Регуляция дыхательной цепи

1. АДФ стимулирует работу дыхательной цепи. Это явление называется дыхательным контролем.

2. АТФ тормозит работу дыхательной цепи и потребление кислорода.

3. Адреналин и глюкагон активируют работу дыхательной цепи.

Блокаторы дыхательной цепи

1. Ротенон блокирует дыхательную цепь на участке НАДН – КоQ.

2. Амитал, антимицин - на участке между цитохромами b и c₁.

3. Цианиды и окись углерода блокируют цитохромоксидазу, при этом вся дыхательная цепь не работает.

Нефосфорилирующее (свободное) окисление

Это окисление без образования АТФ. Ферменты свободного окисления: оксидазы, оксигеназы, неко­торые дегидрогеназы.

Значение свободного окисления:

- терморегуляция;

- образование биологически важных соединений (катехоламинов, глюкокорти­костероидов, коллагена, активация витамина Д и т.д);

- обезвреживание ксенобиотиков (ядов, токсинов, лекарств, ве­ществ бытовой химии).

Тканевые и возрастные особенности окислительных процессов

Анаэробные ткани могут получать энергию без кислорода. К анаэробным тканям относятся скелетные мышцы, эритроциты, пери­ферические нервы, мозговое вещество почек, кость, хрящ, соединительная ткань.

Аэробные ткани получают энергию с использованием кислорода и полностью зависят от кровотока. Аэробными тканями являются головной мозг, сетчатка глаза, сердце, кора почек, печень, слизистая тонкого кишечника.

Потребление кислорода, а значит, и интенсивность окислительных процес­сов с возрастом падают.

План изучения темы

Исходный уровень знаний

- окисление и восстановление;

- простые и сложные ферменты;

- механизм действия ферментов;

- аллостерические ферменты и механизм аллостерической регуляции;

- регуляция ферментативных цепей, ключевые ферменты;

- оксидоредуктазы.

Вопросы для самостоятельной подготовки к занятию

- понятие об анаболизме, катаболизме, метаболизме, биологическом окислении;

- отличия биологического окисления от окисления в неживой природе;

- этапы катаболизма;

- окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты;

- цикл Кребса: ход реакций, ферменты и витамины цикла, конечные продукты;

- значение цикла Кребса, его регуляция.

- дыхательная цепь, ее компоненты и значение;

- окислительное фосфорилирование. Механизм;

- сопряжение и разобщение в дыхательной цепи;

- пути использования АТФ в организме;

- регуляция дыхательной цепи;

- нефосфорилирующее окисление и его функции в организме;

- активный кислород и антипероксидная система;

- тканевые и возрастные особенности окислительных процессов;

- классификация оксидоредуктаз.

Вопросы для контроля по теме: «Биоэнергетика»

- Что такое окисление?

- Что такое восстановление?

- Дайте понятие о биологическом окислении.

- Перечислите способы передачи электронов.

- Чем биологическое окисление отличается от окисления в неживой природе?

- Какая окислительная реакция дает больше всего энергии?

- Дайте характеристику этапам катаболизма

- Напишите в формулах пируватдегидрогеназную реакцию. Укажите продукты этой реакции и их дальнейшую судьбу.

- Как регулируется пируватдегидрогеназа?

- Напишите в формулах цикл Кребса.

- Назовите субстраты и продукты цикла Кребса. Какова их дальнейшая судьба?

- Дайте понятие о дегидрогеназе? Приведите примеры дегидрогеназ цикла Кребса. Чем они отличаются друг от друга?

- Что такое окислительное декарбоксилирование? Приведите примеры.

- Дайте понятие о субстратном фосфорилировании. Напишите эту реакцию в формулах.

- Какие витамины необходимы для работы цикла Кребса?

- Каково значение цикла Кребса?

- Назовите ключевые ферменты цикла Кребса и расскажите о их регуляции.

- Где в клетке находятся ферменты цикла Кребса?

- Какова связь цикла Кребса с дыхательной цепью?

- Что такое дыхательная цепь?

- Какие ферменты работают в дыхательной цепи? Назовите субстраты и продукты катализируемых ими реакций.

- Какие процессы сопряжены в дыхательной цепи?

- Что такое окислительное фосфорилирование?

- Назовите пункты сопряжения окисления и фосфорилирования в дыхательной цепи.

- Расскажите о механизме окислительного фосфорилирования.

- Как регулируется работа дыхательной цепи?

- Что такое сопряжение и разобщение в дыхательной цепи?

- Каков принцип действия разобщителей дыхательной цепи?

- Назовите пути использования АТФ в организме.

- Что такое свободное окисление?

- Чем окислительное фосфорилирование отличается от субстратного?

- Расскажите о тканевых и возрастных особенностях окислительных процессов.

