ЗАНЯТИЕ 17. СЕМИНАР ПО ИНТЕГРАЦИИ
МЕТАБОЛИЗМА
17.1. Общие замечания.Занятие, как обычно, начинается с проверки СРС и разбора неясностей. Затем, студенты представляют свои рефераты и отвечают на заданные вопросы. После чего, в течение часа они письменно отвечают на 3 из рассмотренных вопросов учебной программы о биологическом окислении, биоэнергетике, межуточном обмене углеводов, липидов и азотистых соединений и принципах управления этими процессами в клетках и организмах.
Темы реферативных сообщений
см. стр. 10-12 данного пособия.
Обсуждение рефератов
Задания на дом
17.4.1. Электрокинетические явления и их роль в биологии и технике.
17.4.2. Определите понятие «электрофорез» и перечислите основные факторы деления смесей при свободном и зонном электрофорезе.
17.4.3. Чем отличаются ферменты от небиологических катализаторов и, в чем состоят для клеток, преимущества обратимости большинства ферментных реакций?
17.4.4. Свойства ферментов, кинетика их реакций и клеточных механизмы ее обеспечения?
17.4.5. Объясните термин «ингибиторы» ферментов, сформулируйте принципы их классификации и приведите области их применения.
17.4.6. Сформулируйте представления об индикаторных ферментных реакциях и сферах применения ферментного анализа.
17.4.7. С позиций энд- и экзергонических реакций и термодинамики открытых систем, сформулируйте трехэтапную схему метаболизма.
17.4.8. Организация общих и специфических путей метаболизма и принципы управления ими с помощью макроэргических соединений.
17.4.9. Приведите современную классификацию организмов по типам обмена веществом и энергией с окружающей средой.
17.4.10. Сформулируйте понятия нутриентов и минорных компонентов пищи хемоорганотрофов. Их относительная заменимость и суточная потребность.
17.4.11. Расскажите о составе, функциях и механизмах секреции пищеварительных соков.
17.4.12. На примере протеиназ пищеварительного тракта и свертывающей системы крови, объясните биологический смысл существования ферментных каскадов.
17.4.13. Структура, механизмы действия и функции важнейших подклассов оксидоредуктаз.
17.4.14. Структура, свойства и функции митохондрий и их компартментов.
17.4.15. Цикл трикарбоновых кислот, его амфиболическая роль и принципы контроля.
17.4.16. Способы использования энергии, аккумулированной в клетках.
17.4.17. Активные формы кислорода, их происхождение и потенциальная опасность, состав и функции систем антиоксидантной защиты.
17.4.18. Определите понятие «углеводы». Принципы их строения, свойства, классификация и биологическая роль.
17.4.19. Механизмы фотосинтеза в бактериях и хлоропластах клеток эукариот?
17.4.20. Основные углеводы пищи животных, их функции и эволюция пищеварительного тракта.
17.4.21. Механизм транспорта и фиксации моноз в клетках.
17.4.22. Приведите обзорную схему источников и путей расхода глюкозы в цитозоле.
17.4.23. Принцип полимеризации и мобилизации моноз в запасных и структурных олиго- и полисахаридах.
17.4.24. Что Вам известно о биологической роли окислительной и изомеразной половин пентозофосфатного пути окисления глюкозы?
17.4.25. Сформулируйте понятие «гликолиз», охарактеризуйте его этапы, принцип поддержания автоматизма и роль в жизнедеятельности клеток.
17.4.26. Что такое «брожение» и, какую роль оно играет в биосфере и биотехнологиях?
17.4.27. Охарактеризуйте последовательность стадий аэробного окисления глюкозы и сравните его энергетический эффект с эффективностью гликолиза.
17.4.28. Сформулируйте понятие «глюконеогенез» и расскажите, как и зачем, клетки реализуют этот процесс.
17.4.29. Определите класс липидов и расскажите об их общих свойствах и классификации.
17.4.30. Структура, свойства и функции высших жирных кислот
17.4.31. Характеристика структуры, свойства и функции эйкозаноидов и изопреноидов.
17.4.32. Сходство и различия в структуре, свойствах и функциях подклассов глицеролипидов.
