22. Обмін порфіринів. Роль цтк та амінокислот в синтезі гему. Регуляція процесу. Катаболізм гемоглобіну, утворення та детоксикація білірубіну.
23. Біохімія еритроциту. Особливості обміну речовин в еритроцитах. Роль ПФШ та гліколізу в обміні еритроциту. Утворення токсичних форм кисню та його знешкодження, антиоксидантні системи еритроцитів. Поняття про перекисне окислення ліпідів.
Эритроцит тратит энергию на фосфорилирование глюкозы, синтез глутатиона, и работа АТФ-фаз
В эритроцитах только анаэробный гликолиз из-за отсутствия митохондрий. Митохондрий нет, потому что кислород превращался бы в активную форму, убивая клетку (гемолиз), старение клетки, разрушение ферментов и белков. Антиоксидантная система спасает эритроцит восстанавливая метгемоглобин до нормального и убирая АФК.
ПФП дает НАДФНН, гликолиз 2,3-БФГ, 2 АТФ и НАДНН, лактат
Ситуаційні завдання
1. У новонародженого спостерігались судоми, які проходили після призначення вітаміну В6. Утворення якої речовини за участю цього вітаміну призвело до полегшення стану дитини? Чому? Напишіть реакцію утворення цієї речовини та вкажіть, яку роль відіграє вітамін В6. Де ще приймає участь цей вітамін?
Гамма-аміномасляної кислоти (ГАМК) ГАМК синтезується з глутамату за допомогою ферменту L-глутамат-декарбоксилази (ГАД). Початково наявність ГАД вважалась ознакою гальмівного нейрону, але останнім часом цей фермент було знайдено і в збуджувальних нервових клітинах. Для роботи ГАМК-Т необхідна наявність пірідоксаль-фосфату (ПЛФ), що грає роль коферменту.
Відіграє важливу роль в обміні речовин, необхідний для нормального функціонування центральної і периферичної нервової системи, бере участь у синтезі нейромедіаторів. У фосфорильованій формі забезпечує процеси декарбоксилювання, переамінування, дезамінування амінокислот, бере участь у синтезі білка, ферментів, гемоглобіну, простагландинів, обміні серотоніну, катехоламінів, глутамінової кислоти, ГАМК, гістаміну, поліпшує використання ненасичених жирних кислот, знижує рівень холестерину і ліпідів у крові, поліпшує скоротність міокарда, сприяє перетворенню фолієвої кислоти в її активну форму, стимулює гемопоез. При атеросклерозі вітамін В6 поліпшує ліпідний обмін. Вітамін B6 відіграє істотну роль у метаболізмі білків, вуглеводів і жирів, виробництві нейротрансмітерів та утворенні нікотинової кислоти. Це життєво важливо для підтримки здорової нервової системи, шкіри, м'язів і крові.
2. Новонародженого доставлено у відділення дитячої реанімації в тяжкому стані. З перших днів тижня у нього блювота, яка призвела до загальної дегідратації. При аналізі крові встановлено збільшення концентрації аміаку, аланіну та глутамату. Азот сечовини дорівнює 10% від залишкового азоту. Внаслідок порушення якого процесу найімовірніше виникнув цей стан дитини? Спадкова нестача якого ферменту може призвести до цього стану? Відповідь обґрунтуйте. Напишіть реакцію за участю цього ферменту.
Дитина має симптоми гіпераммонемії, що може бути результатом порушення процесу сечовиділлення аміаку. Гіпераммонемія може виникнути через нестачу ферменту карбамілфосфатсинтетази І, який є ключовим у процесі утворення карбамілфосфату з аміаку та бікарбонату. Цей фермент важливий для очищення організму від вільного аміаку, який є токсичним для нейронів.
3. У пацієнта З. виявлено, що активність глутатіонпероксидази еритроцитів становить 5 мкмоль відновленного глутатіону ⁄ 1 г Нb за 1 хв при 37°С (норма 10 мкмоль відновленного глутатіону ⁄ 1 г Нb за 1 хв при °С ). Порушення якого процесу може бути наслідком цього стану? Записати реакцію, яка каталізується глутатіонпероксидазою, назвати субстрати та продукти реакції.
