2 курс / Биохимия / БИОХИМИЯ

торых гидрофильные части обращены к воде, а гидрофобные расположены на внутренней стороне пленки. Более того, чтобы воспрепятствовать взаимодействию гидрофобных краев такой пленки с водой, липидные бислои смыкаются. Из этих свойств липидов вытекают важные биологические следствия, а именно – образование замкнутых мембранных поверхностей, в результате чего в клетке возникают внутриклеточные компартменты.

7. Липидный бислой клеточной мембраны предохраняет клетки от быстрой потери ионов К+, Cl-, Mg2+. Почему?

Ответ: Этим ионам приходится проходить через неполярную среду, составляющую внутреннюю часть мембраны.

8.Для экстракции интегральных белков мембран используют детергенты. Почему?

Ответ: Детергенты солюбилизируют гидрофобные части мембран, высвобождая интегральные белки.

9.Какая часть молекулы триацилглицерина содержит больше биологически доступной энергии: остатки жирных кислот или остаток глицерина?

Ответ: Остатки жирных кислот.

10.Почему при интенсивном росте ткани опухоли в крови больного часто обнаруживают гипохолестеринемию?

Ответ: При наличии быстро растущей опухоли холестерин используется для построения мембран интенсивно делящихся клеток.

11.Что в большей мере нарушает переваривание липидов у взрослых людей - дефицит липазы при панкреатите или дефицит

желчных кислот в ЖКТ при болезнях желчевыводящих путей?

Ответ: при дефиците желчных кислот блокируются все этапы усвоения жира (эмульгирование, гидролиз и всасывание), в при дефиците липазы только гидролиз.

12.В последние годы для лечения хронических заболеваний печени при ее жировом перерождении применяют препарат гептрал, действующим началом которого является S-аденозилметионин. Объясните

механизм действия гептрала.

Ответ: S-аденозилметионин является универсальным донором

метильных групп, которые используются в синтезе фосфатидилхолина. Фосфатидилхолин необходим для образования ЛПОНП в печени, транспортирующих триглицериды из печени в другие органы.

13.В приготовлении майонеза используют яичные желтки, содержащие большое количество фосфотидилхолина. При сбивании их с растительным маслом происходит образование стабильного не расслаивающегося соуса. Объясните, почему это происходит.

Ответ: Фосфатидилхолин является амфифильным соединением

622

и способствует образованию из жира стойкой эмульсии.

Обмен белков

1.Если любители мяса едят его в количествах, превышающих их потребности в калориях, они могут приобрести лишнюю массу тела: а) Каким метаболическим путём мясо, богатое белками, может привести

котложению триацилглицеринов? б) Какие метаболические изменения могут произойти в результате такого питания?

Ответ: В результате трансаминирования образуются кетокислоты, способные преобразовываться в ацетил-КоА и, в последующем, в

жирные кислоты. При связывании жирных кислот с глицерином образуются триацилглицерины. В результате значительного увеличения продукции аммиака возрастет продукция мочевины, способной увеличить осмолярность плазмы и дать ощущение жажды. Это, в свою очередь, сопровождается увеличением потребления воды.

2.Кошкам, не получавшим пищи накануне вечером, дали утром натощак аминокислотную смесь, содержащую весь набор аминокислот, за исключением аргинина. Через 2 часа содержание аммиака в крови значительно возросло, и появились симптомы аммиачного отравления. В контрольной группе, получавшей полный набор аминокислот, не было отклонений. Объясните причины аммиачного отравления в подопытной группе животных.

Ответ: Аргинин необходим для нормального функционирования цикла мочевины. При его недостатке процесс синтеза мочевины может ухудшаться, что приведет к накоплению аммиака и, следовательно, к появлению симптомов аммиачного отравления.

3.Казеин – белок молока, не содержит остатков цистина и цистеина, его нативная конформация напоминает беспорядочный клубок. Кератин – белок шерсти, богат цистином и цистеином, высокоупорядочен. Каким образом свойства этих белков скажутся на перевариваемости?

Ответ: Кератин не переваривается, так как высокоупорядочен,

содержит дисульфидные связи и его пептидные связи недоступны для протеиназ.

4.Глутамат, доставляемый кровью в ткань головного мозга, превращается там в глутамин, который обнаруживается в оттекающей от мозга крови. Каков смысл этого метаболического превращения?

Ответ: Местное обезвреживание аммиака.

5.При тяжелых вирусных гепатитах у больных может развиться печеночная кома, обусловленная, в частности, токсическим действием аммиака на клетки мозга. Какова причина столь значительного накоп-

623

ления аммиака в крови? Как изменится концентрация мочевины в крови у данных больных?

