Choroby

Úvod do metabolizmu (biochémia). Všeobecné princípy regulácie metabolických dráh Čo urýchli metabolizmus

Kapitola 5.

Prvky chemickej termodynamiky

1. Organizácia chemických reakcií. Energetické cykly

2. Základy termodynamiky

3. Termodynamické zákony

4. Úvod do metabolizmu.Princípy organizácie metabolizmu. Koncepcia procesu katabolizmu a anabolizmu.

5. Hierarchia regulácie metabolizmu

6. Energetický metabolizmus. Čo je to bioenergia?

7. Protónový potenciál.

8. Štrukturálne vlastnosti ATP. Úloha makroergov v metabolizme.

9. Predstava o biologickej oxidácii, jej úloha a typy, enzýmy a koenzýmy tohto procesu, reakcie syntézy ATP. Oxidácia energetických substrátov Nosiče elektrónov a protónov. Generovanie protónového potenciálu Oxidačný fosforylačný koeficient. Mechanizmy jeho regulácie.

10. Spôsoby využitia kyslíka.

11. Syntéza ATP.

12. Bežné metabolické dráhy. Cyklus trikarboxylových kyselín je jeho amfibolickou podstatou.Energetický metabolizmus. Protónový potenciál.

Biologicky dôležité vysokoenergetické zlúčeniny. Koncept biologickej oxidácie. Úloha biologickej oxidácie.

13. Oxidačno-redukčné reakcie. Cesty pre využitie kyslíka: oxidáza a oxygenáza.

14. Syntéza ATP. Syntéza ATP substrátom a oxidačnou fosforyláciou.

Generovanie protónového potenciálu. Syntéza ATP v dôsledku protónového potenciálu.

15. Situačné úlohy, teoretické úlohy a laboratórne praktické práce na tému „Biochemická termodynamika“.

16. Energetický metabolizmus a všeobecná cesta katabolizmu.

Biochemická termodynamika– odbor biochémie, ktorý sa zaoberá štúdiom energetických premien sprevádzajúcich biochemické reakcie. Jeho základné princípy pomáhajú vysvetliť, prečo sa niektoré reakcie vyskytujú a iné nie. Nebiologické systémy môžu vykonávať prácu pomocou tepelnej energie, zatiaľ čo biologické systémy fungujú v izotermickom režime a využívajú chemickú energiu na vykonávanie životných procesov.

Životná aktivita organizmu je určená zvláštnosťami organizácie biologických štruktúr, metabolizmu a energie, prenosom genetických informácií a regulačnými mechanizmami.

Poškodenie ktoréhokoľvek z týchto prepojení vedie k rozvoju patologického procesu a ochorenia. Poznanie molekulárnych mechanizmov života a ich porúch je základom pre hľadanie a klinické využitie liečiv rôzneho biologického charakteru.

Organizácia chemických reakcií.

Reťazce chemických reakcií tvoria metabolické dráhy alebo cykly, z ktorých každý plní špecifickú funkciu. Je zvykom rozlišovať medzi centrálnymi a špeciálnymi metabolickými cestami. Centrálne cykly sú spoločné pre rozklad a syntézu základných makromolekúl. Sú veľmi podobní v akýchkoľvek predstaviteľoch živého sveta. Špeciálne cykly sú charakteristické pre syntézu a rozklad jednotlivých monomérov, makromolekúl, kofaktorov atď.

Energetické cykly.

Vďaka rôznorodosti foriem výživy a spotreby energie sú živé organizmy v prírode navzájom úzko prepojené. Vzťah vo výžive a využívaní energetických zdrojov možno znázorniť v podobe jedinečných energetických cyklov živej prírody.

Hlavné zložky tohto cyklu:

Slnko je zdrojom mimozemskej energie,

Autotrofy, ktoré zachytávajú slnečnú energiu a syntetizujú sacharidy a iné organické látky z CO2

Heterotrofy - živočíšne organizmy, ktoré spotrebúvajú organickú hmotu a kyslík produkovaný rastlinami

Fototrofy sú rastliny, ktoré produkujú kyslík prostredníctvom fotosyntézy.

Energetické straty spojené so životnou činnosťou všetkých organizmov na Zemi sú kompenzované energiou Slnka. Treba zdôrazniť, že živočíšne a ľudské bunky využívajú ako energetický materiál vysoko redukované látky (sacharidy, lipidy, bielkoviny), t.j. obsahujúci vodík. Vodík je energeticky cenná látka. Jeho energia sa premieňa na energiu chemických väzieb ATP.

Metabolizmus látok a energie je základom života organizmov a je jednou z najdôležitejších špecifických vlastností živej hmoty, ktorá odlišuje živú od neživej. Najkomplexnejšia regulácia metabolizmu na rôznych úrovniach je zabezpečená prácou mnohých enzýmových systémov, ide o samoreguláciu chemických premien.

Enzýmy sú vysoko špecializované proteíny, ktoré sa v bunke syntetizujú z jednoduchých stavebných prvkov – aminokyselín. Metabolizmus sa uskutočňuje za účasti niekoľkých stoviek rôznych typov enzýmov. Enzýmom katalyzované reakcie poskytujú 100% výťažok bez tvorby vedľajších produktov. Každý enzým urýchľuje len určitý reťazec reakcií danej zlúčeniny bez toho, aby svojou (zlúčeninovou) účasťou ovplyvňoval ostatné reakcie. Preto môže v bunke prebiehať veľa reakcií bez nebezpečenstva kontaminácie bunky vedľajšími produktmi. Stovky reakcií v bunkách za účasti enzýmov sú organizované vo forme sekvenčných reakcií - stacionárny tok.

Pri chemických premenách dochádza k reštrukturalizácii elektronických obalov interagujúcich atómov, molekúl a iónov a dochádza k redistribúcii síl chemických väzieb, čo vedie k uvoľneniu energie (ak je výsledkom interakcie posilnenie väzieb medzi atómami, iónmi a molekuly), alebo k absorpcii (ak tieto väzby zoslabnú). Preto sú všetky chemické reakcie charakterizované nielen hlbokými kvalitatívnymi zmenami a striktne definovanými stechiometrickými vzťahmi medzi množstvami východiskových látok a tými, ktoré vznikajú ako výsledok reakcie, ale aj dobre definovanými energetickými účinkami.

Zákony termodynamiky

Prvý zákon termodynamiky.

Pojem procesov katabolizmu a anabolizmu.

Súbor chemických premien látok, ktoré sa vyskytujú v organizme, počnúc od ich vstupu do krvi až po uvoľnenie konečných produktov látkovej premeny z tela, sa nazýva tzv. intermediárny metabolizmus(medzivýmena). Intermediárny metabolizmus možno rozdeliť na dva procesy – katabolizmus (disimilácia) a anabolizmus (asimilácia).

Katabolizmus nazývané enzymatické štiepenie relatívne veľkých organických molekúl, zvyčajne vo vyšších organizmoch, oxidačnou cestou. Katabolizmus je sprevádzaný uvoľňovaním energie obsiahnutej v zložitých štruktúrach organických molekúl a jej ukladaním vo forme energie fosfátových väzieb ATP (exergonický proces, s uvoľňovaním Gibbsovej energie a ukladaním vo forme ATP).

Anabolizmus je enzymatická syntéza veľkých molekulárnych bunkových komponentov, ako sú polysacharidy, nukleové kyseliny, proteíny, lipidy, ktoré sa vyznačujú významnou Gibbsovou energiou a nízkou entropiou, ako aj syntéza niektorých biosyntetických prekurzorov jednoduchších zlúčenín, so silnejšími väzbami (nízka Gibbsove energetické hodnoty a vysoké hodnoty entropie - CO 2, NH 3, močovina, kreatinín).

Anabolické procesy prebiehajú v bunkách súčasne a sú navzájom neoddeliteľne spojené. V podstate ich treba považovať nie za dva samostatné procesy, ale za dve strany spoločného procesu – metabolizmu, v ktorom je premena látok úzko spätá s premenou energie.

Katabolizmus.

Rozklad základných živín v bunke je séria postupných enzymatických reakcií, ktoré tvoria 3 hlavné štádiá katabolizmu (Hans Krebs) – disimilácia.

1. fáza– veľké organické molekuly sa rozkladajú na špecifické štrukturálne bloky, ktoré tvoria ich súčasť. Polysacharidy sa teda štiepia na hexózy alebo pentózy, proteíny na aminokyseliny, nukleové kyseliny na nukleotidy a nukleozidy, lipidy na mastné kyseliny, glyceridy a ďalšie látky.

Množstvo energie uvoľnenej v tejto fáze je malé - menej ako 1%.

2. fáza– vznikajú ešte jednoduchšie molekuly a počet ich typov sa výrazne znižuje. Je dôležité zdôrazniť, že tu vznikajú produkty, ktoré sú spoločné pre metabolizmus rôznych látok – sú to akoby uzly spájajúce rôzne metabolické dráhy. Patria sem: pyruvát – vzniká pri rozklade sacharidov, lipidov, aminokyselín; acetyl-CoA - kombinuje katabolizmus mastných kyselín, sacharidov, aminokyselín.

Vstupujú produkty získané v 2. štádiu katabolizmu 3. etapa, ktorý je známy ako Krebsov cyklus - cyklus trikarboxylových kyselín (TCA), v ktorom dochádza k terminálnym oxidačným procesom. Počas tejto fázy sú všetky produkty oxidované na CO 2 a H 2 O. Takmer všetka energia sa uvoľňuje v 2. a 3. štádiu katabolizmu.

Všetky vyššie uvedené štádiá katabolizmu alebo disimilácie, ktoré sú známe ako „Krebsova schéma“, najpresnejšie odrážajú najdôležitejšie princípy metabolizmu: konvergenciu a zjednotenie. Konvergencia– spojenie rôznych metabolických procesov charakteristických pre jednotlivé druhy látok do jedného spoločného pre všetky druhy. Ďalšia fáza - zjednotenie– postupné znižovanie počtu účastníkov metabolických procesov a využívanie univerzálnych metabolických produktov v metabolických reakciách.

V prvej fáze je jasne viditeľný princíp zjednotenia: namiesto mnohých zložitých molekúl veľmi odlišného pôvodu sa vytvárajú pomerne jednoduché zlúčeniny v množstve 2-3 tuctov. Tieto reakcie sa vyskytujú v gastrointestinálnom trakte a nie sú sprevádzané uvoľňovaním veľkého množstva energie. Zvyčajne sa odvádza ako teplo a nepoužíva sa na iné účely. Význam chemických reakcií prvého stupňa spočíva v príprave živín na skutočné uvoľnenie energie.

V druhej fáze je jasne viditeľný princíp konvergencie: zlúčenie rôznych metabolických dráh do jedného kanála - teda do 3. fázy.

