- •База задач для підготовки до іспиту з біологічної хімії для студентів стоматологічного факультету 2023/2024 н.Р.
- •Завдання 1: Тригліцериліпаза
- •Токсичність метанолу та його лікування етанолом
- •Дія поліпептидів трасилолу (контрикал) та гордоксу при панкреатиті
- •Токсичність хлорофосу та його вплив на фермент ацетилхолінестеразу
- •Механізм дії метотрексату в протипухлинній терапії:
- •1. Інгібування ферменту:
- •2. Вплив на пухлинні клітини:
- •3. Відновлення активності ферменту:
- •1. Збільшення діастази (альфа-амілази) сечі:
- •2. Гострий панкреатит:
- •3. Чому лікар проігнорував результати аналізу?
- •4. Рекомендації щодо лікування:
- •Ферменти, що використовуються для лікування вірусних кон'юнктивітів:
- •Причини активації цитратного циклу під час інтенсивної фізичної роботи:
- •1. Збільшення потреби в атф:
- •2. Підвищення рівня субстратів:
- •4. Регуляторні ферменти:
- •Вплив гіпоксії на цикл Кребса:
- •1. Відсутність кисню як акцептора електронів:
- •2. Накопичення пірувату:
- •4. Енергетична недостатність:
- •Зниження активності окисного декарбоксилювання пірувату при дефіциті вітамінів групи b:
- •2. Адаптація цнс до Амобарбіталу:
- •3. Механізм побічних ефектів:
- •1. Отруєння чадним газом (карбоксигемоглобінемія):
- •Заходи для порятунку потерпілого:
- •1. Дефект фосфорилази м'язів:
- •2. Дефект фосфорилази печінки:
- •1. Цикл Корі:
- •2. Глюконеогенез:
- •Відчуття голоду (поліфагія) у пацієнтів з цукровим діабетом:
- •1. Дефіцит інсуліну:
- •2. Підвищення рівня глюкагону:
- •3. Порушення роботи лептину:
- •1. Кращий контроль рівня цукру в крові:
- •2. Підвищення відчуття ситості:
- •3. Збереження м'язової маси:
- •1. Літній пацієнт з ожирінням:
- •2. Молодий пацієнт з дефіцитом ваги:
- •2. Хворий, який залишився без свідомості:
- •1. Анамнез:
- •2. Фізикальний огляд:
- •3. Лабораторні дослідження:
- •1. Перетворення триптофану на нікотинову кислоту:
- •2. Вплив триптофану на потребу в нікотиновій кислоті:
- •1. Роль тіаміну:
- •2. Накопичення пірувату:
- •3. Вплив м'яса та чорного хліба:
- •5. Група вітамінів b:
- •2. Наслідки дефіциту вітаміну b6:
- •3. Особливості у грудних дітей:
- •1. **Регуляція рівня кальцію в крові:**
- •2. Регуляція фосфору:
- •1. **Дефіцит кальцію і вітаміну d:**
- •2. **Дефіцит паратгормону (гіпопаратиреоз):**
- •3. **Хронічні захворювання:**
- •29. У пацієнта із стрептококовою інфекцією після екстракції зуба розвинулася кровотеча. Наслідком активації якого процесу це стало? Ваші рекомендації
- •36. У пацієнта, що страждає на хронічну ниркову недостатність, розвинувся остеопороз. Порушення синтезу в нирках якого регулятора мінерального обміну є основною причиною остеопорозу?
- •37. У пацієнта, який звернувся до лікаря-стоматолога, діагностовано ерозію емалі. Який вітамін у складі терапевтичних заходів необхідно призначити пацієнту, поясніть чому?
- •38. У пацієнта діагностовано гінгівіт. Що таке гінгівіт? Які біохімічні процеси порушуються в дентині зубів? Надмірна активація яких ензимів характерна для даного захворювання? Опишіть.
- •42. До складу слини входять білки, що володіють антимікробною функцією і беруть участь у мінеральному обміні. Назвіть їх. Опишіть механізм їх біологічної дії.
- •43. У пацієнта діагностовано пародонтит. Який процес відіграє провідну роль у розвитку метаболічних змін при цій патології? Ваші рекомендації стосовно лікування.
- •44. При пародонтиті порушується мінералізуюча функція слини. Поясніть, чому. Вкажіть основні чинники, які ініціюють мінералізацію кісткової тканини пародонта.
- •45. Відомо, що слинні залози виконують ендокринну функцію. Назвіть гормони, що синтезуються слинними залозами. Який із них сприяє мінералізації зубів? Опишіть механізм його дії.
- •48. Емаль характеризується високою стійкістю до дії різних механічних і хімічних факторів. Синтез яких біохімічних компонентів забезпечує таку резистентність?
- •50. Поряд із кальцієм, фосфатами та вітамінами, у мінералізації тканини зуба велику роль відіграє цитрат. Яка роль цитрату у мінералізації тканин зуба? в якій тканині зуба його найбільше і чому?
- •53. Для повноцінного метаболізму в тканинах пародонта необхідна енергія. Вкажіть основний шлях утворення атф у цих тканинах.
- •54. Мінералізація, демінералізація і ремінералізація - основа мінерального обміну зуба, охарактеризуйте кожен з цих процесів та його значення для мінерального обміну зуба.
- •55. У пацієнта виявлено слинокам’яну хворобу . Що є причиною даного захворювання? Як змінюються процеси мінералізації твердих тканин зуба у хворого ? Опишіть біохімічний механізм розвитку цих процесів
1. Анамнез:
Вік, стать, етнічна приналежність.
Наявність цукрового діабету (особливо 1 типу) в анамнезі.
Інші хронічні захворювання (захворювання нирок, печінки, підшлункової залози).
Прийом медикаментів (діуретики, кортикостероїди, бета-блокатори).
Недавні хірургічні втручання, травми.
Вживання алкоголю, наркотиків.
Харчування (наприклад, низьковуглеводна дієта).
Інфекційні захворювання.
Вагітність.
2. Фізикальний огляд:
Оцінка загального стану пацієнта (свідомість, орієнтація, дихання, пульс, артеріальний тиск).
Ознаки зневоднення (сухість шкіри та слизових оболонок, западання очей, тахікардія).
Ознаки ниркової недостатності (набряки, олігурія).
Ознаки печінкової недостатності (жовтяниця, асцит).
Ознаки панкреатиту (біль у животі, нудота, блювота).
Запах ацетону з рота.
3. Лабораторні дослідження:
Глюкоза крові: Для виключення цукрового діабету (1 типу або декомпенсованого 2 типу).
Електроліти крові: Для оцінки балансу електролітів (натрій, калій, хлор, бікарбонати).
Азот сечовини крові: Для оцінки функції нирок.
Креатинін крові: Для оцінки функції нирок.
Амілаза та ліпаза крові: Для виключення панкреатиту.
Гази крові: Для оцінки pH крові та парціального тиску вуглекислого газу.
Кетонові тіла в крові та сечі: Для диференціальної діагностики причин кетонемії.
Інші дослідження: Залежно від клінічної картини (наприклад, мікробіологічне дослідження сечі, УЗД черевної порожнини, КТ черевної порожнини).
Цукровий діабет 1 типу: Це найпоширеніша причина кетоацидозу. При цукровому діабеті 1 типу організм не виробляє інсулін, що призводить до накопичення глюкози в крові та неможливості її використання для отримання енергії. Внаслідок цього організм починає використовувати жири для отримання енергії, що призводить до утворення кетонових тіл.
Цукровий діабет 2 типу: Кетоацидоз може розвинутися і при цукровому діабеті 2 типу, особливо у пацієнтів з декомпенсованим перебігом захворювання.
Діабетичний кетоацидоз: Це серйозне ускладнення цукрового діабету, яке може призвести до коми та летального результату.
Гострий панкреатит: Запалення підшлункової залози може призвести до порушення секреції інсуліну та розвитку кетоацидозу.
Гостра ниркова недостатність: Порушення функції нирок може призвести до накопичення кетонових тіл в
Завдання 6
Для чого хворому атеросклерозом при виписці з лікарні рекомендують дієту, що стимулює відтік жовчі і посилення перистальтики кишечника? Відповідь обґрунтуйте.
Хворим на атеросклероз рекомендується дієта, що стимулює відтік жовчі та посилення перистальтики кишечника, з наступних причин:
1. Покращення холестеринового обміну:
Жовч допомагає виводити з організму надлишки холестерину.
Стимуляція відтоку жовчі може знизити рівень холестерину в крові, що знижує ризик розвиткуатеросклерозу.
2. Профілактика запорів:
Запори можуть призвести до автоінтоксикації організму, що погіршує перебіг атеросклерозу.
Посилення перистальтики кишечника допомагає попередити запори та покращити роботу кишечника.
3. Нормалізація травлення:
Порушення травлення може призвести до всмоктування токсичних речовин, які погіршують перебігатеросклерозу.
Стимуляція відтоку жовчі та посилення перистальтики кишечника допомагають нормалізувати травленнята покращити всмоктування корисних речовин.
4. Зниження ваги:
Надмірна вага є фактором ризику розвитку атеросклерозу.
Дієта, що стимулює відтік жовчі та посилення перистальтики кишечника, може допомогти знизити вагу,що знижує ризик розвитку атеросклерозу.
Рекомендації щодо харчування:
Вживати фрукти та овочі, багаті на клітковину.
Вживати цільнозернові продукти.
Вживати нежирні молочні продукти.
Вживати рослинні олії.
Пити достатньо води.
Обмежити вживання насичених жирів, транс-жирів, простих вуглеводів та алкоголю.
Готувати їжу на пару, відварювати або тушкувати.
Їсти дробно 5-6 разів на день.
Завдання 7
Назвіть основне джерело енергії скелетних м'язів через 40-50 хвилин після початку роботи. Відповідь обґрунтуйте.
Спочатку коли АТФ використовується для роботи, креатинфосфат під дією креатинкінази вступає в реакцію перефосфорилювання з АДФ, внаслідок чого відновлюється вихідний рівень АТФ. Це найшвидший шлях ресинтезу АТФ в умовах скорочення м’язів і він не потребує кисню. Але креатинфосфату вистачає на 10 секунд інтенсивної роботи м’язів.
Далі основним механізмом для забезпечення енергетичної потреби цієї роботи є анаеробний гліколіз, який досягає свого максимального рівня через 40-50 хвилин безперервної високо інтенсивної роботи. У процесі анаеробного окиснення 1 молекули глюкози походженням з глікогену м’язів відновлюється 3 АТФ. Цей енергетичний механізм, як і попередній, не володіє великою ємністю через обмежений генетично невисокий вміст глікогену у м’язах). Тому через 1,5- 2 хвилини інтенсивної роботи вміст молочної кислоти, як продукту глікогенолізу, зростає до максимуму у тканині м’яза і крові, саме накопичення молочної кислоти інгібує ферменти глікогенолізу й активує фермент дегідрогеназу, який пришвидшує реакцію перетворення молочної кислоти у піровиноградну. Декарбоксилювання останньої веде до утворення ключового субстрату циклу Кребса – Ацетил-КоА. Також активуються ферменти дихального ланцюга мітохондрій, які забезпечують окиснення ацетил-КоА до СО2 і Н2О. В аеробних умовах при повному окисненні 1 молекули глюкози відновлюється 38 АТФ. Після виснаження вуглеводного джерела в процесі аеробного окиснення задіюються жири і навіть білки.
Тому основне джерело енергії для скелетних мязів є через 40-50хв роботи– ліполіз.
Завдання 8
У спортсмена перед відповідальним стартом в крові підвищився вміст глюкози до 6,5 ммоль / л і неетеріфікованних жирних кислот (НЕЖК) - до 1,2 ммоль / л (норма 0,4-0,9 ммоль / л). Активація яких процесів є причиною цих змін? Який гормон активує ці процеси?
Вуглеводи утилізуються і мобілізуються в організмі легше і рівномірніше, ніж тригліцериди. Тому рівень глюкози в крові більш стабільний, ніж концентрація НЕЖК. Якщо концентрація глюкози в крові коливається ± 30%, то концентрація вільних жирних кислот в деяких ситуаціях (голодування, інтенсивне м`язове навантаження, сильний стрес) може зростати до 500%
Регуляторами ліполізу і липосинтеза служать в основному ті ж гормони, які беруть участь і в регуляції вуглеводного обміну. При цьому гормони, що стимулюють гіперглікемію, є і гіперліпацідеміческімі, в той час як інсулін, що володіє гіпоглікемічних дією, запобігає розвитку гіперліпацідеміі. Крім того, в регуляції жирового обміну у хребетних деякий участь беруть АКТГ, ліпотропін і МСГ, які надають гіперліпацідеміческое дію. Також регулюють Т3 Т4 глюкагон СТГ
При увеличении в крови концентрации глюкагона будет активироваться фермент триглицеридлипаза.
Б. Гормон глюкагон взаимодействует с рецепторами адипоцитов и активирует аденилатциклазную систему. Аденилатциклаза активная активирует протеинкиназу путем диссоциации субъединиц. Протеинкиназа активирует тригдицероллипазу путем фосфорилирования. Активный фермент отщепляет один остаток жирной кислоты от триглицерида с образованием диглицерида. Далее действуют диглицеридлипаза на диглицерид и моноглицеридлипаза на моноглицерид.
В. Продукты полного гидролиза триглицеридов – глицерин и жирные кислоты поступают в кровь. Глицерин как гидрофильное соединение транспортируется кровью в свободном виде, жирные кислоты как гидрофобные соединения в комплексе с белком плазмы – альбумином.
Завдання 9
Симптоми стеатореї можуть бути обумовлені двома причинами. Вкажіть ці причини . Чому ці причини призводять до появи ліпідів в калі? Як на основі аналізу калу можна відрізнити, яка з них лежить в основі захворювання? Дайте пояснення.
Дефіцит панкреатичної ліпази, жовчі, пригнічення всмоктування ресинтезу ТАГ у кишечнику
Порушення перетравлення або всмоктування ліпідів обумовлено трьома процесами.
1 Патологія панкреатичної ліпази.
2 Відсутність або недолік жовчних кислот.( Жовчні кислоти емульгують жири, активують ліпазу - фермент травлення жирів у кишечнику. При зниженні їх надходження у кишечник в складі жовчі порушується травлення жирів і виникає стеаторея "жирний кал")
3 Зниження активності слизової оболонки кишечника.
Панкреатическая стеаторея . Підвищення триацилгліцеридів.
Розвивається при хронічному панкреатиті, гіпоплазіі панкреас, дефіциті ліпази панкреатичної, вміст жовчних пігментів в калі супроводжується підвищеному кількістю триацилгліцеридів. Гепатогенна стеаторея. Підвищення жирних кислот.
Утворюється при закупорках, атрезії жовчних проток, гепатитах, цирозі. Характерна ознака - відсутність в калі жовчних пігментів і високий вміст в калі кальцифікованих мив.
Ентерогенная стеаторея. Підвищення жирних кислот, але при нормальній забарвленні калу. Характерно вміст жирних кислот і зрушення pH в кисле середовище. гіперліпопротеїнемією.
Тип 1.
Характеризується дефецит ліпопротеїнліпази, відповідно порушений лизис хиломикронов і збільшений вміст триацилгліцеридів.
Тип 2 а.
Уповільнення розпаду ЛПНЩ, відповідно підвищений вміст холестеролу і бета-ліпопротеїнів.
Тип 2б.
Характеризується підвищеним вмістом бета і пребета ліпопротеїнліпідами.
Тип 3.
уповільнити розпад ЛПДНЩ, відповідно накопичення бета і пребета ліпопротеінліпідов, накопичення холестеролу.
