Наибольшее количество энергии освобождается при расщеплении молекул: 1.наибольшее количество энергии освобождается при расщеплении молекул:1) белков2) жиров3)

3.

Белковый обмен

Белковый обмен — использование и преобразование аминокислот белков в организме человека.

При окислении \(1\) г белка выделяется \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии.

Но организм редко использует большое количество белков для покрытия своих энергетических затрат, так как белки нужны для выполнения других функций (основная функция — строительная). Организму человека нужны не белки пищи, сами по себе, а аминокислоты, из которых они состоят.

В процессе пищеварения белки пищи, распадаясь в желудочно-кишечном тракте до отдельных аминокислот, всасываются в тонком кишечнике в кровяное русло и разносятся к клеткам, в которых происходит синтез новых собственных белков, свойственных человеку.

Уровень содержания аминокислот в крови регулирует печень. Распадаясь, аминокислоты образуют воду, углекислый газ и ядовитый аммиак. В клетках печени из образовавшегося аммиака синтезируется мочевина (которая затем выводится вместе с водой почками в составе мочи и частично кожей), а углекислый газ выдыхается через лёгкие.

Остатки аминокислот используются как энергетический материал (преобразуются в глюкозу, избыток которой превращается в гликоген).

Углеводный обмен

Углеводный обмен — совокупность процессов преобразования и использования углеводов.

Углеводы являются основным источником энергии в организме. При окислении \(1\) г углеводов (глюкозы) выделяется \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии.

Углеводы поступают в организм человека в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза или фруктоза и др. Все эти вещества распадаются в процессе пищеварения до простого сахара глюкозы, всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь.

Глюкоза необходима для нормальной работы мозга. Снижение содержания глюкозы в плазме крови с \(0,1\) до \(0,05\) % приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели.

Основная часть глюкозы окисляется в организме до углекислого газа и воды, которые выводятся из организма через почки (вода) и лёгкие (углекислый газ).

Часть глюкозы превращается в полисахарид гликоген и откладывается в печени (может откладываться до \(300\) г гликогена) и мышцах (гликоген является основным поставщиком энергии для мышечного сокращения).

Уровень глюкозы в крови постоянный (\(0,10\)–\(0,15\) %) и регулируется гормонами щитовидной железы, в том числе инсулином. При недостатке инсулина уровень глюкозы в крови повышается, что ведёт к тяжёлому заболеванию — сахарному диабету.

Инсулин также тормозит распад гликогена и способствует повышению его содержания в печени.

Другой гормон поджелудочной железы — глюкагон — способствует превращению гликогена в глюкозу, тем самым повышая её содержание в крови (т. е. оказывает действие, противоположное инсулину).

При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в жиры и откладывается в организме человека.

\(1\) г углеводов содержит значительно меньше энергии, чем \(1\) г жиров. Но зато углеводы можно окислить быстро и быстро получить энергию.

Обмен жиров

Обмен жиров — совокупность процессов преобразования и использования жиров (липидов).

При распаде \(1\) г жира выделяется \(38,9\) кДж (\(9,3\) ккал) энергии (в \(2\) раза больше, чем при расщеплении \(1\) г белков или углеводов).

Жиры являются соединениями, включающими в себя жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты под действием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника, а также при участии желчи, всасываются в лимфу в ворсинках тонкого кишечника. Далее с током лимфы липиды попадают в кровоток, а затем в клетки. 

Как и углеводы, жиры распадаются до углекислого газа и воды и выводятся тем же путём.

В гуморальной регуляции уровня жиров участвуют железы внутренней секреции и их гормоны.

Значение жиров

• Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга!) покрывается за счёт окисления жиров.
• Липиды являются структурными элементами клеточных мембран, входят в состав медиаторов, гормонов, образуют подкожные жировые отложения и сальники.
• Откладываясь в запас в соединительнотканных оболочках, жиры препятствуют смещению и механическим повреждениям органов.
• Подкожный жир плохо проводит тепло, что способствует сохранению постоянной температуры тела.

Потребность в жирах определяется энергетическими потребностями организма в целом и составляет в среднем \(80\)–\(100\) г в сутки. Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, в тканях некоторых органов (например печени), а также и на стенках кровеносных сосудов.

Если в организме недостаёт одних веществ, то они могут образовываться из других. Белки могут превращаться в жиры и углеводы, а некоторые углеводы — в жиры. В свою очередь жиры могут стать источником углеводов, а недостаток углеводов может пополняться за счёт жиров и белков. Но ни жиры, ни углеводы не могут превращаться в белки.

Подсчитано, что взрослому человеку для нормальной жизнедеятельности необходимо не менее \(1500\)–\(1700\) ккал в сутки. Из этого количества энергии на собственные нужды организма уходит \(15\)–\(35\) %, а остальное затрачивается на выработку тепла и поддержание температуры тела.

Урок 24. энергетика живой клетки — Естествознание — 10 класс

Энергетика живой клетки

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Обязательным условием существования биологических систем являются потоки энергии. В этом заключаются ключевые различия между живой и неживой природой. Ключевую роль в трансформации энергии обеспечивает клетка, как элементарная структура живого.

Из всего многообразия существующих форм энергии живые существа на нашей планете используют только две – световую и энергию химических связей. В зависимости от типа питания организмы разделают на автотрофов (от греч. «авто» — сам, «трофос» — питание) и гетеротрофов (от греч. «гетерос» — другой, «трофос» — питание) .

Главным переносчиком энергии в клетке являются молекулы АТФ (аденозинтрифосфат) Энергия в АТФ запасается в виде высокоэнергетических химических связях между остатками фосфорной кислоты, которая освобождается при отщеплении фосфата:

АТФ → АДФ + Ф + E

Выделяемая энергия используется клетками для процессов выработки тепла, мышечных сокращений (мышечная клетка), для проведения нервного импульса (нервные клетки) и т.п.

Обратный процесс образования АТФ с затратой энергии, получил название энергетический обмен.

Синтез макромолекул важнейших органических соединений, необходимых для построения структур клетки, обеспечения всех процессов жизнедеятельности клеток – пластический обмен — обеспечивается также энергией АТФ.

Независимо от типа питания, универсальным аккумулятором энергии живых организмов выступают молекулы АТФ. Такая схожесть иллюстрирует единство происхождения всего живого.

Фотосинтез

Процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием солнечной энергии получил название фотосинтез. Различают в фотосинтезе две фазы: световую и темовую.

В так называемой, световой фазе, кванты света выбивают электроны из молекулы хлорофилла ион начинает передаваться по специальным белковым переносчикам, расположенных на мембране хлоропластов. Под действием света одновременно происходит разложение воды (фотолиз). Энергия возбуждённого электрона используется на синтез АТФ и молекулу НАДФ (переносчик водорода) – в этом биологический смысл световой фазы фотосинтеза.

Побочными продуктами фотолиза воды становятся кислород и свободные электроны:

2Н₂О→ Н⁺ + 4е^— + О₂

Сущность реакции темновой фазы можно выразить следующим уравнением:

СО₂ + НАДФ∙Н + АТФ = С₆Н₁₂О₆ +АДФ + НАДФ⁺

Фотосинтез, таким образом, является процессом превращения одной (световой) формы энергии в другую(химическую). Вся энергия биосферы запускается благодаря этому процессу. Другими словами, фотосинтез является отражением космических потоков энергии. Помимо этого, фотосинтезирующие организмы не только обеспечивают первичный синтез органических соединений, но и создают условия необходимые для существования других живых организмов.

Метаболизм

Поступившие вместе с пищей (или в результате фотосинтеза) органические вещества расщепляются на более простые (катаболизм или диссимиляция), которые служат для построения макромолекул органических соединений (анаболизм или ассимиляция). Эти процессы происходят в организме одновременно. Совокупность этих процессов получила название – метаболизм. В результате его организм осуществляет обмен веществом и энергией с окружающей средой.

Наибольшее значение для энергетического обмена являются многостадийные реакции окисления глюкозы.

На стадии гликолиза (бескислородного расщепления) в цитоплазме клетки происходит ферментативное расщепление молекулы глюкозы с образованием более простой пировиноградной кислоты и молекул АТФ:

С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + 2 Ф → С₃Н₄О₃ + 4Н⁺ + 2АТФ

Молекулы пировиноградной кислоты обладают значительной энергией, высвобождение которой происходит в митохондриях. В ходе так называемого клеточного дыхания, образуется 30 молекул АТФ.

