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:
1. распад органических веществ в клетках до углекислого газа и воды
2. трансформация энергии органических веществ в энергию макроэргических связей
3. синтез структурно – функциональных компонентов клетки
4. превращение пищевых веществ в соединения, лишенные видовой специфичности
5. использование энергии катаболических процессов для обеспечения функциональной активности организмаОтвет:1,2,3,5
Выберите правильные ответы.
Конечные продукты метаболизма
1. аминокислоты
2. вода
3. глюкоза
4. мочевина
5. углекислый газОтвет:2,4,5