Тип 4.
Утворюється при гиперінсулінізмі, при якому підвищений вміст тіацілгліцерідов і ліпопротеїнів типу бета.
Тип 5.
зниження активності ліпопротеінліпази, збільшений вміст хіломікронів і пре бета ліпопротеїнів
Завдання 10
У крові хворого після її зберігання в холодильнику протягом 16 - 24 годин з'являється вершкоподібний шар над прозорою сироваткою. У крові значно збільшений вміст тригліцеридів, концентрація холестерину злегка підвищена. Клінічних ознак атеросклерозу немає. До якого типу можна віднести дану гіперліпопротеїнемією? Який механізм виявлених порушень у ліпідному обміні? Ваші рекомендації, як лікаря.
Гіперліпопротеїнемія V типу – спадкове захворювання - посилене утворення ЛПДНЩ і знижена ліпопротеїнова ліпаза
Лікування : нікотинова кислота, гемфіброзил
А. Появляются крупные частицы – хиломикроны. Хиломикроны – сложные белки, класс – липопротеины. В химическом составе преобладают ТГ (90%), они синтезируются в слизистой тонкого кишечника, транспортируют экзогенные липиды из кишечника в кровь, имеют диаметр более 120 нм, являются антиатерогенными.
Б. Фермент липопротеинлипаза локализуется в сыворотке крови. Гепарин, активирующий этот фермент, называют «просветляющим фактором».
Фермент ЛП-липаза участвует в гидролизе триглицеридов в составе хиломикронов с образованием глицерина и жирных кислот, которые кровью транспортируются органам и тканям. Количество триглицеридов уменьшается и размер хиломикронов тоже уменьшается. Остаточные хиломикроны удаляются из крови и сыворотка крови становится прозрачной.
Гиперлипидемия (гиперлипопротеинемия, дислипидемия) — аномально повышенный уровень липидов и/или липопротеинов в крови человека.
Гиперлипопротеинемия II типа
Наиболее частая гиперлипидемия. Характеризуется повышением холестерина ЛПНП. Подразделяется на типы IIa и IIb в зависимости от отсутствия или наличия высоких триглицеридов.
Завдання 11
Однією з причин розвитку такого ендокринного захворювання як цукровий діабет є недостатнє вироблення інсуліну. Поясніть, чому первинні порушення у вуглеводному обміні викликають зміни в обміні ліпідів? Поясніть вплив інсуліну на ліпідний обмін. Як при цьому зміняться біохімічні показники крові?
Глюкози недостатьно для підтримки функціонування організму і тому активується ліпогенез Інсулін – інгібітор ліполізу,антагоніст адреналіну, у жировій тк. глюкоза перетв.в жирні кислоти
Інсулін справляє протилежну адреналіну і глюкагону дію на лі-поліз і мобілізацію жирних кислот. Установлено, що інсулін стимулює фосфодиестеразну активність у жировій тканині. Оскільки фос-фодиестераза відіграє важливу роль у підтриманні стаціонарного рівня цАМФ у тканинах, збільшення вмісту інсуліну має викликати підвищену активність фосфодиестерази, що у свою чергу призводить до зменшення концентрації цАМФ у клітинах і пригнічення утворення активної форми ліпази.
. Регуляторами ліполізу і липосинтеза служать в основному ті ж гормони, які беруть участь і в регуляції вуглеводного обміну. Патологія ліпідного обміну найчастіше виявляється у підвищенні вмісту ліпідів у крові (гіперліпемія), а також у тканинах (тканинні ліпідози), тобто надлишковому відкладенні ліпідів. У нормі вміст ліпідів у плазмі крові становить: загальні ліпіди - 4-8 г/л; триацилглі-церини - 0,5-2,1 ммоль/л;
фосфоліпіди загальні - 2,0-3,5 ммоль/л; холестерин загальний - 4,0-10,0 ммоль/л (2/3 від загального холестерину складає ефірозв'язаний холестерин)
Завдання 12
У людини, яка тривалий час не вживала в їжу жирів, але отримувала достатню кількість вуглеводів і білків, виявлені дерматит, погане загоєння ран, погіршення зору, знижена статева функція. При призначенні терапевтичної дієти, що містить риб'ячий жир, симптоми зникли. Поясніть можливі причини порушення обміну.
Нестача лінолевої кислоти(поліненасичена омега-6 жирна кислота), вітамінів А, Д, Е, К
1.Лінолева кислота належить до незамінних жирних кислот. Це означає, що людський організм самостійно не може синтезувати її із інших простих поживних речовин.Тому її потрібно вживати з продуктами харчування.
Лінолева кислота використовується в біосинтезі арахідонової кислоти, а також деяких простагландинів, лейкотрієнів і тромбоксану .
Лінолева кислота є незамінною жирною кислотою, яка повинна споживатися для належного стану здоров'я. Дієта із дефіцитом лінолеатів викликає м'яке розтягнення шкіри, випадання волосся[1], також погане загоєння ран.
2. Холестерин бере участь у утворенні стероїдніх гормонів (холестерин—прегнанол--- дегідроізоандростерол---андростендіон---тестостерон---естрадіол)—тому без споживання жирів буде знижена статева функція.
. Жирные кислоты и моноглицериды. Они образуют смешанную мицеллу, которая всасывается в слизистую кишечника. Вместе с продуктами гидролиза всасываются жирорастворимые витамины (А, D, Е, К) и соли желчных кислот.
Отсутствие жиров в диете приводит к развитию названных патологий, т.к. они необходимы для всасывания жирорастворимых витаминов. В отсутствии жиров нарушается всасывание этих витаминов и возникают состояния гипо- и авитаминозов. Эссенциальные жирные кислоты (витамин F) необходимы для нормального функционирования кожи; витамин А участвует в образовании компонентов структур соединительной ткани и в акте зрения; витамин D способствует формированию костной ткани; витамин К необходим для свертывания крови.
Завдання 13
У хлопчика 6 років спостерігається швидка стомлюваність, нездатність до виконання фізичної роботи. При біопсії клітин м'язів виявили включення триацілгліцеринів. При визначенні їх кількості концентрація виявилася в кілька разів вище, ніж в нормі, а концентрація карнітину в 5 разів менше. Чому при даному захворюванні різко знижується здатність виконувати тривале фізичне навантаження? Поясніть.
А. Оскільки кількість карнітину знижено, то і β-окислення жирних кислот в м'язах відбувається дуже повільно (порушений транспорт жирних кислот з цитоплазми в мітохондрії). β-окислення жирних кислот - важливе джерело енергії, тому в даному випадку здатність до виконання фізичної роботи помітно знижена.
Б. β-окислення жирних кислот відбувається в матриксі мітохондрій, тому після активації жирні кислоти повинні транспортуватися з цитоплазми всередину мітохондрій. Для перенесення жирних кислот необхідний переносник - карнітин. У цитоплазмі фермент карнітінацілтрансфераза I каталізує реакцію взаємодії ацил-КоА з карнітином з утворенням ацилкарнітину, який транспортується в матрикс мітохондрій. На мітохондріальний ацилкарнітину діє фермент карнітінацілтрансфераза II, що викликає повторне утворення ацил-КоА і карнітину. Карнітин транспортується в цитоплазму мітохондрій, а ацил-КоА бере участь у β-окисленні.
В. Карнітин може надходити з їжею або синтезуватися з незамінних амінокислот (лізину, метіоніну) за участю вітаміну С.
β-окисление локализовано в митохондриях, биосинтез жирных кислот локализован в цитоплазме.
Б. Регуляторный фермент β-окисления – карнитинацилтрансфераза I, а биосинтеза - ацетил- КоА-карбоксилаза.
В. Коферменты β-окисления – НАД+, ФАД+, КоА, коферменты биосинтеза - карбоксибиотин, НАДФН2.
Г. β-окисление связано с образованием АТФ (при окислении НАДН2 и ФАДН2 в дыхательной цепи, ацетил-КоА в цикле Кребса), а биосинтез связан с потреблением АТФ (реакция синтеза малонил-КоА из ацетил-КоА).
Д. β-окисление активирует адреналин, глюкагон, синтез жирных кислот – инсулин.
Завдання 14
Якщо з їжею людина отримала 1-1,5 г холестерину, то його синтез в організмі знижується . Поясніть причини, що призводять до зниження синтезу холестерину. Вкажіть назви ферментів.
гідроксиметилглутарил-КоА-редуктази
коли людина отримує з їжею холестерин – він екзогенний, він тормозить активність гідроксиметилглутарил-КоА-редуктази, тому, зменшується синтез ендогенного холестерину
Екзогенний холестерин. Він гальмує активність гідроксіметілглутарілКоА редуктази (це ключовий фермент вироблення холестерину), тому синтез ендогенного холестерину знижений.
Кількість холестерину, яка всмоктується у кишечнику людини, обмежена (до 0,5 г за день). Надлишок холестерину, що надходить з їжею, виводиться з фекаліями у формі копростанолу, який утворюється під дією ферментів мікроорганізмів. У клітинах слизової кишечника холестерин етерифікується й ефіри холестерину в складі хіломікронів транспортуються до тканин. Хіломікрони віддають жири жировій тканині, а залишки хіломікронів захоплюються печінкою, де холестерин вивільняється. У гепатоцитах також синтезується холестерин. Отже, печінка служить і головним джерелом холестерину, і головним центром розподілу холестерину в організмі.
Завдання 15
Дія токсичних речовин, наприклад, тривале вживання алкоголю, може привести до жирового переродження печінки. Для лікування цього захворювання одним з препаратів є метіонін. Поясніть механізми жирового переродження печінки. Яка роль метіоніну в цих процесах?
Порушення балансу між синтезом і розпадом жирів, а також виведенням їх із клітин призводить до жирового переродження печінки Жирова дистрофія печінки, яку спостерігають у разі голодування, нестачі в їжі незамінних амінокислот, при алкоголізмі, зумовлена порушенням синтезу апобілків, необхідних для формування ЛПДНЩ і евакуації тригліцеридів.
В паренхіматозних клітинах печінки відбувається В-окислення жирних кислот,синтез жирних кислот і жирів,утворення ліпопротеїнів . Порушення балансу синтезу синтезу і розпаду жирів призводить до жирового переродження печінки - накоплення триацилгліцеридів і інших жирів в гепатоцитах,що викликає гибель гепатоцитів і прогресує в запалення печінки з фіброзом,що переходить в цироз .Механізм розвитку : -Підвищення
рівня печінкового гліцерин-3-фосфату після прийому етанолу пов”язано з підвищенням відношення НАДН/НАД+
-Підвищення надходження вільних жирних кислот. Велика кількість алкоголю підвищує ліполіз за рахунок прямої дії на наднирники
- Регулярний прийом алкоголю придушує процес окислення жирних кислот в печінці,що призводить до підвищення в крові рівня ЛПДНЩ.
Метіонін відноситься до ліпотропних речовин - тих,що попереджують жирове переродження печінки. Він впливає на швидкість,з якою жирні кислоти виводяться з печінки.Його нестача впливає на рівень карнітину(знижується),який переносить жирні
кислоти з цитоплазми в мітохондрії.
Завдання 16
Деякі лікарські препарати-кофеїн і теофіллін- пригнічують дію ферменту фосфодіестерази. Як зміниться кількість жирних кислот в крові при введенні цих препаратів? Покажіть схему дії адреналіну на жирову клітину і вкажіть місце дії цих препаратів.
Фосфодіестераза- каталізує синтез цАМФ з АТФ.
Кофеїн веде до підвищення жирних кислот та гліцерину в крові, теофіллін – збільшує, рівень жирних кислот та катехоламінів в сечі, тоді в крові їх буде меньше
Адреналін посилює ліполіз
1.Кофеїн В основі механізму дії препарату лежить пригнічення кофеїном
ферменту фосфодіестерази, що призводить до накопичення всередині клітин циклічного аденозинмонофосфату----
Останній посилює глікогеноліз, стимулює метаболізм в органах і
тканинах, включаючи центральну нервову систему та м'язи. Важливою ланкою у механізмі стимулюючого ефекту препарату є зв'язування кофеїну з пуриновими рецепторами мозку.
2.Тіофілін-
механізм дії зумовлений блокуванням аденозинових рецепторів, пригніченням
фосфодіестераз, підвищенням вмісту внутрішньоклітинного цАМФ, зниженням
внутрішньоклітинної концентрації іонів кальцію; внаслідок чого розслаблюється гладенька
мускулатура бронхів, ШКТ, жовчновивідних шляхів, матки, коронарних, церебральних і
легеневих судин, зменшується периферичний судинний опір
У жировій тканині адреналін, шляхом взаємодії з В1-рецепторами, стимулює ліполіз (через аденілатциклазну систему активується (фосфоризується) ліпаза). Це призводить до зростання концентрації вільних жирних кислот і гліцерину в крові. Адипоцити крім B1-, мають також і а2-рецептори, які опосередковують антиліполітичний ефект.
Гіперадреналінемія супроводжується посиленим розпадом білків і підвищеним виведенням кінцевих продуктів азотистого обміну (особливо креатину) з сечею.
Деякі лікарські препарати-кофеїн і теофіллін- пригнічують дію ферменту фосфодіестерази, що каталізує реакцію розщеплення ц-АМф У жировій тканині адреналін гормон збільшує розпад жиру до жирних кислот, що супроводжується підвищенням їх концентрації в крові. А також підвищує рівень глюкози в крові.
Завдання 17
Відомо, що для пригнічення запального процесу використовують лікарські препарати, такі як дексаметазон і гідрокортизон. Поясніть механізм їх дії. Синтез яких сполук-медіаторів запалення вони пригнічують?
З холестерин утворюється- кортизол (Кортизол активує глюконеогнез ,---гіперглікемія--- руйнуються білки всіх танин ---в сечі зявляється сечовина і азоовмсні сполуки
Сечовина кінцевий продукт білків(протеоліз). Це не понятно шо!!!але можуть спитать
Дексаметазон стимулює синтез ліпокортину, що інгібує фермент фосфоліпазу А2, що приводить до пригнічення синтезу простагландинів та лейкотрієнів, що беруть участь у розвитку запальних реакцій.
Гідрокортизон гальмує вивільнення медіаторів запалення( інтерлейкіну-1, гістаміну, серотоніну, брадикінін
Медіатори запалення– біологічно активні речовини, які синтезуються в клітинах або в рідинах організму і спричинюють безпосередній вплив на запальний процес. Біологічний вплив: розширення капілярів, збільшення проникності їх стінки, біль, свербіння, активізація лейкоцитів, хемотаксис, цитоліз).
До медіаторів запалення клітинного походження належать: - гістамін (гранули базофільних гранулоцитів – місцеве розширення судин, підвищення проникності стінки); - серотонін (тромбоцити, хром афінні клітини слизової травного каналу - місцеве розширення судин, підвищення проникності стінки); - лізосомні ферменти (гранулоцити, макрофаги – вторинна альтерація, хемотаксис); - катіонні білки (нейтрофільні гранулоцити, дендритні клітини – підвищення проникності стінок). Медіатори клітинного походження – продукти розщеплення арахідонової кислоти: - простагландини (арахідонова кислота ушкоджених клітин – хемотаксис, набряк, звуження судин); - тромбоксан (тромбоцити – агрегація тромбоцитів, звуження судин); - простациклін (ендотеліоцити – дезагрегація тромбоцитів, розширення судин); - лейкотрієни (лейкоцити – хемотаксис, скорочення не посмугованих м’язових волокон, набряк).
