Глава 8.

Обмен веществ

1. Известно, что свойства и биологическая активность биомолекул зависят от их функциональных групп. Укажите такие группы для каждой приведенной биомолекулы и назовите их:

а)

б)

в)

г)

д)

е)

2. Парциальное давление СО₂ в легких может быстро меняться в зависимости от интенсивности и глубины дыхания. Известно, что для избавления от икоты необходимо повысить концентрацию СО₂ в легких. Этого можно добиться, если частично задержать дыхание, медленно и неглубоко вдыхая воздух (гиповентиляция), или вдыхать и выдыхать воздух, прижав к лицу бумажный пакет. В этих условиях парциальное давление СО₂ в воздушном пространстве легких превысит нормальное.

Объясните, почему эти процедуры влияют на рН крови.

3. Бегуны на короткие дистанции непосредственно перед стартом обычно глубоко и интенсивно дышат (гипервентиляция) примерно в течение полминуты для удаления СО₂ из легких. Величина рН крови может подскочить при этом до 7,60.

Объясните, почему рН крови повышается в этих условиях.

4. Во время бега на короткую дистанцию мышцы производят большое количество молочной кислоты из запасов глюкозы.

Исходя из этого факта, объясните, почему перед стремительным бегом полезна гипервентиляция.

5. Стеклянный электрод, используемый в "рН-метрах", дает электрический сигнал, величина которого пропорциональна концентрации ионов водорода. Для того, чтобы по величине сигнала можно было правильно судить о величине рН, необходимо провести калибровку стеклянного электрода, используя для этого стандартные растворы с известной концентрацией ионов водорода.

Определите, сколько граммов однозамещенного фосфата натрия NaH₂PO₄ х H₂O (мол.масса 138,01) и двузамещенного фосфата натрия Na₂HPO₄ х H₂O (мол.масса 141,98) необходимо для приготовления 1 литра стандартного буфера с рН 7,00, в котором суммарная концентрация фосфатов равна 0,100 М. Молекулярная масса смеси фосфатов при этом будет зависеть от их соотношения. Величина рК' однозамещенного фосфата натрия равна 6,86 (25^о С).

6. Наибольшим содержанием воды отличается:

а) межклеточное пространство;

б) цитоплазма клеток;

в) рибосомы;

г) ядро;

д) липопротеидные структуры эндоплазматического ретикулума.

7. На отдачу воды клетками специфически влияют катионы:

а) Mg²⁺ и Co²⁺;

б) Na⁺ ; в) Zn²⁺ ;

г) K⁺ и Ca²⁺;

д) Fe³⁺

8. Кобальт содержится в составе:

а) аскорбиновой кислоты;

б) тиамина;

в) ретиналя;

г) пиридоксаля;

д) витамина В₁₂.

9. Совершенно не усваивается животными:

а) фосфорная кислота;

б) хлорид натрия;

в) гидрокарбонат натрия;

г) сульфат магния;

д) кремниевая кислота.

10. Ферментативное b - окисление ацил-КоА идет более энергично в присутствии ионов:

а) Mg²⁺ и Cа²⁺;

б) K⁺ и Zn²⁺;

в) Co²⁺ и Bа²⁺;

г) Cu²⁺ и Сo²⁺ ;

д) Cu²⁺ и Fe²⁺

11. Сера содержится во всех перечисленных соединениях, кроме:

а) аминокислот;

б) белков;

в) коэнзима А;

г) нуклеиновых кислот;

д) гетерополисахаридов.

12. Где больше число атомов цинка - в каталитическом центре алкогольдегидрогеназы дрожжей или в каталитическом центре алкогольдегидрогеназы млекопитающих?

13. Выберите из нижеследующих утверждений правильные:

а) ион Na⁺ способствует накоплению воды в клетках и тканях;

б) ионы K⁺ и Са²⁺ являются синергистами иона Na⁺ в его влиянии на содержание воды в тканях;

в) гормон вазопрессин способствует усиленному выведению воды из организма;

г) при недостаточном образовании вазопрессина у человека развивается несахарный диабет.

14. Выберите из нижеследующих утверждений правильные:

а) роль ионов Mg²⁺ в механизме действия киназ сводится к тому, что они взаимодействуют с АТФ, образуя двойной комплекс, который и служит истинным субстратом реакции и связывается с ферментом;

б) ионы калия оказывают эффективное влияние на реакции гликолиза;

в) распад как простых, так и сложных липидов активируется ионами магния; г) почти все ферменты цикла Кребса активируются ионами магния.

15. Выберите правильные парные сочетания ключевых слов, фраз (обозначены А, Б, В, Г, Д ) и смысловых завершающих предложений (обозначены буквами а, б, в, г, д ).

А. Фосфор. Б. Натрий. В. Магний. Г. Кальций. Д. Железо

а) является составной частью хлорофилла;

б) участвует в деятельности многих оксидоредуктаз;

в) считается универсальным участником реакций переноса энергии и обязательной компонентой нуклеиновых кислот;

г) способствует накоплению воды в клетках и тканях;

д) будучи кофактором ферментов, принимает участие в регуляции мембранной и мышечной активности.

16. Выберите правильные парные сочетания ключевых слов, фраз (обозначены А, Б, В, Г, Д ) и смысловых завершающих предложений (обозначены буквами а, б, в, г, д ).

А. Пластоцианин.

Б. Ферредоксин.

В. Сукцинатдегидрогеназа.

Г. Каталаза.

Д. Ксантиноксидаза.

а) содержит четыре атома железа на молекулу белка;

б) содержит железо, молибден, ФАД;

в) представляет медьпротеид, участвующий в реакции фотовосстановления;

г) содержит прочно связанное с белком негеминовое железо и ковалентно связанный ФАД;

д) является железопротеидом, участвующим в образовании восстановленной формы НАДФ в фотосинтетических реакциях.

17. На каждую незаконченную фразу выберите одно верное завершение:

Важная роль дегидрирования в процессах биологического окисления впервые была отмечена:

а) Д. Кейлиным;

б) О. Варбургом;

в) В.А.Энгельгардтом;

г) Г. Виландом;

д) В.А.Белицером.

18. Соединением, содержащим макроэргическую связь, является:

а) глицерофосфат;

б) глюкозо-6-фосфат;

в) ацетил-КоА;

г) янтарная кислота;

д) глицин.

Дайте ответ в форме А > Б, Б > А, А = Б.

19. А. Число молей АТФ, образующихся при биологическом окислении малата в оксалоацетат.

Б. Число молей АТФ, образующихся при биологическом окислении сукцината в фумарат.

20.А. Высвобождение энергии при распаде макроэргической связи ацетил-КоА.

Б. Высвобождение энергии при распаде макроэргической связи ацетилфосфата.

21. А. Окислительно-восстановительный потенциал системы цитохром b ( Fe²⁺ ) ╝ цитохром b ( Fe³⁺ ).

Б. Окислительно-восстановительный потенциал системы цитохром с₁ ( Fe²⁺ ) ╝ цитохром с₁ ( Fe³⁺ ).

22. А. Число атомов кислорода, включаемых в субстрат при посредстве диоксигеназ.

Б. Число атомов кислорода, включаемых в субстрат при посредстве гидроксилаз.

23. Выберите из нижеследующих утверждений правильные:

а) Изменение уровня свободной энергии при новообразовании химической связи в органических соединениях, выражающееся величинами до 12600 Дж/моль, приводит к возникновению макроэргического соединения;

б) потенциальная энергия органического соединения, за счет которой может быть совершена работа в живом организме, называется свободной энергией;

в) глюкозо-6-фосфат относится к макроэргическим соединениям;

г) макроэргические связи представлены преимущественно ангидридными и тиоэфирными связями.

24. Выберите из нижеследующих утверждений правильные:

а) При гидролизе макроэргической связи выделяется значительно меньше энергии, чем при гидролизе обычной связи;

б) атомы кислорода и фосфора в трифосфатной группировке АТФ не несут частично положительных или отрицательных зарядов;

в) впервые внимание на роль АТФ в энергетическом обеспечении химических процессов в организме обратил Ф.Липпман;

г) закрепление АТФ на специфической белковой молекуле сопровождается сближением ее трифосфатной группировки с остатком аденина, что способствует трансформации стабильной энергии химической связи в мобильную энергию возбуждения электронов в молекуле.

25. Выберите из нижеследующих утверждений правильные:

а) Любая реакция биологического окисления сопряжена с окислительным фосфорилированием;

б) посредством реакций окислительного фосфорилирования на уровне субстрата у аэробов образуется основная масса АТФ;

в) при окислительном фосфорилировании на уровне электронтранспортной цепи окисляемый субстрат непосредственного участия в активировании неорганического фосфата не принимает;

г) универсальным донором атомов водорода для дыхательной цепи ферментов служит восстановленный флавинадениндинуклеотид.

26. Укажите локализацию точек фосфорилирования в дыхательной цепи митохондрий.

27. Рассчитайте процентное содержание меди в медьсодержащем ферменте аскорбатоксидазе, имеющей молекулярную массу 150000, если известно, что каждая молекула содержит 6 атомов железа.

28. В процессе спиртового брожения на 1 моль распавшейся глюкозы высвобождается 235620 Дж, при гликолизе 1 моль глюкозы дает 199080 Дж.

В каждом случае 58800 Дж высвободившейся энергии запасается в макроэргических связях 2 моль АТФ.

Рассчитайте коэффициенты полезного действия спиртового брожения и гликолиза.

29. Определите число молекул АТФ, синтезированных при полном окислении пяти молекул глюкозы по дихотомическому пути.

30. Напишите уравнение реакции окислительного декарбоксилирования изолимонной кислоты. Сколько молекул АТФ может синтезироваться при условии сопряжения этой реакции с фосфорилированием АДФ?

31. В аэробных условиях окисление 1 моль пировиноградной кислоты до ацетил-КоА сопровождается высвобождением 259,56 кДж свободной энергии. Тот же процесс с участием системы дыхательных ферментов в митохондриях сопровождается высвобождением 165,06 кДж свободной энергии на 1 моль и сопряженным синтезом АТФ. Рассчитайте процент аккумулированной в АТФ энергии.

32. Из 3-фосфоглицериновой кислоты непосредственно строится:

а) пролин;

б) триптофан;

в) гистидин;

г) серин;

д) глицин.

33. В цепи превращений:

Глицерин? a -глицерофосфат? Х? 3-фосфоглицериновый альдегид

Х представляет собой:

а)фосфодиоксиацетон;

б)3-фосфоглицерат;

в)2-фосфоглицерат;

г)1,3-дифосфоглицерат;

д) пируват.

34. В цепи превращений:

Аланин ╝ пируват ╝ ЩУК ╝ Х ╝ 2-фосфоглицерат

Х представляет собой:

а)a -кетоглутарат;

б)фосфоенолпируват;

в)малат;

г)фумарат;

д)метилмалонат.

35. Превращение аланина в глюкозу носит название:

а) гликолиза;

б) гликогенолиза;

в) глюконеогенеза;

г) трансаминирования;

д) окислительного декарбоксилирования.

36. Аспарагиновая кислота непосредственно участвует в биосинтезе перечисленных ниже соединений, кроме:

а) пуринов;

б) пиримидинов;

в) мочевины;

г) высших жирных кислот;

д) аланина из пирувата.

37. Основным исходным веществом для биосинтеза тетрапирролов служит:

а) пролин;

б) глицин;

в) триптофан;

г) гистидин;

д) индол.

38. Специфическим акцептором фосфата в процессе окислительного фосфорилирования является:

а) АМФ;

б) АДФ;

в) АТФ;

г) цитохромы;

д) ФАД.

39. Исходным соединением для биосинтеза адреналина является:

а) пируват;

б) аргинин;

в) тирозин;

г) триптамин;

д) триптофан.

40. В биосинтезе пуринового кольца принимают участие все соединения, кроме:

а) глицина;

б) глутамина;

в) оксида углерода (IV);

г) аспарагиновой кислоты;

д) пиримидина.

41. a - Кетоглутаровая кислота является предшественником углеродного скелета:

а) глутамина;

б) пролина;

в) аргинина;

г) g - аминобутирата;

д) всех указанных.

Дайте ответ в форме А > Б, Б > А, А = Б.

42. А. Степень участия НАДФН₂ у высших организмов в биосинтетических процессах.

Б. Степень участия НАДН₂ у высших организмов в биосинтетических процессах.

43. А. Количество молекул ацетил-КоА, образующихся в процессе окисления молекулы глюкозы в аэробных условиях.

Б. Количество молекул ацетил-КоА, образующихся при b -окислении бутирил-КоА.

44. А. Количество молекул АТФ, образующихся сопряженно с реакцией:

a -Кетоглутарат ? сукцинил-СоА + СО₂

Б. Количество молекул АТФ, образующихся сопряженно с реакцией:

Сукцинил-СоА ? сукцинат

45. А. Количество молекул АТФ, образующихся при полном окислении ацетата.

Б. Количество молекул АТФ, образующихся при полном окислении пирувата.

46. Выберите правильное утверждение:

а) от уровня распада углеводов в клетке зависит объем биосинтеза нуклеозидтрифосфатов;

б) АТФ синтезируется в митохондриях в результате фосфорилирования АДФ только сопряженно с окислением компонентов цикла ди- и трикарбоновых кислот;

в) ацетильные остатки, возникающие в процессе обмена углеводов, липидов и аминокислот, могут быть окислены при посредстве цикла ди- и трикарбоновых кислот;

г) сопряженно с окислением углеводов и липидов постоянно возобновляются запасы АТФ.

47. Составьте суммарные уравнения реакций превращения:

а) глицерина в аланин при условии, что образующийся пируват подвергается восстановительному аминированию;

б) a -глицерофосфата в этанол и оксид углерода СО₂ .

48. Составьте суммарное уравнение реакций превращения глицерина в глюкозо-6-фосфат.

49. Составьте схему и суммарное уравнение реакций синтеза лактозы из глюкозы.

50. Составьте суммарное уравнение реакций синтеза УТФ из оксида углерода СО₂ , аммиака, АТФ, рибозо-5-фосфата, фумаровой кислоты и рассчитайте количество молекул глюкозы, распад которых в аэробных условиях обеспечит энергетически синтез одной молекулы УТФ.

51. Составьте схему синтеза серина из 3-фосфоглицериновой кислоты при условии, что превращение последовательно идет с участием следующих ферментов:

а) фосфатазы, глицератдегидрогеназы, аминотрансферазы;

б) 3-фосфоглицератдегидрогеназы, аминотрансферазы, фосфатазы.

52. Составьте схему превращения:

а) глутаминовой кислоты в аспарагиновую;

б) аспарагиновой кислоты в глутаминовую кислоту.

53. Определите, какой атом углерода глутаминовой кислоты будет меченым, если карбоксилирование пирувата осуществляется ¹⁴СО₂ , причем полученный оксалоацетат вступает в цикл ди- и трикарбоновых кислот, а a -кетоглутарат превращается в глутаминовую кислоту при участии аминотрансферазы.

54. Какие атомы азота адениловой кислоты происходят:

а) из аминного азота аспарагиновой кислоты;

б) из амидного азота глутамина?