17.4.33. Структура, свойства и биологическая роль сфинголипидов и восков.
17.4.34. Структура, свойства и функции стеролов.
17.4.35. Обзорная схема биосинтеза стероидов в клетках животных.
17.4.36. Структура, свойства и функции липидных ассоциатов? Чем и как регулируются физико-химические свойства биомембран?
17.4.37. Механизмы транспорта веществ в клетки. Организация и функции белков биомембран.
17.4.38. Расскажите о составе пищевых жиров, особенностях их переваривания, всасывания и транспорта в клетки.
17.4.39. Расскажите о реакциях активации и дайте обзорную схему внутриклеточного метаболизма глицерола и жирных кислот.
17.4.40. Сопоставьте процессы β-окисления и биосинтеза жирных кислот в компартментах клеток.
17.4.41. Источники и способы потребления аминокислот в метаболизме клеток животных?
17.4.42. Опишите схемой процесс вовлечения аминокислот в трансляцию и фолдинг полипептидов.
17.4.43. Сравните особенности и биологическую роль лизосомного и убиквитинзависимого протеолиза.
17.4.44. Опишите механизм и биологическую роль переаминирования аминокислот.
17.4.45. Сформулируйте представления о глико- и кетогенных аминокислотах.
17.4.46. Сравните роль глутаминовой кислоты и глутамина в метаболизме азотистых соединений.
17.4.47. Сравните локализацию, механизмы и биологическую роль окислительного дезаминирования глутамата и d-аминокислот.
17.4.48. Декарбоксилирование аминокислот с образованием биогенных аминов. Их медиаторные функции и окислительный распад.
17.4.49. Пути утилизации аммиака в печени.
17.4.50. Орнитиновый цикл биосинтеза мочевины.
17.4.51. Сравните схемы биосинтеза и распада пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов.
17.4.52. Схема биосинтеза гема.
17.4.53. Окисление гема и процесс биотрансформация билирубина и ксенобиотиков.
17.4.54. Принцип обратных связей и основные различия в свойствах систем управления на уровне белков, биомембран и экспрессии генов.
17.4.55. Сходство и различия в аллостерическом управлении активностью и ковалентных модификациях белков.
17.4.56. Общие метаболиты и ключевые реакции, как объекты непрерывного и избыточного управления метаболическими путями клеток.
17.4.57. Аллостерическое управление активностью белков на уровне присоединения/диссоциации лигандов.
17.4.58. Чем отличаются ковалентные модификации белков от аллостерического управления их активностью?
17.4.59. Чем различаются ионо- и метаботропные механизмы управления проницаемостью биомембран?
17.4.60. В чем состоит принципиальная разница между метаболическими и генетическими механизмами управления состояниями клеток?
17.4.61. Общность целей и принципиальная разница в метаболическом, гуморальном и нервном уровнях межклеточных коммуникаций.
17.4.62. Роль белков в рецепции и трансдукции внеклеточных сигналов.
17.4.63. Эндокринная система и общепринятые классификации гормонов.
17.4.64. Принципиальная схема эндокринной регуляции.
17.4.65. Механизмы биосинтеза, депонирования, секреции и транспорта гормонов.
17.4.66. Клетки-мишени, наборы их рецепторов и механизмы трансдукции внешних сигналов. Клеточный ответ, как механизм замыкания обратной связи с системой управления.
17.4.67. Биотрансформация и выведение продуктов метаболизма гормонов.
ЗАНЯТИЕ 18. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К
ИТОГОВОМУ № 2. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ
МЕТАБОЛИЗМОМ
18.1. Определение и химическая природа ферментов. Их отличия от небиологических катализаторов.
18.2. Свойства ферментов, кинетика их реакций и клеточные механизмы ее обеспечения.
18.3. Представления об ингибиторах ферментов и принципах их классификации.
18.4. Сферы применения ферментного анализа и понятие индикаторных ферментных реакций.
18.5. Трехэтапная схема метаболизма, ее общие и специфические пути, принципы управления энд- и экзергоническими реакциями с помощью макроэргических соединений.
18.6. Современная классификация организмов по типам обмена веществом и энергией с окружающей средой.
