Биохимия. Билет 1 Сравните механизм окислительного и субстратного фосфорилирования. Опишите механизмы, преобладающие в митохондриях
 Скачать 72.99 Kb.
|
|
Билет 1 1. Сравните механизм окислительного и субстратного фосфорилирования. Опишите механизмы, преобладающие в митохондриях. 1) Окислительное фосфорилирование – механизм образования АТФ за счет энергии градиента электрохимического потенциала, образующегося в результате работы комплексов дыхательной цепи митохондрий. Эти комплексы используют энергию переноса электронов для перекачивания протонов из матрикса в межмембранное пространство (на каждые два переносимых электрона комплексы I, III и IV переносят 10 протонов). Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для протонов. 2) Субстратное фосфорилирование - синтез АТФ за счёт энергии гидролиза макроэргической связи субстрата (пример: фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции анаэробного гликолиза). Для митохондрий характерно ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ. V комплекс ВММ фермент протонная АТФ-синтаза. V комплекс – молекулярная турбина, которая вращается под действием Н+: ножка – 11111Fo (o – олигомицин) – протонный канал во ВММ; головка – F1 – 9 субъединиц 5 типов: 3 α, 3 β, 1 ꙋ, 1 δ, 1ε; o субъединица ꙋ - стержень (вращает F1); o субъединицы ε и δ - соединяют F1 и Fo; В F1 идёт синтез АТФ (AДФ + Фн) только когда Н+ поступают через Fo. Если Н + нет, F1 работает как АТФ-аза, т.е. расщепляет АТФ до АДФ и Фн. Также синтез не идёт, если отделить Fo от F1. Энергия движения Н + используется на изменение конформации активного центра АТФсинтазы, что сопровождается синтезом АТФ, а затем её высвобождением. Синтез АТФ идёт на β-субъединицах (их 3). β-субъединицы имеют 3 конформации: L (loose, свободная) – связывает АДФ и Фн; T (tight, сжатая) – синтез АТФ; О (open, открытая) – выброс АТФ из активного центра. Поворот на 120 - 1 АТФ (поворачивают 3 Н+ ). Роль α-субъединиц неизвестна. Возможно, отделяют друг от друга β-субъединицы (прокладка, амортизаторы). АТФ с помощью транслоказы адениловых нуклеотидов (АТФ-АДФ-транслоказа; антипорт) перемещается в МПП и далее в цитозоль. В ответ в матрикс мтх поступают АДФ и Фн. Всего на процесс синтеза, высвобождения и выброса в цитозоль АТФ расходуется 4 протона: 3 Н+ – изменение конформации АТФ-синтазы; 1 H + – перенос в матрикс Фн. (транслоказа Фн и Н+; симпорт) 2. Напишите схематически реакции лимоннокислого цикла, катализируемые дегидрогеназами. Укажите коферменты этих дегидрогеназ. Перечислите функции цикла Кребса. Что такое анаплеротические реакции( примеры) Реакции: 3) Изоцитрат → альфа-Кетоглутарат (фермент: Изоцитратдегидрогеназа, (кофермент: Над+ → НАДНН+) 4) альфа-Кетоглутарат→Сукцинил-КоА (Над+ → НАДНН+ ) (фермент: альфа-Кетоглутаратдегидрогеназы, кофермент: тиаминпирофосфат) 6) Сукцинат↔Фумарат (фермент:Сукцинатдегидрогеназа, кофермент: ФАД→ФАДН2) 8) Малат↔Оксалоацетат (фермент: Малатдегидрогеназа, кофермент: Над+ → НАДНН+). Функции цикла Кребса: интегративная, катаболическая, анаболическая, энергетическая, водороддонорная. Анаплеротические реакции – это реакции клеточного метаболизма, повышающие концентрацию субстратов ЦТК, образуя их в другихметаболических путях. Примеры: 1)ПВК + СО2 + АТФ→ ЩУК + АДФ + Фн (фермент: пируваткарбоксилаза) 2)АСП + -КГ↔ ЩУК + ГЛУ (фермент: аспартатаминотрансфераза) 3. Назовите ключевые ферменты анаэробной дихотомии. Какой из них является ключевым для других путей обмена глюкозы. Напишите одну (по вашему выбору) из ключевых реакций. Укажите регуляторы активности фермента этой реакции. Ключевые ферменты: гексокиназа, глюкокиназа (в первой реакции), ФФруК-1 ( в третьей реакции), пируваткиназа ( в 10 реакции). Ключевым для других путей обмена глюкозы является: гексокиназа Ключевая реакция + регуляция: Глюкоза→ глюкоза-6-фосфат (АТФ→АДФ) (фермент: гексокиназа, гексокиназу ингибирует глю-6-Ф (принцип обратной связи), активирует инсулин) 4. Напишите схематически реакции окислительного этапа пентозофосфатного пути, укажите ключевые ферменты. Биологическая роль этого этапа. Ключевые ферменты: 1) глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа — главный ключевой фермент; 2) 6-фосфоглюконатдегидрогеназа. Биологическая роль: образование рибозо-5-фосфата, который идёт на: синтез мононуклеотидов (АМФ (АТФ), ГМФ (ГТФ) и др.); синтез нуклеиновых кислот (ДНК, РНК); синтез коферментов (НАД+ , НАДФ+ , ФАД, НS-КоА); восстановление НАДФ+ (50% клеточного НАДФН•Н+ ): НАДФ+ НАДФН*Н+; биосинтез веществ: жирных кислот; холестерола (стероидных гормонов, жёлчных кислот, vit. D3); восстановительное аминирование ГЛУ из α-КГ (см. обмен белков и АМК); в восстановительном и глюкуроновом путях; обезвреживание веществ, антиоксидантная защита. 5. Изобразите схему сопряжения процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Что понимают под сопряжением и разобщением этих процессов? Объясните действие этих разобщителей. Сопряжение – это взаимосвязь процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Разобщение дыхания и фосфорилирования называют явление исчезновения на мембране электрохимического потенциала под действием разобщителей и прекращение синтеза АТФ. Разобщители окислительного фосфорилирования. Это вещества, которые подавляют окислительное фосфорилирование, не влияя при этом на процесс переноса электронов дыхательной цепью. Механизм действия разобщителей сводится к тому, что, являясь липофильными веществами, они обладают способностью связывать протоны и переносить их в матрикс, минуя протонный канал Н+ АТФ-синтазы. Выделяющаяся при переносе электронов энергия рассеивается в виде тепла. Различают: разобщители естественные (продукты перекисного окисления липидов, жирные кислоты с длинной цепью, белки термогенины буровой жировой ткани, большие дозы йодсодержащих гормонов щитовидной железы); разобщители искусственные (динитрофенол, производные витамина К, некоторые антибиотики). 6. Оцените правильность первой части, второй и всей фразы. Всасывание в кишечнике продуктов переваривания углеводов регулируется инсулином, потому что глюкозный транспорт (ГЛЮТ) является инсулин-зависимым. Объясните свой ответ. Первая часть правильная, вторая нет. Выделяют пять типов ГЛЮТ, но в кишечнике нет инсулин-зависимых ГЛЮТ. Такие имеются в жировой ткани, скелетной мышце и миокарде. Билет 2 1. Что такое адениловая система? Ее компоненты и роль в клетке. Адениловая система - система адениловых нуклеотидов, которая включает в себя: АМФ, АДФ, АТФ; Н3РО4 (неорганический фосфат, Фн); Н4Р3О7 (пирофосфат, ФФн); цАМФ (циклический АМФ): Роль адениловой системы: 1)Играет центральную роль в энергообмене всех клеток; 2)Благодаря неустойчивости АТФ энергия ее концевой фосфоангидридной связи АТФ может использоваться на синтез фосфорилированных метаболитов, имеющих свободную энергию гидролиза меньше, чем АТФ. Обратное превращение АДФ в АТФ требует энергии. Основные процессы, использующие энергию гидролиза АТФ: 1) Синтез различных веществ. 2) Активный транспорт (транспорт веществ через мембрану против градиента их концентраций). 30 % от общего количества расходуемого АТФ приходится на Na\ К-АТФазу. 