Занятие 15. катаболизм глюкозы. анаэробный гликолиз.
Цель: изучить анаэробный гликолиз - химизм, значение, энергетический эффект. Освоить количественный метод определения пировиноградной кислоты в сыворотке крови.
Студент должен знать:
1. Превращение глюкозо-6-фосфата (метаболиты и ферменты), ведущие к образованию пировиноградной, а затем молочной кислоты (анаэробное превращение глюкозы - гликолиз).
2. При каких условиях происходит восстановление пирувата в молочную кислоту.
3. Как рассчитывается энергетический эффект метаболических превращений, как рассчитать энергетический эффект анаэробного превращения глюкозы.
4. Значение анаэробного окисления углеводов для организма в норме и патологии.
Студент должен уметь:
1. Составить схему анаэробного гликолиза. без использования структурных формул с указанием ферментов (регуляторные ферменты отметить звездочкой)..
2. Рассчитать энергетический эффект распада 1 моля глюкозы в анаэробных условиях и обосновать низкий энергетический эффект гликолиза.
3. Объяснить роль микроорганизмов зубного налета в декальцинации зуба.
4. Количественно определить содержание пировиноградной кислоты в пробе биологической жидкости.
Студент должен получить представление:
1. Об анаэробных организмах, их месте на эволюционной лестнице.
2. О патологических состояниях, ведущих к преобладанию анаэробного окисления.
Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:
1. О структуре моносахаридов, имеющих пищевое значение
2. О стереоизомерии сахаров.
3. Виды брожения в мире микрофлоры.
Задания для самоподготовки:
Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:
1.Изучите парциальные реакции анаэробного гликолиза. Составьте схему (без структурных формул) анаэробного превращения глюкозы до молочной кислоты с указанием ферментов. Уясните, что процесс протекает в цитозоли клеток.
2.Укажите на схеме регуляторные ферменты (отметьте *).
3.Какой промежуточный метаболит процесса является конечным акцептором водорода от НАДН? Какой продукт при этом образуется?
Запишите схему данной реакции с использованием структурных формул. Укажите фермент.
4.Уясните, что синтез АТФ в процессе гликолиза происходит за счет субстратного фосфорилирования. Обоснуйте это положение. Запишите в виде схемы реакции, ведущие к образованию АТФ через субстратное фосфорилирование.
5. Рассчитайте энергетический эффект окисления ( в молях АТФ) 1 моля глюкозы в анаэробных условиях.( отдельно- 1 моля гликогена)
6. Проверьте свои знания:Укажите соединения (метаболиты катаболизма глюкозы), которые обеспечивают синтез АТФ путем субстратного фосфорилирования (несколько правильных ответов):
а. пировиноградная кислота; б.глюкозо-6-фосфат; в. 1,3 –фосфоглицериновая кислота; г. фосфоенолпировиноградная кислота
7. В чем значение анаэробного гликолиза? В каких тканях анаэробный гликолиз является существенным источником АТФ? Почему? Есть ли аналоги гликолиза в мире микрофлоры?
8. Конечный продукт анаэробного гликолиза молочная кислота. Спрогнозируйте возможные дальнейшие превращения молочной кислоты.
Аудиторная работа
Лабораторная работа (количественное определение
пировиноградной кислоты – видоизмененный метод Умбрайта).
Содержание пировиноградной кислоты /ПК/ в крови и тканях может изменяться при некоторых патологических состояниях – кислородной недостаточности, дефиците витамина В1 и других.
Определение ПК в крови основано на том, что она при взаимодействии с 2,4-динитрофенилгидразином образует 2,4-динитрофенилгидразон - соединение желтого цвета. При добавлении спиртового раствора щелочи к толуоловому экстракту, содержащему это соединение, развивается оранжево-красное окрашивание, интенсивность которого пропорциональна содержанию ПК. Определяя оптическую плотность раствора, можно рассчитать содержание ПК с помощью калибровочного графика.
Ход работы. 1. Приготовить безбелковый фильтрат крови: в пробирку внести 2 мл 10% раствора трихлоруксусной кислоты и затем 0.4 мл крови, смешать и после 10-минутной экспозиции фильтровать через бумажный фильтр. 2. В сухую пробирку внести 1 мл фильтрата, добавить 0.5 мл 0.1% раствора солянокислого раствора 2,4-динитрофенилгидразина и через 5 мин прилить 2,5 мл водонасыщенного толуола. Энергично встряхивать 2 мин и оставить до расслоения. Из толуолового (верхнего) слоя отобрать 1 мл и перенести в сухую пробирку. Прилить 2 мл спиртового раствора щелочи.
Одновременно проводится контрольная проба – в неё вместо фильтрата крови вносится дистиллированная вода.
Оптическую плотность полученного в опыте раствора колориметрировать против контрольной пробы (кювета 5 мм, фильтр синий). По результатам определения оптической плотности устанавливают содержание ПК, учитывая, что 1 мл крови соответствует 0,2 мл безбелкового фильтрата.
Для построения калибровочной кривой вносят в последовательно пронумерованные пробирки 0.2, 0.4, 0.6, 0,8 и 1.0 мл стандартного раствора ПК, доводят каждую пробирку водой до 1 мл и проводят те же операции, что в опыте. При построении кривой откладывают на оси абсцисс количества ПК в исследуемом ряду пробирок, а на оси ординат найденные значения оптической плотности.
Проконтролируйте освоение материала, решая контрольные задачи:
1. Молочная кислота в защищенной от доступа кислорода биологической системе образуется со скоростью 0,1 мкмоля/ч. Единственный субстрат окисления – глюкоза.
Рассчитать расход глюкозы.
2. Подсчитать энергетический эффект анаэробного гликолиза: субстрат – гликоген, скорость образования лактата – 0,05 мкмолей в час на 1 г ткани.
3. Что происходит с восстановленной формой НАД (НАД.Н+), если в системе окисления глюкозы имеется доступ кислорода (т.е. ПК не восстанавливается).
4. Объясните, почему интенсивность анаэробного гликолиза высокая в первые минуты мышечной работы.
5. Объясните возможные механизмы развития патологии зубов и периодонта под влиянием микрофлоры зубных отложений.