Что называют обменом веществ 3 класс окружающий мир: Вещества — урок. Окружающий мир, 3 класс.

Ассимиляция и диссимиляция в процессе метаболизма (9 класс)

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 861.

3.9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 861.

Процесс превращения внешних веществ в энергию и совокупность реакций, в результате которых образуются сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности организма, называется метаболизмом или обменом веществ. Основные процессы метаболизма – ассимиляция и диссимиляция, тесно взаимосвязанные между собой.

Материал подготовлен совместно с учителем высшей категории, кандидатом биологических наук Факторович Лилией Витальевной.

Опыт работы учителем биологии — более 31 года.

Метаболизм

Обмен веществ происходит на клеточном уровне, но начинается с процесса пищеварения и дыхания. В обмене веществ участвуют органические соединения и кислород.

Питательные вещества поступают с пищей в желудочно-кишечный тракт, и уже в ротовой полости начинают расщепляться. В результате пищеварения молекулы веществ попадают через кишечные ворсинки в кровь и разносятся каждой клетке. Кислород поступает в лёгкие при дыхании и также разносится кровяным потоком.

Ассимиляция и диссимиляция в метаболизме – два взаимосвязанных процесса, идущих параллельно:

• ассимиляция или анаболизм – совокупность процессов синтеза органических веществ с затратой энергии;
• диссимиляция или катаболизм – процесс распада или окисления, в результате которого образуются более простые органические и неорганические вещества и энергия.

Диссимиляция называется энергетическим обменом, т.к. главная цель процесса – получение энергии. Ассимиляция называется пластическим обменом, т.к. высвободившаяся в результате диссимиляции энергия идёт на постройку организма.

Клеточный обмен

Происходящие в клетке процессы ассимиляции и диссимиляции веществ играют важную роль для всего организма. Получение энергии из поступающих веществ происходит в цитоплазме и митохондриях.

В ходе диссимиляции образуются молекулы АТФ (аденозинтрифосфат).

Это универсальный источник энергии, который участвует в дальнейших процессах обмена веществ. Ход катаболизма на примере расщепления крахмала описан в таблице.

Диссимиляция	Где происходит	Результат
Подготовительный	Пищеварительный тракт многоклеточных животных Одномембранные органоиды – лизосомы в любой эукариотной клетке Пищеварительные вакуоли одноклеточных животных	Расщепление поступивших в организм белков, жиров, углеводов до более простых соединений: – белки – до аминокислот; – жиры – до жирных кислот и глицерина; – сложные углеводы (крахмал) – до глюкозы. На этой стадии вся энергия рассеивается в виде тепла.
Гликолиз	В цитоплазме	Бескислородное расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты с образованием энергии. Большая часть (60 %) энергии рассеивается в виде тепла, оставшаяся часть (40 %) используется для образования двух молекул АТФ. В дальнейшем без доступа кислорода пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту
Внутриклеточное дыхание	В митохондриях	Расщепление пировиноградной кислоты с участием кислорода. Образуется вода и углекислый газ – – конечные продукты распада и 36 молекул АТФ. И на этой стадии примерно 55 % энергии рассеивается в виде тепла, и примерно 45 % переходит в энергию химических связей АТФ

В состав АТФ входят:

• аденин – азотистое основание;
• рибоза – моносахарид;
• три остатка фосфорной кислоты.

Рис. 1. Формула АТФ.

АТФ является макроэргическим соединением и при гидролизе (взаимодействии с водой) высвобождает значительное количество энергии, которая идёт на восстановление и развитие организма, поддержание температуры тела, а также участвует в химических реакциях в процессе ассимиляции. Из более простых веществ в ходе анаболизма синтезируются сложные вещества, характерные для данного организма.

Примеры ассимиляции:

• рост клеток;
• обновление тканей;
• формирование мышц;
• заживление ран.

Рис. 2. Процесс метаболизма.

Процессы обмена веществ регулируются гормонами. Например, адреналин сдвигает обмен веществ в сторону диссимиляции, а инсулин – в сторону ассимиляции.

Все реакции метаболизма катализируются специфическими ферментами.

