂

а) НАД-зависимая дегидрогеназа; б) QН₂-дегидрогеназа;

в) ФАД-зависимая дегидрогеназа; г) НАДН-дегидрогеназа.

13. Определите количество моль АТФ, синтезируемое за счет дегидрирования 1 моль ацетил-КоА. Для этого напишите суммарное уравнение окисления ацетил-КоА, покажите путь водорода от восстановленных коферментов до кислорода, приведите определение коэффициента окислительного фосфорилирования и рассчитайте его для данной реакции.

14. На схеме окисления малата ферментные комплексы обозначены цифрами. Подберите к каждой цифре соответствующее название фермента, обозначенного буквой:

а) цитохромоксидаза; б) малатдегидрогеназа;

в) QН₂-дегидрогеназа; г) НАДН-дегидрогеназа.

15. Какие реакции протекают в электронотранспортной цепи? Приведите значения редокс-потенциалов соответствующих веществ.

а) НАДН + Н⁺ + Q ® НАД⁺ + QH₂

б) Сукцинат + Q ® фумарат + QH₂

в) QH₂ + 2 цитохрома с (Fe³⁺) ® Q + 2 Н⁺ + 2 цитохрома с (Fe²⁺)

г) Малат + НАД⁺ ® оксалоацетат + НАДН + Н⁺

16. Сколько моль АТФ может синтезироваться при окислении 1 ммоль субстрата в указанных реакциях и почему?

1) Пируват ® СО₂ + Н₂О

2) Ацетил-КоА → СО₂ + Н₂О

3) Пируват ® Ацетил-КоА

4) Сукцинат ® ЩУК.

17. Пациент, страдающий болезнью Грейвса (гипертирозом), предъявляет жалобы на чувство жара. Поясните, почему?

18. В двух образцах мышечной ткани - сокращающейся и находящейся в состоянии покоя - определено содержание АТФ. В сокращающейся мышце оно составило 0,05 ммоль/г ткани, в другой – 5 ммоль/г ткани. В какой из мышц ЦТК будет протекать интенсивнее? Обоснуйте ответ.

19. Подсчитайте, сколько молекул воды потребуется для утилизации 12 молекул активного ацетата в ЦТК. Сколько молекул АТФ будет при этом образовано?

20. Сукцинил-КоА, образующийся в ЦТК, является продуктом, идущим на синтез гема. Если сукцинил-КоА используется в пластических целях, каков будет энергетический выход ЦТК?

21. В изолированно работающей клетке реакции ЦТК протекают до образования
α–кетоглутарата, который используется в реакциях переаминирования. Сколько молекул АТФ будет образовываться в минуту, если ежесекундно утилизируется 30 молекул ацетил-КоА?

22. Назовите соединения и укажите разобщитель окислительного фосфорилирования:

23. Непосредственно в реакциях цикла Кребса кислород не участвует. Объясните, почему цикл Кребса ингибируется в отсутствии кислорода.

24. После перенесенного тяжелого заболевания у больного наблюдались похудение, упадок сил, повышенная утомляемость, сердцебиение, одышка. Врач порекомендовал больному витамины группы В. Обоснуйте назначение врача.

25. При изучении тканевого дыхания мышц in vitro в качестве субстрата окисления использовали сукцинат. Дополнительное введение в эту среду малоновой кислоты прекращало поглощение кислорода и приводило к накоплению промежуточного метаболита цикла Кребса. Какова причина остановки дыхания?

26. Увеличение концентрации АТФ и НАДН₂ приводит к уменьшению скорости цикла трикарбоновых кислот. Активность каких ферментов снижается при увеличении концентрации АТФ и НАДН₂ в клетке? Каков механизм ингибирующего эффекта?

27. В гомогенат печени, использующей в качестве субстрата окисления глюкозу, внесли ингибитор цитохрома аа₃. Как изменится эффективность синтеза АТФ, концентрация молочной кислоты, выделение углекислоты?

28. Как влияет энергетический потенциал клетки (АДФ/АТФ) на скорость цикла трикарбоновых кислот? Ответ обоснуйте. Напишите реакции цикла, чувствительные к изменению энергетического потенциала.

