1. Основная функция белка гемоглобин А (HbA) – транспорт кислорода к тканям. В популяции людей известны множественные формы этого белка с измененными свойствами и функцией – так называемые аномальные гемоглобины. Например, установлено, что гемоглобин S (HbS), обнаруженный в эритроцитах больных серповидно-клеточной анемией, имеет низкую растворимость в условиях низкого парциального давления кислорода (как это имеет место в венозной крови). Это приводит к образованию агрегатов данного белка. Белок утрачивает свою функцию, выпадает в осадок, а эритроциты приобретают неправильную форму (некоторые из них образуют форму серпа) и быстрее обычного разрушаются в селезенке. В результате развивается серповидноклеточная анемия. Единственное различие в первичной структуре HbA и HbS обнаружено в N-концевом участке β-цепи гемоглобина. Сравните N-концевые участки β-цепей и покажите, как изменения в первичной структуре белка влияют на его свойства и функции.

	1	2	3	4	5	6	7	8
HbA:	Вал-	Гис-	Лей-	Тре-	Про-	Глу--	Глу-	Лиз-
0	1	2	3	4	5	6	7	8
HbS:	Вал-	Гис-	Лей-	Тре-	Про-	Вал-+	Глу-	Лиз-

+1

Для этого:

а) напишите формулы аминокислот, по которым различаются HbA и HbS; сравните свойства этих аминокислот (полярность, заряд).

б) сделайте вывод о причине снижения растворимости HbS и нарушении транспорта кислорода в ткани.

Гемоглоби́н S (Hemoglobin S, HbS) — это особая мутантная форма гемоглобина, образующаяся у больных с серповидно-клеточной анемией и склонная к кристаллизации вместо образования нормальной четвертичной структуры и растворения в цитоплазме эритроцита.

А) Глутаминовая кислота Валин

( -СН2-СН2-СООН) СН3

(-СН )

Заряд отрицательный

анионная СН3

заряд ноль

гидрофобный

В гемоглобине S имеется единичная аминокислотная замена по сравнению с нормальным гемоглобином Α: L-глутаминовая кислота в 6-й позиции β-цепи глобина замещена на L-валин. Поскольку валин имеет неполярный радикал, располагающийся на поверхности молекулы, в результате этой замены растворимость гемоглобина резко падает.

Причина аминокислотной замены — единичная замена нуклеотида (А на Т).

Б) Гемоглобин S обладает пониженной стойкостью к разрушению и пониженной кислород-транспортирующей способностью, а заполненные им (или смесью нормального гемоглобина А и гемоглобина S) эритроциты имеют более короткий срок жизни и быстрее разрушаются в печени или селезенке. Это дает преимущество гетерозиготам в районах с высокой смертностью от малярии, так как мерозоиты малярийного плазмодия не успевают закончить свое развитие в таких эритроцитах.

Эритроциты, несущие гемоглобин S, деформируются из-за кристаллизации гемоглобина в них, приобретают серповидную форму, теряют пластичность мембраны и способность проходить через мелкие капилляры. Застревая в капиллярах, такие эритроциты разрушаются и образуют тромбы, вследствие чего развивается хроническая капилляропатия.

2. Для диагностики некоторых заболеваний в биологических жидкостях определяют активность фермента лактатдегидрогеназы (лдг):

а) напишите реакцию, которую катализирует ЛДГ;

ЛДГ катализирует передачу восстановительного эквивалента от лактата на НАД+ (NАD+) или от НАДН (NADH) на пируват.

б) укажите субстрат, кофермент и витамин: (сыворотка крови или лактат), кофермент NAD, витамин-предшественник PPили B3;

в) при какой температуре протекает реакция;

температура 37-38 °С;

г) объясните, по какому параметру можно оценить скорость ферментативной реакции;

по удельной активности (как быстро исчезает исходное вещество и образуется продукт)

д) рассчитайте активность ЛДГ в крови пациентов в единицах МЕ/л по приведенным в таблице данным, сделайте вывод: у кого из пациентов активность выше.

Параметры	Пациент 1	Пациент 2
Исходное количество субстрата, взятое в реакцию, мкмоль	40	40
Объем сыворотки крови пациента, мл	5	5
Время инкубации, мин	10	10
Количество субстрата, оставшееся после проведения реакции, мкмоль	31	4

Кол-во превращенного субстрата(мКмоль)

Удел.Актив= Время(мин) * кол-во белка(мл)

Пациент 1:

40-31 мКмоль

Удел.Актив= = 180 МЕ\л

10мин* 0,005л

Пациент 2:

40-4 мКмоль

Удел.Актив= = 720 МЕ\л

10мин* 0,005л

3. Человек относится к гомойотермным (температура поддерживается на постоянном уровне) живым организмам. В медицине в некоторых случаях для лечения используют экстремальные температуры. В частности, гипотермические условия используются при проведении продолжительных операций (особенно на головном мозге и сердце), гипертермические условия используются с целью коагуляции тканей. Объясните правомерность данных подходов с точки зрения энзимологии. Для ответа:

а) укажите, какая температура оптимальна для большинства ферментов человека; 37-38

б) нарисуйте график зависимости скорости ферментативных реакций от температуры; Правило Вант-Гоффа для ферментативных реакций справедливо лишь при 50-60 градусах, при более высоких ускоряется денатурация.