Суммарную реакцию окисления глюкозы можно представить следующим образом:

С₆Н₁₂О₆+6О₂+6Н₂О+32АДФ+32Ф→6СО₂+12Н₂О +32АТФ

Некоторые микроорганизмы при недостатке кислорода расщепляют глюкозу в процессе анаэробного дыхания или брожения. В зависимости от конечных продуктов такого расцепления различают спиртовое брожение (с образование этанола), молочнокислое (молочная кислота). Последнее происходит и в мышцах, при недостатке кислорода, например во время длительной тренировки. Энергетический выход такого типа расщепления менее энергоэффективен.

Основным источником энергии для организмов является окисление глюкозы в митохондриях. При этом также может происходить окисление других органических соединений (белков, жиров), потребляемых, например, вместе с пищей. Расщепление жиров происходит с более значительным выделением энергии (чем углеводов), но этот процесс более длительный. Потреблённые белки в первую очередь идут на построение собственных белков клетки, и вовлекаются в энергетический обмен в крайних случаях. Поэтому питание должно быть сбалансированным.

Взаимосвязь энергетического и пластического обмена

Процессы аккумулирования энергии в молекулах АТФ (энергетический обмен) и использование запасённой энергии для синтеза необходимых веществ (белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) неразрывно связаны. Так синтез АТФ не возможен без разложения органических веществ, а синтез веществ клетки не возможен без энергии АТФ.

Оба процесса протекают одновременно и неотделимы друг от друга, обеспечивая жизнедеятельность организма. Таким образом, в клетках происходит трансформация вещества и энергии, которые лежат в основе существования жизни и непрерывного самообновления. Сходство процессов энергетического обмена в клетках всех живых организмов является доказательством единства их происхождения.

Вывод

Добытая энергия извне запасается в универсальных биологических аккумуляторах АТФ в виде химических связей.

В клетках происходят одновременно процессы энергетического и пластического обмена, это лежит в основе сохранения жизни. Взаимообмен энергией и веществом между живой и неживой природой является иллюстрацией принципа единства и взаимосвязи материального мира.

Сравнение энергетического и пластического обменов

Механизм повреждения энергетического обмена при гипоксии и возможные пути его коррекции фумаратсодержащими растворами

Л.В. Слепнева, Г.А. Хмылова

ФГБУ «Российский НИИ гематологи трансфузиологии ФМБА», г. Санкт-Петербург

Трансфузиология №2, 2013

Резюме

Статья посвящена вопросам механизма действия препаратов, влияющих на процессы энергообразования в организме. Показаны пути коррекции нарушений энергетического обмена и преимущества фумаратсодержащих инфузионных растворов.

Ключевые слова: гипоксия, цикл Кребса, сукцинат, фумарат, фумаратсодержащие инфузионные растворы, мафусол, полиоксифумарин, конфумин.

В настоящее время нарушения энергетического обмена рассматриваются как один из ведущих патологических процессов, приводящих к необратимым последствиям и гибели организма, что обусловливает исключительную важность рассматриваемой проблемы. Коррекция или устранение энергодефицита является обязательным компонентом в лечении большинства патологических состояний, и в связи с этим, понимание механизма действия препаратов, способных влиять на различные звенья энергообмена, для практикующих врачей приобретают особую ценность.

Жизнедеятельность организма с многообразием всех физиологических функций и биохимических процессов возможна лишь при условии его постоянного энергообеспечения. В настоящее время имеется значительный экспериментальный и клинический материал, свидетельствующий о том, что различные экстремальные воздействия на организм (тяжелая кровопотеря, ожог, травма, сердечная недостаточность, острое отравление и др.) вызывают однотипные повреждения в клеточной системе энергообразования. Это явление обусловлено тем, что результирующим эффектом различных по своей природе экстремальных факторов является развитие острого кислородного голодания тканей. Дефицит кислорода — акцептора электронов в митохондриальной дыхательной цепи, приводит к глубокому подавлению биоэнергетической функции митохондрий. Выходит из строя основная энергетическая система клетки, энергопродукция клетками резко снижается, и, как следствие, нарушается течение многочисленных энергозависимых процессов в организме [2, 6, 11, 13, 24, 34, 36, 37, 43].

Недостаточность систем энергообразования в клетке составляет существенный элемент патогенеза многих заболеваний. По мнению ряда авторов, поддержание жизни в экстремальных условиях возможно до тех пор, пока дефицит энергии не достигнет критических величин. Истощение клеточных энергетических резервов ниже допустимого уровня сопровождается развитием в клетке необратимых процессов и гибелью организма.

Прежде чем перейти к рассмотрению вопросов, связанных с нарушением энергетического обмена в клетке при патологических состояниях и его коррекции применением различных лекарственных средств, кратко остановимся на описании процессов энергообразования в нормально функционирующей клетке [16, 41].

На рис. 1 схематически представлен сложный процесс распада питательных веществ, который обеспечивает ступенчатое постепенное освобождение энергии и аккумуляцию ее в виде макроэргической фосфатной связи аденозинтрифосфата (АТФ).

Распад сложных питательных веществ на более простые является необходимым условием для дальнейшего использования их в клетке в качестве источников энергии и пластического материала. В катаболизме основных питательных веществ (углеводов, белков и жиров) можно выделить три основные стадии.

На первой стадии крупные молекулы под влиянием сложных ферментативных систем расщепляются на более простые. В результате действия этих ферментативных систем углеводы расщепляются до гексоз и пентоз, липиды – до глицерина и жирных кислот, из белков образуется около 20-ти аминокислот.

На второй стадии происходит дальнейшее расщепление образовавшихся соединений. Из 20-ти различных аминокислот образуется лишь несколько конечных продуктов, а именно, ацетил-коэнзим А, α-кетоглютаровая и щавелевоуксусная кислоты.

Жирные кислоты в процессе β-окисления превращаются в ацетил-КоА. Гексозы под действием ферментативных систем гликолиза расцепляются до пировиноградной кислоты, которая затем в процессе окислительного декарбоксилирования превращается также в ацетил-КоА.

Гликолиз является тем механизмом, посредством которого многие организмы получают химическую энергию из глюкозы и других субстратов в отсутствие молекулярного кислорода. У большинства аэробных организмов процесс гликолиза является предварительной ступенью для дальнейшего окисления продуктов брожения кислородом в процессе дыхания.

Метаболиты, образовавшиеся на второй стадии распада питательных веществ (ацетил-КоА, α-кето-глютаровая, щавелевоуксусная кислоты) вступают в третью стадию, которая для них является общей и на которой они в конечном итоге окисляются до СО2 и Н2О.

Третья стадия – стадия терминального окисления питательных веществ, во время которой освобождается основная масса энергии, осуществляется в митохондриях через цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) и митохондриальную дыхательную цепь. ЦТК – общий конечный путь окислительного катаболизма всех видов клеточного топлива в аэробных условиях. В этом цикле под действием специфических дегидрогеназ протекают процессы дегидрирования субстратов, восстановительные эквиваленты от которых (протоны и электроны) поступают на митохондриальную дыхательную цепь. Дегидрирование – отщепление молекул Н2 от интермедиатов цикла Кребса происходит, в основном, при помощи дегидрогеназ, простетической группой которых является никотинамидаденин-динуклеотид (НАД), и лишь дегидрирование янтарной кислоты осуществляется ФАД-зависимой дегидрогеназой (сукцинатдегидрогеназой).

Дыхательная цепь, состоящая из серии переносчиков электронов, передает восстановительные эквиваленты конечному акцептору электронов – молекулярному кислороду. Дыхательная цепь – это полиферментная система, локализованная во внутренней мембране митохондрий, основными компонентами которой являются НАД-зависимые дегидрогеназы, флавопротеиды и цитохромы (рис. 1).

Сопряженно с транспортом электронов протекает процесс окислительного фосфорилирования, в котором значительная часть свободной энергии электронов, передаваемых редокс-цепью на кислород, аккумулируется и трансформируется в специфическую макроэргическую связь АТФ. Таким образом, необходимая для нужд организма энергия образуется благодаря функционированию взаимосвязанных процессов гликолиза и дыхания. В процессе гликолиза высвобождается лишь незначительная часть той химической энергии, которая потенциально может быть извлечена из молекулы глюкозы. Полное окисление глюкозы до СО2 и Н 2О, осуществляемое в процессе дыхания, приводит к синтезу значительно большего количества макроэргов. При окислении одной молекулы глюкозы в гликолитическом цикле образуется 2 молекулы АТФ, тогда как дальнейшее расщепление продуктов гликолиза в цикле Кребса сопровождается синтезом 38 молекул АТФ. Таким образом, митохондриальная дыхательная цепь является основным местом приложения и утилизации кислорода в клетке.

