84842

Биологическое окисление. Тканевое дыхание. Окислительное фосфорилирование

Лекция

Биология и генетика

Жизнь высших организмов полностью зависит от поступления в организм кислорода, который используется в основном в процессе аккумуляции клеткой энергии в виде АТФ - окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование позволяет аэробным организмам улавливать значительное количество...

Русский

2015-03-22

24.91 KB

11 чел.

Тема 8 Биологическое окисление. Тканевое дыхание. Окислительное фосфорилирование.

Актуальность темы

Окислительно-восстановительные ферменты обеспечивают протекание реакций, связанных с переносом электронов и протонов и лежат в основе образования макроэргических соединений. Исследование их функционирования важно для глубокого понимания механизмов тканевого дыхания и его роли при различных функциональных состояниях организма, а также с целью его коррекции фармацевтическими препаратами.

Жизнь высших организмов полностью зависит от поступления в организм кислорода, который используется в основном в процессе аккумуляции клеткой энергии в виде АТФ - окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование позволяет аэробным организмам улавливать значительное количество потенциальной свободной энергии окисления субстратов. Нарушение нормального протекания этого процесса не совместимо с жизнью, поэтому количество генетических нарушений, которые связаны с этой системой, незначительна.

Процессы катаболизма и анаболизма соединены через макроэргические соединения, образующиеся в тканевом дыхании, что обеспечивает передачу химической энергии от екзергоничних к ендергоничних процессов, а также преобразования ее в другие виды энергии (механическую, тепловую и др.)

Биологическое окисление является конечным этапом распада углеводов, липидов и белков в живых организмах. Оно реализуется мультиэнзимных комплексами внутренних мембран митохондрий, сопровождается поглощением кислорода и выделением СО2, воды и энергии, которая частично аккумулируется в связях АТФ, синтезируемого.

Биоэнергетические процессы конечной фазой катаболизма молекул в живых клетках, реализуется сложными ферментными комплексами внутренней митохондриальнои мембраны. Результатом этих реакций является генерация макроэргических связей в молекулах АТФ - основного поставщика энергии для всех ендергоничних процессов в живой клетке.

Таким образом, главным признаком живой клетки, определяет ее термодинамический стабильное состояние, является постоянный обмен веществ и энергией с внешней средой. С другой стороны, необходима постоянная регуляция метаболических путей, которые обеспечивают организм «топливом», потому что оно должно постоянно поступать при различных условиях, включая патологию. Понимание молекулярных механизмов энергетического обмена должно помочь студенту-медику в следующем изучении ряда разделов патологической физиологии, фармакологии, терапии, эндокринологии.

Цель занятия:

  1.  уметь толковать понятие биологическое окисление, "тканевое дыхание" и окислительное фосфорилирование и объяснять биохимические основы процессов генерации энергии в клетке.
  2.  усвоить основные принципы организации дыхательной цепи митохондрий.
  3.  овладеть методами исследования действия оксидоредуктаз

Конкретные цели:

  1.  характеризовать типы реакций биологического окисления, изображать схемы реакций.
  2.  Трактовать роль биологического окисления, тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования в генерации АТФ при аэробных условиях.
  3.  Охарактеризовать ферменты биологического окисления в митохондриях: пиридин, флавинзалежни дегидрогеназы, цитохромы.
  4.  Изображать последовательность переносчиков митохондриального цепи транспорта электронов и объяснять принципы его функционирования.
  5.  Объяснять механизмы объединения окисления с процессом аккумулирования энергии в макроэргических связях АТФ.
  6.  Рассчитывать коэффициент окислительного фосфорилирования.

Теоретические вопросы

1 Фазы высвобождения энергии из потребительских веществ.

2 Биологическое окисление, его характеристика.

3 Реакции биологического окисления и их функциональное значение:

• дегидрогеназную;

• оксидазные;

• оксигеназни (моно и диоксигеназная).

4 Пиридинзалежни дегидрогеназы. Строение НАД + и НАДФ +. Их значение в реакция окисления и восстановления.

5 Флавинзалежни дегидрогеназы. Строение ФАД и ФМН. Их роль в реакциях окисления и восстановления.

6 Цитохромы и их роль в тканевом дыхании. Строение их простетической группы.

7 Молекулярная организация цепи транспорта электронов (дыхательной цепи) митохондрий:

• компоненты дыхательной цепи митохондрий;

• последовательность переносчиков электронов в дыхательной цепи;

• роль редокс-потенциалов в транспорте электронов и протонов.

8 Ингибиторы дыхательной цепи, механизм их действия, влияние на организм.