Завдання 18
Для профілактики гіперхолестеринемії можна користуватися дієтою зі зниженою кількістю вуглеводів і жирів. Поясніть, чому ця дієта може вплинути на концентрацію холестерину в крові. Напишіть схему зв'язку обміну вуглеводів і холестерину.
Жири розщеплюються до жирних кислот під час травлення. Потрапляючи до печінки, жирні кислоти, шляхом б окислення утворюють ацетил КоА. Глюкоза шляхом гліколізу перетворюється до пірувату чи лактату, які в подальшому перетворюються в ацетил КоА, з якого утворюється холестерин. Таким чином, зі зменшенням кількості жирів і вуглеводів в їжі, зменшується синтез холестерину
Схема звʼязку обміну вуглеводів і холестерину
1. Вуглеводи (глюкоза) - Інсулін:
● Вуглеводи після розщеплення до глюкози всмоктуються в кров, підвищуючи рівень глюкози.
● Високий рівень глюкози стимулює виділення інсуліну з підшлункової залози.
2. Інсулін -> Ліпогенез у печінці:
● Інсулін стимулює синтез жирних кислот і тригліцеридів у печінці.
● Тригліцериди упаковуються в лПдНЩ.
● з. ЛПднщ -> лпнщ (холестерин низької щільності):
● ЛПДНЩ перетворюються на ЛПНЩ, які є основним переносником холестерину в крові.
4. Зниження вуглеводів і жирів - Зниження інсуліну - Зниження ліпогенезу - Менше ЛПДНЩ -> Менше ЛПНЩ:
• Зниження споживання вуглеводів і жирів призводить до зниження рівня глюкози і інсуліну, що зменшує синтез жирів у печінці і, відповідно, знижує рівень ЛПДНЩ і ЛПНЩ (поганого холестерину).
Завдання 19
Одним з ускладнень цукрового діабету є гіперхолестеринемія. Дайте пояснення механізмів цього явища і вкажіть можливі причини гіперхолестеринемії при цукровому діабеті.
Під час цукрового діабету, через нестачу інсуліну, глюкоза не потрапляє до клітини. Це призводить до активації ліполізу, під час якого концентрація жирних кислот у крові збільшується. Разом з білком альбуміном вони надходять до печінки, де шляхом б-окисленн розкладаються до ацетилу КоА та ФАДН2. З ацетилу КоА в печінці утворюється холестерин. Таким чином наслідком активації ліполізу може бути розвиток гіперхолестеринемії.
Завдання 20
У пацієнта в крові і сечі різко підвищений вміст ацетоацетату та β-гідроксибутирату. Що може бути причиною цього підвищення? Які гормони регулюють їх синтез? Яку патологію можна припустити? Які додаткові біохімічні дослідження необхідно призначити для уточнення діагнозу?
Ацетоацетат і В-гідроксибутират (+ацетон) - кетонові тіла. Це недоокиснені жирні кислоти,які можуть виявлятись в крові при некомпенсованому діабеті 1 типу,надмірних фізичних навантаженнях,тривалому стресі ,голодуванні.Різко підвищується рівень кетонових тіл при тривалому голодуванні та некомпенсованому діабеті 1 типу (кетонемія,кетонурія) - виникають,коли тканини не справляються з їх окисненням.Причина - закінчився глікоген,почали розщеплюватись тригліцериди в великій кількості,утворився надлишок Ацетил-КоА і недостатність оксалоацетату. Гормони-регулятори : Глюкагон,кортизол,адреналін
Аналізи : сеча і кров на кетонові тіла ,кров на цукор ,глюкозо-толерантний тест.
«Роль оксалоацетата в метаболизме
Примером существенной роли оксалоацетата служит активация синтеза кетоновых
тел и кетоацидоз плазмы крови при недостаточном количестве оксалоацетата в печени. Такое состояние наблюдается при декомпенсации инсулинзависимого сахарного диабета (СД 1 типа) и при голодании. При указанных нарушениях в печени активирован процесс глюконеогенеза, т.е. образования глюкозы из оксалоацетата и других метаболитов, что влечет за собой снижение количества оксалоацетата. Одновременная активация окисления жирных кислот и накопление ацетил-SКоА запускает резервный путь утилизации ацетильной группы – синтез кетоновых тел. В организме при этом развивается закисление крови (кетоацидоз) с характерной клинической картиной: слабость, головная боль, сонливость, снижение мышечного тонуса, температуры тела и артериального давления.»
https://biokhimija.ru/obshhwie-puti-katabolizma/cikl-trikarbonovyh-kislot.html
+++
У печінці активно проходить більшість реакцій синтезу та розщеплення різних класів ліпідів, жирних кислот, холестерину, фосфоліпідів, гліколіпідів. Визначальна роль печінки в обміні ліпідів полягає у регулюванні окиснення жирів іншими тканинами. Ця функція реалізується через синтез у гепатоцитах тригліцеролів – ліпопротеїнів дуже низької щільності ЛПДНЩ та кетонових тіл. Утворюється також більша частина холестерину (рис. 1.19). Під час значного фізичного навантаження, стресового стану, а також голодування у жировій тканині стимулюється ліполіз і вивільнення жирних кислот. Більшість з них потрапляє у кров і розноситься до органів і тканин. Приблизно 50% жирних кислот поглинає печінка і за умов достатньої кількості кисню окиснює їх до СО2 і Н2О, а при його нестачі – синтезуються кетонові тіла: ацето-оцтова, бетагідоксимасляна і ацетон. Рівень накопичення кетонових тіл, а особливо ацетону, залежить від ступеня гіпоксії. Кетонові тіла накопичуються також при голодуванні. З печінки вони дефундують в кров, переносяться до органів і в клітинах їх тканин використовуються як джерело енергії. Ацетон згубно впливає на організм і тому підлягає детоксикації. При переважанні пластичного обміну над енергетичним із жирних кислот синтезуються тригліцериди, фосфоліпіди і холестерин. З печінки вони переносяться кров’ю до периферійних тканин, де використовуються як джерело енергії
БІЛКОВИЙ ОБМІН
Завдання 1
Хворий зі зниженою кислотністю шлункового соку замість рекомендованої лікарем соляної кислоти приймає оцтову. Чи повноцінна ця заміна? До чого може привести зниження кислотності шлункового соку? Поясніть.
Знижена кислотність - гіпоацидність супроводжує атрофічний гастрит,є причиною перніціозної
анемії(не всмоктується В12)
Лікується прийомом розбавленої соляної кислоти з пепсином.
На мою думку,оцет не є повноцінною заміною, адже це зовсім інша кислота, вона слабка, має вищий рН, можливо навіть навпаки підвищує його в шлунку, коли треба знижувати. Тоді як соляна - сильна кислота. До того ж всі процеси травлення в шлунку проходять під дією саме соляної кислоти, під її дією пепсиноген перетворюється на пепсин,а не якоїсь іншої і така заміна - на страх і ризик самого пацієнта.
Завдання 2
У людей з білою шкірою та дуже світлим волоссям відсутні механізми захисту від ультрафіолетових променів. Вони швидко отримують сонячні опіки, засмага у них не з'являється. Що це за патологія ? В чому причина даних клінічних проявів ? Напишіть реакцію, швидкість якої знижується , вкажіть дефектний фермент.
Дана патологія відома, як альбінізм - уроджена відсутність пігменту меланіну. При цій патології порушується утворення меланіну шляхом гідроксилювання тирозину. Внаслідок - шкіра втрачає забарвлення і набуває білого кольору. Дефектний фермент цієї реакції - тирозиназа.
Завдання 3
Пробою з фосфатом калію та молібденовим реактивом в сечі хворого виявлено гомогентизинова кислота (синє забарвлення). Що це за патологія ? Опишіть її клінічні прояви. Яке походження гомогентизинової кислоти? Чи міститься гомогентизинова кислота в сечі здорових людей?
Ці прояви характерні для алкаптонурії - спадкової хвороби, обумовленої випадіння функціїї оксидази гомогентизинової кислотози. До клінічних проявів відносять:
1)Сеча темного кольору
2)Охроноз - пігментація хрящів і сполучної тканини
3)Остеоартрит - внаслідок дегенеративних змін у пігментованому хрящі
Гомогентензинова кислота є проміжною ланкою у процесі катаболізму амінокислот фенілаланіну і тирозину. В нормі ця кислота в сечі відсутня
Завдання 4
При складанні харчового раціону рибу хотіли замінити горохом, оскільки вміст білка в них майже однаковий. Чи фізіологічна ця заміна? Які білки називаються повноцінними? Аргументуйте свою відповідь.
Повноцінні білки - тваринні,вони містять усі незамінні і замінні амінокислоти саме в тих пропорціях,які необхідні організму.Виключення з раціону навіть однієї з незамінних амінокислот швидко призводить до порушення синтезу білка, негативного азотистого
балансу.
Рослинні білки містять недостатню кількість незамінних амінокислот як лізин,метіонін,триптофан. Необхідно грамотно підібрати раціон,щоб "неповноцінні" білки надходили вчасно і в необхідній кількості, щоб з них могли синтезуватися власні білки організму і нестача певних амінокислот компенсувалася . 3 рослинних продуктів тільки горох,соя та квасоля займають провідне місце за вмістом білка.
Губський 2017 ,ст. 354
Незамінні амінокислти - амінокислоти, які, на відміну від замінних, не можуть синтезуватися в організмі і повинні обовʼязково надходити з їжею.
Для людського організму незамінними є такі амінокислоти:
1. Аргінін (для дітей та осіб похилого віку);
2. Валін;
3. Гістидин (для дітей);
4. Ізолейцин;
5. Лейцин;
6. Лізин;
7. Метіонін;
8. Треонін;
9. Триптофан;
10. Фенілаланін.
Вміст незамінних амінокислот у їжі
• Аргінін міститься у насінні гарбуза, свинині, яловичині, арахісі, кунжуті, йогурті, швейцарському сирі; Валін міститься у зернових, мʼясі, грибах, молочних продуктах, арахісі, сої;
● Гістидин міститься у тунці, лососі, свинячій вирізці, яловичому філе, курячих грудках, соєвих бобах, арахісі, сочевиці;
● Ізолейцин міститься у мигдалі, кешʼю, мʼясі, турецькому горосі (нут), яйцях, рибі, сочевиці, печінці, житі, у більшості насіння, сої;
● Лейцин міститься у мʼясі, рибі, бурому рисі, сочевиці, горіхах, більшості насіння;
● Лізин міститься у рибі, мʼясі, молочних продуктах, пшениці, горіхах, у щириці;
● Метіонін міститься у молоці, мʼясі, рибі, яйцях, бобах, квасолі, сочевиці і сої;
● Треонін міститься у молочних продуктах та яйцях, у помірних кількостях - у горіхах і
бобах;
Триптофан міститься у вівсі, бананах, сушених фініках, арахісі, кунжуті, кедрових горіхах, молоці, йогурті, сирі, рибі, курці, індичці, мʼясі;
● Фенілаланін міститься у яловичині, курячому мʼясі, рибі, соєвих бобах, яйцях, сирі, молоці. Також є складовою частиною синтетичного цукрозамінника - аспартаму, котрий активно використовується в харчовій промисловості.
Наявність повного набору незамінних амінокислот не тільки у продуктах тваринного походження, але і у продуктах рослинництва дає можливість забезпечувати людський організм достатньою кількістю незамінних амінокислот виключно за допомогою рослинної їжі.
Компенсація незамінних амінокислот
Попри те, що самостійно організм не здатний синтезувати незамінні амінокислоти, їх нестача у
деяких випадках все ж таки може бути частково компенсованою. Так, наприклад, брак
незамінного фенілаланіну може бути частково заміщений замінимим тирозином. Гомоцистеін, разом з необхідною кількістю донорів метильних груп, знижує потреби у метіоніні, а глутамінова кислота частково заміщає аргінін.
Також необхідно памʼятати, що для різних видів організмів список незамінних амінокислот у деяких випадках відрізняється.
Завдання 5
При тривалому голодуванні білки скелетних м'язів починають служити джерелом енергії. Опишіть метаболічні зміни, що відбуваються в організмі людини за цих умов. Під дією яких гормонів вони відбуваються? Поясніть фізіологічний зміст цих змін.
При тривалому голодуванні відбувається розпад білків до амінокислот з подальшим окисним розщепленням до пірувату або оксалоацетату, що в подальшому використовуються в якості джерела енергії. Ферментом, що розщепляє білки є аргіназа.При розпаді білків відбувається зменшення активності ферментів, руйнування тканин, зменшення осмотичного тиску судин. Гормони : Інсулін, глюкагон, адреналін, кортизон, тироксин, соматотропін
«Крім фосфоролізу глікогену у печінці існує й інший шлях утворення глюкози – глюконеогенез, тобто синтез глюкози з невуглеводних речовин: лактату, пірувату, амінокислот, гліцерину. Через добу вуглеводного голодування, коли запас глікогену печінки вичерпується, відбувається інтенсивний розпад білків м’язів до амінокислот, які слугують субстратом для глюконеогенезу. Молочна кислота використовується для синтезу глюкози і глікогену м’язів та печінки у відновному періоді після високоінтенсивної роботи, яка призвела до надміру її у тканинах. Усі ці шляхи глюконеогенезу включають стадію перетворення лактату, пірувату, гліцерину, амінокислот, ацил- КоА і ацетил-КоА в глюкозо-6-фосфат.»
Завдання 6
При важких вірусних гепатитах у хворих може розвинутися печінкова кома. Що така "печінкова кома" і яка причина розвитку коматозного стану в даному випадку? Відповідь обґрунтуйте.
Під печінковою комою розуміють нервово-психичні розлади, які виникають при захворюваннях печінки зі значними порушеннями її функцій.
Причина проявів - накопичення в крові церебротоксичних речовин (аміак, фенол та деякі жирні кислоти)
Виділяють дві форми печінкової коми: ендогенна та екзогенна.
В основі ендогенної печінкової коми лежить масивний некроз або значна дистрофія печінкових клітин. Екзогенна печінкова кома зумовлена наявністю портокавальних анастомозів, внаслідок чого токсичні продукти, що утворюються в процесі травлення у кишківнику,
"обминають" печінковий дезінтоксікаційний барʼєр, попадають до тканин
мозку і спричиняють нервово-психічні розлади.
*В даному випадку кома виникла із-за того що під час вірусного гепатиту порушується функції гепатоцитів. Синтз сечовини гальмується, це призводить до накопичення аміаку.
Коматозний стан спричинений руйнуванням гепатоцитів, та виділенням аміаку в кров.
Шляхи утворення аміаку в організмі людини
1. Головним у кількісному відношенні джерелом накопичення аміаку в організмі людини є окислювальне дезамінування амінокислот, тобто білковий катаболізм: азот сечовини - кінцевого азотовмісного продукту деградацію білків - складає близько 90 % всього азоту, що екскретується. Додатковими джерелами ендогенного аміаку є реакції дезамінування біогенних амінів, азотистих основ, які утворюються при катаболізмі нуклеотидів.
2. Утворення аміаку в головному мозку
Основним джерелом утворення аміаку в тканині головного мозку є реакція гідролітичного дезамінування АМФ до інозинмонофосфату (ІМФ), що каталізується ферментом аденозиндезаміназою:
АМФ + H20
IM + NH3
Аміак, що вивільняється, знешкоджується в результаті глутамінсинтетазної реакції, утворюючи з L-глутамату глутамін, який виводиться з головного мозку.