При дефиците кислорода – конечного акцептора электронов в редокс-цепи митохондрий – отмечается выраженная гиперредукция всех компонентов терминального звена окисления. Прекращаются транспорт электронов по дыхательной цепи и сопряженный с ним процесс образования макроэнергических фосфатов. Известно, что в условиях нормоксии НАД-звено дыхательной цепи митохондрий принимает восстановительные эквиваленты из различных источников:

1. от субстратов цикла Кребса при участии специфических дегидрогеназ;

2. оксиацил-КоА-дегидрогеназы поставляютионы водорода на НАД- звено при окислении жирных кислот;

3. сложная система пируват-дегидрогеназы, отщепляя ионы водорода в реакциях окислительного декарбоксилирования, передает их на НАД-звено редокс-цепи;

4. внемитохондриальный НАД-Н, образованный в центральной реакции гликолитической оксидоредукции, также отдает свои протоны на митохондриальную дыхательную цепь (рис.1).

Мощный поток восстановительных эквивалентов в условиях кислородной недостаточности не может реализоваться из-за гипервосстановленности НАД-зависимого участка дыхательной цепи. Выключается из функционирования основная энергетическая система клетки, резко снижается продукция АТФ.

В анаэробных условиях клетка стремится восполнить энергетический дефицит за счёт активации гликолиза. Несмотря на то, что при анаэробном гликолизе продуцируется почти в 20 раз меньше АТФ, чем при полном сгорании глюкозы в цикле Кребса, потенциальная скорость процесса в основном может обеспечить энергозатраты организма. Однако для осуществления гликолитических реакций необходим постоянный приток окисленной формы НАД, который при нормоксии обеспечивается работой специфических челночных механизмов. Гликолитический НАД-Н проникает через митохондриальные мембраны посредством функционирования α-глицерофосфатного, β-оксибутиратного и других механизмов переноса восстановительных эквивалентов.

Оксибутиратный и глицерофосфатные шунты являются основными конкурентами лактатдегидрогеназного механизма окисления гликолитического НАД-Н, деятельность которого при нормальной концентрации кислорода в клетке подавлена более активными вышеназванными механизмами.

При нарушении электронтранспортной функции редокс-цепи и гиперредукции ее НАД-звена клетка вынуждена изыскивать другие пути реокисления цитоплазматического НАД-Н. В условиях острой гипоксии конечный продукт гликолиза – пируват – не подвергается декарбоксилированию и не вовлекается в цикл Кребса, а, принимая восстановительные эквиваленты от цитоплазматического НАД-Н, превращается в лактат с освобождением новых порций окисленной формы НАД (рис. 2).

Активация лактатдегидрогеназного механизма поставки НАД для гликолиза в конечном итоге приводит к истощению запасов гликогена и тканевому ацидозу вследствие накопления кислых продуктов метаболизма (лактата, пирувата, оксибутирата, глицерофосфата и др.). Избыточные концентрации конечного субстрата анаэробного гликолиза – лактата – тормозят последнюю реакцию гликолитического цикла.

Регенерация НАД прекращается, и, именно, дефицит пиридиннуклеотида останавливает гликолиз и анаэробную продукцию АТФ. Клеточный ацидоз способствует нарушению проницаемости мембран, вплоть до разрушения лизосом. В цитоплазму поступают аутолитические ферменты. Развивается процесс аутолиза клеток, сопровождающийся повреждением тканей и органов. В организме формируются необратимые изменения.

Таким образом, степень повреждения митохондриального метаболизма в условиях тяжелой кислородной недостаточности определяет тяжесть многих патологических состояний. Накопленный опыт лечения шока и кровопотери показывает, что существующие инфузионнотрансфузионные среды, проявляя лечебное действие в стадиях легкой и средней тяжести, оказываются недостаточными на поздних стадиях процесса. Особенности течения поздних стадий геморрагического шока связывают главным образом с генерализованными нарушениями метаболизма и возникающими в результате этого расстройствами энергообмена.

В связи с этим применение совместно с кровезаменителями препаратов, способных повысить энергетический потенциал клетки в условиях гипоксии, рассматривается как один из путей повышения эффективности инфузионной терапии гиповолемических состояний.

В ликвидации энергетического дефицита большое значение придается антигипоксантам. К настоящему времени не выработано единого общепринятого определения антигипоксантов и их классификации, так как в ответ на гипоксическое воздействие вовлекаются самые разные системы организма. Препараты биоэнергетического действия можно разделить на несколько групп.

К первой группе следует отнести препараты, являющиеся источником энергетического сырья (глюкоза, сорбит, АТФ, фосфорилированные гексозы и др.). Использование их показано при патологических состояниях, сопровождающихся истощением энергетических ресурсов в клетке. Включение в состав противошоковых кровезаменителей 5-10% глюкозы или фосфорилированных гексоз [1, 42] для поддержания гликолиза в клетках не позволяет существенно повысить эффективность инфузионной терапии из-за неизбежно возникающего накопления кислых продуктов метаболизма и дефицита окисленной формы пиридиннуклеотида (НАД). Отсюда понятно, что введение таких субстратов окисления, как глюкоза или гексозы, при гипоксии целесообразно лишь с препаратами, ускоряющими утилизацию лактата. Таким свойством обладают соединения группы гутимина. В эксперименте показан антигипоксический эффект гутимина и амтизола при геморрагическом шоке [8].  

Ко второй группе препаратов можно отнести средства, которые, не являясь энергетически богатыми соединениями, способны активно воздействовать на энергетический обмен посредством коррекции отдельных звеньев многоступенчатого процесса аккумуляции энергии в клетке. Данные о нарушении транспорта электронов в дыхательной цепи митохондрий при шоке и кровопотери [28] являются теоретической предпосылкой для применения антигипоксантов с электрон-акцепторными свойствами. В литературе имеются довольно обширные сведения о применении естественных и искусственных антигипоксантов – переносчиков электронов. К числу первых относится цитохром С, который, как известно, является одним из компонентов дыхательной цепи митохондрий и служит мобильным переносчиком электронов. Играя важную роль в энергетическом метаболизме клетки, цитохром С показал высокую лечебную эффективность в клинической практике при терапии шока, кровопотери и постишемической гипоксии [12, 32].

Разработке и исследованию искусственных переносчиков электронов посвящено значительное количество работ. Эти соединения способны модифицировать дыхательную цепь митохондрий так, чтобы осуществлять «сброс» восстановительных эквивалентов непосредственно на кислород, минуя заблокированные участки дыхательной цепи. К числу таких веществ относится ряд соединений из класса хинонов (ортопарабензохиноны, нафтохиноны, гексогидрохиноны). Высокий редокс-потенциал этих препаратов определяет их способность к транспорту электронов [30]. При проведении экспериментов на животных многие из этих соединений оказались токсичными, что не позволило рекомендовать их в качестве лечебных средств. Из всех средств, формирующих искус- ственные редокс-системы, в медицинскую практику внедрен препарат «Гипоксен», представляющий собой синтетический полихинон [9].

Известно, что антигипоксанты группы хинонов осуществляют перенос электронов с НАД-Н звена на кислород, минуя все 3 пункта фосфорилирования в дыхательной цепи и, следовательно, устранение дефицита энергии при введении этих препаратов может происходить лишь за счет активации гликолитической выработки АТФ. Однако для полноценного проявления антигипоксических свойств этих соединений необходим акцептор электронов – кислород. Наибольший интерес для включения в состав новых комплексных кровезаменителей представляют, так называемые, истинные антигипоксанты или антигипоксанты прямого действия, непосредственно влияющие на митохондриальный метаболизм при гипоксии.

Согласно теоретическим предпосылкам, одна из возможностей поддержания биоэнергетики клетки может быть реализована посредством стимуляции адаптационных механизмов к гипоксии, работающих на последних этапах цикла Кребса. Из всех субстратов цикла Кребса только влияние сукцината на энергетический обмен подробно изучено в эксперименте на животных.