V 2. štádiu sa uvoľní asi 30 % energie obsiahnutej v živinách. Zvyšných 60 – 70 % energie sa uvoľní v cykle trikarboxylových kyselín a s tým súvisiacim terminálnym oxidačným procesom. V terminálnom oxidačnom systéme alebo dýchacom reťazci, ktorý je založený na oxidatívnej fosforylácii, dosahuje zjednotenie svoj vrchol. Dehydrogenázy, ktoré katalyzujú oxidáciu organických látok v cykle TCA, prenášajú do dýchacieho reťazca iba vodík, ktorý v procese oxidatívnej fosforylácie prechádza identickými premenami.

Anabolizmus.

Anabolizmus tiež prechádza tromi fázami. Východiskové látky sú tie, ktoré prechádzajú transformáciou v 3. štádiu katabolizmu. Štádium 3 katabolizmu je teda počiatočným štádiom anabolizmu. Reakcie tohto štádia majú dvojakú funkciu – amfibolickú. Napríklad syntéza bielkovín z aminokyselín.

2. stupeň – tvorba aminokyselín z ketokyselín v transaminačných reakciách.

3. fáza – spájanie aminokyselín do polypeptidových reťazcov.

V dôsledku sekvenčných reakcií dochádza aj k syntéze nukleových kyselín, lipidov a polysacharidov.

V 60-70 rokoch 20. storočia sa ukázalo, že anabolizmus nie je jednoduchým zvrátením katabolických reakcií. Je to spôsobené chemickými vlastnosťami chemických reakcií. Množstvo katabolických reakcií je prakticky nezvratných. Ich prúdeniu v opačnom smere bránia neprekonateľné energetické bariéry. V priebehu evolúcie sa vyvinuli bypassové reakcie, ktoré zahŕňali výdaj energie z vysokoenergetických zlúčenín. Katabolické a anabolické dráhy sa spravidla líšia svojou lokalizáciou v bunke - štruktúrnou reguláciou.

Napríklad: k oxidácii mastných kyselín dochádza v mitochondriách, zatiaľ čo syntéza mastných kyselín je katalyzovaná súborom enzýmov lokalizovaných v cytosóle.

V dôsledku odlišnej lokalizácie môžu katabolické a anabolické procesy v bunke prebiehať súčasne.

Princípy metabolickej integrácie

Metabolické dráhy sú teda rôznorodé, no v tejto rôznorodosti spočíva jednota, ktorá je špecifickou črtou metabolizmu.

Táto jednota spočíva v tom, že od baktérií po vysoko organizované tkanivo vyššieho organizmu sú biochemické reakcie totožné. Ďalším prejavom jednoty je cyklický charakter najdôležitejších metabolických procesov. Napríklad cyklus trikarboxylových kyselín, močovinový cyklus, pentózový cyklus. Zdá sa, že cyklické reakcie vybrané počas evolúcie sa ukázali ako optimálne na zabezpečenie fyziologických funkcií.

Pri analýze organizácie metabolických procesov v tele prirodzene vyvstáva otázka: ako sa dosahuje udržiavanie procesov v súlade s potrebami tela v rôznych obdobiach jeho života? Tie. Ako sa udržiava „homeostáza“ (koncept, ktorý prvýkrát sformuloval Cannon v roku 1929) v kontexte neustále sa meniacich životných situácií, t.j. - pri zmene vnútorného a vonkajšieho prostredia. Už bolo spomenuté vyššie, že regulácia metabolizmu v konečnom dôsledku spočíva v zmene aktivity enzýmov. Zároveň môžeme hovoriť o hierarchii regulácie metabolizmu.

Výmena energie

Bioenergia - je veda, ktorá študuje zásobovanie živých bytostí energiou, inými slovami, premenu energie vonkajších zdrojov na biologicky užitočnú prácu. Prvým stupňom premeny energie je energizácia membrány - to je generácia transmembránový rozdiel v elektrochemickom potenciáli vodíkových iónov alebo protónového potenciálu (ΔμH +) a transmembránový rozdiel v elektrochemickom potenciáli sodíka alebo sodíkového potenciálu (ΔμNa +).

Kapitola 6.

Koncept biologickej oxidácie

Biologická oxidácia je súhrn všetkých redoxných reakcií vyskytujúcich sa v živých organizmoch.

Spôsoby využitia kyslíka

Kyslík je silné oxidačné činidlo. Redoxný potenciál páru kyslík/voda je +0,82 V. Kyslík má vysokú afinitu k elektrónom. Existujú dva spôsoby využitia kyslíka v tele: oxidáza a oxygenáza.

Oxidácia

Oxidázová dráha Oxygenázová dráha

úplné neúplné

Oxidácia oxidácia

konečný produkt monooxy-dioxy-peroxid

Oxidácia genázy genázy

H20 H202 spôsobom

R-OH HO-R-OH R-O-O-H

Oxidázová dráha

Oxidázová dráha na využitie kyslíka je založená na dehydrogenačnej reakcii, ktorej výsledkom je eliminácia 2 atómov vodíka (2H↔2H + +2ē) z oxidovaného substrátu s ich následným prenosom na kyslík.

Na úplnú redukciu kyslíka na vodu sú potrebné dva páry elektrónov.

(4é). Súčasne sa k ½ O 2 pridajú 2 ē.

2½O2 + 2½ OH -

RH2 + ½02 R + H20 OH - + 2H + -- 2 H20

Neúplná redukcia kyslíka na peroxid vodíka vyžaduje jeden pár elektrónov (2 ē). Po jednom sa pridáva jeden elektrón.

O 2 + ē O 2 - superoxidový aniónový radikál

O 2 + H + HO 2 peroxidový radikál

HO 2 + ē HO 2 - peroxidový ión

HO - 2 + H + H 2 O 2 peroxid vodíka

Oxygenázová dráha

Oxygenázová dráha na využitie kyslíka je založená na priamej inklúzii kyslíka do oxidovaného substrátu s tvorbou zlúčenín s jednou alebo viacerými hydroxylovými skupinami alebo organických zlúčenín s peroxidovou skupinou.

Monooxygenázy– enzymatické systémy, ktoré katalyzujú zahrnutie iba jedného atómu kyslíka do modifikovaného substrátu a druhý atóm kyslíka sa redukuje na vodu v prítomnosti NADPH+H+ ako zdroja vodíka.

RH2 + O2 + NADPH + H + → R-OH + NADP + + H20

Dioxygenázy– enzymatické systémy, ktoré katalyzujú zahrnutie dvoch atómov kyslíka do substrátu.

RH2 + 202 + NADPH + H + HO-R-OH + NADP +

Bežné metabolické cesty.

Acetyl-CoA je centrálny metabolit na premenu glukózy, mastných kyselín a niektorých aminokyselín.

OH OH

TPP – hydroxyetyl

V druhom štádiu je acylový zvyšok akceptovaný koenzýmom A (KoA-SH) a vzniká acetyl-CoA. Translokácia acylového zvyšku je katalyzovaná druhým enzýmom komplexu - dihydrolipoyltransacetyláza . Nosičom acylového zvyšku je prostetická skupina enzýmu – kyselina lipoová

(zlúčenina podobná vitamínu), ktorá môže byť v dvoch formách: oxidovaná a redukovaná.

(Obnovený formulár)

V treťom štádiu nastáva oxidácia redukovanej formy kyseliny lipoovej. Akceptorom dvoch atómov vodíka je koenzým NAD +. Oxidačná reakcia je katalyzovaná tretím enzýmom - dihydrolipoyldehydrogenáza, ktorého protetická skupina je FAD.

NADH + H + dodáva dýchaciemu reťazcu 2H + a 2ē a zabezpečuje syntézu 3 mólov ATP.

Regulácia pyruvátdehydrogenázového komplexu (PDH)

Tvorba acetyl-CoA z pyruvátu je ireverzibilná reakcia, pretože ΔG = - 33,5 kJ/mol. Aktivita komplexu pyruvátdehydrogenázy je regulovaná rôznymi spôsobmi: alosterickou reguláciou a prostredníctvom reverzibilnej fosforylácie (kovalentná modifikácia). [ATP] / [ADP] a [NAD + ] / [NADH] sú najdôležitejšie signály odrážajúce energetické potreby bunky. PDH je aktívny vo svojej defosforylovanej forme. PDH proteínkináza premieňa enzým na neaktívnu fosforylovanú formu a fosfatáza udržuje PDH v aktívnom defosforylovanom stave. Keď je bunka nasýtená ATP (molárny pomer [ATP]/[ADP] sa zvyšuje), aktivuje sa proteínkináza, ktorá inhibuje PDH.

ATP je odstránený produkt oxidačnej dekarboxylačnej reakcie PVK. Okrem ATP aktivujú reakčné produkty proteínkinázu: acetyl-CoA a NADH. Pri produkcii prebytku energie regulačný systém blokuje tvorbu Acetyl-CoA a v dôsledku toho znižuje rýchlosť cyklu TCA a syntézu ATP.

Obr.6-1. Regulácia aktivity proteínkinázy pyruvátdekarboxylázy pomocou

Cyklus trikarboxylovej kyseliny

Tento cyklus sa tiež nazýva Krebsov cyklus na počesť Hansa Krebsa (nositeľa Nobelovej ceny za rok 1953), ktorý určil postupnosť týchto reakcií. Cyklus trikarboxylových kyselín (TCA) - na jednej strane je konečným štádiom katabolizmu bielkovín, sacharidov a lipidov, ktorý je sprevádzaný tvorbou redukovaných koenzýmov - univerzálnych energetických substrátov - FADH 2, NADPH + H+. Redukované koenzýmy sú ďalej využívané mitochondriálnym elektrónovým transportným reťazcom na generovanie ATP z ADP a PhN. Na druhej strane medziprodukty cyklu TCA sú substrátmi pre biosyntézu endogénnych proteínových látok, sacharidových a lipidových zlúčenín a iných zlúčenín.

Katabolická funkcia cyklu TCA.

Cyklus TCA je sekvencia 8 reakcií, v dôsledku ktorých sa acetyl-CoA (aktívna kyselina octová) oxiduje na dve molekuly CO 2 t.j. na konečný produkt metabolizmu.

Acetyl-CoA je dvojuhlíková acylová skupina charakterizovaná veľmi silnou väzbou C-C. Priame štiepenie väzby C-C v acetyl-CoA je náročná chemická úloha. V prírode existuje veľmi bežné riešenie takýchto problémov - ide o cyklickú transformáciu. Cyklus TCA začína kondenzačnou reakciou acetyl-CoA s oxalacetátom (OAA) za vzniku citrátu (kyseliny citrónovej) a končí tvorbou OAA pri oxidácii malátu, t.j. cyklus sa uzavrie. Všetky enzýmy cyklu TCA sú lokalizované v mitochondriálnej matrici a sú to rozpustné proteíny. Výnimkou je sukcinátdehydrogenáza, ktorá je lokalizovaná na povrchu vnútornej mitochondriálnej membrány.

