Биология_Практическая_работа_№4

1.

Факультет естественных наук
Кафедра общей биологии и биоэкологии
Курс: «Биология»
Практическая работа №4
«Катаболизм»

2. Практическая работа №4 Катаболизм

План работы:

3. Энергия

• Солнце является первоисточником энергии,
запасенной в органических молекулах
пищи.
• В процессе фотосинтеза образуется
кислород и органические вещества,
которые
затем
используются
в
митохондриях эукариот (включая растения
и водоросли) в качестве топлива для
клеточного дыхания.
• Дыхание
расщепляет
это
топливо,
производя АТФ. Отходы такого типа
дыхания — углекислый газ и вода —
служат сырьем для фотосинтеза.

4. АТФ

• АТФ (аденозинтрифосфат)
содержит сахар рибозу,
соединенную с пуриновым
азотистым основанием —
аденином,
и
тремя
фосфатными
группами
(трифосфатная группа)

5.

АТФ → АДФ
• Связи между фосфатными группами
АТФ могут быть разрушены путем
гидролиза. Когда при добавлении
молекулы воды происходит разрыв
последней фосфатной связи, то от
АТФ отсоединяется молекула
неорганического фосфата (НОРО32-,
сокращенно ℗, и АТФ превращается
в аденозиндифосфат, или АДФ.
• Реакция является экзергонической и
производит 7,3 ккал энергии на 1
моль гидролизуемого АТФ.
• АТФ + Н2О → АДФ + ℗
• ∆G = -7,3 ккал/моль (-30 кДж/моль)

6. Использование энергии АТФ

• Если ∆G эндергонической реакции меньше, чем количество энергии,
выделяемой в результате гидролиза АТФ, то эти два процесса могут
быть сопряжены таким образом, чтобы результирующая реакция была
экзергонической.
• Такие реакции, как правило, включают в себя фосфорилирование —
перенос фосфатной группы от АТФ на какую-либо другую молекулу
(как правило, на реагент).
• Молекула-получатель (реципиент) с ковалентно связанной фосфатной
группой называется фосфорилированным интермедиатом.

7. АДФ → АТФ

• Свободная энергия, необходимая для
фосфорилирования АДФ, поступает от
происходящих в клетке экзергонических
реакций распада (катаболизма).
• Такое
перемещение
неорганического
фосфора и энергии называется циклом АТФ
— он сопрягает процессы, выделяющие
энергию (экзергонические), с процессами,
требующими
энергозатрат
(эндергоническими).
• Цикл АТФ осуществляется с поразительной
скоростью. Например, активно работающая
мышечная клетка тратит весь свой запас
АТФ менее чем за минуту. В этом цикле
задействовано 10 миллионов молекул АТФ,
которые потребляются и восстанавливаются
в клетке за одну секунду. Если бы АТФ не
могла
регенерировать
путем
фосфорилирования
АДФ,
люди
бы
ежедневно тратили практически весь свой
вес в виде АТФ.

8. Катаболические пути и производство АТФ

• Органические вещества несут в себе потенциальную энергию,
заключенную в связях между атомами. Топливом могут служить
соединения, способные вступать в реакции с выделением энергии.
• С помощью ферментов клетка постоянно разлагает сложные
органические молекулы, богатые потенциальной энергией, до простых
продуктов обмена с низкой энергией.
• Часть энергии, извлеченной при разрыве химических связей, может
использоваться для выполнения работы, остаток же рассеивается в виде
тепла.

9.

10. Гликолиз

• Слово гликолиз означает “расщепление сахаров”, и
это именно то, что происходит в этом процессе.
Глюкоза, шестиуглеродный сахар, расщепляется на
два трехуглеродных сахара. Эти более простые
сахара затем окисляются и преобразуются в две
молекулы пирувата.
• Гликолиз можно разделить на две фазы: стадия
затрат энергии и ее восполнения.
• В ходе первой, подготовительной стадии, клетка на
самом деле тратит энергию АТФ. Но эти затраты
затем с лихвой окупаются на следующей фазе,
когда в ходе субстратного фосфорилирования
синтезируется АТФ, а полученные при окислении
глюкозы электроны восстанавливают НАД+ до
НАДН.

11. Гликолиз. Energy Investment Phase

12.

Гликолиз. Energy Investment Phase

13.

Гликолиз. Energy Investment Phase

14. Гликолиз. Energy Investment Phase

15.

Гликолиз. Energy
Investment Phase

16. Гликолиз. Energy Investment Phase

17.

Гликолиз. Energy Payoff Phase

18.

Гликолиз. Energy Payoff Phase

19.

Гликолиз. Energy Payoff Phase

20.

Гликолиз. Energy Payoff Phase

21.

Гликолиз. Energy Payoff Phase

22.

Гликолиз. Energy Payoff Phase

23.

После того, как пируват входит в митохондрию
с помощью активного транспорта, он сначала
преобразуется в соединение, называемое ацетил-коэнзим
А, или ацетил-СоА
Окисление пирувата до ацетил-СоА — этап,
предшествующий циклу трикарбоновых кислот. Пируват
— это заряженная молекула, поэтому он должен
проникать в митохондрии эукариот путем активного
транспорта, осуществляемого транспортным белком,
Затем
комплекс
из
нескольких
ферментов
(пируватдегидрогеназный комплекс) катализирует три
последовательных реакции, пронумерованные на
рисунке и описанные в тексте, Остаток уксусной кислоты
в виде ацетил-СоА вступает в цикл трикарбоновых
кислот, а молекула СО2 выходит из клетки путем
диффузии, Когда коэнзим А (СоА) присоединен к
молекуле, его принято обозначать S-CoA, акцентируя
внимание на атоме серы (S)
Цикл трикарбоновых кислот, также называемый
циклом Кребса или циклом лимонной кислоты,
служит метаболической печью, окисляющей
полученное из пирувата органическое топливо.
Цикл назван в честь Ханса Кребса, немецкобританского
биохимика,
который
внес
значительный вклад в изучение этого процесса. На
рис. 9.11 показано, какие вещества поступают в
цикл Кребса и выходят из него при расщеплении
пирувата на три молекулы СО2, включая молекулу,
образованную при синтезе ацетил-СоА. За один
оборот цикла Кребса за счет субстратного
фосфорилирования синтезируется одна молекула
АТФ, но большая часть химической энергии
передается на НАД+ и похожий переносчик
электронов,
ФАД
(флавинадениндинуклеотид,
синтезируется из рибофлавина — одного из
витаминов группы В) в ходе окислительновосстановительных реакций. Восстановленные
коферменты НАДН и ФАДН, поставляют свои
высокоэнергетические электроны в электронтранспортную цепь.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

• На этом этапе большая
часть
энергии,
извлеченной из глюкозы,
содержится в молекулах
НАДН и ФАДН2. Эти
переносчики электронов
связывают гликолиз и
цикл
трикарбоновых
кислот с механизмом
окислительного
фосфорилирования,
который
использует
энергию, образованную
в электрон-транспортной
цепи, для синтеза АТФ.

34.

35.

36.

Курс подготовил:
Ассистент кафедры
общей биологии и
биоэкологии
Темников Андрей
Андреевич
aa.temnikov@mgou.r
u