Вопросы и задачи

1. Роль окислительного фосфорилирования в глюконеогенезе. Возможен ли реальный синтез глюкозы из пирувата в условиях, когда цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование полностью ингибированы?

2. Путь атомов углерода в глюконеогенезе. Печеночный экстракт, способный катализировать все обычные метаболические реакции, инкубируют непродолжительное время в отдельных опытах со следующими двумя предшественниками, меченными :

Проследите путь каждого из зтих двух предшественников в глюконеогенезе. В каком положении обнаружится метка во всех промежуточных продуктах и в конечном продукте, т. е. в глюкозе?

3. Путь в глюконеогенезе. В первой обходной реакции глюконеогенеза превращении пирувата в фосфоенолпируват - сначала под действием пируваткарбоксилазы пируват карбоксилируется с образованием оксалоаиетата. а затем оксалоацетат декарбоксилируется до фосфоенолпирувата в реакции, катализируемой фосфоенолпируваг-карбоксикиназой. Поскольку за присоединением непосредственно следует ее отщепление, можно было бы думать, что из не будет включаться в фосфоенолпируват и глюкозу, равно как и в любой другой из промежуточных продуктов глюконеогенеза. Выяснилось, однако, что если срезы крысиной печени синтезируют глюкозу в присутствии то хотя и не сразу, но все же обнаруживается в фосфоенолпирувате и в конце концов в углеродных атомах глюкозы. Каким образом метка попадает в фосфоенолпируват и в 3-й и 4-й углеродные атомы глюкозы? (Подсказка: если глюконеогенез происходит в присутствии то некоторые четырехуглеродные промежу очные продукты цикла лимонной кислоты тоже оказываются мечеными.)

4. Регуляция фруктозодифосфатазы и фосфофруктокиназы. Как влияет повышение концентраций АТР и АМР на каталитическую активность фруктозодифосфатазы и фосфофруктокиназы? Как сказываются эти эффекты на относительной величине потока метаболитов в глюконеогенезе и гликолизе?

5. Глюкогенные субстраты. Чтобы определить, может ли то или иное соединение служить предшественником глюкозы, поступают обычно следующим образом: сначала оставляют животное голодать, пока у него не истощится запас гликогена в печени, а потом дают ему исследуемое соединение. Те соединения, под влиянием которых количество гликогена в печени увеличивается, принято называть глюкогенными, потому что они сначала превращаются в глюкозо-6 фосфат. Ниже приведены формулы некоторых соединений. Покажите на основе известных ферментативных реакций, какие из них являются глюкогенными.

6. Уровень лактата в крови при большой физической нагрузке. На рисунке показана концентрация лактата в крови до бега на 400 м во время бега и после него.

Задача 6

а) Чем вызывается быстрое повышение концентрации лактата?

б) Что является причиной снижения уровня лактата после бега? Почему снижение происходит медленнее, чем подъем?

в) Почему в состоянии покоя концентрация лактата в крови не равна нулю?

7. Избыточное потребление кислорода во время глюконеогенеза. Поглощаемый печенью лактат превращается в глюкозу. Этот процесс требует затраты АТР; 6 молекул АТР расходуются на образование 1 молекулы глюкозы.

Об интенсивности этого процесса в срезах крысиной печенн можно судить, вводя в среду -лактат и измеряя количество образовавшейся -глюкозы. Поскольку стехиометрические соотношения между потреблением

02 и синтезом АТР известны (гл. 17), мы можем предсказать, какое дополнительное количество кислорода (сверх обычного уровня) должно быть потреблено при введении данного количества лакгата. Фактические измерения показывают, однако, что этот избыток 02, необходимый для образования глюкозы из лактата, всегда выше предсказанного на основе известных стехиометрических соотношений. Предложите возможное объяснение этого факта.

8. В какой точке регулируется синтез гликогена? Объясните, каким образом два приведенных ниже наблюдения могут помочь определить регулируемую стадию синтеза гликогена в скелетных мышцах?

а) Измеренная активность гликоген-синтазы в покоящейся мышце (выраженная в микромолях UDP-глюкозы, использованной на грамм в минуту) ниже, чем активность фосфоглюкомутазы или UDP-глюкозопирофосфорилазы (выраженная в микромолях субстрата, переработанного на грамм в минуту).

б) Стимуляция синтеза гликогена вызывает незначительное снижение концентраций глюкозо-6-фосфата и глюкозо-1-фосфата, резкое падение концентрации UDP-глюкозы и существенное увеличение концентрации UDP.

9. Во что обходится организму хранение глюкозы в форме гликогена? Напишите ряд последовательных реакций и суммарную реакцию, которые позволят определить число молекул АТР, расходуемых на превращение цитоплазматического глюкозо-6-фосфата в гликоген и гликогена обратно в глюкозо-6-фосфат. Какую часть это число составит от максимального числа молекул АТР, образующегося при полном расщеплении глюкозо-6-фосфата?

10. Выявление дефектных ферментов углеводного обмена. Проводилось патолого-анатомическое исследование кусочка ткани печени. У больного подозревали генетический дефект одного из ферментов углеводного обмена. Было показано, что гомогенат ткани 1) расщеплял гликоген до глюкозо-6-фосфата, 2) не обладал способностью синтезировать гликоген из какого бы то ни было сахара, так же как и способностью использовать галактозу в качестве источника энергии, и 3) синтезировал глюкозо-6-фосфат из лактата. Ниже названы три фермента; какой из них был дефектным в этом случае:

а) гликоген-фосфорилаза,

б) фруктозодифосфатаза,

в) UDP-тлюкозонирофосфорилаза?

Аргументируйте свой выбор.

11. Кетоз у овец. Около 80% всей глюкозы, синтезируемой в организме овцы, используется в вымени. Расходуется глюкоза на образование молока, главным образом на синтез лактозы, а также глицеролфосфата, необходимого для синтеза триацилглицеролов молока. Зимой при низком качестве корма образуется меньше молока и у овец иногда развивается кетоз, т.е. повышается концентрация кетоновых тел в плазме крови. Из-за чего происходят эти изменения? Обычно животным в таких случаях дают большие дозы пропионата. На чем основано его действие?

12. Адаптация к галактоземии. Галактоземия - это патологическое состояние, в основе которого лежит неспособность к утилизации галактозы, образующейся из лактозы, содержащейся в пище. Одна из форм этого заболевания обусловлена отсутствием фермента, называемого галактозо-1-фосфат - уридилтрансферазой. Если ребенок с таким дефектом не умирает в раннем возрасте, то позже у него может в какой-то мере развиться способность метаболизировать галактозу. Эта способность появляется за счет усиленного образования фермента UDP-галактозопирофосфорилазы, катализирующего следующую реакцию:

Каким образом благодаря присутствию этого фермента у таких больных развивается способность метаболизировать галактозу?