Контрольная работа биохимия. Контрольная работа 4

• Название: Контрольная работа 4
• Дата: 24.01.2022
• Размер: 26.49 Kb.
• Имя файла: Контрольная работа биохимия.docx
• Тип: Контрольная работа; #341042

Контрольная работа №4.

1. Гормоны, общие представления об их химическом строении. Роль гормонов в регуляции обмена веществ в организме. Механизмы регуляторного воздействия гормонов на обменные процессы. Основные гормоны и их влияние на организм человека.

2. Аэробное окисление. Дыхательная цепь и перенос электронов. Ферменты аэробного окисления. Кислород как акцептор водорода.

3. Локализация систем аэробного окисления в клетке. Механизм внутриклеточного переноса энергии.

4. Механизмы воздействия витаминов на обменные процессы. Роль витаминов в образовании ферментов. Понятия о гиповитаминозе, авитаминозе, гипервитаминозе.

5. Связь цикла трикарбоновых кислот с системой переноса водорода на кислород и ресинтеза АТФ. Энергетический эффект аэробного окисления углеводов.

Ответ:

Вопрос №1.

Гормоны – это органические вещества, выделяемые железами внутренней секреции в небольших количествах, транспортируемые кровью к клеткам-мишеням других органов, где они проявляют специфическую биохимическую или физиологическую реакцию. Некоторые гормоны синтезируются не только в эндокринных железах, но и клетками других тканей.

Для гормонов характерны следующие свойства:

a) гормоны секретируются живыми клетками;

б) секреция гормонов осуществляется без нарушения целостности клетки, они поступают непосредственно в кровяное русло;

в) образуются в очень малых количествах, их концентрация в крови составляет 10-6 – 10-12 моль/л, при стимуляции секреции кокого-либо гормона его концентрация может возрасти на несколько порядков;

г) гормоны обладают высокой биологической активностью;

д) каждый гормон действует на определенные клетки-мишени;

е) гормоны связываются со специфическими рецепторами, образуя гормон-рецепторный комплекс, который определяет биологический ответ;

ё) гормоны имеют небольшой период полу жизни, обычно несколько минут и не более одного часа.

Гормоны по химическому строению делятся на три группы: белковые и пептидные гормоны, стероидные гормоны и гормоны, являющиеся производными аминокислот.

Пептидные гормоны представлены пептидами с небольшим числом аминокислотных остатков. Белки-гормоны содержат до 200 аминокислотных остатков. К их числу относятся гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон, гормон роста и др. Большинство белковых гормонов синтезируются в виде предшественников – прогормонов, не обладающих биологической активностью. В частности, инсулин синтезируется в виде неактивного предшественника препроинсулина, который в результате отщепления 23 аминокислотных остатков со стороны N-конца превращается в проинсулин и при удалении еще 34 аминокислотных остатков – в инсулин.

К производным аминокислот относятся гормоны адреналин, норадреналин, тироксин, трииодтиронин. К стероидным принадлежат гормоны коры надпочечников и половые гормоны.

Регуляция секреции гормонов

Верхнюю ступень в регуляции секреции гормонов занимает гипоталамус – специализированная область мозга. Этот орган получает сигналы из центральной нервной системы. В ответ на эти сигналы гипоталамус выделяет ряд регуляторных гипоталамических гормонов. Их называют рилизинг-факторы. Это пептидные гормоны, состоящие из 3 – 15 аминокислотных остатков. Рилизинг-факторы поступают в переднюю долю гипофиза – аденогипофиз, расположенный непосредственно под гипоталамусом. Каждый гипоталамический гормон регулирует секрецию какого-либо одного гормона аденогипофиза. Одни рилизинг-факторы стимулируют секрецию гормонов, их называют либеринами, другие, наоборот, тормозят, это – статины. В случае стимуляции гипофизом в кровь выделяются так называемые тропные гормоны, стимулирующие деятельность других желез внутренней секреции. Те в свою очередь начинают выделять собственные специфические гормоны, которые воздействуют на соответствующие клетки-мишени. Последние в соответствии с полученным сигналом вносят коррективы в свою деятельность. Надо отметить, что циркулирующие в крови гормоны в свою очередь тормозят деятельность гипоталамуса, аденогипофиза и желез, в которых они образовались. Такой способ регуляции носит название регуляции по принципу обратной связи.

