Практическое занятие № 6

ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Энергетический обмен. Окислительноефосфорилирование и транспортные системы митохондрий.

ЦЕЛИ ЗАНЯТИЯ: Изучить строение мембран и митохондрий, ферментативные реакции, протекающие в матриксе митохондрий и компоненты дыхательных цепей. Создать представление об АТФ как универсальноммакроэрге. Разобрать хеми-осмотическую теорию сопряжения окисления и фосфорилированияМитчела, разобщение окисления и фосфорилирования в норме и при патологии, коэффициент сопряжения окисления и фосфорилирования (Р/О). Сформировать навык подсчета энергитической эффективности биохимических циклов.Изучить роль бурой жировой ткани.

БАЗИСНЫЕ ЗНАНИЯ: Курс органической химии

УЧЕБНАЯ КАРТА ЗАНЯТИЯ:

Значение темы. Понимание механизмов энергетического обмена, его особенностей в норме и при патологии. Роль бурой жировой ткани в терморегуляции детей 1 года жизни.

Продолжительность занятия- 180 минут

Вводная часть – 5 минут

Входной контроль – 10 минут

Опрос- 60 минут

Решение тестовых заданий и ситуационных задач с их обсуждением- 50 минут

Особенности детского организма -30 минут

Домашнее задание на следующее занятие – 5 минут

Основные вопросы по теме:

1.Энергетический обмен. АТФ как универсальный макроэрг. Особенности структуры.

2.Механизмы образования АТФ в клетке (субстратное и окислительное фосфорилирование).

3.Строение митохондрии. Ферментативные реакции, протекающие в матриксе митохондрий. Судьба атомов водорода (2H⁺ и 2е¯), покинувших окисляемые субстраты в составе НАД- и ФАД-зависимых дегидрогеназ, катализирующих окислительные стадии цикла Кребса.Дыхательные цепи –. Локализация.

4.Компоненты дыхательных цепей (флавопротеид, КоQ, цитохромыb, c1, c, a, a3). Особенности строения. Биологическая роль. Ред/окс потенциалы каждого из компонентов.

5.Окислительное фосфорилирование и его роль. Хеми-осмотическая теория сопряжения окисления и фосфорилированияМитчела.

Коэффициент сопряжения окисления и фосфорилирования (Р/О).

Метаболические нарушения. Разобщение окисления и фосфорилирования в норме и при патологии.

Теоретическая часть.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление; у анаэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление.

Кислородное окисление - окисление пар атомов водорода с участием кислорода до воды с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. Водород передается трем большим ферментным комплексам (флавопротеины, коферменты Q, цитохромы) дыхательной цепи, расположенным во внутренней мембране митохондрий. У водорода отбираются электроны, которые в матриксе митохондрий в конечном итоге соединяются с кислородом:

О₂ + e^— → О₂^—.

Протоны закачиваются в межмембранное пространство митохондрий, в «протонный резервуар». Внутренняя мембрана непроницаема для ионов водорода, с одной стороны она заряжается отрицательно (за счет О₂^—), с другой — положительно (за счет Н⁺). Когда разность потенциалов на внутренней мембране достигает 200 мВ, протоны проходят через канал фермента АТФ-синтетазы, образуется АТФ, а цитохромоксидаза катализирует восстановление кислорода до воды. Так в результате окисления двенадцати пар атомов водорода образуется 34 молекулы АТФ.

Схема 1. Дыхательная цепь.

1 — наружная мембрана; 2 — межмембранное пространство, протонный резервуар; 3 — цитохромы; 4 — АТФ-синтетаза.

При перфорации внутренних митохондриальных мембран окисление НАД·Н₂ продолжается, но АТФ-синтетаза не работает и образования АТФ в дыхательной цепи не происходит, энергия рассеивается в форме тепла (клетки «бурого жира» млекопитающих).

Суммарная реакция расщепления глюкозы до углекислого газа и воды выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 38АТФ + Q_т,

где Q_т — тепловая энергия.

Схема 2. Синтез АТФ в митохондрии.

Схема 3.