9 Понятие о окислительное фосфорилирование. Высвобождение энергии в дыхательной цепи и пункты сопряжения окисления с фосфорилированием. Коэффициент окислительного фосфорилирования.

Практическая работа

Опыт 1 Определение активности каталазы крови

Принцип метода: Каталаза (Н2О2: Н2О2-оксидоредуктазы) расщепляет пероксид водорода с образованием молекулярного кислорода и воды:

                                                                Каталаза

    2Н2О2                                 О2 + 2Н2О.

Простетическая группа каталазы построена по типу гема гемоглобина. Этот фермент содержится во всех тканях организма, но наиболее активен он в эритроцитах и печени. Биологическая роль каталазы заключается в обезвреживании пероксида водорода, который образуется в процессе окислительно-восстановительных реакций в организме.

Активность каталазы крови устанавливают по количеству разложенного пероксида водорода за единицу времени. Количество пероксида водорода определяют титрометрическим методом согласно реакцией 2КмnO4 + 5H2O2 + 4H2SO4 → 2KHSO4 + 2MnO4 + 8H2O + 5O2.

Разница количества КМnO4, который использовали на титрование до и после действия каталазы, характеризует активность фермента.

Активность каталазы выражают каталазная числом и показателем каталазы. Каталазная числом называется количество миллиграммов пероксида водорода, которая разлагается каталазой в 1 мкл крови за 30 мин. Показателем каталазы называют дробь, в котором числителем является каталазная число, а знаменателем - число миллионов эритроцитов в 1 мкл исследуемой крови. Более объективной единицей является показатель каталазы, а не каталазная число, поскольку фермент оказывается почти исключительно в эритроцитах.

      Ход работы: В две колбочки вливают по 1 мл разведенной в 1000 раз крови (1 мл гемолизаты содержит 1 мкл крови, добавляют по 7 мл дистиллированной и по 2 мл 1% раствора пероксида водорода. В контрольную пробу (первая колбочках) сразу же наливают 5 мл 10% раствора серной кислоты (действие каталазы в кислой среде прекращается). колбочки оставляют при комнатной температуре на 30 мин, периодически перемешивая. Затем во вторую колбочку (опыт) приливают 5 мл 10% раствора Н2SО4. Содержание каждой колбочки титруют 0,1 н раствором КМnО4 до розового цвета. Рассчитывают каталазная число (КЧ) по формуле

КЧ = (А-В) · 1,7,

где А - количество 0,1 н КМnО4, использованное на титрование контрольной пробы;

В - количество 0,1 н КМnО4, использованное на титрование опытной пробы.

Примечание. Грамм-эквивалент Н2О2 = 17 г.

Итак, в 1 мл 0,1 н раствора содержится 1,7 мг Н2О2. поскольку

1 мл 0,1 н КМnО4 эквивалентный 1 мл 0,1 н Н2О2, то, умножив 1,7 мг на разницу между количеством КМnО4, затраченной на титрование контрольной и опытной проб, получают количество миллиграммов Н2О2, которая расщепляется в 1 мкл крови, то есть непосредственно каталазная число.

Объяснить полученный результат. Сделать вывод.

  Клинико-диагностическое значение. В норме КЧ колеблется от 10 до 15 единиц.

Активность каталазы снижается при анемии, туберкулезе, раковых заболеваниях; повышается в условиях токсического гепатита, действия ионизирующего излучения, солей тяжелых металлов.

Литература

Основная:

1 Губский Ю. И. Биологическая химия. - Киев-Тернополь: Укрмедкнига, 2000 - 508 с.

2 Воронина Л.Н., Десенко В.Ф., Мадиевского Н.М. и др. Биологическая химия. - Харьков: Основа. - 608 с.

3 Гонский Я.И., Максимчук Т.П., Калинский М.И. Биохимия человека. - Тернополь: Укрмедкнига, 2002 - 744 с.

Дополнительная: 

1 Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф, Биологическая химия. - Москва: Медицина, 1998 -

       701 с

2 Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. - Москва: Мир, 2000 - 470 с.

3 Марри Р., Греннера Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. т. 1 - М .: Мир, 2004. - 381 с.

