Этапы катаболизма. Биологическое окисление (тканевое дыхание). Особенности биологического окисления.

Занятие №1.

Актуальность темы.

Биологическое окисление – совокупность протекающих в каждой клетке ферментативных процессов, в результате которых молекулы углеводов, жиров и аминокислот расщепляются, в конечном счете, до углекислоты и воды, а освобождающаяся энергия запасается клеткой в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и затем используется в жизнедеятельности организма (биосинтез молекул, процесс деления клеток, сокращение мышц, активный транспорт, продукция тепла и др.). Врач должен знать о существовании гипоэнергетических состояний, при которых снижается синтез АТФ. При этом страдают все процессы жизнедеятельности, которые протекают с использованием энергии, запасенной в виде макроэргических связей АТФ. Наиболее распространенная причина гипоэнергетических состояний – гипоксия тканей, связанная со снижением концентрации кислорода в воздухе, нарушением работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем, анемиями различного происхождения. Кроме того, причиной гипоэнергетических состояний могут быть гиповитаминозы, связанные с нарушением структурного и функционального состояния ферментных систем, участвующих в процессе биологического окисления, а также голодание, которое приводит к отсутствию субстратов тканевого дыхания. Кроме того, в процессе биологического окисления образуются активные формы кислорода, запускающие процессы перекисного окисления липидов биологических мембран. Необходимо знать механизмы защиты организма от данных форм (ферменты, лекарственные препараты, оказывающие мембраностабилизирующее действие – антиоксиданты).

Учебные и воспитательные цели:

Общая цель занятия: привить знания о протекании биологического окисления, в результате которого образуется до 40-

45 % энергии в виде АТФ, а также об образовании активных форм кислорода и их повреждающего

действия на организм.

Частные цели:

- владеть методикой определения пероксидазы в хрене, картофеле;

- уметь определять активность сукцинатдегидрогеназы в мышечной ткани.

1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Понятие о катаболизме. Анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь.

2.2. Макроэргические соединения. АТФ – универсальный аккумулятор и источник энергии в организме. Цикл АТФ-АДФ. Энергетический заряд клетки.

2.3. Этапы катаболизма. Биологическое окисление (тканевое дыхание). Особенности биологического окисления.

2.4. Первичные акцепторы протонов водорода и электронов.

2.5. Организация дыхательной цепи. Переносчики в дыхательной цепи (ЦПЭ).

2.6. Окислительное фосфорилирование АДФ. Механизм сопряжения окисления и фосфорилирования. Коэффициент окислительного фосфорилирования (Р/О).

2.7. Дыхательный контроль. Разобщение дыхания (окисления) и фосфорилирования (свободное окисление).

2.8. Образование токсичных форм кислорода в ЦПЭ и обезвреживание перекиси водорода ферментом пероксидазой.

Лабораторно-практические работы.

3.1. Методика определения пероксидазы в хрене.

3.2. Методика определения пероксидазы в картофеле.

3.3. Определение активности сукцинатдегидрогеназы в мышечной ткани.

Выходной контроль.

4.1. Тесты.

4.2. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материалы лекций.

5.2. Биохимия под ред. Е.С. Северина, А.Я. Николаева М.: ГЭОТАР-МЕД, 2011г.

2. Основные вопросы темы.

2.1. Понятие об обмене веществ. Анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь.

Метаболизм представляет собой высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процесса анаболизми катаболизм.

Анаболизм – это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из простых молекул. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ.

Катаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до простых конечных продуктов. Это сопровождается высвобождением энергии, заключенной в химических связях веществ. Большая часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть используется для синтеза АТФ.

Макроэргические соединения. АТФ – универсальный аккумулятор и источник энергии в организме. Цикл АТФ-АДФ. Энергетический заряд клетки.

Энергия, высвобождаемая в реакциях катаболизма, запасается в виде макроэргических связей, при гидролизе каждой из которых выделяется 20 и более кдж/моль энергии. Основной и универсальной молекулой, которая запасает энергию и при необходимости отдает ее, является АТФ.

Молекулы АТФ в клетке непрерывно участвуют в реакциях, постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют.

Цикл АТФ-АДФ - основной механизм обмена энергии в биологических системах, а АТФ - универсальная «энергетическая валюта».

Каждая клетка обладает электрическим зарядом, который равен

[АТФ] + ½[АДФ]

[АТФ] + [АДФ] + [АМФ]

Если заряд клетки равен 0,8-0,9, то в клетке весь адениловый фонд представлен в виде АТФ (клетка насыщена энергией и процесс синтеза АТФ не происходит).

По мере использования энергии, АТФ превращается в АДФ, заряд клетки становится равным 0, автоматически начинается синтез АТФ.

Способы синтеза АТФ

Основным способом получения АТФ в клетке является окислительное фосфорилирование,протекающее во внутренней мембране митохондрий ( дыхательной цепи).

Другой способ – субстратное фосфорилирование. Он связан с передачей макроэргического фосфата на АДФ.

РОЛЬ АТФ

Энергия АТФ используется для совершения различных видов работ в организме:

- механической (мышечное сокращение);

- электрической (проведение нервного импульса);

- химической (синтез веществ);

- осмотической (активный транспорт веществ через мембрану).

Этапы катаболизма. Биологическое окисление (тканевое дыхание). Особенности биологического окисления.

Обмен веществ состоит из 4 этапов.

I этап – расщепление в желудочно-кишечном тракте белков, жиров и углеводов до мономеров (аминокислот, высших жирных кислот и глицерина, моносахаридов). В процессе пищеварения теряется видовая специфичность питательных веществ.

II этап – внутриклеточный катаболизм- глюкоза, высшие жирные кислоты, аминокислоты подвергаются специфическим превращениям до образования ацетил-КоА (гликолиз, β-окисление высших жирных кислот, трансаминирование аминокислот и др.)- процессы протекают в цитоплазме.

III этап – общий путь катаболизма – цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса);

Окисление органических веществ в клетках, сопровождающееся потреблением кислорода и синтезом воды, называют тканевым дыханием, а цепь переноса электронов (ЦПЭ) – дыхательной цепью.

Особенности биологического окисления:

1. Протекает при температуре тела;

2. В присутствии Н₂О;

3. Протекает постепенно через многочисленные стадии с участием ферментов-переносчиков, которые снижают энергию активации, происходит уменьшение свободной энергии, в результате чего энергия выделяется порциями. Поэтому окисление не сопровождается повышением температуры и не приводит к взрыву.

Электроны, поступающие в ЦПЭ, по мере их продвижения от одного переносчика к другому теряют свободную энергию. Значительная часть этой энергии запасается в АТФ, а часть рассеивается в виде тепла.

Перенос электронов от окисляемых субстратов к кислороду происходит в несколько этапов. В нем участвует большое количество промежуточных переносчиков, каждый из которых способен присоединять электроны от предыдущего переносчика и передавать следующему. Так возникает цепь окислительно-восстановительных реакций, в результате чего происходят восстановление О₂ и синтез Н₂О.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: