Методички педфака на весенний семестр 2014. Структура и свойства белков. Методы выделения и очистки белков. Нарушения белкового состава сыворотки крови
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Биологическое окисление. Цикл трикарбоновых кислот- общий путь метаболизма.Строение дыхательной цепи ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ: Изучить общий путь метаболизма – ЦТК. Химизм реакций. Усвоить строение дыхательной цепи. Хронометраж практического занятия: Продолжительность занятия- 180 минут
Методическое и материально-техническое оснащение Таблицы по темам, методические разработки для студентов, презентация. Содержание темы: Биологическое окисление. Цикл трикарбоновых кислот- общий путь метаболизма. Основные вопросы по теме: 1.Биологическое окисление, его суть. Единая энергетическая валюта. 2. Роль дегидрирования в биологическом окислении. Характеристика дегидрогеназ (НАД и ФАД-зависимые дегидрогеназы). 3.Строение дыхательной цепи. 4. Общий путь метаболизма – ЦТК. Химизм. Локализация в клетке. Субстраты. Ферменты. 5. Окислительные и неокислительные стадии. 6. Регуляция. 7.Биологическое значение цикла трикарбоновых кислот. 8. Роль кофакторов и коферментов дегидрогеназ у детей в связи с особенностями питания, особенно в раннем возрасте. БАЗИСНЫЕ ЗНАНИЯ: Курс органической химии Студент должен уметь: написать последовательность реакций цикла трикарбоновых кислот и подсчитать энергетическую эффективность процесса. Учебная карта занятия: Цикл трикарбоновых кислот- общий путь метаболизма, один из основных энергетических циклов в организме. Подробно остановиться на каждой реакции цикла трикарбоновых кислот и ферментах их катализирующих. Ознакомить студентов с методикой подсчета энергетической эффективность процесса. Разъяснить строение дыхательной цепи. Теоретическая часть. Регуляция энергетического обмена. Тестовые задания к теме Выберите правильные ответы. На второй стадии биологического окисления ацетил-коА включается в цикл Кребса и окисляется с образованием:
Выберите правильные ответы Нефосфорилирующее окисление в митохондриях происходит:
Выберите правильные ответы. Выберите вещества, которые могут уменьшить коэффициент Р/О
Выберите правильные ответы. В присутствии разобщающих веществ в митохондриях продолжается:
Выберите правильный ответ. Интенсивность тканевого дыхания в митохондриях зависит
от отношения концентрации АТФ/ АДФ+ РнОтвет 3 Выберите правильный ответ. Цикл АТФ- АДФ включает:
Выберите правильный ответ. Основной механизм синтеза АТФ в организме:
Задача № 1 К препарату митохондрий печени крыс добавили НАД+. Активность каких ферментов цикла Кребса при этом увеличится? Для обоснования ответа: 1. Напишите схему реакций цикла Кребса. 2. Какую функцию выполняет НАД+? 3. С какими ферментами цикла Кребса он работает? Ответ к задаче №1 Изоцитратдегидрогеназа, 2-оксоглутаратдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, так как они являются НАД+-зависимыми. Задача № 2 К препарату митохондрий добавили пируват, меченный14С по метильной группе. Какое положение займет 14С в оксалоацетате после одного оборота цикла Кребса? Для ответа: 1. Напишите реакции цикла Кребса. 2. Проследите положение метки в каждом метаболите. Ответ к задаче №2 Метка находится в альфа-положении (2) оксалоацетата. Задача № 3 Сколько молекул АТФ синтезируется при окислении одной молекулы пирувата до 2-оксоглутарата; одной молекулы изоцитрата до сукцината; одной молекулы сукцината до оксалоацетата при условии, что дегидрогеназные реакции сопряжены с дыхательной цепью? Для расчетов: 1. Напишите ход реакций на указанных участках цикла Кребса. 2. Укажите реакции, сопряженные с дыхательной цепью. 