Параграф 20. 1. Биоокисление
Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
Параграф учебника по биохимии 20.1
«Б и о о к и с л е н и е».
20. 1. 1. Б И О О К И С Л Е Н И Е и его медицинское значение.
20. 1. 2. Отличия биоокисления от окисления в неживой природе.
22. 1. Б И О О К И С Л Е Н И Е и его медицинское значение.
Определение.
Биоокисление – это окислительно-восстановительные процессы в живых организмах.
Медицинское значение биоокисления.
Учить только после п.21-27.
(Готовить к экзамену этот пункт нужно после того, как будет выучена вся тема биоокисление).
Медицинское значение биоокисления в том, что
нарушение процессов биоокисления (как недостаточность процессов, так и избыточность)
могут:
1) угрожать жизни,
2) проводить к заболеваниям,
3) ускорять старение.
Непосредственная, острая угроза для жизни
возникает при нарушении окислительных процессов,
связанных с выработкой АТФ. — п.22 и 23.
Потому что если АТФ прекращает вырабатываться в организме (в достаточных количествах), то наступает смерть.
Клетки, не получающие АТФ, разрушаются.
Основные причины прекращения выработки АТФ (п.23) –
это такие известные причины смерти,
как прекращение поступления кислорода
и отравление цианидами (цианистым калием, например) или угарным газом (СО).
(Строго говоря, в этих случаях АТФ не совсем перестает вырабатываться в организме,
а перестает вырабатываться способом окислительного фосфорилирования,
но другой способ выработки АТФ, который называется субстратным фосфорилированием,
не обеспечивает организм достаточным количеством АТФ).
Причина прекращения выработки АТФ (способом ОФ)
при прекращении поступления кислорода
и при отравлении цианидами –
это невозможность работы дыхательной цепи,
которая является источником энергии для ОФ (через создание ;;Н+);
потому что кислород является одним из субстратов ДЦ,
а цианиды являются блокаторами ДЦ
(ингибиторами белков ДЦ).
Снижение выработки АТФ происходит также при голодании,
так как пища является источником водорода (электронов) для ДЦ после
1) процессов пищеварения в ЖКТ,
2) унификации мономеров до метаболитов ЦТК в клетках и
3) отщепления водорода от метаболитов ЦТК
и переноса водорода (протонов и электронов) в ДЦ коферментами (подробности далее).
Еще одна причина снижения выработки АТФ –
это снижение активности ферментов,
катализирующих реакции, связанные с выработкой АТФ.
Основные причины снижения активности этих ферментов – это
1) дефицит в организме витаминов
(особенно В1, В2, РР, пантотената)
2) или активных форм витаминов (коферментов),
3) а также дефицит в пище незаменимых аминокислот
(так как при дефиците незаменимых аминокислот
не из чего синтезировать апобелки),
4) мутации генов, кодирующих ферменты ЦТК, ДЦ (особенно генов МХ),
из-за неправильного образа жизни, неблагоприятных условий ОС, возраста.
К списку причин дефицита в клетках кислорода можно добавить:
заболевания сердечно-сосудистой и дыхательной систем
(эмфизема при курении в том числе),
дефицит эритроцитов и гемоглобина (при анемиях).
См. также в п.27, к каким заболеваниям приводит избыток АФК
и снижение активности антиокислительной системы.
В п.26 – к каким заболеваниям приводит снижение активности гидроксилаз (депрессии п. 105, фенилкетонурия п.68, рахит п.114 и 19 и т.д.).
20. 1. 2. ОТЛИЧИЯ биоокисления от окисления в неживой природе.
1. Основная реакция
окисления в неживой природе – это:
С + О ; СО2 + энергия.
А основная реакция окисления в живых организмах – это:
Н + О ; Н2О + энергия.
Из дальнейшего нужно знать, что здесь имеется в виду образование воды в дыхательной цепи.
Источник кислорода – дыхание,
источник водорода – кофермент НАДН и ФАДН2.
Реакции очень похожи –
в обоих случаях окисляемое вещество вступает в реакцию с кислородом (реакция горения),
в обоих случаях выделяется энергия.
2. Формы выделения энергии.
При окислении в неживой природе
в виде тепла рассеивается вся выделяющаяся при реакции окисления энергия.
При окислении в живых организмах
в виде тепла рассеивается только 60% энергии
(при разобщении ОФ процент больше),
а остальные 40% энергии могут запасаться в виде АТФ
(при разобщении ОФ процент меньше – п.22).
