Ответы на экзаменационные задачи (из задачника)

№ 14.1 При наследственной недостаточности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы прием лекарств, являющихся сильными окислителями (аспирин, сульфаниламиды, примахин), вызывает гемолиз эритроцитов. Какое значение в метаболизме эритроцитов имеет реакция, которую катализирует глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа? Для ответа на вопрос напишите:

а) Метаболический путь, в котором происходит эта реакция

б) Схему реакций, обеспечивающих обезвреживание активных форм кислорода в эритроцитах

В эритроцитах, как и в большинстве клеток, присутствует тиолсодержащий трипептид - глутатион. Восстановленная форма глутатиона содержит SH- группу, которая может служить донором электронов в реакциях восстановления. При генетическом дефекте глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы концентрация восстановленного кофермента NADPH уменьшается, в результате чего резко снижается концентрация восстановленного глутатиона, а в клетке накапливается активный кислород. В этом случае окисление SH- групп молекул гемоглобина в эритроцитах приводит к образованию перекрестных дисульфидных связей и агрегации протомеров гемоглобина с формированием телец Хайнца. Мембрана эритроцита деформируется, и он не может проходить через капилляр.

Лекарства снижают способность эритроцитов бороться с активными формами кислорода.

Значение реакции - обезвреживание активных форм кислорода.

а) Образование и обезвреживание активных форм кислорода в эритроците

1 - спонтанное окисление Fe в геме гемоглобина — источник супероксидного аниона в эритроцитах

2 - супероксиддисмутаза превращает супероксидный анион в пероксид водорода и воду

3 - пероксид водорода расщепляется каталазой или глутатионпероксидазой

4 - глутатионредуктаэа восстанавливает окисленный глутатион

5 – NADPH, необходимый для восстановления глутатиона, образуется на окислительном этапе пентозофосфатного пути превращения глюкозы

6 - NADH, необходимый для восстановления гемоглобина метгемоглобинредуктазной системой, образуется в глицеральдегтдфосфатдегидрогеназной реакции гликолиза

б) Источник NADPH – окислительный этап ПФ-пути

При приёме некоторых лекарств, являющимися сильными окислителями у пациентов, имеющих генетические дефекты глюкозы-фосфатдегидрогеназы, глутатионовой кислоты может оказаться недостаточно.

Активные формы кислорода вызывает образование гидроперекисей ненасыщенных, фосфолипидов, входящих в состав мембран, их разрушение и гемолиз эритроцитов.

№ 14.2 При генетическом дефекте ключевого фермента гликолиза пируваткиназы у больных наблюдается гемолиз эритроцитов. какое значение для эритроцитов имеет метаболический путь, в котором участвует пируваткиназа? Для ответа на вопрос:

а) Напишите схему метаболического пути, в котором участвует пируваткиназа

б) Объясните, почему ускоряется гемолиз эритроцитов

Значение – единственный источник энергии (АТФ) для эритроцитов.

Анаэробный распад глюкозы происходит в мышцах в первые часы работы в эритроцитах (в них нет митохондрий) и снабжает их кислородом. Эритроциты разносят кислород в ткани.

а) Анаэробный гликолиз.

б) Дефект пируваткиназы вызывает уменьшение АТФ и NADH+H⁺, а, следовательно, уменьшение активности Na⁺/K-АТФазы, увеличение осмотического давления, а следовательно, осмотический шок.

Дефицит NADH+H⁺ ведет к накоплению Мет-Hb и увеличению количества анг. форм кислорода, вызывающих окисление SH-групп, образующих дисульфидные связи, а следовательно, ускоряется гемолиз эритроцитов.

№ 14.3 Дикумарол и варфарин являются структурными аналогами витамина К и применяется в клинике как антикоагулянты для профилактики тромбозов. Почему эти лекарства не влияют на свертываемость крови in vitro? Для ответа на вопрос:

а) Укажите, коферментом какого фермента является витамин К

б) Вспомните, в посттрансляционный модификации каких белков свертывающей системы крови принимает участие витамин К, и какую роль играют эти белки в тромбообразовании.

Потому что нужна плазматическая мембрана для их действия так как они действуют на фосфолипиды.

а) Фермента карбоксилазы

б) Взаимодействие ферментных комплексов с клеточными мембранами происходит с участием ионов кальция. Все проферменты прокоагулянтного пути (II, VII, IX, X) содержат остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты, образующиеся в результате пострансляционной модификации этих белков в ЭР гепатоцитов.

Остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты в факторе VIIа, IXа и Xа обеспечивают взаимодействие этих ферментов посредством кальция с отрицательно заряженными фосфолипидами клеточных мембран. В отсутствие ионов кальция кровь не свёртывается.

Биологическая функция витамина К связана с его участием в процессе свёртывания крови. Он участвует в активации факторов свёртывания крови: протромбина, проконвертина, фактора Кристмаса и фактора Стюарта. Эти белковые факторы синтезируются как неактивные предшественники. Один из этапов активации – их карбоксилирование по остаткам глутаминовой кислоты. С образованием γ-карбоксиглутаминовой кислоты, необходимой для связывания ионов кальция. Витамин К участвует в реакциях карбоксилирования в качестве кофермента.