Kondenzačná reakcia.

Acetyl-CoA + OAA + H 2 O → citrát + KoA-SH

Reakciu katalyzuje regulovaný enzým - citrátsyntáza, ide o nevratnú energeticky závislú reakciu, keďže ΔG = - 32,2 kJ/mol. Zdrojom energie pri tejto reakcii je energia rozbitia tioesterovej väzby v molekule acetyl-CoA.

Citrát je trikarboxylová hydroxykyselina. Hydroxylová skupina sa nachádza na terciárnom atóme C. Analogicky s terciárnymi alkoholmi citrát neoxiduje.

Izomerizačná reakcia.

V dôsledku tejto reakcie sa hydroxoskupina presúva z 3. do 2. polohy citrátového uhlíkového reťazca a vzniká izomér kyseliny citrónovej – izocitrát. Akonitáza, enzým s absolútnou stereošpecifickosťou, katalyzuje sekvenčnú elimináciu H2O a potom jej pridanie do inej polohy.

Citrát → akonitát → izocitrát

Izocitrát je izomér kyseliny citrónovej, v ktorej je OH skupina umiestnená na sekundárnom atóme uhlíka. Analogicky so sekundárnymi alkoholmi môže izocitrát podliehať oxidácii za vzniku ketokyseliny.

Oxidačná reakcia.

Sukcinát fumarát

FAD FADN 2

Reakcia je katalyzovaná FAD-dependentnou sukcinátdehydrogenázou Enzým má absolútnu stereošpecifickosť. Reakčným produktom je fumarát (trans izomér). Redukovaný koenzým FADH 2 dodáva dýchaciemu reťazcu 2H + a 2ē pre tvorbu ATP

Hydratačná reakcia

Fumarát +H 2 O → malát

Pridávanie vody do fumarátu je katalyzované fumarázou (tradičný názov pre enzým). Reakčným produktom je hydroxykyselina - malát (kyselina jablčná).

Oxidačná reakcia.

Malátná OAA

NAD + NADH + H +

Reakcia je katalyzovaná NAD+-dependentnou malátdehydrogenázou.

OAA je zahrnutá do kondenzačnej reakcie s novou molekulou acetyl-CoA, t.j. Systém ústredného kúrenia sa uzavrie. Redukovaný koenzým NADH+H+ zásobuje dýchací reťazec 2H+ a 2ē a podieľa sa na procese oxidatívnej fosforylácie.

Stechiometria TTC.

CH 3 -CO-S-KoA + 2H 2 O + ZNAD + + FAD + GDP + H 3 PO 4 → 2CO 2 + 3NADH + ZN + + FADH 2 , +GTP + KoA-SH, AG=-40,0 kJ/mol

V dôsledku jednej otáčky cyklu sa teda KoA-SH odštiepi od acetyl-CoA a acetylový zvyšok sa odštiepi na 2 molekuly C02. Tento metabolický proces je sprevádzaný:

Vznik 4 redukovaných koenzýmov: 3 molekuly NADH +H + a 1 molekula FADH 2;

GTP + ADP → HDP + ATP

Energetický účinok TCA.

V dôsledku oxidačnej fosforylácie:

3NADH + H + → (6H + a 6ē) CPE → 3 x TATP = 9 ATP

FADN 2 → 2Н + a 2ē → CPE → 2ATP.

V dôsledku fosforylácie substrátu - 1 ATP

Celkom: počas oxidácie 1 molekuly Acetyl-CoA, za predpokladu, že oxidačné reakcie sú spojené s oxidačnou fosforyláciou, vzniká 12 molekúl ATP.

Anabolická funkcia cyklu TCA.

ČTK slúži ako zdroj medziproduktov (intermediárnych metabolitov), ktoré sú substrátmi pre mnohé biosyntetické reakcie.

1. Sukcinyl-CoA je substrátom pre biosyntézu porfyrínov . Zavedenie katiónu železa do porfyrínu vedie k vytvoreniu hemprotetickej skupiny hemoproteínov (hemoglobín, myoglobín, kataláza, cytochrómy atď.).

2. Citrát môže byť pomocou nosných proteínov transportovaný z mitochondriálnej matrice do cytoplazmy, kde pôsobením enzýmu citrát lyázaštiepený za vzniku cytosolického acetyl-CoA – substrátu pre syntézu cholesterolu, IVH.

Citrát + ATP + CoA → OAA + Acetyl-CoA + ADP + H3PO 4.

Z. OAA- pomocou malátovo-aspartátového kyvadlového mechanizmu je transportovaný z mitochondriálnej matrice do cytoplazmy, kde sa v transaminačnej reakcii mení na aspartát. , zase môžu byť transformované na iné aminokyseliny a podieľať sa na biosyntéze bielkovín. Aspartát sa tiež používa pri syntéze dusíkatých zásad, a preto sa podieľa na syntéze nukleotidov a nukleových kyselín. OAA (oxal acetát) v cytoplazme môže podstúpiť dekarboxyláciu pôsobením fosfoenolpyruvátkarboxykinázy v prítomnosti GTP s tvorbou PEP, intermediárneho metabolitu podieľajúceho sa na syntéze glukózy (glukoneogenéze).

4. a-ketoglutarát vstupuje do cytoplazmy, kde sa mení na glutamín, prolín, histidín, arginín, ktoré sa ďalej zapájajú do syntézy bielkovín a iných biologicky dôležitých zlúčenín. Cyklus TCA je teda amfibolický cyklus.

Protónový potenciál.

Transmembránový rozdiel v elektrochemickom potenciáli vodíkového iónu, ΔμH + alebo protónový potenciál, zaujíma ústrednú pozíciu v systéme procesov transformácie energie prebiehajúcich vo vnútornej membráne mitochondrií. Vplyvom energie vonkajších zdrojov sú protóny transportované cez biologickú membránu proti silám elektrického poľa v smere väčšej koncentrácie, čo vedie k vytvoreniu rozdielu elektrochemického potenciálu. ΔμH + pozostáva z 2 zložiek: elektrické vo forme transmembránového gradientu elektrických potenciálov (Δφ) a chemický, vo forme transmembránovej koncentrácie vodíkových iónov (ΔрН). ΔμН + =Δφ +ΔрН Potenciálna energia nahromadená vo forme Δφ a ΔрН sa dá užitočným spôsobom využiť najmä pri syntéze ATP.

Úloha ATP v metabolizme

V biologických systémoch sa ATP neustále vyrába a neustále spotrebúva. Obrat ATP je veľmi vysoký. Napríklad človek v pokoji spotrebuje asi 40 kg ATP denne. Energeticky náročné procesy sa môžu uskutočňovať za podmienok neustálej regenerácie ATP z ADP. Cyklus ATP-ADP je teda hlavným mechanizmom výmeny energie v biologických systémoch.

Syntéza ATP

Reakcia syntézy ATP je fosforylačná reakcia ADP anorganickým fosfátom (obrázok 6-1).

ADP + H3P04 → ATP + H20 .

Ide o endergonickú reakciu, ku ktorej dochádza len pri dodávaní voľnej energie zvonku, pretože ΔG = + 30,5 kJ/mol

(+ 7,3 kcal/mol). V dôsledku toho k syntéze ATP môže dôjsť iba za podmienok energetického spojenia s exergonickými reakciami. V závislosti od zdroja voľnej energie existujú dva spôsoby syntézy ATP: fosforylácia substrátu a oxidačná fosforylácia.

COUN COUN

AG= - 61,9 kJ/mol (- 14,8 kcal/mol).

Priamym prenosom energeticky bohatého zvyšku kyseliny fosforečnej z týchto vysokoenergetických zlúčenín na ADP sa syntetizuje ATP.

ΣPEP +ADP→PVK +ATP

Medzi vysokoenergetické zlúčeniny patria aj zlúčeniny s tioéterovými väzbami. Napríklad sukcinyl-S-KoA. Pri prerušení tioéterovej väzby sa uvoľňuje energia, ktorá sa využíva na syntézu GTP (HDP + H3P04 -> GTP + H20). Sukcinyl-S-KoA + GDP + H3P04 -> sukcinát + GTP + HS-CoA, AG=-35,5 kJ/mol.

Typy vektorov

FMN + 2H + + 2ē ↔ FMNN 2

Železo-sírne centrá

Ide o proteínové nosiče elektrónov, ktoré neobsahujú hemové železo. Existuje niekoľko typov železo-sírových centier: Fe-S, Fe2-S2, Fe4-S4. Atómy železa v komplexoch môžu darovať a prijímať elektróny, striedavo sa menia na fero-(Fe 2+) - a feri-(Fe 3+) - stave. Všetky centrá železa a síry darujú elektróny ubichinónu.

Fe 3+ -S + 2ē ↔ Fe 2+ -S

Ubichinón, koenzým-Q (KoQ) je jediným neproteínovým nosičom elektrónov.

CoQ (chinón) CoQ (semichinón) CoQH 2 (hydrochinón)

Pri redukcii získava ubichinón nielen elektróny, ale aj protóny. Po redukcii o jeden elektrón sa mení na semichinón, organický voľný radikál. Eo = + 0,01

Cytochrómy– proteínové nosiče elektrónov s obsahom hemového železa ako prostetickej skupiny. Fungovanie cytochrómov je založené na zmene oxidačného stavu atómu železa Fe 3+ +ē ↔ Fe 2+. Rôzne cytochrómy sú označené písmenovými indexmi: b, c 1, c, a, a 3. Cytochrómy sa líšia štruktúrou proteínovej časti a bočných reťazcov hemu, preto majú aj rôzne hodnoty redox potenciálov (oxidačno-redukčné potenciály). Cytochróm "b" E o= +0,08, „c i“ Eo = +0,22, „c“ Eo = +0,25,« aa z» Eo = +0,29. Výrazná vlastnosť cytochróm s spočíva v tom, že je voľne naviazaný na vonkajší povrch vnútornej mitochondriálnej membrány a ľahko ju opúšťa.

Všetky tieto nosiče elektrónov možno zoskupiť do štyroch enzymatických komplexov štruktúrovaných vo vnútornej membráne mitochondrií, ktoré predstavujú enzymatický súbor nazývaný „respiračné enzýmy“, „cytochrómový systém“, „CPE“ (reťazec transportu elektrónov).

Komplex I – NADH dehydrogenáza (NADH-CoQ reduktáza). Protetické skupiny - FMN, FeS. Akceptor elektrónov – KoQ.