Механизм действия гормонов

Гормоны отличаются по своему быстродействию. Одни гормоны вызывают быстрый биохимический или физиологический ответ. Например, печень начинает выделять глюкозу в кровь после появления адреналина в кровяном русле уже через несколько секунд. Ответ же на действие стероидных гормонов своего максимума достигает через несколько часов и даже дней. Столь значительные различия в скорости ответа на введение гормона связаны с различным механизмом их действия. Действие стероидных гормонов направлено на регуляцию транскрипции. Стероидные гормоны легко проникают через клеточную мембрану в цитоплазму клетки. Там они связываются со специфическим рецептором, образуя гормон-рецепторный комплекс. Последний, попадая в ядро, взаимодействует с ДНК и активирует синтез иРНК, которая далее транспортируется в цитоплазму и инициирует синтез белка. Синтезированный белок определяет биологический ответ. Аналогичным механизмом действия обладает и гормон щитовидной железы тироксин.

Действие пептидных, белковых гормонов и адреналина направлено не на активацию синтеза белка, а на регуляцию активности ферментов или других белков. Эти гормоны взаимодействуют с рецепторами, находящимися на поверхности клеточной мембраны. Образовавшийся гормон-рецепторный комплекс запускает серию химических реакций. В результате происходит фосфорилирование некорых ферментов и белков, вследствие которого изменяется их активность.

Вопрос №2.

В живой клетке реализуется два типа ферментативного окисления органических веществ - анаэробный, протекающий без участия кислорода, и аэробный, связанный с окислительным действием на заключительных стадиях кислорода. В основе первого лежат процессы дегидрировании (отщепления молекул ЬЬ) (В.И. Палладии, Г. Виланд, О. Варбург) под влиянием ферментов дегидрогеназ и декарбоксилиро- вания, осуществляемого ферментами декарбоксилазами. Высвобождаемая в этих процессах биоэнергия аккумулируется за счет фосфорилирования АДФ в АТФ.

В качестве акцепторов отщепляющихся молекул водорода в анаэробном окислении выступают промежуточные продукты превращений - метаболиты (например, ацетальдегид - в спиртовом брожении; пировиноградная кислота - в молочнокислом брожении).

Именно анаэробное окисление было безальтернативным механизмом энергообеспечения на ранних стадиях эволюции жизни на Земле, поскольку кислород в атмосфере в то время отсутствовал. Требуемый для биохимических превращений кислород в анаэробных условиях поставляет вода. Вначале молекула воды внедряется в субстрат, затем ферменты дегидрогеназы отщепляют молекулу водорода, оставляя субстрат в окисленной форме.

Дыхательная цепь является частью процесса окислительного фосфорилирована. Компоненты дыхательной цепи катализируют перенос электронов от НАДН + Н+ или восстановленного убихинона (QH2) на молекулярный кислород. Из-за большой разности окислительно-восстановительных потенциалов донора (НАДН + Н+ и, соответственно, QH2) и акцептора (О2) реакция является высоко-экзергонической. Большая часть выделяющейся при этом энергии используется для создания градиента протонов и, наконец, для образования АТФ с помощью АТФ-синтазы.

Окисления, главными ферментами этого процесса являются дегидрогеназы. Процесс этот протекает только в аэробных условиях, каждый цикл b-окисления повторяется многократно, при этом длина жирной кислоты становится меньше на два углеродных атома, которые отщепляются от жирной кислоты в виде ацетил-КоА.

Кислород молекулярный как акцептор водорода. При биологическом окислении идут окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся отнятием атомов водорода от одних соединений (доноров) и передачей его другим (акцепторам), или реакции, связанные с переносом электронов от донора к акцептору.

Вопрос №3.

В эукариотических клетках процесс аэробного (кислородного) окисления происходит в митохондриях. У аэробных прокариот это происходит на мембране клетки. 1. окислительное декарбоксилирование пирувата.

Поток энергии у представителей разных групп организмов обес­печивается механизмами энергообеспечения— брожением, фото-или хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадле­жит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низ­кокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденотнтрифосфата (АТФ). Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения (напри­мер, креатинфосфат), в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы —химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную. Макроэргическими называют соедине­ние, в химических связях которого запасена энергия в форме, доступной для использования в биологических процессах. Универ­сальным соединением такого рода и служит АТФ, Основное коли­чество энергии заключено в связи, присоединяющей третий остаток фосфорной кислоты.

Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окис­лительного фосфорилирования а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз. Из двух механизмов, обеспечива­ющих жизнедеятельность клетки энергией, анаэробный гликолиз менее эффективен. В связи с неполным (в отсутствие кислорода) окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии. Недоокисленные про­дукты гликолиза (пируват) поступают в митохондрии, где в условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию.