Аміак є токсичною речовиною, особливо небезпечною для головного мозку; нормальна концентрація вільного аміаку в плазмі крові (у вигляді іону амонію NH4+) незначна, складає 25-40 мкмоль/л (0,4-0,7 мг/л). Надмірне накопичення в організмі аміаку спостерігається при порушенні сечовиноутворювальної функції печінки (вірусні та токсичні гепатити, цирози печінки), азотовидільної функції нирок (гостра або хронічна ниркова недостатність), спадкових (уроджених) гіперамонієміях, що спричинені генетичними дефектами ферментів синтезу сечовини. Клінічно гіперамоніємія характеризується глибокими порушеннями функції центральної нервової системи, аж до розвитку
коматозного стану.
Механізми знешкодження аміаку
Знешкоджується в печінці через орнітиновий цикл (синтез сечовини відбувається з аміаку та вугільної кислоти в результаті циклічного процесу, в якому каталітичну роль відіграють амінокислоти аргінін,орнітин та цитрулін), але при ушкодженні гепатоцитів у вільному порядку аміак попадає в кров. Токсичний ефект проявляється зрушенням кислотно-лужної рівноваги (Порушення кислотно-лужного балансу - патологічні стани, що характеризуються надмірним накопиченням в організмі кислих (ацидоз) або лужних
(алкалоз) сполук.), набряком мозку.
Завдання 7
Тварини тривалий час отримували тільки білкову їжу. Зниження концентрації глюкози в крові при цьому не відзначалося. Чому? Відповідь обґрунтуйте.
*Амінокислоти, що утворилися в процесі протезного розщеплення білків в кишечнику, за відсутності вуглеводів, окисно розщеплюються до пірувату, який шляхом глюконеогенезу утворює глюкозу.
Білки надходять в організм разом з їжею й служать основним джерелом амінокислот.
Травлення починається з кислотної денатурації білків у шлунку - необхідної стадії для кулінарної неопрацьованої їжі. Денатуровані білки стають субстратом для протеаз, спочатку в шлунку, а потім у слаболужньому середовищі тонкої кишки. Продукти протеазного розщеплення - короткі пептиди й амінокислоти усмоктуються ентероцитами, розташованими в епітелії тонкої кишки.
В ентероцитах частина пептидів розщеплюється до окремих амінокислот. Потім амінокислоти й пептиди переправляються транспортерами через протилежну мембрану й розносяться по всьому тілу з потоком крові. Амінокислотне харчування інших клітин організму відбувається за допомогою мембранних транспортерів амінокислот, а також заковтування й протезного розщеплення зовнішніх білків і пептидів. Для запобігання надлишкових втрат амінокислот з організму в нирках відбувається усмоктування пептидів і амінокислот із крові в цілому схоже на усмоктування цих речовин у тонкій кишці.
Деякі амінокислоти, отримані в результаті травлення, використовуються для синтезу білків організму, а решта перетворюється на глюкозу в процесі глюконеогенезу або використовується в циклі Кребса. Використання білка як джерела енергії особливо важливе в умовах голоду, коли нестача енергії компенсується за рахунок власних білки організму, особливо мʼязів [1]. Амінокислоти також є важливим джерелом необхідного для функціонування організму азоту.
Глюконеогенез (гліконеогенез) - синтез глюкози з невуглеводних метаболічних попередників, до яких належать: піруват (та лактат); деякі амінокислоти (глюкогенні амінокислоти); певна кількість глюкози може утворюватися з гліцеролу та продуктів катаболізму жирних кислот з непарною кількістю вуглецевих атомів у вуглеводневому ланцюзі.
Реакції та ферменти глюконеогенезу
.Перетворення пірувату в фосфоенолпіруват. Реакція відбувається в дві послідовні стадії:
1). Перетворення пірувату в оксалоацетат щавлевооцтову кислоту) за участю ферменту піруваткарбоксилази:
піруват + СО2 + АТФ ---->оксалоацетат + АДФ + Фн
Піруваткарбоксилаза локалізована всередині мітохондрій. Простетичною групою ферменту є карбоксибіотин - коферментна форма СО2-транспортуючого вітаміну Н.
Макроергічний звʼязок АТФ витрачається на карбоксилювання звʼязаного з ферментом біотину.
2). Перетворення оксалоацетату в фосфоенолпіруват (ФЕП) за участю ферменту фосфоенолпіруват-карбоксикінази (ФЕП-кінази):
оксалоацетат + ГТФ ----> ФЕП + СО2 + ГДФ
У клітинах більшості тваринних організмів ФЕП-кіназа локалізована в цитозолі, у людини
- в цитозолі, частково - в мітохондріях.
2. Перетворення фруктозо-1,6-дифосфату в фруктозо-б-фосфат:
фруктозо-1,6-дифосфат + Н20 ----->фруктозо-6-фосфат + Фн
Реакція каталізується регуляторним ферментом фруктозо-1,6-дифосфатазою (Фр-1,6-дифосфатазою), що міститься в печінці (головним чином), а також у нирках і епітеліоцитах
кишечника.
3. Перетворення глюкозо-6-фосфату в глюкозу:
глюкозо-6-фосфат + H20 ---->глюкоза + Фн
Реакція забезпечує шунтування незворотної гексокіназної (глюкокіназної) реакції гліколізу; каталізується ферментом глюкозо-6-фосфатазою (Г-6-Ф-азою), найбільш високий вміст якого - в мембранах ендоплазматичного ретикулуму гепатоцитів. Завдяки наявності в печінці високої концентрації глюкозо-6-фосфатази, саме цей орган забезпечує вихід у кров вільної глюкози за рахунок гідролізу глюкозо-6-фосфату, що утворюється при глюконеогенезі або фосфоролітичному розщепленні глікогену. Цей механізм є основним у підтриманні нормальної глюкоземії, особливо в умовах голодування.
Завдання 8
В африканських країнах діти отримують їжу переважно рослинного походження, пов'язану з певною культурою (монодієта). При цьому часто спостерігається недокрів'я, м'язова дистрофія, відставання в рості та розвитку, світлий колір шкіри. Поясніть появу цих симптомів.
*Подібні симтоми зʼявляються через нестачу незамінних амінокислот в харчуванні.
Оскільки рослинна їжа не містить усі необхідні незаміння амінокислоти, порушується синтез тваринного білка в організмі людини, що призводить до данних симптомів.
Незамінних амінокислот десять - лізин, метіонін, триптофан, фенілаланін, лейцин, ізолейцин, треонін, валін, аргінін і гістидин. Особливо дефіцитними є лізин, метіонін і триптофан. Ці амінокислоти в організмі не синтезуються і повинні обовʼязково надходити з їжею в певному співвідношенні, тобто збалансованими. Особливо цінні незамінні амінокислоти триптофан, лізин, метіонін, містяться в основному в продуктах тваринного походження, співвідношення яких в харчовому раціоні має становити 1:3:3
Лізин - це незамінна амінокислота, що входить до складу практично будь-яких білків, необхідна для росту, відновлення тканин, виробництва антитіл, гормонів, ферментів, альбумінів. Ця амінокислота має противірусну дію, особливо відносно вірусів, що викликають герпес і гострі респіраторні інфекції. Дослідження, проведені на тваринах, показали, що нестача лізину викликає імунодефіцитні стани. Лізин підтримує рівень енергії і зберігає здоровим серце, завдяки карнитину, який в організмі з нього утворюється. Дефіцит лізину несприятливо позначається на синтезі білка, що призводить до стомлюваності, втоми і слабкості, поганому апетиту, уповільнення росту і зниження
маси тіла, нездатності до концентрації, дратівливості, крововиливів в очне яблуко, втрати волосся, анемії і проблем в репродуктивній сфері.
Метіонїн - незамінна амінокислота, що входить до складу ферментів та майже всіх тканин. Добре впливає на стан нирок, знижує токсичність багатьох отруйних речовин і сприяє відновленню функцій печінки, сприяє створенню неорганічної сірки у організмі Спричиняє прискорення росту. -Він сприяє синтезу холіну, за рахунок чого нормалізує синтез фосфоліпідів із жирів і зменшує відкладення в печінці нейтрального жиру. Бере участь у синтезі адреналіну, креатину, активує дію ряду гормонів, ферментів, ціанокобаламіну,аскорбінової і фолієвої кислот. Знешкоджує деякі токсичні речовини шляхом метилювання. - Метіонін належить до так званих ліпотропних речовин, здатних запобігати ожирінню печінки, він регулює та нормалізує жировий обмін.
Триптофан - (В- (В-индолил) -а-амінопропіоновая кислота, скор .: Три, Трп, Trp, W) - ароматична альфа-амінокислота. Існує в двох оптично ізомерних формах - Li D і у вигляді рацемату (DL). L-триптофан є протеіногенних амінокислотою і входить до складу білків всіх відомих живих організмів. Відноситься до ряду гідрофобних амінокислот, оскільки містить ароматичне ядро індолу. Бере участь у гідрофобних і стекінг-взаємодіях. Триптофан є компонентом харчових білків. Він здатний зменшувати больову чутливість, стимулює вироблення гормону росту, який необхідний для збільшення мʼязової маси і зменшення маси жиру. Триптофан грає певну роль в лікуванні різних розладів харчування, алкогольної залежності, синдрому Дауна, агресивної поведінки, синдрому гіперактивності / дефіциту уваги, шизофренії, бере участь у виробленні ніацину (вітаміну В3).
Завдання 9
У дітей, хворих на грип , часто виникає підвищена дратівливість, блювота, запаморочення, судоми, можлива втрата свідомості. Вкажіть причину спостережуваних симптомів. Вкажіть, підвищення концентрації якої речовини в крові хворого є причиною розвитку даних симптомів. Поясніть механізм токсичної дії цієї речовини на нервову систему.
Ваші рекомендації.
* Даний стан виникає внаслідок інтоксикації від дії вірусу грипу. Через зараження вірусом, відбувається масове утворення активних форм кисню (вільних радикалів, іонів кисню, пероксидів), що запускають процес протеолізу. Окрім того, імунна система виробляє значну частину цитокінів, які запускають запальний процес і володіють цитотоксичним ефектом. Внаслідок страждають, в першу чергу дихальні шляхи і кровоносні судини. Для зменьшення інтоксикації необхідно вживати значну кількість води, вживати ентеросорбенти і гепатопротектори.
Активні форми кисню (АФК) або реактивні фрми кйсню - включає іони кисню (тобто Оксигену), вільні радикали та перекиси (як органічні, так і неорганічні). Загалом це малі молекули, надзвичайно активні завдяки присутності у них неспарених валентних електронів. АФК формуються в живих клітинах як побічний продукт нормального кисневого метаболізму та грають важливу роль у передачі клітинних сигналів.
Протебліз - процес поступового розщеплення (гідролізу) білків на пептиди і амінокислоти під дією ферментів-протеаз. Відбувається у живих організмах та у навколишньому середовищі під впливом мікроорганізмів. Виділяють дві форми протеолізу: обмежений і неспецифічний. Обмежений протеоліз відіграє важливу роль в утворенні ферментів, гормонів та біологічно активних пептидів з їхніх неактивних попередників. Неспецифічний протеоліз призводить до розщеплення білків до амінокислот з подальшим використанням їх у метаболізмі.
1 розщеплення до амінокислот білків їжі, завдяки дії на них травних ферментів в шлунку і тонкій кишці; .розщеплення власних білків організму в процесі метаболізму; 3.утворення
ферментів, гормонів і біологічно активних пептидів з їх неактивних попередників; 4. В рослинах протеоліз бере участь в мобілізації запасних білків насіння при проростанні.
Синтезуються в імунній системі та відіграють роль міжклітинних хімічних сигналів, регулюючи її активність та реалізуючи процеси міжклітинних комунікацій. Ці речовини отриали загальну назву цитокінів, або лімфокінів.
Цитокіни продукуються активованими лімфоцитами та іншими імунокомпетентними клітинами і контролюють процеси дозрівання, функціонування та взаємодії між лімфоцитами та іншими клітинними ефекторами імунітету. Специфічними мішенями для лімфокінів є лімфоцити та макрофаги, що мають на своїй поверхні чутливі рецептори.
Лімфокіни виділяються макрофагами, лейкоцитами, іншими клітинами крові та сполучної тканини, що беруть участь у реакціях імунітету та неспецифічної резистентності організму в процесі запалення. Гормональну внутрішньосистемну функцію виконує також вилочкова залоза (тимус), яка секретує біологічно активні субстанції (тимозини, тимопоетини, тимостимуліни тощо), що забезпечують дозрівання Т-лімфоцитів.
Основні класи цитокінів
Інтерлейкіни (IL) - ростові фактори імунної системи: білки, що продукуються Т-лімфоцитами та макрофагами і стимулюють проліферацію лімфоцитів і деяких інших клітин організму. На даний час виділено більше десяти окремих типів інтерлейкінів (IL-1 - IL-16), що розрізняються за структурою, фізико-хімічними властивостями та спектром біологічної активності. Інтерлейкін-1, або фактор, що активує лімфоцити - медіатор, який продукується стимульованими макрофагами, а також поліморфнодерними лейкоцитами, епітеліальними клітинами шкіри, трансформованими клітинами хворих моноцитарною формою лейкемії. Інтерлейкін-2 - фактор, що продукується зрілими Т-хелперами в результаті їх стимуляції антигеном. IL-2 посідає центральне місце в системі інтерлейкінової регуляції імунітету, посилюючи процеси як клітинного, так і гуморального імунітету.
Інтерлейкін-3, або колонієстимулюючий фактор (CSF), синтезується активованими Т-хелперами. Основна мішень біологічної дії IL-3 - стовбурові гемопоетичні клітини - попередники лімфоцитів, ріст яких стимулює цей інтерлейкін.
Інтерферони - білкові фактори, що синтезуються лімфоцитами та іншими клітинами тваринного організму при взаємодії з вірусами. Інтерферони є універсальними противірусними агентами, які активні відносно будь-яких вірусів, але мають видову специфічність, тобто кожному видові тварин притаманний свій клас інтерферонів
Завдання 10
У хворого розвинувся гострий панкреатит, при цьому стінки протоки підшлункової залози з ознаками запалення та набряку, просвіт протоки зменшився, спостерігаються застійні явища. Таким хворим необхідна термінова медична допомога. Поясніть, чим небезпечне порушення відтоку соку підшлункової залози. Відповідь обґрунтуйте.
Порушення відтоку підшлункового соку може призвести до аутолізу (самоперетравлення) підшлункової залози. Відбувається активація ферментів підшлункової залози - амілази, нуклеази, протеаз, що починають перетравлювати підшлункову залозу.
Панкреатит - це запалення підшлункової залози, яке часто прогресує через надмірне споживання алкоголю та жирної, смаженої їжі. Вона розвивається через порушення відтоку секрету підшлункової залози.
Підшлункова залоза – це орган змішаної секреції, що виконує ендокринну й екзокринну функцію. Остання відповідає за синтез панкреатичного соку. До його складу входять ферменти, які допомагають організмові перетравлювати їжу. Протеолітичні ферменти панкреатичного соку — трипсин, хімотрипсин, пептидаза та еластаза — здатні протягом години розщепити до 300 г білка; ліполітичні ферменти — ліпаза, фосфоліпаза — протягом години розщеплюють 175 г жирів, а амілаза — до 300 г вуглеводів на годину
Панкреатичний сік має потрапляти до дванадцятипалої кишки, де він бере участь у травленні. Проте під час запального процесу він залишається у підшлунковій залозі, де руйнує її тканину. Так відбувається автоперетравлення (аутоліз), яке впливає на формування панкреатиту.