18.7. Основные и минорные компоненты пищи хемоорганотрофов. Понятия и примеры незаменимости, относительной заменимости и суточной потребности.
18.8. Зависимость пищевых дефицитов от состава продуктов и массы тела, возраста, пола и образа жизни.
18.9. Определение понятия и общая характеристика водо- и жирорастворимых витаминов, их биологические функции, суточные потребности и скорости развития гипо- и гипервитаминозов.
18.10. Состав, механизмы секреции и функции пищеварительных соков. Биологический смысл управления протеиназами пищеварительного тракта и свертывающей системы крови с помощью ферментных каскадов.
18.11. Современные представления о биологическом окислении, его механизмах и роли важнейших подклассов оксидоредуктаз и их кофакторов.
18.12. Структура, свойства и функции митохондрий и их компартментов.
18.13. Цикл трикарбоновых кислот, его амфиболическая роль и принципы контроля.
18.14. Организация и биологическая роль дыхательных цепей в митохондриях и других органоидах. Роль адениловых нуклеотидов в окислительном фосфорилировании и дыхательном контроле.
18.15. Эффекты разобщения и терморегуляторная функция тканевого дыхания. Термогенная функция адипоцитов бурой жировой ткани.
18.16. Способы использования энергии, аккумулированной в клетках.
18.17. Активные формы кислорода, их происхождение и потенциальная опасность, состав и функции систем антиоксидантной защиты.
18.18. Определение понятия «углеводы». Принципы их строения, свойства, классификация и биологическая роль.
18.19. Механизмы фотосинтеза в бактериях и хлоропластах клеток эукариот?
18.20. Основные углеводы пищи животных, их функции и эволюция переваривания в пищеварительном тракте.
18.21. Механизм транспорта и фиксации моноз в клетках.
18.22. Обзорная схема источников и путей расхода глюкозы в цитозоле.
18.23. Принцип полимеризации и мобилизации моноз в запасных и структурных олиго- и полисахаридах.
18.24. Окислительная и изомеразная ветви пентозофосфатного пути окисления глюкозы. Их роль в реакциях анаболизма и фотосинтезе разных клеток и таксонов.
18.25. Последовательность этапов, энергетический эффект субстратного фосфорилирования и принцип поддержания автоматизма
гликолиза. Роль процесса в жизнедеятельности клеток.
18.26. Процессы брожения и их роль в биосфере и биотехнологиях?
18.27. Последовательность стадий, энергетический эффект, механизмы контроля и биологическая роль аэробного окисления глюкозы.
18.28. Гликонеогенез и его роль в жизнедеятельности. Аллостерические и генетические механизмы управления балансом гликонеогенеза и аэробного окисления глюкозы.
18.29. Определение веществ класса липидов, их общие свойства и типы липидных ассоциатов.
18.30. Классификация и функции липидов.
18.31. Структура, свойства и функции высших карбоновых (жирных) кислот. Причины их частичной незаменимости.
18.32. Состав пищевых жиров, особенности их переваривания, всасывания и транспорта в клетки.
18.33. Реакции активации и обзорная схема внутриклеточного метаболизма глицерола и жирных кислот.
18.34. Сопоставление процессов β-окисления и биосинтеза высших жирных кислот.
18.35. Особенности структуры, свойств, функций и метаболизма фосфолипидов и триацилглицеролов.
18.36. Роль липоцитов белой жировой ткани в управлении «массостатом» организма животных.
18.37. Структура, свойства и функции холестерола. Схема его биосинтеза и превращения в стероиды разных классов.
18.38. Структура и свойства фосфолипидов в обеспечении жидкостности, поперечной асимметрии и избирательной проницаемости биомембран. Влияние жирных кислот и холестерола на эти свойства.
18.39. Роль дифосфатидилглицеролов, сфинго-, гликолипидов и восков в управлении свойствами биомембран, формировании гликокаликса и внеклеточных структур.
18.40. Топология и функциональная классификация мембранных белков.
18.41. Механизмы диффузии, обмена и других видов транспорта воды, ионов и молекул в клетки.
18.42. Физиологическая роль асимметрии распределения протонов, ионов К, Na и Са на биомембранах.
