Лабораторно-практическое занятие № 7
Тема: Общие пути катаболизма. Биологическое окисление. Пути синтеза АТФ.
Цель:Изучить общие пути превращения веществ и энергии в клетке и в организме в целом. Уяснить основную функцию биологического окисления: обеспечение организма энергией в доступной для использования форме (прежде всего в виде АТФ) в норме и при патологии. Разобрать варианты синтеза макроэргических соединений. Установить пути образования активных формы кислорода; сформулировать признаки свободно-радикальных процессов, антиоксидантной защиты в организме.
Значение темы:Отличительной особенностью живых систем является их способность потреблять из окружающей среды питательные вещества, превращать в соединения собственного организма и окислять их с помощью вдыхаемого кислорода с высвобождением энергии. Часть этой энергии запасается в химических связях макроэргических соединений, важнейшим из которых является АТФ. Изучение механизмов синтеза и использования АТФ имеет важное значение для понимания энергетических аспектов различных метаболических процессов.
Исходный уровень:
1. Понятие об аэробных и анаэробных процессах.
2. Понятие об эндэргических и экзэргических реакциях.
3. Виды гидролиза.
4. Окислительно-восстановительные реакции. Электронодоноры и электроноакцепторы. Окислительно-восстановительный потенциал.
5. Особенности строения и свойства сопряженных систем, гетероциклов.
6. Строение и функции митохондрий, микросом.
7. Строение и механизм действия ферментов, регуляция их активности.
8. Классификация ферментов, характеристика оксидоредуктаз.
9. Сложные белки. Строение простетических групп.
Вопросы для самоподготовки:
1. Сущность понятий: метаболизм, анаболизм, катаболизм.
2. Три фазы катаболизма (гидролиз, специфические и общие пути распада), их назначение, энергетическая ценность.
3. Понятие об общих ключевых метаболитах организма человека (ацетил-КоА, ПВК).
4. Понятие о макроэргах, их классификация. Универсальная энергетическая "валюта" организма АТФ. Строение, функции, биологическая роль АТФ.
5. Виды фосфорилирования, их характеристика.
6. Особенности строения митохондриальных мембран.
7. Сущность биологического окисления. Локализация процесса в клетке. Природа окисляемого субстрата.
8. Характеристика промежуточных переносчиков электронно-транспортной цепи.
9. Механизмы работы первичных и вторичных дегидрогеназ, убихинонов, цитохромов.
10. Очаги высвобождения энергии в биологическом окислении. Причины их каскадообразного выделения.
11. Общая схема электронно-транспортной цепи.
12. Основные пути утилизации энергии биологического окисления. Терморегуляторная функция тканевого дыхания.
13. Регуляция биологического окисления.
14. Молекулярные механизмы окислительного фосфорилирования (теория Митчелла).
15. Образование активных форм кислорода, механизмы их повреждающего действия. Антирадикальная защита ферментативной и неферметативной природы.
16. Патология биологического окисления. Влияние разобщающих агентов, ингибиторов и активаторов.
17. Принципы профилактики и коррекции патологии биологического окисления.
18. Альтернативные пути биологического окисления; оксигеназный путь, его роль. Микросомальные моно- и диоксигеназы.
Литература
Основная:
1. Лекции «Общие пути катаболизма. Тканевое дыхание».
2. Биологическая химия : Учебник / Е.С. Северин, Т.Л. Алейникова, Е.В. Осипов, С.А. Силаева. – М. : ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. – С. 117 – 126.
3. Николаев А.Я. Биологическая химия. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицинское информационное агентство, 2004. - С. 224-235.
4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 1998. - С. 305-316.
5. Ситуационные задачи по биохимии: Учебное пособие для студентов лечебного и педиатрического факультетов // Никитина Л.П., Гомбоева А.Ц., Соловьева Н.В. и др. – 2-е изд., испр. и доп. - Чита, 2003. – С. 8-9.
6. Учебное пособие "Биохимия: Энергетика общих путей катаболизма». - Чита, 2009. - С. 3-35.
Дополнительная:
1. Биохимия / Под ред. Е.С. Северина. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2005 (2003). - С.264-294.
2. Биологическая химия: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. завед / Под ред. Ковалевской. – М.: Издат. Центр «Академия», 2005. – С.116-136.
3. Биохимия (в вопросах и ответах) (учебное пособие для студентов мед. вузов) / Т.П.Вавилова, Евстафьева О.Л. – М.: ВЕДИ, 2005. – С.33-45.
4. Биохимия. Тесты и задачи: Учеб. пособие для студ. мед. вузов / Под ред. Е.С.Северина. – М.: ВЕДИ, 2005. – С.125-135.
5. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами / Под ред. Е.С.Северина. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. - С.111-131; 369-374.
6. Гринстейн Б., Гринстейн А. Наглядная биохимия. Пер. с англ. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. – С. 84-86.
7. Щербак И.Г. Биохимия: Учебник. – СПб.: СПбГМУ, 2005. – С.139 -159.
8. Регуляция скорости дыхания митохондрий. Токсичность кислорода; образование активных форм кислорода (АФК). Механизмы защиты от токсического действия кислорода. Микросомальное окисление. (Методичка для самостоятельной работы).
9.Характеристика основных периодов развития человека: антенатальный (система мать-плацента-плод); постнатальный (неонатальный, грудной, ранний детский, дошкольный, пубертатный). Особенности метаболизма и нормы питания детей разных возрастов. Значение оптимального обеспечения детского организма незаменимыми факторами питания. (Методичка для самостоятельной работы).
10.Транзиторные состояния новорождённости. Критические периоды развития ребёнка и характеристика их обмена веществ. (Методичка для самостоятельной работы).
Лабораторная работа
Биологическое окисление - процесс транспорта электронов и протонов от окисляемого субстрата через ряд промежуточных переносчиков на кислород с образованием воды и каскадообразным высвобождением энергии. Порядок, в котором происходит передача заряженных частиц от одного посредника к другому, определяется их окислительно-восстановительными потенциалами.
7.1. Сопоставление редокс-потенциалов рибофлавина и метиленового синего
Ход определения
В пробирку налейте 5-6 капель воды, 1 каплю взвеси (0,025% суспензия) рибофлавина и (по каплям) 0,01% раствор метиленового синего до появления синего или зеленоватого окрашивания смеси. Опустите в раствор кусочек цинка и добавьте 1 каплю концентрированной соляной кислоты. Выделяющийся водород начинает уменьшать редокс-потенциал системы, происходит восстановление метиленового синего и рибофлавина. Восстановление первого из них происходит быстрее, поэтому цвет смеси становится вначале зеленым, затем зеленовато-желтым и. наконец, бледно-желтым или розоватым. Эту жидкость слейте в другую пробирку и наблюдайте за изменением окраски. Водород больше не отделяется. Восстановленная форма рибофлавина через метиленовый синий передает электроны и протоны на кислород воздуха и раствор желтеет. После этого происходит окисление лейкоформы метиленового синего и содержимое пробирки меняет цвет через зелёный на синий.
7.2. Качественное определение активности сукцинатдегидрогеназы мышц
Сукцинатдегидрогеназа (СДГ) окисляет янтарную кислоту (сукцинат) в фумаровую (фумарат). В условиях опыта в качестве акцептора водорода используется натриевая соль 2.6-дихлорфенолиндофенола. В водном растворе окисленная форма 2,6-дихлорфенолиндофенола окрашена в синий цвет. Активность СДГ мышц определяют, добавляя к мышечной кашице растворы янтарной кислоты и натриевой соли окисленного 2,6-дихлорфенолиндофенола. Если СДГ работает, интенсивность синей окраски ослабляется благодаря образованию восстановленной (бесцветной) лейкоформы 2,6-дихлорфенолиндофенола.
Ход определения
В две пробирки отмерьте по 3 мл фосфатного буфера (рН 7.4). В опытную пробирку добавьте 5 капель 5% раствора янтарной кислоты и (для нейтрализации) 5 капель 0.1 н. раствора едкого натра. В контрольную - прилейте 10 капель воды. В обе пробирки добавьте по 1,0 мл 0.001н. раствора 2,6-дихлорфенолиндофенола и по 50 мг измельченной икроножной мышцы лягушки. Обе пробирки инкубируйте 20 мин в термостате при 37°С. Сравнивая интенсивность окрасок в опыте и контроле, сделайте выводы.
7.3. Действие пероксидазы крови
Гемопероксидазы - энзимы, катализирующие окисление веществ с помощью пероксида водорода. От субстратов под действием пероксидазы переносятся электроны и протоны на пероксид водорода и образуются окисленный субстрат и вода. Пероксидазы относятся к геминовым ферментам (в состав их простетичсской группы входит гем). В организме животных и человека гемопротеиды: гемоглобин, миоглобин и цитохромы - обладают слабой пероксидазной активностью. Об активности данных энзимов можно судить по изменению цвета бензидина. Окисленный бензидин приобретает зелёную, синюю, постепенно переходящую в бурую окраску.
Ход определения
В две пробирки налейте по 5 капель 1% раствора бензидина и по 5 капель 3% раствора пероксида водорода. В первую пробирку добавьте 5 капель разбавленной крови, во вторую - 5 капель воды. Отметьте изменение окраски и сделайте вывод.