«Биологическое окисление»
(повышение рейтинга)
1. Около 70 % количества энергии используется организмом в состоянии покоя для обеспечения работы сердца, мозга, почек, печени и других органов. Теоретические расчеты показали, что каждый из этих органов использует и производит АТФ в несколько раз больше собственной массы. Какой основной процесс обеспечивает клетки этих тканей энергией в виде АТФ? Для ответа:
а) изобразите схему ЦТЭ и опишите механизм синтеза АТФ, сопряженный с этим процессом;
б) укажите возможные значения коэффициента фосфорилирования и факторы, влияющие на их величину;
в) объясните, на какие процессы используется основное количество АТФ в указанных тканях.
2. Промежуточные продукты ОПК могут использоваться для синтеза различных соединений. Какой из метаболитов должен быть в избытке, чтобы восполнить утечку промежуточных продуктов ОПК? Для ответа:
а) напишите схему реакций ОПК, приведите примеры использования метаболитов ОПК для синтеза других веществ, напишите соответствующие реакции;
б) укажите название и значение этой функции ОПК;
в) напишите реакции объясняющие, каким образом восполняется уход метаболитов ОПК, приведите названия этих реакций.
3. Используя схему ЦТК, объясните, происходит ли увеличение количества ЩУК при поступлении молекул ацетил КоА в этот метаболический путь и сколько молекул АТФ образуется при окислении 1 молекулы ацетилКоА в ЦТК? Для ответа:
а) изобразите схему цитратного цикла, связанного с ЦТЭ, поясните роль оксалоацетата в цикле Кребса;
б) назовите конечные продукты окисления ацетилКоА в ЦТКи укажите в каких реакциях они образуются;
в) рассчитайте выход АТФ при окислении одной молекулы ацетилКоА до конечных продуктов.
4. Пациенту с невралгией невропатолог назначил в составе комплексной терапии инъекции тиамина. Какие ферментативные реакции активируются
При ответе:
а) объясните, какую роль играют витамины в функционировании ферментов; б) назовите небелковую часть фермента, в состав которого входит витамин В1;
в) укажите тип ферментативных реакций, проходящих с участием витамина В1 и метаболические пути, в которые они входят. Объясните роль этих путей в работе нервной системы
5. Известно, что один из самых быстродействующих ядов — цианид. При попадании в организм смертельной дозы яда гибель происходит в течение нескольких минут. Быстрота действия объясняется тем, что цианид легко проходит через мембраны клеток и буквально за один цикл кровообращения попадает внутрь большинства клеток. Поэтому цианид опасен при любом виде контакта с организмом: попадании в ЖКТ, вдыхании паров, содержащих цианид, контакте с кожными покровами. Объясните молекулярный механизм действия цианида.
При ответе:
а) изобразите схему ЦПЭ, назовите ферментные комплексы, которые входят в состав ЦПЭ, объясните понятие «окислительное фосфорилирование»;
б) на схеме укажите место действия цианида и опишите механизм его действия;
в) укажите донор и акцептор электронов ферментного комплекса, на который действует цианид;
г) объясните, как и почему изменяется цвет венозной крови у человека, отравившегося цианидом.
6. В годы Первой мировой войны на заводах в странах Западной Европы, где для производства взрывчатых веществ использовали 2,4-динитрофенол, среди рабочих наблюдались случаи тяжелых отравлений, сопровождавшихся высоким подъемом температуры, часто со смертельным исходом. Объясните токсическое действие 2,4-динитрофенола.
Для этого:
а) представьте схему ЦПЭ, опишите механизм окислительного фосфорилирования и укажите возможные значения коэффициента фосфорилирования;
б) объясните, что является причиной повышения температуры у пострадавших, изобразите соответствующую схему;
в) укажите возможную причину смерти при действии на организм такого типа веществ.
7. Несколько лет назад 2,4-динитрофенол пытались использовать для борьбы с ожирением. На чем основывался этот выбор? Масса тела пациентов действительно снижалась, однако метод не нашел применения в практике, так как в некоторых случаях приводил к летальному исходу. Объясните указанное действие 2,4-динитрофенола.
8. Известно, что переохлаждение сопровождается непроизвольным сокращением мышц — дрожанием. Вместе с тем при физической работе человеку может стать жарко даже на морозе. Как объяснить эти феномены? Для ответа:
а) представьте схему основных этапов обмена веществ, обеспечивающих теплопродукцию в организме человека;
б) объясните роль тканевого дыхания в терморегуляции;
в) укажите, какие механизмы обусловливают образование тепла при физической активности;
г) опишите механизмы регуляции синтеза АТФ, используя в качестве примера скелетные мышцы в состоянии покоя и при интенсивной работе.
9. Повышенная секреция гормонов щитовидной железы увеличивает скорость основных метаболических процессов (например, скорость работы Na+, К+-АТФазы). Избыток этих гормонов уменьшает эффективность синтеза АТФ, так как количество образующегося АТФ на такое же количество потребленного кислорода уменьшается. Почему у больных с гипертиреоидизмом (повышенной секрецией гормонов шитовидной железы) температура тела постоянно повышена? Для ответа: а) изобразите схему дыхательной цепи и объясните механизм теплопродукции в этом процессе; б) укажите факторы, которые приводят к увеличению теплопродукции; в) объясните, почему повышение потребления кислорода в некоторых случаях приводит не к увеличению синтеза АТФ, а к увеличению выделения тепла.
10. Используя схему цитратного цикла, объясните, происходит ли увеличение количества оксалоацетата при поступлении молекул ацетил-КоА в этот метаболический путь и сколько молекул АТФ образуется при окислении одной молекулы ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК)?
Для ответа:
а) изобразите схему цитратного цикла, связанного с ЦПЭ, поясните роль оксалоацетата в цикле Кребса;
б) назовите конечные продукты окисления ацетил-КоА в ЦТК и укажите, в каких реакциях они образуются;
в) рассчитайте выход АТФ при окислении одной молекулы ацетил-КоА до конечных продуктов.
11. Некоторые реакции ОПК являются источником водорода для дыхательной цепи. Опишите реакцию превращения малата в следующий метаболит ОПК и определите коэффициент P/О для этой реакции. Для ответа:
а) напишите реакцию превращения малата в следующий метаболит ЦТК, укажите фермент и кофермент, объясните, как эта реакция связана с ЦПЭ;
б) изобразите схему ЦПЭ и укажите коэффициент фосфорилирования для реакции окисления малата;
в) объясните, как повлияет амитал натрия (ингибитор NADH- дегидрогеназы) на скорость реакций ОПК и коэффициент Р/О;
г) укажите, как изменятся эти параметры, если на фоне действия амитала увеличить концентрацию сукцината.
12. В эксперименте с изолированными митохондриями в качестве окисляемого субстрата использовали малат. Интенсивность дыхания измеряли по поглощению кислорода после добавления к суспензии: а) амитала натрия; б) АДФ; в) NADH. В присутствии каких из перечисленных веществ тормозится окисление малата и почему?
Для ответа:
а) изобразите схему ЦПЭ и на ней покажите место действия амитала натрия, объясните последствия его действия;
б) объясните влияние АДФ и NADH на скорость работы ЦПЭ и ОПК, используя соответствующие схемы;
в) опишите роль NADH в функционировании ЦПЭ и объясните, какое значение будет иметь коэффициент фосфорилирования для реакций, катализируемых NAD-зависимыми дегидрогеназами.
13.Если к суспензии митохондрий, использующих в качестве единственного субстрата дыхания пируват, добавить малоновую кислоту, то поглощение кислорода митохондриями снизится; в то же время увеличится концентрация одного из метаболитов цитратного цикла. Какой метаболит ЦТК накапливается? Для ответа:
а) представьте схему ОПК;
б) укажите место действия малоната на этот метаболический путь;
в) объясните, почему в условиях эксперимента потребление кислорода митохондриями снижается.
14. У пациента выявлен генетический дефект пируваткарбоксилазы. К каким последствиям может привести такой дефект? Для ответа:
а) напишите реакцию, катализируемую указанным ферментом;
б) назовите процессы, в которых участвует продукт этой реакции;
в) объясните возможные изменения в метаболизме, которые происходят при дефекте такого фермента.
