1. Экзаменационные вопросы
тивно
Ферменты. Номенклатура. Классификация ферментов.
Уровни организации ферментов
Механизм действия ферментов. Понятие об активном центре фермента, этапы ферментативного катализа
Кинетика ферментативных реакций. Зависимость скорости ферментативной реакции от различных факторов. Уравнение Михаэлиса-Ментен, роль Кm и Vmax в характеристике фермен- тов.
Ингибиторы ферментов. Типы ингибирования. Графическое представление зависимости скорости ферментативной реакции от присутствия ингибиторов различных типов.
Механизмы регуляции активности ферментов. Примеры.
Аллостерические ферменты. Регуляция их активности. При- меры.
Энзимодиагностика. Энзимотерапия. Примеры.
Важнейшие признаки живой материи. Особенности живых организмов, как открытых термодинамических систем.
2. Понятие о процессах катаболизма и анаболизма. Функции клеточного метаболизма. Основные принципы организации метаболизма: этапность, конвергенция, унификация. Стадии генерирования энергии по Кребсу
3. Схема катаболизма основных питательных веществ (см выше в вопросе 2). Понятие о специфических и общем путях катаболизма
Представление о биологическом окислении. Сопряжение экзергонических и эндергонических процессов в организме (на примере фосфорилирования глюкозы).
Пути утилизации кислорода. Характеристика высокоэнергетических субстратов, цикл АТФ-АДФ, использование АТФ, как универсального источника энергии
Субстратное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса, примеры.
7. Окислительное фосфорилирование: сущность, биологическое значение процесса.
8. Цепь переноса электронов (ЦПЭ), сопряжение дыхания и синтеза АТФ в митохондриях, коэффициент окислительного фосфорилирования. Ингибиторы и разобщители ЦПЭ.
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты: схема процесса, связь с синтезом АТФ. Строение пируватдегидрогеназного комплекса: ферменты, коферменты, регуляция процесса.
Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). Биологическая роль.
Регуляция и анаболическая функция ЦТК.
Обмен углеводов.
Пищевые углеводы. Схема переваривания углеводов в ЖКТ.Причины непереносимости молока.
2. Синтез гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процесса.
3. Распад гликогена в печени и скелетных мышцах. Регуляция этих процессов.
4. Гликолиз: общая характеристика, стадии, реакции процесса, регулируемые ферменты, энергетический эффект. Судьба продуктов гликолиза в аэробных условиях: схема процесса, связь с синтезом АТФ.
5. Анаэробный распад глюкозы (анаэробный гликолиз). Судьба продуктов гликолиза в анаэробных условиях. Биологическое значение анаэробного распада глюкозы.
6. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез). Субстраты, энергетические затраты, регулируемые ферменты. Цикл Кори.
7. Пентозо-фосфатный путь (ПФП) окисления глюкозы. Биологическое значение.
1.4. Обмен аминокислот, белков и нуклеотидов
1.Питательная ценность различных белков. Азотистый баланс.Клинические проявления недостатка белков в пище.
2.Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте. Биологическое значение переваривания. Схема процесса. Характеристика пищеварительных ферментов.
3.Образование соляной кислоты и её роль в переваривании белков. Регуляция секреции соляной кислоты. Диагностическое значение анализа желудочного сока. Патологические изменения кислотности и патологические компоненты желудочного сока.
4.Трансаминирование аминокислот, биологическое значение, субстраты, ферменты, роль витаминов в этом процессе.
5.Окислительное дезаминирование (прямое, непрямое) аминокислот. Схема процесса, стадии, ферменты, биологическое значение процесса.
6.Декарбоксилирование аминокислот. Биологическое значение. Продукты и их судьба.
7.Механизмы токсичности аммиака, симптомы аммиачного отравления. Пути образования аммиака в организме.
8.Пути обезвреживания аммиака. Механизмы транспорта аммиака в организме: глутаминовый и глюкозо-аланиновый циклы.
9.Синтез мочевины: схема реакций, суммарное уравнение. Взаимосвязь с ЦТК. Клиническое значение определения концентрации мочевины в крови и моче, причины повышения и понижения концентрации мочевины.
