Для самостоятельного изучения Биохимия как наука. Этапы развития биохимии

Вид материала

Методические рекомендации

Содержание Конкретные цели: Исходный уровень Задание 1. Соединения А, В, С, Д и Е имеют соответственно редокс-потенциалы, равные Эталоны ответов к решению заданий для самопроверки и самоконтроля исходного уровня Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников: Обязательная литература Целевые обучающие задачи Краткие методические рекомендации к проведению заняття. Инструкция к практическому занятию «Иследование окислительного фосфорилирования и синтеза АТФ. Ингибиторы и разобщители окислите Работа №1: « Материальное обеспечение Материальное обеспечение Материальное обеспечение Ход работы Материальное обеспечение: р Организация дыхательной цепи в митохондриях Коферменты, механизм переноса протонов и электронов Пункты сопряжения Ингибиторы дыхательной цепи Щее окисление Клинико-диагностическое значение оценки уровня энергообеспеченности тканей Актуальность темы ... Полное содержание

Подобный материал:

• Для самостоятельного изучения «Биохимия как наука. Этапы развития биохимии. Методы, 2115.87kb.
• Основы биохимии спорта, 1521.5kb.
• Тема строение белков и ферментативный катализ вопросы лекции, 137.02kb.
• Лекция №6. Структура биологии как науки. Ранние этапы эволюции жизни, 433.89kb.
• Тематический план лекций по общей биохимии для студентов 2-го курса лечебного, педиатрического, 1643.39kb.
• Резюмируя можно сказать, что объектом ее изучения являются химические элементы, 71.81kb.
• И темы рабочей программы самостоятельного изучения Перечень домашних заданий и других, 313.59kb.
• Т ч. для самостоятельного изучения и подготовки доклад, 35.86kb.
• Ы и темы рабочей программы самостоятельного изучения Перечень домашних заданий и других, 75.84kb.
• Календарно-тематический план лекций по физической и коллоидной химии для студентов, 67.53kb.

^

Конкретные цели: Исходный уровень:

Уметь:

1. Интерпретировать механизмы тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования и их роль в обеспечении тканей энергией.	1. Обосновать влияние величины стандартного редокс-потенциала различных окислительно-восстановительных пар на направление потока электронов (каф. медицинской и фармацевтической химии).
2. Интерпретировать роль кофакторов в механизме переноса протонов и электронов, в зависимости от их структуры.	2. Интерпретировать способность хинонов и гетероциклов участвовать в окислительно восстановительных процессах (каф. медицинской и фармацевтической химии).
3. Интерпретировать энергетическую ценность различных субстратов.
4. Интерпретировать влияние разобщителей и ингибиторов на окислительное фосфорилирование, энергообеспеченность и терморегуляцию организма.

Для проверки исходного уровня предлагается выполнить ряд заданий.

Задания для самопроверки и самокоррекции исходного уровня.

^

Задание 1. Соединения А, В, С, Д и Е имеют соответственно редокс-потенциалы, равные

-0,39; +0,22; +0,35; -0,29;+0,19. В какой последовательности будет происходить перенос протонов и электронов в системе, включающей эти соединения?

А. От меньшего потенциала к большему

В. От большего к меньшему

С. Перенос электронов не зависит от величины потенциала

D. Перенос электронов в системе не возможен

Задание 2. В пробирке имеется окрашенный раствор ДХФИ. При добавлении вещества А окраска исчезает. Какими свойствами обладает вещество А?

А. Восстанавливающими ( восстановленная форма ДХФИ бесцветна)

В. Окислительными (окисленная форма ДХФИ бесцветна)

С. Не способно окисляться

Д. Является донором атомов водорода

Е. Не способно восстанавливаться.

Задание 3. При отсутствии в пище витамина РР развивается заболевание пеллагра.

Биологическая роль этого витамина заключается в переносе протонов и электронов. Какой компонент этого витамина непосредственно участвует в присоединении водорода?

А. Бензольное ядро

В. Амидная группа

С. Карбоксильная группа

D. Пиридиновое ядро

Е. Пиримидиновое ядро


Правильность решения заданий проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

^ Эталоны ответов к решению заданий для самопроверки и самоконтроля исходного уровня:

1.- А, 2. –А .