Зниження активності глутатіонпероксидази еритроцитів у пацієнта З. може бути наслідком порушення антиоксидантного захисту організму. Глутатіонпероксидаза (ГП) - це фермент, який відіграє важливу роль у захисті клітин від пошкодження вільними радикалами. ГП використовує глутатіон (GSH) - природний антиоксидант - для нейтралізації вільних радикалів.
Глутатіон може існувати у відновленій формі, яка позначається Г–SH, і в окисленій формі, коли дві молекули глутатіону в результаті відщеплення двох атомів водню від сульфгідрильних груп залишків цистеїну об'єднуються ковалентним зв'язком між атомами сірки (Г–S–S–Г). Реакція, яка каталізується глутатіонпероксидазою, може бути записана таким чином:
4. У 7-річної дитини часто спостерігаються блювота, судоми, особливо після прийому білкової їжі. В крові відзначається підвищений рівень аміаку та цитруліну. Внаслідок нестачі якого ферменту найвірогідніше спостерігаються ці явища? Який процес при цьому порушується? Подайте цей процес у вигляді схеми.
У дитини ймовірно дефіцит ферменту аргининосукцинат-синтетазой, який необхідний для синтезу аргініну з цитруліну та аспартату. Це може призводити до накопичення цитруліну та аміаку в крові, що в свою чергу може спричиняти блювоту, судоми та інші патологічні стани.
5. У хворого на алкаптонурію чоловіка сеча набуває чорного кольору після відстоювання. У всьому іншому чоловік відчуває себе здоровим. Наслідком спадкового порушення обміну якої речовини є цей стан? Дефіцит якого ферменту має місце? Подайте схему перетворення за участю цього ферменту.
Тирозину. Дефіцит глюкозо-6-фосфат дегідрогенази.
6. У 7-річної дитини часто спостерігаються блювота, судоми, особливо після прийому білкової їжі. В крові відзначається підвищений рівень аміаку та аргініносунцинату. Внаслідок нестачі якого ферменту найвірогідніше спостерігаються ці явища? Подайте у вигляді схеми процес, який порушується при цьому.
Найімовірніше, у дитини спостерігається порушення метаболізму аргініну, що пов'язане з нестачею ферменту аргініносукцинатлиази.
7. Пацієнт В. проходить курс терапії в туберкульозному диспансері. Після лікування ізоніазидом у нього з’явились ознаки недостатності вітаміну В6. Обмін яких речовин порушується при цьому? Наведіть будь - яку реакцію за участю кофакторної форми цього вітаміну і вкажіть її біологічне значення.
При недостатності вітаміну В6 порушується обмін амінокислот, оскільки вітамін В6 є кофактором для багатьох ферментів, що беруть участь у обміні амінокислот. Однією з таких реакцій є десамінування амінокислот, яке відбувається за участю піридоксаль-фосфату (Активна форма вітаміну В6). Ця реакція має велике біологічне значення, оскільки дозволяє організму перетворювати амінокислоти у вітаміни, гормони, нуклеотиди та інші важливі речовини.
8. У юнака, що скаржиться на м´язову слабкість, виявлена дистрофія м´язів. При обстеженні встановлено, що креатиновий показник сечі дорівнює 3,6 (норма 1,1). Чому? Наведіть схему утворення креатину та креатиніну за участю 3-х амінокислот, вкажіть ферменти та місце утворення проміжних продуктів. Яке біологічне значення креатину?
При дистрофии мышц происходит постепенное разрушение мышечных волокон, что приводит к высвобождению в кровь большого количества креатинина. Креатинин – это продукт распада креатина, который используется мышечными клетками для получения энергии. Почки фильтруют креатинин из крови и выводят с мочой. Повышенный уровень креатинина в моче может являться ранним маркером мышечной дистрофии.
Креатин – вещество скелетных мышц, миокарда, нервной ткани. В виде креатинфосфата креатин является "депо" макроэргических связей, используется для быстрого ресинтеза АТФ во время работы клетки. Особенно показательна роль креатина в мышечной ткани. Креатинфосфат обеспечивает срочный ресинтез АТФ в первые секунды работы (5‑10 сек), когда никакие другие источники энергии (анаэробный гликолиз, аэробное окисление глюкозы, β-окисление жирных кислот) еще не активированы, и кровоснабжение мышцы не увеличено. В клетках нервной ткани креатинфосфат поддерживает жизнеспособность клеток при отсутствии кислорода.