Исследование механизма действия сукцината при гипоксических состояниях проведено в работах М.Н. Кондрашовой с соавторами [5, 6]. Исследователи считают, что в условиях гипоксии сукцинат, не являясь НАД-зависимым субстратом, «монополизирует» дыхательную цепь и активно в ней окисляется. Высокая скорость реакции окисления сукцината, поставляющей 2 молекулы АТФ, позволяет компенсировать выработку 3-х молекул АТФ, образующихся при окислении НАД-зависимых субстратов. Однако в условиях прогрессирующей гипоксии дефицит кислорода, лимитирующий скорость окисления всех субстратов, снижает ценность сукцината и ставит его в один ряд с другими субстратами окисления. Поэтому применение сукцината в качестве антигипоксанта должно быть особенно эффективно в комплексе с препаратами, улучшающими кислородообеспечение организма. Преимущественное использование сукцината – естественная защита клетки против гипоксии. При этом пополнение фонда субстрата может происходить за счет реакций цикла Кребса, идущих как в прямом, так и в обратном направлениях (рис. 3).

При обратном течении реакций имеющийся запас малата по мере необходимости превращается в фумарат, который восстанавливается в сукцинат. Восстановление фумарата сопровождается выработкой АТФ, и поэтому реакции обращения в системе «малат-фумарат-сукцинат» способны поддерживать окислительное фосфорилирование даже при аноксии.

В условиях же гипоксии инверсивные превращения фумарата выполняют роль триггера, который, в зависимости от концентрации кислорода регулирует течение конечных реакций цикла Кребса в прямом либо в обратном направлениях, и эти реакции сопровождаются синтезом АТФ. Механизм инверсивных превращений фумарата в цикле Кребса объясняет эффективность применения фумаратсодержащих инфузионных сред, таких как кристаллоидный раствор – мафусол, коллоидный кровезаменитель – полиоксифумарин и концентрированный раствор фумарата натрия – конфумин. Эти препараты разработаны и основательно изучены в Российском НИИ гематологии и трансфузиологии. Лечебная эффективность была изучена на моделях геморрагического и ожогового шока, а также при экспериментальном перитоните [17–20, 23, 25,45]. Оценку эффективности инфузионных растворов определяли по совокупности показателей системной гемодинамики, кислородного режима, кислотно-основного состояния (КОС), перекисного окисления липидов и митохондриального метаболизма в печени и сердце животных. Полярографическое исследование митохондрий, выделенных из печени и сердца животных, леченных фумаратсодержащими растворами, свидетельствовало о полном восстановлении энергопродуцирующих функций этих органелл. Следует отметить, что летальность животных в контрольной группе (тяжелый шок) составляло 100%, при лечении мафусолом или полиоксифумарином – 17–20%.

Результаты исследования митохондриального метаболизма позволяют предположить, что парентеральное введение фумарата индуцирует суперкомпенсацию адаптационного механизма к гипоксии, функционирующих на последних этапах цикла Кребса. Фумарат в системе «малат-фумарат-сукцинат» способен поддерживать синтез АТФ как в аэробных, так и в анаэробных условиях. При дефиците кислорода фумарат, восстанавливаясь ФАД∙Н2-группой сукцинатдегидрогеазой, превращается в сукцинат и освобождает новые порции окисленной формы ФАД. Принимая восстановительные эквиваленты от НАД-Н, ФАД способствует снятию гипервосстановленности НАД звена дыхательной цепи и синтезу АТФ в бескислородной среде. При поступлении кислорода в клетку сукцинат, синтезируемый из фумарата, монополизирует дыхательную цепь и, активно окисляясь в ней, продуцирует АТФ (рис. 3). К тому же, образование в этих реакциях окисленной формы НАД запускает также и механизм гликолитической продукции АТФ. Поддержание энергетического потенциала клетки при инфузия фумарата способствует удлинению периода обратимых изменений в организме и предотвращает развитие «необратимости» при патологических состояниях, отягощенных глубокой гипоксией.

Парентеральное введение фумаратсодержащих растворов наряду с восстановлением биоэнергетики клетки, сопровождается «мягким» ощелачивающим действием препаратов на кислотно-основное состояние крови при ацидозе. Это действие обусловлено тем, что такие органические соли, как фумарат-, ацетат-, лактат-, сукцинат- и малат натрия являются соединениями, образованными сильным основанием (NaOH) и слабой кислотой. При гидролизе подобных солей в кровеносном русле освобождается соответствующая кислота и NaOH, который расходуется на нейтрализацию кислых продуктов метаболизма. Реакция гидролиза смещена вправо, так как постоянно происходит потребление продукта гидролитической реакции – NaOH (рис. 4).

Следует отметить, что вышеназванные соли оказывают мягкое ощелачивающие действие по сравнению с бикарбонатом натрия, широко используемым в клинической практике для ликвидации ацидоза. Реакция гидролиза NaHСО3 протекает значительно быстрее, так как в ходе реакции удаляются оба ее продукта: NaOH расходуется на нейтрализацию метаболитов, а второй продукт реакции – угольная кислота, нестоек и разлагается на Н2О и СО2. Образованная в избыточном количестве щелочь может способствовать развитию алкалоза, что имеет место в клинических условиях при передозировке бикарбоната натрия.

Все вышеперечисленные соли входят в состав различных инфузионных растворов (мафусол, полиоксифумарин, конфумин, лактасол, Рингер-лактат, ацесоль, реамберин, стерофундин и др.). Однако оказывая ощелачивающее действие при ацидозе, далеко не все эти препараты способны поддержать энергетический обмен при гипоксии. Восстановление показателей КОС «химическим путем» является недостаточным для успешной терапии шока.

Следует к тому же учитывать, что при гидролизе лактата натрия выделяется молочная кислота, которая в сумме с эндогенной молочной кислотой, возникающей в больших концентрациях при гипоксии, могут способствовать подавлению реакций гликолиза, что, в свою очередь, вызывает снижение продукции гликолитической АТФ. Существуют также исследования, указывающие, что лактат может вызвать интерстициальный отек головного мозга и повышать агрегацию тромбоцитов и эритроцитов [14, 39, 44]. Лактатсодержащие инфузионные растворы нельзя использовать при печеночной недостаточности [35, 38, 40], а также в случаях шока, сопровождающегося гиперлактатемией или лактатным ацидозом [33].

Ацетат натрия, в отличие от лактата, не проявляет токсического действия при тяжелом шоке. Однако утилизация уксусной кислоты, образованной при гидролизе ацетата натрия, в условиях кислородной недостаточности затруднена вследствие постгипоксического дефекта в функционировании митохондриальной дыхательной цепи. Лечебное действие фумарата натрия в сравнении с лактатом и ацетатом представляется более физиологичным, так как при его введении наряду с ощелачивающим эффектом проявляется и его влияние на восстановление процессов генерации энергии в митохондриях, а, следовательно, устраняется причина возникновения метаболического ацидоза.

Сукцинатсодержащие растворы, в частности «Реамберин», способствуют поддержанию энергетического обмена, однако, в условиях острого дефицита кислорода подавляется окисление сукцината и существенно снижается его энергопродуцирующая функция. Окисление малата в цикле Кребса осуществляется НАД-зависимой малатдегидрогеназой, и эта реакция тормозится из-за гипервосстановленности НАД-звена редокс-цепи митохондрий при гипоксии. Следовательно, в этих условиях субстрат не способен повысить энергетический потенциал клетки. К тому же, в инфузионном малатсодержащем растворе «Стерофундин» концентрация малата очень низкая, чтобы обеспечить достаточную продукцию АТФ. В условиях гипоксии повышение концентрации малата могло бы создать условия для обращения реакций в цикле Кребса с увеличением фонда фумарата, способного принимать восстановительные эквиваленты (Н2) и синтезировать АТФ. Однако концентрация малата в стерофундине (5 ммоль/л) незначительна для запуска реакций в цикле Кребса в обратном направлении.

Фумаратсодержащие растворы (мафусол, полиоксифумарин) содержат высокие концентрации фумарата (86 ммоль/л), обеспечивающие как выработку АТФ, так и накопление сукцината, который активно окисляется при поступлении кислорода. Введение субстратов в организм при гипоксии показано еще и вследствие того, что кислородная недостаточность сопровождается значительным субстратным голодом клетки. Препараты «Мафусол» и «Полиоксифумарин» с высокой концентрацией фумарата и возможностью инфузий больших объемов этих растворов без побочных эффектов являются высокоэффективными средствами терапии шока различного генеза. Это подтверждено клинически. Так, кристаллоидный кровезаменитель «Мафусол» разрешен к медицинскому применению уже более 20 лет и широко используется в разных областях медицины (хирургия, неврология, кардиология, реаниматология, педиатрия, акушерство и гинекология, комбустиология, токсикология и др.) [3, 15, 22, 27, 29, 31]. Отличительной особенностью этого препарата является то, что его можно переливать в больших количествах, не только внутривенно, но и внутриартериально, а также в смеси для заполнения контура АИК при открытых операциях на сердце. Ни один из существующих сейчас на фармацевтическом рынке инфузионных антигипоксических препаратов не обладает этими свойствами. Полифункциональный коллоидный плазмозаменитель «Полиоксифумарин» с 1999 года успешно применяется у взрослых и детей в клинической практике гиповолемических состояний различной степени тяжести [10, 21, 22]. Аналогов ему нет ни в России, ни зарубежом.