Информацию, необходимую для восполнения исходного уровня, можно найти в следующей литературе.

1. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. - М.: Медицина, 1991. – С. 213-227, 291-294, 301-304.

3.Лекции по биоорганической химии.

Содержание обучения

Содержание обучения должно обеспечивать достижение целей обучения, чему способствует граф логической структуры изучаемой темы (Приложение 1).

Основные теоретические вопросы, позволяющие выполнить целевые виды деятельности:

1. Цепь переноса электронов (дыхательная цепь) митохондрий. Источники электронов для функционирования дыхательной цепи.
   
2. Структура и функции компонентов дыхательной цепи ( дегидрогеназы и цитохромы их кофакторы).
   
3. Схема и локализация в клетке цепи тканевого дыхания, механизм формирования и роль редокс-потенциала в расположении компонентов.
   
4. Связь ( сопряжение ) тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования., пункты сопряжения.
   
5. Механизм окислительного фосфорилирования. АТФ-синтаза. Хемиоосмотическая теория Митчела.
   
6. Коэффициент фосфорилирования (Р/О). Энергетическая ценность субстратов.
   
7. Механизмы регуляции системы окислительного фосфорилирования. Дыхательный контроль (АДФ/АТФ).
   
8. Ингибиторы дыхательной цепи, механизм их действия, влияние на организм.
   
9. Понятие о разобщителях., примеры различных механизмов разобщения. Свободное нефосфорилирующее окисление, его биороль.
   
10. Принцип и ход работы по моделированию процессов тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования ( Инструкция, 2).
    

^

Найти материал для освоения этих вопросов можно в одном из следующих источников:

Обязательная литература

1. Губський Ю.Г. Біологічна хімія. - Київ-Тернопіль.: Укрмедкнига, 2000. - С. 122-142

2. Тестовые задания по биологической химии/ Под ред.Б.Г.Борзенко. - Донецк, 2000. -С.44-73.

3. Лекции по биохимии.

4. Граф логической структуры (Приложение 1).

5. Инструкция к практическому занятию.

Дополнительная литература

1. Маршалл В.Дж. Клиническая биохимия. - М.-С-П.: Издательство БИНОМ-Невский Диалект, 1999. – С. 66 -68.

2. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. - М.: Мир, 1993. - С.111-139

3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1998. - С. 305-316

4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина, 1990. - С. 213-225

5. Николаев А.Я. Биологическая химия. - М.: Высшая школа 1998, С.199-212.

После изучения вышеперечисленных вопросов для самопроверки усвоения материала по изучаемой теме предлагается решить следующие целевые обучающие задачи.

^ Целевые обучающие задачи

Задача 1.

Нарушение последовательности ферментов при реконструкции цепи тканевого дыхания в эксперименте полностью блокирует его активность. Каким свойством компонентов необходимо руководствоваться в построении активной цепи переноса электронов?

А, Молекулярной массой

В. Редокс-потенциалом

С. Структурой кофакторов

D. Электрофоретической подвижностью.

Задача 2. Сопряжение тканевого дыхания с фосфорилированием требует наличия градиента концентрации Н⁺ между двумя сторонами внутренней митохондриальной мембраны. Какую роль он играет в синтезе АТФ?

А. Катализирует реакцию синтеза АТФ

В. Активирует АТФ-синтетазу

С. Участвует в образовании промежуточных высокоэнергетических соединений

Д. Способствует выделению энергии в дыхательной цепи

Е. Переводит компоненты дыхательной цепи в высокоэнергетическую форму путем изменения их конформации.

Задача 3. Животные содержались на рационе, лишенном некоторых витаминов. Отсутствие какого витамина приведет к нарушению активности дегидрогеназ тканевого дыхания?

А. РР

В. Пиридоксина

С. Фолиевой кислоты

D. Кобаламина

Е.. Рутина

Задача 4. Нарушение синтеза цитохромов у подопытных животных, в диете которых не содержалось некоторых микроэлементов, привело в торможению тканевого дыхания. Какой компонент цитохромов, активно участвующий в переносе электронов, отсутсвовал в пище?

А.Гистидин глобина

В. Пиррольное кольцо

С. Железо гема

D. Винильный радикал

Е. Апофермент

Задача 5. Больной доставлен в состоянии острой гипоксии после отравления угарным газом. Каков механизм действия этого газа на организм?