9. В лікарню доставлено однорічну дитину, в якої часто спостерігається блювота. При огляді дитини встановлена затримка росту та відставання у розвитку. В сечі дуже висока концентрація фенілПВК та феніллактату. Спадкове порушення якого обміну було причиною хвороби? Який фермент відсутній? Наведіть схему утворення зазначених вище продуктів обміну.
Нарушен обмен фенилаланина, вследствие дефіцита ферменту фенілаланінгідроксилази (ФАГ), який відповідає за перетворення фену в тирозин.
10. У хворого з підозрою на злоякісну карциному хромафінних клітин виявлено підвищення рівня серотоніну та явні ознаки гіповітамінозу РР (дерматит, діарею, деменцію). Дайте пояснення, порушення обміну якої речовини і чому викликали ці зміни. Напишіть реакцію утворення серотоніну, вказуючи фермент та його кофактор.
У даному випадку порушення обміну речовин пов'язане з дефіцитом вітаміну РР, який впливає на синтез серотоніну. Вітамін РР є необхідним коензимом для ферменту триптофан-гідроксилази, який каталізує перший крок у біосинтезі серотоніну з амінокислоти триптофану
11. Новонародженого доставлено у відділення дитячої реанімації у тяжкому стані. З перших днів тижня у нього блювота, яка призвела до загальної дегідратації. При аналізі крові встановлено збільшення концентрації аміаку, аланіну та глутамату. Азот сечовини дорівнює 10% від залишкового азоту. Внаслідок порушення якого процесу наймовірніше виникнув цей стан дитини? Спадкова нестача якого ферменту може призвести до цього стану? Напишіть реакцію за участю цього ферменту.
Спадкова нестача ферменту карбамілфосфатсинтетази (CPS1) може призвести до цього стану. Цей фермент каталізує перший крок у циклі уреї, де аміак та бікарбонат реагують, утворюючи карбамілфосфат.
12. Хворому П. перед операцією рекомендовано на протязі 10діб приймати синтетичний аналог вітаміну К – вікасол. Які біохімічні процеси активуються при цьому? Чому? Напишить реакцію за участю вітаміну К.
Прийом синтетичного аналогу вітаміну К, такого як вікасол, перед операцією активує біохімічні процеси, які відповідають за згортання крові. Вітамін К необхідний для синтезу кількох важливих білків, зокрема протромбіну, який виступає у ключовій ролі у згортанні крові. Реакція, в якій бере участь вітамін К, є карбоксилюванням глютаматних залишків білків. Вітамін К активує фермент, який карбоксилує глютаматні залишки білків, перетворюючи їх у гамма-карбоксиглютаматні залишки. Цей процес необхідний для правильної згортання крові.
13. У малюка, що народився недоношеним, розвинулася жовтяниця. Нестачею якого ферменту може бути обумовлений цей стан? Наведіть схему перетворення, в якому бере участь цей фермент, та поясніть чому розвинулася жовтяниця.
Нехватка УДФ-глюкуронилтрансферазы. У недоношенных детей желтуха может развиваться чаще, чем у доношенных, из-за незрелости печени.
14. При обстеженні пацієнту Ц. із свинцевою інтоксикацією знайдено, що концентрація ∆- або 5-амінолевулінової кислоти дорівнює 11,5 мкмоль/л (норма 0,7-2,3 мкмоль/л). Вкажіть, який процес обміну речовин погіршений. Запишіть схему біосинтезу 5-амінолевулінової кислоти, назву субстратів, ферменту і кофактору. Як регулюється активність ферменту?
Погіршення обміну речовин пов'язане з порушенням біосинтезу порфіринів через знижену концентрацію ∆- або 5-амінолевулінової кислоти.
Схема біосинтезу 5-амінолевулінової кислоти: Сукциніл-CoA + Гліцин → 5-амінолевулінова кислота
Субстрати: Сукциніл-CoA, Гліцин
Фермент: Дельта-амінолевулінат-синтаза
Кофактор: Піридоксаль-фосфат
Активність ферменту регулюється по різних механізмів, зокрема алостеричний регуляцією ферменту та радикальними змінами структури під впливом фізіологічних станів або інших факторів.