55. В линии клеток, полученной из нормальной ткани щитовидной железы крысы, при стимуляции a ₁-адренергических рецепторов увеличиваются одновременно образование инозитолфосфата и высвобождение арахидоновой кислоты. Инозитолфосфат повышает внутриклеточную концентрацию Са²⁺ что приводит к выходу тироксина, а арахидоновая кислота служит источником простагландина Е₂, стимулирующего синтез ДНК. Каким же образом освобождение арахидоновой кислоты связано с активацией адренергических рецепторов? Арахидоновая кислота может появляться при расщеплении диацилглицероллипазой диацилглицерола, образующегося вместе с инозитолфосфатом. Другой возможный механизм освобождения арахидоновой кислоты-это независимое влияние рецептора на фосфолипазу А₂, которая может непосредственно высвобождать арахидоновую кислоту из интактных фосфоглицеридов. Проанализируйте следующие экспериментальные наблюдения.

1. Добавление к культивируемым клеткам норадреналина стимулирует образование как инозитолфосфата, так и арахидоновой кислоты.

2. Если сделать адренергические рецепторы нечувствительными к норадреналину, обработав клетки форболовым эфиром (активируя протеинкиназу С, он, видимо, вызывает фосфори-лирование рецепторов и тем самым их инактивапию), то добавка норадреналина уже не приводит к увеличению содержания в клетках ни инозитолфосфата, ни арахидоновой кислоты.

3. Если сделать клетки проницаемыми для GTP-g -S (негидролизуемый аналог GTP), то синтез инозитолфосфата и арахидоновой кислоты увеличивается.

4. В клетках, обработанных неомицином (который блокирует действие фосфолипазы С), последующее добавление GTP-g -S стимулирует выход арахидоновой кислоты, но не вызывает увеличения количества инозитолфосфата.

5. В клетках, обработанных коклюшным токсином, последующее добавление GTP-g -S стимулирует образование инозитолфосфата, но не арахидоновой кислоты.

А. В пользу какого из двух предполагаемых механизмов образования арахидоновой кислоты в данных клетках говорят эти наблюдения?

Б. Предложите молекулярный механизм, объясняющий стимуляцию образования арахидоновой кислоты и согласующийся с экспериментальными данными.

56. В состав каких коферментов входит ADP?

57. Приведите примеры типичных окислительных превращений NAD⁺ и NADP⁺. Укажите основной источник NADH в клетках. Сравните соотношения [NADH⁺]/[ NAD⁺] и [NADPH]/[ NADP⁺] в тканях. Какова обычная судьба NADH в метаболизме?

58. Перечислите некоторые типичные субстраты флавинопротеидов. Проиллюстрируйте обратимое восстановление простетической группы. Напишите химические реакции, протекающие с участием флавопротеидов:

а) в окислении жирных кислот,

б) в цикле трикарбоновых кислот,

в) в цепи переноса электронов.

59.Многие соединения, встречающиеся в клетке, синтезируются из веществ, участвующих в реакциях гликолиза и цикла трикарбоновых кислот, или из близко родственных им соединений.

Используя в качестве исходного субстрата пируват, укажите реакции, ведущие к образованию следующих соединений:

60. Проделайте следующие расчеты:

а) Оцените общее количество в граммах никотинамида, пантотеновой кислоты и тиамина в теле человека весом 70 кг.

б) Рассчитайте количество АТР (в миллимолях и в граммах), необходимое для того, чтобы такой человек поднялся с улицы на четвертый этаж здания (на высоту 10 м). Примите, что эффективность использования АТР равна 50% и что степень фосфорилирования остается постоянной и равной 10³ М^-1.

в) Какое количество АТР может быть обеспечено путом переноса фосфатной группы с запасенного в мышцах креатинфосфата? Исходите из того, что мышцы составляют 40% общей массы тела.