18.43. Сенсорные преобразования = трансдукция внешних сигналов в клетки с помощью калбиндинов, протеинкиназ, циклаз и фосфолипаз.
18.44. Условия и биологическая роль перекисного окисления липидов. Про- и антиоксиданты в быту, технике и медицине.
18.45. Применимость понятий незаменимых аминокислот и пищевой ценности белков.
18.46. Особенности структуры и функций протеасомного, лизосомного и пищеварительного протеолиза.
18.47. Обзорная схема источников и путей расхода аминокислот в клетках.
18.48. Схема вовлечения аминокислот в трансляцию и фолдинг полипептидов.
18.49. Механизм и биологическая роль переаминирования аминокислот. Роль пиридоксалевых кофакторов в механизме действия аминотрансфераз.
18.50. Сравнение роли глутаминовой кислоты и глутамина в метаболизме азотистых соединений.
18.51. Особенности окислительного дезаминирования аминокислот в митохондриях и пероксисомах.
18.52. Биосинтез заменимых аминокислот и превращение их безазотистых остатков в углеводы и липиды.
18.53. Декарбоксилирование аминокислот с образованием биогенных аминов. Их медиаторные функции и окислительный распад.
18.54. Источники, механизмы образования и утилизации аммиака в организме. Роль глутамина в его транспорте, биосинтезе небелковых азотистых соединений и обезвреживании.
18.55. Орнитиновый цикл биосинтеза мочевины.
18.56. Сравнение биосинтеза и распада пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов.
18.57. Схема биосинтеза гема и его функции.
18.58. Окисление гема, процесс транспорта и биотрансформации билирубина и ксенобиотиков. Роль этих механизмов в химическом канцерогенезе.
18.59. Принцип обратных связей и основные различия в свойствах систем управления на уровне белков, биомембран и экспрессии генов.
18.60. Сходство и различия в аллостерическом управлении активностью и ковалентных модификациях белков.
18.61. Общие метаболиты и ключевые реакции, как объекты непрерывного и избыточного управления метаболическими путями клеток.
18.62. Ионо- и метаботропные механизмы управления проницаемостью биомембран.
18.63. Принципиальная разница между метаболическими и генетическими механизмами управления состояниями клеток?
18.64. Общность целей и принципиальная разница в метаболическом, гуморальном и нервном уровнях межклеточных коммуникаций.
18.65. Эндокринная система и общепринятые классификации гормонов.
18.66. Принципиальная схема эндокринной регуляции.
18.67. Механизмы биосинтеза, депонирования, секреции и транспорта гормонов.
18.68. Клетки-мишени, наборы их рецепторов и механизмы трансдукции внешних сигналов. Клеточный ответ, как механизм замыкания обратной связи с системой управления.
18.69. Биотрансформация и выведение продуктов метаболизма гормонов.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Занятие 1. Лаборатория.Демонстрации:
1. Модели тетраэдра валентностей атома углерода.
2. Посуды общего назначения, специальной и мерной.
3. Руководств Г. Ф. Денисенко, 1985; Л. Н. Захарова, 1991 и справочников: И. В. Тикуновой и др, 1985; Досон Р. и др., 1991; К. Геккелер и Х. Экштайн, 1994.
Занятие 2. Вода и рН.Демонстрации:
1.Препаратов индикаторов рН и упаковок индикаторных бумаг
2. Руководства П. П. Астанина и др., 1933. с. 61 – фото лабораторной электрометрической установки для определения рН.
3. Руководства Я. Мусила и др., 1982; П. Хочачка и С. Сомеро, 1978; 1988; К. Шмидт-Нильсена, 1987; Эккерт и др. 1991.
Занятие 3. Растворы.Демонстрации:
1. Пластиковых микропробирок и многолуночных планшетов для поточного анализа.
2. Соли уранилацетата и препаратов аминокислот и белков.
3. Руководств А. В. Каракашова и Е. П. Вичева, 1968; Г. Хиллмана, 1975; Т. Манниатиса и др., 1984; Л.Ф. Максимовского и Н. И. Микичур, 1989.
Занятие 4. Фотометрия.Демонстрации:
1. Одноразовых пластиковых кювет для поточной фотометрии.