15. Хворий 48 років звернувся до лікаря із скаргами на сильні болі, припухлість, почервоніння в ділянках суглобів. На основі лабораторного аналізу підтверджено діагноз подагра. Який аналіз був проведений для постановки діагнозу? Написати схему утворення аналізуємого метаболіту.
Для постановки діагнозу подагри був проведений лабораторний аналіз сироватки крові для визначення рівня сечової кислоти.
Сечова кислота утворюється в організмі під дією ферменту ксантиноксидази як результат обміну пуринів. Підвищений рівень сечової кислоти у крові може бути свідченням розвитку подагри.
Схема утворення аналізуємого метаболіту:
Пурини (наприклад, гуанін) -> гіпоксантин -> ксантін -> сечова кислота
У подагрі, порушення процесу метаболізму пуринів призводить до збільшення вироблення сечової кислоти, що може викликати утворення кристалів у суглобах та спричиняти симптоми хвороби.
16. У хлопчика 8 років з ознаками дитячого церебрального паралічу в крові збільшена концентрація сечової кислоти. У хлопчика порушене мислення. Він агресивний і сам себе калічить. Яка спадкова хвороба у хлопчика? Дефект якого ферменту є причиною цієї хвороби? Навести реакції та указати місцє дії ферменту.
У хлопчика можлива спадкова хвороба - Синдром Леша-Нихена. Ця хвороба спричинена дефектом ферменту гіпоксантин-гуанін-фосфорибозилтрансферази (ГКГФРТ).
17. У дитини 3 років спостерігається затримка росту і розумового розвитку. У дитини важка форма мегалобластичної анемії, стійкої до лікування залізом, вітаміном В12 та фолієвою кислотою. В сечі дитини велика кількість кристалів оротової кислоти. Синтез яких речовин порушен у дитини? Дефіцит якого ферменту є причиною спадкової оротатацидурії? Написати схему синтезу аналізуємого метаболіту.
У даному випадку у дитини порушений синтез піримідинів. Дефіцит ферменту оротідилфосфаткарбамоілтрансферази (ОФКТ) є причиною спадкової оротатацидурії. Таким чином, дефіцит ферменту ОФКТ призводить до накопичення оротової кислоти, що виявляється у великій кількості кристалів оротової кислоти в сечі.
18. У хворого з ураженими нирками розвинулась остеодистрофія з демінералізацією кісток. Порушення утворення біологічно-активної форми якого вітаміну є причиною цього стану? Додати схему утворення цієї форми.
Остеодистрофія з демінералізацією кісток у хворого з ураженими нирками може бути спричинена порушенням утворення біологічно-активної форми вітаміну D - кальцитріолу.
Схема утворення кальцитріолу
У шкірі під дією ультрафіолетового випромінювання з превітаміну D3 (7-деґідрохолестеролу) утворюється холекальциферол (вітамін D3).
Холекальциферол (вітамін D3) з підшлункової залози або з її пропіонової кислоти поступає в печінку, де втративши молекулу води, утворюється 25-гідроксикальціферол (кальцифедіол).
Кальцифедіол під впливом паращитовидкого гормону (ПТГ) перетворюється в нирках у 1,25-дигідроксикальціферол (кальцитріол) - біологічно-активну форму вітаміну D.
Порушення утворення кальцитріолу при ураженнях нирок може призвести до недостатньої абсорбції кальцію та фосфатів у кишківнику, що в свою чергу може призвести до остеодистрофії з демінералізацією кісток у пацієнта.
19. Кофеїн гальмує активність фосфодіестерази циклічних нуклеотидів. Як це впливає на концентрацію ц-3’5’АМФ і на передачу гормональних сигналів через аденілатциклазну систему на внутрішньоклітинні ефекторні системи?Навести реакцію, яка гальмується.
Кофеин тормозит активность фосфодиэстеразы, обычно расщепляющей циклический 3',5'-Аденозинмонофосфат (циклический АМФ). Это приводит к увеличению концентрации ц-3',5'-АМФ в клетке.