Из преобразователей энергии химических связей АТФ в работу наиболее изучена механохимическая система поперечно-полосатой мышцы. Она состоит из сократительных белков (актомиозиновый комплекс) и фермента аденозинтрифосфатазы, расщепляющего АТФ с высвобождением энергии.

Особенность потока энергии растительной клетки состоит в наличии фотосинтеза — механизма преобразования энергии сол­нечного света в энергию химических связей органических веществ.

Механизмы энергообеспечения клетки отличаются эффектив­ностью. Коэффициенты полезного действия хлоропласта и мито­хондрии, достигая соответственно 25 и 45—60%, существенно пре­восходят аналогичный показатель паровой машины (8%) или дви­гателя внутреннего сгорания (17%).

Вопрос №4.

Витамины – низкомолекулярные органические соединения с высокой физиологической активностью, необходимые для нормальной жизнедеятельности.

Общие свойства витаминов:

1. Обеспечивают в организме синтез ферментов, гормонов, участвуют в обмене веществ.

2. В основном поступают в организм извне, с пищей.

3. Витамины активны в очень малых количествах.

4. В организме нет существенных запасов витаминов. Лишь витамины А и D могут накапливаться в небольших количествах в печени.

5. Витамины оказывают влияние на функции различных органов и систем, повышают работоспособность, усиливают сопротивляемость организма к вредным факторам (инфекциям, интоксикациями и др.).

6. При недостатке витаминов в организме возникают болезненные состояния: гиповитаминозы (недостаточное количество) и авитаминозы (полное отсутствие), а при избытке витаминов – гипервитаминозы.

Витамин С (аскорбиновая кислота) выполняет в организме множес­тво важных функций: участвует в окислительно-восста­новительных процессах в тканях, повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов, защищает организм от инфекций, блокирует токсичные вещества в крови, влияет на процессы заживления тканей ор­ганизма, поврежденных в результате травм или болезней. Витамин С необходим также для укрепления зубов и десен.

Даже при нормальном состоянии здоровья в различ­ные дни содержание витамина С значительно варьируется. Присутствие бактерий в организме, инфекционные заболевания, воспалительные и многие другие процессы снижают количество витамина С. Следует учитывать, что организм не накапливает витамин С, поэтому его надо принимать регулярно. Но, тем не менее, следует избегать передозировки витамина. Хотя аскорбиновая кислота нетоксична и ее избыток выводится из организма, все же потребление ее в слишком больших количествах может вызвать аллергическую реакцию. При гиповитаминозе С отмечаются нарушения общего состояния организма (снижение ра­ботоспособности, быстрая утомляемость, слабость, раздражительность), склонность к кровоточивости десен, железодефицитная анемия.

Витамином С богаты: шиповник сухой и свежий, перец сладкий красный и зеленый, петрушка, укроп, капуста цветная и белокочанная, щавель, шпинат, брюква, лук зеленый, горошек зеленый, помидоры, редис, картофель молодой, салат, капуста квашеная, кабачки, печень, апельсины, клубника, лимоны, смородина, рябина, дыня, мандарины, крыжовник, морошка, кизил, малина, вишня, айва, брусника, черешня, клюква.

Витамин А (ретинол) оказывает многостороннее действие на орга­низм человека. Он необходим для роста, развития и обновления (реге­нерации) тканей, поддержания активности иммунной зашиты, предохранения от поражений кожи и слизис­тых оболочек, для обеспечения зрения. От витамина А зависит защитная способность организма, его покровных тканей — кожи, слизистых оболочек. Поэтому нередко этот витамин на­зывают «первой линией обороны против болезней».

Недостаточность витамина А ведет к нарушениям во мно­гих органах и системах, в основе которых лежит по­ражение кожи и слизистых оболочек - сухость, ороговение, предрасположенность к гнойничковым процессам, фурункулезу, склонность к насморку, воспалительным процессам в гортани и трахее, бронхитам, пневмонии, расстройства пищеварения, нарушение желудочной секреции, склон­ность к гастритам, колитам, к воспалению почек, мочевого пузыря. Снижается устойчивость к инфекциям. Страдают также органы зре­ния - теряется способность видеть в сумерках, развиваются явления конъюнктивита и сухость ро­говицы.