А. Ингибирует тканевое дыхание

В. Ингибирует перенос водорода

С. Восстанавливает кислород

Д. Ингибирует ЦТК

Е. Разобщает дыхание и фосфорилирование

Задача 6. У пациента после передозировки наркотиков наступила внезапная остановка сердца. Каков механизм этой патологии?

А Разобщение дыхания и фосфорилирования

В. Ингибирование ферментов дыхательной цепи

С. Ингибирование ЦТК

Д. Разрушение митохондрий

Е. Ингибирование субстратного фосфорилирования.

Задача 7. 2,4 – динитрофенол пытались использовать для лечения ожирения у крыс. Как обряснить случаи летального исхода у животных после применения препарата?

А. Торможением синтеза АТФ

В.. Ингибированием ферментов дыхательной цепи митохондрий

С. Снижением потребления кислорода

D. Разрушением митохондрий

Е Активацией АТФ-синтетазы


Правильность решения задач проверьте, сопоставив их с эталонами ответов.

Эталоны ответов к решению целевых обучающих задач:

1. – В, 2. – D, 3. –А, 4. - С.

Задания для самостоятельной работы

І. Перепишите дыхательную цепь митохондрий (цепь переноса электронов ( ЦПЭ)


SH₂ ( ЦТК, β- окисление) Mатрикс

NAD SH₂ (сукцинат)

1/2 O₂ H₂O

S NADH+Н ⁺

FAD· FeS





E-FMN · FeS КoQ цит.b · FeS цит. c₁ цит. c цит. aa₃


ІІ. Для усвоения темы необходимо уяснить, что:

1. Синтез Н₂О в цепи тканевого дыхания является основным источником энергии для реакции синтеза АТФ.
   
2. Запомнить, что процесс образования воды в организме и вне его совершается с выделением 210-230 кдж/моль энергии.
   
3. В организме синтез Н₂О происходит при участии электронтранспортной цепи внутренней мембраны митохондрий.
   
4. Часть энергии этого процесса (≈40%) используется для реакции синтеза АТФ.
   
5. Реакция образования Н₂О в организме сопряжена с процессом окислительного фосфорилирования (синтез АТФ из АДФ и Н₃РО₄).
   
6. Усвоить понятие коэффициент фосфорилирования (Р/О). Коэффициент фосфорилирования - это число молекул АТФ, образованных в расчете на 1 атом кислорода, использованного в процессе дыхания.
   

Задание 1. Напишите схему дыхательной цепи для субстратов пиридинзависимых дегидрогеназ (малат, α-кетоглутарат, изоцитрат). Укажите коэффициент фосфорилирования и пункты сопряжения.


Задание 2. Напишите схему дыхательной цепи для субстратов ФАД-зависимых дегидрогеназ. Укажите коэффициент фосфорилирования. Сколько АТФ будет синтезироваться при окислении 5 моль сукцината.


ІІІ. Укажите на дыхательной цепи места действия ингибиторов дыхания и назовите их.


ІУ. Вопрос: Как изменится потребление кислорода митохондриями при интенсивной физической работе?


Вопрос: Как регулируется температура тела при изменении температуры окружающей среды?

^ Краткие методические рекомендации к проведению заняття.

На занятии проводится тестовый контроль исходного уровня знаний студентов и его коррекция. Проверяется выполнение домашнего задания. Затем студенты приступают к выполнению лабораторной работы, используя при этом инструкцию.

После выполнения лабораторной работы необходимо оформить протокол,сделать выводы к работе, которые проверяет и контролирует преподаватель.Проводится итоговый тестовый контроль по теме, подводятся итоги работы.


^ Инструкция к практическому занятию «Иследование окислительного фосфорилирования и синтеза АТФ. Ингибиторы и разобщители окислительного фосфорилирования».

^ РАБОТА №1: «Изучение активности малатдегидрогеназы»

Принцип метода: малатдегидрогеназа окисляет яблочную кислоту. В качестве конечного акцептора атомов водорода используется 2,6-дихлорфенолиндофенол (2,6-ДХФИ). Если фермент активен, то окраска ослабевает.