Автотрофы и гетеротрофы

Все живые организмы в зависимости от способа питания делятся на автотрофов и гетеротрофов. К автотрофам относятся растения и некоторые бактерии, которые синтезируют органические вещества из неорганических. Такие организмы самостоятельно создают все необходимые для жизнедеятельности вещества.

В растениях процесс ассимиляции называется фотосинтезом. В качестве источника энергии для синтеза органических веществ используется солнечный свет. Это основной источник энергии!

Гетеротрофы – организмы, использующие для получения энергии и поддержания жизнедеятельности готовые органические соединения. К гетеротрофам относятся все животные, грибы, большинство бактерий и растения-паразиты. Органические вещества с пищей поступают в организм, где начинаются процессы анаболизма и катаболизма для высвобождения энергии и получения необходимых веществ.

Рис. 3. Сравнение автотрофов и гетеротрофов.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса биологии узнали о главных процессах, составляющих метаболизм, – ассимиляции (анаболизме) и диссимиляции (катаболизме). В результате катаболизма образуются простые органические вещества, из которых в процессе ассимиляции синтезируются сложные вещества, необходимые организму.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Вера Смирнова

  8/10

• Ybs Entertainment

  9/10

• Абдишукур Ашуров

  9/10

• Егор Алексеев

  10/10

• Anna Belousova

  10/10

• Жанетта Аушева

  10/10

Оценка доклада

3.

9

Средняя оценка: 3.9

Всего получено оценок: 861.

---

А какая ваша оценка?

Этапы энергетического обмена – Российский учебник

Живой организм построен из клеток. А некоторые, например, амеба или инфузория, состоят из одной клетки. Сложные многоклеточные особи представлены сочетаниями клеток, которые образуют различные системы организма: дыхательную или пищеварительную. Весь организм пронизан клетками нервной ткани, которые обеспечивают регуляцию и управление макроорганизмом.

Живая клетка от неживой отличается тем, что в ней постоянно и непрерывно протекает два разнонаправленных процесса:

• синтез, или строительство новых органелл (пластический обмен или ассимиляция)
• катаболизм, или разрушение питательных элементов с образованием энергии (энергетический обмен или диссимиляция)

В живых особях баланс между ассимиляцией и диссимиляцией поддерживается не всегда. Если наблюдать за жизнью организма, можно заметить, что сначала тело становится больше по размерам, крепче и выносливее.

Чем старше становится организм, тем меньше заметен рост, а в старости начинают преобладать процессы распада, организм не успевает восстанавливаться и погибает.

Чтобы машина ехала, ей нужен бензин. А бензин делают из нефти. Чтобы макроорганизм существовал, ему нужна энергия. В учебниках биологии часто можно встретить фразу глюкоза — ресурс энергии для клетки. Это так. Но глюкоза — как нефть для автомобиля. Поэтому сначала глюкозу нужно превратить в бензин. И таким бензином для клетки будет молекула АТФ.

Молекула АТФ известна миру довольно давно. Через десять лет, в 2029 году отпразднует сто лет со дня открытия вещество, благодаря которому в живой клетке поддерживается упорядоченность структур и она может противостоять хаосу и растущей энтропии (почему так происходит, подробно рассказано на странице 30 учебника «Естествознание 11 класс» под редакцией Титова С.А.).

В 1929 году, практически одновременно, сотрудники Института биологии кайзера Вильгельма в Берлине Карл Ломан и Отто Мейергоф и ученые Гарвардской Медицинской школы Сайрус Фиске и Йеллапрагад Суббарао в Гарвардской Медицинской школе опубликовали работы, в которых описали молекулу АТФ.

В 30 годах ХХ века в лаборатории Мейергофа появился молодой ученый, Фриц Липман, который заинтересовался энергетическими аспектами клеточного метаболизма, и в 1941 году талантливый биохимик доказал, что АТФ – основной двигатель энергетических реакций в живой клетке. А в 1953 году его вклад в физиологию совместно с Х. Кребсом был удостоен Нобелевской премии.

АТФ — аденозинтрифосфат, нуклеотид, глобальный ресурс энергии для сложных реакций обмена веществ, происходящих в клетках организма. Схематично молекула АТФ представлена на странице 99 учебника «Естествознание 11 класс» под редакцией Титова С.А..

Вся суть энергетического обмена сводится к решению задачи, как энергию из сложных молекул пищи превратить в молекулу АТФ. В процессе эволюции эта задача была решена.

Так как же булочка из Макдональдса превращается в энергию макроэргических связей АТФ?

В энергетическом обмене выделяют несколько процессов, разделенных не только временем, но и протекающих в различных частях клетки:

• Подготовительный этап
• Гликолиз
• Кислородное окисление

Подготовительный этап у человека и других многоклеточных макроорганизмов начинается в ротовой полости, продолжается в желудочно-кишечном тракте и представляет собой многоступенчатый процесс распада сложных полимеров белков, жиров и углеводов пищи до мономеров.

Из курса химии помним, что во время разрыва связей элементов выделяется энергия. Для образования аденозинтрифосфата этой энергии недостаточно, и она вся уходит во внешнюю среду.

Что же происходит у простых одноклеточных организмов, у которых нет ротиков и животиков? Пища, захваченная одноклеточным организмом, попадает в пищеварительную вакуоль или лизосому, где при помощи ферментов-катализаторов, способствующих пищеварению, протекает начальный этап диссимиляции.

Подготовленные во время предварительного этапа вещества переходят во второй бескислородный этап энергетического обмена, который называется гликолиз.

Два греческих слова (гликос – «сладкий» и лизис – «расщеплять») дали название второй бескислородной фазе энергетического обмена — глико́лизу. 

Гликолиз является цепочкой из 10 биохимических превращений, итогом которых является трансформация стабильной молекулы глюкозы в трехуглеродные молекулы пирувата, – или пировиноградной кислоты.

Что ещё почитать?

Химические и физические свойства водорода

Основные химические свойства кислот

Теория электролитической диссоциации

Массовая доля вещества

«Подождите, – могут сказать дотошные ученики, – глюкоза у нас находится в пищеварительной системе. А процессы метаболизма идут в клетках по всему организму, например, на кончике носа или задней лапе. Как же попадает глюкоза в цитоплазму клетки во всем организме?».

Глюкоза всасывается в желудочно-кишечном тракте, попадает в кровоток, током крови разносится ко всем тканям и клеткам организма, и благодаря белку-переносчику инсулину попадает в клетку.

Цитоплазма отдельной клетки – место осуществления реакций гликолиза. Энергии при этом выделяется совсем немного. Ее хватает лишь на формирование 2-х молекул АТФ. Казалось бы, энергия получена, и процесс может остановиться. Так и происходит у некоторых бактерий. Но никакому нормальному многоклеточному организму таких запасов АТФ не хватит. В пировиноградной кислоте остался еще достаточный запас энергии, которую тоже хотелось бы использовать макроорганизму.

У многоклеточных тел пируват переходит в третью фазу диссимиляции — клеточное дыхание в митохондриях. Дыханием процесс называется, поскольку в ходе химических реакций в митохондриях происходит потребление кислорода и выделение углекислого газа в цитоплазму клетки, а дальше, с помощью кровообращения и дыхания, – во внешнюю среду.

Клеточное дыхание представлено двумя этапами:

• цикл Кребса, протекающий в матриксе митохондрий
• окислительное фосфорилирование, протекающее на кристах митохондрий при участии ферментов дыхательной цепи

Итогом кислородного этапа энергетического обмена является выделение количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ, воды и СО2. При этом нужно помнить, что аденозинтрифосфат содержит три остатка фосфата, а макроэргических связей образуется только две. Суммарное уравнение биохимических реакций, протекающих в третьей фазе диссимиляции, можно записать так:

2C₃H₄O₃+6O₂+36H₃PO₄+36АДФ=6CO₂+42H₂O+36АТФ

В итоге этих реакций происходит накопление огромного количества энергии — 36 молекул аденозинтрифосфата против 2-х, что запасаются в процессе гликолиза. Однако поскольку эта фаза требует кислорода для своих реакций, в бескислородной среде процесс протекать не может.

При дефиците кислорода пируват окисляется до лактата. Именно ему принадлежит ощущение приятной боли после хорошей тренировки. У хорошо тренированных людей с активным кровоснабжением и хорошо развитой сетью капилляров нужно затратить большую физическую нагрузку перед тем, как начнет накапливаться молочная кислота.