Komplex III – CoQH 2 dehydrogenáza (KoQH 2-cyt.c-reduktáza). Protetické skupiny: FeS, cytochrómy b 1, b 2, c 1. Akceptor elektrónov - cytochróm - p.

Komplex IV – cytochrómoxidáza. Protetické skupiny: cytochrómy aa3, Cu 2+. Akceptor elektrónov - kyslík.

Komplex II – sukcinátdehydrogenáza (Sukcinát-CoQ reduktáza). Protetické skupiny FAD, FeS. Akceptor elektrónov – KoQ.

Elektróny sa medzi komplexmi prepravujú pomocou mobilných nosičov - ubichinón A cytochróm-c.

Redoxné nosiče v CPE sú usporiadané podľa stúpajúcich štandardných oxidačných potenciálov, čo zabezpečuje spontánny transport dvoch elektrónov pozdĺž dýchacieho reťazca z NADH + H + ku kyslíku, konečnému akceptoru elektrónov. Prenos dvoch elektrónov po CPE je užitočná práca a je sprevádzaná postupným uvoľňovaním Gibbsovej voľnej energie (ΔG), ktorá sa ďalej využíva pri syntéze ATP.Postupné uvoľňovanie energie vedie na skutočnosť, že elektróny, ktoré redukujú kyslík, sú na nižšej energetickej úrovni v porovnaní s elektrónmi nachádzajúcimi sa v redukovanom NADH +H + na začiatku reťazca.

H. Generovanie protónového potenciálu ΔμН +

Ako je transport elektrónov po dýchacom reťazci spojený s premenou uvoľnenej elektrickej energie na energiu chemických väzieb ATP? Na túto otázku odpovedal v roku 1961 anglický vedec Peter Mitchell. Jeho koncept bol, že hnacou silou pre syntézu ATP je elektrochemický potenciál, protónový potenciál – ΔμH+. ΔμH+. = Δ pH+ Δ φ

pH je protónový gradient, Δφ je rozdiel elektrického potenciálu. V roku 1978

P. Mitchell získal Nobelovu cenu a chemiosmotická teória sa stala všeobecne akceptovanou.

Podľa teórie P. Mitchella sa energia uvoľňovaná postupne pri transporte elektrónov po dýchacom reťazci využíva na pumpovanie protónov z mitochondriálnej matrice do medzimembránového priestoru. Transport 2H+ z mitochondriálnej matrice do medzimembránového priestoru vytvára gradient koncentrácie protónov - ΔрН a vedie k objaveniu sa negatívneho náboja na povrchu membrány z matrice a kladného náboja z medzimembránového priestoru, čo vytvára rozdiel elektrického potenciálu - Δφ. Zdrojom protónov v mitochondriálnej matrici je NADH + H +, FADH 2, voda. Schopnosť vytvárať protónový potenciál je zabezpečená:

1) nepriepustnosť vnútornej mitochondriálnej membrány pre ióny vo všeobecnosti a najmä pre protóny.

2) oddelený transport protónov a elektrónov pozdĺž dýchacieho reťazca. To je zabezpečené prítomnosťou 2 typov nosičov: len pre elektróny a pre elektróny a protóny súčasne.

4. Syntéza ATP vďaka protónovému potenciálu

Metabolizmus a energia - súbor procesov premeny látok a energie v živých organizmoch a výmeny látok a energie medzi telom a prostredím. Metabolizmus zahŕňa 3 etapy – príjem látok do organizmu, látkovú premenu, prípadne intermediárny metabolizmus a uvoľňovanie konečných produktov látkovej premeny.

Hlavnými funkciami látkovej premeny sú získavanie energie z prostredia (vo forme chemickej energie organických látok), premena exogénnych látok na stavebné prvky, skladanie bielkovín, nukleových kyselín, tukov zo stavebných prvkov, syntéza a zničenie tých biomolekúl, ktoré sú nevyhnutné na vykonávanie rôznych špecifických funkcií týchto buniek.

Metabolizmus má dve strany – anabolizmus a katabolizmus

Katabolizmus je enzymatický rozklad vysokomolekulárnych zlúčenín na ich základné monoméry a ďalší rozklad monomérov na konečné produkty: oxid uhličitý, amoniak, laktát.

Hlavnými reakciami katabolizmu sú oxidačné reakcie, ktoré dodávajú bunke energiu. Energiu je možné skladovať v dvoch formách: ATP, NADPH + H - donor vodíka pri redukčných reakciách pri syntéze množstva zlúčenín.

Anabolizmus je enzymatická syntéza hlavných makromolekúl bunky, ako aj tvorba biologicky aktívnych zlúčenín, ktoré si vyžadujú výdaj voľnej energie (ATP, NADPH + H).

Rozdiely medzi katabolizmom a anabolizmom. Katabolizmus – rozklad, ukladanie ATP. Anabolizmus je syntéza, ale spotreba ATP. Cesty nie sú rovnaké, počet reakcií je rôzny. Líšia sa lokalizáciou. Rozdielna genetická a alosterická regulácia.

Hlavným zdrojom energie pre človeka je energia uložená v chemických väzbách potravinárskych výrobkov. Pomer B:F:U = 1:1:4. Človek prijíma 55 % energie zo sacharidov, 15 % z bielkovín, 30 % z tukov (80 % pochádza zo živočíšnych tukov a 20 % z rastlinných tukov).

Denná ľudská potreba energie je 3000 kcal. Denná potreba energie človeka závisí od: práce (pri ťažkej fyzickej práci je bazálny metabolizmus vyšší), pohlavia (u žien je rýchlosť metabolizmu o 6-10% nižšia), teploty (so zvýšením telesnej teploty o jeden stupňa, rýchlosť metabolizmu sa zvyšuje o 13%), vek (s vekom, počnúc 5 rokmi, bazálny metabolizmus klesá).

Za deň sa v tele vytvorí a odbúra asi 60 kg ATP. Cyklus ATP-ADP neustále funguje. Zahŕňa využitie ATP na rôzne druhy práce a regeneráciu ATP prostredníctvom katabolických reakcií.

Zjednotenie živín prebieha v troch fázach.

I. Prípravná fáza. Vysokomolekulárne zlúčeniny sa pôsobením gastrointestinálnych hydroláz rozkladajú na monoméry. Vyskytuje sa v gastrointestinálnom trakte a lyzozómoch. Nie je dodávateľ energie (1 %).

Fáza II. Konverzia monomérov na jednoduché zlúčeniny - centrálne metabolity (PVC, acetyl CoA). Tieto produkty spájajú 3 typy metabolizmu, do 2-3 s, prebieha v cytoplazme, končí v mitochondriách, poskytuje 20-30% dodanej energie anaeróbne.

Fáza III. Krebsov cyklus. Aeróbne podmienky, úplná oxidácia látok dodávaných s potravou, uvoľňujú veľké množstvo energie a akumulujú ju v ATP.

Anabolické cesty sa rozchádzajú

1. fáza. Syntéza bielkovín začína tvorbou α-ketokyselín.

2. fáza Aminácia α-ketokyselín, získanie AMK.

3. fáza Z AMK sa tvoria bielkoviny. 2 CO2

Všeobecná cesta katabolizmu. Po vzniku PVC dochádza k ďalšiemu rozkladu látok na oxid uhličitý a vodu rovnakým spôsobom vo všeobecnej katabolickej dráhe (CCP). OPC zahŕňa oxidačné dekarboxylačné reakcie cyklu PVA a TCA. OPC reakcie prebiehajú v mitochondriálnej matrici a redukované koenzýmy prenášajú vodík do zložiek dýchacieho reťazca. Katabolické dráhy sa zbiehajú a v tretej fáze sa spájajú do cyklu TCA.

V prvej fáze proteíny produkujú 20 AMK. V druhej fáze 20 AMK produkuje acetyl CoA a amoniak. V tretej fáze TCA produkuje oxid uhličitý, vodu a energiu.

Metabolické dráhy sú súborom enzýmovo katalyzovaných reakcií, počas ktorých sa substrát premieňa na produkt. Hlavné (hlavné) metabolické dráhy sú univerzálne, charakteristické pre každú bunku. Dodávajú energiu, syntézu hlavných biopolymérov bunky. Pomocné cesty sú menej univerzálne a sú charakteristické pre určité tkanivá a orgány. Syntéza dôležitých látok. Dodávajú energiu vo forme NADPH+H.

Cyklus trikarboxylových kyselín objavil v roku 1937 G. Krebs, prebieha v cyklickom režime v mitochondriálnej matrici, do každej otáčky cyklu TCA vstupuje jedna acetylová skupina a 2 atómy uhlíka vo forme acetyl CoA a s každým revolúcia Z cyklu sú odstránené 2 molekuly oxidu uhličitého. Oxalacetát sa v cykle TCA nespotrebováva, pretože sa regeneruje.

Izomerizácia citrátu – α-ketoglutarát sa oxiduje na sukcinyl CoA a oxid uhličitý.

Cyklus TCA je špecifický mechanizmus rozkladu acetylCoA na 2 typy produktov: oxid uhličitý - produkt úplnej oxidácie, redukované nukleotidy, ktorých oxidácia je hlavným zdrojom energie.

Keď je jedna molekula acetylCoA oxidovaná v TCA cykle a systéme oxidačnej fosforylácie, vzniká 12 molekúl ATP: 1ATP v dôsledku fosforylácie substrátu, 11ATP v dôsledku oxidatívnej fosforylácie. Oxidačná energia sa akumuluje vo forme redukovaných nukleotidov a 1ATP. Hrubá rovnica cyklu TCA je AcetylCoA + 3NAD + FAD+ ADP+Pn+2H20→ 2CO2+ 3NAD+H + FADH2+ ATP + CoASH

Cyklus TCA je centrálna metabolická dráha. Funkcie TCC: integračné, energetické, anabolické.

Vzťah metabolizmu na úrovni Krebsovho cyklu.

Anabolická funkcia cyklu TCA. Metabolity Krebsovho cyklu sa využívajú na syntézu rôznych látok: oxid uhličitý v karboxylačných reakciách, α-ketoglutarát → glu, oxalacetát → glukóza, sukcinát → hem.

Cyklus TCA hrá úlohu v procesoch glukoneogenézy, transaminácie, deaminácie a lipogenézy.

Regulácia cyklu TCA. Regulačné enzýmy: citrátsyntáza, izocitrát DH, α-ketoglutarát DH komplex.

Pozitívne alosterické efektory citrátsyntázy sú PIKE, acetylCoA, NAD, ADP.

Negatívne alosterické efektory citrátsyntázy sú ATP, citrát, NADH + H, mastné kyseliny, zvýšenie koncentrácie sukcinylCoA nad normu.