^ Материальное обеспечение:

фосфатный буфер рН=7,4, раствор яблочной кислоты, раствор 2.6 –ДХФИ, суспензия митохондрий, пипетки, пробирки.

Ход работы:

Работу выполняют в 2-х пробирках (контроль и опыт) в соответствиии со схемой постановки:


Содержимое пробирок Контроль Опыт

1. Фосфатный буфер рН=7,4 1,0 мл 1,0 мл

2. Раствор яблочной кислоты (малат) 0,5 0,5

3. Раствор 2,6-ДХФИ 0,5 0,5

4. Суспензия митохондрий - 0,5

5. Прокипяченная суспензия митохондрий 0,5 -

Инкубация при комнатной температуре10 минут.

Результаты (окраска).


ВЫВОДЫ:


РАБОТА №2. Изучение активности сукцинатдегидрогеназы

Принцип метода: Сукцинатдегидрогеназа окисляет янтарную кислоту. Конечным акцептором ионов водорода служит 2,6-ДХФИ. Если фермент активен, окраска исчезает.

^ Материальное обеспечение:

буферный раствор рН=7,4, сукцинат, раствор 2.6 –ДХФИ, суспензия митохондрий, пипетки, пробирки.

Ход работы:


Работу выполняют в 2-х пробирках (контроль и опыт) в соответствиии со схемой постановки:


Содержимое пробирок Контроль Опыт

1. Буферный раствор рН=7,4 1,0 мл 1,0 мл

2. Сукцинат 0,5 0,5

3. Раствор 2,6-ДХФИ 0,5 0,5

4. Суспензия митохондрий - 0,5

5.Прокипяченная суспензия митохондрий 0,5 -

_____________________________________________________________________________

Инкубация при комнатной температуре 10 минут.

Результаты (окраска).

ВЫВОДЫ:


РАБОТА № 3. Изучение реакций окислительного фосфорилирования

Принцип метода При окислении различных субстратов в дыхательной цепи высвобождается энергия, часть которой используется на реакцию фосфорилирования АДФ неорганическим фосфатом: АДФ + Н₃РО₄ + энергия = АТФ + Н₂О.

Степень окислительного фосфорилирования (энергетическая ценность субстратов) определяется по убыли неорганического фосфата (коэффициент Р/О =1- 3). Используя различные субстраты (яблочная, янтарная, аскорбиновая кислоты) определить степень окислительного фосфорилирования. Содержание фосфорной кислоты определяют в реакции с молибдатом аммония и редуцирующим раствором аскорбиновой кислоты по интенсивности окраски образующейся молибденовой сини.

^ Материальное обеспечение:

инкубационная смесь, физиологический раствор, раствор яблочной кислоты, раствор янтарной кислоты, раствор аскорбиновой кислоты, суспензия митохондрий, раствор ТХУ, раствор молибдата аммония, редуцирующий раствор Фиске и Субарроу, пипетки, пробирки.

^ Ход работы:

Работу выполняют в 4-х пробирках (контроль и 3 опыт) в соответствиии со схемой постановки:


Содержимое пробирок Контроль О п ы т

________________________________

1 2 3

1. Инкубационная смесь 1,0 1,0 1,0 1,0

2. Физиологический раствор 0,5 - - -

3. Раствор яблочной кислоты - 0,5 - -

4. Раствор янтарной кислоты - - 0,5

5. Раствор аскорбиновой кислоты - - - 0,5

6. Суспензия митохондрий 0,5 0,5 0,5 0,5

Инкубация 10 минут при комнатной температуре, затем добавляем:

7. Раствор трихлоруксусной кислоты (ТХУ)1,0 1,0 1,0 1,0

8. Раствор молибдата аммония 0,5 0,5 0,5 0,5

9. Редуцирующий раствор Фиске и

Субарроу 0,5 0,5 0,5 0,5

Инкубация 10 минут.

Результаты (интенсивность окраски по четырехбальной шкале).

Коэффициент Р/О


ВЫВОДЫ:


РАБОТА №4 Изучение влияния 2,4-динитрофенола (2,4-ДНФ) на окислительное фосфорилирование.

Принцип метода: 2,4-ДНФ является разобщителем фосфорилирования сопряженного с окислением. Об окислительном фосфорилировании судят по убыли в инкубационной среде неорганического фосфата, который определяется, как описано в работе №3.

