Тема: Общие пути катаболизма

ЦЕЛЬ: Изучить механизм образования и использования пирувата и ацетил‑КоА как общих метаболитов. Усвоить последовательность реакций цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) и его значение. Пользуясь схемой катаболизма основных пищевых веществ, уметь составить схемы: а) путей образования и окисления пирувата; б) путей образования и расходования ацетил-КоА.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ

1. Схема катаболизма основных пищевых веществ. Понятие об общих и специфических путях катаболизма.

2. Пируват как общий метаболит. Схема образования пировиноградной кислоты из белков, жиров и углеводов.

3. Окислительное декарбоксилирование пирувата. Схема и химизм реакций. Ферменты, коферменты, роль витаминов в их построении.

4. Энергетическое значение окислительного декарбоксилирования пирувата, связь с дыхательной цепью.

5. Ацетил-КоА как общий метаболит. Схема образования и пути использования.

6. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) – общий метаболический котёл организма. Последовательность реакций и характеристика ферментов.

7. Связь ЦТК с дыхательной цепью, сколько АТФ образуется за оборот?

8. Биологическая роль ЦТК, что понимают под амфиболичностью ЦТК?

9. Регуляция ЦТК. Какие ферменты являются регуляторными, какие метаболиты и как на них влияют?

10. Напишите структурные формулы субстратов окисления в цикле трикарбоновых кислот.

11. Напишите реакцию окисления в ЦТК, которая обеспечивает поступление электронов в укороченную дыхательную цепь.

12. Сколько молекул АТФ образуется в ЦТК путём субстратного фосфорилирования? Какой субстрат это обеспечивает?

13. Проследите за судьбой радиоактивной метки в одном обороте ЦТК, если к клеточному экстракту, содержавшему ферменты и кофакторы пируватдегидрогеназного комплекса в ЦТК, последовательно добавлять по  одному  из  указанных  ниже  соединений (метка обозначена знаком– *).

H₃C*–C–COOH, H₃C–C–C*OOH, H₃C–C*–COOH, H₃C*–C– S-KoA

|| || || ||

O O O O

14. В ЦТК включается ацетил-КоА и оксалоацетат. Оксалоацетат регенерирует. На дыхательную цепь переносятся 8 водородов (протоны и электроны), тогда как в ацетил-КоА всего 3 водорода. Откуда поступают остальные 5?

15. В суспензию митохондрий добавили 0,6 ммоль/мл малата и 0,3 ммоль/мл АДФ. Поглощение кислорода, начавшееся сразу после добавления малата и АДФ, через некоторое время прекратилось. Почему? Затем к пробе добавили раствор фермента гексокиназы и раствор глюкозы. Поглощение кислорода вновь началось. Почему?

Таблица. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ФЕРМЕНТЫ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА

Регуляторные ферменты	Ингибиторы	Активаторы
Пируватдегидрогеназный комплекс	АТФ, НАДН, ацетил-КоА
Цитратсинтаза	АТФ, НАДН, сукцинил-КоА, ацил-КоА, цитрат
Изоцитратдегидрогеназа	АТФ, НАДН	АДФ, АМФ
α-кетоглутарат-дегидрогеназный комплекс	НАДН, сукцинил-КоА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.

Количественное определение пировиноградной кислоты в моче колориметрическим методом по Умбрайту.

Пировиноградная кислота является одним из промежуточных продуктов углеводного обмена. За сутки с мочой выделяется 113,7 – 283,9 мкмоль (10 – 25 мг) пировиноградной кислоты (ПВК). Содержание пирувата в крови здорового человека 0,4 – 1,2 мг в децилитре крови.

Принцип метода: ПВК, взаимодействуя с 2,4‑динитрофенилгидразином в щелочной среде, образует 2,4‑динитрофенилгидразон ПВК жёлто-оранжевого цвета, интенсивность окрашивания раствора пропорциональна концентрации пирувата.

СН₃ NH–NH₂ CH₃

| | NO₂ |

+

C=O C == N–NH

| | | + H₂O

COOH HOOC NO₂

|

NO₂

|

2,4-динитрофенил- NO₂

гидразин 2,4-динитрофенил-

гидразон ПВК

Порядок выполнения работы: Берут две пробирки, в опытную наливают 1 мл мочи, в контрольную – 1 мл дистиллированной воды. В обе пробирки приливают по 1 мл 2,5% спиртового раствора КОН. Перемешивают содержимое пробирок в течение 1 минуты. В каждую пробирку приливают по 0,5 мл 0,1% раствора 2,4-динтрофенилгидразина, перемешивают и оставляют на 15 минут при комнатной температуре для развития окраски. Пробу фотометрируют на ФЭКе против контроля с синим светофильтром. Расчёт проводят по калибровочному графику, найденную величину умножают на показатель суточного диуреза (мл).

Клинико-диагностическое значение. При авитаминозе и гиповитаминозе В₁ в крови и других тканях, особенно мозге, накапливается большое количество ПВК и увеличивается её выведение с мочой. Содержание этой кислоты в крови и моче возрастает при сахарном диабете, сердечной недостаточности, гиперфункции гипофизарно-адреналовой системы.

ЛИТЕРАТУРА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ. Основная:

1. Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2002, с. 343-353.

2. Биохимия: Учебник/Под ред. Е.С. Северина. –М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003, (Серия XXI век), с. 281-294.

3. Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: Медицинское информационное агентство, 2001, с. 212-221.

4. Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В. Биохимия: Учебник. –М.: Медицина, 2000, с. 80-86.

5. Лекционный материал.

Дополнительная литература:

1. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами /Под ред. Члена-корренспондента РАН, проф. Е.С. Северина, проф. А.Я. Николаева. М.: ГЭОТАР-МЕД. 2001. -448 с.: ил. – (XXI век).

2. Марри Р. и соавтор. ‘‘Биохимия человека’’ М.: Мир, 1993, т. 1.

3. Скулачёв Б.П. ‘‘Биоэнергетика. Мембранное преобразование энергии’’, М.: Высшая школа, 1989.