Účinok ATP je zvýšiť Km pre acetylCoA. So zvyšujúcou sa koncentráciou ATP klesá saturácia enzýmu acetylCoA a v dôsledku toho sa znižuje tvorba citrátu.

Pozitívne alosterické efektory izocitrátu DH sú ADP, NAD.

Negatívne alosterické efektory izocitrátu DH sú ATP, NADH + H.

Krebsov cyklus je regulovaný spätnou väzbou: ATP je inhibovaný, ADP je aktivovaný. Hypoenergetické stavy sú stavy, pri ktorých syntéza ATP klesá.

Hypoxia tkanív spôsobená: zníženou koncentráciou kyslíka vo vzduchu, narušením kardiovaskulárneho a dýchacieho systému, anémiou, hypovitaminózou, hladovaním.

Úloha vitamínov v Krebsovom cykle - riboflavín (FAD) - koenzým SDH, α-ketoglutarát komplexu DG, PP (NAD) - koenzým MDH, IDH, α-ketoglutarát DG, tiamín (TPF) - koenzým α- ketoglutarát komplexu DG, kyselina pantoténová (CoA): acetylCoA, sukcinylCoA.

možnosť 1

1. Napíšte termodynamickú rovnicu, ktorá odráža vzťah medzi zmenami voľnej energie (G) a celkovej energie systému (E). Odpoveď:

2. Uveďte, aké dva druhy energie môže bunka použiť na prácu. Odpoveď : Na vykonávanie práce môže bunka využívať buď energiu chemických väzieb makroergov alebo energiu transmembránových elektrochemických gradientov.

3. Uveďte množstvo voľnej energie uvoľnenej pri prerušení 1 mólu tioéterových väzieb v zlúčeninách typu acyl-CoA za štandardných podmienok. . Odpoveď : 8,0 kcal/M.

4. Zadajte hodnotu kalorického koeficientu pre tuky. Odpoveď : 9,3 kcal/g.

5. Uveďte, čo sa nazýva „základný metabolizmus“. Odpoveď : Úroveň energetického výdaja na udržanie fungovania tela.

6. Uveďte, aká je úroveň „bazálneho metabolizmu“ pre osobu s priemernou hmotnosťou, vyjadrená v kcal/deň. odpoveď: Približne 1800 kcal.

7. Vymenujte 5 spôsobov prerušenia chemických väzieb v zlúčeninách, ktoré sú najviac zastúpené v biologických systémoch. odpoveď: Hydrolýza, fosforolýza, tiolýza, štiepenie lipázy, oxidácia.

8. Vymenujte tri hlavné triedy zlúčenín, ktoré vstupujú do druhej fázy z prvej fázy katabolizmu. odpoveď: Monosacharidy, vyššie mastné kyseliny, aminokyseliny.

9. Uveďte, ktorý spôsob štiepenia chemických väzieb prevláda v tretej fáze katabolizmu. Odpoveď : Oxidácia.

10.Vysvetlite, čo znamená pojem „konvergentný princíp organizácie katabolizmu“ v tele. Odpoveď :

11. Vysvetlite, aké výhody dáva človeku konvergentný princíp organizovania katabolizmu v jeho tele. odpoveď:

12.Napíšte pomocou štruktúrnych vzorcov metabolitov oxidačnú reakciu izocitrátu v Krebsovom cykle, pričom uveďte všetky zlúčeniny zapojené do reakcie. Odpoveď

13. Uveďte, ako je riadený smer toku metabolitu v Krebsovom cykle trikarboxylovej kyseliny .Odpoveď: Termodynamická kontrola - v dôsledku zahrnutia dvoch reakcií do metabolickej dráhy, sprevádzané veľkou stratou voľnej energie.

14. Uveďte 2 možné spôsoby, ako doplniť zásobu intermediárnych metabolitov Krebsovho cyklu. odpoveď: a) Ich vstup z druhej fázy katabolizmu, b) Reakcia karboxylácie pyruvátu.

15.Uveďte, v ktorej bunkovej štruktúre sú lokalizované reťazce respiračných enzýmov. Odpoveď : Vo vnútornej membráne mitochondrií.

16.Nakreslite diagram popisujúci fungovanie intermediárnych nosičov elektrónov, ktoré sú súčasťou komplexu IV hlavného dýchacieho reťazca. odpoveď:

17. Definujte pojem "oxidačná fosforylácia". Odpoveď : Syntéza ATP s využitím energie uvoľnenej počas biologickej oxidácie

18. Označte úlohu proteínu F | v mechanizme oxidatívnej fosforylácie v reťazci respiračných enzýmov podľa Mitchella. Odpoveď : ProteínF | Vďaka pohybu protónov pozdĺž elektrochemického gradientu katalyzuje tvorbu ATP, ADP a anorganického fosfátu.

19. Uveďte mechanizmus účinku zlúčenín, ktoré spôsobujú rozpojenie oxidácie a fosforylácie v mitochondriách. Odpoveď : Tieto zlúčeniny pôsobia ako nosiče protónov cez vnútornú mitochondriálnu membránu a obchádzajú systém syntézy ATP.

20. Uveďte 2 možné dôvody rozvoja hypoxických hypoenergetických stavov. Odpoveď : Akékoľvek 2 možnosti zo 4 možných: a) nedostatok kyslíka vo vonkajšom prostredí; b) narušenie dýchacieho systému; c) poruchy krvného obehu; d) zhoršená schopnosť krvného hemoglobínu prenášať kyslík.

21. Uveďte 2 príklady zlúčenín, na ktorých neutralizácii sa podieľa mikrozomálny oxidačný systém. Odpoveď : Akékoľvek 2 príklady aromatických karbocyklov (antracén, benzantracén, naftacén, 3,4-benzpyrén, metylcholantrén).

22.Vysvetlite mechanizmus ochranného pôsobenia antioxidantov ako je vitamín E alebo karotén. Odpoveď : Tieto zlúčeniny prijímajú ďalší elektrón zo superoxidového aniónového radikálu, čím vytvárajú menej reaktívnu štruktúru v dôsledku redistribúcie elektrónovej hustoty v systéme konjugovaných dvojitých väzieb prítomných v ich štruktúre.

Možnosť 2

1. Vysvetlite, prečo pre chemické procesy prebiehajúce v bunkách sa zmena entalpie systému (H) takmer rovná zmene celkovej energie systému (E).

odpoveď: V biologických systémoch nedochádza pri chemických reakciách k zmenám teploty ani tlaku.

2. Uveďte, ktoré chemické reakcie z hľadiska termodynamiky môžu prebiehať spontánne. Odpoveď : Spontánne môžu prebiehať iba exergonické chemické reakcie.

3. Uveďte 2 príklady vysokoenergetických zlúčenín z triedy tioesterov. odpoveď: Akékoľvek dva špecifické acyl-CoA

odpoveď: 10,3 kcal/M.

5. Uveďte, aké zmeny nastávajú so živinami v prvej fáze katabolizmu. Odpoveď : Štiepenie polymérov na monoméry.

6. Uveďte, aká časť celkovej energie živín sa uvoľní v druhej fáze kataoolizmu. Odpoveď : 1/3 celkovej energie.

7. Uveďte, ktoré konečné produkty metabolizmu vznikajú v tretej fáze katabolizmu. Odpoveď : Voda, oxid uhličitý.

8. Napíšte všeobecný diagram monooxygenázových reakcií vyskytujúcich sa v bunkách. odpoveď: SH2 + O2 +KOH2 ->S-OH+ Co oxiduje + H20

odpoveď:

10. Napíšte pomocou štruktúrnych vzorcov metabolitov oxidačnú reakciu sukcinátu v Krebsovom cykle a uveďte všetky zlúčeniny zapojené do reakcie. odpoveď:

11. Napíšte celkovú rovnicu pre Krebsov cyklus trikarboxylovej kyseliny. odpoveď: Acetyl-CoA + ZNAD + + FAD+GDP~P + 2H: O->CO2 - ZNADH+H + + FADH2 + GTP

12.Uveďte 2 zlúčeniny, ktoré sú alosterickými aktivátormi regulačných enzýmov Krebsovho cyklu. odpoveď: ADF.A.M.F.

13. Definujte metabolickú dráhu známu ako hlavný reťazec mitochondriálnych respiračných enzýmov. odpoveď: Metabolická dráha, ktorá prenáša protóny a elektróny s NADH+H 2 pre kyslík.

14. Vymenujte medzinosiče hlavného dýchacieho reťazca, ktoré môžu prijímať atómy vodíka alebo elektróny z vonkajších zdrojov. odpoveď: Co.Q, cytochróm C.

15. Uveďte, koľko voľnej energie sa uvoľní za štandardných podmienok pri oxidácii 1 mólu NADH + H na 1 mól H2O. Odpoveď : -52,6 kcal/M.

16. Vysvetlite, čo sa nazýva rozpojenie oxidácie a fosforylácie. odpoveď: Narušenie vzťahu medzi procesmi oxidácie a fosforylácie s premenou uvoľnenej voľnej energie na teplo.

17. Vysvetlite význam pojmu „hypoenergetický stav“. odpoveď: Nedostatok energie v bunke.

18. Vymenujte 2 cytochrómy, ktoré sa zúčastňujú oxidačných procesov lokalizovaných v membránach endoplazmatického retikula. odpoveď: Cytochrómb5, cytochrómP 450 .

19. Uveďte schému reťazca elektrónových transportérov za účasti cytochrómu P 450, fungujúcich v membránach endoplazmatického retikula. odpoveď: jebni ťa

20.Vymenujte 2 zlúčeniny, na ktorých biosyntéze sa podieľa mikrozomálny oxidačný systém. odpoveď: Adrenalín (norepinefrín). steroidné hormóny.

21.Uveďte 2 možné zdroje tvorby aniónu peroxidových radikálov v tkanivách. Odpoveď :

Možnosť 3

1. Vysvetlite pojem „voľná energia systému“. odpoveď: Voľná energia je súčasťou celkovej energie systému, vďaka ktorej je možné vykonávať prácu.

2. Uveďte, prečo sa endergonické reakcie nemôžu vyskytnúť spontánne Odpoveď : Aby sa vyskytli endergonické reakcie, je potrebný externý zdroj energie.

3. Uveďte množstvo voľnej energie uvoľnenej pri prerušení 1 mólu pyrofosfátových väzieb ATP za štandardných podmienok. Odpoveď : 7,3 kcal/mol.

4. Uveďte množstvo voľnej energie uvoľnenej pri prerušení vysokoenergetickej väzby v 1 móle kreatínfosfátu za štandardných podmienok. odpoveď: 10,3 kcal/M.