Запасание части энергии в виде АТФ необходимо для жизни –
для процессов, протекание которых происходит с затратой АТФ
(например, для работы натрий-калиевой АТФ-азы,
для химических реакций, требующих затраты АТФ и т.д.).
Благодаря выделению тепла
возможно поддержание температуры тела (37 градусов),
оптимальной для работы белков организма.
3. Характер реакции.
При окислении в неживой природе
вся энергия выделяется сразу,
а при биоокислении (в частности, при работе дыхательной цепи)
энергия выделяется порциями
благодаря так называемому ступенчатому характеру реакции:
водород вступает в реакцию с кислородом не сразу,
водород «идет» к кислороду через ряд переносчиков дыхательной цепи.
4. Роль воды в окислении.
Окислению в неживой природе вода препятствует (водой тушится огонь),
а биоокислению вода не мешает –
реакции биоокисления происходят в водной среде.
Более того, вода участвует в биоокислении –
в процессах так называемого косвенного окисления.
Косвенное окисление – это
окисление кислородом воды
(это значит, что атом кислорода воды
оказывается в составе окисляемого вещества).
Косвенное окисление включает в себя реакции
1) дегидрирования,
2) гидратации и
3) второго дегидрирования.
Примеры косвенного окисления –
1) реакции ЦТК от сукцината до оксалоацетата – п.21,
2) окисление этанола до ацетата – п.26,
3) реакции ;-окисления (от ацилКоА до ;-кето/ацилКоА) – п.45.
5. Катализаторы окисления.
Окисление в неживой природе
может катализироваться неорганическими катализаторами
(эти катализаторы способны выдержать высокие температуры),
а реакции биоокисления катализируются ферментами
(органическими катализаторами).
Класс ферментов, которые катализируют окислительно-восстановительные реакции, называется оксидоредуктазами.
Реакции окисления в неживой природе обычно протекают при высоких температурах,
а реакции биоокисления протекают
при температуре тела – при 37 градусах.
При более высоких температурах ферменты и другие белки
не смогли бы работать (потому что подверглись бы денатурации).
С другой стороны, именно благодаря высокой активности ферментов
температура 37 градусов достаточна
для протекания реакций биоокисления с необходимой скоростью.
Источник
Почему при окислении выделяется вода
Подробное решение параграф § 8 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов A.M. Углубленный уровень 2019
Вопрос 1. Какие соединения называют гидрофильными?
Гидрофильными называют соединения, которые хорошо растворяются в воде.
Вопрос 2. Что такое низкомолекулярные вещества?
Низкомолекулярные вещества — это такие вещества, которые состоят из малого количества атомов, их молекулярная масса сравнительно малая (молекулярная масса не более 900 дальтон), они обладают той или иной биологической активностью, то есть способностью регулировать или воздействовать на те или иные биологические процессы.
Вопрос 3. Какие продукты питания богаты жирами?
Авокадо, грецкий орех, миндаль и фисташки, ореховые масла и масла из семян, оливки и оливковое масло, семена льна, лосось, тунец, темный шоколад, молодые соевые бобы, семена подсолнечника и чиа, яйца, говядина и свинина, цельное молоко, цельный йогурт и др.
Вопрос 4. Какие органические вещества относят к липидам? Приведите примеры.
К липидам обычно относят нерастворимые в воде органические вещества, являющиеся сложными эфирами жирных кислот и спиртов (например, глицерола).
Примеры: воски, триглицериды, холестерин, сквален, жирные альдегиды и спирты, жирные кислоты, фосфолипиды, гликолипиды, сфинголипиды и др.
Вопрос 5. Какова типичная структура молекулы нейтрального жира?
Нейтральные жиры представляют собой по химической структуре триглицериды, т. е. сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот, построенных по следующему типу:
где R, R1, R2 — жирные кислоты различного состава.
Вопрос 6. Каковы основные функции липидов?
Энергетическая функция. Она заключается в том, что жиры, как наиболее распространенные липиды, служат ценным источником энергии. При их расщеплении выделяется энергии в два раза больше, чем при расщеплении такого же количества глюкозы.
Защитная функция. В организме животных и человека жировая ткань предохраняет внутренние органы организма от повреждений при падениях и ударах. А так как жировая ткань плохо проводит тепло, то липиды защищают организм от переохлаждения, что особенно важно для обитателей районов с холодным климатом.
