Руководство к практическим занятиям по биохимии (стр. 12 )

1.  1, 2, 3, 4 2.  3 3.  1, 3, 4 4.  2, 4 5.  3 6.  2 7.  2, 3 8.  2, 4 9.  1, 2, 4 10. 1, 2 11. 3 12. 3, 4 13. 2 14. 4 15. 1, 3 16. 1 17. 3, 4, 5 18. 1, 3, 4 19. 3 20. 2, 5 21. 1, 4 22. 1 23. 1, 4 24. 2, 3 25. 5

26. 2 27. 1 28. 2 29. 3, 4, 5 30. 1, 3 31. 1, 2 32. 5 33. 4 34. 2, 4 35. 1, 2, 5 36. 4 37. 3, 5 38. 5 39. 4 40. 1 41. 1, 2 42. 3 43. 1, 2, 3 44. 3, 4 45. 1, 2, 3 46. 1, 2, 4, 5 47. 1, 2, 4 48. 2, 3, 5 49. 1, 6 50. 3, 4

51. 1 52. 3, 5 53. 2, 4 54. 3 55. 1 56. 4 57. 5 58. 4 59. 3 60. 2 61. 1, 2, 3, 5 62. 4 63. 3 64. 3 65. 4 66. 2 67. 5 68. 4 69. 2 70. 4 71. 3, 5 72. 2, 4 73. 3, 5 74. 1, 3 75. 2, 3 76. 1, 4, 5

Раздел 4: Метаболизм. Биоэнергетика клеток. Химия и обмен углеводов

Введение

Метаболизм – совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмен организма веществами и энергией с внешней средой, вследствие чего происходит постоянное обновление самого организма. С точки зрения физики живой организм существует за счет увеличения энтропии внешней среды в соответствии со вторым законом термодинамики: DG = DH - TDS, то есть (DSорганизма + DSсреды) > 0, тогда DG< 0 и в самом организме могут происходить упорядоченные процессы.

Организм получает энергию в виде пищевых веществ, расщепляя которые в окислительных процессах катаболизма («метаболическая воронка») трансформирует часть этой энергии в высокоэнергетические (макроэргические) соединения (большей частью в АТФ[††]). Последние, в свою очередь, используются организмом в восстановительных процессах анаболизма в качестве источника энергии для синтеза собственных высокомолекулярных соединений.

Внутриклеточный метаболизм основных классов питательных веществ – углеводов, белков и жиров – представляет собой разветвленную метаболическую сеть, объединяемую в митохондриях общим амфиболическим путем – циклом трикарбоновых кислот (ЦТК), метаболиты которого участвуют в анаплеротических (восполняющих) реакциях, связывающих обмен разных классов соединений между собой.

Образование АТФ из АДФ и фосфорильного остатка – ферментативный энергозависимый процесс, получивший название фосфорилирование АДФ. В зависимости от источника энергии и механизма образования макроэргической связи различают два основных способа синтеза АТФ:

1)  меньший по объему, эволюционно более ранний, который может осуществляться в анаэробных условиях – субстратное фосфорилирование за счет энергии других макроэргических соединений (1,3-бисфосфоглицерат, фосфоенолпируват, сукцинил-КоА, креатинфосфат);

2)  сопряженное с дыханием окислительное фосфорилирование, осуществляемое на внутренней мембране митохондрий ферментом АТФ-синтазой за счет энергии разности электрохимических потенциалов DmН+, возникающей при раздельном переносе электронов и протонов в дыхательной цепи митохондрий от восстановительных эквивалентов НАДН(Н+) или ФАДН2 на молекулярный кислород в процессе биологического окисления (хемиосмотическая теория П. Митчелла).

Поскольку в организме человека и животных основное количество восстановительных эквивалентов образуется в результате окислительного распада углеводов, целесообразно начать знакомство с обменом веществ и энергии с изучения химии углеводов и их метаболизма. Метаболизм углеводов составляют катаболические энергообразующие пути (гликолиз, гликогенолиз, петозофосфатный путь окисления глюкозы) и анаболические энергозатратные пути (синтез гликогена и глюконеогенез – образование глюкозы из неуглеводных источников: лактата, аминокислот или глицерина).

Направленность, интенсивность и согласованность протекания метаболических процессов регулируется ферментами под контролем гормональной и нервной системы при участии клеточных рецепторов и вторичных переносчиков сигнала. Нарушение регуляции, как и онтогенетические изменения ферментных систем, приводят к патологии обменных процессов и развитию заболеваний.

