цикл трикарбоновых кислот. Методические указания обучающимся по теме практического занятия
 Скачать 88.81 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко» Министерства здравоохранения Российской Федерации Кафедра клинической лабораторной диагностики  МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ОБУЧАЮЩИМСЯ ПО ТЕМЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ: «Макроэргические соединения. Роль водорода в биоэнергетике клетки. Цикл трикарбоновых кислот, как основной поставщик атомов водорода. Акцепторы атомов водорода». Дисциплина: биохимия Факультет: лечебный, по специальности «лечебное дело» Курс: 1 Автор: к.б.н. ассистент Винокуров А.А. Тема занятия: «Макроэргические соединения. Роль водорода в биоэнергетике клетки. Цикл трикарбоновых кислот, как основной поставщик атомов водорода. Акцепторы атомов водорода». Продолжительность учебного занятия — 2 часа. Место проведения занятия — главный корпус ВГМУ, учебная аудитория. Цель занятия: Изучить строение и термодинамические параметры гидролиза макроэргических соединений. Показать основной механизм образования энергии в клетке. Изучить особенности строения и функционирования митохондрий. Мотивация темы занятия: Современная медицина немыслима без изучения процессов на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Только благодаря современным тонким методам исследования стали возможны открытия в области такой науки, как биоэнергетика сердца. Одна из функций, присущих всему живому, - способность к энергообеспечению за счет тех или иных внешних энергетических ресурсов. Это и изучает биоэнергетика. Само слово вошло в обиход с легкой руки А. Сцент – Дьерди, прославившегося в свое время выделением первого витамина – аскорбиновой кислоты. Так называлась небольшая книжка, опубликованная А. Сцент – Дьерди в 1956 г. В этом труде было множество увлекательных мыслей и гипотез, но испытание временем выдержало лишь слово, вынесенное автором на обложку. Сначала в некоторых биологических центрах появились лаборатории, отделы биоэнергетики (отдел МГУ был создан в 1965 г.). Затем с конца 60-х годов стали издаваться журналы и сборники, пошли симпозиумы, конференции, курсы под этим названием. И вот сегодня биоэнергетика – одно из популярных научных направлений со своим кругом идей, объектов и методов, своими лидерами и соперничающими школами; словом, - интернациональный организм, живущий и развивающийся по собственным законам. Вслед за известными успехами этой ветви биологии пришла мода и появилась тенденция писать слово «биоэнергетика» во всех случаях, где идет речь об энергетическом аспекте живых существ, невзирая на степень их сложности. В этом смысле первым биоэнергетиком нужно признать Платона, размышлявшего о судьбе пищи в организме. Что же до современных исследователей, пытающихся добыть точные введения о биологических преобразователях Е, то их правильнее называть молекулярными биоэнергетиками». Энергетический метаболизм клеток сердца включает в себя 3 раздела: 1–й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и ЖК, которые приводят к образованию АТФ в митохондриях; 2–й раздел: процесс внутриклеточного транспорта Е; 3–й раздел: реакции использования Е: а) для сокращения миофибрилл; б) перенос ионов против градиента их концентрации через клеточные мембраны в) поддержание биосинтеза в ядре. Сейчас перейдем к первому большому разделу: образованию энергии. 1–й раздел: процессы аэробного окисления глюкозы и жирных кислот. Источником биологической Е для организма служит пища, в которой эта Е заключена в химических связях сложных соединений, главным образом, - в связях С-С и С-Н. Биохимические процессы, производящие Е, можно подразделить на 2 группы: 1-я группа: процессы, идущие с поглощением О2 воздуха; 2-я группа: без доступа кислорода. Биологический синтез любой химической связи требует в 3 раза больше Е, чем может образоваться при простом расщеплении подобной связи. Поэтому организм прибегает к обходному пути, чем достигает больший к.п.д. Аэробный путь был открыт в 30-х годах Энгельгардтом и назван окислительным фосфорилированием, потому что на промежуточных этапах окисления освобождающаяся Е фиксируется в пирофосфатных связях молекул АТФ и других соединений. Эти связи Энгельгардт назвал макроэргическими – т.