Задачи по теме 4 модуля:
1. В цикле лимонной кислоты для расщепления ацетил-СоА используются восемь ферментов: цитрат-синтаза, аконитаза, изоцитратдегидрогеназа, a - кетоглутаратдегидрогеназа, сукцинил-СоА-синтетаза, сукцинатдегидрогеназа, фумараза и малатдегидрогеназа.
а) Напишите уравнение химического баланса для реакций, катализируемых каждым из этих ферментов.
б) Какой кофактор (ы) необходим для каждой из этих реакций?
в) Для каждого из ферментов укажите, к какому из перечисленных ниже типов принадлежит катализируемая им реакция: конденсация (образование углерод-углеродной связи); дегидратация (отщепление воды); гидратация (присоединение воды); декарбоксилирование (отщепление СО2); окисление-восстановление; фосфорилирование на уровне субстрата; изомеризация.
г) Напишите суммарное уравнение химического баланса для превращения ацетил-СоА в двуокись углерода.
2. Никотинамидные коферменты могут вступать в обратимые окислительно-восстановительные реакции со специфичными субстратами в присутствии соответствующих дегидрогеназ.
Для каждой из приведенных ниже реакций укажите, окисляется, восстанавливается субстрат или не меняет степень окисления. Напишите уравнения химического баланса, указав требуемые количества NAD+, NADH, H+ и Н2О. Задача состоит в том, чтобы распознать, нужен ли для той или иной реакции кофермент.
а)
б)
в)
г)
д)
3. Клеточное дыхание изучают на препаратах изолированных митохондрий, наблюдая за изменением поглощения кислорода препаратами в зависимости от условий. Если к активно дышащим митохондриям, использующим в качестве единственного источника ''топлива'' пируват, добавить 0,01 М малонат натрия, то дыхание внезапно прекращается и накапливается один из промежуточных продуктов метаболизма.
а) Какова структура накапливающегося промежуточного продукта?
б) Почему он накапливается?
в) Почему прекращается потребление кислорода?
г) Каким способом (кроме простого удаления малоната) можно снять вызванное малонатом ингибирование?
Поясните свой ответ.
4. Оксалоацетат образуется на последней стадии цикла лимонной кислоты в результате NAD+ - зависимого окисления L-малата.
Возможен ли синтез оксалоацетата из ацетил-СоА под действием одних только ферментов и кофакторов цикла лимонной кислоты, без траты промежуточных продуктов цикла? Дайте подробный ответ. Как пополняется запас оксалоацетата?
5. Известно, что a - кетоглутарат играет центральную роль в биосинтезе ряда аминокислот.
Предложите последовательность известных ферментативных реакций, результатом которой будет реальный синтез a - кетоглутарата из пирувата. Эти реакции не должны предусматривать потребления каких-либо промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты.
Напишите суммарное уравнение для предложенной Вами последовательности реакций и укажите источник каждого реагирующего вещества.
6. Ниже указаны четыре субстрата. Рассчитайте число молекул АТР, образующихся при полном окислительном расщеплении одной молекулы каждого их этих субстратов до СО2 и Н2О.
а) Фруктозо-6-фосфат в) Глицеральдегид-3-фосфат
б) Ацетил-СоА г) Сахароза
7. Если в суспензию анаэробных клеток, потребляющих глюкозу с большой скоростью, ввести кислород, то клетки начнут его поглощать и уровень потребления глюкозы резко понизится. Одновременно с этим прекратится накопление лактата. Этот эффект, характерный для клеток, способных и к аэробному, и к анаэробному потреблению глюкозы, впервые наблюдал Луи Пастер, и потому он был назван эффектом Пастера.
а) Почему при введении в клеточную суспензию кислорода прекращается накопление лактата?
б) Почему в присутствии кислорода снижается скорость потребления глюкозы?
в) Каким образом после начавшегося потребления кислорода понижается скорость потребления глюкозы? Объясните это, исходя из специфичного действия ферментов.
8. При изменении физиологической активности клеток скелетных мышц энергетический заряд этих клеток, равный в норме 0,89, сначала резко снижается приблизительно до 0,70, а потом постепенно возвращается к своему обычному уровню.
а) Какое именно изменение активности обусловливает это внезапное уменьшение энергетического заряда? Поясните свой ответ.
б) Как должно повлиять это внезапное изменение на скорость гликолиза и дыхания?
в) Каким образом энергетический заряд способен влиять на гликолиз и дыхание?
9. На рисунке показана концентрация лактата в крови до бега на 400 м, во время бега и после него.
а) Чем вызывается быстрое повышение концентрации лактата?
б) Что является причиной снижения уровня лактата после бега? Почему снижение происходит медленнее, чем подъем?
в) Почему в состоянии покоя концентрация лактата в крови не равна нулю?
10. Если глюкозу, содержащую радиоактивную 14С-метку в положениях 3 и 4, инкубировать с бесклеточным гомогенатом печени в анаэробных условиях, в каких положениях образующегося лактата будет содержаться 14С?
11. Сколько оксидоредуктаз, трансфераз, гидролаз, лиаз, изомераз и лигаз участвует в превращении глюкозы в этанол?
12. Активная форма протеинкиназы повышает скорость гликолиза, но понижает скорость гликогенеза. Некоторым студентам кажется удивительным, как это активная форма одного и того же фермента активирует один процесс и ингибирует другой.
