1. Физиологическая желтуха обусловлена особенностями метаболизма билирубина в этот период жизни:

- высокий выброс эритроцитов в родах;

- высокое содержание фетального гемоглобина;

- быстрое его разрушение после родов;

- дефицит конъюгирующих ферментов в печени

Для более простого понимания: Пожелтение кожи, слизистых и белков глаз малыша всегда объясняется повышенным содержанием в его крови желчного пигмента — билирубина, который высвобождается в результате естественного процесса распада гемоглобина в крови. Высвободившийся билирубин — это нерастворимый яд, и его вывод из организма затруднен. Поэтому в печени он связывается с глюкуроновой кислотой, становится нетоксичным, легкорастворимым и без затруднений выводится с мочой. Желтуха возникает, когда печень не успевает связывать высвободившийся билирубин и его содержание в крови превышает 35 мкмоль/л. Тогда он проникает в ткани, из-за чего желтеет кожа, глазные склеры, нижняя поверхность языка, небо.

2. Концентрация билирубина в крови повышается, уробилин в моче снижается, стеркобелин в кале снижается

3. Под влиянием света непрямой билирубин из жирорастворимого, токсичного для мозга вещества, превращается в нетоксичную водорастворимую форму. Чем большая поверхность тела освещается, тем сильнее эффект уменьшения токсичности. В связи с этим при проведении фототерапии ребёнок должен быть максимально обнажён, но согрет (для этого используют кувезы). Должны быть защищены глаза и половые органы от токсического воздействия синей фракции света. Длительность фототерапии может составлять от 1 до 3 сут, в зависимости от скорости уменьшения концентрации билирубина. Основные положения для проведения фототерапии: если концентрация непрямого билирубина может достигнуть токсического уровня. При болезнях печени и обтурационной желтухе фототерапия противопоказана.

Применение индукторов микросомальных ферментов печени (фенобарбитал) объясняется способностью последних повышать содержание лигандина в клетках печени и активность глюкуронилтрансферазы. Данные индукторы используются при нарушении процессов конъюгации. Фенобарбитал применяется в дозе 5 мг/кг в сутки, курс лечения не должен превышать 4–6 дней. Возможна схема применения фенобарбитала, при которой используются высокие нагрузочные дозы — 20–30 мг/кг в первые сутки, затем 5 мг/кг в последующие, однако высокие дозы фенобарбитала оказывают сильное седативное действие и могут вызвать нарушение дыхания, апноэ у новорожденного.

4. Если печень ребенка больна, или желчные протоки забиты, конъюгированный билирубин не может попасть в пищеварительный тракт, и просачивается обратно в кровь. Естественно, это также вызывает желтуху.

Задача;16

У недоношенного ребенка, родившегося за 2 месяца до срока, педиатр наблюдал нарушение дыхания, цианоз и после обследования поставил диагноз «респираторный дистресс-синдром». Причина этого состояния —недостаточное образование сурфактанта - гликолипопротеина, покрывающего внутреннюю поверхность альвеол и предотвращающего их слипание во время выдоха. Основной липидный компонент сурфактанта—дипальмитоилфосфатидилхолин, синтез которого происходит на 32—40-й неделе внутриутробного развития. Почему в состав фосфатидилхолина сурфактанта входят 2 молекулы пальмитиновой кислоты, а в молекулах фосфатидилхолинов, входящих в состав всех мембран клеток организма, находится большое количество полиеновых кислот? Для ответа:

а) напишите формулу дипальмитоилфосфатидилхолина;

б) объясните, какие неферментативные химические реакции могут происходить в радикалах полиеновых жирных кислот в присутствии кислорода;

в) назовите этот процесс и напишите соответствующие реакции;

г) опишите влияние этого процесса на свойства молекул фосфатидилхолина и мембран в целом;

д) объясните, почему такие реакции не происходят с радикалом пальмитиновой кислоты.

Ответ

А) Дипальмитоилфосфатидилхолин (ДПФХ)- C40H80NO8P

Б)   Включение двойных связей в радикалы жирных кислот называется десатурацией. Основные жирные кислоты, образующиеся в организме человека в результате десатурации (рис. 8-43), - пальмитоо-леиновая (С16:1Δ9) и олеиновая (С18:1Δ9). Образование двойных связей в радикалах жирных кислот происходит в ЭР в реакциях с участием молекулярного кислорода, NADH и цитохрома b5. Ферменты десатуразы жирных кислот, имеющиеся в организме человека, не могут образовывать двойные связи в радикалах жирных кислот дистальнее девятого атома углерода, т.е. между девятым и метильным атомами углерода. Поэтому жирные кислоты семейства ω-3 и ω-6 не синтезируются в организме, являются незаменимыми и обязательно должны поступать с пищей, так как выполняют важные регуляторные функции.

