Модуль 1. Структурная организация и свойства белков. Ферменты
Задача 1
Белки, осуществляющие транспорт молекул или ионов через мембрану, часто классифицируются как трансмембранные белки. Такие белки имеют в своей структуре область, заключенную в липидном бислое мембраны, и области, обращенные внутрь клетки (в цитоплазму) и во внеклеточное пространство. Исходя из классификации аминокислот по полярности радикала, предположите, какие аминокислоты должны преобладать в различных участках данного трансмембранного протеина.
Задача 2
Ниже приведены названия 19 природных белков и 7 функций которые они выполняют в организме. Назовите функцию, которую выполняет каждый из перечисленных белков. Результаты представьте в виде таблицы.
Название белка |
Функция |
1. Рибонуклеаза 2. Антитела 3. Гемоглобин 4. Актин 5. Сывороточный альбумин 6. Инсулин 7. Казеин (молоко) 8. Кератин 9. Ферритин 10. Трипсин 11. Тромбин 12. Гормон роста 13. Коллаген 14. Миозин 15. Яичный альбумин 16. Эластин 17. Тубулин 18. Глюкагон 19. Пепсин |
I. Ферментативная II. Транспортная III. Пищевая и запасающая IV. Сократительная, двигательная V. Структурная VI. Защитная VII. Регуляторная |
Задача 3
Найдите, в какой зоне рН (нейтральной, кислой или щелочной) лежит ИЭТ полипептида, состоящего из следующих аминокислотных остатков: арг-гис-глу-цис. В каком направлении будет двигаться данный пептид при разделении пептидов методом электрофореза в буферном растворе с нейтральным значением рН? Как изменится заряд и направление движения пептида в электрическом поле, если в составе пептида аргинин заменить лейцином?
Задача 4
Ожоги кожи, вызванные кислотами или щелочами заживают медленнее, чем механические повреждения кожи. Объясните возможные причины данного отличия.
Задача 5
Объясните, почему биуретовым методом можно определить содержание белков, а не аминокислот в растворе. Как можно определить наличие отдельных аминокислот? Дадут ли одинаковую окраску с биуретовым реактивом 1000 молекул альбумина и 1000 молекул γ-глобулина? Обоснуйте Ваш ответ.
Задача 6
Чем объяснить возможное снижение растворимости белков при отщеплении от них пептидов (как в случае с пепсиногеном)? Для ответа:
Дайте определение изоэлектрической точки белка.
Как меняются свойства белков в изоэлектрической точке?
Что такое растворимость белков, чем она обусловлена?
Задача 7
Белки в организме человека подвергаются гидролизу до аминокислот, которые лишены антигенных свойств и не вызывают иммунных реакций. Почему у некоторых людей возникает иммунная реакция на прием белка (пищевая аллергия)?
Задача 8
Протеиновые киназы фосфорилируют белки только по определенным гидроксильным группам в радикалах аминокислот. Какие из нижеперечисленных групп аминокислот содержат гидроксильные группы в радикале?
1. асп, глу, сер
2. сер, тре, тир
3. тре, фен, арг
4. лиз, арг, про
5. ала, асн, сер
Задача 9
Изучалась устойчивость двух разных ферментов (гексокиназы и рибонуклеазы) к действию температуры. Выяснилось, что при нагревании ферментов при температуре 50° в течение 15 минут гексокиназа теряет 70% своей активности, в то время как рибонуклеаза - только 30%. При сравнении структурной организации этих ферментов выяснилось, что рибонуклеаза содержит в своей структуре 4 дисульфидные связи. Исходя из приведенных выше данных, объясните отличия в устойчивости двух ферментов к тепловой денатурации.
Задача 10
Фермент изоцитратдегидрогеназа катализирует реакцию превращения изоцитрата в α-кетоглутарат. АТФ является отрицательным эффектором фермента, а АДФ - его положительным эффектором. Объясните механизм регуляции фермента. Дайте графическое изображение кинетики данной ферментативной реакции.
Задача 11
Фермент пепсин способен расщеплять пептидные связи белков. Почему воздействие пепсина приводит к инактивации многих ферментов? Для обоснования ответа вспомните:
1. Что такое ферменты?
2. К какому классу ферментов относится пепсин?
3. Какие аминокислоты (какие пептидные связи) подвергаются его действию?
Задача 12
Фосфорорганические соединения являются мощными ядами и обладают нервно-паралитическим действием. Симптомы отравления связаны с необратимым ингибированием ацетилхолинэстеразы (АХЭ), которая ускоряет гидролиз ацетилхолина, функционирующего в качестве нейромедиатора. Увеличение количества ацетилхолина в синаптической щели при ингибировании АХЭ приводит к стойкой деполяризации постсинаптической мембраны и может вызвать паралич. Объясните механизм ингибирования АХЭ.
