Гбоу впо Тверская гма Минздравсоцразвития России

Кафедра химии и биохимии

Ситуационные задАния по биОлогической химии

Часть 1 Тверь, 2012

УДК 577.1

ББК 52.57

Составители: доктор медицинских наук, профессор Ю.Н. Боринский, кандидат химических наук Л.Я. Дьячкова, доцент кафедры химии и биохимии ТГМА, кандидат биологических наук Д.В. Лещенко, доцент кафедры химии и биохимии ТГМА, кандидат биологических наук М. Б. Белякова, старший преподаватель кафедры химии и биохимии ТГМА, кандидат биологических наук В.В.Жигулина, старший преподаватель кафедры химии и биохимии ТГМА, И.В.Наместникова, ассистент кафедры химии и биохимии ТГМА.

Рецензенты:

Н.В.Павлова - кандидат медицинских наук, доцент кафедры биологии ТГМА,

О.В.Волкова - кандидат медицинских наук, доцент, заведующая кафедрой патофизиологии ТГМА

Учебно-методическое пособие утверждено на заседании ЦКМС ТГМА

от 21.06.2012 протокол № 7

Ситуационные задания по биологической химии. Часть 1 [Текст]: Учебно-методическое пособие для студентов лечебного, стоматологического, фармацевтического и педиатрического факультетов /составители: Ю.Н.Боринский, Л. Я. Дьячкова, Д. В. Лещенко, М. Б. Белякова, В.В.Жигулина, И.В.Наместникова. - Тверь: ТГМА, 2012- с. 56

Учебно-методическое пособие предназначено для обучения и оценки уровня знаний студентов по биохимии на текущих, итоговых занятиях, а также экзаменах. Студенты могут использовать ситуационные задания совместно с метаболическими картами для самоподготовки.

УДК 577.1

© ГБОУ ВПО Тверская ГМА МЗ СР России, 2012

© Кафедра химии и биохимии, 2012

Содержание:

I. I модуль. Строение и свойства белков и ферментов ……………….…4

II. II модуль. Биологическое окисление. Биохимия питания.…………..13

III. III модуль. Обмен и функции углеводов …………………………… 22

IV.Эталоны ответов………………………………………………………..27

IV.1. I модуль. Строение и свойства белков и ферментов………..27

IV.2. II модуль. Биологическое окисление. Биохимия питания….38

IV.3. III модуль. Обмен и функции углеводов……………………..48

V. Список литературы ……………………………………………….…...56

I. I модуль. Строение и свойства белков и ферментов

1

Гистоны представляют собой небольшие по молекулярной массе основные белки, связывающиеся с ДНК в хроматине. Они положительно заряжены и взаимодействуют с отрицательно заряженными молекулами ДНК. Докажите, какие аминокислоты могут сформировать при рН клетки (ядра) положительный заряд гистонов. Напишите их формулы.

2

При рН 7,0 большинство аминокислот существует в виде биполярных ионов

⁺H₃N-CH-COO^-

│

R

А. Назовите аминокислоты, имеющие при рН 7,0 дополнительный отрицательный заряд, и напишите их формулы в ионизированной форме.

Б. Назовите аминокислоты, имеющие при рН 7,0 дополнительный положительный заряд, и напишите их формулы в ионизированной форме.

3

При употреблении большого количества сырого яичного белка может развиться (особенно у детей) гиповитаминоз биотина, сопровождающийся специфическим дерматитом (болезнь Свифта). Это объясняется тем, что в сырых яйцах содержится гликопротеин - авидин. В желудочно-кишечном тракте авидин образует нерастворимый комплекс с биотином. Почему вареные яйца такого эффекта не вызывают?

4

Укажите направление движения (к аноду, катоду или остается на старте) перечисленных ниже пептидов а) при рН 3,0 ; б) при рН 10,0.

1. Лиз-Гли-Ала-Гли. 4. Глу-Гли-Ала-Глу.

2. Лиз-Глу-Ала-Гли. 5. Гли-Гли-Ала-Лиз.

3. Гис-Гли-Ала-Глу.

Ответ проиллюстрируйте схемами.

5

Высаливание – один из методов фракционирования белков.

А. Выделите физико-химические свойства белков, нарушение которых при повышении концентрации солей приведет к выпадению в садок.

1. Суммарный заряд. 3. Размер белковых молекул.