Вспомним, что еще 2 молекулы аденозинтрифосфата накапливаются на этапе гликолиза. Таким образом, при распаде одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

На портале LECTA В параграфе 22 учебника «Естествознание 11 класс» под редакцией Титова С.А. внимательные ученики найдут ответ на вопрос, почему цианистый калий – любимое средство убийц в детективных романах.

Тест

Функции тела и жизненный процесс

Функции тела

Функции организма – это физиологические или психологические функции систем организма. Функции организма в конечном счете являются функциями его клеток. Выживание — самое важное дело тела. Выживание зависит от поддержания или восстановления организмом гомеостаза, состояния относительного постоянства его внутренней среды.

Более века назад французский физиолог Клод Бернар (1813-1878) сделал замечательное наблюдение. Он отметил, что клетки организма выживают в здоровом состоянии только тогда, когда температура, давление и химический состав окружающей их среды остаются относительно постоянными. Позднее американский физиолог Уолтер Б. Кэннон (1871-1919 гг.45), предложил название гомеостаза для относительно постоянных состояний, поддерживаемых телом. Гомеостаз — ключевое слово в современной физиологии. Оно происходит от двух греческих слов: «гомео», что означает «то же самое», и «стасис», что означает «стоять». «Стоять или оставаться прежним» — вот буквальное значение гомеостаза. Однако, как подчеркивал Кэннон, гомеостаз не означает нечто фиксированное и неподвижное, остающееся все время одним и тем же. По его словам, гомеостаз «означает состояние, которое может меняться, но остается относительно постоянным».

Гомеостаз зависит от непрерывного выполнения организмом многих действий. Его основные виды деятельности или функции реагируют на изменения в окружающей среде организма, обмениваются материалами между окружающей средой и клетками, усваивают продукты питания и объединяют все разнообразные виды деятельности организма.

Способность организма выполнять многие функции постепенно меняется с годами. В целом организм хуже всего выполняет свои функции в обоих концах жизни — в младенчестве и в старости. В детстве функции организма постепенно становятся все более эффективными и результативными. Во время поздней зрелости и старости все наоборот. Постепенно они становятся все менее эффективными и действенными. В юношеском возрасте они обычно действуют с максимальной эффективностью и результативностью.

Жизненный процесс

Все живые организмы имеют определенные характеристики, отличающие их от неживых форм. К основным процессам жизни относятся организация, обмен веществ, реактивность, движения и размножение. У людей, представляющих наиболее сложную форму жизни, существуют дополнительные потребности, такие как рост, дифференцировка, дыхание, пищеварение и выделение. Все эти процессы взаимосвязаны. Ни одна часть тела, от мельчайшей клетки до целой системы организма, не работает изолированно. Все они функционируют вместе, в точно настроенном балансе, для благополучия человека и поддержания жизни. Такие болезни, как рак и смерть, представляют собой нарушение баланса в этих процессах.

Ниже приводится краткое описание жизненного процесса:

Организация

На всех уровнях организационной схемы существует разделение труда. Каждый компонент выполняет свою работу в сотрудничестве с другими. Даже отдельная клетка, если она потеряет свою целостность или организацию, умрет.

Метаболизм

Метаболизм — это широкий термин, включающий все химические реакции, протекающие в организме. Одной из фаз метаболизма является катаболизм, при котором сложные вещества расщепляются на более простые строительные блоки и высвобождается энергия.

Оперативность

Реакция или раздражительность связаны с обнаружением изменений во внутренней или внешней среде и реакцией на эти изменения. Это акт восприятия стимула и реакции на него.

Механизм

Существует много типов движений внутри тела. На клеточном уровне молекулы перемещаются из одного места в другое. Кровь движется от одной части тела к другой. Диафрагма движется при каждом вдохе. Способность мышечных волокон укорачиваться и таким образом производить движение называется сократимостью.

Репродукция

Для большинства людей под репродукцией понимается формирование нового человека, рождение ребенка. Таким образом, жизнь передается от одного поколения к другому через размножение организма. В более широком смысле размножение также относится к образованию новых клеток для замены и восстановления старых клеток, а также для роста. Это клеточное размножение. И то, и другое необходимо для выживания человечества.