Какое объяснение Вы можете дать этой особенности фермента?
13. Если бы цикл лимонной кислоты начал использовать интермедиаты, образующиеся из аспартата (оксалоацетат) и глутамата (a - оксоглутарат), какое соединение необходимо генерировать из другого источника, чтобы цикл непрерывно и эффективно утилизировал эти интермедиаты?
14. Если препарат свежеприготовленного гомогената мышечной ткани добавить к раствору, содержащему пируват и оксалоацетат, то количество образующегося СО2 будет больше, чем в присутствии только пирувата.
Предложите последовательность реакций, которая объясняла бы стимулирующий эффект оксалоацетата без участия внемитохондриального NADH.
15. При выделении митохондрий и использовании их для анализа активности в процессе окислительного фосфорилирования к буферной системе, содержащей окисляемый субстрат, ADP и Pi, обычно добавляют небольшое количество чистого цитохрома с, выделенного практически из любого источника.
Как Вы думаете, почему необходимо добавлять цитохром с и почему его необязательно выделять из того же источника, что и сами митохондрии?
16. Некоторые эукариотические клетки содержат NAD-зависимую глицеролфосфатдегидрогеназу в цитоплазме, а также FAD-зависимую глицеролфосфатдегидрогеназу в митохондриях. Оба фермента катализируют взаимопревращение дигидроксиацетонфосфата и L-глицеролфосфата - метаболитов, которые могут проникать через митохондриальную мембрану.
Какое значение для метаболизма может иметь подобная компартментализация ферментов?
17. Человек в сидячем положении потребляет в течение 10 секунд около 0,05 л кислорода. Спринтер, соревнуясь в беге на 100 м, за то же время потребляет 1 л кислорода. Пробежав дистанцию, спринтер продолжает тяжело дышать еще несколько минут, потребляя при этом по сравнению со спокойно сидящим человеком дополнительно около 4 л кислорода.
Почему потребность в кислороде резко возрастает при беге на короткую дистанцию?
Почему повышенная потребность в кислороде сохраняется по окончании бега?
18. В эксперименте на дышащих митохондриях в 2 пробы, содержащие по 1 мл суспензии митохондрий, добавили одинаковое количество малата и АДФ. В одну из проб внесли еще дополнительно глюкозу и гексокиназу. В какой из проб скорость поглощения О2 будет выше и почему?
19. При добавлении АТФ к гомогенату мышечной ткани снизилась скорость гликолиза, концентрация глюкозо-6-фосфата и фруктозо-6-фосфата увеличилась, а концентрация всех других метаболитов гликолиза была при этом ниже.
Укажите фермент, активность которого снижается при добавлении АТФ.
20. Составьте схему синтеза глюкозы из лактата, расположив в необходимой последовательности перечисленные компоненты. Над стрелками укажите реакции, идущие с затратой АТФ, ГТФ.
а) Лактат. | з) Диоксиацетонфосфат. |
б) Фосфоенолпируват. | и) Глюкозо-6-фосфат. |
в) Глюкоза. | к) 2-Фосфоглицерат. |
г) Фруктозо-1,6-дифосфат. | л) Пируват. |
д) 1,3-дифосфоглицерат. | м) Фруктозо-6-фосфат. |
е) Оксалоацетат. | н) 3-Фосфоглицерат. |
ж) Глицеральдегидфосфат. |
21. В эксперименте на культуре клеток печени изучали глюконеогенез, используя в качестве субстрата глицерин, меченный по b - углеродному атому. В каком положении окажется метка в приведенных ниже метаболитах? Назовите эти вещества.
22. Выберите утверждения, характеризующие биохимические изменения в организме человека в условиях острой алкогольной интоксикации.
а) Окисление этанола создает избыток НАДН и дефицит НАД+.
б) Избыток НАДН стимулирует восстановление кетокислот и оксикислоты и приводит к дефициту кетокислот.
в) Несмотря на избыток "этанольного" ацетил-КоА, снижается интенсивность цитратного цикла.
г) Снижается скорость глюконеогенеза в печени.
д) Вследствие своей амфифильности этанол уменьшает вязкость мембран и таким образом нарушает функционирование мембранных рецепторов.
23. Выберите утверждения, правильно характеризующие распад гликогена в печени и мышцах. Подберите пары из двух столбцов.
А. Конечный продукт - глюкоза. | а) Характерно для процесса в печени. |
Б. Конечный продукт поступает в кровь. | б) Характерно для процесса в мышцах. |
В. Конечный продукт используется как источник энергии. | в) Характерно для процессов в печени и мышцах. |
Г. Процесс активируется адреналином. | г) Не характерно для этих тканей. |
Д. Процесс активируется глюкагоном. | |
Е. Наследственный дефект фосфорилазы не приводит к гипогликоземии. |
24. Исследовали образование лактата в биоптатах мышц больного гликогенозом и здоровых людей (контрольный пробы), используя различные субстраты гликолиза. Рассмотрите полученные результаты, предположите причину заболевания.
Субстрат гликолиза | Концентрация лактата | |
Больной, мкмоль/г | Здоровый, мкмоль/г | |
Гликоген | 9 | 291 |
Глюкозо-1-фосфат | 301 | 300 |
Глюкозо-6-фосфат | 334 | 326 |
Фруктозо-6-фосфат | 273 | 295 |
Фруктозо-1,6-дифосфат | 276 | 296 |