Для образования двойной связи в радикале жирной кислоты требуется молекулярный кислород, NADH, цитохром b5 и FAD-зависимая редуктаза цитохрома b5. Атомы водорода, отщепляемые от насыщенной кислоты, выделяются в виде воды. Один атом молекулярного кислорода включается в молекулу воды, а другой также восстанавливается до воды с участием электронов NADH, которые передаются через FADH2 и цитохром b5.

В)

Образование ненасыщенных жирных кислот.

Г) Ненасыщенные жирные кислоты являются только цисизомерами, т.е. они все изогнуты. Жирные кислоты в свободном состоянии редко встречаются в составе мембран. Они являются важным фактором регулирования проницаемости мембран (влияют на поверхностные свойства фосфолипидов, белок-липидные и липид-липидные взаимодействия), функционирования мембранно-связанных ферментов.

Д) После образования малонил-КоА синтез жирных кислот продолжается на мультиферментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе). Этот фермент состоит из 2 идентичных протомеров, каждый из которых имеет доменное строение и, соответственно, 7 центров, обладающих разными каталитическими активностями (рис. 8-37). Этот комплекс последовательно удлиняет радикал жирной кислоты на 2 углеродных атома, донором которых служит ма-лонил-КоА. Конечный продукт работы этого комплекса - пальмитиновая кислота, поэтому прежнее название этого фермента - пальмитоилсинтетаза.

Первая реакция - перенос ацетильной группы ацетил-КоА на тиоловую группу цистеина ацетилтрансацилазным центром . Затем от малонил-КоА остаток малонила переносится на сульфгидрильную группу ацилпереносящего белка малонилтрансацилазным центром. После этого комплекс готов к первому циклу синтеза.

Задача;17

В больницу доставлен пациент, 12 лет страдающий сахарным диабетом 1-го типа, с жалобами на сильные отеки в нижних конечностях и по всему телу, а также на утомляемость и слабость. В ходе клинического исследования у больного была выявлена протеинурия (более 500 мг/сут), гипоальбуминемия, после чего был поставлен диагноз «нефропатия» — одна из основных форм диабетических микроангиопатий. Какие нарушения метаболизма привели к снижению скорости клубочковой фильтрации и, как следствие, к диабетической нефропатии? Для ответа:

а) назовите причину инсулинзависимого сахарного диабета и перечислите метаболиты, концентрация которых в крови и моче повышена у таких больных;

б) обоснуйте основные симптомы сахарного диабета, отражающие нарушения углеводного, белкового и жирового обменов;

в) объясните механизмы развития поздних осложнений инсулинзависимого сахарного диабета, вызывающих изменения в клубочковом аппарате почки.

Ответ

А) Iтип - Разрушение β-клеток поджелудочной железы в результате аутоиммунных реакций, провоцирующие цитотропными вирусами, например, оспа, краснуха.Присутствие сахара в моче;содержание ацетона в моче,повышенное содержание глюкозы в крови, повышение фруктозамина в крови.

Б) Основными проявлениями сахарного диабета являются следующие:

1) гипергликемия (уровень глюкозы в крови выше 6,66 ммоль/л),

2) глюкозурия (содержание глюкозы в моче может достигать 555-666 ммоль/л, за сутки в первичную мочу здоровых людей фильтруется до 150 г глюкозы, больных сахарным диабетом - около 300-600 г, а возможная потеря глюкозы мочой достигает 300 г/сутки),

3) полиурия (суточный диурез выше 2 л, но может достигать и 12 л),

4) полидипсия – жажда (прием жидкости более 2 л в сутки),

5) гиперлактацидемия (содержание лактата в крови более 0,8 ммоль/л, чаще 1,1-1,4 ммоль/л),

6) гиперкетонемия – повышенное содержание в крови кетоновых тел (чаще выше 520 мкмоль/л), кетонурия,

7) липемия (повышенное содержание в крови липидов, чаще выше 8 г/л),

8) быстрое похудание, свойственное больным с инсулин-зависимым сахарным диабетом.