3. Вспомните, сколько АТФ образуется при окислении НАДН и ФАДН2. Ответ к задаче №3 В 1-ом случае синтезируется 6 молекул АТФ;во 2-ом - 7 молекул АТФ; в 3-ем - 5 АТФ. Задача 4. Объясните, почему при интенсивной физической работе активируется скорость реакций цитратного цикла? Напишите реакции, скорость которых при этом возрастает. Объясните почему? Задача 5. Непосредственно в реакциях цикла Кребса кислород не участвует. Тем не менее цитратный цикл - аэробный процесс. Объясните, почему он ингибируется в отсутствии кислорода. Задача 6. После перенесенного тяжелого заболевания у больного возникло гипоэнергетическое состояние. Врач порекомендовал больному витамины группы В. Обоснуйте назначение врача. Задача 7. Как влияет энергетический потенциал клетки (АДФ/АТФ) на скорость цикла трикарбоновых кислот? Ответ обоснуйте. Напишите реакции цикла, чувствительные к изменению энергетического потенциала. Задача 8. При увеличении концентрации АДФ в клетке скорость цикла трикарбоновых кислот быстро увеличивается. Увеличение активности какого фермента (ферментов) приводит к ускорению реакций всего цикла? Каков механизм активирующего эффекта избытка АДФ? Задача 9. Увеличение концентрации АТФ и НАДН2 приводит к уменьшению скорости цикла трикарбоновых кислот. Активность каких ферментов снижается при увеличении концентрации АТФ и НАДН2 в клетке? Каков механизм ингибирующего эффекта избытка АТФ и НАДН2? Практическая часть. Зарисуйте предложенные схемы. Стихотворение прочтите и выучите. Схема 1.   Схема 2. Цикл Кребса  Стихотворение. Цикл Кребса, на будущее. Щука съела ацетат, Получается цитрат. Через цис-аконитат Будет он — изоцитрат. Водороды отдав НАД, Он теряет це-о-два. Этому безмерно рад Альфа-кето-глутарат. Окисление грядет: НАД похитит водород, В1 и липоат Скоэнзимом А спешат, Отбирают це-о-два. А энергия едва Всукциниле появилась, Сразу АТФ родилась, И остался сукцинат. Вот добрался он до ФАДа, Водороды тому надо. Водороды потеряв, Стал он просто фумарат. Фумарат воды напился И в малат и превратился. Тут к малатуНАД пришел, Водороды приобрел. Щука снова объявилась И тихонько затаилась. Караулить ацетат. Практические навыки, которыми должен овладеть студент по теме занятия: методикой подсчета энергетической эффективность процесса. Темы для реферативных сообщений: Нарушение работы цикла Кребса при гиповитаминозных состояниях. Практическое занятие № 6 ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Энергетический обмен. Окислительноефосфорилирование и транспортные системы митохондрий. ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ: Изучить строение мембран и митохондрий, ферментативные реакции, протекающие в матриксе митохондрий и компоненты дыхательных цепей. Создать представление об АТФ как универсальноммакроэрге. Разобрать хеми-осмотическую теорию сопряжения окисления и фосфорилированияМитчела,разобщение окисления и фосфорилирования в норме и при патологии, коэффициент сопряжения окисления и фосфорилирования (Р/О). Сформировать навык подсчета энергитической эффективности биохимических циклов.Изучить роль бурой жировой ткани. БАЗИСНЫЕ ЗНАНИЯ: Курс органической химии УЧЕБНАЯ КАРТА ЗАНЯТИЯ: Значение темы. Понимание механизмов энергетического обмена, его особенностей в норме и при патологии. Роль бурой жировой ткани в терморегуляции детей 1 года жизни. Продолжительность занятия- 180 минут Вводная часть – 5 минут Входной контроль – 10 минут Опрос- 60 минут Решение тестовых заданий и ситуационных задач с их обсуждением- 50 минут Особенности детского организма -30 минут Домашнее задание на следующее занятие – 5 минут Основные вопросы по теме: 1.Энергетический обмен. АТФ как универсальный макроэрг. Особенности структуры. 