В данном разделе приводятся лабораторные работы, демонстрирующие специфичность ферментов, расщепляющих углеводы, методы количественного определения глюкозы и построения «сахарных кривых», кроме того, представлены методики определения активности фермента ЦТК - сукцинатдегидрогеназы и метаболита гликолиза - пирувата.

4.1. Специфичность действия ферментов распада углеводов: амилазы и сахаразы

Крахмал и сахароза – обычные углеводы пищи. Амилаза и сахараза – ферменты, участвующие в расщеплении этих углеводов. Амилаза слюны расщепляет крахмал до мальтозы и, затем, мальтаза расщепляет последнюю до свободной глюкозы. Сахараза кишечного сока расщепляет сахарозу до глюкозы и фруктозы. Источником ферментов могут быть слюна (для амилазы) и пекарские дрожжи (для сахаразы).

Цель работы

Убедиться в специфичности действия амилазы слюны и сахаразы дрожжей на соответствующие субстраты.

Принцип метода

Следят за расщеплением крахмала и сахарозы по образованию глюкозы, которую определяют пробой Троммера (модификация пробы «медного зеркала» на альдегидную группу). Крахмал и сахароза не содержат способной окисляться альдегидной группы и не дают положительной пробы Троммера при нагревании.

Выполнение работы

Слюну разводят 1:5 и полученный раствор используют как источник амилазы. Получение сахаразы осуществляют следующими образом: 10 г пекарских дрожжей тщательно растирают в ступке, добавляют 15 мл воды, перемешивают, фильтруют через складчатый бумажный фильтр. Полученный фильтрат используют как источник фермента.

В 4 пробирки по каплям добавляют следующие реактивы:

№№ проб	Крахмал	Сахароза	Амилаза	Сахараза	Окраска в реакции Троммера на наличие глюкозы
1	10 капель	-	5 капель	-
2	10 капель	-	-	5 капель
3	-	10 капель	5 капель	-
4	-	10 капель	-	5 капель

Пробы перемешивают и инкубируют при 40°С в течение 10 мин, а затем проводят реакцию Троммера с содержимым каждой пробирки. Результаты записывают в таблицу.

Проба Троммера на наличие глюкозы

К содержимому исследуемого раствора добавляют равный объем 30% раствора NaOH и 1 каплю 7% раствора CuSO4 , следя за тем, чтобы капли не растекались по стенкам пробирки до появления в верхнем слое неисчезающей голубой мути вследствие образования гидроксида меди (II) Cu(OH)2. Затем осторожно, не встряхивая пробирку, нагревают её на горелке. При кипячении выпадает желтый осадок гидроксида меди (I) CuOH или красный осадок Cu2O. В случае избытка CuSO4 образуется черный осадок CuO.

Выводы

Тестовые задания по теме: «Химия углеводов. Биоэнергетика клеток»

1) Ответить на каждый вопрос однозначно: «да» или «нет»

1.  Рибоза является альдопентозой.

2.  Мальтоза состоит из остатков глюкозы и фруктозы.

3.  Запасной формой углеводов у животных является гликоген.

4.  Природные моносахариды относятся к L-ряду.

5.  Структура гликогена отличается от структуры крахмала большей разветвленностью полисахаридной цепи.

6.  Образование АТФ и НАДФН(Н+)характеризует анаболические процессы.

7.  Одинаково ли количество молекул АТФ, образующихся при окислении НАДН(Н+)и ФАДН2 в цепи биологического окисления?

8.  Различаются ли механизмы синтеза молекулы АТФ при субстратном и окислительном фосфорилировании?

9.  Способен ли КоQ (убихинон) присоединять атомы водорода?

10. Возможно ли биологическое окисление без окислительного фосфорилирования?

11. Относится ли цитохром с к гемопротеинам?

12. Образуется ли АТФ при микросомальном окислении субстратов?

2) Выбрать один правильный ответ

Углеводом не является: 1.  седогептулаза 2.  диоксиацетонфосфат 3.  глицериновый альдегид 4.  3-фосфоглицериновая кислота 5.  ксилулозо-5-фосфат

Макроэргическое соединение: 1.  глюкозо-1-фосфат 2.  глюкозо-6-фосфат 3.  фосфоенолпируват 4.  2-фосфоглицериновая кислота 5.  глицеральдегидфосфат

3) Найти соответствие дисахаридов и продуктов их гидролиза

А. сахароза Б. мальтоза В. лактоза

1. глюкоза и галактоза 2. манноза и глюкоза 3. глюкоза и фруктоза 4. галактоза и фруктоза 5. две молекулы глюкозы

4.2. Количественное определение глюкозы. Построение «сахарных кривых»

А. Ферментативный метод количественного определения глюкозы в сыворотке или в плазме крови