Файл: БХ Тема 8.docx

Тема 8 Біологічне окиснення. Тканинне дихання. Окисне фосфорилювання.

Актуальність теми

Біологічне окислення є кінцевим етапом розпаду вуглеводів, ліпідів та білків в живих організмах. Процеси катаболізму та анаболізму поєднані через макроергічні сполуки, які утворюються в тканинному диханні, що забезпечує передачу хімічної енергії від екзергонічних до ендергонічних процесів, а також перетворення її в інші види енергії (механічну, теплову та ін.) Воно реалізується мультиензимними комплексами внутрішніх мембран мітохондрій, супроводжується поглинанням кисню та виділенням СО2, води і енергії, яка частково акумулюється в зв’язках АТФ, що синтезується.

Мітохондріальну систему спряження окисних процесів з генерацією високоенергетичного інтермедіату АТФ, називають окисним фосфорилюванням. Окисне фосфорилювання дозволяє організму поглинати значну частку потенційно вільної енергії окислення субстратів.

При деяких патологічних процесах, які супроводжуються гіпоксією, може відбуватися неповне відновлення молекули кисню в дихальному ланцюзі та накопичення гідрогену пероксиду, розщеплення якого каталізує фермент каталаза. Тому визначення її активності є важливим критерієм для оцінки антиоксидантного стану організму.

Окисно-відновні ферменти забезпечують перебіг реакцій, пов’язаних з перенесенням електронів та протонів і лежать в основі утворення макроергічних сполук. Дослідження їх функціонування важливе для глибокого розуміння механізмів тканинного дихання і його ролі при різних функціональних станах організму, а також з метою його корекції фармацевтичними препаратами.

Мета заняття:

• уміти тлумачити поняття біологічне окиснення, “тканинне дихання” та окисне фосфорилювання і пояснювати біохімічні основи процесів генерації енергії у клітині.

• засвоїти основні принципи організації дихального ланцюга мітохондрій.

• оволодіти методом визначення активності каталази в крові, навчитись використовувати цей показник в клініко-діагностичних цілях.

Конкретні цілі:

• Характеризувати типи реакцій біологічного окиснення, зображувати схеми реакцій.

• Характеризувати ферменти біологічного окиснення в мітохондріях: піридин-, флавінзалежні дегідрогенази, цитохроми.

• Зображати послідовність переносників мітохондріального ланцюга транспорту електронів і пояснювати принципи його функціонування.

• Пояснювати дію деяких фармацевтичних препаратів як інгібіторів тканинного дихання.

• Пояснювати механізми поєднання окиснення з процесом акумулювання енергії у макроергічних зв’язках АТФ.

---

.

Теоретичні питання

1. Фази вивільнення енергії із споживчих речовин.

2. Біологічне окислення, його характеристика.

3. Реакції біологічного окиснення та їх функціональне значення:

• дегідрогеназні;

• оксидазні;

• оксигеназні (моно- та діоксигеназні).

4. Піридинзалежні дегідрогенази. Будова НАД⁺ і НАДФ⁺. Їх значення у реакція окиснення та відновлення.

5. Флавінзалежні дегідрогенази. Будова ФАД і ФМН. Їх роль у реакціях окиснення та відновлення.

6. Цитохроми та їх роль у тканинному диханні. Будова їх простетичної групи.

7. Молекулярна організація ланцюга транспорту електронів (дихального ланцюга) мітохондрій:

• компоненти дихального ланцюга мітохондрій;

• послідовність переносників електронів в дихальному ланцюгу;

• роль редокс-потенціалів у транспорті електронів і протонів.

8. Інгібітори транспорту електронів (ротинон, амітал, антиміцин А, ціаніди, монооксид вуглецю), механізм їхньої дії, вплив на організм.

9. Поняття про окисне фосфорилування. Вивільнення енергії в дихальному ланцюзі та пункти спряження окислення із фосфорилуванням. Коефіцієнт окисного фосфорилювання.