5. Uveďte dennú potrebu ľudského proteínu, vyjadrenú v g/kg telesnej hmotnosti (norma WHO). Odpoveď : 1 g/kg.

6. Uveďte hodnotu kalorického koeficientu pre bielkoviny pri ich rozklade v ľudskom tele Odpoveď : 4,1 kcal/g.

7. Uveďte, akú časť celkového energetického výdaja človeka pokrýva rozklad bielkovín. odpoveď: 15%.

8. Definujte pojem "katabolizmus". Odpoveď : Súbor procesov, ktoré rozkladajú živiny v tele.

9. Vysvetlite, prečo sa metabolické dráhy prvej a druhej fázy katabolizmu nazývajú špecifické katabolické dráhy. odpoveď: Počas týchto fáz katabolizmu sa každá zlúčenina alebo skupina štruktúrne príbuzných zlúčenín rozkladá pomocou rôznych metabolických dráh.

10. Vysvetlite, čo znamená pojem „konvergentný princíp organizácie katabolizmu“ v tele. odpoveď: S prehlbovaním rozkladu živín klesá počet medziproduktov.

11. Vysvetlite, aké výhody dáva človeku konvergentný princíp organizovania katabolizmu v jeho tele. Odpoveď : A). Jednoduché prepínanie z jedného druhu živín na iný. b). Zníženie počtu enzýmov v konečnom štádiu katabolizmu.

12.Uveďte 5 charakteristík, ktoré rozlišujú medzi oxidačnými procesmi prebiehajúcimi v biologických objektoch a oxidačnými procesmi prebiehajúcimi v abiogénnom prostredí. odpoveď: a) „mierne“ podmienky, v ktorých proces prebieha, b) účasť enzýmov, c) oxidácia prebieha najmä dehydrogenáciou, d) proces je viacstupňový, e) intenzita procesu sa reguluje podľa odpoveď uspokojenie energetických potrieb bunky.

13. Napíšte pomocou štruktúrnych vzorcov metabolitov celkovú reakciu konverzie 2-oxoglutarátu. v sukcinyl-CoA označujúce všetky zlúčeniny zapojené do reakcie Odpoveď :

14. Vymenujte 2 reakcie, ktoré sú bodmi termodynamickej kontroly smeru toku metabolitov v Krebsovom cykle. Odpoveď : a) Citrátsyntázová reakcia b) 2-oxoglutarátdehydrogenázová reakcia.

15.Uveďte 3 zlúčeniny, v ktorých štruktúre sa akumuluje energia, uvoľnená pri oxidácii acetylových zvyškov v Krebsovom cykle. Odpoveď : NADH+H+, FADH 2, GTP.

16.Vymenujte 2 intermediárne akceptory atómov vodíka, ktoré dodávajú protóny a elektróny reťazcu respiračných enzýmov. odpoveď: NADH+H+, FADH 2

17.Nakreslite diagram znázorňujúci fungovanie intermediárnych nosičov protónov a elektrónov, ktoré sú súčasťou komplexu 1 hlavného dýchacieho reťazca. Odpoveď :

18. Uveďte vzorec, ktorý možno použiť na výpočet množstva voľnej energie uvoľnenej počas prenosu elektrónov, ak sú známe hodnoty redoxných potenciálov počiatočných a konečných bodov reťazca prenosu elektrónov. Odpoveď : G" = - nXFx E".

19. Označte podstatu druhého štádia premeny energie uvoľnenej v reťazci respiračných enzýmov na energiu makroergických väzieb ATP v rámci Mitchellovho chemoosmotického konceptu konjugácie. Odpoveď : Využíva sa energia transmembránového protónového elektrochemického gradientuna vytvorenie vysokoenergetickej väzby ATP.

20. Uveďte 3 príklady zlúčenín, ktoré oddeľujú procesy oxidácie a fosforylácie v mitochondriách. Odpoveď : Polychlórfenoly, polynitrofenoly, kyselina acetylsalicylová.

21. Uveďte, ktorý spôsob oxidácie zlúčenín sa realizuje predovšetkým pri procesoch mikrozomálnej oxidácie. Odpoveď : Okysličenie.

22. Vymenujte 3 funkcie mikrozomálnej oxidácie. Odpoveď : a) Účasť na katabolizme rôznych zlúčenín. b) Účasť na biosyntéze látok potrebných pre organizmus, c) Detoxikácia.

23. Uveďte 3 možné spôsoby inaktivácie radikálu superoxidového aniónu. Odpoveď : a) Darovanie extra elektrónu cytochrómu C. b) Darovanie extra elektrónu antioxidačnej zlúčenine (ako je vitamín E, karotén atď.) c) Inaktivácia počas reakcie superoxiddismutázy.

24.Uveďte 2 možné zdroje tvorby aniónu peroxidových radikálov v tkanivách. odpoveď: a) Vzniká pri aeróbnych dehydrogenačných reakciách b) Vzniká pri reakcii superoxiddismutázy.

25. Uveďte 3 možné spôsoby inaktivácie radikálu peroxidového aniónu v bunkách. Odpoveď : a) Počas reakcie katalyzovanej katalázou, b) Počas reakcie katalyzovanej glutatiónperoxidázou. c) Počas reakcie katalyzovanej peroxidázou

26. Uveďte, akú úlohu môžu zohrávať mikrozomálne oxidačné procesy v chemickej karcinogenéze. odpoveď: Pri neutralizácii polycyklických aromatických uhľovodíkov vznikajú ich epoxidy, ktoré majú mutagénnu aktivitu.

Možnosť 4

1. Uveďte rovnicu opisujúcu prvý termodynamický zákon vo forme prijateľnej na opis termodynamiky živých objektov odpoveď: ∆EsnstemsN+∆Prostredia = 0.

2. Vysvetlite, čo sa nazýva energetická väzba chemických reakcií. odpoveď: Využitie voľnej energie uvoľnenej počas exergonickej reakcie na uskutočnenie endergonickej reakcie.

3. Uveďte typ vysokoenergetickej chemickej väzby v zlúčeninách triedy nukleozidových polyfosfátov. odpoveď: Fosfoanhydridová alebo pyrofosfátová väzba.

4. Uveďte úroveň denného energetického výdaja osoby zaoberajúcej sa duševnou prácou. Odpoveď : 2500 - 3000 kcal/deň.

5. Uveďte, aká časť celkovej energie živín sa uvoľní v prvej fáze katabolizmu. odpoveď: do 3 %.

6. Uveďte, ktorých 5 metód štiepenia chemických väzieb živín sa používa v druhej fáze katabolizmu. Odpoveď : hydrolýza, fosforolýza, tiolýza, štiepenie lyázou, oxidácia.

7. Uveďte 3 zlúčeniny, v ktorých makroergických väzbách sa akumuluje energia uvoľnená v tretej fáze katabolizmu. Odpoveď : ATP, GTP, sukcinyl-CoA.

8. Napíšte všeobecnú schému aeróbnej dehydrogenačnej reakcie. odpoveď: SH 2+ O2 ->Soxidované+H2 O2

9. Napíšte pomocou štruktúrnych vzorcov metabolitov oxidačnú reakciu malátu v Krebsovom cykle a uveďte všetky zlúčeniny, ktoré sa na ňom podieľajú. odpoveď:

10. Uveďte, pôsobením ktorých dvoch hlavných faktorov je regulovaná intenzita toku metabolitov v Krebsovom cykle. odpoveď: a) Zmena aktivity regulačných enzýmov b) Koncentrácia oxalacetátu a acetyl-CoA.

11.Vymenujte enzýmy Krebsovho cyklu, ktorých aktivita je inhibovaná alosterickým mechanizmom vysokými koncentráciami ATP. odpoveď: Citrátsyntáza, izocitrátdehydrogenáza.

12.Pomenujte zlúčeninu, ktorá je konečným akceptorom elektrónov v reťazci respiračných enzýmov. Odpoveď : Kyslík.

13.Nakreslite diagram popisujúci fungovanie intermediárnych nosičov elektrónov, ktoré sú súčasťou komplexu III hlavného dýchacieho reťazca. odpoveď:

14. Uveďte hodnotu rozdielu redoxného potenciálu medzi začiatkom a koncom hlavného dýchacieho reťazca. odpoveď: 1, 14v

15. Uveďte podstatu prvého štádia premeny energie uvoľnenej v reťazci respiračných enzýmov na energiu makroergických väzieb ATP v rámci chemiosmotického konceptu.

párovanie navrhnuté Mitchellom, odpoveď: Voľná energia uvoľnená počas činnosti reťazca respiračných enzýmov sa využíva na vytvorenie protónového elektrochemického gradientu vo vzťahu k vnútornej mitochondriálnej membráne.

16. Uveďte, akú úlohu zohráva proteín F0 v mechanizme oxidatívnej fosforylácie v reťazci respiračných enzýmov podľa Mitchella. odpoveď: ProteínF 0 zabezpečuje tok protónov pozdĺž elektrochemického gradientu do aktívneho centraenzým ATP syntetáza.

17. Uveďte 2 príklady zlúčenín, ktoré inhibujú fungovanie komplexu IV hlavného reťazca respiračných enzýmov. odpoveď: Kyanid, oxid uhoľnatý.

18. Uveďte 2 možné dôvody rozvoja hypoxických hypoenergetických stavov. odpoveď: Akékoľvek 2 možnosti zo 4 možných: a) nedostatok kyslíka vo vonkajšom prostredí; b) narušenie dýchacieho systému; c) poruchy krvného obehu; d) zhoršenie schopnosti krvného hemoglobínu prenášať kyslík.

Možnosť 5

1. Uveďte rovnicu opisujúcu II. termodynamický zákon vo forme prijateľnej na opis termodynamiky obytných budov. Odpoveď : DSsystémy + DSprostredie > 0.

2. Uveďte, za akých podmienok môžu spontánne prebiehať dve energeticky spojené reakcie. Odpoveď : Dve energeticky spojené reakcie môžu prebiehať spontánne, ak je celková zmena voľnej energie negatívna

3. Uveďte 2 príklady vysokoenergetických zlúčenín z triedy nukleozidových polyfosfátov. odpoveď: Akékoľvek 2 z nasledujúcich: ATP, GTP, CTP, UTP alebo ich bifosfátové analógy

4. Vymenujte 2 konečné produkty katabolizmu bielkovín v ľudskom tele s obsahom dusíka. Odpoveď : Akékoľvek dva z nasledujúcich: amoniak, močovina, kreatinín.

5. Uveďte, aké metódy štiepenia chemických väzieb živín sa používajú v prvej fáze katabolizmu. Odpoveď : Hydrolýza, fosforolýza.