Структурная функция. В клетке липиды выполняют структурную (строительную) функцию: они входят в состав клеточных мембран — тонких плотных пленок, которыми «одеты» все клетки и большинство внутриклеточных органоидов.
Регуляторная функция. Многие гормоны являются производными липидов.
Запасающая функция. Запасы жира в подкожной клетчатке млекопитающих животных позволяют им переживать неблагоприятные периоды, связанные с недостатком корма и воды. Животные, обитающие в пустынях, значительную часть необходимой для жизнедеятельности воды получают благодаря расщеплению в организме жиров.
Вопрос 7. Чем фосфолипиды отличаются от остальных групп сложных липидов? Какова их основная функция?
Фосфолипиды являются эфирами глицерина и жирных кислот, но в их молекулах с последними связаны только две спиртовые группы глицерина, а третья образует эфирную связь с остатком фосфорной кислоты. Обычно она образует дополнительную эфирную связь с низкомолекулярными спиртами, и на том, с какими именно, основано выделение различных классов фосфолипидов.
А основной функцией фосфолипидов является структурная, заключающаяся в том, что они формируют биологические мембраны.
Вопрос 8. Подсчитайте, сколько молекул воды образуется при окислении стеариновой жирной кислоты (общая формула С18Н3602) кислородом. Напишите уравнение. Что ещё образуется при окислении стеариновой кислоты?
Формула стеариновой кислоты — С17Н35СООН или С18Н36О2.
Уравнение реакции окисления кислоты до углекислого газа и воды следующее:
С17Н35СООН + 26 О2 = 18 СО2 + 18 Н2О.
Образуется 18 молекул воды, а это в 2 раза меньше, чем число атомов водорода в кислоте. Также при окислении стеариновой кислоты клетка получит 146 молекул АТФ и углекислый газ.
Вопрос 9. Известно, что при окислении жиров выделяется примерно в 2 раза больше энергии, чем при окислении углеводов и белков. Почему жиры так богаты энергией?
В жирах атомы углерода более восстановленные, нежели в углеводах или белках (по — другому, в жирах больше атомов водорода приходится на один атом углерода). Поэтому окисление жиров более выгодно, чем окисление углеводов и белков.
Вопрос 10. Почему борщ имеет красный цвет, а капли жира на его поверхности жёлтые?
Красный цвет борща обеспечивает пигмент бетацианин, содержащийся в свекле. Этот пигмент относится флавоноидам и является водорастворимым. Капли жира имеют жёлтый цвет за счёт каратиноидов (группа растворимых в жирах растительных пигментов. Содержатся также в некоторых животных жирах). Жир не смешивается с супом, т.к. обладает большим коэффициентом поверхностного натяжения (то есть молекулы, находящиеся в приграничном слое, притягиваются с достаточно большой силой). Любая физическая система стремится минимизировать энергетические затраты, в нашем случае, приобретая оптимальную форму шара (минимизация площади).
Вопрос 11. Известно, что для быстрого наращивания массы мышц некоторые спортсмены употребляют анаболические стероиды — искусственные аналоги стероидных гормонов коры надпочечников (кортикостероидов). Обсудите с одноклассниками, опасно ли это для здоровья и если опасно, то почему.
По своему действию анаболические стероиды действительно достойны восхищения, они творят чудеса, но так уж устроен наш мир: у чуда, как правило, всегда есть цена. Цена использования стероидов — риск потерять здоровье.
Применение анаболических стероидов сопровождается серьезными побочными эффектами, которые затрагивают целый ряд органов и систем.
Особую озабоченность вызывают их влияние на сердечно — сосудистую систему, кровь, психику, а также гормональные и метаболические изменения.
Некоторые физиологические и психологические побочные эффекты применения стероидов потенциально могут проявиться у каждого, кто их принимает, другие являются специфическими для мужчин и женщин. Приведенный ниже список не является исчерпывающим.
Специфические для мужчин побочные эффекты:
рост груди (молочных желез);
снижение производства спермы.
Специфические для женщин побочные эффекты:
прекращение развития груди;
рост волос на лице, животе и верхней части спины;
нарушение менструального цикла.