9) понижение толерантности организма к глюкозе, определяемой с помощью нагрузочной пробы глюкозой (75 г глюкозы и стакан воды, далее наличие двукратного превышения содержания глюкозы около 11,1 ммоль/л на протяжении 60-ой, 90-ой и 120-ой минутах определения).

В) Причиной многих поздних осложнений сахарного диабета также служит повышение скорости превращения глюкозы в сорбитол.

Когда увеличивается содержание глюкозы в крови и активируются пути усвоения глюкозы, независимые от инсулина: полиоловый (сорбитоловый) шунт, в процессе которого глюкоза восстанавливается в сорбит, а затем окисляется во фруктозу.Этот процесс преимущественно происходит в тех тканях, которые не требуют присутствия инсулина для проникновения глюкозы в клетки (нервные волокна, хрусталик, эндотелий сосудов и клетки почечных клубочков).

В условиях нормогликемии через полиоловый шунт утилизируется всего лишь около 1% глюкозы. При хронической гипергликемии активизируется утилизации глюкозы через полиоловый шунт, вследствие чего происходит частичное истощение ферментных систем (альдозоредуктаза и сорбитолдегидрогеназа).

Задача; 18

Родители семимесячного мальчика обратились к педиатру с жалобами на беспокойное состояние ребенка, плохой аппетит, кровоточивость десен, кровянистые выделения из носа, отеки конечностей. При обследовании в моче были обнаружены эритроциты. Педиатр поставил диагноз «синдром Меллера—Барлоу» (авитаминоз С у детей).

Почему недостаток витамина С приводит к возникновению заболевания с подобными симтомами? Для ответа:

а) назовите основной структурный белок межклеточного матрикса, перечислите особенности его аминокислотного состава и структурной организации;

б) напишите реакцию гидроксилирования пролина и лизина, укажите кофакторы этой реакции;

в) объясните значение этой реакции для формирования нормальных молекул основного белка межклеточного матрикса;

г) ответьте на основной вопрос задачи

Ответ

а) Коллаген - основной структурный белок межклеточного матрикса. Он составляет от 25 до 33% общего количества белка в организме, т.е. -6% массы тела. Необычные механические свойства коллагенов связаны с их первичной и пространственной структурами. Молекулы коллагена состоят из трёх полипептидных цепей, называемых α-цепями. В состав коллагенов могут входить три одинаковые или разные цепи. Первичная структура α-цепей коллагена необычна, так как каждая третья аминокислота в полипептидной цепи представлена глицином, около 1/4 аминокислотных остатков составляют пролин или 4-гидроксипролин, около 11% - аланин. В коллагене отсутствуют такие аминокислоты, как цистеин и триптофан, α гистидин, метионин и тирозин находятся лишь в очень небольшом количестве. В составе первичной структуры α-цепи коллагена содержится также необычная аминокислота - гидроксилизин. Полипептидную цепь коллагена можно представить как последовательность триплетов Гли-X-Y, где X и Y могут быть любыми аминокислотами, но чаще в положении X стоит пролин, а в положении Y - гидроксипролин или гидроксилизин. Каждая из этих аминокислот имеет большое значение для формирования коллагеновых фибрилл. Пролин благодаря своей структуре вызывает изгибы в полипептидной цепи, стабилизируя ле-возакрученную спиральную конформацию. Важную роль в формировании коллагеновых фибрилл играют модифицированные аминокислоты: гидроксипролин и гидроксилизин. Таким образом, аминокислотная последовательность полипептидных цепей коллагена позволяет сформировать уникальную по своим механическим свойствам структуру, обладающую огромной прочностью.

Б) Гидроксилирование пролина и лизина начинается в период трансляции коллагеновой мРНК на рибосомах и продолжается на растущей полипептидной цепи вплоть до её отделения от рибосом. После образования тройной спирали дальнейшее гидроксилирование пролиловых и лизиловых остатков прекращается. Реакции гидроксилирования катализируют ок-сигеназы, связанные с мембранами микросом. Пролиловые и лизиловые остатки в Y-положении пептида (Гли-х-у)n подвергаются действию, соответственно, пролил-4-гидроксилазы и лизил-5-гидроксилазы. Пролил-3-гидроксилаза действует на некоторые остатки пролина в Х-положениях. Необходимыми компонентами этой реакции являются оскетоглутарат, О2 и витамин С (аскорбиновая кислота). Донором атома кислорода, который присоединяется к С-4 пролина, является молекула О2, второй атом О2 включается в сукцинат, который образуется при декарбоксилировании α-кетоглутарата, а из карбоксильной группы а-кетоглутарата образуется СО2. Гидроксилазы пролина и лизина содержат в активном центре атом железа Fe2+. Для сохранения атома железа в ферроформе необходим восстанавливающий агент. Роль этого агента выполняет кофермент гидроксилаз - аскорбиновая кислота, которая легко окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. Обратное превращение происходит в ферментативном процессе за счёт восстановленного глутатиона. Гидроксилирование пролина необходимо для стабилизации тройной спирали коллагена, ОН-группы гидроксипролина (Hyp) участвуют в образовании водородных связей. А гидроксилирование лизина очень важно для последующего образования ковалентных связей между молекулами коллагена при сборке коллагеновых фибрилл.

