Биоэнергетика. Окислительно-восстановительные процессы"

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ: 1. Сформулируйте понятие "Обмен веществ", назовите его этапы, охарактеризуйте понятия "Метаболизм", "Катаболизм", "Анаболизм", "Амфиболизм", "Анаплеротический процесс", "Метаболический путь", "Метаболический цикл", "Метаболит" и "Конечный продукт" 2. Основные положения биоэнергетики. Сходство и различия в использовании энергии ауто- и гетеротрофными организмами, связь между теми и другими. 3. Сформулировать понятия "Макроэргическая связь", Макроэргическое соединение". Макроэргические соединения в живых организмах. Виды работ, совершаемых живым организмом, связь с окислительно-восстановительными процессами (желательно графическое изображение). 4. Особенности биологического окисления, его виды. Тканевое дыхание. 5. Ферменты тканевого дыхания, их особенности, компартментализация. 6. Типы дегидрирования основных окисляемых в организме субстратов (насыщенных и ненасыщенных соединений, спиртов, кетонов, кислот, аминокислот) 7. Как запасается энергия, высвобождающаяся при биологическом окислении? Химическая гипотеза Ленинджера, хемиоосмотическая гипотеза Митчелла (принципы). 8. Сформулируйте понятие "Окислительное фосфорилирование", объясните его механизм. 9. Почему окислительное фосфорилирование называют также сопряженным фосфорилированием, какой структурный элемент клетки является сопрягающим фактором? 10. Понятие о разобщении тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Разобщающие факторы - протонофоры. 11. Субстратное фосфорилирование: биологическое значение, примеры. 12. Общие и частные пути метаболизма углеводов, липидов и белков. Принципиальные стадии метаболизма и анаболизма. 13. Связь основного метаболического пути Мейергофа-Парнаса-Эмбдена- Кребса с тканевым дыханием (точки ответвления дыхательных цепей от основного пути). 14. Сопоставьте энергетический эффект окисления глюкозы по основному и по анаэробному путям.

Задания для самоконтроля:

1. Переписать, оставив только верные утверждения: «Превращение энергии в клетках подчиняется следующим общим для неживой и живой природы законам: клетка продуцирует, но не расходует энергию; общая энергия замкнутой системы всегда постоянна; энергия существует в форме свободной (полезной) и рассеиваемой (бесполезной); система, продуцирующая энергию, может существовать без притока ее извне; любое физическое изменение ведет к рассеиванию энергии - к уменьшению свободной и росту энтропии»

2. Переписать фразу, оставляя только верные положения: «Клетка - замкнутая-открытая система и, следовательно, должна - не должна получать энергию из окружающей среды»

3. Выписать из нижеприведенных утверждений те, которые можно назвать основными положениями биоэнергетики: живые организмы используют энергию солнца, механического движения, химическую энергию и другие ее формы; живые организмы используют только энергию фотонов ультрафиолетовой части солнечного спектра и энергию химических связей; живые организмы используют только энергию солнечного света; энергия в живых организмах запасается в виде разнообразных соединений; живыми организмами для выполнения работ используется только энергия макроэргических связей в высокоэнергетических соединениях (привести примеры этих соединений); энергия химических связей в биополимерах используется непосредственно для выполнения некоторых видов работ в организме; для выполнения всех видов работ используется в организме энергия любых химических связей; в завимости от источника энергии все живые системы разделяют на: позвоночные и беспозвоночные; - млекопитающие и парнокопытные аутотрофы и гетеротрофы; теплокровные и холоднокровные.

4. Переписать фразу, опустив неверные утверждения: «Энергию, поступающую извне, аутотрофы и гетеротрофы используют непосредственно для перемещения тела, для трансформации в электрическую энергию, для синтеза макроэргических соединений, для обеспечения осмотических процессов»

5. Нарисовать схему связи ауто- и гетеротрофов в энергопотреблении.