Рост

Рост относится к увеличению размера либо за счет увеличения количества клеток, либо за счет увеличения размера каждой отдельной клетки. Для роста анаболические процессы должны происходить быстрее, чем катаболические.

Дифференциация

Дифференцировка — это процесс развития, при котором неспециализированные клетки превращаются в специализированные клетки с отличительными структурными и функциональными характеристиками. В результате дифференцировки клетки развиваются в ткани и органы.

Дыхание

Под дыханием понимаются все процессы, связанные с обменом кислорода и углекислого газа между клетками и внешней средой. Он включает вентиляцию, диффузию кислорода и углекислого газа и транспорт газов кровью. Клеточное дыхание связано с использованием клеткой кислорода и выделением углекислого газа в процессе метаболизма.

Переваривание

Пищеварение — это процесс расщепления сложной съеденной пищи на простые молекулы, которые могут всасываться в кровь и использоваться организмом.

Выделение

Экскреция – это процесс, при котором из организма выводятся продукты пищеварения и метаболизма. Он избавляется от побочных продуктов, которые организм не может использовать, многие из которых токсичны и несовместимы с жизнью.

Десяти жизненных процессов, описанных выше, недостаточно для обеспечения выживания индивидуума. Помимо этих процессов жизнь зависит от определенных физических факторов окружающей среды. К ним относятся вода, кислород, питательные вещества, тепло и давление.

« Предыдущая (Введение в тело человека)Следующая (Анатомическая терминология)»

Тема 8.1 Метаболизм — УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР НАУКИ С MR. ЗЕЛЕНЫЙ

В разделе «Метаболизм» мы узнаем о важности ферментов и о том, как они ускоряют метаболические пути. Мы также рассмотрим ингибиторы ферментов и способы регулирования метаболических путей с помощью механизмов обратной связи.

Этот блок рассчитан на 4 учебных дня

---

Основная идея:

• Метаболические реакции регулируются в ответ на потребности клетки.

​Природа науки:

• Развитие научных исследований следует за улучшениями в вычислительной технике — достижения в области биоинформатики, такие как опрос баз данных, облегчили исследование метаболических путей. (3.8)
  • Расскажите об использовании и преимуществах биоинформатического метода хемогеномики при разработке новых фармацевтических препаратов.
    

Понимание:

8.1 U 1 Метаболические пути состоят из цепочек и циклов реакций, катализируемых ферментами.  (Oxford Biology Companion, стр. 374)​

• Сравните пути метаболических цепных реакций с путями циклических реакций.​

Метаболизм – это химические реакции, происходящие в организмах для поддержания жизни, такие как синтез АТФ при клеточном дыхании. В метаболических путях ферменты катализируют каждую реакцию на пути
Некоторые из этих путей являются анаболическими, то есть построенными из органических молекул (легко запомнить, поскольку анаболические стероиды помогают наращивать мышцы). Другие пути являются катаболическими, что означает расщепление больших органических молекул на более мелкие (например, реакции гидролиза во время пищеварения)

​Некоторые из этих метаболических реакций представляют собой циклы (например, цикл Кребса), а некоторые представляют собой линейные цепи (например, гликолиз)

изображение из Википедии

Анимация биохимических путей

8.1 U 2 Ферменты снижают энергию активации химических реакций, которые они катализируют. (Oxford Biology Companion, стр. 374)​

• Дайте определение энергии активации.
• Объясните роль ферментов в снижении энергии активации реакции.​

Энергия активации – это энергия, которую необходимо преодолеть, чтобы произошла химическая реакция.
Энергия активации более конкретно может быть определена как энергия, необходимая для ослабления и разрыва химических связей субстрата. Ферменты работают, снижая энергию активации, необходимую для протекания реакции.