15. Школьник продолжительное время не мог заниматься физическими упражнениями на занятиях физкультурой. У него возникали головные боли, головокружение, мышечная слабость. При обследовании обнаружили значительное повышение содержания лактата в крови в период физической нагрузки. Анализ митохондрий в биоптате мышц показал снижение активности ферментативного комплекса I в ЦПЭ. Какова возможная причина наблюдаемых симптомов у данного пациента? Для ответа:
а) укажите способы синтеза АТФ в клетке;
б) приведите схему процесса, в котором участвует комплекс I;
в) напишите схему процесса, приводящего к образованию лактата у пациента, укажите его энергетическую эффективность;
г) объясните причину накопления лактата при данной патологии.
16. Генетические дефекты белков пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК) — наследственные заболевания, приводящие к некротизирующей энцефалопатии. В тяжелой форме, когда структура ферментного комплекса существенно нарушена, болезнь проявляется уже при рождении и приводит к смерти в раннем неонатальном периоде. Если повреждения структуры комплекса не столь значительны, то жизнь больного ребенка может продолжаться несколько лет, но патология проявляется уже в первые месяцы. В течение нескольких лет быстро прогрессирует энцефалопатия, нарушается умственное и физическое развитие, наблюдается выраженный лактатацидоз. Почему генетические дефекты ПДК приводят к таким тяжелым последствиям, в первую очередь проявляющимся в нарушении работы нервной системы, выраженном лактат-ацидозе? Для ответа:
а) опишите особенности строения ПДК, назовите входящие в его состав ферменты и их коферменты, а также содержащие их витамины;
б) напишите суммарную реакцию, катализируемую ПДК, и схему этапов реакции;
в) изобразите схему специфических путей и общего пути катаболизма;
г) объясните происхождение лактат-ацидоза и высокой чувствительности нервной ткани к нарушению работы ПДК.
17.Одно из клинических проявлений цинги — кровоизлияния под кожу и слизистые оболочки, что связано со снижением прочности сосудистой стенки. Основной структурный белок стенки сосудов — коллаген III типа. Синтез и созревание этого белка — сложный многоэтапный процесс, для успешного протекания которого необходимы различные вещества. Недостаток какого витамина приводит к возникновению цинги? Для ответа:
а) назовите этот витамин и напишите реакцию, в которой он участвует;
б) укажите другие вещества, необходимые для протекания этой реакции;
в) объясните значение этой реакции для формирования нормальной структуры коллагена и обеспечения прочности стенок кровеносных сосудов.
18.Суспензию митохондрий печени инкубировали в аэробных условиях при оптимальных значениях температуры и рН. Интенсивность дыхания измеряли по поглощению О2 после добавления к суспензии:
а) цитрата;
б) АДФ;
в) 2,4-динитрофенола.
Во всех случаях интенсивность поглощения О2 увеличивалась. Почему это происходило? Для ответа:
а) изобразите схему ОПК, связанного с дыхательной цепью;
б)используя соответствующую схему, объясните механизм окислительного фосфорилирования;
в) укажите, как изменится величина коэффициента Р/О при добавлении каждого из указанных веществ и почему;
г) объясните причины повышения потребления О2 митохондриями в каждом случае.
19.В суспензию митохондрий добавили 2 ммоль цитрата и 2 ммоль АДФ. Скорость окисления цитрата измеряли по поглощению О2. Через некоторое время реакция окисления цитрата прекратилась. Почему? Для ответа:
а) напишите реакции превращения цитрата в α-кетоглутаровую кислоту и объясните, почему реакция вскоре остановилась;
б) рассчитайте, сколько ммоль субстрата не окислилось;
в) укажите какое вещество нужно добавить, чтобы реакция возобновилась.
Экзаменационные задачи
20.У школьника снижена активность окислительно-восстановительных процессов: жалобы на слабость, быструю утомляемость, снижение внимания, плохой сон. Какие витамины необходимо включить в оздоровительный комплекс? Как объяснить повышение при этом эффективности энергетических процессов?