Применение концентрированного раствора фумарата натрия (препарата «Конфумин») в качестве антигипоксического компонента в схемах инфузионно-трансфузионной терапии существенно увеличивает уровень субстратов окисления в кровеносном русле и позволяет повысить лечебную эффективность общепринятых в клинической практике плазмозаменителей [3, 4, 22, 25-27]. Конфумин разрешен к широкому медицинскому применению у взрослых, промышленный выпуск препарата освоен в ОАО «Фирма Медполимер».

Контрольные вопросы для самопроверки по теме «Молекулярный уровень организации жизни»

1. Рибоза, в отличие от дезоксирибозы, входит в состав: 

1. ДНК
2. иРНК
3. белков
4. полисахаридов

2. Наибольшее количество энергии освобождается при расщеплении молекул:

1. белков
2. жиров
3. углеводов
4. нуклеиновых кислот

3. Определите последовательность процессов, происходящих в клетке при репликации ДНК. 

1. разрыв водородных связей между нитями молекулы ДНК
2. присоединение к каждой нити ДНК комплементарных нуклеотидов
3. раскручивание части спирали ДНК с участием ферментов
4. образование двух молекул ДНК из одной           

4. Установите соответствие между признаком нуклеиновой кислоты и её видом.

      ПРИЗНАКИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ:

1. состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль
2. состоит из одной полинуклеотидной неспирализованной цепи
3. передает наследственную информацию из ядра к рибосоме
4. является хранителем наследственной информации
5. состоит из нуклеотидов: АТГЦ
6. состоит из нуклеотидов: АУГЦ

      ВИДЫ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ:

1. ДНК
2. иРНК

5. Основным источником энергии в организме являются: 

1. витамины
2. ферменты
3. гормоны
4. углеводы

6. Установите соответствие между характеристикой молекулы нуклеиновой кислоты и её видом.

      ХАРАКТЕРИСТИКА:

1. имеет форму клеверного листа
2. состоит из двух спирально закрученных цепей
3. доставляет аминокислоты к рибосоме
4. является хранителем наследственной информации
5. в длину достигает несколько сотен тысяч нанометров
6. имеет самые маленькие размеры из нуклеиновых кислот

      ВИД НУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ: 

1. ДНК
2. тРНК

7. Какие вещества относят к биополимерам? 

1. крахмал
2. глицерин
3. глюкозу
4. белки
5. ДНК
6. фруктозу

8. При делениии клеток животных и растений основной источник энергии – молекулы:

1. АТФ
2. тРНК
3. иРНК
4. ДНК

9. Способность молекул белка обезвреживать вредные вещества, болезнетворные микроорганизмы лежит в основе функции: 

1. каталитической
2. строительной
3. сигнальной
4. защитной

10. При расщеплении РНК и ДНК образуются молекулы: 

1. глюкозы и фруктозы
2. жирных кислот и глицерина
3. аминокислот
4. нуклеотидов

11. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 30% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином содержится в этой молекуле? 

1. 20%
2. 30%
3. 60%
4. 40%

12. Белки синтезируются в клетках тела из: 

1. нуклеиновых кислот
2. гликогена
3. углеводов
4. аминокислот

13. Вода играет большую роль в жизни клетки, так как она: 

1. участвует во многих химических реакциях
2. обеспечивает нормальную кислотность среды
3. ускоряет химические реакции
4. является источником энергии

14. Белки пищи в пищеварительной системе человека расщепляются до: 

1. простых углеводов
2. глицерина и жирных кислот
3. аминокислот
4. гликогена

15. Какую функцию в клетке выполняют белки, ускоряющие химические реакции? 

1. информационную
2. сигнальную
3. каталитическую
4. строительную

16. В состав молекулы АТФ входит: 

1. азотистое основание
2. аминокислота
3. дезоксирибоза
4. глицерин

17. Минеральные вещества в организме не участвуют в: 

1. построении скелета
2. освобождении энергии за счет биологического окисления
3. регуляции сердечной деятельности
4. поддержании кислотно-щелочного равновесия

18.  Вторичная структура белка поддерживается: 

1. ковалентными связями
2. водородными связями
3. гидрофобными взаимодействиями
4. электростатическими взаимодействиями

19. Жиры в организме ряда животных защищают тело от холода за счет их: 

1. высокой энергетической ценности
2. нерастворимости в воде
3. низкой теплопроводности
4. высокой теплоёмкости

20. Универсальным источником энергии в клетке являются молекулы: 

1. ДНК
2. АТФ
3. глюкозы
4. жирных кислот

21. Биологическими катализаторами являются: 

1. витамины
2. ферменты
3. неорганические соли
4. гормоны

22. Какую роль выполняет вода в жизнедеятельности клетки? 

1. растворителя
2. строительную
3. энергетическую
4. защитную

23. Разнообразные функции в клетке выполняют молекулы: 

1. ДНК
2. белков
3. иРНК
4. АТФ

24.  В основе какой функции белка лежит способность их молекул изменять свою структуру?

1. энергетической
2. информационной
3. сократительной
4. запасающей

25. Белки, жиры, углеводы в организме человека используются:

1. в качестве стимуляторов роста
2. для синтеза различных витаминов
3. для передачи признаков потомству по наследству
4. в качестве строительного материала и источника энергии

26. Установите соответствие между строением и функцией органического вещества и его видом.

      СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ

      А)состоят из остатков молекул глицерина и жирных кислот

      Б)состоят из остатков молекул аминокислот

      В)защищают организм от переохлаждения

      Г)защищают организм от чужеродных веществ

      Д)относятся к полимерам

      Е)не являются полимерами

     Органические вещества:

1. липиды
2. белки

27.  Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, объясните их.

      1. Большое значение в строении и жизнедеятельности организмов имеют белки. 2. Это биополимеры, мономерами которых являются азотистые основания. 3. Белки входят в состав плазматической мембраны. 4. Многие белки выполняют в клетке ферментативную функцию.  5. В молекулах белка зашифрована наследственная информация о признаках организма. 6. Молекулы белка и тРНК входят в состав рибосом.

28. В состав нуклеотидов молекулы ДНК не входит  азотистое основание:

1. аденин
2. гуанин
3. урацил
4. цитозин

29. Какие функции выполняет в клетке вода?

1. строительную
2. растворителя
3. каталитическую
4. запасающую
5. транспортную
6. придает клетке упругость

30. Какие вещества выполняют в клетке информационную функцию?

1. белки
2. нуклеиновые кислоты
3. АТФ
4. липиды

31.  Живые организмы нуждаются в азоте, так как он служит:

1. главным составным компонентом белков и нуклеиновых кислот
2. основным источником энергии
3. главным структурным компонентом жиров и углеводов
4. основным переносчиком кислорода

32. Вещества, содержащие азот, образуются при биологическом окислении:

1. белков
2. жиров
3. углеводов
4. глицерина

33. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 25% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином в этой молекуле?

1. 25%
2. 45%
3. 50%
4. 75%

34. На каком рисунке изображена схема строения молекулы тРНК?

35. Что характерно для ферментов?

1. представляют собой фрагменты молекулы ДНК
2. имеют белковую природу
3. ускоряют химические реакции
4. участвуют в терморегуляции
5. регулируют процессы жизнедеятельности
6. могут содержать витамины

36.  Чем обусловлено многообразие белков?

1. особенностью их первичной структур
2. наличием в их составе аминокислот
3. наличием пептидных связей
4. способностью образовывать водородные связи

37. Какой процент нуклеотидов с цитозином содержит ДНК, если доля её адениновых нуклеотидов составляет 10% от общего числа?

1. 0%
2. 45%
3. 80%
4. 90%

38. Установите соответствие между признаком строения молекулы белка и ее структурой.

      ПРИЗНАК СТРОЕНИЯ

      А)последовательность аминокислотных остатков в молекуле

      Б)молекула имеет форму клубка

      В)число аминокислотных остатков в молекуле

      Г)пространственная конфигурация полипептидной цепи

      Д)образование гидрофобных связей между радикалами

      Е)образование пептидных связей

      Структура

1. первичная
2. вторичная
3. третичная

39.  Запасным углеводом в животной клетке является:

1. крахмал
2. гликоген
3. хитин
4. целлюлоза

40. Почему вода является хорошим растворителем?