4 Хмелевский Ю.В., Губский Ю.И., Зайцева С.Д. и др. Биологическая химия: Практикум. - К .: Высшая школа, 1985. - 212 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84281. Пропионовокислое брожение. Химизм процесса, возбудители. Практическое использование пропионовокислого брожения 30.49 KB
  Практическое использование пропионовокислого брожения Пропионовокислое брожение вызывается пропионовокислыми бактериями относящимися к роду Propionibcterium. Химизм пропионовокислого брожения: ЗС6H12О6 → 4СНзCH2СООН 2СНзСООН 2CO2 2H2O Е глюкоза пропионовая уксусная кислота кислота Пропионовокислые бактерии небольшие неподвижные грамположительные палочки не образующие спор факультативные анаэробы. Практическое применение пропионовокислого брожения Пропионовокислое брожение используется в сыроделии.
84282. Маслянокислое брожение. Химизм процесса. Возбудители. Практическое использование и роль в процессах порчи пищевых продуктов 32.61 KB
  Эти бактерии могут сбраживать многие углеводы, в т.ч. (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, целлюлозу), спирты (этиловый, маннит, глицерин) и аминокислоты. По характеру используемых субстратов маслянокислые бактерии делятся на две группы: сахаролитические клостридии, которые сбраживают в основном углеводы
84283. Уксуснокислое брожение. Химизм процесса. Возбудители. Практическое использование и роль в процессах порчи пищевых продуктов 31.83 KB
  Возбудителями уксуснокислого брожения являются уксуснокислые бактерии относящиеся к двум родам: Gluconobcter и cetobcter. Бактерии кислотоустойчивы оптимальное значение рН для развития 5463. С другой стороны уксуснокислые бактерии являются вредителями спиртового пивоваренного консервного производств виноделия производства безалкогольных напитков.
84284. Окисление жиров и высших жирных кислот микроорганизмами. Микроорганизмы - возбудители порчи жиров 32.33 KB
  Микроорганизмы возбудители порчи жиров Жиры представляют собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. Практическое значение процесса Процесс разложения жиров отмерших животных и растений происходит постоянно и имеет большое значение в круговороте веществ в природе. С другой стороны в пищевой промышленности микроорганизмы окисляющие жиры приносят вред вызывая порчу пищевых жиров и жира содержащихся в различных пищевых продуктах.
84285. Гнилостные процессы. Понятие об аэробном и анаэробном гниении. Возбудители. Роль гнилостных процессов в природе, в пищевой промышленности 33.82 KB
  Белки высокомолекулярные соединения поэтому вначале они подвергаются внеклеточному расщеплению протеолитическими ферментами микроорганизмов которые являются экзоферментами. Конечными продуктами аэробного гниения являются кроме аммиака диоксид углерода сероводород и меркаптаны обладающие запахом тухлых яиц. Конечными продуктами анаэробного гниения являются продукты декарбоксилирования аминокислот отнятие карбоксильной группы с образованием дурно пахнущих веществ: индола акатола фенола крезола диаминов их производные являются...
84286. Характеристика пищевых заболеваний. Отличия пищевых инфекций от пищевых отравлений 27.71 KB
  Отличия пищевых инфекций от пищевых отравлений Пищевые алиментарные заболевания заболевания причиной которых служит пища инфицированная токсигенными микроорганизмами или токсинами микробов рис.1 Сравнительная характеристика пищевых заболеваний № Пищевые инфекции Пищевые отравления 1. Возбудители в пищевых продуктах не размножаются но могут длительное время сохраняться.
84287. Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы. Их основные свойства. Химический состав и свойства микробных токсинов 34.57 KB
  Химический состав и свойства микробных токсинов Возбудителями пищевых инфекций являются патогенные микроорганизмы к основным свойствам которых относятся: Патогенность потенциальная способность определенного вида микробов приживаться в макроорганизме размножаться и вызывать определенное заболевание. Все патогенные микроорганизмы относятся к хемоорганогетеротрофам которые в качестве источника углерода и азота используют органические соединения из живых клеток паразиты. Возбудителями пищевых отравлений являются условнопатогенные...
84288. Инфекции. Источники и пути передачи инфекции. Виды пищевых инфекций и характеристика возбудителей. Профилактика пищевых инфекций 39.59 KB
  Источники и пути передачи инфекции. Источники инфекции больной человек или животное а также бактерио бацилло и вируносители люди и животные невосприимчивые к данному заболеванию а также перенесшие это заболевание. Пути передачи инфекции: Прямой контакт от больного человека к здоровому. Пищевые инфекции такие инфекционные заболевания при которых пищевые продукты являются только передатчиками токсигенных микроорганизмов.
84289. Понятие об иммунитете. Виды иммунитета. Вакцины и сыворотки 29.58 KB
  Виды иммунитета. Вакцины и сыворотки Иммунитет невосприимчивость макроорганизма к инфекционным заболеваниям и чужеродным антигенам. Иммунитет может быть инфекционный и неинфекционный.