10.Синтез креатина, креатинфосфата, креатинина. Функции этих соединений в организме.
11.Катаболизм пуриновых нуклеотидов. Содержание мочевой кислоты в сыворотке крови в норме и причины его повышения. Подагра.
12.Обмен метионина и его роль в обмене веществ.
1.5. Обмен липидов и липопротеидов
1. Схема переваривания пищевых липидов в ЖКТ: этапы, субстраты, ферменты, роль продуктов гидролиза, роль жёлчных кислот. Стеаторея.
2. Этапы катаболизма жирных кислот: реакции, ферменты. Энергетический эффект полного окисления С16:0. Регуляция процесса β-окисления ВЖК.
3. Этапы биосинтеза жирных кислот: реакции, ферменты. Регуляция процесса биосинтеза ВЖК.
4. Мобилизация ТАГ в жировой ткани. Регуляция процесса и судьба продуктов липолиза.
5.Схема синтеза глицерофосфолипидов. Представление о роли лецитина в функционировании сурфактанта легкого.
6. Биосинтез ТАГ: последовательность реакций, субстраты, ферменты. Особенности синтеза в печени, жировой ткани, энтероцитах. Регуляция процесса.
7. Структура и функции холестерина в организме человека. Фонд, пути использования в организме и выведения холестерина. Метаболическая и гормональная регуляция биосинтеза.
8. Функции жёлчных кислот и его регуляция. Энтерогепатическая циркуляция жёлчных кислот, биологическое значение.
9. Биологическое значение и структуры кетоновых тел. Синтезкетоновых тел в печени; регуляция синтеза. Представление о кетонемии, кетонурии и кетоацидозе.
10.Классификация ЛП. Структура и состав плазменных липопротеидных частиц. Апобелки и их функции. Ферменты, участвующие в метаболизме ЛП. Катализируемые реакции, их роль в метаболизме ЛП.
11.Хиломикроны (ХМ): функции, формирование и метаболизм ХМ.
12.Липопротеины очень низкой и низкой плотности: формирование, функции и метаболизм.
13.Липопротеины высокой плотности: формирование, функции и метаболизм.
14.Химическая модификация липидов и белков ЛПНП и рецепторов ЛПНП. Молекулярные механизмы развития атеросклероза. Коэффициент атерогенности.
1.6. Биологические мембраны. Перекисное окисление липидов
1. Основные мембраны клетки и их функции.
2. Строение и состав мембран: структура и свойства липидов,белков, углеводов мембран. Общие свойства мембран и ихфункции.
3. Трансмембранный перенос малых молекул. Типы переносавеществ через мембрану. Трансмембранный перенос макромолекул и частиц.
4. Механизмы трансмембранной передачи гормонального сигнала в клетку.
5. Активные формы кислорода (АФК). Биологическое действиеАФК. Ферментативные и неферментативные системы, генерирующие АФК.
6. Стадии свободно-радикального окисления липидов.
7. Повреждающее действие первичных и вторичных продуктовпероксидного окисления на мембраны и другие структуры клетки.
8. Ферментативные системы антирадикальной защиты. Катализируемые реакции.
9. Неферментативные системы антирадикальной защиты и ихфизиологическое значение.
10. Роль АФК в механизме фагоцитоза. Кислородзависимые икислороднезависимые механизмы фагоцитоза. Роль АФК в антимикробной защите грудного молока.
11.Роль пероксидного окисления при гипоксии (ишемии). Факторы гипоксии, инициирующие ПОЛ. Понятие о «кислородном» и«кальциевом» парадоксах.
12. Простагландины и лейкотриены: схема синтеза и их биологические функции.
1.7. Гормоны. Гормональная регуляция метаболических процессовБиохимия выделительной системы. Минеральный обмен
1. Гормоны. Классификации гормонов. Иерархический принципуправления в эндокринной системе.
2. Инсулин: химическая природа, локализация биосинтеза,схема синтеза, механизм действия, органы-мишени, биологические эффекты.
3. Глюкагон: химическая природа, механизм действия, органымишени, биологические эффекты.
