Модуль 5. Обмен нуклеотидов. Матричные биосинтезы

Задача 1

Пациент жалуется на повторяющиеся приступы острого воспаления суставов (чаще всего мелких). Под кожей у больного выявлены образования в виде подагрических узлов и образование камней в мочевыводящей системе.

1. Укажите возможную причину вызываемых симптомов, название болезни.

2. Какие биохимические показатели нужно определить для уточнения диагноза?

3. Назовите причины данного заболевания и пути его коррекции.

Задача 2

После внутривенного введения животным ¹⁵N-аспартама радиоактивная метка появляется в составе нуклеиновых кислот разных органов и тканей. Изобразите пуриновые и пиримидиновые основания, которые входят в состав ДНК и РНК и укажите, какие атомы будут содержать метку.

Задача 3

Во время обследования и лечения больных с тяжелым приступом подагры врачи используют так называемую бес пуриновую диету. Какие из перечисленных ниже продуктов могут быть использованы в данной диете, а какие должны быть исключены:

1. мясо 6. рыба

2. яблочный сок 7. молоко

3. кофе 8. овощи

4. фрукты 9. фруктовый кисель

5. чай 10. кисломолочные продукты (кефир, сметана, творог)

Задача 4

В клинике, куда пациент поступил с жалобами на острые боли в области мелких суставов, у него была диагностирована подагра и назначена лечение аллопуринолом. Рассмотрите внимательно структуру аллопуринола. Почему аллопуринол облегчает состояние больного. Объясните механизм действия аллопуринола. Укажите, какое вещество будет конечным продуктом катаболизма пуринов при лечении этим препаратом.

Задача 5

В печени крысы есть фермент, в полипептидную цепь которого входит 192 аминокислотных остатка. Этот фермент кодируется геном, включающим 1440 пар оснований. Объясните взаимосвязь между числом пар оснований в соответствующем гене и числом аминокислот в белке-ферменте.

Задача 6

Ростовые факторы стимулируют клетку к вступлению в G1-фазу клеточного цикла, в ходе которой индуцируется синтез ферментов, катализирующих образование дезоксирибонуклеотидов из рибонуклеотидов. Какие ферменты участвуют в их образовании? Ответ проиллюстрируйте соответствующими схемами.

Задача 7

В составе РНК-содержащих вирусов ДНК нет, в них присутствует лишь РНК, которая выполняет роль вирусной хромосомы. Это значит, что в таких вирусах гены находятся в РНК, а не в ДНК. Опровергает ли это центральную догму молекулярной генетики? Обоснуйте свой ответ.

Задача 8

ДНК-полимеразы могут выявлять и исправлять ошибки, тогда как РНК-полимеразы такой способностью, по-видимому, не обладают. Поскольку ошибка даже в одном основании как при репликации, так и транскрипции может привести к ошибке в синтезе белка, можете ли Вы дать биологическое объяснение этому поразительному различию?

Задача 9

Синдром Леша-Нихена наследственное заболевание, обусловленное резким снижением или отсутствием в организме фермента гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы. Заболевание проявляется умственной отсталостью, агрессивностью поведения и нанесением больными себе травм из-за сильных болей в области кончиков пальцев рук и ног.

1. Напишите реакции реутилизации гуанина и гипоксантина, которые практически не протекают у больных с этим заболеванием.

2. Будет ли наблюдаться гиперурикемия в этом случае?

Задача 10

При наследственной оротацидурии нарушается метаболизм пиримидиновых нуклеотидов. Это приводит к резкому отставанию в умственном и физическом развитии, нарушению процессов кроветворения. С мочой больных выводится до 1,5 гр. оротовой кислоты в сутки. Укажите метаболиты, с помощью которых можно устранить «пиримидиновый голод» при этой патологии.

Задача 11

Больной поступил в клинику с приступом почечной колики. Со слов больного известно, что у него периодически бывают приступы болей в большом пальце правой ноги. Наблюдается урикемия и урикурия. Дополнительные исследования позволили выявить снижение активности гуанин-гипоксантин-фосфорибозил-трансферазы в крови. Объясните причину обнаруженных у больного патологических симптомов. Скорость каких реакций обмена пуринов будет возрастать в этих условиях и почему?

Задача 12

Добавки глутамина в пищу больным, находящимся в истощенном состоянии, и новорожденным с низкой массой тела при рождении оказывают благоприятное действие и способствует улучшению состояния. Объясните причины, по которым это вещество ускоряет образование нуклеиновых кислот и белков в организме больных. Приведите схемы источников атомов С и N в пуриновом и пиримидиновом гетероциклах, обозначив на них глутамин.