1. характеризуется высокой теплопроводностью
2. медленно нагревается и остывает
3. имеет высокую теплоëмкость
4. молекулы воды полярны

41. Молекула белка приобретает спиральную конфигурацию за счёт образования связей:

1. между радикалами
2. пептидных
3. дисульфидных
4. водородных

42. Наибольшее количество энергии освобождается при расщеплении одной связи в молекуле:

1. полисахарида
2. белка
3. глюкозы
4. АТФ

43. Богатые энергией связи в молекуле АТФ называют:

1. ковалентными
2. водородными
3. макроэргическими
4. гидрофобными

44. Гидрофильно-гидрофобные свойства фосфолипидов лежат в основе:

1. их участия в образовании плазматической мембраны
2. выполнения ими энергетической функции
3. образования водородных связей между молекулами
4. их регуляторной функции

45.  Сигнальную, двигательную, транспортную и защитную функции в клетке выполняют:

1. углеводы
2. липиды
3. белки
4. ДНК

46. Дезоксирибоза является составной частью:

1. аминокислот
2. белков
3. иРНК
4. ДНК

47. Белки и липиды играют роль в образовании:

1. рибосом
2. мембран митохондрий и хлоропластов
3. плазматической мембраны
4. оболочки ядра
5. микротрубочек
6. центриолей

48. При обратимой денатурации молекул белка происходит:

1. нарушение его первичной структуры
2. образование водородных связей
3. нарушение его третичной структуры
4. образование пептидных связей

49. Какие вещества выполняют в организме функции биокатализаторов?

1. дисахариды
2. ферменты
3. гормоны
4. антитела

50. Какую функцию не выполняют в клетке углеводы?

1. информационную
2. энергетическую
3. запасающую
4. структурную

51.  Молекулы белка, способные укорачиваться и растягиваться, выполняют функцию:

1. транспортную
2. сигнальную
3. двигательную
4. структурную

52. Строительный материал и источник энергии в живом организме – это:

1. органические вещества
2. вода
3. минеральные вещества
4. витамины

53. Установите, в какой последовательности образуются структуры молекулы белка:

1. полипептидная цепь
2. клубок или глобула
3. полипептидная спираль
4. структура из нескольких субъединиц

54. Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи:

1. водородные
2. пептидные
3. гидрофобные
4. дисульфидные

55. Четвертичная структура молекулы гемоглобина представляет собой:

1. глобулу из одной полипептидной цепи
2. двойную полипептидную спираль
3. несколько соединённых полипептидных цепей
4. последовательность аминокислот в полипептидной цепи

56.  Какой газ принимает участие в окислении органических веществ в клетке?

1. азот
2. водород
3. кислород
4. углекислый газ

57. С помощью каких связей соединяются две цепи в молекуле ДНК?

1. водородных между комплементарными азотистыми основаниями
2. ковалентных между молекулами дезоксирибозы
3. пептидных между азотистыми основаниями
4. ионных между дезоксирибозой и фосфорной кислотой

58. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 20% от общего числа. Доля нуклеотидов с тимином в этой молекуле составляет:

1. 20%
2. 30%
3. 40%
4. 60%

59. В молекуле ДНК водородные связи образуются между комплементарными нуклеотидами:

1. Ц и Т
2. Г и Т
3. У и Г
4. А и Т

60. Схема строения какой молекулы изображена на рисунке?

1. вторичная структура белка
2. вторичная структура ДНК
3. третичная структура белка
4. четвертичная структура ДНК

61.  Установите соответствие между свойством и функцией органических веществ и их видом.

62. Какие связи определяют первичную структуру молекул белка?

1. гидрофобные между радикалами
2. между полипептидными нитями
3. пептидные между аминокислотами
4. водородные между  -NH  и  -СО  группами

63. На каком рисунке изображена схема строения третичной структуры молекулы белка?

64. В  молекуле ДНК количество нуклеотидов с цитозином  составляет 15% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином в этой молекуле?

1. 15%
2. 30%
3. 35%
4. 85%

65. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с тимином составляет 20% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с цитозином в этой молекуле?

1. 30%
2. 40%
3. 60%
4. 80%

66. Молекула белка образует третичную структуру благодаря наличию в ней связей:

1. между атомами углерода и кислорода
2. между радикалами аминокислот
3. пептидных между аминокислотами
4. водородных между витками спирали

67. Чем молекула иРНК отличается от ДНК?

1. переносит наследственную информацию из ядра к рибосоме
2. в состав нуклеотидов входят остатки азотистых оснований, углевода и фосфорной кислоты
3. состоит из одной полинуклеотидной нити
4. состоит из связанных между собой двух полинуклеотидных нитей
5. в ее состав входит углевод рибоза и азотистое основание урацил
6. ее нуклеотид содержит углевод дезоксирибозу и азотистое основание тимин

68.  В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 30% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином содержится в этой молекуле?

1. 20%
2. 40%
3. 60%
4. 70%

69. Молекулы РНК, в отличие от ДНК, содержат азотистое основание:

1. аденин
2. гуанин
3. урацил
4. цитозин

70. Потомки животных получают наследственную информацию от родителей в виде:

1. последовательности аминокислот
2. последовательности нуклеотидов ДНК
3. молекул информационных РНК
4. триплетов нуклеотидов молекулы РНК

71. Белки, способные ускорять химические реакции, выполняют в клетке функцию:

1. гормональную
2. сигнальную
3. ферментативную
4. информационную

72. Скорость химических реакций в клетке изменяют белки, выполняющие функцию:

1. информационную
2. гуморальную
3. каталитическую
4. сигнальную

73. Укажите на рисунке изображение вторичной структуры молекулы белка.

74. Соединение двух цепей в молекуле ДНК происходит за счёт:

1. гидрофобных взаимодействий нуклеотидов
2. пептидных связей между азотистыми основаниями
3. взаимодействия комплементарных азотистых оснований
4. ионных взаимодействий нуклеотидов

75. Какую функцию не выполняют в клетке липиды?

1. энергетическую
2. запасающую
3. структурную
4. сигнальную

76. Липиды в плазматической мембране выполняют функцию:

1. энергетическую
2. запасающую
3. структурную
4. каталитическую

77. Рибоза является структурным элементом:

1. нуклеиновых кислот
2. белков
3. липидов
4. крахмала

78. Какое вещество в клетке выполняет функцию растворителя?

1. глюкоза
2. фруктоза
3. белок
4. вода

79. Рибонуклеиновые кислоты в клетках участвуют в:

1. биосинтезе белков
2. регуляции обмена жиров
3. образовании углеводов
4. хранении наследственной информации

80. Из остатков азотистого основания, дезоксирибозы и фосфорной кислоты состоит:

1. нуклеотид РНК
2. тРНК
3. нуклеотид ДНК
4. иРНК

81. Универсальным биологическим аккумулятором энергии являются молекулы:

1. белков
2. липидов
3. ДНК
4. АТФ

82. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 45% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином содержится в этой молекуле?

1. 45%
2. 10%
3. 5%
4. 90% 

83. Липиды в клетке выполняют функции:

1. запасающую
2. гормональную
3. транспортную
4. ферментативную
5. переносчика наследственной информации
6. энергетическую       

84. Каковы свойства, строение и функции в клетке полисахаридов?

1. выполняют структурную и запасающую функции
2. выполняют каталитическую и транспортную функции
3. состоят из остатков молекул моносахаридов
4. состоят из остатков молекул аминокислот
5. растворяются в воде
6. не растворяются в воде

85.

86. Мономеры гемоглобина –

1. липиды
2. нуклеотиды
3. аминокислоты
4. полисахариды 

87. Функция углеводов в клетке –

1. каталитическая
2. энергетическая
3. хранение наследственной информации
4. участие в биосинтезе белка

88. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с цитозином составляет 30% от общего числа. Какой процент нуклеотидов с аденином в этой молекуле?

1. 20%
2. 40%
3. 60%
4. 70%

89. Какую функцию в клетке выполняет белок ДНК-полимераза?

1. регуляторную
2. структурную
3. каталитическую
4. защитную

90. Четвертичная структура молекулы белка формируется в результате взаимодействия:

1. аминокислот и образования пептидных связей
2. нескольких  полипептидных нитей
3. участков одной белковой молекулы за счет водородных связе
4. белковой глобулы с мембраной клетки

91. Какие особенности строения и свойства молекул воды определяют ее большую роль в клетке?