Задача 13
Протеолитические ферменты и дезоксирибонуклеазы используют для лечения гнойных ран. На чем основано их применение? Для ответа вспомните:
1. Какие реакции катализируют эти ферменты?
2. Как изменится вязкость гнойного содержимого, если она зависит от концентрации макромолекул в его составе?
3. Можно ли в этих целях использовать пепсин, коллагеназу и гиалуронидазу?
Задача 14
Фермент киназа гликогенфосфорилазы в печени может находиться в двух формах с различной активностью: в виде простого белка и фосфопротеина.
1. Объясните, каким путем одна форма фермента переходит в другую?
2. Почему этот переход сопровождается изменением активности фермента?
Задача 15
Метанол - очень токсичное соединение: прием внутрь 30 мл метанола может привести к смерти. Такая токсичность обусловлена действием формальдегида - продукта его превращения. Метанол окисляется под действием фермента печени - алкогольдегидрогеназы. Один из методов лечения при отравлении метанолом состоит в том, что больному назначают внутрь или внутривенно этанол в дозах, которые вызывают интоксикацию у здорового человека. Объясните, почему такое лечение эффективно?
Задача 16
Фермент лактатдегидрогеназа (ЛДГ) имеет 5 изоферментов и катализирует обратимую реакцию превращения пирувата в лактат. В таблице приведены величины Км для пирувата. В культуре клеток показано, что при снижении парциального давления кислорода в тканях повышается синтез М-субъединиц, а синтез Н-субъединиц практически не меняется. Объясните роль изоферментов ЛДГ в регуляции метаболизма. Как меняется состав изоферментов ЛДГ при недостатке кислорода? В каком направлении идет лактатдегидрогеназная реакция в этих условиях?
-
ИЗОФЕРМЕНТЫ
Км
ЛДГ1 (Н4)
8,9х10-3М
ЛДГ3 (Н2М2)
5,2х10-3М
ЛДГ5 (М4)
3,2х10-3М
Задача 17
Известно, что употребление в пищу сырых яиц может вызвать гиповитаминоз витамина Н. В составе яиц содержится белок авидин, который способен взаимодействовать с витамином Н и препятствовать его всасыванию в желудочно-кишечном тракте. Объясните, почему вареные яйца таким эффектом не обладают?
Задача 18
Предположите, какой принцип положен в основу диагностики заболеваний органов человека с помощью определения активности ферментов в крови. Почему, выявляя активность некоторых ферментов в крови, можно получить дополнительные объективные данные для постановки диагноза больному (например, инфаркт миокарда, гепатит и т.п.)? Приведите примеры таких ферментов.
Задача 19
Сладкий вкус зёрен в свежесобранных початках кукурузы обусловлен высоким содержанием в них сахара. Кукуруза, которую продают через несколько дней после сбора, имеет более низкую сахаристость, так как около половины свободного сахара в зёрнах превращается в крахмал в течение одного дня хранения. Чтобы сохранить сладкий вкус свежесобранной кукурузы, очищенные початки помещают на несколько дней в кипящую воду (бланшируют), а затем охлаждают в холодной воде. Кукуруза, обработанная таким образом и хранящаяся в замороженном виде, сохраняет свой сладкий вкус. В чём, по Вашему мнению, биологическая основа такой технологии?
Задача 20
Объяснить, почему препараты, содержащие кальций в сочетании с вит. Д эффективнее при восполнении недостатка кальция в организме, чем препараты, содержащие только кальций.
Задача 21
Объясните, почему детям первого месяца жизни, особенно родившимся в осеннее-зимнее время, назначают дополнительный прием витамина Д?
Задача 22
Чем обусловлено использование разных групп витаминов в БАДАх, применяемых в различных целях: омолаживающие и косметические, для улучшения памяти и работы мозга, стимулирующие иммунитет? Для ответа на вопрос перечислите основные функции витаминов и предположите, какие из них используют в данных целях.
Задача 23
Известно, что витамины, предназначенные для беременных, содержат очень малые дозы витамина А, или не содержат его вовсе. Прием ретинол-содержащих препаратов беременным строжайше запрещён. Объясните это.
Задача 24
На рисунке представлена схема белка, состоящего из одной полипептидной цепи и имеющего активный центр, а также структуры четырех лигандов.
Выберите из четырех представленных лигандов один, который с наибольшей вероятностью будет взаимодействовать с активным центром белка. Для этого:
А) напишите формулы аминокислот, входящих в состав активного центра;
Б) объясните, чем обусловлена специфичность связывания белка с лигандом;
В) укажите, какие связи возникают между выбранным вами лигандом и активным центром;
Г) дайте определение активного центра белка и объясните, на каком уровне структурной организации он формируется; укажите, какую роль играет активный центр в формировании белка;
Д) объясните значение первичной структуры белка в формировании активного центра и приведите примеры влияния изменения первичной структуры белков на их активность.