ПЗ 4 БиоЭнергетика

Модуль 2. Динамическая биохимия.

Тема 4. Метаболизм веществ и энергии в клетке. Принципы биоэнергетики.

1. Общая характеристика обмена веществ в организме. Метаболизм, катаболизм, анаболизм. Центральный метаболизм и вторичный метаболизм.

2. Биохимическая термодинамика.

3. Пути и механизмы преобразования энергии в живых системах. Принципы биоэнергетики.

Вопросы для самоподготовки

1. Охарактеризуйте катаболические, анаболические, амфиболические пути обмена веществ, их значение и взаимосвязь.

2. Что понимают под внешним и промежуточным обменом, центральным и вторичным метаболизмом, главными и специфическими метаболическими путями?

3. Каким образом анаболические и катаболические процессы разделены в живой клетке?

4. Приведите классификацию живых организмов по особенностям метаболизма (по источникам питания и использованию атмосферного кислорода).

5. Что является предметом изучения биоэнергетики? Какие особенности термодинамического описания биохимических процессов Вы знаете?

6. Какие реакции называют эндергоническими, а какие – экзергоническими? В чем состоит биохимический смысл сопряжения этих процессов в живых организмах?

7. Может ли эндергоническая реакция быть экзотермической и наоборот экзергоническая — эндотермической? Почему?

8. В каких случаях можно утверждать, что самопроизвольными могут быть только экзотермические процессы?

9. Как найти тепловой эффект биохимической реакции, если имеются данные о количественном составе равновесных смесей при различных температурах?

10. В каких условиях изменение свободной энергии Гиббса в биохимической реакции совпадает со стандартным ∆Gº? В каких случаях ∆Gº оказывается больше, а в каких меньше, чем ∆Gº?

11. Почему изменение G, свободной энергии реакции, катализируемой ферментом в живой клетке, обычно отличается от изменения G стандартной свободной энергии той же самой реакции?

12. Законы биоэнергетики Скулачева. Живые клетки – открытые термодинамические системы. Упорядоченность биологических систем.

13. Почему АТФ является термодинамически неустойчивым соединением, имеет большую энергию связи? Роль адениловой системы в энергетике клетки.

14. Перечислите основные макроэргические соединения, образуемые в организме.

15. В чем проявляется высокая биохимическая активность «высокоэнергетических» соединений и чем она обусловлена?

16. Понятие об энергетическом заряде и энергетической эффективности роста.

Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля

1. Можно ли отрицательные значения тепловых эффектов микробиологического синтеза (экзотермичность) рассматривать как потерю энергии, полученной клеткой при катаболизме? Почему?

2. Почему в системе, в которой энергетические уровни реагентов и продуктов реакции одинаковы, все же может протекать реакция, в результате которой в растворе, в котором первоначально присутствовали только реагенты, устанавливается равновесие между реагентами и продуктами реакции?

3. Почему при гидролизе глюкозо-1-фосфата ∆Gº′ = -21 кДж/моль^-1, а для гидролиза глюкозо-6-фосфата – лишь -13.9 кДж/моль^-1? Дайте объяснение исходя из положения фосфатной группы в молекуле глюкозы.

4. Вычислить ΔG⁰′ для изомеризации диоксиацетонфосфатата в глицеральдегид-3-фосфат, если в состоянии равновесия при 25°С (298 К) и рН 7,0 отношение концентрации глицеральдегид-3-фосфата к диоксиацетонфосфату составляет 0,0475. Вычислить ΔG при концентрации диоксиацетонфосфата, равной 2·10^–4 М, и концентрации глицеральдегид-3-фосфата – 3·10^–6 М.

5. Отношение концентраций АТФ и АДФ для активно дышащей дрожжевой клетки равно приблизительно 10. Определите, при каком соотношении 3-фосфоглицерата и 1,3-дифосфоглицерата в клетке фосфоглицераткиназная реакция:

1,3-дифосфоглицерат4- + АДФ3- → 3-фосфоглицерат3- + АТФ^4-

будет смещена в сторону синтеза 1,3-дифосфоглицерата, если при 25°С

ΔG⁰′ = -4,75 ккал*моль-1.

6. Константы равновесия ферментативного превращения L-аспартата с образованием фумарата и иона аммония при при 39ºС и 29ºС равны соответственно 1,6010^-2 и 0,7410^-2. Вычислите величины Gº и Sº для реакции, протекающей при температуре 39ºС.

7. Какая из реакций, приведенных ниже, может быть сопряжена с образованием АТФ из АДФ и Фн:

а) 1.3-бифосфоглицерат + Н₂О → 3- фосфглицерат + Фн; ∆Gº′ = -47,5 кДж/моль^-1

б) фруктозо-6-фосфат + Н₂О → фруктоза + Фн; ∆G⁰′ = -13,9 кДж/моль^-1