Общие аспекты метаболизма. Энергия не может быть получена из ничего, не может быть уничтожена, а может только превращаться из одного вида в другой в строго эквивалентных соотношениях Обмен белков, жиров, углеводов, минеральных веществ

Результатом проектирования должны стать таблицы, корректно и эффективно представляющие объекты и их взаимосвязи.

Реляционная БД считается корректной (согласованной) и эффективной , если обладает следующими характеристиками:

1) отсутствие избыточности;

2) согласованность, предотвращающая потери данных;

3) минимальное использование NULL-значений.

Схемой реляционной базы данных называется набор заголовков отношений, входящих в базу данных, и их связей. Схема содержит структурную и семантическую информацию.

Некую единую сводную таблицу, в которой представлены все необходимые данные о предметной области, называют универсальным отношением (генеральной или глобальной таблицей).

Подобная генеральная таблица может быть весьма неэффективной из-за двух основных изъянов разработки: избыточности и несогласованности. (да еще – NULL-значения …
…)

Использование универсального отношения, содержащего избыточные данные, может порождать три проблемы несогласованности, называемые аномалиями : аномалии вставки (включения), удаления и обновления (модификации).

Процесс упорядочения, структурирования представляемых данных называется нормализацией.

Недостатки глобальной таблицы (построенной на все случаи жизни):

— жесткость;

— ненадежность (потенциальная противоречивость);

— повышенный расход ресурсов;

— громоздкость (избыточность).

Под жесткостью понимается обязательная модификация самой таблицы при изменении постановки задачи.

Избыточность – необходимость хранения полной информации, например, названия фирмы в каждой записи о товаре.

Потенциальная противоречивость – необходимость изменять значение атрибута во всех записях, при ошибке программирования дорого обходится.

Аномалия включения – не может быть записей о поставщике, если он не поставил ни одного товара.

Аномалия удаления – при удалении всех товаров, поставляемых поставщиком, теряется его адрес и др.

Нормализация – это процесс проектирования, позволяющий гарантировать эффективность структур данных в реляционной БД. При проектировании данные разбиваются на несколько связанных таблиц, с соблюдением специальных требований нормализации.

Нормализация – практически — это разбиение таблицы на две или более, обладающих лучшими свойствами при включении, изменении и удалении данных. Окончательная цель нормализации сводится к получению такого проекта базы данных, в котором каждый факт появляется лишь в одном месте , т.е. исключена избыточность информации. Это делается не столько с целью экономии памяти, сколько для исключения возможной противоречивости (несогласованности) хранимых данных.

Основой процесса нормализации является предложенный Э.Коддом в рамках реляционной теории формальный аппарат, называемый нормализацией отношений .

Следует отметить, что процесс нормализации не имеет отношения к физическому размеще­нию данных. Речь идет только о пользователь­ском и глобальном логическом представлении данных

Процесс нормализации основан на понятии функциональной зависи­мости атрибутов.

Определение функциональной зависимости (ФЗ) .

А трибут В таблицы функционально зависит от атрибута А той же таблицы в том и только в том случае, когда в любой заданный момент времени для каждого из различных значений атрибута А обязательно существует только одно из различных значений атрибута В . Отметим, что атрибуты А и В могут быть единичными, так и составными.

Утверждение, что В функционально зависит от А , означает то же самое, что А однозначно определяет В ,т. е. если в какой-то момент времени известно значение А ,то можно получить и значение В.

Функциональная зависимость обозначается стрелкой А ® В .

Понятие ФЗ аналогично понятию функции в математике и отражает смысловую (семантическую) взаимосвязь соответствующих атрибутов сущности.

Различают следующие виды функциональных зависимостей : полная, частичная и транзитивная ФЗ.

Если неключевой атрибут зави­сит от всего составного ключа и не зависит от его частей, то говорят о полной функциональной зависимости атрибута от составного ключа.

Если неключевой атрибут зави­сит только от части составного ключа, то говорят о частичной функциональной зависимости атрибута от составного ключа.

Если атрибут В зависит от атрибута А, а С зависит от атрибута В, но обратная зависимость отсутствует, то говорят, что атрибут С зависит от А транзитивно.

Одни ФЗ отражают взаимосвязи в исследуемой предметной области, другие – могут порождаться структурой неграмотно сформированных отношений (таблиц). При неправильно сгруппированных отношениях некоторые ФЗ могут оказаться нежелательными из-за указанных аномалий, которые они вызывают при ведении (обновлении) БД.

Лекция 7. Определения и характеристики нормальных форм 1NF, 2NF, 3NF, BCNF. Понятие и виды денормализации.

Определение . Отношение находится в 1NF, если любые значения всех атрибутов являются атомарными и в отношении нет повторяющихся групп.

Очевидно, если произвольное отношение отвечает требованиям реляционной модели, оно соответственно удовлетворяет определению 1NF.

Определение . Отношение находится в 2NF, если оно соответствует 1NF и его неключевые атрибуты полностью зависят от всего первич­ного ключа.

Определение . Отношение находится в 3NF, если оно соответствует 2NF и не содержит транзитивных зависимостей.

Определение . Отношение находится в BCNF, если оно соответствует 3NF и если и только если любая функциональная зависимость между её полями сводится к полной функциональной зависимости от возможного ключа.

Лекция 8. CASE-технологии проектирования БД. Проектирование с использованием метода сущность-связь.

Общие принципы организации катаболизма в организме

Источником свободной энергии в организмах гетеротрофов является распад питательных веществ, иначе говоря, катаболические процессы, протекающие в клетках и тканях. Катаболизм включает сотни химических реакций, десятки метаболических путей. В то же время в организации катаболических процессов прослеживается определенная логика.