Ответ: Нарушается процесс синтеза мочевины в печени. Концентрация мочевины в крови понижается.

6.Активность какого фермента снижена в почках, если отмечается уменьшение выделения солей аммония с мочой, повышается экскреция натрия и калия и возникает ацидоз?

Ответ: Глутаминазы.

7.Объясните, почему при некоторых заболеваниях печени с лечебной целью назначают метионин.

Ответ: Из метионина образуется S-аденозилметионин, который

является донором метильной группы в реакциях трансметилирования. Трансметилирование происходит при синтезе фосфолипидов, необходимых для построения мембран, а также в процессах обезвреживания ксенобиотиков, происходящем в печени.

8.Будут ли обнаруживаться признаки недостаточности аспартата при рационе, который богат аланином, но беден аспартатом?

Ответ: Нет. Азот аланина может посредством трансаминирования переноситься на оксалоацетат с образованием аспартата.

9.Почему дети с генетическим дефектом фенилаланингидроксилазы должны с пищей получать тирозин?

Ответ: При дефекте фенилаланингидроксилазы блокируется синтез тирозина из фенилаланина и тирозин должен поступать с пищей.

10.Животных длительное время содержали на белковой диете с искусственной смесью аминокислот, в которой отсутствовали глутаминовая, аспарагиновая кислоты и серин, однако нарушений в развитии этих животных не обнаружили. Как можно объяснить этот факт?

Ответ: Данные аминокислоты синтезируются в организме.

Обмен нуклеиновых кислот. Матричные синтезы

1.Гистоны – это белки, содержащиеся в ядрах эукариотических клеток. Они прочно связаны с ДНК. ИЭТ гистонов очень велика (около 10,8). Какие аминокислоты должны присутствовать в гистонах в относительно больших количествах? Каким образом эти остатки обеспечивают прочное связывание гистонов с ДНК?

Ответ: 1) положительно заряженные – лиз, арг и гис. 2) электростатическое притяжение между положительно заряженными аминокислотами и отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК.

2.На каких матрицах в клетке, инфицированной онкогенным вирусом, происходит синтез: а) новых молекул вирусной РНК, б) вирусных белков?

624

Ответ: а) РНК онкогенных вирусов индуцирует в клетках образование молекул ДНК, в которых одна цепь комплементарна исходной РНК. Эта цепь ДНК и служит матрицей для построения новых вирусных РНК при участии РНК-полимеразы. б) синтезированные вирусные

РНК служат матрицей для построения вирусных белков.

3.В результате действия высокоактивного химического соединения, попавшего в клетку, оказались отщепленными азотистые основания от обоих нуклеотидов пары Г...Ц. Могут ли репарирующие системы поправить это повреждение?

Ответ: Нет, так как для репарирующих систем необходима неизмененная матрица.

4.Единичная цепь (+) ДНК (А-21%, Г-29%, Т-21%, Ц-29%) реплицируется ДНК-полимеразой с образованием комплементарной (–)

цепи ДНК. Образовавшаяся двухцепочечная ДНК используется затем

вкачестве матрицы для РНК-полимеразы, транскрибирующей (–)

цепь. Напишите каков будет нуклеотидный состав (процентное соотношение) синтезируемой РНК?

Ответ: А-21%, Г-29%, У-21%, Ц-29%.

5.Подберите характеристики, присущие процессу репликации и репарации:

1.Матрицей является одна из нитей ДНК.

2.Матрицей для синтеза служат обе нити.

3.Субстратами являются дезоксирибонуклеозитрифосфаты.

4.Субстратами являются рибонуклеозитрифосфаты.

5.Процесс локализован в хроматине ядра и митохондриальной

ДНК.

6.Процесс протекает в S периоде клеточного цикла.

7.Процесс протекает постоянно на всех стадиях жизнедеятельности клетки.

Ответ на каждый вопрос выберите из четырех, предлагаемых

Вам.

А – Характерно для репликации Б – Характерно для репарации.

С – Характерно для обоих процессов.

D – Не характерно ни для одного из процессов.

Ответ: 1Б, 2А, 3С, 4А, 5С, 6С, 7Б.

6.Производное уридина, фторурацил, превращается в клетке во фтордезоксиуридилат – ингибитор тимидилат-синтазы. Как объяснить

факт, что фторурацил подавляет рост быстро делящихся раковых клеток у экспериментальных животных?