Химическая реакция

• реагенты превращаются в продукты

Энергия активации

• должна быть превышена для любой реакции
• позволяет разрывать связи в экзергонических реакциях
• позволяет образовывать новые связи в эндергонических реакциях реакции

Ферменты

• снижают энергию активации
• активный центр взаимодействует с субстратом, изменяя стабильность связей субстрата, позволяя молекулам субстрата формировать переходное состояние, которое отличается от того, которое было бы образовано без фермента
• переходное состояние реакций, катализируемых ферментами, имеет более низкую энергию, чем реакции, не катализируемые ферментами, что снижает энергию активации снижает энергию активации за счет снижения потребности в энергии переходного состояния реагентов

изображение из природы

Как работают ферменты Анимация

8. 1 U 3 Ингибиторы ферментов могут быть конкурентными и неконкурентными. ( Указание: ингибирование ферментов следует изучать на одном конкретном примере конкурентного и неконкурентного ингибирования.) (Oxford Biology Course Companion, стр. 375)​

• Дайте определение ингибитору фермента.
• Сравнение конкурентного и неконкурентного ингибирования ферментов.
• Опишите один пример конкурентного ингибитора ферментов и один пример неконкурентного ингибитора ферментов.

Конкурентное ингибирование происходит, когда молекула, структурно сходная с субстратом, напрямую конкурирует с субстратом за доступ к активному центру, что снижает количество взаимодействий субстрата с ферментом. Неконкурентное ингибирование происходит, когда ингибитор не конкурирует за активный центр с субстратом, а вместо этого связывается с отдельным сайтом фермента.

Конкурентное ингибирование

• Субстрат и ингибитор химически очень похожи
• Ингибитор связывается с активным центром фермента фермента предотвращается до тех пор, пока ингибитор не диссоциирует. Скорость химической реакции снижается.
• Конкурентное ингибирование обычно обратимо, но в некоторых случаях может быть необратимым.
• Конкурентное ингибирование можно преодолеть, достаточно увеличив концентрацию субстрата, тем самым превзойдя ингибитор.

Пример: синтетаза фолиевой кислоты

• Синтетаза фолиевой кислоты представляет собой фермент бактерий, который обычно вырабатывает фолиевую кислоту, необходимый витамин, из ПАБК и других субстратов
• Группа антибиотиков, известных как сульфаниламиды, связывается с занимает активный центр синтетазы фолиевой кислоты, блокируя таким образом доступ к субстрату аналогичной формы, ПАБК
• без фолиевой кислоты бактерии погибают, и инфекция преодолевается

Неконкурентное ингибирование

• Неконкурентное ингибирование также называется аллостерическим ингибированием, а сайт, где связывается ингибитор, называется аллостерическим сайтом.
• Субстрат и ингибитор не похожи
• Ингибитор связывается с ферментом в месте, отличном от активного центра
• Ингибитор изменяет конформацию (трехмерную, третичную структуру) фермента, вызывая изменения, достаточные для замедления активности фермента; в то время как субстрат связывается с активным центром, он не превращается в продукт
• Неконкурентное ингибирование обычно обратимо.
• Поскольку ингибитор связывается с сайтом, отличным от активного центра, увеличение концентрации субстрата не ускорит реакцию или не уменьшит эффект ингибитора с -SH-группами цистеина, аминокислоты, которая обычно образует ковалентные дисульфидные мостики
• Разрушение дисульфидных мостиков изменяет третичную структуру фермента, влияя на его активный центр
• Серебро (и другие тяжелые металлы) действуют как метаболические яды, нарушая активность многих ферментов

изображение из Socratic

8.1.U 4 Метаболические пути можно контролировать путем ингибирования конечных продуктов. (Oxford Biology Companion, стр. 377)​

• Опишите аллостерическую регуляцию активности ферментов.
• Опишите механизм и преимущества ингибирования конечного продукта

Аллостерическое или неконкурентное ингибирование играет важную роль в контроле метаболических путей. Когда метаболический путь производит определенный продукт, этот продукт также действует как ингибитор этот метаболический путь.