Панкреатит формується в результаті підвищення тиску у вірсунговому протоці, через який секрет, зібраний зі всієї підшлункової залози, поступає в 12-персту кишку. Коли тиск підвищується, в цій протоці розвивається так званий аутоліз - самопереварювання тканин підшлункової залози, що призводить до пошкодження органу.
Завдання 11
У шлунковому соку хворого виявлений високий рівень лактату. Вкажіть, які захворювання можливі в цьому випадку. Відповідь обґрунтуйте.
*Наявність лактату може вказувати на рак шлунку, оскільки на першій і метастазуючих стадіях відбувається підвищення швидкості гліколізу, що призводить до збільшення засвоєння глюкози і утворення лактату.
Лактат – це назва солі молочної кислоти. Він утворюється за рахунок відновлення пірувату. Лактат є кінцевим продуктом анаеробного метаболізму. Накопичення лактату є результатом сильного м’язового навантаження або хвороб, пов’язаних із зменшенням надходження кисню. В основному це інфекції, порушення кровообігу, порушення обміну речовин (особливо цукровий діабет) та стресові ситуації (оксидативний стрес та нітро- стрес). Якщо джерела енергії вичерпані, мобілізуються енергетичні запаси вуглеводів. Підвищений розпад глюкози призводить до посиленого утворення пірувату. Надлишок пірувату, також в результаті зниженого тиску кисню в основному відновлюється до лактату.
Отриманий в результаті лактатний ацидоз приводить в дію замкнуте коло: порушена піруватдегідрогеназа блокує утворення ацетил-КоА з пірувату, який зазвичай метаболізується в циклі лимонної кислоти. Це створює еквіваленти відновлення NADH і FADH2, які використовуються в дихальному ланцюзі для продукування АТФ. Однак, якщо ацетил-КоА більше не доступний у достатній кількості, в якості відправної точки для циклу лимонної кислоти, це призводить до зменшення надходження окислювально-відновних речовин NADH і FADH2. Наслідком цього є різке скорочення виробництва енергії і порушення функції мітохондрій. Знижений запас енергії в основному впливає на клітини з високою енергетичною потребою, такі як нервові клітини, м’язи, серцеві м’язи та клітини імунної системи. Підвищений рівень лактату також може бути викликаний такими медикаментами, як статини, метформін або ізоніазид.
Накопичення лактату супроводжується розвитком ацидозу, що призводить до порушення життєдіяльності клітини (зона некрозу розташована зазвичай в центрі пухлини), посилення процесу метастазування.
Нестача енергії характеризується, зокрема, зниженою концентрацією карнітину та коферменту Q10, важливого електронного носія в мітохондріальному дихальному ланцюзі.
(146 губский) Гліколіз (шлях Ембдена-Мейергофа) — центральний шлях катаболізму глюкози, сукупність ферментативних реакцій, в результаті яких шостивуглецева молекула глюкози C6H12O6 розщеплюється до двох тривуглецевих молекул піровиноградної або молочної кислоти.
Гліколіз є шляхом катаболізму глюкози, в якому кисень не бере безпосередньої участі, проте, за рахунок наявності в гліколізі окислювально- відновлювальних реакцій, у результаті гліколітичного розщеплення глюкози генерується дві молекули АТФ
Гліколіз є різновидом бродіння — біохімічного процесу, за рахунок якого забезпечують свою потребу в енергії у формі АТФ більшість існуючих на Землі анаеробних організмів або аеробів при функціонуванні в умовах недостатнього забезпечення молекулярним киснем. Поширеним типом бродіння в анаеробів є утворення з глюкози етилового спирту — процес, що каталізується ферментами дріжджів і широко використовується для виробництва алкогольних напоїв: C6H12O--->2 C2H5OH + 2 СО2
В організмі людини та тварин розрізняють:
– аеробний гліколіз, що супроводжується утворенням з однієї молекули глюкози двох молекул піровиноградної кислоти (пірувату): С6H12O6 ---->2C3H4O3 (піруват);
Аеробний гліколіз можна також розглядати як проміжний (гліколітичний) етап аеробного окислення глюкози до кінцевих продуктів — двоокису вуглецю та води.
– анаеробний гліколіз, що супроводжується утворенням з однієї молекули глюкози двох молекул молочної кислоти (лактату): С6H12O6 ---->2С3Н6О3 (лактат)
Для більшості тканин людини та вищих тварин в умовах нормальної життєдіяльності характерний аеробний гліколіз, тобто утворення з глюкози пірувату, який у подальшому окислюється до вуглекислого газу й води. Анаеробний гліколіз має місце переважно в м’язах при інтенсивній фізичній діяльності, тобто при відносній кисневій недостатності, та в деяких високоспеціалізованих клітинах (зокрема, в еритроцитах, в яких відсутні мітохондрії) або за певних патологічних умов (клітини злоякісних пухлин).
Завдання 12
У дитини з характерними ознаками отруєння центральної нервової системи (повторюється блювота, втрата свідомості) в крові виявлено високу концентрацію цитруліну. Які причини даних симптомів? Поясніть механізми розвитку перерахованих симптомів. Чому стан хворого поліпшується при призначенні малобілкової дієти?
Дані симтоми виникають в результаті порушення циклу сечовини (відсутность фермента аргініносукцинат синтази, що каталізує утворення аргінінсукцинату з цитруліну) і як наслдіок гіперамоніємії. Накопичення аміаковмісних речовин в крові призводить до інтоксикації, що призводить до гіпоксії, порушення роботи K-Na насосів, набряку тканин,зменьшення синтезу АТФ. Зменьшення кількості білків в харчуванні призведе до меньшого утворення аміаку і як наслідок до легшого перебігу хвороби. Стан поліпшується тому , що при мало білковій дієті, відбувається зниження надходження амінокислот і тому знижується кількість аміаку в крові.
Цитрулінемія - виникає внаслідок дефекту ферменту аргініносукцинатсинтетази це рідкісне генетичне захворювання, що характеризується порушенням циклу сечовини .
Синтез сечовини відбувається з аміаку та вугільної кислоти в результаті циклічного процесу, в якому каталітичну роль відіграють амінокислоти аргінін, орнітин та цитрулін (орнітиновий цикл Кребса-Хензелайта).
Ферментативні реакції синтезу сечовини
1.Утворення з аміаку та діоксиду вуглецю за участю АТФ карбамоїлфосфату
5. Гідроліз аргініну при дії ферменту аргінази з утворенням сечовини та регенерацією орнітину (завершення метаболічного циклу).
Аргініносукцинат синтетази (ЕС 6.3.4.5) — це фермент, утворення якого кодується цим геном. Він відповідає за один етап циклу сечовини. Мутації в гені ASS знижують активність ферменту, що, відповідно, порушує цикл сечовини, а це в свою чергу перешкоджає ефективному виведенню надлишків азоту з організму. Надлишок азоту у формі аміаку та інших побічних продуктів циклу сечовини накопичуються в крові, що призводить до виникнення ознак, характерних для цитрулінемії І типу.
Надмірне накопичення в організмі аміаку спостерігається при порушенні сечовиноутворювальної функції печінки (вірусні та токсичні гепатити, цирози печінки), азотовидільної функції нирок (гостра або хронічна ниркова недостатність), спадкових (уроджених) гіперамоінієміях, що спричинені генетичними дефектами ферментів синтезу сечовини. Клінічно гіперамоніємія характеризується глибокими порушеннями функції центральної нервової системи, аж до розвитку коматозного стану.
Завдання 13
При біохімічному дослідженні крові і сечі хворого виявили, що вміст сечовини в сечі становить 15 г на добу (в нормі 30 г на добу), в крові хворого сечовини 2,0 ммоль / л (в нормі 3,3-6,6 ммоль / л). Поясніть причину зазначеної патології. Який метаболічний шлях порушений в даному випадку? Опишіть можливі наслідки.
Дана патологія може розвиватися внаслідок порушення циклу сечовини в печінці - процесу перетворення аміаку в сечовину. Порушення синтезу сечовини виникають внаслідок порушення роботи ферментів циклу. Найбільш виражено при нестачі ферментів карбамоїлфосфатсинтази (1 реакція) і орнітинкарбамоїлтрансферази (2 реакція), оскільки аміак в цитруліні, утвореному після 2 реакції, зв'язанийз атомом вуглеці і проявляє меньшу токсичну активність. При надлишковому вмісті аміаку в крові розвивається гіперамоніємія - стан, при якому відбувається ураження нейронів з подальшим порушенням роботи ЦНС.
Цикл сечовини (також відомий як орнітиновий цикл) - це цикл біохімічний реакції, що виробляє сечовина (NH2)2CO від аміак (NH3). Цей цикл відбувається в уреотелічний організми. Цикл сечовини перетворює високотоксичний аміак у сечовину для виведення.
Основні етапи біосинтезу:
1. Утворення карбамоїлфосфату з аміаку, вуглекислого газу і АТФ;
2. Біосинтез цитруліну з карбамоїлфосфату і орнитину;
3. Біосинтез аргінінбурштинової кислоти шляхом конденсації цитруліну та аспарагінової кислоти;
4. Утворення аргініну шляхом розщеплення аргінінбурштинової кислоти на аргінін і фумарову кислоту, яка вступає в цикл трикарбонових кислот, перетворюється в щавлевооцтову кислоту, а потім знову в аспарагінову кислоту (шляхом переамінування із глютаміновою кислотою). Таким чином, азот аміногрупи аспарагінової кислоти в остаточному підсумку є амінним азотом амінокислот, який вступає в переамінування з α- кетоглутаровою кислотою з утворенням відповідної α-кетокислоти і глютамінової кислоти; 5. Утворення сечовини шляхом розщеплення аргініну на орнітин і сечовину. Орнітин знову вступає в цикл реакцій, а сечовина виводиться через нирки. На частку сечовини доводиться близько 90% усього азоту сечі.
На першому етапі з аміаку, вуглекислого газу й фосфату неорганічного під впливом ферменту карбамоїлфосфатсинтетази синтезується карбамоїл фосфат. Синтез цієї сполуки потребує енергії двох молекул АТФ. Потім відбувається конденсація карбамоїл фосфату з орнітином з утворенням цитруліну і вивільненням фосфату неорганічного. Орнітинкарбамоїлтрансфераза каталізує цей процес. Перші дві стадії Ц.о. відбуваються в мітохондріях клітин, а інші — у цитоплазмі. Далі цитрулін реагує з аспарагіновою кислотою й утворюється аргінінобурштинова кислота; процес каталізує аргініносукцинатсинтетаза, і в ньому використовується енергія ще однієї молекули АТФ. Потім продукт реакції розщеплюється ферментом аргініносукцинатліазою на аргінін та фумарову кислоту. Утворенням аргініну завершується перший етап Ц.о.
Другий етап полягає в розщепленні аргініну під впливом аргінази на сечовину та орнітин. Ці процеси Ц.о. можна подати схематично у вигляді послідовності: NH3 → карбамоїл фосфат → цитрулін → аргінінобурштинова кислота → аргінін → сечовина. Сумарне рівняння реакцій має такий вигляд:
2NH3 + СО2 + 3АТФ + 2Н2О → H2N-CО-NH2 + 2АДФ + 2Фн. + АМФ + + Н4Р2О7
Унаслідок білкового обміну в людини за добу виділяється в середньому 30 г сечовини, що становить приблизно 90% усього азоту сечі. У разі позитивного азотистого балансу екскреція сечовини зменшується. Якщо відбувається збільшення екскреції азоту внаслідок підвищення розпаду білків організму, підвищення рівня азоту в сечі відбувається за рахунок сечовини. Таким чином, утворення та екскреція сечовини є тим регулюючим механізмом, за допомогою якого підтримується азотиста рівновага.
Надмірне накопичення в організмі аміаку спостерігається при порушенні сечовиноутворювальної функції печінки (вірусні та токсичні гепатити, цирози печінки), азотовидільної функції нирок (гостра або хронічна ниркова недостатність), спадкових (уроджених) гіперамоінієміях, що спричинені генетичними дефектами ферментів синтезу сечовини. Клінічно гіперамоніємія характеризується глибокими порушеннями функції центральної нервової системи, аж до розвитку коматозного стану.
МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ
Завдання 1
У крові 12-річного хлопчика спостерігається зниження концентрації сечової кислоти і накопичення ксантину та гіпоксантину. Що це за патологія і порушення якого біохімічного процесу є причиною її розвитку ? Про генетичний дефект якого ферменту свідчать вище вказані лабораторні показники?
Данна патологія має назву ксантинурія, яка розвивається при порушенні ферменту ксантиноксидази. Ксантиноксидаза – ФАД залежний фермент, який каталізує окислення гіпоксантину та ксантину до сечової кислоти. Клінічні прояви відсутні, однак існує схильність до утворення ниркових каменів.
Ксантинурія може виникати при надлишковому дозуванні алопуринолу, порушенні транспорту сечової кислоти (синдром Фанконі) і ураженні печінки.
Катаболізм гіпо-ксантину (що утворився з АМФ) або ксантину (що утворився з ГМФ) з утворенням кінцевого продукту сечової кислоти (2,6,8-триокси-пурину):
Окислення гіпоксантину до ксантину та ксантину до сечової кислоти каталізується ферментом ксантиноксидазою:
Ксантиноксидаза — ФАД-залежний флавопротеїн, що містить у своєму складі також іони заліза та молібдену. В ксантионоксидазних реакціях як окисник використовується молекулярний кисень О2, який відновлюється до перекису водню:
гіпоксантин + О2 + Н2О ---> ксантин + Н2О2; ксантин + О2 + Н2О --->сечова кислота + Н2О2. продукти реакції
Ксантиноксидаза Катаболізує пурини до сечової кислоти і в поєднаної реакції відновлює кисень до супероксида (спонтанно дісмутірующій в пероксид водню). Таким чином, в процесі реакції утворюються реактивні форми кисню, які викликають окислювальний стрес. Наприклад, при тривалій ішемії тканини в них накопичуються продукти розпаду пуринів. Надалі при реперфузії рівень кисню відновлюється і ксантиноксидаза продукує підвищену кількість токсичних супероксида і пероксиду водню.
Ксантиноксидаза в патології
Порушення пуринового обміну, що приводить до надмірного утворення сечової кислоти, викликає подагру. Лікування як правило полягає в інгібуванні ксантиноксидази (і ксантиндегідрогенази), щоб знизити утворення сечової кислоти. Для цього застосовують алопуринол, що не окислюється аналог гіпоксантину (оксипуринол є іншим інгібітором ферменту).
Ксантинурія (поява ксантина в сечі), викликане недостатністю ксантиноксидази, - рідкісне спадкове захворювання. Може призводити до ниркової недостатності.
Крім цього активність ксантиноксидази в крові використовується як показник розпаду клітин печінки, так як цей фермент є внутрішньоклітинним і ніколи не з'являється в крові в нормальних умовах.
Завдання 2
Чоловік 58 років, переніс операцію з приводу раку передміхурової залози. Через 3 місяці йому провели курс променевої та хіміотерапії. До комплексу лікарських препаратів входив 5-фтордезоксиуридин . Синтез якої речовини в першу чергу блокується під дією цього препарату? Поясніть, чому.