Весь катаболизм питательных веществ в организме можно разделить на три этапа или, как принято называть, три фазы. В первой фазе происходит расщепление полимерных молекул на мономеры: белки расщепляются до аминокислот, олиго и полисахариды на моносахариды и их производные, липиды на высшие жирные кислоты, глицерол, аминоспирты и др. Следует заметить, что речь идет не только о расщеплении компонентов пищи в желудочнокишечном тракте, но и распаде биополимеров непосредственно в клетках. В этой фазе нет окислительных процессов, преобладают гидролиз и фосфоролиз. Выделение энергии не превышает 12% от её общего содержания в питательных веществах, причем вся энергия рассеивается в виде теплоты.

Однако в этой фазе происходит одно важное событие резкое уменьшение числа соединений, которые поступают затем во вторую фазу катаболизма. Так, с разнообразными пищевыми продуктами продуктами в желудочнокишечный тракт поступают миллионы различных белков и все они расщепляются до 2025 мономероваминокислот, а несколько сотен различных липидов при расщеплении дают полтора десятка различных высших жирных кислот и спиртов; несколько сотен различных олигосахаридов и полисахаридов при распаде дают, в свою очередь, полтора десятка моносахаридов и их производных. Таким образом, вместо миллионов различных соединений, вступающих в первую фазу, на выходе из нее образуется около 50 соединений.

Во второй фазе эти пять десятков соединений подвергаются дальнейшему расщеплению, так что на выходе из этой фазы остается всего пять соединений: ацетилКоА, сукцинилКоА, фумарат, оксалоацетат и 2оксоглутарат. Таким образом, продолжающееся во второй фазе расщепление питательных веществ сопровождается еще большей унификацией промежуточных продуктов. Катаболические процессы, идущие во второй фазе, носят смешанный характер, т.к. в ней идут и фосфоролиз, и лиазное расщепление, и тиолиз и окислительные реакции. Во второй фазе выделяется до 1/3 всей заключенной в питательных веществах энергии, причем часть ее аккумулируется. В этой фазе катаболизма образуются все азотсодержащие конечные продукты катаболизма, а также часть СО2 и Н2О.

Внутренняя логика такой организации катаболических процессов заключается в том, что по мере углубления распада питательных веществ количество промежуточных продуктов метаболизма уменьшается. Такой принцип построения катаболических процессов получил название принцип конвергенции.

Метаболические пути первой и второй фазы катаболизма обычно индивидуальны для отдельных соединений или групп родственных по структуре веществ одного класса. Поэтому метаболические пути первой и второй фазы катаболизма получили название специфических путей катаболизма. В то же время метаболические процессы третьей фазы катаболизма одинаковы вне зависимости от того, какое соединение расщепляется. В связи с этим метаболические пути третьей фазы получили название общих путей катаболизма.

Наличие общих метаболических путей в третьей фазе катаболизма, в которой выделяется 2/3 всей свободной энергии, повышает адаптационные возможности живых организмов, т.к. позволяет сравнительно легко переключаться с одного типа питательных веществ на другой. Наличие общих метаболических путей в третьей фазе позволяет также уменьшить количество различных ферментов, необходимых клеткам и тканям для переработки разных питательных веществ. Все это помогает организмам в борьбе за выживание и является результатом длительной эволюции живых организмов.

При изучении обменных процессов мы в первую очередь и рассмотрим метаболические пути третьей фазы катаболизма: цикл трикарбоновых кислот Кребса и цепь дыхательных ферментов.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Мотивационная характеристика темы.

В результате обмена веществ непрерывно образуются, обновляются и разрушаются клеточные структуры, синтезируются и разрушаются различные химические соединения. Для возмещения энергозатрат организма, сохранения массы тела и удовлетворения потребностей роста необходимо поступление из внешней среды белков, углеводов, липидов, витаминов, минеральных солей и воды. Их количество, свойства и соотношение должны соответствовать состоянию организма и условиям его существования, что обеспечивается питанием. Необходимо также, очищение организма от конечных продуктов распада, которые образуются при расщеплении различных веществ. Это обеспечивают органы выделения.

Обмен веществ является одной из основных признаков жизни.

Выписка из рабочей программы

специальность «Лабораторная диагностика»

Лекция. Обмен веществ и энергии

Обменом веществ (метаболизмом) и энергии, называют совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. Суть обмена веществ заключается в поступлении в организм из внешней среды различных веществ, усвоении и использовании их в процессе жизнедеятельности и выделении образующихся продуктов обмена во внешнюю среду. Обмен веществ и энергии – специфическое свойство живого организма.

Назначение обмена веществ и энергии заключается в обеспечении организма химическими веществами, необходимыми для построения всех его структурных элементов и восстановления распадающихся в организме веществ.

Второе важнейшее биологическое назначение обмена веществ – обеспечение всех жизненных функций организма энергией.

Различают две стороны обмена веществ: анаболизм и катаболизм. Анаболизм – совокупность реакции обмена веществ, ведущих к построению тканей организма, образованию в них сложных органических веществ. Анаболизм основан на ассимиляции – процессе использования организмом внешних по отношению к нему веществ и синтезу свойственных ему сложных органических соединений. Катаболизм – совокупность реакций обмена веществ, приводящих к распаду веществ в живом организме, в его основе лежит диссимиляция – процесс разрушения органических веществ.

Процессы ассимиляции и диссимиляции неразрывно связаны: диссимиляция способствует ассимиляторным процессам, а ассимиляция сопровождается усилением диссимиляции (в работающей мышце происходит распад гликогена до молочной кислоты и высвобождение энергии, в ходе распада образуются фосфорные эфиры глюкозы, т.е. благодаря диссимиляции идут процессы диссимиляции).

В течении жизни наблюдаются разные количественные соотношения ассимиляторных и диссимиляторных процессов: в растущем организме преобладает ассимиляция; у взрослого устанавливается относительное равновесия анаболизма и катаболизма; в старческий период ассимиляция отстает от диссимиляции. Усиление любой деятельности организма, особенно мышечной, усиливает диссимиляторные процессы.