4. Адреналин: химическая природа, механизм действия, органы-мишени, биологические эффекты.
5. Кортизол: химическая природа, механизм действия, органымишени, биологические эффекты.
6. Представление о гормональных механизмах реализациистресса.
7. Биохимические причины возникновения сахарного диабета Iтипа (ИЗСД) и II типа (ИНСД), биохимические механизмы ихвозникновения. Лабораторная диагностика сахарного диабета иосложнений.
8. Биохимические механизмы адаптации к голоданию, типы голодания. Фазы полного голодания. Изменение гормональногостатуса и метаболизма при голодании.
9. Гормоны щитовидной железы: химическая природа и структура, этапы биосинтеза.
10. Гормоны щитовидной железы: механизм действия, органымишени, биологические эффекты: влияние на обмен веществ.Понятие о гипер- и гипотиреозе.
11. Функции почек в организме человека. Процесс образования мочи: клубочковая фильтрация, канальцевые реабсорбция исекреция. Особенности процессов метаболизма в почечнойткани.
12. Почечные механизмы поддержания кислотно-основного состояния плазмы крови.
13. Химический состав мочи: органические и неорганическиекомпоненты мочи в норме и их происхождение. Патологические компоненты мочи и их происхождение. Клиническое значение биохимического анализа мочи.
14. Антидиуретический гормон (вазопрессин): химическая природа, механизм действия, органы-мишени, биологические эффекты. Несахарный диабет.
15. Альдостерон: химическая природа, механизм действия, органы-мишени, биологические эффекты.
16. Влияние на солевой обмен гипо- и гиперпродукции альдостерона. Система ренин-ангиотензин-альдостерон. Биологические эффекты ангиотензина II.
17. Предсердный натрийуретический фактор (ПНФ): химическая природа, механизм действия, органы-мишени, биологические эффекты.
18. Паратиреоидный гормон: химическая природа, органымишени, биологические эффекты. Влияние на обмен кальция ифосфора гипо- и гиперпродукции ПТГ.
19. Кальцитриол: химическая природа, этапы синтеза, механизм действия, органы-мишени, биологические эффекты.Представление о заболевании «рахит».
20. Кальцитонин: химическая природа, механизм действия и биологические эффекты.
1.8. Биохимия питания и печени. Нервная, мышечная и соединительная ткани. Биохимия крови
1.Коллаген: этапы синтеза и созревания. Регуляция синтеза.Роль ферментов в катаболизме коллагена.
2.Эластин: особенности состава, строения и свойств. Катаболизм эластина.
3.Гликозаминогликаны и протеогликаны: особенности структуры и функции в организме. Фибронектин: особенности строенияи функции.
4.Особенности метаболизма углеводов и энергетического обмена в нервной ткани.
5.Классификация витаминов и их биологическая роль. Примеры.
6. Типы переваривания: полостное, пристеночное, внутриклеточное (субстраты, ферменты, продукты). Функции ЖКТ как пищеварительно-транспортного конвейера. Функции слюны.
7. Нарушение процессов переваривания и всасывания. Понятие о мальабсорбции. Стеаторея.
8. Ожирение. Причины первичного алиментарного ожирения.Функции лептина и его роль в регуляции массы жировой ткани.Типы ожирения.
9. Белоксинтезирующая функция печени. Источники и пути использования аминокислот в печени. Роль печени в поддержании азотистого баланса.
10.Биологическая роль печени в регуляции углеводного обмена.
11.Роль печени в метаболизме липидов и кетоновых тел. Жировая дегенерация печени.
12.Роль печени в гомеостазе холестерина. Внешнесекреторная функция печени: состав желчи, основные органические компоненты желчи и их происхождение, аномальная желчь.
13. Виды желтух и причины их возникновения. Физиологическая желтуха новорожденных.
14.Клинико-лабораторные синдромы при заболеваниях печени(синдром цитолиза, холестаза, печеночно-клеточной недостаточности, воспалительный), биохимические показатели.
15. Особенности метаболизма и энергетического обмена вклетках поперечно-полосатой мускулатуры и миокарда.