Під дією цього препарату в першу чергу блокується утворення дТМФ з дУМФ, оскільки він є інгібітором тимідилатсинтази, яка каталізує цю реакцію. За механізмом конкурентного інгібування діє 5-фторурацил та фторафур (аналог уридину, що в організмі людини також утворює вільний 5-фторурацил). В організмі 5-фторурацил перетворюється на 5-Фтор- дУМФ або за участі оротатфосфорибозилтрансферази, або через проміжне утворення нуклеозиду з подальшим фосфорилуванням. Перетворюючись на нуклеозиддифосфат, 5- фторурацил може брати участь у реакції, яку каталізує РНР, і відновлюватися до відповідного дезоксипохідного. Під впливом фосфатази 5-Фтор-дУМФ знову втрачає фосфат і утворений при цьому 5-Фтор-дУМФ зв’язується з тимідилатсинтазою та N5,N10- метилен-Н4-фолатом, утворюючи комплекс, який схожий на проміжну сполуку в реакції перетворення дУМФ на дТМФ. Тимідилатсинтаза повністю заблоковується, а синтез дТМФ припиняється.
Утворення дТМФ з дУМФ Тимідин-5’-монофосфат (дТМФ) утворюється з дУМФ у реакції, яку каталізує тимідилатсинтаза:
Донором метильної групи в тимідилатсинтазній реакції є Nявляється N5,N10-метилен- ТГФК, яка віддає протон, тому одним з кінцевих продуктів реакції є не тетрагідро-, а дигідрофолієва кислота (ДГФК). Остання відновлюється до ТГФК під дією НАДФН-залежної дигідрофолатредуктази. З утвореного дТМФ шляхом фосфотрансферазних реакцій утворюються дТДФ і ТТФ.
Утворення дУМФ – субстрату тимідилатсинтазної реакції – може відбуватися або шляхом дефосфорилування дУДФ, або гідролітичним дезамінуванням дЦМФ за участі дЦМФ- дезамінази.
(Губский 280) структурних аналогів дУМФ, що здатні до взаємодії з тимідилатсинтазою, блокуючи її каталітичну дію за механізмом конкурентного інгібірування; прикладом такого механізму є ефект протипухлинних засобів антиметаболітної дії 5-Фторурацилу (аналога урацилу) та Фторафуру (аналога уридину, що в організмі людини також утворює вільний 5- фторурацил):
Після надходження в організм 5-фторурацил перетворюється на 5-фтордезоксиуридин- 5'- монофосфат (5-фтор-дУМФ), тобто безпосередній структурний аналог дУМФ — субстрату
тимідилатсинтази; сполучення 5-фтор-дУМФ з ферментом протидіє зв’язуванню активного центру останнього із справжнім субстратом (дУМФ), що блокує утворення дТМФ;
Завдання 3
Чоловік 65 років, який страждає на подагру, скаржиться на біль у ділянці нирок. При ультразвуковому обстеженні встановлено наявність ниркових каменів. Які біохімічні процеси порушуються при цьому захворюванні? Підвищення концентрації якої речовини є найбільш імовірною причиною утворення каменів у цьому разі? Поясніть, чому.
В результаті розпаду пуринових нуклеотидів, утворилися камені,за рахунок збільшення концентрації сечової кислоти. Сечова кислота це кінцевий продукт пуринового обміну. (норма 0.18-0.38) Її утворення розпочинається гідролітичним відщепленням від нуклеотидів фосфатного залишку, рибози та аміногрупи у вигляді аміаку, що призводить до утворення гіпоксантину (з АМФ) та ксантину (з ГМФ) (+ фермент ксантиоксидаза) з подальшим утворенням кінцевого продукту - сечової кислоти, яка виводиться з сечею.
Схема:
Розпад АМФ і ГМФ включає такі реакції:
- відщеплення фосфатної групи з утворенням нуклеозидів аденозину та гуанозину за участі фермента –5’нуклеозидази;
- дезамінування нуклеозидів за участі ферментів: аденозиндезамінази та гуаніндезамінази.
- відщеплення від нуклеозидів залишка D-рибози (фермент нуклеозидаза) або пентозофосфату (фермент фосфорилаза);
- катаболізм гіпоксантину (з АМФ) або ксантину (з ГМФ) з утворенням сечової кислоти. Окиснення гіпоксантину до ксантину з подальшим його перетворенням на сечову кислоту каталізується ферментом ксантиноксидазою.
Ксантиооксидаза – аеробна оксидоредуктаза, простетична група якої міститьФАД, іони заліза (Fe3+) та молібдену. Подібно до інших оксидоредуктаз, вона окислює пурини молекулярним киснем з утворенням пероксиду водню. У значній кількості цей фермент міститься лише в печінці та кишці. Інгібітором ксантиноксидази виступає структурний аналог – алопуринол.
Підвищення концентрації сечової кислоти в крові називають гіперурикемією, яка за походженням може бути спадковою (проявляється у вигляді подагри або синдрому Леша – Ніхана) та аліментарною (внаслідок надмірного надходження в організм продуктів, що містять багато пуринів - кава, чай, залозисті тканини, дріжджі). У більшості випадків причинами гіперурикемії є підвищений синтез пуринів, надмірне вживання м’яса, зменшення екскреції сечової кислоти з організму.
Характерна особливість подагри - утворення кристалів сечової кислоти або кислого урату натрію в суглобових хрящах, синовіальних оболонках і підшкірній клітковині, вушних раковинах, ліктьових і колінних суглобах. При цьому утворюються подагричні вузли – тофуси, які є нешкідливими, але спотворюють хворого.
Кристали сечової кислоти фагоцитуються клітинами, зв’язуються з мембранами лізосом, порушують їх цілісність і викликають вихід лізосомальних ферментів у цитоплазму, що впризводить до загибелі клітин. Кристали, які вивільняються, повторно фагоцитуються іншими клітинами і цикл повторюється.
У місцях загибелі клітин на поверхні кристалів активується фактор Хагемана і плазмін, утворюється калікреїн - один із факторів гострого запального процесу. Рецидиви призводять до проліферації сполучної тканини – подагричних вузлів.
Механізми виведення уратів у хворих не порушені (добова екскреція їх із сечею і калом не відрізняється істотно від норми). У хворих на подагру виявлені варіанти фосфорибозилпірофосфатсинтетазиз підвищеною активністю, недостатність гіпоксантин-гуанін- фосфорибозил-трансферази та глюкозо – 6- фосфатази.
Стан гіперурикемії може виникати і при захворюваннях, що супроводжуються швидким розпадом тканин, коли ДНК уражених клітин розпадаються до пуринів. Для лікування подагри застосовують солі літію, що сприяють виведенню сечової кислоти з організму. Застосування з лікувальною метою гідрокарбонатів (основ) також сприяє виведенню сечової кислоти.
Завдання 4
Жінка 40 років звернулася до лікаря зі скаргами на біль у дрібних суглобах ніг і рук. Суглоби збільшені, мають вигляд потовщених вузлів. У сироватці крові – підвищений вміст уратів. З якими процесами в організмі людини пов'язаний розвиток даного захворювання? Поясніть, чому.
Відповідь: гіперурикемія, порушення ниркового шляху виведення уратів(солів сечової кислоти) , депозити уратів збільшуються в розмірах в суглобах та інших тканинах. В жінки розивається подагра.
Дивись вище!
Відбувається порушення виведення пуринів. Причини: надмірне утворення уратів або недостатнє виведення їх нирками.
Для лікування та профілактики цих захворювань застосовують алопуринол, який є структурним аналогом гіпоксантину. Препарат має специфічну здатність інгібувати фермент ксантиноксидаз
При цьому знижується утворення уратів в сироватці крові і попереджається відкладення їх у тканинах та нирках, виділення К.с. із сечею зменшується, збільшується виділення гіпоксантину і ксантину.
Завдання 5
Хворому на подагру лікар призначив алопуринол. Яка властивість алопуринолу забезпечує терапевтичний ефект при розвитку такого захворювання як подагра? Відповідь обґрунтуйте.
Конкурентим і
нгібітором ксантиноксидази виступає структурний аналог – алопуринол.
аналог пуринів, що неселективно інгібує фермент ксантиноксидазу (редуковану форму) і таким чином зменшує синтез ксантину та Сечової К, зменшує урикемію та накопичення СК у тканинах. У пацієнтів із подагрою алопуринол запобігає формуванню уратних кристалів у суглобах та нападам артриту, а також протидіє розвитку нефропатії. Зменшує виведення із сечею сечової кислоти, підвищує виведення гіпоксантину та ксантину.
Завдання 6
При лікуванні яких захворювань використовують похідні птерину – аміноптерин і метатрексат? Біосинтез яких речовин буде пригнічуватися при застосуванні цих препаратів? При лікуванні яких захворювань використовуються дані препарати. Відповідь обґрунтуйте.
Похідні птерину – аміноптерин і метотрексат – є конкурентними інгібіторами дігідрофолатредуктази, внаслідок чого вони пригнічують регенерацію тетрагідрофолієвої кислоти з дигідрофолату. Ці лікарські засоби приводять до гальмування міжмолекулярного транспорту одновуглецевих груп. Біосинтез ДНК порушується.
Метотрексат— синтетичний лікарський засіб, який за своєю хімічною структурою є аналогом фолієвої кислоти. Механізм дії препарату полягає в
інгібуванні ферменту дигідрофолатредуктази, яка сприяє перетворенню метаболіта фолієвої кислоти дигідрофолієввої кислоти в тетрагідрофолієву кислоту, внаслідок чого гальмується синтез пуринових нуклеотидів та тимідилату в S-фазі мітозу. Оскільки мітотична активність більш виражена у клітин, які швидко ростуть, то метотрексат більш активний до клітин злоякісних пухлин, ембріональних клітин, клітин слизової оболонки кишечника, сечового міхура та ротової порожнини.[5][6] Метотрексат застосовується як протипухлинний препарат при різних
видах раку: лімфогранулематозі, гострому лімфобластному лейкозі,
неходжкінських лімфомах, гострому мієлобластному лейкозі, мієломній хворобі, нейролейкозі, трофобластичних пухлинах, раку печінки, нирки, яєчника, легень, грибовидному мікозі та остеогенній саркомі[5][6]; у тому числі й у дітей, за необхідності й у надвисоких дозах.
[15] Метотрексат має також імуносупресивний ефект, і як імуносупресант застосовується при різноманітних захворюваннях, які мають системні прояви. Зокрема, при ревматоїдному
артриті метотрексат є одним із базових препаратів.[3] Метотрексат також застосовується
при хворобі Крона, неспецифічному виразковому коліті, хворобі Рейтера, синдромі
Метотрексат - похідне фолієвої кислоти, належить до цитотоксичних засобів класу антиметаболітів. Він діє під час S-фази клітинного циклу і конкурентно інгібує фермент дигідрофолатредуктазу, запобігаючи таким чином відновленню дигідрофолату до тетрагідрофолату, що є необхідним для синтезу ДНК та реплікації клітин. Активно проліферуючі тканини, такі як злоякісні утворення, кістковий мозок, фетальні клітини, слизова оболонка ротової порожнини і кишечнику, клітини сечового міхура, зазвичай більш чутливі до метотрексату. Оскільки проліферація злоякісних тканин швидша за нормальну, метотрексат може порушувати їхній розвиток, не завдаючи необоротної шкоди здоровим тканинам.
Завдання 7
У дитини спостерігається відставання у рості і розумовому розвитку, з сечею виділяється велика кількість оротової кислоти. Яке захворюванні імовірно розвивається у пацієнта? Які біохімічні процеси порушено і чому? Ваші рекомендації стосовно лікування даного пацієнта.
Відповідь: оротацидурія, спадкове порушення синтезу пірамідинів. Лікують уридином чи цитидином, вони знижують екскрецію ороової кислоти. Оротатацидурія І типу- порушення піримідинового обміну, зумовлене дефіцитом двох ферментів:оротатфосфорибозилтрансферази, яка каталізує перетворення оротату на оротидилат, ідекарбоксилази, що каталізує перетворення
оротидилату на уридинмонофосфат.
Лікування: уридин чи цитидин, призводить до зменшення утворення й екскреції оротової кислоти, відновлює нормальний ріст і розвиток. Таке лікування повинно продовжуватися впродовж усього життя.
Завдання 8
Для лікування урогенітальних інфекцій використовують хінолони – інгібітори ферменту ДНК-гірази. Який процес порушується під дією хінолонів у першу чергу? При лікуванні яких захворювань використовують ці препарати?
Відповідь:в першу чергу порушується процес реплікації ДНК(під дією хінолонів)ДНК-гіраза – фермент ініціації реплікації. Хінолон шляхом деспіралізації ДНК. Хінолони блокують реплікацію через порушення функції цього ферменту
Застосування:при інфекціях сечових шляхів — пієлонефритах та пієлітах, циститах, простатитах, уретриті. Налідиксова кислота також може застосовуватися для лікування деяких бактеріальних ентероколітів.
Реплікація – процес самоподвоєння ДНК, який забезпечує відтворення спадкової інформації та передачу її до дочірніх клітин при мітозі й мейозі. Реплікація, як і процеси транскрипції та трансляції, включає в себе три основні стадії:
1) Ініціація реплікації,
2) Елонгація ланцюгів ДНК, 3) Термінація синтезу.
Існує декілька основних особливостей реплікації. По-перше, синтез ДНК відбувається з використанням обох полінуклеотидних ланцюгів як матриць за так званим напівконсервативним механізмом. Після його завершення дві дочірні молекули-копії ДНК містять один материнський ланцюг, який слугував матрицею, і один ланцюг, синтезований de novo. По-друге, включення нуклеотидів до ланцюга ДНК, що синтезується, визначається матрицею за принципом комплементарності. По-третє, зростання ланцюга відбувається виключно в напрямку від 5’- до 3’- кінця, а ферментативне «зчитування» матриці – навпаки, тобто антипаралельно. По-четверте, субстратами реакції полімеризації за реплікації є 3’-термінальна гідроксильна група дезоксирибози зростаючого ланцюга, а також набір чотирьох дезоксирибонуклеозидтрифосфатів. Нарешті, ферментом, що каталізує цю реакцію є ДНК-залежна ДНК-полімераза DNAP.
Субстрати та фактори реплікації
1. ДНК-матриця
2. Будівельний матеріал та джерела енергії – дАТФ, дГТФ, дЦТФ, ТТФ 3. Праймер – РНК-затравка
4. Субстрати для праймера – АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ.
5. Ферменти
6. ДНК-зв’язуючі білки (SSB-білки)
7. Мg2+, Zn2+
Етапи реплікації
1. Ініціація – утворення реплікативної вилки з напрямком руху 5′→3′ Деспіралізація, розплітання ДНК, синтез праймера
«Точки ori» = оріджини (англ. оrigin – початок) = сайти початку реплікації , де формуються реплікативні вилки (100-1000)
2. Елонгація – подовження ланцюгів ДНК в напрямку 5′→3′
Лідируючий ланцюг: •на матриці «3′→5′» •1 праймер •ДНК-полімераза δ •безперервний •рух - у напрямку вилки реплікації
Відстаючий ланцюг : •на матриці «5′→3′» •фрагменти Оказаки: = праймер + 1-2 тис дНМФ •ДНК- полімерази α та ε •рух - протилежно вилц
ДНК-полімераза β - видаляє праймери та заповнює пустоти дезоксирибонуклеотидами
3. Термінація – зустріч 2-х вилок реплікації зшивання відстаючого ланцюга метилування
ДНК спіралізація та суперспіралізація ДНК Інгібітори реплікації
1.Антибіотики Афідиколін – інгібітор ДНКполімераз α, δ, ε Доксорубіцин, мітоміцини, актиноміцин D – інтеркалятори
2. Фторхінолони – інгібітори ДНК-гірази прокаріот !!!
Завдання 9
Жінка 40 років прийнята до лікарні у тяжкому стані з симптомами отруєння Amanita phalloides (блідою поганкою). Який процес порушується в організмі людини внаслідок дії цього токсину? Опишіть клінічні наслідки.