Ответ: Быстрое деление клеток, подобных раковым, зависит от скорости синтеза ДНК. Поскольку синтез ДНК лимитируется недос-

625

татком дезокситимидилата, блокирование синтеза последнего, вызванное фтордезоксиуридилатом, снижает скорость деления клеток и тем самым рост опухолей.

7.В химиотерапии рака часто применяют некоторые структурные аналоги фолиевой кислоты (метотрексат, аминоптерин). Каким образом они подавляет рост раковых клеток? Можно ли ожидать, что они будут подавлять также и рост нормальных клеток?

Ответ: Метотрексат и аминоптерин (структурные аналоги фолиевой кислоты) ингибируют дигидрофолатредуктазу, и тем самым блокируют синтез д ТМФ и ДНК. Ингибиторы синтеза дезоксирибонуклеотидов блокируют синтез ДНК и в нормальных клетках, поэтому они токсичны для организма.

8.У большинства организмов нуклеотиды не используются как источник энергии. Почему нуклеотиды являются относительно плохим источником энергии у млекопитающих?

Ответ: Организмы не запасают нуклеотиды в качестве источника энергии и не расщепляют их до конца, а гидролизуют лишь до оснований, а затем реутилизируют эти основания с помощью особых метаболических путей. Из-за низкого отношения углерода к азоту

нуклеотиды представляют собой бедный источник энергии.

9.Аллопуринол, ингибитор ксантиноксидазы, используется для лечения подагры. Какова биологическая основа такого лечения?

Ответ: Лечение аллопуринолом подагры приводит к двум биохимическим последствиям. Во-первых, подавляется превращение ги-

поксантина в мочевую кислоту, в результате чего накапливается гипоксантин. Гипоксантин лучше, чем мочевая кислота, растворяется в крови и моче, и поэтому легче выводится из оганизма. Во-вторых, ин-

гибируется также превращение гуанина в мочевую кислоту. При этом накапливается ксантин, который, к сожалению, растворяется хуже, чем мочевая кислота. Это служит причиной образования ксантиновых камней.

10.Почему для стимуляции обмена нуклеиновых кислот используют препарат на базе пиримидинового основания – оротат калия и не используют препараты на базе пуриновых оснований?

Ответ: Для биосинтеза нуклеиновых кислот необходимы пиримидиновые и пуриновые азотистые основания. Пищевые пуриновые основания не используются в синтезе пуриновых нуклеотидов, а оротат может включиться в синтезируемый пиримидиновый нуклеотид путем присоединения фосфорибозилпирофосфата.

11.Циклофосфан, попадая в опухолевые клетки, расщепляется присутствующими там фосфатазами с образованием очень реакционноспособного алкилирующего агента, который взаимодействует с ДНК и

626

повреждает ее структуру. Какие матричные синтезы ингибирует этот препарат в опухолевых клетках?

Ответ: Репликацию и транскрипцию.

Гормоны

1.Для проявления биологического эффекта каких гормонов требуется больше времени и почему?

Ответ: Для стероидных гормонов, так как эффект будет проявляться после появления в клетке вновь синтезированных белков.

2.Добавление адреналина к гомогенату печени приводит к повышению активности гликогенфосфорилазы. Если гомогенат при высокой скорости (100000 g) центрифугировать и к надосадочной жидкости добавить адреналин, данный эффект не отмечается. Почему?

Ответ: При такой скорости центрифугирования аденилатциклаза (мембрансвязанный фермент) осаждается вместе с мембранами, что приводит к нарушению аденилатциклазного механизма действия адреналина.

3.В чём заключается опасность резкой отмены глюкокортикоидов после длительного лечения этими препаратами?

Ответ: При длительном введении глюкокортикоидов по принципу обратной отрицательной связи происходит угнетение синтеза и секреции кортиколиберина, АКТГ (кортикотропина) и, следовательно, собственных кортикостероидов с последущим развитием атрофии коры надпочечников. Резкая отмена экзогенных глюкокортикоидов может привести к синдрому острого гипокортицизма.

4.Больным с приступом бронхиальной астмы наряду с адреналином часто вводят вещества, сходные с теофиллином из чая (например, эуфиллин). Объясните цель и биохимическую основу совместного применения этих препаратов.

Ответ: Цель – снять спазм гладкой мускулатуры бронхов. Адреналин расслабляет гладкую мускулатуру бронхов через аденилатциклазный механизм, стимулируя наработку цАМФ. Эуфиллин и теофиллин ингибируют фосфодиэстеразу, сохраняя наработанный цАМФ и пролонгируют, таким образом, действие адреналина.