2. Напишите суммарное уравнение окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. Укажите ферменты и коферменты пируватДГ комплекса. Какие витамины участвуют в этом процессе? Какова биологическая роль этого процесса. Суммарно: СН3-СО- СООН * НS-КоА + НАД+ ------ПДГК------ СО2+СНз- CO-SKoA + НАДН*Н В составе комплекса насчитывают 3 фермента и 5 коферментов: Пируватдегидрогеназа (Е1, ПВК-дегидрогеназа), ее коферментом является тиаминдифосфат (ТДФ), катализирует 1-ю реакцию. Дигидролипоат-ацетилтрансфераза (Е2), ее коферментом является липоевая кислота, катализирует 2-ю и 3-ю реакции, Ко-А Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, НАД катализирует 4-ю и 5-ю реакции. Витамины: В1, В2, В3, Р Биологическая роль окислительного декарбоксилирования пирувата заключается в том, что оно является важным этапом катаболизма, позволяющим включаться в цикл Кребса тем веществам, при распаде которых образуется ПВК. Образовавшаяся молекула НАДН2 окисляется в длинной дыхательной цепи с образованием 3-х молекул АТФ. 3. Что такое гликолиз? Биологическая роль этого процесса. Напишите реакции гликолиза, для протекания которых необходима АТФ. Гликолиз – это ферментативный процесс негидролитического распада глюкозы до 2 ПВК (аэробно, + О2) или до 2 лактатов (в анаэробных условиях, О2). Биологическая роль: центральный путь катаболизма моносахаров энергетическая: субстратное фосфорилирование →2 АТФ Клетки, получающие АТФ за счёт анаэробного гликолиза: белые мышечные волокна; мозговое вещество почек; роговица, хрусталик (прозрачные волокна) и сетчатка глаза; testes; лейкоциты; опухоли; эритроциты (единственный источник энергии) промежуточный продукт гликолиза 2,3-дисфосфоглицерат понижает сродство Hb к O2 основной путь получения энергии в интенсивно работающей мышце у человека метаболиты гликолиза – источники углеводородных структур для биосинтеза других соединений Реакции, для протекания которых нужна АТФ: 1) Глюкоза→ глюкоза-6-фосфат (АТФ→АДФ) (фермент: гексокиназа) 3) Фруктоза-6-фосфат→Фруктоза-1,6-бифосфат (АТФ→АДФ) (фермент: фосфофруктокиназа-1) 4. Гликогенолиз – основной источник глюкозы крови в первые часы голодания. Нарисуйте схему этого процесса. Поясните механизм регуляторного действия гормонов на этот процесс. В клетке имеется 2 пути гликогенолиза – гидролиз (10%) и фосфоролиз (90%). Так как у нас голодание, гликогенолиз идет до образования глюкозы в печени. Механизм регуляторного действия гормнов: При действии довольно большого числа гормонов белковопептидной природы цАМФ является внутриклеточным посредником. Он образуется из АТФ под действием фермента аденилатциклазы, находящегося на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны клетки. Разрушается цАМФ фосфодиэстеразой до АМФ. Аденилатциклаза печени активируется гормоном поджелудочной железы глюкагоном, а аденилатциклаза мышц – адреналином. Адреналин оказывает влияние и на печень, однако стимуляция гликогенолиза в печени под влиянием адреналина осуществляется цАМФ-независимым путем (за счет вызываемой катетехоламинами мобилизации ионов Са2+). Таким образом, процессы синтеза и распада гликогена регулируются гормонами, включающими механизм фосфорилирования ключевых ферментов: гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы. 5. Нарисуйте схему ферментов тканевого дыхания. Объясните, чем определяется последовательность переносчиков в дыхательной цепи. Какова роль АТФ и АДФ в регуляции активности ферментов дыхательной цепи. Место того или иного переносчика в дыхательной цепи определяется величиной редокс-потенциала. Все реакции в дыхательной цепи направлены по термодинамической лестнице от компонента с самым отрицательным редокс-потенциалом (НАДН-Н+) к кислороду, имеющему самый положительный