16. Характеристика и роль фибриллярных и регуляторных белков в процессе мышечного сокращения. Механизм мышечного сокращения, этапы. Роль ионов кальция в реализации механизма мышечного сокращения. Актиновая и миозиновая регуляция процессов сокращения в поперечно-полосатых и гладких мышцах.
17. Представления о метаболических нарушениях при инфаркте миокарда. Лабораторная диагностика инфаркта миокарда.
18. Функции крови. Белковый спектр плазмы, причины гипер- и гипопротеинемий. Белки «острой фазы». Белки-переносчики ионов металлов (трансферрин, церулоплазмин). Небелковые органические компоненты плазмы.
19.Форменные элементы крови. Особенности метаболизма в эритроцитах и лейкоцитах.
20. Дыхательная функция крови. Молекулярные механизмы газообмена в лёгких и тканях (эффект Бора).
21. Буферные системы крови и механизм их действия. Роль почек и легких в поддержании буферной емкости крови. Параметры оценки кислотно-основного состояния организма. Причины развития и формы ацидоза и алкалоза.
22. Обмен железа: основные функции, пул железа в организме. Всасывание железа в кишечнике, «ферритиновый» блок. Транспорт железа в плазме крови. Нарушения метаболизма железа (железодефицитные состояния, гемосидероз).
23. Гемоглобин, структура и функции. Типы гемоглобина человека, смена типов в онтогенезе. Кооперативные свойства гемоглобина. Гемоглобинопатии. Железодефицитные анемии.
24.Гемостаз, определение, компоненты, стадии.
25.Функции сосудистого эндотелия, субэндотелия и тромбоцитов. Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз (первичный). Участие тромбоксана и простациклина в регуляции первичного гемостаза.
26. Характеристика плазменных факторов свёртывая крови. Роль витамина К и ионов Са2+ в гемокоагуляции. Внешний и внутренний пути гемокоагуляции.
27. Противосвёртывающая и фибринолитическая системы.
4 семестр
Биосинтез и распад коллагена. Схемы процессов.
Представление о протеогликанах.
Биосинтез эластина.
Синтез пуриновых нуклеотидов.
Катаболизм пуриновых нуклеотидов. Метаболические нарушения при подагре и синдроме Леша-Найхана.
Репликация: схема процесса, ферменты.
Транскрипция: схема процесса, ферменты. Процессинг.
Трансляция: схема процесса, регуляция.
Теломеры. Строение теломеразного комплекса.
Механизмы индукции и репрессии теломеразной активности.
Танкираза: роль в образовании активной теломеразы.
Понятие о рекомбинантных ДНК.
Использование рекомбинантных ДНК в медицине.
Моноклональные антитела, лекарственные средства на их основе для лечения опухолей.
Вектор иммуноконъюгата. Вещества, используемые в качестве векторов адресной доставки.
Состав и функции семейства клеточных рецепторов.
Эпидермальный фактор роста и α-фетопротеин: их использование в качестве векторов.
Функции лектиновых рецепторов и механизмы адгезии микроорганизмов.
Роль нейраминидазы и гемаглютининов в вирусной репликации.
Молекулярные механизмы малигнизации клеток.
Биохимические отличия злокачественных клеток от здоровых. Митогены.
Рецепторы эндотелиального фактора роста. Их характеристика.
ПЦР: биомедицинское значение.
Метаболизм этанола.
Механизмы действия наркотических веществ. Роль дофаминовой системы.
Метаболические механизмы алкоголизма.
Понятие о моногенных заболеваний. Примеры моногенных заболеваний.
Концепция «двууглеродного голода».
Сущность молекулярной адаптации к хроническому действию наркотических веществ.
Эндотелиальная дисфункция и развитие ИБС. Роль NO•.
Патобиохимия инфаркта миокарда.
Мутации митохондриальных генов. Примеры.
Полиморфизм гена апобелка Е, клиническое значение.
Биохимические основы синдрома дыхательных расстройств. Строение сурфактатнта.
Лабораторная диагностика панкреатитов.
Молекулярные механизмы патогенеза острого панкреатита.