№ 14.4 В отсутствие ионов Ca²⁺ кровь не свертывается. Какую роль играет Са²⁺ в свертывании крови? Для ответа на вопрос:

а) Опишите состав мембранных комплексов прокоагулянтного пути свертывания крови и последовательность их взаимодействия

б) Укажите роль Са²⁺ в формировании этих комплексов

Взаимодействие ферментных комплексов с клеточными мембранами происходит с участием ионов кальция. Все проферменты прокоагулянтного пути (II, VII, IX, X) содержат остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты, образующиеся в результате пострансляционной модификации этих белков в ЭР гепатоцитов.

Остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты в факторе VIIа, IXа и Xа обеспечивают взаимодействие этих ферментов посредством кальция с отрицательно заряженными фосфолипидами клеточных мембран. В отсутствие ионов кальция кровь не свёртывается.

а)

б) Кальций нужен для взаимодействия ферментных комплексов с клеточными мембранами

№ 14.5 Инфаркт миокарда, травмы и хирургические вмешательства могут сопровождаться тромбозами. Объясните причину повышения свертываемости крови в этих условиях. Для этого:

а) Укажите причины, которые могут инициировать каскад реакций свертывания крови

б) Вспомните состав инициирующего мембранного комплекса прокоагулянтного пути свертывания крови и его роль.

Происходит активация тканевого фактора.

а) Для остановки кровотечения из капилляров и сосудов необходимо быстрое образование прочного тромба, препятствующего потере крови. Это достигается каскадом ферментативных реакций с механизмами усиления на многих этапах. Следовательно, причина – повреждение сосуда.

В активации ферментов каскада выделяют три основных механизма: частичный протеолиз, взаимодействие с белками-активаторами и взаимодействие с модифицированными клеточными мембранами.

б)

Роль – остановка кровотечения из капилляров и сосудов путём образования прочного тромба.

№ 14.6 При наследственном дефиците протеина С возможны венозный тромбоз и легочная эмболия. Какую роль играет активированный протеин С в гемостазе? Для ответа на вопрос:

а) Напишите схему реакций антикоагулянтного пути

б) Объясните роль тромбина в гемостазе

Активированный протеин С образует с белком-активатором S мембраносвязанный комплекс Ca-S-Ca. Ca в составе комплекса гидролизует в факторах Vа и VIIIа по две петидные связи и инактивирует эти факторы.

а)

б) Тромбин образуется в крови из неактивного предшественника протромбина. Протромбин синтезируется в печени и содержит остатки γкарбоксиглутаминовой кислоты.

Тромбин частичным протелизом превращает фибриноген в фибрин и активирует факторы VII, VIII, V. XIII.

Тромбин выполняет ряд важных физиологических функций: является ферментом прокоагулянтного и коагулянтного путей свёртывания крови, инициирует реакции антикоагулянтной фазы, вызывает агрегацию тромбоцитов и оказывает митогенное действие, участвуя в пролиферации и репарации клеток.

Тромбин активирует антикоагулянтную фазу и тормозит (ингибирует фермент) свёртывание крови

Тромбин взаимодействует со специфическим рецептором – интегральным белком, имеющим 7 транспортных доменов. Тромбин активрует рецептор частичным протеолизом, отщепляя от него N-концевой пептид, находящийся на внешней плазматической поверхности тромбоцита. Следовательно, тромбин, в отличие от других активаторов, действует каталитически, и одна молекула тромбина может активировать несколько рецепторов.

№ 15.1 Одно из клинических проявлений цинги – кровоизлияние под кожу и слизистые оболочки. Недостаток какого витамина приводит к этому заболеванию? Для ответа на этот вопрос:

а) Назовите этот витамин и его основную функцию в формировании межклеточного матрикса

б) Напишите реакцию гидроксилирования пролина и лизина

в) Укажите вещества, необходимые для протекания реакции

Недостаток витамина С

а) Главное свойство аскорбиновой кислоты (витамина C) – способность легко окисляться и восстанавливаться. Вместе с дегидроаскорбиновой кислотой она образует в клетках оксилительно-восстановительную пару с редокс-потенциалом +1,139 B. Благодаря этой способности аскорбиновая кислота участвует во многих реакциях гидроксилирования: остатков Про и Лиз при синтезе коллагена (основного белка соединительной ткани), при гидроксилировании дофамина, синтезе стероидных гормонов в коре надпочечников.

При цинге нарушается гидроксилирование остатков пролина и лизина. В результате этого образуются менее прочные и стабильные коллагеновые волокна, что приводит к большой хрупкости и ломкости кровеносных сосудов с развитием цинги.

б)

в) Вещества – аскорбиновая кислота, железо и ферментов прлил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы.