2.Механизмы образования АТФ в клетке (субстратное и окислительное фосфорилирование). 3.Строение митохондрии. Ферментативные реакции, протекающие в матриксе митохондрий. Судьба атомов водорода (2H⁺ и 2е¯), покинувших окисляемые субстраты в составе НАД- и ФАД-зависимых дегидрогеназ, катализирующих окислительные стадии цикла Кребса.Дыхательные цепи – . Локализация. 4.Компоненты дыхательных цепей (флавопротеид, КоQ, цитохромыb, c1, c, a, a3). Особенности строения. Биологическая роль. Ред/окс потенциалы каждого из компонентов. 5.Окислительное фосфорилирование и его роль. Хеми-осмотическая теория сопряжения окисления и фосфорилированияМитчела. Коэффициент сопряжения окисления и фосфорилирования (Р/О). Метаболические нарушения. Разобщение окисления и фосфорилирования в норме и при патологии. Теоретическая часть. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ. У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление; у анаэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление. Кислородное окисление - окисление пар атомов водорода с участием кислорода до воды с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. Водород передается трем большим ферментным комплексам (флавопротеины, коферменты Q, цитохромы) дыхательной цепи, расположенным во внутренней мембране митохондрий. У водорода отбираются электроны, которые в матриксе митохондрий в конечном итоге соединяются с кислородом: О2 + e— → О2—. Протоны закачиваются в межмембранное пространство митохондрий, в «протонный резервуар». Внутренняя мембрана непроницаема для ионов водорода, с одной стороны она заряжается отрицательно (за счет О2—), с другой — положительно (за счет Н+). Когда разность потенциалов на внутренней мембране достигает 200 мВ, протоны проходят через канал фермента АТФ-синтетазы, образуется АТФ, а цитохромоксидаза катализирует восстановление кислорода до воды. Так в результате окисления двенадцати пар атомов водорода образуется 34 молекулы АТФ. Схема 1. Дыхательная цепь.  1 — наружная мембрана; 2 — межмембранное пространство, протонный резервуар; 3 — цитохромы; 4 — АТФ-синтетаза. При перфорации внутренних митохондриальных мембран окисление НАД·Н2 продолжается, но АТФ-синтетаза не работает и образования АТФ в дыхательной цепи не происходит, энергия рассеивается в форме тепла (клетки «бурого жира» млекопитающих). Суммарная реакция расщепления глюкозы до углекислого газа и воды выглядит следующим образом: С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ + Qт, где Qт — тепловая энергия. Схема 2. Синтез АТФ в митохондрии.  Схема 3.  Практическая часть. Ответьте на вопросы тестовых заданий Выберите правильные ответы. Метаболизм представляет собой совокупность химических реакций, в результате которых происходит:
Выберите правильные ответы. Конечные продукты метаболизма
Выберите правильный ответ. Субстратами биологического окисления могут быть: 1- крахмал, гликоген, лактоза, липиды пищи 2- собственные белки крови и тканей 3- нуклеиновые кислоты и другие высокомолекулярные соединения
Выберите правильные ответы. Ферменты тканевого дыхания различаются: 1- химическим строением кофакторов 2- величиной редокс-потенциала 3- механизмом действия
Выберите правильные ответы. Типы дыхательных цепей различаются: 1- субстратами окисления
Выберите правильные ответы. Биологической сущностью I стадии биологического окисления является
Выберите правильный ответ. Выберите ферменты, катализирующие реакцию, непосредственно сопряженную с синтезом АТФ в митохондриях:
Выберите правильные ответы. Ферменты класса оксидоредуктаз:
Установите правильную последовательность расположения ферментов в дыхательной цепи при окислении изоцитрата:
Выберите правильные ответы. В процессе тканевого дыхания происходит:
кислород воздуха
воды
Установите правильную последовательность расположения ферментов в дыхательной цепи при окислении сукцината: 1 -СоQ (убихинон)
Выберите правильный ответ. Сколько молей АТФ может синтезироваться при окислении 1 моль пируватадо Ацетил – КоА
Задача № 1 Ротенон (токсичное вещество, вырабатываемое одним из видов растений) резко подавляет активность митохондриальной НАДН-дегидрогеназы. Токсичный антибиотик антимицин сильно ингибирует окисление убихинола. Допустим, что оба эти вещества блокируют соответствующие участки дыхательной цепи с равной эффективностью. Какой из них будет при этом более мощным ядом? Дайте аргументированный ответ. Для обоснования ответа вспомните: 1. Что такое блокаторы дыхательной цепи? 2. На каких участках дыхательной цепи поступает водород от НАДН и ФАДН2? Ответ к задаче №1 Более мощным ядом будет антимицин, так как он блокирует поступление водорода на участке от убихинола, а значит водород не поступает не только от ФАД-зависимых дегидрогеназ, но и от НАДН-дегидрогеназы. Задача № 2 К препарату изолированных митохондрий добавили амитал. Отразится ли это на потреблении кислорода? Для обоснования ответа вспомните: 1. Как действует амитал на дыхательную цепь? 2. На каком участке дыхательной цепи он проявляет своё действие? Ответ к задаче №2 Потребление кислорода снизится, так как блокируется убихинолдегидрогеназа. Задача №3 2,4-ДНФ (сильный разобщающий агент) пытались одно время использовать для борьбы с ожирением. Теперь такого рода разобщающие агенты уже не применяются в качестве лекарственных препаратов, поскольку известны случаи, когда их применение приводило к летальному исходу. На чем могло быть основано такое использование 2,4-ДНФ? Почему прием разобщающих агентов может вызвать смерть? Для обоснования ответа вспомните: 1. Что такое разобщители? 2. На чём основано действие 2,4-ДНФ? 3. Изменится ли скорость окисления в дыхательной цепи в присутствии 2,4-ДНФ? Ответ к задаче №3 Разобщители повышают потребление кислорода и скорость переноса электронов по дыхательной цепи, но разобщают окисление и фосфорилирование. В результате образование АТФ резко снижается, что может вызвать смерть. Задача № 4 Некоторые бактерии, дрожжи, паразитирующие черви не нуждаются в кислороде. Какой из двух способов образования АТФ используется у этих организмов для аккумуляции энергии? Для ответа вспомните: 1. Что такое фосфорилирование? 2. Что такое субстратное и окислительное фосфорилирование? 3. Чем эти виды фосфорилирования отличаются друг от друга? Ответ к задаче №4 Для аккумуляции энергии у данных организмов используется субстратноефосфорилирование. Задача № 5 Добавление к митохондриям олигомицина вызывает снижение как переноса электронов от НАДН к О2, так и скорости образования АТФ. Последующее добавление 2,4-ДНФ приводит к увеличению скорости переноса электронов без сопутствующего изменения скорости синтеза АТФ. Какую реакцию ингибирует олигомицин? Для ответа вспомните: 1. Чем является 2,4-ДНФ для дыхательной цепи? 2. Чем действие блокаторов отличается от действия разобщителей? Ответ к задаче №5 Олигомицин блокирует протонную АТФ-синтетазу, поэтому синтеза АТФ не происходит. Задача № 6 Немедленное введение метиленовой сини оказывает очень эффективное лечебное действие при отравлении цианидами. Какова основа её противотоксического действия, если учесть, что метиленовая синь способна окислять часть гемоглобина (Fe2+) крови в метгемоглобин (Fe3+)? Для ответа вспомните: 1. В чём сходство простетических групп цитохромов и гемоглобина? 