Патогенетические особенности нейродегенеративных заболеваний нервной системы.
Маркеры заболеваний бронхолёгочной системы. Механизмы повреждающего действия полимеров α1-антитрипсина.
Ферменты могут быть простыми белками (рибонуклеаза), они состоят только из белковой части. Большинство ферментов – это сложные белки, которые состоят из белковой части апофермента и небелковой кофактора. По химической природе кофакторы могут быть неорганическими (металлы) или органическими (коферменты). Коферменты – это органические вещества, в состав которых часто входят витамины или их производные(таблица 1). Комплекс апофермента с кофактором называется холофермент. Если кофактор с апоферментом связан прочной ковалентной связью, его называют простетической группой. Коферментами являются НАД, НАДФ, КоА. Простетические группы это, например, ФАД, ФМН, биотин, гем. Роль кофакторов в катализе очень разнообразна. В целом они, как правило, переносчики каких-либо химических групп
Свойства ферментов(общее с неорг катализаторами):
1. Ускоряют только возможные реакции. В присутствии катализатора реакция с высокой энергией активации изаменяется на реакцию с низкой энергией активации.
2. Ферменты не изменяют направления реакции.
3. Ферменты не изменяют положение равновесия в обратимых реакциях.
4. Ферменты не расходуются при реакциях. Так же как и неорганические катализаторы, они только снижают энергетический барьер реакции
Свойства ферментов(отличия от орг катализаторов):
1. Огромная активность По сравнению с неорганическими катализаторами они эффективнее и присутствуют в очень малых количествах.
2. Ускорение в мягких условиях (37о , рН 7, 1 атм). Любые денатурирующие факторы снижают скорость реакции.
3. Специфичность – абсолютная или относительная. Это возможность катализировать только определённые реакции. Фермент с абсолютной специфичностью может связываться только с единственным субстратом (аргиназа с аргинином, лактаза с лактозой). Известны ферменты, обладающие стереоспецифичностью – фумаратгидратаза не действует на трансизомер фумарата – малеиновую кислоту. Ферменты с относительной (широкой субстратной) специфичностью могут связываться с несколькими сходными по структуре субстратами.
4. Широта действия ферментов в целом.
5. Регулируемость. Каталитическая эффективность одного и того же количества фермента может быть разной. Фермент может находиться в активной или неактивной форме, поэтому иногда меньшее количество фермента вызывает более высокую скорость реакции.
Свойства ферментов (как белков):
1. Ферменты имеют такую же молекулярную массу как все белки и такую же структурную организацию
2. Зависимость скорости реакции от t o . У теплокровных оптимальная температура для большинства ферментов 370 – 40о .
3. Зависимость скорости реакции от рН. У млекопитающих большая часть ферментов имеет оптимум рН = 7,4. Это рН крови и межклеточной жидкости.
4. Денатурируемость тяжёлыми металлами, растворителями, излучениями.
5.Обратимое высаливание. Этот процесс очень важен для выделения ферментов из гомогенатов тканей
6. Узнавание лигандов (специфичность, регулируемость). Лигандами для ферментов являются: субстраты, кофакторы (небелковая часть фермента), регуляторы активности
7. Скорость ферментативной реакции зависит от концентрации субстрата
При низких концентрациях субстрата вероятность столкновения с молекулой фермента мала и образование продукта будет происходить очень медленно. С увеличением концентрации субстрата вероятность столкновения возрастает, скорость реакции увеличивается. Когда все активные центры молекул фермента заполняются субстратом, скорость реакции становится постоянной (максимальной). Концентрация субстрата, при которой достигается v S 13 максимальная скорость, называется насыщающей. Концентрация субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной, называется константой Михаэлиса (Км). Км характеризует сродство фермента к субстрату, то есть способность фермента связывать субстрат. Чем меньше Км, тем выше сродство.