6. Vymenujte 4 konečné produkty metabolizmu vznikajúce v druhej fáze katabolizmu. Odpoveď : 4 zlúčeniny z nasledujúcich: voda, oxid uhličitý, amoniak, močovina, kreatinín, kyselina močová.

7. Vysvetlite, prečo sa metabolické dráhy tretej fázy katabolizmu nazývajú všeobecné katabolické dráhy. odpoveď: Tieto metabolické cesty sú rovnaké pre rozklad akýchkoľvek živín.

8. Napíšte jednu z verzií všeobecnej schémy dioxygenázových reakcií vyskytujúcich sa v bunkách. Odpoveď : Jedna z možností: a) R-CH=CH-R2+O 2 ->R1-C(O)H + R-C(O)H(aldehydy) b) SH2+ O2 -> HO-S-ON-> S=0 + H2O

9. Napíšte pomocou štruktúrnych vzorcov metabolitov reakciu syntézy citrátu v Krebsovom cykle s uvedením všetkých zlúčenín zapojených do reakcie. Odpoveď :

10.Vymenujte 4 regulačné enzýmy, ktoré sa podieľajú na katalýze čiastkových reakcií Krebsovho cyklu. Odpoveď : Citrátsyntáza, izocitrátdehydrogenáza, komplex 2-oxoglutarátdehydrogenázy, sukcinátdehydrogenáza.

11.Uveďte 2 možné spôsoby, ako doplniť zásobu intermediárnych metabolitov Krebsovho cyklu. Odpoveď : a) Ich vstup z druhej fázy katabolizmu, b) Reakcia karboxylácie pyruvátu.

12.Uveďte, v ktorom bunkovom kompartmente je lokalizovaný metabolón cyklu trikarboxylových kyselín. Odpoveď : V mitochondriálnej matrici.

13. Uveďte názvy IV enzýmového komplexu z hlavného dýchacieho reťazca mitochondrií. Odpoveď : Cytochróm C- oxidázový komplex

14.Napíšte súhrnnú rovnicu popisujúcu činnosť hlavného reťazca respiračných enzýmov. odpoveď: NADH+H"+1/202 -> NAD++H20

15. Vysvetlite, prečo sa elektróny a protóny z množstva oxidovateľných substrátov, ako je glutamát, izocitrát, malát atď., prenášajú do NAD+. Odpoveď : Redoxné potenciály týchto zlúčenín sú menšie ako potenciály NADH+H+, takže elektróny z týchto zlúčenín môžu byť prenesené do NAD+ pozdĺž gradientu redoxného potenciálu.

16. Uveďte diagram oxidačných fosforylačných reakcií na úrovni substrátu, ktoré prebiehajú v cykle trikarboxylových kyselín. Odpoveď

17. Uveďte príklad zlúčeniny, ktorá inhibuje prácu komplexu III hlavného reťazca respiračných enzýmov. Odpoveď : antimycín.

18.Uveďte, v ktorých bunkových štruktúrach sú procesy mikrozomálnej oxidácie prevažne lokalizované. Odpoveď : V membránach endoplazmatického retikula.

19.Uveďte 3 možné zdroje tvorby superoxidového aniónového radikálu v bunkách. odpoveď: a) Počas oxidácie HbVMetHb. 6) Jednoelektrónová oxidáciaKoQH 2 darovanie elektrónu molekule kyslíka c) Pri jednoelektrónovej oxidácii redukovaných flavínov. (Sú možné aj iné možnosti).

20. Napíšte reakciu neutralizácie peroxidu katalyzovanú glutatiónperoxidázou. odpoveď: H202 + 2 Gl-SN -> Gl-S- S-GL + 2 H20

Možnosť 6

1. Napíšte rovnicu, ktorú je možné použiť na výpočet zmeny úrovne voľnej energie počas konkrétnej chemickej reakcie za štandardných podmienok.

Odpoveď : ∆ G =- 2.303xRxTxlgKrovnováha

2. Uveďte všeobecný diagram energetickej väzby dvoch chemických reakcií prebiehajúcich paralelne v živých objektoch Odpoveď :

3. Uveďte biologickú úlohu vysokoenergetických zlúčenín. Odpoveď : Akumulácia voľnej energie uvoľnenej počas exergonických reakcií a poskytovanie energie pre endergonické reakcie.

4. Uveďte, aká časť celkovej energie živín sa uvoľní v tretej fáze

katabolizmus. Odpoveď : 2/3 .

5. Vymenujte 5 zlúčenín vstupujúcich do Krebsovho cyklu trikarboxylových kyselín z druhej fázy katabolizmu. Odpoveď : Acetyl-CoA, oxalacetát, 2-oxoglutarát, fumarát, sukcinyl-CoA.

6. Uveďte 3 spôsoby oxidácie zlúčenín používaných v bunkách. Odpoveď : Dehydrogenácia, okysličovanie, odstraňovanie elektrónov.

7. Uveďte 4 funkcie biologickej oxidácie v tele. Odpoveď : a) Energetická funkcia. b) Plastická funkcia, c) Detoxikácia, d) Generovanie regeneračných potenciálov.

8. Uveďte 3 funkcie Krebsovho cyklu trikarboxylových kyselín. Odpoveď : Energia, plast, integrácia.

9. Vymenujte enzýmy Krebsovho cyklu, ktorých aktivita je inhibovaná alosterickým mechanizmom vysokými koncentráciami ATP. Odpoveď : Citrátsyntáza, izocitrátdehydrogenáza.

10. Vymenujte 3 medziprodukty Krebsovho cyklu používané ako počiatočné substráty pre biosyntézy. Odpoveď : Oxalacetát, 2-oxoglutarát, sukcinyl-CoA

11. Uveďte názvy enzýmového komplexu III z hlavného dýchacieho reťazca mitochondrií. Odpoveď :Co.QH 2, komplex oxidoreduktázy cytochrómu C

12.Vysvetlite, prečo sa elektróny a protóny počas oxidácie mnohých substrátov, ako je sukcinát, 3-fosfoglycerol atď., neprenášajú na NAD+, ale cez flavoproteíny na KoQ. Odpoveď : Redoxný potenciál týchto zlúčenín je vyšší ako potenciál NADH+H + , ale menej akoKoQ,preto sa elektróny z týchto zlúčenín môžu prenášať pozdĺž gradientu redoxného potenciálu len doKoQ.

13. Definujte pojem „oxidačná fosforylácia v reťazci respiračných enzýmov“. Odpoveď : Syntéza ATP v dôsledku energie uvoľnenej počas pohybu elektrónov pozdĺž reťazca respiračných enzýmov.

14. Uveďte, akú úlohu zohráva proteín F0 v mechanizme oxidatívnej fosforylácie v reťazci respiračných enzýmov podľa Mitchella. Odpoveď : ProteínF 0 zabezpečuje tok protónov pozdĺž elektrochemického gradientu doaktívne centrumenzým ATP syntetáza.

15. Uveďte klasifikáciu hypoenergetických stavov na základe príčiny ich vzniku. Odpoveď : a) Výživové. 6).Hypoxický. c) Histotoxický. G). Kombinované.

16. Uveďte schému reťazca elektrónových transportérov s účasťou cytochrómu P 450, fungujúcich v membránach endoplazmatického retikula. Odpoveď :

17.Uveďte rovnicu pre reakciu katalyzovanú enzýmom superoxiddismutáza.

Odpoveď : 02- + 02- + 2H+ -> H202 + 02

Možnosť 7

1. Vysvetlite, prečo živé predmety nemôžu využívať tepelnú energiu na prácu. Odpoveď : INBiologické systémy nemajú teplotný gradient.

2. Uveďte, akým princípom sú chemické väzby v určitých zlúčeninách klasifikované ako vysokoenergetické väzby. odpoveď: Voľná energia rozbitia takejto väzby musí presiahnuť 5 kcal/mol (ekvivalent: > 21 kJ/M).

3. Vymenujte 4 triedy vysokoenergetických zlúčenín. odpoveď: Akékoľvek 4 možnosti z nasledujúcich: nukleozidové polyfosfáty, karbonylfosfáty, tioestery. guanidínfosfáty, aminoacyladenyláty, aminoacyl-tRNA.

4. Uveďte dennú ľudskú potrebu lipidov vyjadrenú v g/kg telesnej hmotnosti. Odpoveď : 1,5 g/kg.

5. Zadajte hodnotu kalorického koeficientu pre sacharidy. Odpoveď : 4,1 kcal/g.

6. Uveďte, akú časť celkového energetického výdaja človeka pokrýva rozklad lipidov. Odpoveď : 30%.

7. Uveďte biologickú úlohu prvej fázy katabolizmu. Odpoveď : Prudký pokles počtu jednotlivých zlúčenín vstupujúcich do druhej fázy.

8. Vymenujte 2 metabolické dráhy súvisiace s treťou fázou katabolizmu. Odpoveď : Krebsov cyklus trikarboxylovej kyseliny, hlavný reťazec respiračných enzýmov.

9. Napíšte všeobecnú schému anaeróbnych dehydrogenačných reakcií. odpoveď: SH 2 + X -> Soxidovaný + CN 2

10. Definujte metabolickú dráhu známu ako Krebsov cyklus kyseliny trikarboxylovej. Odpoveď : Cyklická cesta vzájomných premien di- a trikarboxylových kyselín, pri ktorej sa acetylový zvyšok oxiduje na dve molekuly CO2.

11.Popíšte pomocou štruktúrnych vzorcov prechod citrátu na izocitrát s uvedením všetkých účastníkov procesu. Odpoveď :

12. Uveďte enzýmy Krebsovho cyklu, ktorých aktivita je alostericky inhibovaná vysokými koncentráciami NADH + H +. Odpoveď : Citrátsyntáza, izocitrátdehydrogenáza, komplex 2-oxoglutarátdehydrogenázy.

13.Napíšte reakciu na syntézu kyseliny šťaveľovej-octovej z pyruvátu s uvedením všetkých účastníkov procesu. Odpoveď :CH 2 -CO-COOH+ CO 2 + ATP -> COOH-CH2 -CO-COOH+ ADP+P.

14.Uveďte všeobecný diagram hlavného dýchacieho reťazca mitochondrií. Odpoveď :

15. Uveďte názvy 1 enzýmového komplexu z hlavného dýchacieho reťazca mitochondrií. Odpoveď : NADH+H+,KoQ- komplex oxidoreduktázy.

16.Uveďte príčinu (hnaciu silu), ktorá spôsobuje pohyb elektrónov cez nosný systém hlavného dýchacieho reťazca. Odpoveď : Rozdiel v redoxnom potenciáli medzi zlúčeninami na začiatku a na konci respiračného transportného reťazca.

17. Definujte pojem „oxidačná fosforylácia na úrovni substrátu“. Odpoveď : Syntéza ATP s využitím energie uvoľnenej počas oxidácie konkrétnej zlúčeniny.