2. Модели обычного и поляризованного луча света, препарата кристаллического гемоглобина и модели эритроцита млекопитающих.
3. Фото кристаллов аминокислот и витаминов в поляризованном свете.
4. Атласа Т. В. Венкстерн и А. А. Баева, 1967; руководств по спектроскопии, 1978; 1987; Е. А. Черницкого, 1972; Э. А. Бурштейн, 1976 и Дж. Лакович, 1986.
Занятие 5. Семинар.Демонстрации:
1. Руководств Ф. Ю. Отто, 1867 и Б. Абдергальдена, 1934; монографий по анализу аминокислот и белков.
3. Агара и молекулярных моделей нуклеотидов, целлюлозы, полипептида, трехмерной молекулы Mb, субчастиц рибосомы.
Занятие 6. Препаративная биохимия.Демонстрации:
1. Справочника под ред. Г. И. Арановича и др., 1979 и руководств Д. Фрайфелдера, 1980; Л. А. Остермана, 1981; Н. Tиц и др., 1997; А. Я. Цыганенко и др., 2002; В. С. Камышникова, 2004.
2. Гомогенизаторов, ультрафильтров.
3. Препаратов витаминов, кофакторов и нуклеотидов.
Занятие 7. Белки.Демонстрации:
1. Рефрактометра.
2. Руководств Дж. Бэйли, 1965; Р. Скоупса, 1985; Г. В. Троицкого, 1991; В. Н. Орехович, 1965 и практикума под ред. С. Е. Северина и Г.А. Соловьевой, 1989. Дж. Дэвидсона, 1976; Д. Кларка и Л. Рассела. 2004.
Занятие 8. Хроматография.Демонстрации:
1. Компьютерных моделей ДНК и клетки.
2. Хроматографических бумаг, силуфола и колонок
3. Руководств Л. А. Остермана, 1985; О. Микеша, 1982; П. Дин, 1988; В. Н. Орехович, 1965. Справочник А. А. Лурье, 1978. Хроматография на бумаге, 1962.
Занятие 10. Электрофорез.Демонстрации:
1. Камер для электрофореза.
2. Учебника Ф. Штрауба, 1964 и руководств Г. Маурер, 1971; Л. А. Остермана, 1981, 1983; П. Ригетти, 1986
Занятие 11. Ферменты.
1. Состав раствора Люголя: 1 % раствор иода в 2 % растворе иодида калия.
2. Демонстрации: изданий Номенклатуры ферментов 1961 и 1979 гг. и руководств Г. А. Кочетова, 1980; Э. Э. Брухмана, 1981; М. Д. Машковского.
3. Препаратов ферментов, витаминов и кофакторов.
Занятие 12. Брожение. 1. Приготовление растворов для колориметрического определения фосфата методом Лоури-Лопеца:
1.1. Раствор серной кислоты 6 н: В коническую колбу на 200 мл с 90 мл дистиллята, осторожно, избегая перегрева и разбрызгиваний, внести порциями 18 мл концентрированной серной кислоты пробы Саваля. Хорошо перемешать, охладить под краном и хранить в склянке с пришлифованной пробкой.
1.2. Свежеприготовленный 1 % раствор молибдата аммония (NH4)Mo7O24 х 4Н2О в 6 н серной кислоте: в мерную колбу на 50 мл, через воронку внести навеску молибдата аммония и, растворив его в 6 н серной кислоте, довести до метки.
1.3. Свежеприготовленный 1% раствор аскорбиновой кислоты: в мерную колбу на 50 мл, через воронку внести навеску абсолютно белого кристаллического аскорбата и, растворив его 0,0005 н раствором сульфата меди (CuSO4 х 5H2O), довести объем до метки.
2. Демонстрации: руководств P. de Cruif, 1957; Г. Готтшалка, 1982; В.П. Скулачева, 1989; Дж. Бейли и Д. Оллиса, 1989; С.Д. Варфоломеева и К.Г. Гуревича, 1999; В.К. Плакунова, 2001;
Занятие 13. Глюкоза.1.В тест-наборе фирмы Lachema (Чехия) – 5 флаконов:
1.1. 20 мл эталонного раствора глюкозы - 25 ммоль/л. Для приготовления 10 ммоль/л рабочего раствора, ежедневно смешивают 2 мл его с 3 мл дистиллята.