• Используется для регуляции метаболических путей, либо включая их, когда это необходимо, либо выключая, когда они не нужны изменены для снижения активности этих ферментов
• Обычно, когда конечный продукт метаболического пути образуется в избытке, избыточные продукты взаимодействуют с ферментами в начале пути, снижая активность пути до тех пор, пока конец продукты расходуются, тем самым высвобождая аллостерические ферменты от ингибирования и позволяя метаболическому пути снова функционировать, производя больше конечных продуктов
• Это отрицательная обратная связь, известная как ингибирование конечного продукта.
• Когда изолейцин избыток, изолейцин связывается с аллостерическим сайтом треониндеаминазы, снижая ее активность и, таким образом, ингибируя выработку изолейцина
• . Связывание изолейцина с аллостерическим сайтом является обратимым. Позже, когда изолейцина не хватает, он высвобождается из аллостерического сайта, и треониндезаминаза снова освобождается от ингибирования, позволяя треониндезаминазе продолжать работу, производя больше изолейцина 9.0075

Применение

8.1 A 1 Ингибирование конечного продукта пути превращения треонина в изолейцин.  (Oxford Biology Course Companion, стр. 377)​

• Проиллюстрируйте ингибирование конечного продукта метаболического пути превращения треонина в изолейцин.
• Укажите последствия повышения концентрации изолейцина.

Изолейцин является незаменимой аминокислотой, то есть не синтезируется в организме человека (и, следовательно, должен поступать с пищей). В растениях и бактериях изолейцин может быть синтезирован из треонина в ходе пятиступенчатой ​​реакции. Поскольку избыточное производство изолейцина ингибирует дальнейший синтез, он действует как пример ингибирования конечного продукта

Ингибирование обратной связи биохимических путей анимации

8.1 A 2 ​Использование баз данных для выявления потенциальных новых противомалярийных препаратов. (Oxford Biology Course Companion, стр. 378)​

• Опишите причины разработки новых противомалярийных препаратов.
• Объясните использование баз данных для выявления потенциальных новых противомалярийных препаратов.

Важность баз данных

• Требуются большие инвестиции для разработки, лицензирования и внедрения нового противомалярийного препарата
• Резистентность целевых групп к лекарственным средствам может быстро обесценить инвестиции
• Важно понимать механизмы отбора, закономерности употребления лекарств в различных условиях и закономерности резистентности.
• Базы данных, содержащие информацию об уровнях устойчивости к противомалярийным препаратам, в т.ч. Публикации генома P. falciparum позволили проследить эволюцию паразитов с высокой лекарственной устойчивостью
• Базы данных позволяют исследователям создавать и поддерживать тщательный мониторинг новых лекарств от малярии, полезных в терапевтических целях. Также важно сделать базу данных доступной для всех
• Малярия — это заболевание, вызываемое простейшим Plasmodium falciparum
• Повышенная устойчивость патогена P. falciparum к противомалярийным препаратам, таким как хлорохин, и активизация глобальных усилий по искоренению малярии привели к необходимости производства новых противомалярийных препаратов

 ​
Штамм P. falciparum 3D7 

Штамм P. falciparum 3D7 был секвенирован учеными и используется для тестирования химических веществ для новых возможных лекарств.
В одном конкретном исследовании было протестировано более 300 000 химических веществ против чувствительного к хлорохину штамма 3D7 и устойчивого к хлорохину штамма K1, чтобы определить, подавляет ли какой-либо из этих химических веществ метаболизм. Результаты показали, что 19новые химические вещества ингибируют ферменты, на которые обычно нацелены противомалярийные препараты, и 15 химических веществ, которые связываются в общей сложности с 61 различным малярийным белком. Это исследование обеспечивает отправную точку для производства возможных новых противомалярийных препаратов.

Карта эффективности противомалярийных препаратов

Навыки

8.1 S 1 ​Вычисление и построение скорости реакции на основе исходных экспериментальных результатов.  (Справочник по Оксфордскому курсу биологии, стр. 376)​

• Объясните, почему скорость реакции с увеличением концентрации субстрата ниже с неконкурентным ингибитором по сравнению с конкурентным ингибитором.

Каталаза — фермент, присутствующий в клетках многих тканей живых организмов. Он ускоряет реакцию, которая расщепляет перекись водорода, токсичное химическое вещество, на 2 безвредных вещества — воду и кислород.

Химическая реакция выглядит следующим образом: 2h3O2 —> 2h3O + O2

Эта реакция важна для клеток, поскольку перекись водорода (h3O2) вырабатывается как побочный продукт многих нормальных клеточных реакций. Если бы клетки не расщепили перекись водорода, они бы отравились и погибли. В этой лаборатории вы будете изучать каталазу, обнаруженную в клетках печени. Следующие данные были получены при разложении перекиси водорода говяжьей печенью в течение 10 минут.