Вариант 1

1. Напишите уравнение термодинамики, отражающее связь между изменениями свободной энергии (G) и общей энергии системы(Е).Ответ :

2. Укажите, какие два вида энергии клетка может использовать для совершения работы. Ответ : Клетка для совершения работы может использовать или энергию химических связей макроэргов, или энергию трансмембранных электрохимических градиентов.

3. Укажите количество свободной энергии, выделяющейся при разрыве 1 моля тиоэфирных связей в соединениях типа ацил-КоА в стандартных условиях. Ответ : 8,0 ккал/М.

4. Укажите значение калорического коэффициента для жиров. Ответ : 9,3 ккал/г.

5. Укажите, что называется "основным обменом". Ответ : Уровень энергозатрат дляподдержанияжизнедеятельности организма.

6. Укажите, чему равен уровень "основного обмена" для человека средней массы, выраженный в ккал/сутки. Ответ: Примерно 1800 к кал.

7. Назовите 5 способов разрыва химических связей в соединениях, наиболее широко представленных в биологических системах. Ответ: Гидролиз, фосфоролиз, тиолиз, липазное расщепление, окисление.

8. Назовите три основных класса соединений, поступающих из первой фазы катаболизма во вторую фазу. Ответ: Моносахариды, высшие жирные кислоты, аминокислоты.

9. Укажите, какой способ расщепления химических связей преобладает в третьей фазе катаболизма. Ответ : Окисление.

10.Объясните, что означает термин "конвергентный принцип организации катаболизма" в организме. Ответ :

11. Объясните, какие преимущества дает человеку конвергентный принцип организации катаболизма в его организме. Ответ:

12.Напишите, используя структурные формулы метаболитов, реакцию окисления изоцитрата в цикле Кребса с указанием всех участвующих в реакции соединений. Ответ

13. Укажите, каким образом осуществляется контроль направления потока метаболитов в цикле трикарбоновых кислотКребса.Ответ : Термодинамический контроль - за счет включения в метаболический путь двух реакций, сопровождающихся большом потерей свободной энергии.

14. Укажите 2 возможных пути пополнения пула промежуточных метаболитов цикла Кребса. Ответ: а) Поступление их из второй фазы катаболизма, б) Реакция карбоксилирования пирувата.

15.Укажите, в какой клеточной структуре локализованы цепи дыхательных ферментов. Ответ : Во внутренней мембране митохондрий.

16.Изобразите схему, описывающую функционирование промежуточных переносчиков электронов, входящих в состав IV комплексаглавнойдыхательной цепи. Ответ:

17. Дайте определение термину "окислительное фосфорилирование". Ответ : Синтез АТФ с использованием энергии, выделяющейся в процессе биологического окисления

18. Укажите, какую роль белок F | вмеханизмеокислительногофосфорилирования в цепи дыхательных ферментов по Митчеллу. Ответ : Белок F | за счет протонов,движущихся по электрохимическомуградиенту, катализирует образование АТФ нз АДФ и неорганического фосфата.

19. Укажите, каков механизм действия соединений, вызывающих разобщение окисления и фосфорилирования вмитохондриях.Ответ : Эти соединения выступают в качестве переносчиков протонов через внутреннюю мембрану митохондрий в обход системы синтеза АТФ.

20.Укажите 2 возможных причины развития гипоксическнх гипоэнергетических состояний. Ответ : 2 любых варианта из 4 возможных: а) недостаточность кислорода во внешней среде; б) нарушение работы органов дыхания; в) нарушение кровообращения; г) нарушение способности гемоглобина крови переносить кислород .

21.Приведите 2 примера соединений, в обезвреживании которых принимает участие микросомальная системаокисления.Ответ : 2 любых примера ароматических карбоциклов (антрацен, бензантрацен, нафтацен, 3,4-бензпирен, метилхолантрен).

22.Объясните механизм защитного действия антиоксидантов типа витамина E или каротина. Ответ : Эти соединения принимают на себя лишний электрон с супероксидного анион-радикала, образуя менее реакционноспособную структуру из-за перераспределения электронной плотности по имеющейся в их структуре системе сопряженных двойных связей.

Вариант 2

1. Объясните, почему для химических процессов, протекающих в клетках, изменение энтальпии системы (Н) практически равно изменению общей энергии системы (Е).

Ответ: В биологически системах в ходе химических реакций не происходит изменений температуры или давления .

2. Укажите, какие химические реакции с точки зрения термодинамики могут идти самопроизвольно.Ответ : Самопроизвольно могут идти только экзэргонические химические реакции.

3. Приведите 2 примера макроэргических соединений из класса тиоэфиров. Ответ: Два любых конкретных ацил-КоА

Ответ: 10,3 ккал/М.

5. Укажите, какие изменения происходят с питательными веществами в первой фазе катаболизма. Ответ : Расщепление полимеров на мономеры.

6. Укажите, какая часть общей энергии питательных веществ выделяется во второй фазе катаоолизма. Ответ : 1/3 всей энергии .

7. Укажите, какие конечные продукты обмена образуются в третьей фазе катаболизма. Ответ : Вода, углекислый газ.

8. Напишите общую схему монооксигеназных реакций, идущих в клетках. Ответ: SH 2 + O 2 +КоН 2 -> S-OH + Ко окисленный + Н 2 О

Ответ:

10.Напишите, используя структурные формулы метаболитов, реакцию окисления сукцината в цикле Кребса с указанием всех участвующих в реакции соединений. Ответ:

11. Напишите суммарное уравнение цикла трикарбоновых кислот Кребса. Ответ: Ацетил-КоА + ЗНАД + + ФАД+ГДФ~Ф + 2Н: О-> СО 2 - ЗНАДН+Н + + ФАДН 2 + ГТФ

12.Укажите 2 соединения, являющиеся аллостерическими активаторами регуляторных ферментов цикла Кребса.Ответ: АДФ. AM Ф .