- Охарактеризуйте ферменты класса оксидоредуктаз.

2.3. Лабораторная работа «Определение активности каталазы в слюне»

Оборудование:	1.	Пипетки на 1мл;
	2.	Коническая мерная пробирка;
	3.	Химический стакан объемом 100 мл;
	4.	Штатив с пробирками.
Реактивы:	1.	0,9% р-р NaCl;
	2.	10% p-p Н2SO4;
	3.	1,5% p-p Н2О2;
	4.	0,1н p-p KMnO4

Принцип метода. Метод основан на титрометрическом определении количества пероксида водорода, оставшегося в пробе после действия фермента. Пероксид водорода оттитровывают 0,1н раствором KMnO₄.

Ход работы. В две пробирки (контрольная и опытная) вносят по 1 мл 0,9% раствора NaCl, 0,3мл 1,5% раствора Н₂О₂ и 0,5 мл неразведенной слюны. Опытную пробу оставляют на 15 мин при комнатной температуре, а в контрольную пробу сразу же после добавления слюны приливают 3 мл 10% Н₂SO₄ и титруют 0,1 н раствором KMnO₄ до появления слабо-розовой окраски, не исчезающей 30 сек. В опытную пробу через 15 мин инкубации тоже добавляют 3 мл 10% pаствоpа Н₂SO₄ и титруют также, как контрольную.

Расчет активности каталазы проводят по формуле:

Х = (К – О) х 0,3 мг Н₂О₂/мл в минуту,

где: К – количество KMnO₄, пошедшее на титрование контроля,

О - количество KMnO₄, пошедшее на титрование опыта,

0,3 – коэффициент, учитывающий титр Н₂О₂, количество слюны в пробе и время инкубации.

Диагностическое значение определения активности каталазы

Каталаза содержится во всех тканях и жидкостях организма, но особенно много ее в строме эритроцитов и печени. В процессе окисления некоторых веществ образуется пероксид водорода, ядовитый для организма. Каталаза расщепляет пероксид водорода на молекулярный кислород и воду.

Определение активности каталазы имеет значение для диагностики рака, анемии, туберкулеза. При этих заболеваниях активность каталазы снижается.

2.4. Защита лабораторной работы:

а) Вопросы для защиты лабораторной работы

1. Зачем пробирки с реакционной смесью помещают в термостат?

2. Напишите уравнение каталазной реакции. Какое значение в организме она имеет?

3. К какому классу ферментов относится каталаза?

4. Что является субстратом каталазы?

5. На чем основан принцип метода определения каталазы?

6. Где в организме встречается каталаза?

7. Как определить окончание титрования?

8. Как рассчитать активность каталазы? Приведите формулу.

9. В каких единицах выражается активность каталазы?

б) Ситуационные задачи

1. К препарату митохондрий добавили пируват, меченый ¹⁴С по метильной группе. Какое положение займет ¹⁴С в оксалоацетате после од­ного оборота цикла Кребса?

2. Сколько молекул АТФ синтезируется при окислении одной молекулы пирувата до 2-оксоглутарата? Одной молекулы изоцитрата до сукцината? Одной молекулы сукцината до оксалоацетата? При условии, что дегидрогеназные реакции сопряжены с дыхательной цепью.

3. Ротенон (токсичное вещество, вырабатываемое одним из видов растений) резко подавляет активность митохондриальной НАДН-дегидро­геназы. Токсичный антибиотик антимицин сильно ингибирует окисление убихи­нола. Допустим, что оба эти вещества блокируют соответствующие участки дыхательной цепи с равной эффектив­ностью. Какой из них будет при этом более мощным ядом? Дайте аргументированный ответ.

4. Напишите реакции, которые ускоряются при введении в орга­низм кокар-боксилазы (активной формы витамина В₁).

5. Подберите каждому пронумерованному ферменту дыхатель­ной цепи соот-ветствующий кофермент, обозначенный буквами:

1. НАДН-дегидрогеназа А. ФАД

2. QН₂ - дегидрогенза Б. гем

3. Цитохромоксидаза В. ФМН

4. Малатдегидрогеназа Г. гем, Сu²⁺

5. Сукцинатдегидрогеназа Д. НАД⁺

Е. НАДФ⁺

6. Как отразится передозировка барбитуратами на потребление кислорода?

7. 2,4-ДНФ (сильный разобщающий агент) пытались одно время исполь-зовать для борьбы с ожирением. Теперь такого рода разобщающие агенты уже не применяются в качестве лекарственных препаратов, поскольку из­вестны случаи, когда их применение приводило к летальному исходу. По­чему прием разобщающих агентов может вызвать смерть?

8. Какую физиологическую функцию определяет величина Р/О?