^ Материальное обеспечение: раствор яблочной кислоты, раствор 2.4 ДНФ, суспензия митохондрий, раствор ТХУ, раствор молибдата аммония, редуцирующий раствор, пипетки, пробирки.

Ход работы:

Работу выполняют в 2-х пробирках (контроль и опыт) в соответствиии со схемой постановки:


Содержимое пробирок Контроль Опыт

1.Раствор яблочной кислоты 0,5 0,5

2.Раствор 2,4-ДНФ - 0,5

3.Суспензия митохондрий 0,5 0,5

Инкубация 10 минут при комнатной температуре.

4.Раствор Т Х У 1,0 1,0

5.Раствор молибдата аммония 0,5 0,5

6.Редуцирующий раствор 0,5 0,5

Результаты: (интенсивность окраски).


ВЫВОДЫ:


Подпись преподавателя:


Приложение 1


Г р а ф логической структуры


ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ



^

ОРГАНИЗАЦИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ

ЦЕПИ В МИТОХОНДРИЯХ

ЦИТОХРОМЫ

ДЕГИДРОГЕНАЗЫ



^ КОФЕРМЕНТЫ, МЕХАНИЗМ ПЕРЕНОСА ПРОТОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ





ВЫДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ И СОПРЯЖЕНИЕ ДЫХАНИЯ С ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ






^ ПУНКТЫ СОПРЯЖЕНИЯ

МЕХАНИЗМ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

ОБРАЗОВАНИЕ ТЕПЛА

РЕГУЛЯЦИЯ ОФ, ДЫХАТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ



^ ИНГИБИТОРЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ


ИНГИБИТОРЫ И РАЗОБЩИТЕЛИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ

- -

СВОБОДНОЕ НЕ-

ФОСФОРИЛИРУЮ-

^ ЩЕЕ ОКИСЛЕНИЕ




^ КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕННОСТИ ТКАНЕЙ





ТЕМА 1.7. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЦИКЛА ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

^ Актуальность темы

Цикл трикарбоновых кислот - это общий конечный путь для окисления ацетильных групп, в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул, играющих роль клеточного топлива - углеводов, жирных кислот и аминокислот. Ферментативное окисление ацетильных групп в ЦТК сопровождается образованием высокоэнергетических атомов водорода и высвобождением углекислого газа. Протоны водорода и богатые энергией электроны передаются по дыхательной цепи с выделением большого количества энергии, запасаемой в форме АТФ.

Врач, говоря о дыхании, должен иметь в виду не только его физиологический аспект, но и молекулярные механизмы процесса потребления кислорода и образования углекислого газа в клетках. Эти знания помогут осмыслить многие разделы патфизиологии, фармакологии, эндокринологии, терапии, касающиеся биоэнергетики и ее регуляции. Нарушения энергетического обмена лежат в основе патогенеза многих заболеваний.

Теперь ознакомьтесь с целями занятия.

^ Общая цель

По результатам реакций, определяющих конечные продукты ЦТК, интерпретировать механизм функционирования ЦТК для оценки энергетического обеспечения организма в норме и при нарушении обмена веществ.

^ Конкретные цели: Исходный уровень :

Уметь:

1. Интерпретировать функционирование цикла Кребса по убыли ацетил- КоА.
2. Интерпретировать функционирование цикла Кребса по образованию углекислого газа.	1. Анализировать тип реакции по образованию углекислого газа в растворе (кафедра медицинской и фармацевтической химии)
3.Интерпретировать функционирование ЦТК по образованию атомов водорода.	2. Анализировать тип реакции на основании восстановления 2,6-дихлорфенолиндофенола (кафедра медицинской и фармацевтической химии)
4.Анализировать ингибирующее действие малоната на сукцинатдегидрогеназу.	3.Интерпретировать структуру янтарной, малоновой и щавелевой кислот как близких по структуре гомологов, выполняющих функцию субстратов или ингибиторов в ферментативных реакциях (кафедра медицинской и фармацевтической химии)
5.Интерпретировать патологические состояния, связанные с нарушением функционирования ЦТК и его регуляции

^ Для проверки исходного уровня знаний предлагается выполнить ряд заданий:

Задания для самопроверки и самокоррекции исходного уровня