8.Зависимость скорости реакции от концентрации фермента
Номенклатура
Наименования ферментам давали по случайным признакам (тривиальная номенклатура). Примерами таких названий могут служить названия таких ферментов, как пепсин (от греч. пепсис – пищеварение), трипсин (от греч. трипсис – разжижаю)
Характерное название было дано группе окрашенных внутриклеточных ферментов, ускоряющих окислительновосстановительные реакции в клетке – цитохромы (от лат. citos – клетка и chroma – цвет).
Наибольшее распространение получила рациональная номенклатура. Согласно которой название фермента образуются из объединения названия субстрата, типа реакции и окончания "-аза". Например, ЛАКТАТ + ДЕГИДРОГЕНизация + АЗА = ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА. Фермент, ускоряющий реакцию гидролиза крахмала получил название амилаза (от греч. амилон – крахмал).
Систематическое название (в основе которого лежит международная классификация ферментов) фермента формируется следующим образом: (название субстратов (через двоеточие или дробь), название типа химического превращения + аза). Та же лактатдегидрогеназа будет иметь систематическое название «L-лактат:NAD+ оксидоредуктаза». Фермент, катализирующий перенос аминогруппы с аланина на -кетоглутаровую кислоту имеет и 7 рациональное название «аланинаминотрансфераза» и систематическое название – «L-аланин:2-оксоглутарат аминотрансфераза».
Классификация ферментов.
Существуют разные виды классификаций ферментов.
1. По химическому строению выделяют простые и сложные ферменты. Простые ферменты состоят только из аминокислот, а сложные содержат небелковую (простетическую) группу. Белковую часть сложных белков принято называть апоферментом. Связанную с белковой частью простетическую группу в составе сложного фермента принято называть кофактором или коферментом. Кофактор, как правило, представлен ионами металла (Zn2+ , Fe2+ , Cu+ , Mg2+ и др). Коферменты имеют большую молекулярную массу и являются: - производными витаминов (тиаминдифосфат, ФМН, ФАД, НАД, HSКоА, НАДФ, пиридоксальфосфат) - невитаминные (биоптерин, тиоредоксин, глутатион, липоевая кислота, фосфаты, гем и др.).
2. По локализации в клетке различают лизосомальные, цитозольные, микросомальные, митохондриальные, ядерные ферменты.
3. По локализации в организме биологические катализаторы можно 5 разделить на ферменты крови, сердца, печени и др.
4. По продолжительности жизни молекул фермента различают короткоживущие (Т1/2 менее 1 ч) и долгоживущие ферменты (Т1/2 более 1 ч).
5. По возможности адаптивно регулировать количество молекул фермента разделяют конститутивные ферменты, которые синтезируются в организме на постоянном уровне и индуцибельные или адаптивные, синтез которых в организме усиливается при определѐнных условиях
Согласно систематической номенклатуре все ферменты делятся на 6 классов в зависимости от типа катализируемой химической реакции. В каждом классе есть многочисленные подклассы и подподклассы. Каждый класс имеет порядковый номер, строго за ним закрепленный.
1. класс– оксидоредуктазы. Катализируют различные окислительновосстановительные реакции. Сюда входят подклассы дегидрогеназ (отщепляющих атомы водорода), редуктаз (присоединяющих атомы водорода), оксигеназ (внедряющих кислород в субстрат) и др.
2. класс – трансферазы. Катализируют перенос функциональных групп от одного субстрата на другой. Сюда относят аминотрансферазы (переносят аминогруппу), метилтрансферазы (метильную группу), киназы (переносят остаток фосфорной кислоты от АТФ).
3. класс – гидролазы.Катализируют реакции гидролиза (расщепления ковалентной связи с присоединением молекулы воды по месту разрыва). Сюда относят эстеразы, гликозидазы, пептидазы.
4. класс – лиазы. Отщепляют от субстратов негидролитическим путем определенную группу, например, декарбоксилазы, альдолазы.
5. класс – изомеразы. Катализируют различные внутримолекулярные превращения (изомеразы, мутазы – в том случае, когда изомеризация состоит во внутримолекулярном переносе какой-либо группы).
6. класс – лигазы (синтетазы).Катализируют реакции присоединения друг к другу двух молекул с образованием ковалентной связи, этот процесс сопряжен с затратой энергии АТФ (РНК-полимераза).