Витамином А богаты: печень говяжья, свиная и тресковая, масло сливочное, яйца, икра кетовая, сметана и сливки 20%-й жирности, сыр, творог жирный, почки, палтус, шпроты (консервы), икра осетровых рыб.

Витамин В1 (тиамин) имеет важное значение для процессов энергетического обмена и нервной регуляции

Витамином В1 богаты: горох, фасоль, крупы овсяная, гречневая, ячневая, кукурузная, перловая, манная, пшено, горошек зеленый, хлеб из муки 2-го сорта, свинина мясная, печень говяжья и свиная, сардельки свиные, телятина, мясо кролика, ставрида, карп, хек, макароны, картофель, капуста цветная.

Витамин В2 (рибофлавин) — обеспечивает регенерацию (обновления) тканевых структур организма.

Витамином В2 богаты: яйца, сыр, творог, кефир, говядина, свинина, мясо кролика, печень говяжья, мясо кур, колбасы вареные, крупы гречневая, горошек зеленый, шпинат, капуста цветная, лук зеле­ный, перец сладкий, укроп, молоко, сметана, крупа овсяная, хлеб из муки 2-го сорта, сельдь, треска, скумбрия хек, камбала.

Витамин В6 (пиридоксин) очень важен для белкового и жирового обмена. Пиридоксин необходим также мышцам, так как вместе с кальцием способствует их нормальному функционированию и эффективному расслаблению.

Витамином В6 богаты: печень, скумбрия, фасоль, сухие пивные дрожжи, говядина, мясо кур, почки, телятина, свинина, баранина, яйца, икра, сельдь, палтус, кета, молоко, сыр, хлеб из муки 2-го сорта, рис цельный, крупы гречневая, ячневая, перловая, пшено, кукуруза, соя, горох, картофель, лук сухой, морковь, шпинат, салат, свекла, персики, груша, виноград.

Витамин В12 (цианкобаламин) участвует в кроветворении, регулируют углеродный и жировой обмен в организме. Эти два витамина группы В обеспечивают высокую скорость развития, созревания и функциональную активность эритроцитарных клеток кост­ного мозга. Поэтому гипо- и авитаминозы В12 и фолиевой кислоты характеризуются нарушением кроветворения (анемии), поражением нервной системы и пищеварительных органов.

Витамином В12 богаты: печень говяжья, почки, сердце, говядина, сельдь, яйца.

Никотиновая кислота (витамин РР) обеспечивает энергетичес­кий обмен в организме. При недостаточности никотиновой кислоты развивается пеллагра — тяжелое заболевание, связанное с поражением центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта и кожи. Со стороны центральной нервной системы отмечаются раздражительность, наруше­ние чувствительности кожных покровов, снижение двигательной актив­ности (адинамия), потеря устойчивости при ходьбе (атаксия), психозы и психическая депрессия. Возникает также глоссит (воспаление языка), нарушается секреция желудочного сока, развиваются упорные поносы. Поражение кожи характеризуется симметричным воспалением (дерма­титом) лица и открытых частей тела.

Никотиновой кислотой богаты: говяжья печень, почки, язык, мясо кур и кроликов, телятина, говядина, баранина, крупа рис, пшено, крупы гречневая, овсяная, кукурузная, манная, рис, пшено, макароны, кофе, сельдь, ставрида, хек, судак, морковь, хлеб пшеничный из муки вы­сшего сорта.

Витамин D (кальциферол) – участвует в процессах минерального обмена в костной ткани, необходим для свертывания крови, для нормальной деятельности сердечнососудистой и нервной систем. При дефиците витамина D задерживаются образование, рост и заживление костной ткани, развивается заболеваний – рахит.

Витамином D богаты: печень рыб и морских млекопитающих, скумбрия, сельдь, камбала, треска свежая, кета, икра, яйца, сливочное масло.

Вопрос №5.

Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, лимоннокислый цикл, цикл Кребса): ЦТК, как и реакции митохондриального окисления, протекает в митохондриях. Представляет собой серию реакций, замкнутых в цикл.

Образовавшиеся молекулы щавелево-уксусной кислоты (ЩУК) реагируют с новой молекулой Ацетил-КоА, и цикл повторяется вновь от образования цитрата до его превращения в ЩУК. В реакциях ЦТК участвуют 4 из 9 субстратов митохондрального окисления (МтО).

Происходит серия дегидрогеназных рекций. Из них 3-я, 4-я и 8-я происходят с участием НАД- зависимых дегидрогеназ, и каждая из этих реакций позволяет получить 3 молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). В 6-й реакции происходит ФАД — зависимая дегидрогеназная реакция, которая сопряжена с образованием 2 молекул АТФ (Р/О = 2).