18. Uveďte 2 príklady zlúčenín, ktoré inhibujú fungovanie 1 komplexu hlavného reťazca respiračných enzýmov. Odpoveď : Rotenón, amytal sodný.

19. Uveďte 2 možné dôvody rozvoja histotoxických hypoenergetických stavov. Odpoveď : a) Blokovanie reťazca respiračných enzýmov, b) Rozpojenie oxidácie a fosforylácie.

20.Uveďte 2 zlúčeniny, na ktorých katabolizme sa podieľa mikrozomálny oxidačný systém. Odpoveď : Tryptofán, fenylalanín.

Zdrojom voľného E v heterotrofných organizmoch je rozklad živín inými slovami, katabolické procesy prebiehajúce v bunkách a tkanivách. Katabolizmus zahŕňa stovky chemikálií. reakcie, desiatky metabolických dráh. Určitú logiku zároveň možno vysledovať v organizácii katabolických procesov. Všetok katabolizmus je nutričný. látky v tele možno rozdeliť do troch štádií alebo, ako sa bežne hovorí, tri fázy.

V prvej fáze molekuly polyméru sa štiepia na monoméry: bielkoviny sa štiepia na aminokyseliny, oligo a polysacharidy na monosacharidy a ich deriváty, lipidy na vyššie mastné kyseliny, glycerol, aminoalkoholy atď. V tejto fáze nedochádza k oxidačným procesom, prevláda hydrolýza a fosforolýza . Všetka energia sa rozptýli ako teplo. V tejto fáze dochádza k prudkému poklesu počtu zlúčenín, ktoré potom vstupujú do druhej fázy katabolizmu. S rôznymi potravinami sa teda do gastrointestinálneho traktu dostávajú milióny rôznych bielkovín a všetky sú rozdelené na 20-25 AA.

V druhej fáze týchto päť tuctov zlúčenín podlieha ďalšiemu štiepeniu, takže na výstupe z tejto fázy zostáva iba päť zlúčenín: acetyl CoA, sukcinyl CoA, fumarát, oxaloacetát a 2oxoglutarát. Odbúravanie živín, ktoré pokračuje v druhej fáze, je teda sprevádzané ešte väčším zjednotením medziproduktov. Katabolické procesy prebiehajúce v druhej fáze sú zmiešaného charakteru, pretože zahŕňa fosforolýzu, štiepenie lyázou, tiolýzu a oxidačné reakcie. V tejto fáze katabolizmu sa tvoria všetky konečné produkty katabolizmu obsahujúce dusík a tiež časť CO2 a H2O. Organizácia katabolických procesov spočíva v tom, že s prehlbovaním rozkladu živín klesá počet medziproduktov metabolizmu. Tento princíp budovania katabolických procesov sa nazýva princíp konvergencie. Metabolické dráhy prvej a druhej fázy katabolizmu sú zvyčajne individuálne pre jednotlivé zlúčeniny alebo skupiny štruktúrne príbuzných látok rovnakej triedy. Preto sa metabolické dráhy prvej a druhej fázy katabolizmu nazývajú špecifické katabolické dráhy. Zároveň sú metabolické procesy tretej fázy katabolizmu rovnaké bez ohľadu na to, ktorá zlúčenina sa rozkladá.

V tomto ohľade metabolické cesty tretia fáza sa nazývajú bežné cesty katabolizmu. Prítomnosť spoločných metabolických dráh v tretej fáze katabolizmu, pri ktorej sa uvoľňujú 2/3 všetkej voľnej energie, zvyšuje adaptačné schopnosti živých organizmov, pretože uľahčuje prechod z jedného druhu živín na iný. Prítomnosť spoločných metabolických dráh v tretej fáze tiež umožňuje znížiť počet rôznych enzýmov, ktoré bunky a tkanivá potrebujú na spracovanie rôznych živín. To všetko pomáha organizmom v boji o prežitie a je výsledkom dlhého vývoja živých organizmov.Cesty tretej fázy katabolizmu: Krebsov cyklus trikarboxylových kyselín a reťazec respiračných enzýmov

Q = ∆H + W

kde: Q – tepelná energia

ΔН – entalpia

W – práca

Bunky tak prijímajú energiu z vonkajšieho prostredia vo forme svetelných kvánt (fotosyntéza) alebo chemickej energie organických a anorganických látok a ukladajú ju do zlúčenín s vysokým energetickým potenciálom (ATP), premieňajú ju na elektrickú alebo chemickú energiu obsiahnutú v molekula. ATP je hlavným nosičom chemickej energie vo všetkých živých organizmoch. ATP môže prenášať svoju energiu na iné biomolekuly, pričom stráca svoju koncovú fosfátovú skupinu a mení sa na ADP, to znamená, že vykonáva prácu kontraktilného motorického aparátu na transport látok cez membránu. Do prostredia sa uvoľňuje zbytočná tepelná práca – zvyšuje sa entropia prostredia (∆S).

Druhý zákon termodynamiky

Systém sa snaží o svoj neporiadok. Toto je dokumentované zvýšením entropie ΔS a je vyjadrené rovnicou:

AH = AG + TAS

kde: ΔH – tepelná energia,

ΔG – Gibbsova voľná energia,

T – absolútna teplota.

Hodnota entropie je konštantná a má kladnú minimálnu hodnotu. K tomu dochádza v dôsledku skutočnosti, že zvýšenie úrovne entropie v systéme pri degradácii živín je kompenzované odstránením konečných produktov zo systému a zintenzívnením biosyntetických procesov a táto hodnota je znížená na požadované stacionárne parametre .

Ak sa metabolizmus zastaví, Gibbsova energia systému klesá, entropia sa zvyšuje (to znamená, že kvalita energie klesá) a entalpia, ktorá charakterizuje mieru tepelného obsahu systému, klesá. Vždy sa snaží o minimum a keď ho dosiahne, telo zomrie. Úlohou organizmu alebo biosystému je preto vysoká úroveň entalpie a voľnej energie. Systém má tendenciu udržiavať hodnotu entropie na nižšej stacionárnej úrovni.

Je známe, že čím vyššia je tvrdosť látky, tým nižšia je jej entropia. Takže entropia diamantu (0,57 e.u.) je polovica entropie grafitu (1,7 e.u.). Karbidy, boridy a iné veľmi tvrdé látky sa vyznačujú nízkou entropiou. Entropia amorfného telesa je o niečo väčšia ako entropia kryštalického. Zvýšenie stupňa disperzie systému tiež vedie k miernemu zvýšeniu jeho entropie.

Entropia sa zvyšuje, keď sa molekula látky stáva zložitejšou; Takže pre plyny N20, N203, N205 je entropia 52,6; 73,4 a 85,0 e.u. Entropia rozvetvených uhľovodíkov je menšia ako entropia nerozvetvených uhľovodíkov. Entropia cykloalkánu je menšia ako entropia jeho zodpovedajúceho alkénu.

Pozrime sa podrobnejšie na faktory potrebné na udržanie ustáleného stavu. Aby mohol prebiehať metabolizmus, tzn.

substrát S → X ↔ Y → P(konečné produkty degradácie)

realizácia V 1, V 2, V 3 – konšt.

metabolizmus

koncentrácia substrátu (S) musí zabezpečiť nasýtenie enzýmu katalyzujúceho túto transformáciu. Táto reakcia musí byť jednosmerná a musí vytvárať čistý tok smerom k degradácii substrátu. Takéto reakcie riadia činnosť systému a sú jeho obmedzujúcimi článkami – sú kineticky nevratné. Príkladom takejto reakcie v organizme je glukokinázová reakcia, ktorá vedie k tvorbe gl-6-fosfátu z glukózy v prítomnosti ATP a Mg 2+. Toto je obmedzujúci článok v glykolýze, ktorý určuje rýchlosť celého procesu.

Podmienky na udržanie stacionárneho prietoku.

1. Konečné štádiá metabolizmu musia byť kineticky ireverzibilné (CO 2 H 2 O);

2. Keďže konečné produkty sa z tela vylučujú, entropia v biosystéme sa udržiava takmer konštantná;

3. Neustály tok živín a energie je len jednou z podmienok udržania rovnovážneho stavu;

4. Prítomnosť štrukturálnej organizácie, ktorá umožňuje vstrebávanie a využitie živín a energie.

Úvod do metabolizmu. Princípy organizácie metabolizmu.

Metabolizmus- možno definovať ako súhrn všetkých bioorganických reakcií katalyzovaných enzýmami.

Medzivýmena začína od okamihu, keď sa živiny dostanú do krvi, až kým sa neodstránia konečné produkty metabolizmu a dodajú telu látky a energiu potrebnú pre jeho život.

Metabolizmus je vysoko integrovaný a cielený proces. Integrácia je možná vďaka existencii vzťahu medzi metabolizmom uhľohydrátov, bielkovín a tukov atď. Vzťah je zabezpečený spoločným zásobovaním energiou, spoločnými intermediárnymi metabolitmi, na úrovni ktorých dochádza k prieniku špecifických metabolických procesov ( gl-6-ph, PVK, acetyl-CoA), všeobecné metabolické procesy (cyklus TCA, oxidatívna fosforylácia). Integrácia je možná aj vďaka vzťahu medzi tkanivami a orgánmi. Integrujúce systémy zahŕňajú nervový systém (centrum pre spracovanie informácií a rozhodovanie pri zmene podmienok); endokrinný systém (produkcia hormónov, ktoré prenášajú informácie do bunky); cievny systém (slúži na transport nielen živín, ale aj hormónov).

Postupnosť metabolizmu v tele nám umožňuje rozlíšiť 4 štádiá metabolizmu, to znamená, že metabolizmus je charakterizovaný dynamikou a štádiami.

1. fáza– v tomto štádiu sa pri procese trávenia v tráviacom trakte pripravuje zásobovanie vnútorných tkanív tela živinami. Existujú:

a) vzdialené trávenie - napríklad štiepenie bielkovín pôsobením pepsínu v dutine žalúdka alebo trypsínu v lúmene čreva.

b) parietálna alebo membránová – napríklad pôsobenie peptidáz fixovaných na povrchu buniek črevnej sliznice;

c) intracelulárne – napríklad v lyzozómoch trávenie pôsobením proteolytických enzýmov.

Na trávení sa okrem enzýmov makroorganizmu podieľajú aj enzýmy črevnej mikroflóry.

2. fáza– resorpcia – procesy vstrebávania živín cez črevnú sliznicu.

3. fáza– intersticiálny metabolizmus – enzymatické procesy syntézy a rozkladu, regulované neurohumorálnou dráhou.

4. fáza– vylučovanie – vylučovanie produktov látkovej premeny.