редокс-потенциал. Редокс-потенциал (Е0) численно равен ЭДС в вольтах, возникающей между растворами окислителя и восстановителя (концентрации 1М, рН = 7,0, температура 25 °С). Чем отрицательнее редокс-потенциал системы, тем выше ее способность отдавать электроны (восстановители). Чем положительнее редокс-потенциал, тем выше способность вещества присоединять электроны (окислители). каждый последующий переносчик – более сильный окислитель, чем предыдущий; Роль АТФ и АДФ: АДФ – активатор ДЦ; АТФ – аллостерический ингибитор ДЦ. Дыхательный контроль – это прямое ингибирующее влияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи (т.е. на величину дыхания). В свою очередь, величина градиента напрямую зависит от соотношения АТФ / АДФ, количественная сумма которых в клетке примерно постоянна . Реакции катаболизма направлены на поддержание постоянно высокого уровня АТФ и низкого АДФ. Возрастание протонного градиента возникает при снижении количества АДФ и накоплении АТФ (состояние покоя), т.е. когда АТФ-синтаза лишена своего субстрата и ионы Н+ не проникают в матрикс митохондрии. При этом ингибирующее влияние градиента усиливается и продвижение электронов по цепи замедляется. Ферментные комплексы остаются в восстановленном состоянии. Следствием является уменьшение окисления НАДН и ФАДН2 на I и II комплексах, ингибирование ферментов ЦТК и пируват-дегидрогеназы под влиянием НАДН и замедление катаболизма в клетке. Снижение протонного градиента возникает при исчерпании резервов АТФ и избытке АДФ , т.е. при работе клетки. В этом случае активно работает АТФ-синтаза и через канал Fо проходят в матрикс ионы Н+. При этом протонный градиент, естественно, снижается, подавление движения электронов не происходит и поэтому величина потока электронов по цепи возрастает. 6. Оцените правильность первой части, второй части и всей фразы: Отравление алкоголем сопровождается гипергликимией, потому что АТФ, образующийся при окислении этанола, стимулирует глюконеогенез. Объясните свой ответ. Первая часть нет, вторая часть частично. Если рассматривать эту фразу с разных сторон, можно утверждать, что верна та фраза, где говорится про то, что АТФ стимулирует глюконеогенез. Отравление алкоголем сопровождается гипогликимией (пониженное количество сахара в крови). Далее следует отметить, что при миетаболизме этанола, будет образовываться не АТФ, а НАДН*Н+. Билет 3 1. Опишите процесс окисления в микросомах. Его роль в клетке. Нарисуйте схему микросомной цепи окисления. Путь проходит в мембранах ЭПР(микросомах). Он не дает клетке энергии. Кислород включается в субстрат с образованием новой гидроксильной или карбоксильной групп. Путем микросомального окисления осуществляется α- и ω-окисление жирных кислот; синтез ненасыщенных жирных кислот, стероидов; синтез коллагена; обезвреживание ксенобиотиков. 2. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Напишите реакцию, катализируемую пируватдекарбоксилазой. Какой витамин необходим для работы этого фермента в организме? Пируватдегидрогеназный комплекс (ПВДГК) – мультиферментная система, включает 3 фермента и 5 коферментов. 3. Назовите ключевые ферменты анаэробной дихотомии. Напишите реакции, катализируемые этими ферментами, и укажите их регуляторы. Ключевые ферменты: 1)гексокиназа (регуляция: ингибитор глю-6-Ф по принципу обратной связи). 2)фосфофруктокиназа-1 (регуляция: активаторы – фру-6-Ф, фру-2,6-ФФ ( образуется из фру-6-Ф, с помощью фермента фосфофруктокиназа-2, на образование влияют инсулин-активатор и глюкагон, адреналин-ингибиторы), АМФ, АДФ; ингибиторы – цитрат, избыток АТФ). 