Задача 13

Аденозинтрифосфат натрия (АТФ) – лекарственное средство, применяемое при мышечной дистрофии, полиомиелите, рассеянном склерозе, заболеваниях периферичеcких сосудов, ИБС и других состояниях. Раствор аденозинтрифосфата натрия вводят в/м и в/в струйно. Составьте схему, объясняющую, почему пероральное введение данного препарата будет неэффективно.

Задача 14

В клетке эукариотов имеется несколько десятков тРНК и несколько десятков тысяч мРНК. Чем объяснить такое различие в количестве разных типов нуклеиновых кислот? Для ответа на этот вопрос поясните, как это различие связано с функциями молекул в клетках.

Задача 15

В эксперименте была проведена модификация гистонов путем ферментативного присоединения фосфатных групп. При фосфорилировании гистонов наблюдали увеличение скорости ДНК-зависимого синтеза РНК. Объясните причины данного повышения скорости процесса.

Задача 16

В парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрипции гена кальцитонина и последующих ковалентных модификаций образуется мРНК, участвующая в синтезе гормона кальцитонина. В головном мозге из того же первичного транскрипта после посттранскрипционных модификаций формируется мРНК, участвующая в синтезе кальцитонинподобного белка, ответственного за вкусовое восприятие. Каким образом из одного и того же первичного транскрипта возможно образование разных “зрелых” мРНК? Для ответа на этот вопрос поясните, каким модификациям подвергается синтезированная нуклеиновая кислота, чтобы служить матрицей для последующего синтеза белка?

Задача 17

В химиотерапии опухолей широко используется антибиотик дауномицин, который внедряется между основаниями ДНК, и аналог фолиевой кислоты – метотрексат. Активность каких синтетических процессов снижается при использовании этих препаратов?

Задача 18

Сколько богатых энергией фосфатных связей затрачивается на синтез белка из 200 остатков, если исходить из готовых аминокислот?

Задача 19

Действие стероидного гормона кортизола на печень приводит к увеличению синтеза ключевых ферментов, участвующих в синтезе глюкозы. Какой матричный процесс индуцирует кортизол? Для ответа на вопрос составьте схему происходящих процессов от поступления гормона в клетку до синтеза белков-ферментов глюконеогенеза (включить все этапы синтеза белка).

Каким модификациям подвергается вновь синтезированная рибонуклеиновая кислота, чтобы служить матрицей для последующего синтеза белка?

Задача 20

В больницу обратилась молодая женщина с жалобами на состояние общего дискомфорта, мышечную слабость, насморк, плохо поддающийся лечению. При анализе крови были обнаружены ВИЧ-антитела и поставлен диагноз СПИД. Для лечения больной была рекомендована химиотерапия с использованием азотимидина (AZT), а также искусственные дидезоксинуклеозиды – ddI (дидезоксиинозин) и ddC (дидезоксицитозин) следующей структуры (рис. 1):

Азотимидин Дидезоксинуклеозид

Рис. 1. Препараты, применяемые для лечения СПИДа

Почему эти соединения оказывают положительный терапевтический эффект при СПИДе? Каков механизм их ингибирующего влияния на репликацию вируса СПИДа?

Задача 21

Болезнь Гюнтера (эритропоэтическая порфирия) - наследственное заболевание, обусловленное мутацией в гене фермента биосинтеза гема - уропорфириноген III синтазы, катализирующей превращение гидроксиметилбилина в уропорфириноген III. Симптомами данного заболевания являются повышение содержания в эритроцитах (до 25 раз) уропорфириногена III, сопровождающееся снижением в них гемоглобина, фоточувствительность, появлением в моче порфирина (красный цвет мочи), отложением его в дентине и эмали (зубы окрашиваются в красный цвет), значительная деформация сухожилий, ведущая в некоторых случаях к скручиванию пальцев. Причиной данного заболевания является рецессивная мутация гена, расположенного в аутосомной (неполовой) хромосоме 10q25.2-q26.3. В ходе генетического обследования семьи на носительство данной мутации гена методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), при проведении электрофореза, получили результаты, представленные на рис. 2.

Рис. 2. Результат ПЦР обследуемой семьи

Какие выводы можно сделать на основе результатов анализа? Ребенок здоров, болен, является носителем рецессивной мутации гена, приводящей к развитию болезни Гюнтера? При ответе поясните, на чем основан метод ПЦР.

Задача 22

Структурный аналог тимина – 5-фторурацил – оказывает сильное цитостатическое действие, его часто используют в химиотерапию опухолей. Синтез какой нуклеиновой кислоты нарушается в присутствии этого препарата? Укажите, ингибитором какого процесса будет этот препарат.