г) Рассчитайте, какое число оборотов в среднем совершит каждая молекула никотинамида, то есть сколько раз она восстановится и снова окислится, за время подъема на четвертый этаж, упомянутого в пункте "б". Проделайте тот же расчет для пантотеновой кислоты - переход между ацил-СоА и свободным СоА и обратно.

61. Для каждого из следующих процессов назовите орган или ткань взрослого человека, наиболее активно осуществляющий данный процесс.

а) Холестерин╝ Витамин D₃.

б) Холекальциферол╝ 25-оксикальциферол.

в) 25-оксихолекальциферол╝ 1,25-диоксихолекальциферол.

г) Пальмитиновая кислота╝ b -Оксибутират.

д) Секреция белка.

е) Холестерин╝ Гидрокортизон.

ж) Синтез АКТГ (кортикотропина).

з) Ацетоацетат╝ СО₂.

и) Холестерин╝ Холиевая кислота.

к) Креатин╝ Креатинфосфат.

л) О_2╝ Н₂О.

м) Синтез глюкагона.

62. Комплекс кортикостероидный гормон - рецептор, образованный при пониженной температуре и слабой ионной силе, присоединяется к хроматину только после "активации". Активация является реакцией первого порядка, в результате которой образуется мономолекулярный продукт.

Скорость реакции увеличивается с повышением температуры, и равновесие наступает в условиях, когда около 60% молекул комплекса оказываются активированными. Процесс характеризуется следующими параметрами:

К какому типу реакций Вы отнесете процесс активации?

63. Скорая помощь доставила в местную больницу 22-летнего мужчину с диагнозом отравления наркотиком. При поступлеии дыхание больного было поверхностным и нерегулярным. Ввиду ухудшения состояния применили искусственное дыхание с помощью механического респиратора. Анализ артериальной крови показал снижение рН крови до 7,18. Больному ввели внутривенно 12 г бикарбоната натрия.

а) Почему передозировка наркотика могла привести к дыхательному ацидозу?

б) Как влияет механическая вентиляция легких на рН крови больного и на ее способность транспортировать кислород в ткани?

в) Объясните, какова цель введения бикарбоната натрия.

64. Этанол полностью превращается в триацилглицеролы, но не может быть превращен в глюкозу или гликоген. Почему?

65. Рассчитайте, сколько молей АТР синтезируется при окислительном фосфорилировании из 1 г глюкозы и 1 г пальмитиновой кислоты в стандартных условиях.

Сравните Ваши результаты с количеством тепла, выделяющимся при сжигании 1 г глюкозы и 1 г пальмитиновой кислоты в калориметрической бомбе:

66. Потребление в течение продолжительного периода продуктов, калорийность которых превышает рекомендуемые дозы, может привести к ожирению.

Диета какого типа - богатая сахарами или жирами, способствует ожирению? Поясните Ваш ответ.

67. Проанализируйте механизм превращения L-метилмалонил-СоА в сукцинил-СоА под действием L-метилмалонил-СоА-мутазы.

а) Предложите эксперимент, позволяющий различить миграцию СОО^- -группы и -СО-S-СоА-группы в этой реакции.

б) На самом деле мигрирует группа -СО-S-СоА. Теперь предложите эксперимент для решения вопроса, какой перенос этой группы имеет место - межмолекулярный или внутримолекулярный?

68. Существует два основных механизма элонгации биологических молекул. Схематично они представлены на рисунке:

Первый механизм основан на отщеплении активирующей группы, помеченной на рисунке крестиком, от растущей цепи. При синтезе по второму механизму активирующая группа отщепляется от присоединяющегося к растущей цепи мономера.

Укажите, по какому из механизмов, первому или второму, протекают следующие реакции биосинтеза:

а) Синтез гликогена.

б) Синтез жирных кислот.

в) С₅ ╝ С₁₀ ╝ С₁₅ при синтезе холестерола.

г) Синтез ДНК.

д) Синтез РНК.

е) Синтез белковых молекул.