3) пируваткиназа (регуляция: активаторы – инсулин; ингибиторы – глюкагон, адреналин, АТФ, ацетил-КоА). 4. Нарисуйте схему образования галактозы из глюкозы. В состав каких соединений в организме входит галактоза? Напишите реакцию синтеза одного из таких соединений, протекающую в период лактации в клетках молочной железы. Галактоза входит в состав лактозы, лактулозы. 5. Изобразите схему ферментов тканевого дыхания. Опишите строение и работу III комплекса ферментов. Назовите ингибитор этого комплекса дыхательной цепи. Убихинол-цитохром c-оксидоредуктаза переносит электрон с восстановленного убихинола(KoQH2) через FeS-белок, цитохром b и цитохром c. Энергия, выделившаяся при переносе электрона, используется на перекачивание 2Н+ из матрикса в межмембранное пространство. Туда же скидываются 2H+, полученные на II комплексе. Итого 4H+. Комплекс пронизывает мембрану насквозь. Ингибитор: антимицин А 6. Оцените правильность первой части, второй части и всей фразы: натрий-зависимый транспорт глюкозы из кишечника в энтероциты не требует затрат энергии в виде АТФ, потому что белок-переносчик ГЛЮТ транспортирует глюкозу из области с более высокой ее концентрацией в область с более низкой концентрацией. Объясните свой ответ. Первая часть фразы – неправильная, т.к. транспорт глюкозы из кишечника в энтероциты, который не требует затрат энергии в виде АТФ, называется натрий-независимый транспорт(если концентрация глюкозы нормальная). Если концентрация глюкозы минимальна, тогда натрий-зависимый транспорт требует затрат АТФ. Вторая часть – правильная. Но тут используется именно ГЛЮТ 2. Фраза целиком – должен быть транспорт натрий-независимый, т.к. он не требует затрат АТФ и переносчик ГЛЮТ2 переносит глюкозу. Билет 4 1. В составе окислительно-восстановительных реакций лежит процесс переноса электронов от доноров к акцептору. Укажите пути переноса электронов в клетки. Какой из них наиболее распространён? в составе атомов водорода : SH2 + ФАД — S + ФАДН2 в составе гидрид иона: SH2 + НАД+ — S +НАДН•Н+ Прямой перенос электронов (цитохромы): Fe2+ + Cu2+ — Fe3+ + Cu+ Перенос на кислород (оксидазы): SH + 0,5 O2— S + H2O Самый распространённый это первый способ 2. Нарисуйте схему цитратного цикла. Рассчитайте энергетический выход окисления ацетил-КоА в этом цикле и укажите механизмы синтеза АТФ. 1 АТФ. Механизм – субстратное фосфорилирование. В цикле также образуется 3 НАДН*Н+ и ФАДН2, которые идут на дыхательную цепь , где механизмом окислительного фосфорилирования образуется 9 АТФ 3. Напишите реакции гликолиза, приводящие к образованию макроэргических соединений. Какие соединения называются макроэргическими? Образование АТФ. Макроэргических соединения — это соединение, при гидролизе которых высвобождается не менее чем 5 ккал/моль (креатинфосфат, фосфоенолпируват, глюкозо-6-Ф, глицеролфосфат, АТФ/АДФ). 4. Изобразите схему синтеза гликогена. Назовите регуляторные ферменты и опишите их механизм активации после приема богатой углеводами пищи. Ключевые Ферменты: гексокиназа (везде), глюкокиназа (печень,почки), гликогенсинтаза. Регуляция гликогенсинтазы: 1. Аллостерическая регуляция: глю-6-Ф – активатор. 2. Ковалентная модификация 5. Изобразите схему ферментов дыхательной цепи и покажите на ней участки сопряжения транспорта электронов и фосфорилирование. Объясните, чем определяется место их расположения. Точки сопряжения ОФ и ТД это комплексы 1,3,4 В этих участках энергия переноса электронов используется для выкачивания протонов в межмембранное пространство. Также важно отметить, что эти комплексы пронизывают мембрану насквозь, вследствие чего возможно выкачивание протонов из матрикса в межмембранное пространство. |