6. Составить фразу, введя в нее только правильные из приведенных ниже утверждений: «Макроэргическая связь - это связь между атомами углерода и другими элементами; связь, подвергающаяся гидролизу при нагревании - связь, при распаде которой высвобождается более 4 ккал/моль - связь между прошлым и будущим - связь, на синтез моля которой затрачивается более 4 ккал».

7. Написать структурную формулу важнейшего макроэргического соединения, синтезируемого ауто- и гетеротрофами.

8. Перечислить виды работ, выполняемых живой системой.

9. Нарисовать схему "Подзарядка АТФ и ее использование в организме».

10. Переписать фразу, оставив только верные утверждения: «Окисление может реализоваться: присоединением кислорода к атому водорода в субстрате, отщеплением водорода, потерей электрона, путем последовательного переноса водорода и электронов к атому кислорода»

11. Переписать фразу, опустив неверные утверждения: "Биологическое окисление - процесс, в ходе которого субстраты приобретают дополнительный атом кислорода, теряют протоны и электроны, являясь акцепторами донаторами водорода, а кислород - промежуточным конечным акцептором водорода кислорода"

12. Переписать правильные утверждения, относящиеся к живой системе:

перенос протонов и электронов от окисляемых субстратов на кислород - одноэтапный процесс; перенос протонов и электронов с субстрата на кислород обеспечивается промежуточными акцепторами-донаторами неорганической природы; промежуточные акцепторы-донаторы водорода - ферменты; конечный акцептор водорода - фермент; конечный акцептор водорода - белок; конечный акцептор водорода - кислород.

13. Закончить фразу: "Перенос водорода через ряд промежуточных переносчиков предупреждает ... ... в виде тепла".

14. Продолжить фразу: "Тканевое дыхание это ...»

15. В каком случае понятия "Тканевое дыхание" и "Биологическое окис-

ление" однозначны.

16. Сформулировать понятия "Аэробное и Анаэробное окисление".

17. Составить схему действия ферментов тканевого дыхания.

18. Составить схему последовательности переброски электронов в элект-

ронтранспортном участке дыхательной цепи:

19. Показать с помощью фрагментов структурных формул как происходит

дегидрирование: насыщенных соединений, ненасыщенных соединений, первичных и вторичных спиртов, альдегидов, кислот и аминокислот.

20. Описать общие принципы дегидрирования.

21. Чем обусловлено движение протонов и электронов по цепи ферментов

тканевого дыхания.

22. Сколько энергии затрачивается на синтез одного моля пирофосфорной

связи в АТФ и высвобождается при гидролизе 1 моля той же связи в АТФ?

23. Закончить фразу: "Синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата за счет энергии, высвобождающейся при транспорте протонов и электронов по дыхательной цепи, называют ... или ... фосфорилированием.

24. Переписать те экспериментальные данные, которые подтверждают наличие сопряжения между тканевым дыханием и синтезом АТФ: существует кратное отношение между количеством потребленного клеткой кислорода и количеством потребленного неорганического фосфата; введение тироксина активирует тканевое дыхание; блокада тканевого дыхания в клетке ведет к блокаде синтеза АТФ; дефицит в клетке АТФ ведет к активации тканевого дыхания; введение цианидов блокирует тканевое дыхание; дефицит АДФ или неорганического фосфата не замедляет тканевого дыхания;

25. Написать название структуры, сохранность которой необходима для сопряжения: цитоплазматическая мембрана, аппарат Гольджи, митохондриальная мембрана, пассатижи, рибосомы, щетинки, С-клетки. Нарисовать схему органеллы в разрезе, обозначить ее элементы.

26. Переписать те из перечисленных фактов, которые доказывают роль целостной мембраны митохондрий в сопряжении: не удалось найти переносчик активированного фосфата; мембрана непроницаема для протонов; в изолированных митохондриях тканевое дыхание сопряжено с окислительным фосфорилированием; в присутствии протонофоров тканевое дыхание усиливается, а синтез АТФ угнетается; при повторном замораживании-оттаивании митохондрии сохраняют тканевое дыхание, но не синтезируют АТФ.