2. С железом какой валентности связываются цианиды? Ответ к задаче №6 После того, как метиленовая синь переводит часть гемоглобина в метгемоглобин, цианиды получают возможность связываться не с цитохромом а3 клеток, а с метгемоглобином в эритроцитах, который содержит необходимое для связывания трехвалентное железо. Задача № 7 В инкубационную среду с изолированными митохондриями добавили АДФ. Как это повлияет на способность митохондрий поглощать кислород? Для обоснования ответа: 1. Напишите схему цикла Кребса и дыхательной цепи. 2. Вспомните, что такое дыхательный контроль? Ответ к задаче №7 Скорость поглощения кислорода митохондриями увеличится, так как АДФ является активатором работы дыхательной цепи. Задача № 8 В инкубационную смесь внесены митохондрии, избыток субстрата и ограниченное количество АДФ. Как будет изменяться со временем скорость поглощения кислорода и почему? Для обоснования ответа: 1. Напишите схему цикла Кребса и дыхательной цепи. 2. Вспомните, что такое дыхательный контроль? Ответ к задаче №8 Сначала скорость поглощения кислорода увеличится, а со временем снизится, так как АДФ в ходе реакции превращается в АТФ. Задача № 9 При добавлении к суспензии митохондрий изоцитрата скорость поглощения кислорода увеличивается. При добавлении малоната - снижается. Почему прекращается потребление кислорода? Для ответа: 1. Напишите реакцию, которая активируется изоцитратом. 1. Укажите, какой промежуточный метаболит цикла Кребса накапливается при добавлении малоната и почему? 2. Каким образом можно восстановить скорость дыхания? Ответ к задаче №9 Малонат является конкурентным ингибитором сукцинатдегидрогеназы, поэтому работа цикла Кребса затормозится. Восстановленные коферменты не поступают в дыхательную цепь, и потребление кислорода снижается. Задача № 10 В эксперименте к изолированным митохондриям добавили малат. Чему равен коэффициент Р/О для малата? Для обоснования ответа: 1. Вспомните, что такое коэффициент Р/О? 2. Напишите реакцию окисления малата и укажите фермент. Ответ к задаче №10 Коэффициент фосфорилирования ( Р/О) для малата равен 3, так как малатдегидрогеназа является НАД-зависимым ферментом. Задача № 11 В эксперименте к изолированным митохондриям добавили сукцинат. Чему равен коэффициент Р/О для сукцината? Для обоснования ответа: 1. Вспомните, что такое коэффициент Р/О? 2. Напишите реакцию окисления сукцината и укажите фермент. Ответ к задаче №11 Коэффициент фосфорилирования ( Р/О) для сукцината равен 2, так как сукцинатдегидрогеназа является ФАД-зависимым ферментом. Задача № 12 К суспензии митохондрий с цитратом добавили амитал. Как изменится коэффициент Р/О? Для обоснования ответа: 1. Вспомните, что такое коэффициент Р/О? 2. Чему равен Р/О для изоцитрата? 3. Как влияет амитал на работу дыхательной цепи? Ответ к задаче №12 Коэффициент фосфорилирования ( Р/О) будет меньше 3, так как амитал является блокатором дыхательной цепи. Перенос электронов с изоцитрата будет заблокирован. Задача №13 Митохондрии бурого жира постоянно находятся в разобщенном состоянии. В чем биологический смысл данного феномена? 1.Чем обусловлен бурый цвет ткани? 2. Почему эта ткань в заметных количествах присутствует у новорожденных, а у взрослых сохраняется в следовых количествах? Ответ к задаче №13 Бурый жир выполняет термогенную функцию, что особенно важно для новорожденных, так как у них не сформирована система терморегуляции. Бурый цвет ткани обусловлен большим количеством цитохромов. Практические навыки, которыми должен овладеть студент по теме занятия. Уметь осуществить подсчет энергетической эффективности биохимических циклов. Темы реферативных сообщений: Характеристика бурой жировой ткани, роль бурой жировой ткани в терморегуляции детей 1 года жизни. Практическое занятие № 7 |