В) При цинге(синдром Меллера—Барлоу) - заболевании, вызванном недостатком витамина С, 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. Клиническая картина цинги характеризуется возникновением множественных точечных кровоизлияний под кожу и слизистые оболочки, кровоточивостью дёсен, выпадением зубов, анемией.

Г) Витамин С в организме участвует в реакциях биосинтеза и сборки волокон коллагена, входящего в состав соединительной ткани и стенок сосудов. В следствии недостатка витамина С, синтез коллагена нарушается. Классическими симптомами цинги являются кровоизлияния в органы и ткани (как следствие хрупкости стенок сосудов). Наиболее часто кровотечения наблюдаются на уровне десен, кожи и подкожной клетчатки, суставов. Также нарушается рост и развитие костной и хрящевой ткани у детей, вследствии чего развивается так называемый скорбутный рахит. При цинге характерно развитие анемии в следствии недостаточности абсорбции фолиевой кислоты и железа на уровне кишечника (витамин С облегчает всасывание этих элементов).

Задача;19

Липопротеины двух типов — низкой плотности (ЛПНГ1) и высокой плотности (ЛПВП) выполняют важнейшие функции в обмене холестерола. От соотношения их концентраций в крови зависит риск развития атеросклероза и его последствий — инфаркта миокарда и инсульта. Какова роль этих липопротеинов в обмене холестерола? Для ответа:

а) представьте схему участия ЛГ1НП в транспорте холестерола;

б) изобразите схему, показывающую роль ЛПВП в транспорте холестерола;

в) напишите реакцию, катализируемую лецитинхолестеринацилтрансферазой, и объясните значение этого фермента для функции, выполняемой ЛПВП;

г) напишите формулу расчета коэффициента атерогенности и укажите его нормальное значение

Ответ:

ЛПНП - образуются в крови из ЛПОНП под действием липопротеинлипазы. Богаты холестеролом, транспортируют его во внепечёночные ткани. В результате взаимодействия ЛПНП с рецепторами на поверхности мембран холестерол из ЛПНП проникает внутрь клеток, где участвует в образовании клеточных структур и реакциях биосинтеза веществ (см.14.4.1).

ЛПВП – образуются в печени, первоначально состоят преимущественно из белков и фосфолипидов и имеют форму дисков. При помощи фермента ЛХАТ липопротеины этого класса извлекают избыток холестерола из внепечёночных клеток и в форме эфиров доставляют его в печень.

А) и б)

ЛПВП - липопротеин высокой плотности; ЛПНП - липопротеин низкой плотности; ЛПОНП - липопротеин очень низкой плотности; ХМ - хиломикрон; ТГ - триацилглицерол; ХС -холестерол; ЭХС - эфир холестерола; ЛПЛ-аза - липопротеинлипаза; ЛХАТ - лецитин: холестерол-ацилтрансфераза.

В)?

Г) КА = (ОХ – ЛПВП) /ЛПВП

КА- коэффициента атерогенности

ОХ-общий холестерин ( холестерол )

Нормально, когда значение коэффициента не больше 3-3,5. Но в некоторых источниках верхняя граница нормы поднимается до 4,5.

Значение выше нормы может свидетельствовать об атеросклерозе. Но для точной оценки одного показателя недостаточно. Чтобы сделать выводы, врачу нужно проанализировать и другие факторы: наличие заболеваний у пациента и его родственников, употребление алкоголя и курение, наличие лишнего веса и т.д.

Низкие показатели (менее 1,9 -2,2) не имеют клинического значения.

20 В организме плода синтезируется фетальный Нb (НbF), который с 6 мес внутриутробной жизни становится основным белком эритроцитов. В эритроцитах взрослого человека преобладает НbА, который замещает НbF после рождения ребенка. Четвертичная структура НbF представлена двумя α- и двумя γ-субъединицами. В отличие от НbА, НbF имеет большее сродство к кислороду. Какие структурные особенности НЬF определяют его более высокое сродство к кислороду и какое физиологическое значение это имеет?