5.Объясните механизм действия лекарственного препарата каптоприл, который ингибирует ангиотензин-превращающий фермент и

применяется для лечения больных артериальной гипертензией? Ответ: Прием каптоприла вызывает снижение концентрации ан-

гиотензина II и уменьшение секреции альдостерона. Это обусловливает снижение тонуса сосудов и, следовательно, снижение артериального давления.

627

6. При анализе крови у небеременной женщины обнаружено,

что содержание прогестерона составляет верхнюю границу нормы. В какую стадию яичникового цикла был взят анализ крови?

Ответ: В лютеиновую стадию (желтое тело - основной источник

прогестерона).

7. При анализе крови у небеременной женщины обнаружено,

что содержание прогестерона приближается к нижней границе нормы, а содержание эстрогенов достигает верхней границы нормы. В какую стадию яичникового цикла взят анализ крови?

Ответ: В конце фолликулиновой стадии (предовуляционный пик эстрогенов).

8. Некоторые ученые относят витамин Д к гормонам, прони-

кающим в клетку. Какую форму витамина можно рассматривать как гормон, регулирующий фосфорно-кальциевый обмен? Где она образу-

ется и при участии каких ферментов?

Ответ: Биологически активной формой является 1,25-

дигидроксихоле (или эрго) кальциферол (кальцитриол). Образование его происходит путем гидроксилирования витамина Д3 (или Д2) в печени в 25-ом положении в процессе микросомального окисления, а затем в почках в 1-ом положении под действием гидроксилазы 25-

гидроксикальциферола.

HO

1,25-дигидроксихолекальциферол

Витамины

1.В каком витамине возрастает потребность при преимущественно белковом питании? Почему?

Ответ: В витамине В6, который необходим для протекания специфических путей катаболизма аминокислот (см. роль вит. В6 в мета-

болизме).

2.Почему употребление в пищу большого количества сырых яиц может сопровождаться явлениями дерматита, себорреи, нарушением функции периферической нервной системы?

Ответ: Гиповитаминоз витамина Н, вследствие наличия в сыром

628

курином белке антивитамина авидина.

3.Почему недостаточность витаминов В9, В12 может привести к

развитию мегалобластической анемии?

Ответ: Витамины В9, В12 необходимы для процессов метилиро-

вания и трансметилирования, следовательно для синтеза нуклеотидов

инуклеиновых кислот.

4.В каком витамине возрастает потребность при преимущественно углеводном питании? Почему?

Ответ: В витамине B1. См. роль вит В1 в метаболизме.

5.Какой витамин участвует в окислительно-восстановительных

реакциях с присоединением и отщеплением протонов и электронов по изоалаксозиновому кольцу? Как называется этот процесс?

Ответ: B2, тканевое дыхание.

6.В конце XIX века и вначале XX века пеллагра была довольно распространенным заболеванием, особенно в сельской местности, где люди употребляли в пищу мало мяса, а питались в основном кукурузой. Объясните, почему такое питание приводило к недостаточности никотиновой кислоты?

Ответ: Кукуруза бедна триптофаном, из которого в организме может синтезироваться витамин РР.

7.Голуби, содержавшиеся на экспериментальной диете, утрачивали координацию движений и способность удерживать свое тело в равновесии. Уровень пирувата в крови и мозгу этих птиц значительно превышал нормальный. Такое состояние проходило, если голубям давали мясо. Объясните это явление.

Ответ: Недостаточность тиамина.

8.У больных с патологией почек, несмотря на нормально сбалансированную диету, часто развивается заболевание, похожее на рахит, сопровождающееся интенсивной деминерализацией костей. Какой витамин участвует в минерализации костей? Почему заболевание почек приводит к деминерализации?

Ответ: Для минерализации кости необходим витамин Д3. При

заболеваниях почек нарушается полное гидроксилирование витамина

Д3, т.е. образование его биологически активной формы – кальцитрио-

ла.

9.Варфарин является антагонистом витамина К. Предложите молекулярный механизм действия варфарина в качестве антикоагулянта.

Ответ: Варфарин ингибирует редуктазу, необходимую для образования гидрохиноидной формы витамина К, в которой витамин К проявляет свою активность.

10.При постоянном приеме этанола (алкогольная болезнь) раз-

629

вивается гиповитаминоз В1, симптомами которого являются расстрой-

ства нервной системы. Почему клетки нервной ткани так чувствительны к недостатку витамина В1?

