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

10 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

12633. Неуравновешенность роторов и их балансировка 329 KB
  В ней рассматриваются условия рационального подбора масс звеньев механизма, которые обеспечили бы полное или частичное уменьшение динамических давлений на некоторые кинематические пары механизма...
12634. Методы и средства контроля линейных величин Универсальные измерительные инструменты 4.62 MB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Методы и средства контроля линейных величин Универсальные измерительные инструменты. Цель работы: изучить методы и средства контроля линейных величин освоить методику измерений при помощи универсальных измерительных инструментов. К унив...
12635. Создание презентации 501.5 KB
  Лабораторная работа 5. Тема Создание презентации Запустите PowerPoint. Задание 1. Создать презентацию на тему Медицинская информатика Фамилия. Для этого выполните следующую последовательность действий. 1. Для создания презентации выберите команду Создать вмен...
12636. Эффективные способы создания презентаций. Использование электронных таблиц Excel в PowerPoint 262 KB
  Лабораторная работа № 5. Тема: Эффективные способы создания презентаций. Использование электронных таблиц Excel в PowerPoint. Создание электронных презентаций в MS PowerPoint происходит с минимальной затратой усилий. Процесс создания презентаций состоит из таких действий...
12637. Основные компоненты персонального компьютера 625.5 KB
  Лабораторная работа №1 Основные компоненты персонального компьютера. Цель работы: Изучить основные компоненты ПК; Изучить их предназначение. Задачи работы: Разобрать системный блок; Осмотреть маркировку компонентов; Изучить креплен...
12638. Обеспечение маркетинговой программы. Основные задачи планирования 179.09 KB
  Оглавление Введение Пробный заголовок. Финансирование маркетинга. Обеспечение маркетинговой программы. Планирование маркетинга. Основные задачи планирования. Маркетинговые программы. Вывод. В условиях жесткой конкуренции..
12639. Законы сохранения - баллистический маятник 15.17 KB
  Лабораторная работа №4 Законы сохранения баллистический маятник Используя математический баллистический маятник определяют скорость снаряда пушки и сравнивают с результатами измерений по времени полета. Необходимые данные для расчетов: Масса мишени с пласти...