13.Дайте определение метаболического пути, известного под названием "главная цепь дыхательных ферментов митохондрий". Ответ: Метаболический путь, обеспечивающий перенос протонов и электроновсНАДН+ H 2 на кислород.

14. Назовите промежуточные переносчики главной дыхательной цепи, способные акцептировать атомы водорода или электроны из внешних источников. Ответ: Ко Q , цитохромС.

15. Укажите, какое количество свободной энергии выделяется в стандартных условиях при окислении 1 моля НАДН+Н" образованием 1 моля Н 2 О. Ответ : -52,6 ккал/М.

16. Объясните, что называется разобщением окисления и фосфорилирования. Ответ: Нарушение взаимосвязи между процессами окисления и фосфорилирования с превращением выделяющейся свободной энергии в теплоту.

17. Объясните значение термина "гипоэнергетическое состояние". Ответ: Недостаток энергии в клетке.

18. Назовите 2 цитохрома, принимающих участие в окислительных процессах, локализованных в мембранах эндоплазматической сети. Ответ: Цитохром b 5,цитохром P 450 .

19.Приведите схему цепи переносчиков электронов с участием цитохрома P 450 , функционирующую в мембранахэндоплазматическойсети. Ответ: fuck you

20.Назовите 2 соединения, в биосинтезе которых участвует микросомальная система окисления. Ответ: Адреналин (норадреналин). стероидные гормоны.

21.Укажите 2 возможных источника образования пероксидного анион-радикала в тканях. Ответ :

Вариант 3

1. Дайте объяснение термину "свободная энергия системы". Ответ: Свободная энергия - часть общей энергии системы, за счет которой можно совершить работу.

2. Укажите, почему эндэргонические реакции не могут идти самопроизвольно Ответ : Для протекания эндэргонических реакций необходим внешний источник энергии.

3. Укажите количество свободной энергии, выделяющейся при разрыве I моля пирофосфатных связей АТФ в стандартных условиях. Ответ : 7,3 ккал/моль.

4. Укажите количество свободной энергии, выделяющейся при разрыве макроэргической связи в 1 моле креатинфосфата в стандартных условиях. Ответ: 10,3 ккал/М.

5. Укажите величину суточной потребности человека в белках, выраженную в г/кг массы тела (норму ВОЗ). Ответ : 1 г/кг.

6. Укажите значение калорического коэффициента для белков при их расщеплении в организме человека Ответ : 4.1 ккал/г.

7. Укажите, какая часть общих энергозатрат человека покрывается за счет расщепления белков. Ответ: 15%.

8. Дайте определение понятия "катаболизм". Ответ: Совокупность процессов расщепления питательных веществ в организме.

9. Объясните, почему метаболические пути первой и второй фаз катаболизма называются специфическими путямикатаболизма.Ответ: В этих фазах катаболизма каждое соединение или группа родственных по структуре соединений распадаются с использованием различных метаболических путей.

10. Объясните, что означает термин "конвергентный принцип организации катаболизма" в организме. Ответ: По мере углубления расщепления питательных веществ количество промежуточных продуктов уменьшается.

11. Объясните, какие преимущества дает человеку конвергентный принцип организации катаболизма в егоорганизме.Ответ : а). Легкость перехода с одного типа питательных веществ на другой. б). Уменьшение количества ферментов на заключительном этапе катаболизма.

12.Укажите 5 признаков, по которым различаются процессы окисления, идущие в биологических объектах, и процессы окисления, идущие в абиогенной среде. Ответ: а)"Мягкие" условия, в которых идет процесс, б) Участие ферментов, в) Окисление идет преимущественно путем дегидрирования, г) Процесс многоступенчатый, д) Интенсивность процесса регулируется в соответ ствии с потребностями клетки в энергии.

13.Напишите, используя структурные формулы метаболитов, суммарную реакцию превращения 2-оксоглутарата. в сукцинил-КоА с указанием всех участвующих в реакции соединений Ответ :

14. Назовите 2 реакции, являющиеся пунктами термодинамического контроля направления потока метаболитов в циклеКребса.Ответ : а) Цитратсинтазная реакция б) 2-оксоглутаратдегидрогеназная реакция.

15.Укажите 3 соединения, в структуре которых накапливается энергия, выделяющаяся при окислении ацетильных остатков в цикле Кребса. Ответ : НАДН+Н + , ФАДН 2 , ГТФ.

16.Назовите 2 промежуточных акцептора атомов водорода, поставляющих протоны и электроны в цепь дыхательных ферментов. Ответ: НАДН+Н + , ФАДН 2

17.Изобразите схему, описывающую функционирование промежуточных переносчиков протонов и электронов, входящих в состав 1 комплекса главной дыхательной цепи. Ответ :

18. Приведите формулу, с помощью которой можно рассчитать количество выделяющейся свободной энергии при переносе электронов, если известны значения редокс-потенциалов начальных и конечных пунктов цепи переноса электронов. Ответ : G " = - n х F х Е".

19.Укажите суть второго этапа превращения энергии, выделяющейся в цепи дыхательных ферментов, в энергию макроэргических связей АТФ в рамках хемоосмотической концепции сопряжения, предложенной Митчеллом. Ответ : Энергия трансмембранного протонного электрохимического градиента используется для образования макроэргическойсвязиАТФ.

20. Приведите 3 примера соединении, разобщающих процессы окисления и фосфорилирования в митохондриях. Ответ : Полихлорфенолы, полинитрофенолы, ацетилсалициловая кислота.

21.Укажите, какой способ окисления соединений реализуется преимущественно в ходе процессов микросомальногоокисления.Ответ : Оксигенирование.

22. Назовите 3 функции микросомального окисления. Ответ : а) Участие в катаболизме различных соединений. б) Участие в биосинтезах необходимых организму соединений, в) Детоксикация.

23.Укажите 3 возможных способа инактивации супероксидного анион-радикала. Ответ : а) Отдача лишнего электрона на цитохром С. б) Отдача лишнего электрона на соединение-антиоксидант (типа витамина Е, каротина и др.) в) Инактивация в ходе супероксиддисмутазной реакции.