1.2. 15 мл смеси 0,02 моль/л уранилацетата в 0,82 моль/л хлорида натрия. Перед употреблением довести водой до 80 мл. Раствор устойчив но, как все тяжелые металлы, токсичен!
1.3. Инкубационная смесь готовится в мерной колбе на 500 мл, последовательным растворением в 100 мл дистиллята содержимого флаконов 3, 4 и 5. Довести водой до метки и перемешать. В темной склянке при + 5 С, раствор устойчив неделю. Состав смеси:
Глюкозооксидаза – 66,6 мккат/л
Пероксидаза – 6,7 мккат/л
4-хлор-3-метилфенол - 0,6 ммоль/л
4-аминофеназон – 0,7 ммоль/л
Трис-буфер рН 8.4 33 ммоль/л
2. Демонстрации: 2.1. Препаратов сахаров и тест-полосок для полуколичественного определения глюкозы в крови и моче.
2.2. Книги Ю. Г. Чиркова и руководств по методам химии углеводов.
Занятие 14. Липиды.1.Растворы для качественной реакции Петтенкофера на желчные кислоты: 1.1. Сахароза - 20 %.
1.2. Серная кислота - концентрированная.
1.3. Препарат желчи, разведенный водой вдвое.
2. Демонстрации: 2.1. Упаковки и внешнего вида желчи.
2. 2. Руководств Е. А. Алимовой, 1967; Г. В. Новицкой, 1972; М. Кейтса, 1975; Л. Д Бергельсона и др. 1981;Г. Грегориадиса и А. Аллисона, 1983; Л. Б. Марголиса и Л. Д. Бергельсона, 1986; А. А. Болдырева и др., 1990.
Занятие 16. Азотистый обмен.1.Растворы для определения концентрации креатинина в биожидкостях в тест-наборе фирмы Lachema (Чехия):
1.1. Стандарт креатинина - 177 мкмоль/л, с добавлением СА.
1.2. Рабочий депротеинизирующий раствор - 1,22 моль/л трихлоруксусной кислоты = 20 % ТХУ.
1.3. Раствор пикриновой кислоты - 0,04 моль/л;
1.4. Раствор 3,7 % гидроксида натрия - 0,75 моль/л. Внимание! Во избежание сорбции СО2 из атмосферы, держать флакон плотно закрытым!
2. Растворы для определения концентрации мочевины в тест-наборе фирмы Lachema (Чехия):
2.1. Стандартный (эталонный) раствор мочевины – 16,65 ммоль/л;
2.2. Рабочий раствор диацетилмонооксимного реактива. Ежедневно, перед определением смешивают равные объемы реактивов 2 и 1. В его составе: 1) диацетилмонооксид (5,0 ммоль/л); 2) тиосемикарбазид (0,9 ммоль/л); 3) серная кислота (0,9 моль/л); 4) соль железа трехвалентного (25,0 мкмоль/л). Годен при комнатной температуре 3-4 недели. Осадок определению не мешает. Внимание!!! Тиосемикарбазид токсичен. При его попадании на кожу или в глаза - обильно промыть пораженное место водой. При попадании внутрь - сразу выпить не менее 0,5 л воды и вызвать рвоту. После оказания первой помощи, обязательна консультация у врача!
Занятие 17. Интеграция метаболизма.Демонстрация руководств Я. М. Кабака, 1968; М. П. Сурикова и И. Л. Голенда, 1970; Э. Ньюсхолма и К. Старта, 1977; Г. Селье, 1979; 1987; В. Б. Розена, 1984; В. В. Потемкина; Дж. Теппермен и Х. Теппермен, 1989.
Редактор
Подписано к печати Формат 60 * 84 1/16. Печать офсетная.
Бумага офсетная. Печ. л. _____ Тираж ____ экз. Заказ №
ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет».
650043, Кемерово, ул. Красная, 6.
Отпечатано в типографии издательства «Кузбассвузиздат».
650043, Кемерово, ул. Ермака, 7.
|