Занятие 7

Тема: Биоэнергетические процессы: биологическое окисление, окислительное фосфорилирование, синтез АТФ. Хемиосмотическая теория окислительного фосфорилирования. Ингибиторы и разобщители окислительного фосфорилирования. Определение активности каталазы крови.

Актуальность. Биологическое окисление является основным молекулярным механизмом, который обеспечивает энергетические потребности организма. Оно реализуется сложными мультиферментными комплексами внутренней мембраны митохондрий, результатом действия которых является генерация макроэргических связей в молекуле АТФ. Биологическое окисление и сопряженное с ним окислительное фосфорилирование - основа биоэнергетических процессов в организме. Изучение свойств, особенностей действия и регуляции ферментов дыхательной цепи способствует правильному пониманию патологий, обусловленных нарушением биоэнергетических процессов при гипоэнергетических состояниях (гипоксия тканей в результате снижения концентрации кислорода в воздухе, нарушение работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем, анемии разного генеза, гиповитаминозы, голодание, действие разных ядов и др.).

Цель. Выучить биохимические основы процессов биологического окисления и окислительного фосфорилирования. Уметь трактовать роль биологического окисления, тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования в генерации АТФ в аэробных условиях; анализировать нарушение синтеза АТФ в условиях действия на организм человека патогенных факторов химического, физического, биологического происхождения; объяснить биохимические основы процессов обезвреживания эндогенных токсинов при участии ферментов микросомального окисления (цитохромов b₅ и Р-450). Ознакомиться с хемиосмотической теорией; ингибиторами и разобщителями окислительного фосфорилирования. Ознакомиться с методом определения активности каталазы крови и его клинико-диагностическим значением.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

1. Взаимосвязь процессов образования и потребления энергии в живых системах. Энергия химических связей как основной вид энергии, которую используют клетки для обеспечения жизнедеятельности.

2. Реакции биологического окисления: типы реакций, ферменты (дегидрогеназы, оксидазы, оксигеназы) и их биологическое значение. Современные представления о тканевом дыхании, его стадии.

3. Современные представления о структуре и функциях митохондрий.

4. Ферменты биологического окисления в митохондриях: пиридин- и флавинзависимые дегидрогеназы, цитохромы.

5. Последовательность передачи электронов в дыхательной цепи. Компоненты дыхательной цепи как окислительно-восстановительные пары кофакторов: НАД, флавопротеины, коэнзим Q, цитохромы, их редокс-потенциалы.

6. Молекулярные комплексы внутренних мембран митохондрий: НАДН-коэнзим Q-редуктаза; сукцинат-коэнзим Q-редуктаза; коэнзим Q-цитохром с-редуктаза; цитохром с-оксидаза. Пути включения восстановительных эквивалентов в дыхательную цепь митохондрий.

7. Окислительное фосфорилирование. Пункты сопряжения транспорта электронов и фосфорилирования. Коэффициент окислительного фосфорилирования.

8. АТФ-синтетаза митохондрий, строение и принципы её функционирования. F₀ и F₁ субъединицы АТФ-синтетазы, их функциональное значение.

9. Хемиосмотическая теория окислительного фосфорилирования.

10. Ингибиторы транспорта электронов (ротенон, амитал, барбитураты, антимицин А, цианиды) и разобщители окислительного фосфорилирования (2,4-динитрофенол, гормоны щитовидной железы, свободные жирные кислоты), их биомедицинское значение.

11. Пути синтеза АТФ в клетках: субстратное и окислительное фосфорилирование. Образование АТФ в клетках в анаэробных и аэробных условиях. Преимущества аэробного окисления питательных веществ. Автотрофные и гетеротрофные организмы.

12. Регуляция тканевого дыхания. Дыхательный контроль.

13. Нарушение синтеза АТФ при действии на организм человека патогенных факторов химического, биологического и физического происхождения.

14. Микросомальное окисление, его роль в организме.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Тканевое дыхание отличается от других видов биологического окисления обязательным участием в качестве акцептора водорода:

А. НАД.

В. ФАД.

С. О2.

D. НАДФ.

Е. ПВК.

2. Установлено, что цитохромы расположены в дыхательной цепи между КоQН₂ и кислородом. Что определяет последовательность их включения в дыхательную цепь?

А. Окислительно-восстановительный потенциал.

В. Молекулярная масса.

С. Наличие в структуре разных ионов металлов.

D. Количество пептидных цепей.

Е. Различия в структуре гема.

3. Электрохимический потенциал внутренней мембраны митохондрий образуется благодаря:

А. Функционированию АТФ-синтазы.

В. Анаэробному окислению субстратов.

С. Окислительному фосфорилированию.

D. Субстратному фосфорилированию.

Е. Функции дыхательной цепи.

4. Укажите показатель, с помощью которого оценивают энергоэффект реакции, полученный благодаря окислительному фосфорилированию.

А. Дыхательный контроль (АТФ/АДФ).

В. Коэффициент фосфорилирования (Р/О).

С. Отношение НАДН/НАД⁺.

D. Отношение КоQН₂/ КоQ.

Е. Отношение HSKoА/ацетил-КоА.

5. К тканевому дыханию имеют отношение все вещества, кроме:

А. Тиаминдифосфата.	D. Ниацина.
В. Рибофлавина.	Е. Пиридоксальфосфата.
С. Пантотеновой кислоты.

6. Субстратами микросомального окисления являются:

А. ПВК и ацетил-КоА.	С. Стероидные гормоны и холестерин.
В. Сукцинат и малат.	D. Изоцитрат и α-кетоглутарат.

7. Назначение дыхательной цепи в митохондриях:

А. Преобразование веществ и энергии.

В. Окисление веществ до СО₂ и Н₂О.

С. Обеспечение клеток НАД⁺ и ФАД.

D. Перенос атомов водорода с НАДН₂ на кислород с образованием

АТФ и воды.

Е. Перенос электронов на цитохромы.

8. Укажите пункт сопряжения окисления с фосфорилированием в дыха-тельной цепи, который блокируется при накоплении барбитурата в клетке.

А. ФМНН2ДГ → КоQ.	D. Цитохромоксидаза → 1/2O2.
В. КоQН2 → 2b(Fe3+).	Е. НАДН → ФМНДГ.
С. 2b(Fe2+) → 2c1(Fe3+).

9. Укажите пункт сопряжения окисления с фосфорилированием в дыхательной цепи, который блокируется при введении антибиотика антимицина А в клетку.

А. ФМНН2ДГ → КоQ.	D. Цитохромоксидаза → 1/2O2.
В. КоQН2 → 2b(Fe3+).	Е. НАДН → ФМНДГ.
С. 2b(Fe2+) → 2c1(Fe3+).

10. Укажите пункт сопряжения окисления с фосфорилированием в дыха-тельной цепи, который блокируется при накоплении оксида углерода (II) в клетке.

А. ФМНН2ДГ → КоQ.	D. Цитохромоксидаза → 1/2O2.
В. КоQН2 → 2b(Fe3+).	Е. НАДН → ФМНДГ.
С. 2b(Fe2+) → 2c1(Fe3+).

11. Экспериментальному животному ввели препарат, который устраняет градиент рН в матриксе и мембранном пространстве митохондрий с целью разобщения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Какое вещество было введено животному?

А. Динитрофенол.	С. Кетоновые тела.	Е. Соматотропин.
В. Холестерин.	D. Мочевина.