№ 15.2 Коллагеновые фибриллы укрепляются внутри- и межцепочечными ковалентными сшивками. Какая аминокислота участвует в образовании этих сшивок? Для ответа на этот вопрос:

а) Напишите реакцию окислительного дезаминирования лизина

б) Назовите фермент, который катализирует эту реакцию, и необходимые кофакторы

в) Вспомните, к каким последствиям может привести снижение активности этого фермента или дефицит кофакторов

Аминокислота – лизин

а)

б) Фермент – лизилоксидаза. Кофакторы – медь, витамин PP и B₆

в) При снижении активности лизилоксидазы, а также при недостатке меди или витаминов PP или B6 нарушается образование поперечных сшивок и, как следствие, снижаются прочность и упругость коллагеновых волокон. Такие структуры, как кожа, сухожилия, кровеносные сосуды, становятся хрупкими, легко разрываются.

№ 15.3 При сахарном диабете меняется скорость синтеза протеогликанов и инсулинзависимых и инсулиннезависимых тканях. В каких тканях она увеличивается и почему? Для ответа на этот вопрос:

а) Вспомните, что такое протеогликаны, и назовите особенности их состава и структуры

б) Назовите углеводные компоненты протеогликанов и их функции

в) Укажите, к каким последствиям приведет повышение синтеза протеогликанов в базальных мембранах?

В инсулиннезависимых тканях.

а) Протеогликаны — высокомолекулярные соеди­нения, состоящие из белка (5—10%) и гликозаминогликанов (90-95%). Они образуют основное вещество межклеточного матрикса соединитель­ной ткани и могут составлять до 30% сухой мас­сы ткани.

Белки в протеогликанах представлены одной полипептидной цепью разной молекулярной мас­сы. Полисахаридные компоненты у разных протеогликанов разные. Протеогликаны отличаются от большой группы белков, которые называют гликопротеинамн. Эти белки тоже содержат олигосахаридные цепи разной длины, ковалентно присоединённые к полипептидной основе. Угле­водный компонент гликопротеинов гораздо мень­ше по массе, чем у протеогликанов, и составляет не более 40% от общей массы. Гликопротеины выполняют в организме человека разные функ­ции и присутствуют во всех классах белков — ферментах, гормонах, транспортных, структурных белках и др. Представители гликопротеинов — коллаген и эластин, иммуноглобулины, ангиотензиноген, трансферрин, церулоплазмин, внутрен­ний фактор Касла, тиреотропный гормон.

Гликозаминогликаны и протеогликаны, являясь обязательными компонентами межклеточ­ного матрикса, играют важную роль в межкле­точных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образо­вании каркаса при формировании тканей.

б) Компоненты протеогликанов - гликозаминогликаны

Благодаря особенностям своей структуры и физико-химическим свойствам, протеогликаны и гликозаминогликаны могут выполнять в орга­низме человека следующие функции:

1. Они являются структурными компонентами межклеточного матрикса;

2. Протеогликаны и гликозаминогликаны спе­цифически взаимодействуют с коллагеном, эластином, фибронектином, ламинином и другими белками межклеточного матрикса;

3. Все протеогликаны и гликозаминогликаны, являясь полианионами, могут присоединять, кроме воды, большие количества катионов (Na⁺, K"% Са²⁺) и таким образом участвовать в формировании тургора различных тканей;

4. Протеогликаны и гликозаминогликаны иг­рают роль молекулярного сита в межклеточ­ном матриксе, они препятствуют распрост­ранению патогенных микроорганизмов;

5. Гиалуроновая кислота и протеогликаны вы­полняют рессорную функцию в суставных хрящах;

6. Гепарансульфатсодержащие протеогликаны способствуют созданию фильтрационного барьера в почках;

7. Кератансульфаты и дерматансульфаты обес­печивают прозрачность роговицы;

8. Гепарин — антикоагулянт;

9. Гепарансульфаты — компоненты плазма­тических мембран клеток, где они могут функционировать как рецепторы и участво­вать в клеточной адгезии и межклеточных взаимодействиях. Они также выступают компонентами синаптических и других пу­зырьков.

в) К нарушению структуры и функции базальной мембраны, как следствие утолщение её и в результате возможной диабетической ангиопатии.

№ 15.4 В процессе заживления ран образуются соединительнотканные рубцы. В этот период отмечается активный синтез всех компонентов межклеточного матрикса. Какой основной компонент межклеточного матрикса вы знаете? Для ответа на этот вопрос:

а) Назовите особенности состава и структуры этого белка, а также изменения, происходящие с пептидной цепью на этом этапе?

б) Назовите основные этапы его синтеза и созревания

в) Укажите, какой посттрансляционной модификации подвергается этот белок, какой витамин в этом участвует.

Коллаген

а) Коллаген состоит из 1000 аминокислотных остатков. Каждая 3-яя аминокислота – глицин. 20 % - пролин и гидроксипролин. 10 % - аланин. 40 % - остальное

б) Синтез и созревание коллагена сложный многоэтапный процесс, начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе. Синтез и созревание коллагена включают в себя целый ряд пострансляционных изменений:

1. Гидроксилирование пролина и лизина с образованием гидроксипролина и гидроксилизина.

2. Гликозилирование гидроксилизина

3. Частичный протеолиз – отщепление «сигнального пептида» , N- и C-концевых пропептидов.

4. Образование тройной спирали.

в) Гидроксилирование пролина и лизина. Витамин С.