Відповідь:бліда поганка є сильним інгібітором РНК-полімерази 2, вона пригнічує синтез матричних РНК. Припиняється синтез мРНК. Фермент специфічно блокується a-аманітином – токсином, що продукується грибом блідої поганки. При потраплянні в печінку вона звязується з РНК- позімеразою 2 в клітинах і цим спричиняє цитоліз гкпатоцитів. Також вони пагубно діють на ядра клітин печінки.Порушується синтез білка ,глікогену,фосфоліпідів що призводить до некрозу печігки. Прояви:нудота,блювання,часті випорожнення.Може наступити кома
Аматоксини є основними токсинами Amanita phalloides та одними з найнебезпечніших природних токсинів, що викликають печінкову, ниркову, в цілому поліорганну, недостатність унаслідок пригнічення синтезу білка на рівні транскрипції всередині ентероцитів, гепатоцитів і проксимальних канальцевих клітин нирок. Після споживання Amanita phalloides аматоксини часто індукують масивний некроз клітин печінки з високим рівнем смертності, який сягає іноді 90 %.
Суттєвого значення в патогенезі аманіта-фалоїдинового ушкодження надають порушенню обміну білків унаслідок пригнічення РНК-полімерази II клітин, прямій інгібуючій дії на активність уже синтезованих ензимів та непрямому впливу на ензимні системи через субстрати. Іншим механізмом токсичності а-аманітину є утворення активних форм кисню, що призводить до ушкодження, повʼязаного з окиснювальним стресом. Пероксидне окиснення ліпідів може сприяти виникненню масивного некрозу і тяжкої гепатотоксичності.
Першим органом-мішенню, який уражається токсинами блідої поганки, є печінка, адже всі всмоктані травною системою речовини спершу проходять через цей своєрідний фільтр організму.
Порушення функцій печінки внаслідок загибелі її клітин призводить до проникнення токсинів у кров, а з нею в усі органи. Відповідно, дані гепатоцелюлярні ефекти становлять найбільш смертельні та найменш ліковані прояви цієї токсичності [21].
Аматоксинам приписують кілька механізмів токсичності. Основним механізмом, як відомо, є їх здатність нековалентно звʼязувати й інгібувати в ядрі активність РНК-полімерази II
Завдання 10
Ранні овочі, як відомо, містять велику кількість нітратів. Із нітратів, нітритів та нітрозамінів в організмі людини утворюється нітратна кислота, яка зумовлює окисне дезамінування азотистих основ нуклеотидів. До порушення яких процесів в організмі це може призвести? Опишіть можливі клінічні наслідки.
Це може призвести до точкової мутації.
Із нітратів, нітритів і нітрозамінів в організмі утворюється азотиста кислота(вона є аналогом
азотистої кислоти), яка зумовлює окисне дезамінування азотистих основ нуклеотидів. Це може
призвести до точкової мутації – заміни цитозину на урацил.
Найбільша загроза підвищеного вмісту нітратів та нітритів в організмі полягає у їх здатності брати
участь в реакції нітрозування амінів та амідів,
у результаті чого утворюються N-нітрозо-сполуки, особливо диметилнітрозамін, які проявляють канцерогенну та мутагенну дії та високу гепато- та
нефротоксичність [508]. Канцерогенну дію проявляють не стільки самі нітрозаміни, скільки продукти їх метаболізму. Ці реакції перетворення їх в організмі є процесами окисного гідроксилювання. Дію нітрозамінів на організм обумовлено реакцією алкілування гуаніну ДНК продуктами їх метаболізму, що призводить до порушень функціонування геному клітини. Нітратвмісні сполуки, як сильні окисники, проявляють вплив на гематологічні показники, переводячи двовалентний ферум гему в тривалентний, утворюючи при цьому патологічну форму гемоглобіну – метгемоглобін чи геміглобін, який неспроможний зворотньо приєднувати кисень, що в подальшому викликає гіпоксію, і є основним маркером ступеня вираженості інтоксикації нітрогенвмісними сполуками
Токсична дія нітратів та нітритів полягає в здатності активувати вільнорадикальні процеси, які можуть призводити до розвитку пухлинних процесів [76, 77, 106, 439], інгібування синтезу ДНК порушення функції ензимних систем [293, 356, 461]. Окрім того, при гострих і важких отруєннях розвивається гемічна гіпоксія, яка раніше вважалася головним наслідком нітритної інтоксикації. При цьому в організмі людини та тварин виникають ураження практично всіх органів та ткани .
Завдання 11
У хворих з пігментною ксеродермою шкіра надзвичайно чутлива до сонячного світла, може розвиватися рак шкіри. Яка причина розвитку вище вказаного захворювання? Який процес порушується внаслідок цього дефекту? Поясніть.
Відповідь: порушення репарації РНК. Пігментна ксеродерма пов'язана з порушенням репаративних процесів при УФ-ушкодженнях ДНК у клітинах шкіри. Ультрафіолетове опромінення шкіри викликає утворення димерів тиміну, які розпізнаються специфічною УФ-ендонуклеазою, яка розриває фосфодиефірні зв'язки з 5'-кінця від місця дефекту. Порушується весь механізм репарації ДНК.
Пігментна ксеродерма успадковується як авто-сомальна рецесивна хвороба; при цій патології
шкіра пацієнтів є надзвичайно чутливоюдо пошко-джуючої дії сонячного світла, яке може спричиняти розвиток раку шкіри. Найбільш поширена форма пігментної ксеродерми зумовлена спадко-вимпорушеннямсинтезу УФ-специфічної ендонук-леази, що призводить до порушення всього механізму репарації ДНК.
Завдання 12
У хіміотерапії пухлин широко використовуються антибіотик дауноміцин і аналог фолієвої кислоти - метотрексат. Опишіть механізм дії цих препаратів. Активність яких синтетичних процесів знижується при їх використанні ? Поясніть, чому.
Дауноміцин або Даунорубоміцин впроваджується в один ланцюг ДНК, вбудовуючись. Це призводить до локальної зміни ДНК.
Первинний ефект дії пов`язаний з . цей антибіотик то вибірково гальмує, аж до повної зупинки, синтез ДНК, тоді як синтез РНК триває з нормальною швидкістю, то в рівній мірі швидко і значно затримує включення мічених попередників як в ДНК, так і в РНК. Причому синтез білка (фактично не порушується або змінюється незначно. Ці ефекти пояснюють тим, що препарат, вступаючи у взаємодію з нуклеїновими кислотами, утворює комплекси з ДНК. Препарат здатний утворювати одно- і дву-ланцюгові розриви ДНК і зшивання ДНК - білок. Припускають, що пригнічення синтезу ДНК і РНК в пухлинних клітинах при дії пов`язано з порушенням в процесі реплікації і транскрипції матричної активності ДНК в системах ДНК-полімерази і ДНК-залежної РНК-полімерази, обумовленим утворенням комплексів з ДНК.
Метотрексат - похідне фолієвої кислоти, належить до цитотоксичних засобів. Він діє під час 5-фази клітинного циклу і конкурентно інгібує фермент дигідрофолатредуктазу, запобігаючи таким чином відновленню дигідрофолату до тетрагідрофолату, що є необхідним для синтезу ДНК та реплікації клітин. Активно проліферуючі тканини, такі як злоякісні утворення, кістковий мозок, фетальні клітини, слизова оболонка ротової порожнини і кишечнику, клітини сечового міхура, зазвичай більш чутливі до метотрексату. Оскільки проліферація злоякісних тканин швидша за нормальну,
Завдання 13
При лейкозах, злоякісних новоутвореннях, голодуванні збільшується вміст сечової кислоти в крові і сечі. Поясніть, чому це відбувається.
Відповідь:
Сечова кислота є продуктом обміну пуринових основ, що входять до складу нуклеопротеїдів. Утворюється при розпаді нуклеїнових кислот організма та з продуктів, які вживаються при їжі. В позаклітинній рідині присутній у вигляді солей натрію в концентрації, близької до насичення, тому можлива кристалізація уратів. Сечова кислота, що виводиться з сечею, відображає надходження пуринів з їжею і розпад ендогенних пуринових нуклеотидів.
Якщо ви на дієті або голодуєте, то організм вимушений використовувати як енергію не глюкозу, що поступає з їжею, а жирні кислоти, які знаходяться в жировій тканині. Але при цьому також посилюється розпад білків, що призводить до посиленого розпаду пуринів, що призводить до збільшення вмісту сечової кислотив крові
ГОРМОНИ
Завдання 1 Хворий проходив курс лікування гормонами. Біохімічне дослідження виявило у ньго незначну гіперглікемію, в сечі - підвищений вміст сечовини та інших азотовмісних сполук. Кетонові тіла в нормі. Чи можна діагностувати у нього цукровий діабет? Відповідь обґрунтуйте.
Не можна остаточно діагностувати цукровий діабет у пацієнта.
Незначна гіперглікемія:
● Рівень цукру в крові може бути тимчасово підвищений з різних причин, не пов'язаних з діабетом
Підвищений вміст сечовини та інших азотовмісних сполук у сечі:
● Це може бути ознакою ниркової недостатності,
● зневоднення,
● кишкової непрохідності
Відсутність кетонових тіл у сечі:
● Кетонові тіла з'являються в сечі при цукровому діабеті 1 типу,
● коли організм не може використовувати глюкозу для отримання енергії
● і починає розщеплювати жири.
Завдання 2 У хворого спостерігається різке зниження ваги тіла, підвищена дратівливість, невелике підвищення температури вечорами, екзольфтальм. Про яке захворювання йде мова? Зміни яких біохімічних процесів в організмі хворого стали причиною розвитку перерахованих вище симптомів? Поясніть.
Базедова хвороба (дифузний токсичний зоб):
● Це аутоімунне захворювання, при якому щитоподібна залоза продукує надмірну кількість гормонів щитовидної залози (тироксину та трийодтироніну).
● Ці гормони прискорюють метаболізм
Біохімічні порушення:
● Підвищення рівня гормонів щитовидної залози
Зниження рівня тиреоглобуліну:
● Тиреоглобулін - це білок, який використовується для зберігання гормонів щитовидної залози.При Базедовій хворобі рівень тиреоглобуліну зазвичай знижується через руйнування щитовидної залози антитілами.
Зміни рівня інших гормонів:
● Надмірне вироблення гормонів щитовидної залози може впливати на рівень інших гормонів,таких як інсулін, кортизол та статеві гормони.
Завдання 3 У пацієнта в сечі визначається збільшена кількість 17-кетостероїдів. Що таке 17-кетостероїди? За допомогою яких ферментів утворюються 17-кетостероїди? Чим обумовлено підвищення кількість 17-кетостероїдів в сечі? В діагностиці яких захворювань викоритовуються ?
17-кетостероїди - це група продуктів розпаду андрогенів, які виводяться з сечею. Їх рівень відображає активність надниркових залоз та статевих гонад (яєчок у чоловіків та яєчників у жінок).
Ферменти, які беруть участь у утворенні 17-кетостероїдів:
● 17α-гідроксилаза: перетворює прогестерон та 17-гідроксипрогестерон в 17-гідроксикортизол (кортизол) та 17α-гідроксидегідроепіандростерон (17α-ОГЕА).
● 17β-гідроксилаза: перетворює 17α-ОГЕА в 17-кетостероїди, такі як дегідроепіандростерон (ДГЕА) та андростерон.
● Аromatase: перетворює андрогени (тестостерон та андростендіон) в естрогени (естрадіол та естрон).
Причини підвищення рівня 17-кетостероїдів в сечі:
● Вроджені порушення кори надниркових залоз:
○ Адреногенітальний синдром (вроджена гіперплазія кори надниркових залоз)
○ Дефіцит 21-гідроксилази
○ Дефіцит 11β-гідроксилази
● Пухлини кори надниркових залоз:
○ Аденома кори надниркових залоз
○ Карцинома кори надниркових залоз
● Пухлини статевих гонад:
○ Андростенома яєчника
○ Пухлина клітин Лейдіга яєчка
Використання визначення 17-кетостероїдів в сечі для діагностики:
● Вроджені порушення кори надниркових залоз:
○ Для раннього виявлення та діагностики
○ Для моніторингу ефективності лікування
● Пухлини кори надниркових залоз:
○ Для діагностики та диференціальної діагностики
○ Для оцінки поширеності пухлини
○ Для моніторингу ефективності лікування
● Пухлини статевих гонад:
○ Для діагностики та диференціальної діагностики
○ Для оцінки поширеності пухлини
○ Для моніторингу ефективності лікування
Завдання 4 У пацієнта відзначається посилена пігментація шкіри, кахексія і м'язова слабкість. У плазмі крові знижена концентрація іонів натрію, хлору, глюкози і підвищена концентрація іонів калію. Назвіть патологію, для якої характерні дані симптоми. У чому причина даного захворювання? Чому при даному захворюванні спостерігається посилена пігментація шкіри? Поясніть.
хворобу Аддісона (гіпоадренокортицизм).
-Хвороба Аддісона виникає внаслідок недостатності надниркових залоз. Наднирники відповідають за вироблення кортизол та альдостерон. Кортизол допомагає організму справлятися зі стресом, регулює рівень цукру в крові та бореться з запаленнями. Альдостерон регулює артеріальний тиск та баланс електролітів (натрію, калію, хлору) в організмі.
-Посилена пігментація шкіри:
через дефіцит меланотропіну. Меланотропін - це гормон, який стимулює вироблення меланіну, пігменту. При хворобі Аддісона рівень меланотропіну знижується, що призводить до надмірного продукування меланіну в деяких ділянках тіла, викликаючи гіперпігментацію.
Завдання 5 Пацієнт скаржиться на зниження температури тіла, збільшення маси тіла, млявість, сонливість. У плазмі крові знижена кількість Т3 і Т4. Для якого захворювання характерні дані ознаки? Зміни яких біохімічних процесів в організмі хворого стали причиною розвитку перерахованих вище симптомів? Поясніть.
Гіпотиреоз - це захворювання, що характеризується дефіцитом гормонів щитовидної залози
Зміни біохімічних процесів:
● Зниження метаболізму: При гіпотиреозі рівень гормонів щитовидної залози знижений, що призводить до сповільнення метаболізму.
● Зміни в роботі головного мозку
● М'язова слабкість
● Зміни в репродуктивній системі
Завдання 6
Фармацевтична промисловість випускає анаболічні стероїди - синтетичні похідні андрогенів, майже позбавлені андрогенних властивостей, але стимулюючих окисне фосфорилювання, біосинтез білка. Чи доцільно застосування даних препаратів спортсменами для стимуляції розвитку мускулатури? Висловіть свою думку.
Анаболічні стероїди, безсумнівно, можуть стимулювати ріст м'язів. Їх дія ґрунтується на посиленні синтезу білка та окисного фосфорилювання, що призводить до пришвидшення відновлення та нарощування м'язової маси.
Побічні ефекти:
Порушення роботи печінки та нирок
Серцево-судинні проблеми
Ендокринні порушення: Пригнічення вироблення власного тестостерону
Психічні розлади
Завдання 7 У дитини, недавно оперованого з приводу зоба, рівень Са2 + в крові становить 1,25 ммоль / л, виникають мимовільні судоми. У чому ймовірна причина зниження рівня Са 2+ в крові і появи судом? Вкажіть, яка нормальна концентрація цих іонів в крові дитини і дорослої людини? Як підтримується нормальний рівень кальцію в плазмі крові?
Ймовірна причина:
● Тимчасове порушення функції паращитовидних залоз: Ці залози, розташовані біля щитовидної залози,відповідають за вироблення паратгормону (ПГТ), який регулює рівень кальцію в крові.