Практична робота

Дослід 1. Визначення активності каталази крові

Принцип методу: Каталаза (Н₂О₂:Н₂О₂-оксидоредуктаза) розщеплює пероксид водню з утворенням молекулярного кисню і води:

Каталаза

2Н₂О₂ О₂ + 2Н₂О.

Простетична група каталази побудована за типом гему гемоглобіну. Цей фермент міститься у всіх тканинах організму, але найбільш активний він в еритроцитах і печінці. Біологічна роль каталази полягає в знешкодженні пероксиду водню, який утворюється в процесі окисно-відновних реакцій в організмі.

Активність каталази крові встановлюють за кількістю розкладеного пероксиду водню за одиницю часу. Кількість пероксиду водню визначають титрометричним методом згідно з реакцією 2КмnO₄ + 5H₂O₂ + 4H₂SO₄ → 2KHSO₄ + 2MnO₄ + 8H₂O + 5O₂.

---

Різниця кількості КМnO₄, який використали на титрування до і після дії каталази, характеризує активність ферменту.

Активність каталази виражають каталазним числом і показником каталази. Каталазним числом називається кількість міліграмів пероксиду водню, яка розкладається каталазою в 1 мкл крові за 30 хв. Показником каталази називають дріб, у якому чисельником є каталазне число, а знаменником – число мільйонів еритроцитів в 1 мкл досліджуваної крові. Більш об΄єктивною одиницею є показник каталази, а не каталазне число, оскільки фермент виявляється майже виключно в еритроцитах. Цей показник становить у нормі 2-310^-6.

Хід роботи: У дві колбочки вливають по 1 мл розведеної у 1000 разів крові(1 мл гемолізату містить 1 мкл крові, додають по 7 мл дистильованої і по 2 мл 1% розчину пероксиду водню. У контрольну пробу (перша колбочка) відразу ж наливають 5 мл 10% розчину сірчаної кислоти (дія каталази в кислому середовищі припиняється). Колбочки залишають при кімнатній температурі на 30 хв, періодично перемішуючи. Потім у другу колбочку (дослід) доливають 5 мл 10% розчину Н₂SО₄. Вміст кожної колбочки титрують 0,1 н розчином КМnО₄ до рожевого кольору. Розраховують каталазне число (КЧ) за формулою

КЧ = (А-В) · 1,7,

де А – кількість 0,1 н КМnО₄, яка використана на титрування контрольної проби;

В - кількість 0,1 н КМnО₄, яка використана на титрування дослідної проби.

Примітка. Грам-еквівалент Н₂О₂ = 17 г.

Отже, в 1 мл 0,1 н розчину міститься 1,7 мг Н₂О₂. Оскільки

1 мл 0,1 н КМnО₄ еквівалентний 1 мл 0,1 н Н₂О₂, то, помноживши 1,7 мг на різницю між кількістю КМnО₄, затраченою на титрування контрольної і дослідної проб, отримують кількість міліграмів Н₂О₂, яка розщеплюється в 1 мкл крові, тобто безпосередньо каталазне число.

Пояснити отриманий результат. Зробити висновок.

Клініко-діагностичне значення. У нормі КЧ коливається від 10 до 15 одиниць.

Висока активність каталази спостерігається за умов токсичного гепатиту, дії іонізувального випромінювання, солей важких металів, а також при перніціозній анемії та інших макроцитарних анеміях, при введенні в організм кофеїну, ацетонових тіл, алкоголю. Пониження активності ферменту спостерігається при злоякісних пухлинах, інфекційних захворюваннях, таких як черевний тиф, скарлатина, малярія, туберкульоз легень.

---

Література

Основна:

1. Губський Ю. І. Біологічна хімія. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. – 508 с.

2. Вороніна Л.М., Десенко В.Ф., Мадієвська Н.М. та ін. Біологічна хімія. – Харків: Основа. – 608 с.

3. Гонський Я.І., Максимчук Т.П., Калинський М.І. Біохімія людини. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2002. – 744 с.

Додаткова:

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф, Биологическая химия. – Москва: Медицина, 1998. –

701 с

2. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. – Москва: Мир, 2000. – 470 с.

3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. т. 1. – М.: Мир, 2004. – 381 с.

---