Последствия применения стероидов характерные как для мужчин, так и для женщин:
акне или “прыщи” (очень много);
повышенный риск разрыва сухожилий по причине того, что связки не успевают приобретать крепость соответственно мышечной массе; очень часто разрыв сухожилий наблюдается после окончания курса приема стероидов;
нарушения функции печени и развитие раковых опухолей;
в случае приема стероидов подростками — задержка роста (связано с закрытием центров роста длинных костей) и развития (в том числе и полового), а также риск будущих проблем со здоровьем;
увеличение уровня «плохого» холестерина (липопротеины низкой плотности);
снижение уровня «хорошего» холестерина (липопротеинов высокой плотности);
высокое кровяное давление (гипертония);
сердечно — сосудистые заболевания (развивается кардиомиопатия — структурные и функциональные изменения сердечной мышцы, ухудшение эластичности аорты, снижение электрической стабильности сердца, разрастание соединительной ткани сердца);
агрессивное поведение, гнев или насилие;
психические расстройства, такие как депрессия;
инфекции или заболевания, такие как ВИЧ или гепатит, при инъекциях наркотиков;
повышенная агрессивность и половое влечение, что может приводить к аномальному сексуальному и преступному поведению;
отказ от употребления анаболических стероидов может сопровождаться депрессией, а в некоторых случаях — самоубийством.
Вопрос 12. Прочитайте текст статьи про холестерин и предложите вариант полезного суточного (недельного) рациона старшеклассника, занимающегося умственным трудом.
Завтрак — Гречневая каша, вареное яйцо, яблоко.
Обед — Куриный суп, курица в духовке, салат из овощей.
Полдник — творожок, вкусные ягоды.
Ужин — Каша кукурузная с брынзой и овощами.
Завтрак — творог со сметаной или йогуртом, мед, кусочки фруктов или ягоды, тосты.
Обед — плов, свежие огурцы или помидоры.
Полдник — хлебцы с сыром и сок.
Ужин — Нежирное мясо и овощи на гриле.
Завтрак — овсяная каша с кусочками фруктов, чай зеленый, яблоко.
Обед — борщ с зеленью и сметаной, куриное филе, бородинский хлеб.
Полдник — Не жирный йогурт с орехами.
Ужин — Кабачки фаршированные, рыба в кляре.
Завтрак — творожная запеканка, апельсин, какао.
Обед — картофельное пюре с куриными котлетами, чай.
Полдник — грейпфрут, горсть орехов.
Ужин — Нежирное мясо в мультиварке на пару, свежие овощи, компот.
Завтрак — кисель с овсяным печеньем и сыром.
Обед — диетическая пицца, салат из овощей, морс.
Полдник — фруктовый салат.
Ужин — Запеченная курица с овощами, чай.
Завтрак — Ленивые вареники или сырники, черный чай.
Обед — фаршированный баклажан, филе рыбы с лимоном.
Полдник — яблоко или банан, сок.
Ужин — Салат из тунца, куриное филе.
Завтрак — омлет с зеленью, помидорами, фруктовый сок.
Обед — Рис с куриной котлетой, винегрет, чай.
Полдник — йогурт, кисель.
Ужин — Рыба на пару, овощи, чай.
Или такой пример правильного меню на неделю для старшего школьника.
Вопрос 13. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2: «Обнаружение липидов с помощью качественной реакции».
Цель: показать наличие липидов в биологических объектах.
Оборудование: штатив с пробирками, водяная баня, мерный стакан объёмом 50 мл.
Реактивы: подсолнечное (или любое растительное) масло, 10 % — ный раствор гидроксида натрия, плод фенхеля.
Ход работы:
1.В пробирку наливаем 1 мл растительного масла, прибавляем щепотку ванилина и приливаем 4—5 капель 10 % — ного NaOH. Нагреваем на водяной бане. Наблюдаем жёлто — оранжевую окраску.
Действительно, в пробирке наблюдалась жёлто — оранжевая окраска. Это качественная реакция на липиды.
2.Плод фенхеля помещаем на поверхность дистиллированной воды, при этом он начнёт непрерывно вращаться.
3.Внесите на поверхность небольшое количество растительного масла — движение плода фенхеля мгновенно прекратится.
4.Запишите результаты эксперимента и сделайте вывод.
При помещении плода фенхеля на поверхность дистиллированной воды, он начал вращаться. Затем при внесении на поверхность небольшого количества растительного масла, движение плода фенхеля мгновенно прекратилось. Это можно объяснить понижением поверхностного натяжения воды при попадании на её поверхность маслянистых веществ.
В конечном счете, эти два опыта показывают наличие липидов в биологических объектах.
Источник