Циклический АМФ играет важную роль в передаче гормональных сигналов через аденилатциклазную систему. Повышенная концентрация ц-3',5'-АМФ может приводить к увеличению активации протеинкиназыА, изменяя активность фосфорилирующих ферментов и воздействуя на внутриклеточные эффекторные системы.
Реакция, которая тормозится кофеином:
ц-3',5'-АМФ + H2O → ц-5'-Аденозинмонофосфат (АМФ).
20. У чоловіка 53 років діагностовано сечокам'яну хворобу з підвищеною кількістю уратів. Йому призначили аллопурінол. Інгібітором якого ферменту є аллопурінол, який механізм його дії? Навести схему дії.
Аллопурінол є інгібітором ферменту ксантіноксидази. Цей фермент відповідає за перетворення гіпоксантину в ксантин і в далі в сечовину. Інгібуючи ксантіноксидазу, аллопурінол зменшує утворення сечовини та уратів, що допомагає у лікуванні сечокам'яної хвороби.
21. Хворий скаржиться на погіршення зору. При його детальному обстеженні лікар виявив явні ознаки альбінізму – депігментації шкіри, волосся. Порушення обміну яких амінокислот можуть викликати ці зміни і чому? Які ще патології обміну цих амінокислот вам відомі? Укажіть можливі причини.
Тирозин - це амінокислота, яка є попередником меланіну. Меланін - це пігмент, який надає колір шкірі, волоссю та очам.
Крім альбінізму, порушення обміну тирозину можуть призвести до інших патологій:
Фенілкетонурія (ФКУ): Це спадкове захворювання, при якому організм не може метаболізувати фенілаланін, іншу амінокислоту. Накопичення фенілаланіну може призвести до пошкодження головного мозку.
Гомоцистинурія: Це спадкове захворювання, при якому організм не може метаболізувати гомоцистеїн, амінокислоту, що утворюється з метіоніну. Накопичення гомоцистеїну може призвести до пошкодження кровоносних судин, тромбозів та інших проблем.
Можливі причини порушення обміну тирозину:
Спадковість: Більшість порушень обміну тирозину є спадковими, тобто вони передаються від батьків до дітей через гени.
Вроджені дефекти: Деякі порушення обміну тирозину викликані вродженими дефектами, які виникають під час внутрішньоутробного розвитку.
Придбані захворювання: Деякі порушення обміну тирозину можуть бути викликані певними захворюваннями, такими як аутоімунні захворювання або інфекції.
22. Похідні птерину – аміноптерин і метатрексат є конкурентними інгібіторами дігідрофолатредуктази, внаслідок чого вони пригнічують відновлення дігідрофолату до тетрагідрофолієвої кислоти. Ці лікарські засоби призводять до гальмування міжмолекулярного транспорту одновуглецевих груп. Біосинтез яких нуклеотидів при цьому порушується? Подайте у вигляді схеми.
Тимідинових нуклеотидів
Гуанінових нуклеотидів
Аденінових нуклеотидів
Цитидинових нуклеотидів
Схема: Тетрагідрофолієва кислота -> ДГФР -> Дігідрофолат -> Аміноптерин/Метатрексат -> Гальмування біосинтезу нуклеотидів
23. У хворого виявлено загальне виснаження, відсутність апетиту, скарги на біль по ходу нервів, параліч обох ніг. В крові і в сечі хворого підвищений рівень піровиноградної кислоти. Який авітаміноз у хворого і який процес порушений? Наведіть схему процесу.
У хворого ймовірно авітаміноз вітаміну В1 (тіаміну). Підвищений рівень піровиноградної кислоти у крові та сечі може бути результатом порушення обміну речовин, зумовленого дефіцитом вітаміну В1.
Схема процесу порушення може виглядати наступним чином:
Недостатній прийом вітаміну В1 (тіаміну) з їжею або порушення його поглинання в кишечнику.
Недостатній рівень тіаміну в організмі призводить до порушення обміну піровиноградної кислоти.
Підвищений рівень піровиноградної кислоти в крові та сечі може викликати ряд симптомів, таких як загальне виснаження, втрата апетиту, біль по ходу нервів та параліч.