29. При передозировке барбитуратов (амитала) значительно снижается скорость реакций цитратного цикла. Используя схему регуляции цитратного цикла и схему ЦПЭ, ответьте на вопросы:

а) какие реакции цитратного цикла окажутся заблокированы в этих условиях?

б) что является причиной торможения реакций?

30. Изобразите схему цитратного цикла. Отметьте реакции, катализируемые регуляторными ферментами. Внесите в схему названия аллостерических эффекторов (активаторов и ингибиторов) для этих ферментов.

31. Если к суспензии митохондрий, использующих для окисления пируват, добавить малонат натрия, то скорость дыхания резко снижается, и накапливается один из промежуточных продуктов метаболизма. Какова структура накапливающегося промежуточного продукта? Почему он накапливается? Почему прекращается потребление кислорода?

32. Оцените энергетический эффект реакций окисления малата и сукцината.

33. Как изменится коэффициент Р/О, если:

а) в инкубационную смесь добавить ингибитор НАДН-дегидрогеназы;

б) вместе с этим ингибитором добавить сукцинат;

в) вместе с ингибитором добавить аскорбиновую кислоту, которая может окисляться цитохромом с?

34. Подберите ферменты к соответствующим реакциям:

А. Пируваткарбокислаза.

Б. Пируватдекарбоксилаза.

В. Дигидролипоилдегидрогеназа.

Г. Дигидролипоилтрансацетилаза.

Д. Сукцинатдегидрогеназа.

 

33. В суспензию митохондрий добавили 2 ммоль цитрата и 2 ммоль АДФ. Скорость окисления субстрата измеряли по поглощению кислорода. Объясните, почему через некоторое время реакция прекратилась. Сколько моль субстрата осталось неокисленным? Какое вещество (или вещества) можно добавить, чтобы реакция возобновилась?

Вопросы к коллоквиуму по модулю «Биологическое окисление.
Общий путь катаболизма»

1. Сущность понятий: метаболизм, анаболизм, катаболизм. Три фазы катаболизма (переваривание, специфические и общие пути катаболизма), их назначение, энергетическая ценность. Понятие о ключевых метаболитах организма человека (ацетил-КоА, ПВК).

2. Сущность процесса биологического окисления. Локализация процесса в клетке. Роль кислорода воздуха в дегидрировании (окислении) субстратов.

3. Макроэргические соединения, их классификация, химическое строение, образование и функции. Универсальная энергетическая "валюта" организма - АТФ, ее строение, функции, биологическая роль.

4. Окислительное и субстратное фосфорилирование. Современные представления о механизме окислительного фосфорилирования.

5. Современные представления о механизме тканевого дыхания. Строение электронотранспортной цепи: 4 звена электронотранспортной цепи, их характеристики.

6. Очаги высвобождения энергии в биологическом окислении. Причины каскадообразного выделения энергии в электронотранспортной цепи. Коэффициент фосфорилирования.

7. Энергетический заряд клетки. Регуляция биологического окисления.

8. Разобщение дыхания и фосфорилирования. Теплопродукция. Бурый жир.

9. Патология биологического окисления и биоэнергетических процессов. Влияние разобщающих агентов, ингибиторов и активаторов.

10. Токсичность кислорода, его активные формы.

11. Механизм свободнорадикальных процессов в клетке, их значение для организма.

12. Ферменты каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутаза – значение в обезвреживании активных форм кислорода.

13. Механизмы защиты от свободнорадикального окисления при участии низкомолекулярных антиоксидантов.

14. Микросомальное окисление. Компоненты системы микросомального окисления. Значение для организма.

15. Общая схема окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты (ПВК), локализация процесса. Строение пируватдегидрогеназного комплекса.

16. Механизм окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. Регуляция процесса окислительного декарбоксилирования ПВК.

17. Строение субстратов, последовательность реакций, ферменты цикла трикарбоновых кислот (цикл Кребса).

18. Роль реакций дегидрирования в цикле Кребса. Взаимосвязь ЦТК, биологического окисления и энерговысвобождающих процессов. Энергетическая ценность реакций цикла.

19. Регуляция цикла Кребса.

20. Анаболические функции цикла Кребса. Анаплеротические реакции.