2. Степень гидратации белков. 4. Форма белковых молекул.

Б. Почему при повышении концентрации солей растворимость белка падает?

В. Почему при ступенчатом повышении концентрации сульфата аммония (например, от 50 до 100%) на каждой ступени из экстракта ткани выпадают в осадок не все белки, а лишь некоторые?

6

Известно, что конформация белковой молекулы может меняться при воздействии различных факторов. Какие из перечисленных факторов могут:

а) регулировать биологическую активность белков в организме человека

б) вызывать денатурацию белка

1. Изменение температуры.

2. Взаимодействие с лигандами (субстратами, эффекторами - регуляторами, кофакторами).

3. Отщепление части пептидной цепи при действии протеолитических ферментов.

4. Изменение рН.

5. Изменение химической модификации белков (присоединение фосфатной, метильной или ацетильной групп к молекуле белка).

6. Действие солей тяжелых металлов.

в) Что такое денатурация белка? Опишите механизм денатурации белка выбранными факторами.

7

На рисунке представлены функциональные группы аминокислот, при участии которых образуются в белках определённые типы связей.

OH

1.- NH₃⁺ ; -COO^-. 2.—CН₃ ; -- СН₂—. 3.— OH; O=C—

4 . NH; О=С 5.—SH ; О=С— 6.—SH; HS— .

NH₂

А. Назовите типы связей, которые могут возникнуть между функциональными группами каждой пронумерованной пары.

Б. Выпишите номера пар, участвующих в формировании вторичной и третичной структур белка.

8

А. На фрагменте пептида

-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-

Тир Цис Лей Арг Вал

-NH-CH-CO-NH-CH-CO-

Асп Ала

обозначьте пунктирной линией от одной аминокислоты к другой связи, участвующие в образовании α-спирали.

Б. Радикалы каких аминокислот в данном фрагменте белка могут участвовать в образовании связей: 1- гидрофобных, 2- ионных, 3- водородных, 4- дисульфидных?

В. Назовите уровни структурной организации белка, в которых принимают участие связи, указанные в пункте Б. Опишите эти уровни структурной организации.

9

Сделайте выводы об особенностях аминокислотного состава (1) белка, его заряда (2,3), и его поведения в электрическом поле (4), если известны его изоэлектрическая точка и pH раствора.

ИЭТ белка 4,7; pH раствора 7,0 и 8,3.

10

После высаливания искомого белка сульфатом аммония получен осадок, содержащий изучаемый белок вместе с солью. Как можно отделить белок от соли?

11

Установите соответствие:

А. Электрофорез

В. Диализ

С. Высаливание

1. Метод, используемый для очистки белка от соли

2. Метод, основанный на различиях в растворимости белков

3. Метод, основанный на разделении белков под действием электрического поля.

Опишите механизм каждого из подобранных методов.

12

0,05 мг трипсина за 15 мин образуют 100 мкмоль тирозина при оптимальных условиях инкубации: рН 8,0 и 37ºС. Рассчитайте удельную активность трипсина. Объясните, как и почему изменится активность трипсина, если:

а) рН инкубационной среды снизить до 3,0;

б) температуру инкубационной среды повысить до t = 78º С;

в) в инкубационную среду добавить трасилол (полипептид).

13

В клетке пируват может превращаться в оксалоацетат.

СН₃ СООН

• Е 

С =О + СО₂ + АТФ СН₂ + АДФ + Н₃РО₄.

 

СООН С=О



СООН

пируват оксалоацетат

А. Как изменится скорость этой реакции при уменьшении в клетке концентрации перечисленных ниже веществ?

1. АТФ ­↑ - увеличится.

2. СО₂ ↓ - уменьшится.

3. Пируват ↔ - не изменится.

4. Пируваткарбоксилаза.

Б. Объясните, пользуясь метаболической картой, зависимость скорости реакции от концентрации субстрата и продукта реакции.

В. Какова биологическая роль оксалоацетата в организме?

14

Холинэстераза при оптимальных условиях (рН 8,4 и t=37ºС) в течение 15 минут катализирует гидролиз ацетилхолина с образованием 100 мкмоль уксусной кислоты. Рассчитайте активность фермента. Объясните причины изменения (↓ или ↑) активности фермента, если:

1. Температуру инкубационной среды повысить до 40 ºС;

2. В инкубационную среду добавить прозерин) структурный аналог ацетилхолина;

3. В присутствии прозерина повышать концентрацию ацетилхолина.

15

Глутаматдекарбоксилаза катализирует превращение:

г лутаминовая  - аминомасляная

кислота кислота

СО₂

А. По изменению концентрации каких веществ можно охарактеризовать активность глутаматдекарбоксилазы.

Б. Назовите кофермент данной реакции. Опишите его строение и назовите витамин.

В. Назовите способы увеличения скорости данной реакции.

Г. Биологическое значение этой реакции в организме.

16

Рассмотрите по метаболической карте схему последовательного окисления глюкозы до СО₂ и Н₂О:

Е1 Е2 Е3 Е4 Е5

Г лк А В С D F . . .Q СO₂, H₂O

АТФ АТФ

Основное значение этого процесса - синтез АТФ, универсального поставщика энергии в клетке. Однако при избытке АТФ окисление глюкозы не происходит.

А. Что является причиной этого явления?

Б. Назовите регуляторный фермент.

В. Подробно объясните способ регуляции активности этого фермента и основные особенности его строения.

17

При длительном приеме сульфаниламидов или антибиотиков у человека может возникнуть гиповитаминоз В₉. Чем это обусловлено?

1. Нарушением включения витамина в кофермент.

2. Недостатком витамина в пище.

3. Нарушением всасывания витамина.

4. Подавлением микрофлоры кишечника.

18

Ферменты гексокиназа (К_m= 0,1) и глюкокиназа (К_m=10,0) катализируют реакцию:

фермент

Г люкоза + АТФ глюкозо-6-фосфат + АДФ

А. Объясните, что такое К_m и что она характеризует.

Б. Какой из ферментов обладает большим сродством к глюкозе?

В. Объясните биологическое значение функционирования двух изоферментов.

19

Ферменты широко используются в медицине: в хирургии, терапии, урологии, акушерстве и гинекологии, стоматологии.

А. Назовите основные направления использования ферментов в медицине.

Б. Приведите примеры ферментов, которые используются в различных отраслях медицины.

20

Рассмотрите схему ферментативной реакции. Сравните структурные формулы субстрата (S) и продукта:

Н

+ 2Н

С Н₃-С-СООН СН₃-С-СООН

║ – 2Н │

О ОН

пируват лактат

А. Назовите класс фермента, катализирующего данную реакцию.

Б. Назовите кофермент данной реакции? Найдите по метаболической карте формулу витамина, входящего в его состав, опишите структуру его коферментов.

В. Рассчитайте удельную активность фермента, если за 30 сек 1 мг фермента при оптимальных условиях инкубации (рН 7,2 ,37°С) превращает 50 мкмоль пирувата. Что такое удельная активность фермента?

Г. Назовите процесс, где происходит данная реакция. Объясните значение этой реакции в данном процессе.

21

Аллостерические ферменты регулируют скорость метаболических процессов.

А. Что такое аллостерические ферменты и какова их роль в регуляции процессов метаболизма?

Б. Пользуясь метаболической картой, опишите последовательность событий, происходящих при аллостерическом ингибировании фермента.

22

А. Назовите способ регуляции активности каждого из перечисленных ферментов.

цАМФ

1 . Протеинкиназа (неакт.) протеинкиназа (акт.).

2 . Гликогенсинтетаза (неакт.) Н₃РО₄ + гликогенсинтетаза (акт.).

адреналин

3 . Аденилатциклаза (неакт.) аденилатциклаза (акт.).

НCl

4 . Пепсиноген пепсин + пептид.

5 . Фосфорилаза (неакт.) + АТФ фосфорилаза (акт.) + АДФ.

Б. Кратко охарактеризуйте способ регуляции каждого фермента.

23

Установлено, что аспирин (жаропонижающее средство, снимает слабые боли, уменьшает воспалительные процессы) является ингибитором одного из ферментов, участвующих в синтезе простагландинов.

А. В чем заключается причина изменения активности молекул фермента при действии на нее аспирина?

Б. Назовите и охарактеризуйте тип ингибирования в данном случае.

24

Амилаза - тканеспецифический фермент поджелудочной железы, участвующий в процессе пищеварения.

А. Назовите реакцию, катализируемую панкреатической амилазой. Назовите класс и подкласс фермента.