При ответе:

а) дайте определение понятию «четвертичная структура белков» и опишите четвертичную структуру НbА и НbF;

б) объясните понятие «аллостерические лиганды белков» и назовите аллостерический лиганд, регулирующий сродство Нb к кислороду; напишите его формулу и подсчитайте заряд;

в) сравните участки взаимодействия в молекулах НbА и НbF с аллостерическим лигандом, объясните различия в его связывании;

г) укажите физиологическую роль более высокого сродства НbF к кислороду и объясните значение замещения НbF на НbА сразу после рождения ребенка

Фетальный гемоглобин (HbF), присутствующий в крови в эмбриональной стадии развития человека, в отличие от HbA, его молекула содержит 2 α- и 2 γ-цепи (то есть β-цепи заменены на γ-цепи). Такой гемоглобин обладает более высоким сродством к кислороду. Именно это позволяет эмбриону получать кислород из крови матери через плаценту. Вскоре после рождения HbF в крови ребёнка замещается на HbA.

А) Четвертичная структура- это и количество, и способ укладки полипептидных цепей (протомеров) в пространстве. Если белки состоят из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой нековалентными (не пептидными и не дисульфидными) связями, то говорят, что они обладают четвертичной структурой.Такие агрегаты стабилизируются водородными связями, ионными связями и электростатическими взаимодействиями между остатками аминокислот, находящимися на поверхности глобулы. Подобные белки называются олигомерами, а их индивидуальные цепи – протомерами (мономерами, субъединицами). Если белки содержат 2 протомера, то они называются димерами, если 4, то тетрамерами и т.д.

Нb – хромопротеид, апопротеин которого имеет четвертичную структуру и состоит из 2-х α-субъединиц (по 141 а/к) и 2-х β (по 146 а/к), простетическая группа – 4 молекулы гема (степень окисления железа 2⁺; атом железа соединяется с атомами азота 4-х пиррольных колец молекулы гема, с атомом азота гистидина в 8 положении F-цепи каждой белковой субъединицы и с О₂). За счет конформационной лабильности скорость насыщения кислородом ↑от α₁ до β₂ субъединицы в 500 раз (S-образная кривая насыщения кислородом). Особенности обмена в эритроцитах: гликолиз в э/ц является: 1. источником АТФ (2 реакции субстратного фосфорилирования), 2. источником 1,3дифосфоглицерата, который изомеризуется в 2,3 дифосфоглицерат (ДФГ) – регулятор сродства Нb к кислороду (↓-ет сродство и, соответственно, ↑ отдачу О₂ в ткани). Апотомический распад глюкозы является источником восстановленных НАДФНН⁺, которые необходимы: а). для восстановления SН-групп глутатиона – кофермента глутатион-пероксидазы, инактивирующей активные формы кислорода, б). для восстановления SН-групп белков мембран э/ц, что поддерживает их целостность, и в). НАДФНН⁺-редуктазы, восстанавливающей Меt Hb(Fe³⁺) в Hb(Fe²⁺).

В)

21 У больного гриппом ребенка отмечаются головокружение, тошнота, судорожные припадки. Содержание аммиака в крови составляет 1,0 мг/дл. Известно, что вирус гриппа оказывает повреждающее действие на гепатоциты, в том числе подавляя синтез карбамоилфос- фатсинтетазы. Для объяснения молекулярных механизмов развития указанных симптомов:

а) укажите концентрацию аммиака в сыворотке крови в норме;

б) напишите схему основного процесса обезвреживания аммиака в печени, отметьте реакцию, скорость которой снижается при гриппе;

в) перечислите вещества, которые накапливаются в крови больного;

г) опишите механизмы токсического действия аммиака; укажите, для каких клеток токсическое действие NH₃ наиболее опасно;

д) предположите, какую диету можно рекомендовать в данной ситуации.

а) норма 0.04-0.07 мг/дл

б) В печени аммиак обезвреживается путем связывания с СО₂ и образования карбамоилфосфата (см. рис. 9.8, Г). Реакцию катализируеткарбамоилфосфатсинтетаза I, которая использует 2 моль АТФ. Фермент локализован в митохондриях гепатоцитов. Продукт реакции -карбамоилфосфат - включается затем в орнитиновый цикл Кребса-Гензелейта для синтеза мочевины.