Ответ: Витамин В1 в форме тиаминпирофосфата участвует в функционировании пируват- и альфа-кетоглутарат-дегидрогеназных комплексов (общий путь катаболизма). При гиповитаминозе В1 будет

нарушаться аэробный распад глюкозы, т.е. основной процесс, обеспечивающий энергией клетки нервной ткани, что и вызовет нарушения их функционирования.

11.Пропионовая кислота является продуктом жизнедеятельности микрофлоры толстого кишечника. Она также образуется при окислении жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов. Какие витамины необходимы для дальнейшего превращения пропионовой кислоты до конечных продуктов?

Ответ: Биотин как кофермент пропионилкарбоксилазы для об-

разования метилмалонил-КоА и витамин В12 для изомеризации ме- тилмалонил-КоА в сукцинат-КоА.

12.Производители пищевых продуктов, обогащенных витаминами, утверждают, что витамины, полученные из природных источников, полезнее для здоровья, чем синтезированные искусственно (например, витамин С из плодов шиповника и искусственно синтезированный). Отличаются ли витамины из этих двух источников, и может ли организм отличить их друг от друга?

Ответ: Витамины, полученные из этих двух источников идентичны, и организм не может их отличить.

13.Мать 6-месячного грудного ребенка пожаловалась, что у него

нарушился сон, появились беспокойство, повышенная чувствительность (гиперестезии), потливость, беспричинная плаксивость. При осмотре у ребенка обнаружено облысение затылочка, повышенный красный дермографизм. В крови повышена активность щелочной фосфатазы, в моче – повышено содержание аммиака и аминокислот. С чем связаны эти расстройства?

Для роста бактерий необходима фолиевая кислота. Если в питательной среде содержится аденин и тимидин, то бактерии могут хорошо расти и при отсутствии фолиевой кислоты. Почему бактерии нуждаются в фолиевой кислоте? Почему потребность в фолиевой кислоте исчезает у бактерий при добавлении в культуральную среду аденина и тимидина? Ответ: У ребенка авитаминоз Д, в результате чего развился рахит.

Ответ: Фолиевая кислота необходима для образования тетрагидрофолиевой кислоты, которая участвует в синтезе пуриновых нуклеотидов и тимидилового нуклеотида. При добавлении в питательную сре-

630

ду тимидина и аденина бактерии могут обходиться без тетрагидрофолата.

14.В конце 19-го и в тридцатые годы 20-го столетия в сельских

местностях на юге США, а в годы Великой Отечественной войны на Кавказе было широко распространено заболевание, признаками которого являлись симметричные пигментированные высыпания на лице, шее, тыльной поверхности рук, дерматит, рвота или диаррея, отечность

ивоспаление языка, бессонница, эйфория, галлюцинации, даже слабоумие. Население этих местностей употребляло в пищу мало мяса, молочных продуктов, а в основном питалось кукурузой. Назовите это заболевание. Объясните причину его возникновения и почему такое питание приводило к нему.

Ответ: Заболевание пеллагра связано с недостаточным поступлением витамина РР – никотиновой кислоты. Витамин РР может синтезироваться в организме из триптофана (незаменимой аминокислоты). При белковой недостаточности и при питании кукурузой, в которой отсутствует триптофан, нарушается синтез никотиновой кислоты

иразвивается авитаминоз РР. В самой кукурузе никотинамид содержится в больших количествах, но он находится в связанной форме, которая не усваивается организмом. Известно, что если обработать кукурузу слабо щелочным раствором (известковой водой), никотинамид высвобождается и может всасываться в кишечнике.

15.Витамины А и Д можно применять однократно в дозе, обеспечивающей их нормальное содержание в организме в последующие

несколько недель. Витамины группы В (В1, В2, РР, В6 и др.) необходи-

мо получать ежедневно. С чем это связано?

Ответ: Витамины А и Д депонируются в организме, а водорастворимые витамины группы В быстро выводятся из организма.

Функциональная биохимия

1.При поступлении больного в клинику отмечалось: моча темного цвета (цвета пива), кал обычной окраски. При анализе плазмы крови больного установлено: общий билирубин – 40 мкмоль/л, прямой билирубин – 20 мкмоль/л. Сделайте предварительное заключение о типе желтухи, какие дополнительные исследования нужно назначить, чтобы подтвердить Ваше предположение.

Ответ: Паренхиматозная желтуха. Дополнительно необходимо назначить исследование желчных пигментов мочи и кала. В моче должны определяться билирубин, уробилиноген. Стеркобилиноген в кале – норма.

2.Получены результаты обследования больного: Анализ крови:

631