Б. Какова амилазная активность в сыворотке крови и моче здорового человека?

В. Как можно подтвердить диагноз острого панкреатита (воспаление поджелудочной железы)?

Г. Объясните причину повышения активности амилазы в плазме крови при панкреатите.

25

1 мг фермента сукцинатдегидрогеназы за 5 мин катализирует окисление янтарной кислоты с образованием 10 мкмоль фумаровой при 37°С и рН 7,0. Покажите реакцию, используя метаболическую карту, назовите данный процесс и его значение. Рассчитайте удельную активность фермента в оптимальных условиях. Объясните, как и почему изменится активность фермента, если:

а) рН инкубационной смеси 4,0;

б) к среде добавить малоновую кислоту;

в) в присутствии малоновой кислоты увеличить концентрацию янтарной кислоты.

26

Оптимальные условия действия амилазы - фермента, расщепляющего крахмал: рН 6,8; t = 37С. Как изменится активность фермента в каждом из следующих случаев ( - уменьшится, ­ - увеличится)? Укажите причину изменения активности.

1. рН инкубационной среды равен 5.

2. Температура инкубации – 70 С.

3. В инкубационную среду добавлен концентрированный раствор СuSO₄ (PbSO₄).

4. В присутствии СuSO₄ (PbSO₄) в среде увеличена концентрация крахмала.

27

5 мг фермента лактатдегидрогеназы за 30 мин катализируют превращение пирувата с образованием 20 мкмоль лактата при t 37˚С и рН 7,4. Покажите

реакцию, используя метаболическую карту, назовите процессы, где происходит данная реакция. Рассчитайте, как и почему изменится активность фермента, если:

а) рН инкубационной смеси 5,0;

б) снизить концентрацию НАД.

28

Одно из самых сильных отравляющих веществ зарин, является фторорганическим соединением, его действие аналогично действию ДФФ

(диизопропилфторфосфата).

Ответьте на вопросы:

а) какие ферменты ингибируются фторорганическими соединениями типа ДФФ?

б) на чем основано нервно-паралитическое действие зарина?

29

А. Расшифруйте аббревиатуру букв коферментов (НАД, ФАД, ТПФ, ПФ, биотиновый кофермент). Назовите витамин, который входит в их состав.

Б. Подберите к энзимам соответствующие им коферменты:

1. Коферменты дегидрогеназ А. НАД⁺,ФАД⁺

2. Кофермент аминотрансфераз В. ТПФ

3. Кофермент декарбоксилаз С. ПФ

кетокислот D. витамин H

4. Кофермент карбоксилаз

В. Назовите типы реакций, которые катализируются этими коферментами. Назовите ферменты этих реакций.

30

При изменении оптимальных условий инкубации аргиназы активность фермента изменяется.

А. Фермент аргиназа имеет оптимум активности pH=9,5 и t=37°C. Покажите по метаболической карте место действия энзима. Опишите реакцию, катализируемую этим ферментом.

Б. Объясните, как изменится активность фермента при pH=5,0 и t=50°C.

В. Укажите основную причину изменения активности фермента.

31

В представленной ниже схеме ферментативной реакции римскими цифрами обозначены основные этапы катализа ( - изменение конформации):

I II III

E+S  ES  ES*  P+E

Опишите события, происходящие на каждом этапе.

32

Сукцинатдегидрогеназа (СДГ) - фермент цитратного цикла, дегидрирует сукцинат, превращая его в фумарат

COOH COOH ингибитор COOH

| | этой реакции |

C H₂ СДГ CH CH₂

|  || |

CH₂ CH COOH

| | малонат

COOH COOH

1. Назовите механизм ингибирования СДГ малонатом

2. Как можно ослабить или полностью устранить ингибирование?

3. Назовите класс фермента, кофермент.

33

Фермент креатинфосфокиназа (КК) катализирует обратимую реакцию образования и распада креатинфосфата - вещества, которое участвует в запасании энергии

	КК
креатин + АТФ		креатинфосфат + АДФ

Фермент является димером, состоит из двух субъединиц: В (мозговая ) и М (мышечная).

1) К какому классу относится КК? Сколько изоформ у данного фермента?

2) Какой набор изоформ КК в различных тканях?

3) В диагностике каких заболеваний можно использовать определение активности КК в сыворотке крови?