В 5-й реакции 1 молекула АТФ образуется путем субстратного фосфорилирования.

За один оборот ЦТК образуется 12 молекул АТФ. Смысл ЦТК аключа- ется в том, чтобы остатки уксусной кислоты расщепились с образованием большого количества АТФ. Кроме того, из ацетатных остатков образуются С02 и Н20 как конечные продукты обмена веществ.

С02 образуется в ходе ЦТК дважды:

- в 3-й реакции (окисление изоцитрата);

в 4-й реакции (окисление а-кетоглутарата).

Если прибавить еще 1 молекулу С02, которая образуется до начала ЦТК- при превращении пировиноградной кислоты (ПВК) в Ацетил-КоА, то можно говорить о 3 молекулах С02, образующихся при распаде ПВК. Суммарно эти молекулы, образующиеся при распаде ПВК, составляю до 90% углекислоты, которая выводится из организма.

Главная роль ЦТК — образование большого количества АТФ.

Значение ЦТК:

главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до С02 и Н20;

универсальный терминальный этап катаболизма веществ всех классов;

- играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК):

а) из цитрата—» синтез жирных кислот;

б) из а-кетоглутарата и ЩУК ( щавеливо- уксусная кислота)—» синтез аминокислот;

в) из ЩУК—» синтез углеводов;

г) из сукцинил-КоА—» синтез гема гемоглобина.

Автономная саморегуляция ЦТК. В ЦТК два ключевых фермента: цит- ратсинтаза (1-я реакция) и изоцитратдегидрогеназа (3-я реакция).

Оба фермента аллостерически ингибируются избытком АТФ и НАДФ2. Изоцитратдегидрогеназа сильно активируется аденозиндифосфатом (АДФ). Если АДФ нет, то этот фермент неактивен. В условиях энергетического покоя концентрация АТФ увеличивается, скорость реакций ЦТК мала-синтез АТФ уменьшается.

Изоцитратдегидрогеназа ингибируется АТФ намного сильнее, чем цит- ратсинтаза, поэтому в условиях энергетического покоя повышается концентрация цитрата, и он выходит в цитоплазму по градиенту концентраций путем облегченной диффузии. В цитоплазме цитрат превращается в Ацетил-КоА, который участвует в синтезе жирных кислот.

Челночные механизмы переноса водорода. Никотинамидные дегидрогеназы находятся не только в матриксе митохондрий, но и в цитоплазме. Митохондриальная мембрана непроницаема для НАД, поэтому НАДН2, который образуется в цитозоле, может передать свой водород в митохондрию только с помощью специальных субстратных челночных механизмов. В митондрию из цитозоля передается не сам НАДН2, а только водород, отнятый от него. Переносимый водород включается в молекулу вещества-челнока, способного проникать через митохондриальную мембрану. В митохондрии вещество-челнок отдает водород на митохондриальный НАД или ФАД и возвращается обратно в цитозоль.

Два типа челночных механизмов:

— малат- аспартатный (наиболее универсален для клеток организма). С высокой скоростью работает в миокарде, почечной ткани, печени. В этой транспортной системе водород от цитоплазматического НАД передается на митохондриальный НАД, поэтому в митохондриях образуется 3 молекулы АТФ и не происходит потери энергии при переносе водорода. Для ткани печени малат- аспартат- ная система особенно важна , так как из митохондрии выводится Ацетил- КоА (в виде цитрата), а водород попадает в митохондрию (в составе малата).

Происходит не только челночный транспорт водорода от цитоплазматического НАД к митохондриальному, но и обратный транспорт Ацетил-КоФ из митохондий в цитоплазму в виде цитрата. В цитоплазме Аце- тил-КоА может быть использован для синтеза жирных кислот; ЩУК может вернуться в цитоплазму и другим способом, вступив в реакцию трансаминиро- вания с глутаминовой кислотой;

— глицерофосфатный (встречается реже).

Водород от цитоплазматического НАД передается на митохондриальный ФАД, и в митохондриях образуется 2 молекулы АТФ вместо 3- происходит потеря энергии при переносе водорода.

В клетке существует не только челночный транспорт водорода от цитоплазматического НАД к митохондриальному. Происходит и обратный транспорт Ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму в виде цитрата. В цитоплазме Ацетил-КоА может быть использован для синтеза жирных кислот.