24.Укажите 2 возможных источника образования пероксидного анион-радикала в тканях. Ответ: а) Образуется в реакциях аэробного дегидрирования б) Образуется в супероксиддисмутазной реакции.

25.Укажите 3 возможных способа инактивации пероксидного анион-радикала в клетках. Ответ : а) В ходе реакции, катализируемой каталазой, б) В ходе реакции, катализируемой глутатионпероксидазой. в) В ходе реакции, катализируемой пероксидазой

26.Укажите, какую роль могут играть процессы микросомального окисления в химическом канцерогенезе. Ответ: В ходе обезвреживания полициклических ароматических углеводородов образуются их эпоксиды, обладающие мутагенной активностью.

Вариант 4

1. Приведите уравнение, описывающее I закон термодинамики в форме,приемлемойдляописания термодинамики живых объектов Ответ: ∆ЕснстемыН+∆Есреды = 0 .

2. Объясните, что называется энергетическим сопряжением химических реакций. Ответ: Использование свободной энергии, выделяющейся в ходе экзэргонической реакции, для осуществления эндэргонической реакции.

3. Укажите тип макроэргической химической связи в соединениях класса полифосфатов нуклеозидов. Ответ: Фосфоангидридная или пирофосфатная связь.

4. Укажите, каков уровень суточных энергозатрат человека, занятого умственным трудом. Ответ : 2500 - 3000 ккал/сутки.

5. Укажите, какая часть общей энергии питательных веществ выделяется в первой фазе катаболизма. Ответ: до 3%.

6. Укажите, какие 5 способов разрыва химических связей питательных веществ используются во второй фазе катаболизма. Ответ : гидролиз, фосфоролиз, тиолиз, лиазное расщепление, окисление.

7. Укажите 3 соединения, в макроэргических связях которых аккумулируется энергия, выделяющаяся в третьей фазе катаболизма. Ответ : АТФ, ГТФ, сукцинил-КоА.

8. Напишите общую схему реакцийаэробногодегидрирования.Ответ: SH 2 + О2 -> S окисленный+ H 2 O 2

9. Напишите, используя структурныеформулыметаболитов,реакцию окисления малата цикла Кребса с указанием всех участвующих в нейсоединений.Ответ:

10.Укажите, за счет действия каких двух главных факторов осуществляется регуляция интенсивности потока метаболитов в цикле Кребса. Ответ: а) Изменение активности регуляторных ферментов б) Концентрация оксалоацетата и ацетил-КоА.

11.Назовите ферменты цикла Кребса, активность которых угнетается по аллостерическому механизму высокими концентрац АТФ. Ответ: Цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа .

12.Назовите соединение, являющееся конечным акцептором электронов в цепи дыхательных ферментов. Ответ : Кислород.

13.Изобразите схему, описывающую функционирование промежуточных переносчиков электронов, входящих в состав III комплексаглавнойдыхательной цепи. Ответ:

14. Укажите значение разности редокс-потенциалов между началом и концом главной дыхательной цепи. Ответ: 1, 14в

15.Укажите суть первого этапа превращения энергии, выделяющейся в цепи дыхательных ферментов, в энергию макроэргических связей АТФ в рамках хемиосмотической концепции

сопряжения, предложенной Митчеллом, Ответ: Свободная энергия, выделяющаяся при работе цепи дыхательных ферментов, используется для формирования протонного электрохимического градиента относительно внутренней мембраны митохондрий .

16.Укажите, какую роль играет белок F 0 в механизме окислительногофосфорилированиявцепи дыхательных ферментов по Митчеллу. Ответ: Белок F 0 обеспечивает поступлениепротонов по электрохимическому градиенту в активный центр фермента АТФ-синтетазы.

17.Приведите 2 примера соединений, ингибирующих работу IV комплекса главнойцепидыхательныхферментов. Ответ: Цианид, угарный газ.

18.Укажите 2 возможных причины развития гипоксическнх гипоэнергетических состояний. Ответ: 2 любых варианта из 4 возможных: а) недостаточность кислорода во внешней среде; б) нарушение работы органов дыхания; в) нарушение кровообращения; г) нарушение способности гемоглобина крови переносить кислород.

Вариант 5

1. Приведите уравнение, описывающее II закон термодинамики в форме,приемлемойдляописания термодинамики жилых объектов.Ответ : Д S системы+ Д S среды > 0.

2. Укажите, при каком условии две сопряженных в энергетическом плане реакции могут идти самопроизвольно. Ответ : Две энергетически сопряженные реакции могут идти самопроизвольно, если суммарное изменение свободной энергии будет отрицательным

3. Приведите 2 примера макроэргических соединений из класса полифосфатов нуклеозидов. Ответ: Любые 2 из следующих: АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ иди их бифосфатные аналоги

4. Назовите 2 конечных азотсодержащих продукта катаболизма белков в организме человека. Ответ : Два любых из следующих: аммиак, мочевина, креатинин.

5. Укажите, какие способы разрыва химических связей питательных веществ используются в первой фазе катаболизма. Ответ : Гидролиз, фосфоролиз.

6. Назовите 4 конечных продукта обмена веществ, образующихся во второй фазе катаболизма. Ответ : 4 соединения из далее указанных: вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, креатинин, мочевая кислота.

7. Объясните, почему метаболические пути третьей фазы катаболизма получили название общих путей катаболизма. Ответ: Эти метаболические пути одинаковы для распада любых питательных веществ.

8. Напишите один из вариантов общей схемы диоксигеназных реакций, встречающихся в клетках. Ответ : Один извариантов: a) R-CH=CH-R 2 + О 2 ->R1-C(O)H + R-C(O)H(альдегиды ) б ) SH2+ O2 -> HO-S-O Н -> S=0 + H2 О

9. Напишите, используя структурные формулы метаболитов, реакцию синтеза цитрата в цикле Кребса с указанием всех участвующих в реакции соединении. Ответ :

10.Назовите 4 регуляторных фермента, принимающие участие в катализе парциальных реакций цикла Кребса.Ответ : Цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа, 2-оксоглутаратдегидрогеназный комплекс, сукцинатдегидрогеназа .