27. Переписать свойство митохондриальной мембраны, которое обеспечивает сопряжение: наличие интегральных белков, присутствие холестерола и его производных, непроницаемость для протонов, избирательная проницаемость для ацилпроизводных карнитина.

28. Переписать из нижеприведенных фактов те, которые доказывают, что именно избирательная проницаемость мембраны обеспечивает сопряжение:

механическое разрушение мембраны нарушает сопряжение; введение в среду цианидов блокирует тканевое дыхание и синтез АТФ; введение протонофоров не угнетает тканевого дыхания, но тормозит синтез АТФ; небольшое изменение ионной силы в среде не вызывает разобщения.

29. Перечислить основные факты, свидетельствующие в пользу хемиоосмотической гипотезы Митчелла:

8. Переписать правильные утверждения: протонный градиент по обе стороны внутренней митохондриальной мембраны создается переносом протонов кнаружи; переносом протонов в матрикс; непроницаемостью мембраны для глюкозы; рН с наружной стороны внутренней мембраны ниже, чем с внутренней в связи с накоплением протонов снаружи и электронов - внутри; дыхательная цепь в мембране локализована так, что ее начальное звено обращено в матрикс; обращено кнаружи, находится в толще мембраны.

30. Переписать только верные положения: протонофоры это соединения, разрушающие внутреннюю мембрану митохондрий; разрушающие наружную мембрану; которые могут транспортировать протоны через неповрежденную мембрану.

31. Переписать фразу, дополнив ее верными положениями из приведенных ниже «При неповрежденной мембране транспорт протонов в матрикс ....»: не происходит; происходит через протонный канал; происходит, как заблагорассудится; происходит только в присутствии протонофоров

32. Что представляет собой протонный канал (фактор Fо)?

33. Фактор F-1 представляет собой (переписать, дополнив правильным положением из нижеприведенных: часть протонного канала; АТФ-синтетазу, структурный белок; сэндвич).

34.Переписать фразу, используя верные утверждения: Фактор Fо обращен 1) внутрь, 2) кнаружи мембраны, 3) пронизывает мембрану.

35.Переписать фразу, опустив лишнее: Фактор F-1 обращен (внутрь, кнаружи, пронизывает мембрану, не имеет отношения к мембране)

36. Расположить в логической последовательности факторы, обеспечивающие синтез АТФ: активация АТФ-синтетазы  движение протонов по дыхательной цепи  движение протонов через протонный канал  возникнове­ние разницы потенциалов  дегидрирование окисляемого субстрата  синтез АТФ  желание поработать.

37. Транспорт АТФ из матрикса обеспечивает ....

38. Закончить фразу: «Транспорт неорганического фосфата в матрикс обеспечивается двумя системами: ...»

39. Чем обусловлен градиент рН?

40.Написать, какое из перечисленных явлений вызывает разобщение: 1) протоны накапливаются, а тканевое дыхание подавлено, 2) мембрана проницаема для протонов, 3) разница потенциалов на мембране имеется, а тканевое дыхание активировано.

41. Какие из перечисленных факторов являются разобщителями: 1) воздействия, которые способствуют прохождению окислительных процессов, 2) ве­щества, "проводящие" протоны на плазматическую поверхность мембраны, 3) воздействия или вещества, не влияющие на тканевое дыхание, но угнетающие окислительное фосфорилирование, 4) вещества, обеспечивающие транспорт протонов через митохондриальную мембрану.

42. Как влияют на скорость окислительного фосфорилирования накопление

АДФ или АДФ?

43. Как изменяется тканевое дыхание при накоплении АТФ или АДФ.

44. Закончить фразу: «Субстратное фосфорилирование не связано с процессом ...»

45. Изобразить субстратное фосфорилирование в структурных формулах

на примере окисления 3-фосфоглицеринового альдегида.

46. Записать структурными формулами субстратное фосфорилирование, связанное с внутримолекулярной перестройкой, на примере преобразования 3-фосфоглицериновой кислоты.