Нормальні концентрації кальцію:
● Діти: 1,16 - 1,45 ммоль/л
● Дорослі: 2,15 - 2,55 ммоль/л
Низький рівень кальцію може призвести до таких симптомів:
● М'язова слабкість
● Судоми
● Оніміння та поколювання в кінцівках
● Тетради
● Підвищена збудливість
● Тривога
● Депресія
Підтримка нормального рівня кальцію:
● Паратгормон (ПГТ): Цей гормон, що виробляється паращитовидними залозами, стимулює вивільнення кальцію з кісток і всмоктування його з кишечника.
● Кальцитонін: Цей гормон, що виробляється щитовидною залозою, знижує рівень кальцію в крові шляхом його транспортування в кістки.
● Вітамін D: Цей вітамін необхідний для всмоктування кальцію з кишечника.
Завдання 8 Одним з ускладнень акромегалії є цукровий діабет. Чому він виникає? Поясніть, з чим пов'язаний розвиток акромегалії? Як змінюється обмін речовин у хворого на акромегалію? Поясніть.
Причини розвитку цукрового діабету при акромегалії:
1. Надмірне вироблення гормону росту (СТГ): При акромегалії спостерігається надмірне вироблення СТГ. СТГ стимулює секрецію інсуліноподібного фактора росту 1 (ІФР-1) з печінки.
2. Інсулінорезистентність: ІФР-1 може призводити до інсулінорезистентності, тобто до того, що організм потребує більше інсуліну для зниження рівня цукру в крові.
3. Компенсаторна гіперінсулінемія: У відповідь на інсулінорезистентність підшлункова залоза може виробляти надмірну кількість інсуліну (компенсаторна гіперінсулінемія).
4. Відносний дефіцит інсуліну: З часом підшлункова залоза може не справлятися з компенсаторною гіперінсулінемією, що призводить до відносного дефіциту інсуліну.
5. Порушення секреції інсуліну: Надлишок СТГ може також безпосередньо впливати на секрецію інсуліну підшлунковою залозою.
Фактори, пов'язані з розвитком акромегалії:
● Аденома гіпофіза
● Генетичні фактори
Зміни обміну речовин при акромегалії:
● Гіперглікемія (підвищення рівня цукру в крові): Через інсулінорезистентність та відносний дефіцит інсуліну у хворих на акромегалію часто спостерігається гіперглікемія.
● Гіперінсулінемія (надмірне вироблення інсуліну):Компенсаторна гіперінсулінемія може призвести до гіпоглікемії (зниження рівня цукру в крові), особливо на тлі голодування або фізичного навантаження.
● Збільшення апетиту: Надлишок СТГ може стимулювати апетит, що може призвести до ожиріння.
● Зміна жирового обміну: СТГ може стимулювати ліполіз (розщеплення жирів) та призводити до гіперліпідемії (підвищення рівня жирів у крові).
● Зміна білкового обміну: СТГ може стимулювати синтез білка, що може призвести до м'язової гіпертрофії.
Завдання 9 При гіпофізарної карликовості спостерігається схильність до гіпоглікемічного стану, а при гігантизмі і акромегалії толерантність до цукрового навантаження, як правило, знижена. Поясніть, чому це відбувається?
Зв'язок між гіпофізарними розладами та регуляцією цукру в крові:
Гіпофізарний карлик:
● Дефіцит гормону росту (СТГ): При гіпофізарній карликовості спостерігається дефіцит СТГ. СТГ стимулює секрецію інсуліноподібного фактора росту 1 (ІФР-1) з печінки. ІФР-1, у свою чергу, стимулює поглинання глюкози м'язами та жировою тканиною.
● Зниження поглинання глюкози: Дефіцит СТГ та ІФР-1 призводить до зниження поглинання глюкози м'язами та жировою тканиною. Це може призвести до гіпоглікемії (зниження рівня цукру в крові), особливо на тлі голодування або фізичного навантаження.
● Підвищення чутливості до інсуліну: Дефіцит СТГ також може підвищувати чутливість до інсуліну. Це означає, що організм потребує менше інсуліну для зниження рівня цукру в крові.
Гігантизм та акромегалія:
● Надлишок гормону росту (СТГ): При гігантизмі та акромегалії спостерігається надлишок СТГ. Це призводить до надмірного вироблення ІФР-1.
● Збільшення поглинання глюкози: Надлишок ІФР-1 стимулює поглинання глюкози м'язами та жировою тканиною. Це може призвести до інсулінорезистентності, тобто до того, що організму потребує більше інсуліну для зниження рівня цукру в крові.
● Зниження чутливості до інсуліну: Інсулінорезистентність може призвести до компенсаторної гіперінсулінемії (надмірного вироблення інсуліну) підшлунковою залозою. Це може призвести до гіперглікемії (підвищення рівня цукру в крові) та розвитку цукрового діабету 2 типу.
Завдання 10
Добовий об'єм сечі у пацієнта, що скаржиться на сухість у роті, постійну спрагу і часте сечовипускання, 4,5 літра, відносна щільність 1.004 (при нормі 1,018 і більше), глюкоза, білок і кетонові тіла в сечі не виявлено. Якому захворюванню можуть відповідати результати аналізів? Зміни яких біохімічних процесів в організмі хворого стали причиною розвитку перерахованих вище симптомів?
нецукровий діабет.
Причини розвитку симптомів:
1.Зниження або відсутність секреції антидіуретичного гормону
2.Нездатність нирок реагувати на АДГ
Біохімічні процеси:
•Поліурія: Через знижену концентраційну здатність нирок, велика кількість рідини виводиться з організму у вигляді дуже розведеної сечі (низька відносна щільність сечі).
•Полідипсія: Втрата великої кількості рідини з сечею призводить до зневоднення організму, що стимулює центри спраги у мозку і змушує пацієнта пити більше води.
•Відсутність глюкози, білка і кетонових тіл у сечі
Завдання 11
Підвищенну стійкість “моржів” до холодної води пояснюють тим, що у них синтезується у великих кількостях гормони, що підсилюють процеси окислення і утворення тепла в мітохондріях шляхом роз’єднання. Які це гормони (гормон)? Поясніть біохімічний зміст данного явища.
Йодотироніни
Біологічний механізм:
1. Тироксин (Т4) та трийодтиронін (Т3) зв'язуються з ядерними рецепторами в клітинах: Ці рецептори регулюють експресію генів, що беруть участь у метаболізмі.
2. Активація генів термогенезу: Т4 та Т3 стимулюють експресію генів, що кодують білки, які беруть участь у термогенезі, наприклад, термогенін (UCP1).
3. Роз'єднання дихання та фосфорилювання: Термогенін діє як канал для протонів у мітохондріях,роз'єднуючи процес окислення їжі (дихання) від синтезу АТФ (фосфорилювання).
4. Вивільнення тепла: Завдяки роз'єднанню дихання та фосфорилювання, енергія, яка зазвичай використовується для синтезу АТФ, втрачається у вигляді тепла. Це призводить до значного збільшення термогенезу, що допомагає моржам підтримувати тепло тіла в холодній воді.
Завдання 12
До лікаря звернулися батьки з 5-річною дитиною. При обстеженні виявлено: відставання розумового
розвитку та росту, дитина малорухлива. Загальний обмін знижений. Яке захворювання у дитини? Що є причиною розвитку даних симптомів?
Кретинізм
При кретинізмі спостерігається зниження основного обміну речовин (ООВ). Це означає, що організм дитини виробляє менше енергії, ніж зазвичай.
Причини зниження ООВ при кретинізмі:
● Дефіцит гормонів щитовидної залози: Гормони щитовидної залози відіграють важливу роль у регуляції ООВ. Коли їх не вистачає, організм виробляє менше енергії.
● Зниження температури тіла: Люди з кретинізмом часто мають нижчу температуру тіла, ніж люди без цього захворювання. Це пов'язано з тим, що гормони щитовидної залози також допомагають регулювати температуру тіла.
● Зниження м'язової маси: Люди з кретинізмом часто мають менше м'язової маси, ніж люди без цього захворювання. М'язи є основним джерелом вироблення тепла в організмі, тому зниження м'язової маси може призвести до зниження ООВ.
Завдання 13
У хворого з діагнозом хвороба Іценко-Кушинга в крові визначено підвищену концентрацію глюкози, кетонових тіл, натрію. Який біохімічний механізм є провідним у виникненні гіперглікемії?
Провідний механізм гіперглікемії при хворобі Іценко-Кушинга:
(підвищення рівня цукру в крові) є одним із ключових симптомів
Провідним механізмом гіперглікемії при СІК є надлишок глюкокортикоїдів, таких як кортизол, в крові. Це спричиняється наступними ефектами:
● Інсулінорезистентність: Глюкокортикоїди знижують чутливість тканин до інсуліну
● Підвищення глюконеогенезу: Глюкокортикоїди стимулюють печінку до виробництва глюкози з амінокислот та інших продуктів розпаду.
● Зниження периферичного використання глюкози:Глюкокортикоїди знижують поглинання глюкозим'язовими та жировими клітинами.
Підвищена концентрація кетонових тіл у крові хворого на СІК свідчить про розвиток кетоацидозу.Кетоацидоз розвивається внаслідок надмірного розщеплення жирів для отримання енергії, що призводить до накопичення кетонових тіл
Завдання 14
Жінка, 60 років, довго прожила в Прикарпатті. Скаржиться на наявність на протязі 20 років “пухлини” на шиї, яку добре видно. Ніяких неприєних відчуттів та порушень “пухлина” не викликає. Як називається патологія, що має місце у хворої? Зміни яких процесів в організмі хворого стали причиною цього утворення ? Чи повязане це захворювання з місцевістю, в який проживала жінка? Ваші рекомендації стосовно лікування в даному випадку.
Зоб - це збільшення щитовидної залози, розташованої на передній поверхні шиї.
Ймовірні причини:
● Йодний дефіцит
● Аутоімунне захворювання: Хвороба Хашимото
● Вузли щитовидної залози: Доброякісні або злоякісні новоутворення щитовидної залози
В даному випадку:
● Тривала відсутність симптомів протягом 20 років свідчить про доброякісний характер утворення.
● Зв'язок з місцевістю: Проживання в регіоні з дефіцитом йоду підвищує ризик розвитку зобу.
Рекомендації:
● Звернутися до ендокринолога
Залежно від результатів обстеження, лікар призначить відповідне лікування:
● Замісна терапія гормонами щитовидної залози: при нестачі гормонів.
● Хірургічне видалення: у разі великого зобу або наявності вузлів.
ХАРЧУВАННЯ. ВІТАМІНИ
1. У хворого із сечею виділяється підвищена кількість піровиноградної кислоти. Про нестачу яких вітамінів в організмі це свідчить? Які наслідки це матиме для організму? Поясніть, вкажіть назви ферментів, активність яких знижується.
Дефіцит вітаміну B1 (тіаміну).
Наслідки дефіциту вітаміну B1:
● Хвороба бері-бері: Цей стан характеризується неврологічними та серцево-судинними симптомами, такими як м'язова слабкість, оніміння, поколювання, периферична нейропатія, тахікардія, задишка, набряки.
● Енцефалопатія Верніке: Цей стан характеризується порушеннями зору, очними рухами, плутаниною свідомості, апатією, атаксією.
● Інфантильна бери-бери: Цей стан характеризується затримкою росту, м'язовою слабкістю, кардіоміопатією у дітей.
Ферменти, активність яких знижується:
● Піруватдекарбоксилаза: Цей фермент каталізує перетворення піровиноградної кислоти в ацетил-КоА,який є ключовим метаболітом у циклі Кребса. Дефіцит вітаміну B1 призводить до зниження активності піруватдекарбоксилази, що порушує цикл Кребса та енергетичний обмін в організмі.
● Транскетолаза: Цей фермент каталізує реакції пентозофосфатного шляху, який відіграє важливу роль у виробництві НАДФН, коферменту, необхідного для багатьох біохімічних реакцій. Дефіцит вітаміну B1 призводить до зниження активності транскетолази, що може призвести до окисного стресу та пошкодження клітин.
2. Чим зумовлені крововиливи при нестачі філохінону, вітамінів С і Р? Поясніть, вкажіть назви процесів, активність яких знижується.
впливають на згортання крові та зміцнення судинних стінок.
Філохінон (вітамін K)
Вітамін K є необхідним для синтезу деяких факторів згортання крові (II, VII, IX, X) у печінці.
•Процес: Карбоксилювання глутамінової кислоти.
•Фермент: Глутамілкарбоксилаза.
•Механізм: Вітамін K виступає як кофермент у процесі карбоксилювання глутамінової кислоти у факторах згортання, що забезпечує їх здатність зв’язувати кальцій і, відповідно, функціонувати у процесі коагуляції.
•Наслідки: Недостатнє карбоксилювання призводить до утворення неактивних факторів згортання, що знижує здатність крові до згортання і підвищує ризик кровотеч.
Вітамін C (аскорбінова кислота)
Вітамін C необхідний для синтезу колагену, білка, який є основним структурним компонентом судинної стінки та сполучної тканини.
•Процес: Гідроксилювання проліну та лізину.
•Фермент: Проліл- та лізилгідроксилази.
•Механізм: Аскорбінова кислота є необхідною для активності проліл- та лізилгідроксилаз, які гідроксилюють пролін та лізин у колагені, роблячи його стійким і міцним.
•Наслідки: Дефіцит аскорбінової кислоти призводить до синтезу дефектного колагену, що знижує міцність судинних стінок, спричиняючи крововиливи. Це явище називається цинга (скорбут).
Вітамін P (біофлавоноїди)
Біофлавоноїди допомагають зміцнювати капіляри та покращувати їхню проникність.
•Процес: Підвищення стабільності та зменшення ламкості капілярів.
•Механізм: Біофлавоноїди діють синергічно з вітаміном C, зміцнюючи стінки капілярів та зменшуючи їхню ламкість.
•Наслідки: Дефіцит біофлавоноїдів призводить до підвищеної ламкості та проникності капілярів, що сприяє виникненню крововиливів і набряків.
3. У пілотів та водіїв, що працюють в умовах переключення уваги від освітлених приладів до темряви, збільшується добова потреба у вітаміні А. Поясніть біохімічний механізм даного явища.
У пілотів та водіїв, що працюють в умовах переключення уваги від освітлених приладів до темряви, збільшується добова потреба у вітаміні А через його роль у зорі при тьмяному освітленні.
Біологічні механізми:
Вітамін A та родопсин: Вітамін A є попередником родопсину, пігменту сітківки ока, який відповідає за зор у темряві. При нестачі вітаміну A синтез родопсину порушується, що призводить до нічної сліпоти - нездатності чітко бачити в умовах недостатнього освітлення.
Цикл зору: Родопсин розщеплюється на світлі, а потім регенерується в темряві. Цей цикл, відомий як цикл зору, залежить від вітаміну A. При нестачі вітаміну A регенерація родопсину сповільнюється, що призводить до погіршення зору в темряві.
Стрес сітківки: Переключення уваги від освітлених приладів до темряви створює стрес для сітківки ока.Вітамін A має антиоксидантні властивості, які захищають сітківку від пошкодження вільними радикалами, що утворюються під час стресу.
Втома очей
4. Добова потреба дорослої людини у нікотиновій кислоті становить в середньому 20 мг, проте зменшується, якщо вміст триптофану у їжі вищий. Що можна сказати про взаємозв’язок між нікотиновою кислотою і триптофаном з огляду на це?
Зв'язок між нікотиновою кислотою (вітаміном B3) та триптофаном ґрунтується на їх взаємоконверсії в організмі.