1. способность образовывать водородные связи
2. наличие в молекулах богатых энергией связей
3. полярность ее молекул
4. способность к образованию ионных связей
5. способность образовывать пептидные связи
6. способность взаимодействовать с положительно и отрицательно заряженными ионами

92. Молекулы ДНК, в отличие от РНК, состоят из:

1. аминокислот
2. двух  полинуклеотидных цепей
3. углеводов рибозы и глюкозы
4. одной полипептидной нити

93. Полипептидная цепь, свернутая в клубок, – это структура белка:

1. первичная
2. вторичная
3. третичная
4. четвертичная

94. Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию:

1. защитную
2. каталитическую
3. аккумулятора энергии
4. транспортную

95. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами.

96. Какую функцию выполняют в клетке нуклеиновые кислоты?

1. являются хранителями наследственной информации
2. осуществляют гомеостаз
3. переносят наследственную информацию из ядра к рибосоме
4. участвуют в синтезе белка
5. входят в состав клеточной мембраны
6. выполняют сигнальную функцию

97. Белки, вырабатываемые в организме при проникновении в него бактерий или вирусов, выполняют функцию – 

1. регуляторную
2. сигнальную
3. защитную
4. ферментативную

98. Нуклеиновые кислоты, в отличие от крахмала, содержат атомы:

1. азота и фосфора
2. водорода и кислорода
3. калия и кальция
4. серы и магния

99. Какие структурные компоненты входят в состав нуклеотидов молекулы ДНК?

1. азотистые основания: А, Т, Г, Ц
2. разнообразные аминокислоты
3. липопротеин
4. углевод дезоксирибоза
5. азотная кислота
6. фосфорная кислота

100. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 10 % от общего числа. Сколько нуклеотидов с аденином в этой молекуле?

1. 10 %
2. 20 %
3. 40 %
4. 90 %

101. Белки, в отличие от нуклеиновых кислот,

1. участвуют в образовании плазматической мембраны
2. входят в состав хромосом
3. являются ускорителями химических реакций
4. осуществляют транспортную функцию
5. выполняют защитную функцию
6. переносят наследственную информацию из ядра к рибосоме

Обмен веществ и энергии в клетке.

Синтез АТФ. Общие понятия..

1.                   В состав молекулы АТФ входят:

А) аденин, рибоза, 2 остатка фосфорной кислоты;

Б) аденин, дезоксирибоза, 3 остатка фосфорной кислоты;

В) аденин, дезоксирибоза, 2 остатка фосфорной кислоты;

Г) аденин, рибоза, 3 остатка фосфорной кислоты.

2.                   Молекула АТФ выполняет функцию аккумулятора энергии благодаря наличию в ней:

А) макроэнергетических связей;

Б) аденина;

В) углевода рибозы;

Г) кислорода.

3.                   Универсальным источником энергии является:

А) глюкоза;

Б) жир;

В) АТФ.

Метаболизм. Основные понятия.

4.                   Процесс расщепления высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных называется:

А) диссоциацией;

Б) ассимиляцией;

В) диссимиляцией.

3. Энергетический обмен. Синтез АТФ.

5.                   Наибольшее количество углекислого газа выделяется из одной молекулы глюкозы в результате:

А) спиртового брожения:

Б) дахания;

В) молочнокислого брожения.

6.                   Наибольшее количество энергии выделяется при:

А) гликолизе;

Б) окислительном фосфорилировании;

В) фотосинтезе.

7.                   Процессы анаэробного окисления протекают в:

А) митохондриях;

Б) пластидах;

В) цитоплазме.

8.                    Окислительное фосфорилирование — это процесс:

А) соединения глюкозы с фосфорной кислотой;

Б) синтеза АТФ;

В) расщепления АТФ до АДФ.

9.                   Энергетическую функцию выполняют молекулы:

А) ферментов;

Б) углекислого газа;

В) углеводов;

Г) витаминов.

10.               Вещества в клетке расщепляются в:

А) ядре и ядрышках;

Б) лизосомах и митохондриях;

В) рибосомах и пластидах;

Г) вакуолях и аппарате Гольджи.

11.               О связи пластического и энергетического обмена свидетельствует использование в ходе пластического обмена синтезированных в результате энергетического обмена молекул:

А) АТФ;

Б) белков;

В) липидов;

Г) углеводов.

12.               В подготовительную стадию энергетического обмена образуются молекулы:

А) липидов;

Б) белков, полисахаридов;

В) нуклеиновых кислот;

Г) аминокислот, моносахаридов.

13.               В клетках анаэробов различяют стадии энергетического обмена:

А) подготовительную и кислородную;

Б) бескислородную и кислородную;

В) подготовительную и бескислородную;

Г) подготовительную, бескислородную и кислородную.

51.                  В клетках аэробов различяют стадии энергетического обмена:

А) подготовительную и бескислородную;

Б) подготовительную и кислородную;

В) бескислородную и кислородную;

Г) подготовительную, бескислородную и кислородную.

14.               В результате бескислородной стадии энергетического обмена синтезируется:

А) 2 молекулы АТФ;

Б) 38 молекул АТФ;

В) 36 молекул АТФ;

Г) 6 молекул АТФ.

15.               В результате процесса брожения в клетках микроорганизмов образуются молекулы:

А) воды и углекислого газа;

Б) молочной кислоты, этилового спирта, АТФ;

В) белков, жиров, углеводов;

Г) нуклеиновых кислот.

16.               Энергетический обмен не может идти без пластического, т.к. пластический обмен поставляет для энергетического:

А) богатые энергией молекулы АТФ;

Б) ферменты для ускорения реакций;

Б) кислород для реакций расщепления;

В) неорганические соли и кислоты.

4. Фотосинтез. Хемосинтез.

17.               В процессе фотосинтеза кислород образуется при расщеплении:

А) углекислого газа;

Б) воды;

В) АТФ.

18.               В процессе фотосинтеза источником атомов углерода для синтеза органических веществ служат молекулы:

А) углеводов;

Б) углекислого газа;

В) молочной кислоты;

Г) глюкозы.

19.               В процессе фотосинтеза световая энергия используется для синтеза молекул:

А) липидов;

Б) воды;

В) углекислого газа;

Г) АТФ.

20.               В световую фазу фотосинтеза образуются молекулы:

А) АТФ;

Б) АМФ;

В) глюкозы;

Г) углекислого газа.

21.               В темновую фазу фотосинтеза образуются молекулы:

А) молочной кислоты;

Б) глюкозы;

В) углекислого газа;

Г) АТФ.

22.               В процессе фотосинтеза электроны из молекул воды поступают в молекулы:

А) глюкозы;

Б) хлорофилла;

В) углекислого газа.

23.               В митохондриях в отличии от хлоропластов не происходит синтез молекул:

А) АТФ;        Б) глюкозы;         В) и-РНК;            В) белка.

24.               Химические реакции анаболизма протекают в клетках:

А) растений;                    Б) грибов;       В) бактерий;       всех трех организмов.

25.               Организмы гетеротрофы:

А) способны сами синтезировать органические вещества из не органических;

Б) нуждаются в готовых органических веществах из окружающей среды;

В) используют энергию химических связей не органических соединений для синтеза органических веществ.

26.               Организмы автотрофы:

А) способны сами синтезировать органические вещества из не органических;

Б) нуждаются в готовых органических веществах из окружающей среды;

В) используют энергию химических связей не органических соединений для синтеза органических веществ.

27.               Организмы хемотрофы:

А) способны сами синтезировать органические вещества из не органических;

Б) нуждаются в готовых органических веществах из окружающей среды;

В) используют энергию химических связей не органических соединений для синтеза органических веществ.

5. Пластический обмен. Синтез белка.

28.               Антикодон т-РНК  УУЦ соответствует коду ДНК:

А) ААГ;

Б) ТТЦ;

В) ТТГ.

29.               Структурной единицей, ответственной за синтез одной молекулы белка, является:

А) молекула ДНК;

Б) ген;

В) триплет.

30.               Процесс синтеза белка называется:

А) транскрипцией;

Б) трансляцией;

В) репликацией.

31.               Последовательность нуклеотидов и-РНК комплементарна последовательности нуклеотидов в

А) одной цепи ДНК;

Б) двух цепях ДНК;

В) молекулах т-РНК.

32.               20 аминокислот кодируются с помощью:

А) 64 кодов;

Б) 4 кодов;

В) 61 кода.

33.               Вирусы могут содержать:

А) только ДНК;

Б) только РНК;

В) ДНК и РНК.