11.Укажите 2 возможных пути пополнения пула промежуточных метаболитов цикла Кребса. Ответ : а) Поступление их из второй фазы катаболизма, б) Реакция карбоксилирования пирувата .

12.Укажите, в каком компартменте клетки локализован метаболон цикла трикарбоновых кислот. Ответ : В матриксе митохондрий.

13.Приведите названия IV ферментного комплекса из состава главной дыхательной цепи митохондрий. Ответ : Цитохром С - оксидазный комплекс

14.Напишите суммарную уравнение, описывающее работу главной цепи дыхательных ферментов. Ответ: НАДН+Н"+1/2О 2 -> НАД + + Н 2 О

15. Объясните, почему электроны и протоны с ряда окисляемых субстратов, таких как глутамат, изоцитрат, малат и др., переносятся на НАД + . Ответ : Значения редокс-потенциалов этих соединений меньше, чем у НАДН+Н + , поэтому электроны с этих соединений могут передаваться на НАД + по градиенту редокс-потенциала.

16.Приведите схему реакций окислительного фосфорилирования на уровне субстрата, имеющих место в цикле трикарбоновых кислот. Ответ

17.Приведите пример соединения, ингибирующего работу III комплекса главной цепи дыхательных ферментов. Ответ : Антимицин.

18.Укажите, в каких клеточных структурах локализованы преимущественно процессы микросомального окисления. Ответ : В мембранах эндоплазматической сети.

19.Укажите 3 возможных источника образования супероксидного анион-радикала в клетках. Ответ: а) При окислении Н b в MetHb . 6)Приодноэлектронном окислении KoQH 2 сотдачей электрона на молекулу кислорода в) При одноэлектронном окислении восстановленных флавинов. (Возможны другие варианты).

20.Напишите реакцию обезвреживания пероксида, катализируемую глутатионпероксидазой. Ответ: Н 2 О 2 + 2 Гл- S Н -> Гл- S - S -Гл + 2 Н 2 О

Вариант 6

1. Напишите уравнение, с помощью которого можно рассчитать изменение уровня свободной энергии в ходе той пли иной химической реакции в стандартных условиях.

Ответ : ∆ G =- 2,303xRxTx l gK равновесия

2. Приведите общую схему энергетического сопряжения двух параллельно идущих в живых объектах химических реакций Ответ :

3. Укажите, в чем состоит биологическая роль макроэргических соединений. Ответ : Аккумуляция свободной энергии, выделяющейся в ходе экзэргонических реакций, и обеспечение энергией эндэргонических реакций.

4. Укажите, какая часть обшей энергии питательных веществ выделяется в третьей фазе

катаболизма. Ответ : 2/3 .

5. Назовите 5 соединений, поступающих в цикл трикарбоновых кислот Кребса из второй фазы катаболизма. Ответ : Ацетил-КоА, оксалоацетат, 2-оксоглутарат, фумарат, сукцинил-КоА.

6. Укажите 3 способа окисления соединений, используемых в клетках. Ответ : Дегидрирование, оксигенирование, отнятие электронов.

7. Укажите 4 функции биологического окисления в организме. Ответ : а) Энергетическая функция. б) Пластическая функция, в) Детоксикация, г) Генерация восстановительных потенциалов.

8. Перечислите 3 функции цикла трикарбоновых кислот Кребса. Ответ : Энергетическая, пластическая, интеграционная.

9. Назовите ферменты цикла Кребса, активность которых угнетается по аллостерическому механизму высокими концентрациямиАТФ.Ответ : Цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа.

10. Назовите 3 промежуточных продукта цикла Кребса, используемых в качестве исходных субстратов для биосинтезов. Ответ : Оксалоацетат, 2-оксоглутарат, сукцинил-КоА

11.Приведите названия III ферментного комплекса из состава главной дыхательной цепи митохондрий. Ответ :Ко Q Н 2 ,цитохромС-оксидоредуктазныйкомплекс

12.Объясните, почему электроны и протоны при окислении ряда субстратов, таких как сукцинат, 3-фосфоглицерол и др., переносятся не на НАД + , а через флавопротеиды на KoQ.Ответ : Значения редокс-потенциалов этих соединений выше, чем у НАДН + H + , но меньше, чему KoQ, поэтому электроны с этих соединений могут передаваться по градиенту редокс-потенциала только на KoQ.

13.Дайте определение термину "окислительное фосфорилирование в цепи дыхательных ферментов". Ответ : Синтез АТФ за счет энергии, выделяющейся при движении электронов по цепи дыхательных ферментов .

14.Укажите, какую роль играет белок F 0 в механизме окислительногофосфорилированиявцепи дыхательных ферментов по Митчеллу. Ответ : Белок F 0 обеспечивает поступлениепротонов по электрохимическому градиенту в активныйцентр фермента АТФ-синтетазы .

15. Приведите классификацию гипоэнергетических состояний, в основу которой положена причина их возникновения. Ответ : а) Алиментарные. 6).Гипоксические. в) Гистотоксические. г). Комбинированные.

16.Приведите схему цепи переносчиков электронов с участием цитохрома P 450 , функционирующую в мембранахэндоплазматическойсети. Ответ :

17.Приведите уравнение реакции, катализируемой ферментом супероксиддисмутазой.

Ответ : О 2- + 0 2- + 2Н + -> Н 2 О 2 + О 2

Вариант 7

1. Объясните, почему живые объекты не могут использовать тепловую энергию для совершенияработы.Ответ : В биологических системах нет градиента температуры.