Пожалуйста, заполните следующую таблицу и рассчитайте скорость реакции для каждого временного интервала.

• Покажите один пример расчета скорости уменьшения массы с течением времени.
• Пожалуйста, нарисуйте изменение массы в зависимости от изменения во времени, чтобы показать скорость (напишите соответствующие метки на оси, включая единицы измерения.
• Рассчитайте общую скорость реакции за 600-секундный период времени.
  
• Что делать вы замечаете, как увеличивается время?
  
• Как вы думаете, почему это так?

8.1 S 2 Различение различных типов ингибирования на графиках при определенной концентрации субстрата. (Oxford Biology Course Companion, стр. 378)​

• Назовите два метода определения скорости реакций, контролируемых ферментами.
• Укажите единицу скорости ферментативной реакции.
• Имея данные, рассчитайте и начертите график скорости реакции, катализируемой ферментом.

Многие ингибиторы ферментов используются в медицине.

Например, этанол использовался в качестве конкурентного ингибитора отравления антифризом.

Фомепизол, являющийся ингибитором алкогольдегидрогеназы, также применялся при отравлении антифризом.

Основной ингредиент антифриза называется этиленгликоль , гипервентиляция, ацидоз и острая почечная недостаточность.

Лечение должно быть начато как можно раньше, чтобы предотвратить почечную недостаточность, которая может привести к летальному исходу

Конкурентное ингибирование

• Этанол используется в качестве лечения для блокирования фермента, ответственного за метаболизм этиленгликоля в гликолевую кислоту и щавелевую кислоту (эти две молекулы более токсичны, чем исходная молекула)
• Этанол действует, конкурируя с этиленгликолем за активный центр алкогольдегидрогеназы, первого фермента в пути деградации. Поскольку этанол имеет гораздо более высокое сродство к алкогольдегидрогеназе, примерно в 100 раз большее сродство, он успешно блокирует расщепление этиленгликоля до гликоальдегида, что предотвращает дальнейшее разложение на его опасные метаболиты, такие как щавелевая кислота.
• Поскольку щавелевая кислота не образуется, предотвращается повреждение почек, а этиленгликоль выводится с мочой

Неконкурентное ингибирование

• Фомепизол является сильным ингибитором, который также блокирует образование деструктивных метаболитов этиленгликоля и антидот, одобренный Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США
• . Фомепизол связывается с аллостерическим участком фермента, который изменяет конформационную форму фермента
• Этиленгликоль больше не может связываться с активным центром
• Поскольку это неконкурентный режим, нет необходимости в корректировке дозы и мониторинге крови, как при лечении этанолом (лечение этанолом требует частого измерения уровня этанола в крови и корректировки дозировки для поддержания терапевтического концентрации этанола по мере расщепления этанола)
• Недостатком является дороговизна фомепизола

Основные термины

​метаболическая цепная реакция ​энергия активации ​ингибирование конечного продукта ​малярия ​цикл Кребса

циклическая реакция ингибитор фермента аллостерическая регуляция концентрация субстрата сайт связывания

энергия активации конкурентное ингибирование треонин химогеномика субстрат

катализирует неконкурентное ингибирование изолейцин цикл Кальвина

Классный материал

Обзор темы 8. 1

​PowerPoint и примечания к теме 8.1 Криса Пейна

​C Правильное использование терминологии является ключевым навыком в биологии. Очень важно правильно использовать ключевые термины при выражении своего понимания, особенно в оценках. Используйте карточки-викторины или другие инструменты, такие как изучение, разброс, космическая гонка, правописание и тест, чтобы помочь вам освоить словарный запас.

Полезные ссылки

В новостях

Открытие фермента прокладывает путь к борьбе со смертельными паразитарными заболеваниями ускорение бионических ферментативных реакций — Science Daily, октябрь 2016 г.

TOK

• Многие метаболические пути были описаны после серии тщательно контролируемых и повторяющихся экспериментов. В какой степени рассмотрение составных частей может дать нам знание целого?

Видеоклипы

Сестры-амебы объясняют ферменты и то, как они взаимодействуют со своими субстратами.