Тема: Окисне фосфорилювання

Актуальність теми:Енергетичні потреби організму забезпечуються за рахунок енергії макроергічних зв'язків АТФ, що синтезується головним чином у процесі окисного фосфорилювання. Порушення цього процесу внаслідок цілого ряду причин зумовлює гіпоенергетичний стан, що є одним із патогенетичних механізмів багатьох хвороб.

Навчальнi цiлi:

Знати: механізм синтезу АТФ шляхом окисного фосфорилювання, його регуляцію і порушення.

Вмiти: визначати та оцінювати функціональний стан окисного фосфорилювання.

Самостійна позааудиторна робота

В зошитах для протоколів:

1. повторити з курсу біології та генетики і описати передачу по спадковості мітохондріальної ДНК.

2. показати схематично розміщення на внутрішній мембрані мітохондрій комплексів І, ІІ, ІІІ, ІV дихального ланцюга і АТФ-синтази (комплексуV).

Контрольні питання

1. Роль мітохондрій у синтезі АТФ. Спряження (поєднання) тканинного дихання (ТД) і окисного фосфорилювання (ОФ).

2. Хеміосмотична теорія ОФ. Механізм утворення електрохімічного потенціалу.

3. Структура і механізм каталітичної дії АТФ-синтази.

4. Ефективність спряження ТД і ОФ. Коефіцієнт фосфорилювання.

5. Регуляція ТД і ОФ. Енергетичний заряд клітини.

6. Роз'єднання ТД і ОФ. Роз'єднюючі агенти та механізм їх дії.

7. Мітохондріальні хвороби, гіпоенергетичні стани.

Самостійна аудиторна робота

Виконати вправи.

1. Дати визначення поняттям „окисне фосфорилювання – ОФ” і „ субстратне фосфорилювання – СФ”.

2. Спряження ТД і ОФ. Які структурні та хімічні основи спряження?

ТД ? ? ОФ

Транспорт електронів → ? → Синтез АТФ

вздовж ДЛМ до О₂

Яка назва теорії спряження і хто її автор?

3. Механізм утворення на внутрішній мембрані мітохондрій електрохімічного потенціалу (протонрушійної сили).

а) які дві складові електрохімічного потенціалу і як вони утворюються?

б) що таке протонні помпи і які комплекси ДЛМ є ними?

в) завершити схему: вказати напрямки руху протонів через мембрану

ТД ? ? ? ? ОФ

Транспорт електронів → Рух Н⁺ → ? → Рух Н⁺ → Синтез АТФ

вздовж ДЛМ до О₂ із ... у ... із ... у ...

4. Синтез АТФ.

а) структура АТФ –синтази. Назвати субодиниці ферменту, описати їх розміщення на мембрані та вказати роль;

б) написати рівняння синтезу АТФ;

в) пояснити механізм каталітичної дії АТФ-синтази.

5.АТФ синтезується з АДФ і Фн у мітохондріях, а використовується головним чином у цитозолі, розпадаючись на АДФ і Фн. Яким чином АТФ, АДФ і Фн переносяться через внутрішню мембрану мітохондрій? Що служить рушійною силою для їх транспорту?

6. Описати експерименти, якими підтверджена хеміосмотична теорія ОФ.

7. Ефективність спряження ТД і ОФ.

а) як практично визначити ефективність спряження ТД і ОФ (коефіцієнт ОФ)?

б) чому дорівнює відношення Р/О при транспорті електронів до О₂ від : 1) НАДН + Н⁺; 2) ФАДН_2. Пояснити причину різної величини.

в) порівняти ΔG^о, що вивільняється при окисленні НАДН + Н⁺ киснем, із рівнем вільної енергії яка запасається в синтезованих при цьому молекулах АТФ. Який % енергії зберігається у хімічній формі і який % виділяється як теплова енергія? Для розрахунків використати ΔG^о реакції гідролізу АТФ, характерну для фізіологічних умов.

8. Регуляція ТД і ОФ. Енергетичний статус клітин.

а) написати сумарне рівнянн ТД і ОФ.

б) концентрації яких речовин, відповідно до цього рівняння, контролюють швидкість ТД і ОФ? Рівень, якої з цих речовин є головним регуляторним фактором при фізіологічних умовах?

в) дати визначення поняттю „дихальний контроль”.

г) для характеристики енергетичного статусу клітин використовують два показники (індекси). Запишіть їх. Як їх експериментально визначити?

д) яка величина енергетичного заряду більшості клітин у фізіологіних умовах? Розкрийте залежність між енергетичним зарядом клітини та швидкістю процесів: 1) катаболізму; 2) анаболізму.

е) який механізм регуляції активності ферментів молекулами АТФ, АДФ і АМФ? Вкажіть ефекти цих сполук на ключові ферменти катаболічних і анаболічних шляхів.

9. Вкажіть ефекти різних сполук на ТД і ОФ (стимуляція чи інгібування).

Сполука	ТД	ОФ
1. Антиміцин А, ціаніди, ротенон, СО. 2. Олігоміцин (інгібітор АТФ-синтази) 3. 2, 4 – динітрофенол. 4. Атрактилозид (інгібітор АТФ- АДФ- транслокази).

Опишіть механізм дії розєднувачів ТД і ОФ. Як змінюється температура тіла під впливом цих речовин? Чому? Чи можна їх використовувати для лікування ожиріння?

10. Мітохондріальні хвороби (МтХв).

а) первинні МтХв є наслідком мутацій в мітохондріальній ДНК, або ядерній ДНК.

Чому мутації ДНК ядра клітини можуть призводити до розвитку МтХв?

б) первинні МтХв успадковуються по материнській лінії. Чому?

в) МтХв характеризується ураженням різних органів та тканин, але в найбільшій мірі поражаються мозок і міокард. Чому?

11. Крім спадкових первинних МтХв порушення окисного фосфорилювання і знижена продукція АТФ наступають внаслідок різноманітних причин. Перечислити окремі з них:

а) недостатність в організмі наступних речовин: ....

б) дія на організм наступних хімічних речовин:...

в) дія на організм наступних фізичних чинників:...

Пояснити механізми розвитку порушень енергетичного обміну внаслідок указаних причин.

Література

1. Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини. Тернопіль: Укрмедкнига, 2001. – 736с.
2. Губський Ю.І. Біологічна хімія. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. – 508с.
3. Гонський Я.І., Максимчук Т.П., Калинський М.І. Біохімія людини. Підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2002. – 744с.

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри, протокол №1 від 28.08.2008р.

Зав. кафедрою проф. Ерстенюк А.М.

ЗАНЯТТЯ № 12