2. Укажите, по какому принципу химические связи в тех или иных соединениях относятся к связям макроэргическим.Ответ: Свободная энергия разрыва такой связи должна превышать 5 ккал/моль (равнозначно: > 21 кДж/М).

3. Назовите 4 класса макроэргических соединений. Ответ: Любые 4 варианта из следующих: полифосфаты нуклеозидов, карбонилфосфаты, тиоэфиры. гуанидинфосфаты, аминоациладенилаты, аминоацил-тРНК.

4. Укажите величину суточной потребности человека в липидах, выраженную в г/кг массы тела. Ответ : 1,5 г/кг.

5. Укажите значение калорического коэффициента для углеводов. Ответ : 4,1 ккал/г.

6. Укажите, какая часть общих энергозатрат человека покрывается за счет расщепления липидов. Ответ : 30%.

7. Укажите, какова биологическая роль первой фазы катаболизма. Ответ : Резкое уменьшение количества индивидуальных соединений, поступающих во вторую фазу.

8. Назовите 2 метаболических пути, относящиеся к третьей фазе катаболизма. Ответ : Цикл трикарбоновых кислот Кребса, главная цепь дыхательных ферментов.

9. Напишите общую схему реакций анаэробного дегидрирования. Ответ: SH 2 + X -> S окисленный + ХН 2

10.Дайте определение метаболического пути, известного под названием цикл трикарбоновых кислот Кребса. Ответ : Циклический путь взаимных превращений ди- и трикарбоновых кислот, в ходе которого ацетильный остаток окисляется до двух молекул СО2 .

11.Опишите с помощью структурных формул переход цитрата в изоцитрат с указанием всех участников процесса. Ответ :

12. Укажите ферменты цикла Кребса, активность которых аллостерически угнетается высокими концентрациямиНАДН+Н + .Ответ : Цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа, 2-оксоглутаратдегидрогеназный комплекс.

13.Напишите реакцию синтеза щавелево-уксусной кислоты из пирувата с указанием всех участниковпроцесса.Ответ :CH 2 -CO-COOH + CO 2 + АТФ ->СООН-СН 2 -СО-СООН+ АДФ+Ф.

14.Приведите общую схему главной дыхательной цепи митохондрий. Ответ :

15.Приведите названия 1 ферментного комплекса из состава главной дыхательной цепи митохондрий. Ответ : НАДН+Н + , KoQ - оксидоредуктазный комплекс .

16.Укажите причину (движущую силу), заставляющую двигаться электроны по системе переносчиков главной дыхательной цепи. Ответ : Разность редокс-потенциалов между соединениями, находящимися в начале и в конце цепи дыхательных переносчиков .

17.Дайте определение термину "окислительное фосфорилирование на уровне субстрата". Ответ : Синтез АТФ с использованием энергии, выделяющейся при окислении того или иного соединения .

18. Приведите 2 примера соединений, ингибирующих работу 1 комплекса главной цепи дыхательных ферментов. Ответ : Ротенон, амитал натрия.

19. Укажите 2 возможных причины развития гистотоксических гипоэнергетических состояний. Ответ : а) Блокирование работы цепи дыхательных ферментов, б) Разобщение окисления и фосфорилирования.

20.Назовите 2 соединения, в катаболизме которых участвует микросомальная система окисления. Ответ : Триптофан, фенилаланин.

Вопросы.

Особенности ферментативного катализа. Регуляция активности ферментов. Применение ферментов и их модуляторов в медицине.

1. Ферменты. Номенклатура. Классификация ферментов.

2. Уровни организации ферментов.

3. Механизм действия ферментов. Понятие об активном центре фермента, этапы ферментативного катализа.

4. Кинетика ферментативных реакций. Зависимость ферментативной реакции от различных факторов. Уравнение Михаэлиса-Ментен, роль Кm и Vmax в характеристике ферментов.

5. Ингибиторы ферментов. Типы ингибирования. Графическое представление зависимости скорости ферментативной реакции от присутствия ингибиторов различных типов.

6. Механизмы регуляции активности ферментов. Примеры.

7. Аллостеричесие ферменты. Регуляция их активности. Примеры.

8. Энзимодинамика. Энзимотерапия. Примеры.

Введение в обмен веществ. Биологическое окисление.

1. Важнейшие признаки живой материи. Особенности живых организмов, как открытых термодинамических систем.

2. Понятие о процессах катаболизма и анаболизма. Функции клеточного метаболизма. Основные принципы организации метаболизма: этапность, конвергенция, унификация. Стадии генерирования по Кребсу.

3. Схема катаболизма основных питательных веществ. Понятие об общих и специфическом путях катаболизма.

4. Представление о биологическом окислении. Сопряжение экзергонических и эндергонических процессов в организме (на примере фосфорилирования глюкозы).

5. Пути утилизации кислорода. Характеристика высокоэнергетических субстратов, цикл АТФ-АДФ, использование АТФ как универсального источника энергии.

6. Субстратное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса, примеры.

7. Окислительное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса.

8. Цепь переноса электронов (ЦПЭ), сопряжение дыхание и синтеза АТФ в митохондриях, коэффициент окислительного фосфорилирования. Ингибиторы и разобщители ЦПЭ.

9. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты: схема, ферменты, связь с синтезом АТФ. Строение пируватдегидрогеназного комплекса: ферменты, коферменты, регуляция процесса.

10. Регуляция и анаболическая функция ЦТК.

Обмен углеводов.

1. Пищевые УВ. Схема переваривания УВ в ЖКТ. Причины непереносимости молока.

2. Синтез гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процессов.

3. Распад гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процессов.

4. Гликолиз: общая характеристика, стадии, реакции процесса, регулируемые ферменты, энергетический эффект. Судьба продуктов гликолиза в аэробных условиях: схема процесса, связь с синтезом АТФ.

5. Анаэробный распад глюкозы (анаэробный гликолиз). Судьба продуктов гликолиза в анаэробных условиях. Биологическое значение анаэробного распада глюкозы.

6. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез). Субстраты, энергетические затраты, регулируемые ферменты. Цикл Кори.

7. Пентозо-фосфатный путь (ПФП) окисления глюкозы. Биологическое значение.

Обмен аминокислот, белков, нуклеотидов.

1. Питательная ценность различных белков. Азотистый баланс. Клиническое проявление недостатка белка в пище.

2. Переваривание белков в ЖКТ. Биологическое значение пищеварения. Схема процесса. Характеристика пищеварительных ферментов.

3. Образование соляной кислоты и ее роль в пищеварении белков. Регуляция секреции соляной кислоты. Диагностическое значение анализа желудочного сока. Патологические изменения кислотности и патологические компоненты желудочного сока.

4. Трансаминирование аминокислот, биологическое значение, субстраты, ферменты, роль витаминов в этом процессе.

5. Окислительное дезаминирование (прямое, непрямое) аминокислот. Схема процесса, стадии, ферменты, биологическое значение процесса.

7. Механизмы токсичности аммиака, симптомы аммиачного отравления. Пути бразования аммиака в организме.

8. Пути обезвреживания аммиака. Механизмы транспорта аммиака в организме: глутаминовый и глюкозо-аланиновый циклы.

9. Синтез мочевины: схема реакций, суммарное уравнение. Взаимосвязь с ЦТК. Клиническое значение определения концентрации мочевины в крови и моче, причины повышения и понижения концентрации мочевины.

10. Синтез креатина, креатинфосфата, креатинина. Функции этих соединений в организме.

11. Катаболизм пуриновых нуклеотидов. Содержание мочевой кислоты в сыворотке крови в норме и причины ее повышения. Подагра.

12. Обмен метионина и его роль в обмене веществ.

1.5. Люмен липидов и липопротеидов.

1. Схема переваривания пищевых липидов в ЖКТ: этапы, субстраты, ферменты, роль продуктов гидролиза, роль желчных кислоты. Стеаторея.

2. Этапы катаболизма жирных кислот: реакции ферменты. Энергетический эффект полного окисления С16.0. Регуляция процесса β-окисления ВЖК.

3. Этапы биосинтеза жирных кислот: реакции, ферменты. Регуляция процесса биосинтеза ВЖК.

4. Мобилизация ТАГ в жировой ткани. Регуляция процесса и судьба продуктов липолиза.

5. Схема синтеза глицеролфосфолипидов. Представление о роли лецитина в функционировании сурфактанта легкого.

6. Биосинтез ТАГ: последовательность реакций, субстраты, ферменты. Особенности синтеза в печени, жировой ткани, энтероцитах. Регуляция процесса.

7. Структура и функции холестерина в организме человека. Фонд, пути использования в организме и выведения холестерина. Метаболическая и гормональная регуляция биосинтеза.

8. Функции желчных кислот и их регуляция. Энтерогепатическая циркуляция желчных кислот, биологическое значение.

9. Биологическое значение и структуры кетоновых тел. Синтез кетоновых тел печени, регуляция процесса. Представление о кетонемии, кетонурии и кетоацидозе.

10. Классификация ЛП. Структура и состав плазменных липопротеидных частиц. Апобелки и их функции. Ферменты, участвующие в метаболизме ЛП. Катализируемые реакции и их роль в метаболизме ЛП.

11. Хиломикроны (ХМ) : функции, формирование и метаболизм.

12. ЛПНП и ЛПОНП: формирование, функции и метаболизм.

13. ЛПВП: формирование, функции и метаболизм.

14. Химическая модификация липидов и белков ЛПНП и рецепторов ЛПНП. Молекулярные механизмы развития атеросклероза. Коэффициент атерогенности.

Похожая информация.

Регуляция скорости протекания реакций определенного метаболического пути часто осуществляется путем изменения скорости одной или, возможно, двух ключевых реакций, катализируемых «регуляторными ферментами». Некоторые физикохимические факторы, контролирующие скорость ферментативной реакции, например концентрация субстрата (см. гл. 9), имеют первостепенное значение при регуляции общей скорости образования продукта данного пути метаболизма. В то же время другие факторы, влияющие на активность ферментов, например температура и pH, у теплокровных животных постоянны и практически не имеют значения для регуляции скорости процессов метаболизма. (Обратите, однако, внимание на изменение значения pH по ходу желудочно-кишечного тракта и его влияние на пищеварение; см. гл. 53.)

Равновесные и неравновесные реакции

При достижении равновесия прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью, и, следовательно, концентрации продукта и субстрата остаются постоянными. Многие метаболические реакции протекают именно в таких условиях, т. е. являются «равновесными».

В стационарных условиях in vivo протекание реакции слева направо возможно за счет непрерывного поступления субстрата и постоянного удаления продукта D. Такой путь мог бы функционировать, но при этом оставалось бы мало возможностей для регуляции его скорости путем изменения активности фермента, поскольку увеличение активности приводило бы только к более быстрому достижению равновесия.

В действительности в метаболическом пути, как правило, имеются одна или несколько реакций «неравновесного» типа, концентрации реактантов которых далеки от равновесных. При протекании реакции в равновесном состоянии происходит рассеивание свободной энергии в виде теплоты, и реакция оказывается практически необратимой.

По такому пути поток реактантов идет в определенном направлении, однако без системы контроля наступит его истощение. Концентрации ферментов, катализирующих неравновесные реакции, обычно невелики, и активность ферментов регулируется специальными механизмами; эти механизмы функционируют по принципу «одноходового» клапана и позволяют контролировать скорость образования продукта.

Определяющая скорость реакция метаболического пути

Определяющая скорость реакция - это первая реакция метаболического пути, фермент которой насыщается субстратом. Она может быть определена как «неравновесная» реакция, характеризующаяся величиной , значительно меньшей, чем нормальная концентрация субстрата. Первая реакция гликолиза, катализируемая гексокиназой (рис. 22.2), является примером такой определяющей скорость реакции.