34.               Генетический код представляет собой определенную последовательность:

А) нуклеотидов в молекуле т-РНК;

Б) аминокислот в молекуле белка;

В) глюкозы в молекуле полисахарида;

Г) триплетов в молекуле ДНК.

35.               Информацию из ядра к рибосомам доставляют молекулы:

А) и-РНК;

Б) АТФ;

В) ДНК;

Г) аминокислот.

36.               Ген-это участок молекулы:

А) АТФ;

Б) рибозы;

В) т-РНК; синтезируются в:

Г) ДНК.

37.               Процесс транскрипции осуществляется в:

А) ядре;

Б) митохондриях;

В) цитоплазме;

Г) лизосомах.

38.               В одной молекуле ДНК обычно содержится:

А) 2 гена;

Б) 1 ген;

В) около 10 генов;

Г) несколько тысяч генов.

39.               Органические вещества в клетке синтезируются в:

А) лизосомах и митохондриях;

Б) цитоплазме;

В) рибосомах и эндоплазматической сети;

Г) вакуолях.

40.               В процессе трансляции учавствуют:

А) белки, ДНК, ферменты;

Б) т-РНК, аминокислоты, ферменты, и-РНК;

В) ДНК, углеводы, ферменты;

Г) белки, липиды, ДНК.

41.               Аминокислота треонин в молекуле белка кодируется:

А) тремя нуклеотидами ДНК;

Б) одним нуклеотидом ДНК;

В) двумя нуклеотидами ДНК;

Г) четырьмя нуклеотидами ДНК.

42.               Транскрипция происходит в ядре с участием:

А) т-РНК, ДНК, ферментов;

Б) ДНК, нуклеотидов, ферментов;

В) рибосом, ДНК, ферментов;

Г) рибосом, РНК, ферментов.

43.               Универсальность генетического кода состоит в том, что:

А) в состав всех организмов входят одинаковые аминокислоты;

Б) состав молекул ДНК одинаков у всех организмов;

В) белки, входящие в состав различных видов, идентичны;

Г) Одни и те же аминокислоты у разных видов кодируются одними и теми же триплетами.

44.               Редупликация молекул ДНК осуществляется в:

А) ядре;

Б) вакуолях;

В) лизосомах;

Г) рибосомах.

45.               Триплет нуклеотидов в т-РНК А-Г-Ц должен быть комплементарен триплету нуклеотидов в молекуле и-РНК:

А) Г-У-Ц;

Б) Ц-Г-У;

В) У-Ц-Г;

Г) Ц-Ц-Г.

46.               Последовательности нуклеотидов одной цепи ДНК: А-Т-Т-Ц-Г будет соответствовать порядок нуклеотидов во второй цепи ДНК:

А) Ц-Г-Г-А-Т;

Б) Г-Ц-Ц-А-Т;

В) Т-Т-А-Г-Ц;

Г) Т-А-А-Г-Ц.

47.               Последовательность триплетов нуклеотидов в молекуле ДНК позволяет определить порядок расположения:

А) аминокислот в молекуле белка;

Б) Рибосом на эндоплазматической сети;

В) моносахаридов в молекуле крахмала;

48.               Число триплетов в данном отрезке молекулы ДНК- А Т Т Г Т Ц Ц А Г составляет:

А) 9   Б) 2   В) 6   Г) 3.

49.               Чем обеспечивается точная последовательность аминокислот в молекуле белка в процессе фотосинтеза:

А) матричным характером реакций в клетке;

Б) высокой скоростью химических реакций в клетке;

В) окислительным характером реакций в клетке;

Г) восстановительным характером реакций в клетке.

50.               Если взять для синтеза белка рибосомы и ферменты от бактерии, АТФ, АДФ и аминокислоты от гриба, ДНК от ящерицы, то будут синтезироваться белки:

А) гриба;      Б) ящерицы;        В) бактерии;       В) всех трех организмов.

Энергетическая викторина

ВИКТОРИНА ПО ПРАКТИКЕ БИОЭНЕРГЕТИКА

Инструкции: Вы можете распечатать тест и отметить его. После вы закончили отмечать тест, вы можете оценить каждый вопрос, нажав на викторину отвечать. Когда вы нажимаете на ответ викторины, вам будет предоставлен отзыв, в котором указано правильный ли ваш ответ. Когда вы получите ответ, нажмите на стрелка назад, чтобы вернуться к викторине. После оценки викторины вы должны понять, нужно больше изучать материал.Не забудьте задавать вопросы о том, что вы не понимают на форуме класса.

1. Реакция АТФ —> АДФ + фосфат + энергия указывает, что
а. энергия была захвачена б. выделено энергии
c. АТФ был сформирован d. ни один из этих

2. Одна молекула какое из следующего содержит наибольшее количество энергии?
а.глюкоза б. АТФ c. пировиноградная кислота d. молочная кислота

3. Окисление можно описать как
а. потеря H б. прирост энергии c. усиление O
d. (a) и (c) верны е. (группа (c) верны

4. Какие выпускают самые большие количество полезной энергии на расщепленную молекулу глюкозы?
AR = аэробное дыхание; F = ферментация; G = Гликолиз
а.AR у амебы b. F в дрожжах c. G в клетке печени человека d. F в мышечной клетке человека

5. Брожение необходимо для переработки
а. АТФ б. NAD ⁺ c. энергия d. молочная кислота

6. Что из перечисленного ниже НЕ конечный продукт аэробного дыхания?
а. H ₂ O б. CO ₂ c.АТФ d. молочная кислота

7. Цикл лимонной кислоты в эукариотические клетки находятся в пределах __________ клетки.
а. митохондрии b. ядро c. клеточная мембрана d. цитоплазма

8. Что из перечисленного ниже экзэргоническая реакция?
а. окисление глюкозы до CO ₂ б. распад АТФ на ADP + P _i
c.оба а и Б) d. ни (а), ни (б)

9. Для каждой молекулы глюкозы гликолиз производит
а. 36 АТФ б. лимонная кислота и 36 АТФ
c. этиловый спирт, CO ₂ и АТФ г. 2 пирувата, 2 АТФ и 2 НАДН + 2 H ⁺

10. Наибольшее количество АТФ образуется в течение
г. а.Гликолиз б. Брожение c. Цикл лимонной кислоты d. Хемиосмотическое фосфорилирование

11. Пузырьки в шампанском, которые продукт брожения, из-за
а. кислород b. диоксид углерода c. АТФ d. глюкоза

12-14. Сопоставьте основные процессы фотосинтез, перечисленные ниже с вопросами 12 — 14. Обязательно ответьте на все три вопросы, прежде чем проверять свои ответы.

а.светозависимая реакция
б. световая независимая реакция
c. как светозависимые, так и светонезависимые реакции

12. снижение CO ₂ до глюкоза _______

13. Электроны световые _______

14. расщепление воды _______

15. В реакции НАДН ₂ + FAD —> NAD ⁺ + FADH ₂ , где реагент является окисленным как реакция протекает вправо?
а.НАДН ₂ б. FAD c. NAD ⁺ d. FADH ₂

16-21. Объясните, что это выполняется в каждом из следующих процессов:

16. Клеточное дыхание. в аэробных условиях ОТВЕТ

17. гликолиз ОТВЕТ

18. спиртовое брожение ОТВЕТ

19.молочнокислое брожение ОТВЕТ

20. Цикл лимонной кислоты ОТВЕТ

21. хемиосмотический фосфорилирование ОТВЕТ

BIOdotEDU

4.1 Энергия и метаболизм — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, каковы метаболические пути
• Изложите первый и второй законы термодинамики
• Объясните разницу между кинетической и потенциальной энергией
• Опишите эндергонические и экзэргонические реакции
• Обсудите, как ферменты действуют как молекулярные катализаторы

https: // www.youtube.com/watch?v=UuskiicY8iY&list=PLi8sJ5jarQsyUiIn4rUA71ecODy3o9Md5&index=8

Ученые используют термин биоэнергетика для описания концепции потока энергии (рис. 4.2) через живые системы, такие как клетки. Клеточные процессы , такие как построение и разрушение сложных молекул , происходят посредством ступенчатых химических реакций . Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Точно так же, как живые существа должны постоянно потреблять пищу для пополнения своих запасов энергии, клетки должны постоянно производить больше энергии, чтобы восполнить то, что используется многими химическими реакциями, требующими энергии, которые постоянно происходят.В совокупности все химические реакции , которые происходят внутри клеток, включая те, которые потребляют или генерируют энергию, называются метаболизмом клетки .