е., высокоэнергетическими. АТФ и ее аналоги играют роль универсального аккумулятора Е в организме. В этом соединении Е концентрируется в удобной форме, пригодной для утилизации. Процессы, идущие с выделением Е, связаны с синтезом АТФ. Процессы с поглощением Е сопряжены с расщеплением АТФ. Таким образом, АТФ выступает связующим звеном между ними. Благодаря АТФ, 2 процесса расчленяются во времени. Это придает Е-обмену большую гибкость. Е – законсервирована и может расходоваься в любое время и на любые нужды. АТФ не только посредник, но и депо Е. Во время работы количество АТФ уменьшается, идут реакции гликолитического фосфорилирования: увеличиваются АДФ, АМФ, фосфат неорганический. После нагрузки уровень АТФ восстанавливается. Роль запаса Е и донора фосфатов для АТФ играет также другой макроэрг – КФ. КФ не поставляет Е для клетки, а обменивает свой фосфат с АТФ. Реакция протекает по уравнению: Креатин + АТФ КФ + АДФ При энергообразовании реакция идет вправо, идет запас КФ. При потреблении Е – влево – увеличение АТФ. Все субклеточные структуры сердца, которые потребляют Е (миофибриллы, мембраны), - содержат КФК (ММ - изофермент), сопряженную с АТФ –разными реакциями. Аэробный путь энергетически более выгодный. Первые его этапы совпадают с гликолизом – до стадии образования ПВК. Но в присутствии О2 ПВК не превращается в МК, а вступает в цикл трикарбоновых кислот Кребса. В цикле Кребса при окислении пирувата образуется 1 макроэргическая связь, сохраняемая в молекуле ГТФ, который передает ее на АТФ. Такое фосфорилирование называется субстратным. Вся остальная Е, содержащаяся в субстратах цикла Кребса передается без потерь на ферменты НАД и НАДФ, и фиксируется в их эфирных связях. Дальнейшее окисление этих коферментов через флавиновые ферменты и цитрохромную систему называется терминальным. Это самый выгодный участок дыхательной цепи, так как здесь идет больше всего реакций окислительного фосфорилирования. Здесь образуется 3 молекулярных АТФ. Таким образом, Е субстратов цикла Кребса переходит в Е АТФ. Почти все остальные субстраты имеют неуглеводную природу:- аминокислоты, жирные кислоты, -подвергаясь ферментативным превращениям, образуют либо метаболиты цикла Кребса, или ацетил -SКо – А (активированная форма уксусной кислоты). Контрольные вопросы по теме занятия: 1. Что такое богато энергией соединение? 2. Почему АТФ, фосфокреатин, ГТФ, УТФ, дТТФ, ЦТФ являются макроэргическими соединениями. 3. Дайте определение по Липпману понятие макроэргической связи 4. Напишите термодинамические характеристики макроэргических соединений. 5. Какая роль Цикла Кребса в энергетике клетки 6. Дайте характеристику превращения лимонной кислоты в изолимонную 7. Дайте характеристику превращения изоцитрата в альфа-кетоглутарат 8. Дайте характеристику превращения альфа-кетоглутарата в сукцинил-КоА 9. Дайте характеристику реакциям превращения сукцинил-КоА в сукцинат 10. Дайте характеристику превращению сукцината в фумарат 11. Дайте характеристику превращению сукцината в малат 12. Дайте характеристику превращения малата в оксалоацетат 13. Дайте исчерпывающую характеристику строению дыхательной цепи митохондрий. 14. Дайте характеристику основополагающим тезисам хемиоосмотической гипотезы Питера Митчела. План занятия: 1.Контроль исходного уровня знаний, необходимых для изучения данной темы, и полученных на предшествующих дисциплинах и предыдущих темах данной дисциплин 2.Разбор теоретического материала данного занятия, в том числе выделенного на самостоятельную работу студентов, и коррекция усвоенного материала (устно-речевой опрос). 3. Решение ситуационных задач, их обсуждение, дискуссия. 4. Контроль полученных на данном занятии знаний, включая знание материала, выделенного на самостоятельную работу студентов по данной теме. 5. Подведение итогов, выставление оценок. Задание на следующее занятие с выделением материала для самостоятельной работы. Литература Березов, Т. Т. Биологическая химия : учебник / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин. – 3–е изд., стер. – Москва : Медицина, 2008. – 704 с. : ил. – (Учебная литература для студентов медицинских вузов). – гриф. – ISBN 5-225-04685-1. Биохимия : учебник / под редакцией Е. С. Северина. – 5–е изд., испр. и доп. – Москва : ГЭОТАР–Медиа, 2016. – 768 с. – ISBN 978–5–9704–3762–9. – URL: http://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970437629.html. – Текст: электронный Биохимия : руководство к практическим занятиям / Н. Н. Чернов, Т. Т. Березов, С. С. Буробина [и др.]. ; под редакцией Н. Н. Чернова. – Москва : ГЭОТАР–Медиа, 2009. – 240 с. – ISBN 978–5–9704–1287–9. – URL: http://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970412879.html. – Текст: электронный Зубаиров, Д. М. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии : учебное пособие для вузов / Д. М. Зубаиров. – Москва : ГЭОТАР–Медиа, 2005. – 392 с. – ISBN 5–9704–0007–6 – URL : http://www.studmedlib.ru/book/ISBN5970400076.html. – Текст: электронный Клиническая биохимия : учебное пособие / под редакцией В. А. Ткачука. – Москва : ГЭОТАР–Медиа, 2008. – 264 с. – ISBN 978–5–9704–0733–2. – URL: http://www.studmedlib.ru/book/ISBN9785970407332.html. – Текст: электронный Учебно-методические пособия Алабовский, В. В. Ситуационные задачи по биохимии с комментарием : учебно-методическое пособие для студентов / В. В. Алабовский. – Воронеж : ВГМА, 2010. – 93с. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы 1. Электронно-библиотечная система «Консультант студента» (Studmedlib.ru) http://www.studmedlib.ru/cgi-bin/mb4x |