в) объясните необходимость проведения длительных оперативных вмешательств в гипотермических условиях;

устойчивость тканей к повреждению при снижении температуры замедляют ферментативные реакции

г) опишите, на чем основан метод термической коагуляции тканей;

Коагуляция(объединение мелких диспергированных частиц в бо́льшие по размеру агрегаты) тканей осуществляется в результате локального нагрева ткани высокочастотным током. При этом происходит необратимое свертывание (денатурация) тканей белков, что приводит к коагулированию мелких сосудов для обеспечения гемостаза. 

д) укажите последствия воздействия критических температур на человека.

При повышении температуры – денатурация белка

При пониженной – обморожение и некроз тканей

4. Больная 35 лет обратилась в клинику с жалобами на воспалительные процессы слизистой оболочки ротовой полости, мышечную усталость, конъюктивит. Больная в течение длительного времени питалась однообразно, исключая из своего рациона такие продукты, как печень, рожь, молоко, дрожжи. Врач диагностировал гиповитаминоз В₂. Объясните причины наблюдаемых симптомов. Для этого:

а) назовите коферменты, образующиеся из витамина В₂;

флавиновые коферменты FMN и FAD

б) укажите, в каких реакциях принимают участие данные коферменты;

отщепление двух протонов и двух электронов при окислении субстрата(донора протонов- D) которые присоединяются к коферменту)

принимают участие в ОВР и дегидрировании

в) напишите формулы активной части данных коферментов в окисленной и восстановленной формах;

г) приведите примеры реакций с участием этих коферментов.

5. Пожилая женщина, проживающая в доме для престарелых и не получающая полноценного питания, обратилась к врачу с жалобами на трудности при ходьбе, онемение и судороги в ногах. В крови наблюдалась повышенная концентрация пировиноградной и молочной кислот. Врач диагностировал гиповитаминоз В₁. Объясните причины наблюдаемых симптомов. Для этого:

а) назовите кофермент, образующийся из витамина В₁;

тиаминдифосфат ТДФ

б) укажите, в каких реакциях принимает участие данный кофермент;

декарбоксилирование и реакции a-кетакислот.

в ) напишите формулу активной части данного кофермента в окисленной и восстановленной формах;

г) приведите пример реакции с участием этого кофермента.

Прямое декарбоксилирование пвк

6. При исследовании скорости реакции превращения дипептида под действием пептидазы тонкого кишечника были получены следующие результаты: максимальная скорость реакции под действием данного фермента составляет 40 мкмоль/мин∙мг, константа Михаэлиса K_m = 0,01 мкмоль/мг. Используя данные задачи:

а) напишите схему реакции, определите класс фермента, назовите связь, которую он разрушает в субстрате;

гидралаза, пептидная связь, дипептид

H 2N-CH-CO-NH-CH-COOH+H2O H2N- CH-COOH+ NH2-CH-COOH

R1 R2 R1 R2

б) нарисуйте график зависимости скорости реакции от концентрации субстрата и ответьте на вопрос задачи;

в) дайте определение К_m, укажите зависимость между величиной К_m и сродством фермента к субстату;

Км – константа Михаэлиса, она показывает сродство фермента к субстрату. Чем меньше ее значение, тем больше сродство

г) при какой концентрации субстрата скорость реакции равна 10 мкмоль/мин∙мг?

VmaxS 40S

V= Km+S = 0,01 S = 10

0,01+10S=40S

0,01=40s-10s

0,01=30s

S= 0,00333

7. В клинику поступил ребенок с диареей, наблюдающейся после кормления молоком. Для установления диагноза провели тест на толерантность к лактозе. Больному натощак дали 50 г лактозы, растворенной в воде. Через 30, 60 и 90 минут в крови определяли концентрацию глюкозы. Результаты показали, что концентрация глюкозы в крови не увеличилась. Приведите возможные причины полученных результатов, аргументируйте их. Для этого:

а) напишите схему реакции переваривания лактозы в кишечнике, укажите фермент, его класс, место действия;

+H2O

Л актоза глюкоза+галактоза.

Фермент – лактаза (гидралазы) в тонком кишечнике

б) укажите концентрацию глюкозы в крови в норме, объясните, почему концентрация глюкозы в крови после нагрузки лактозой не увеличивается;

3,3-5,5 ммоль\г. Концентрация не увеличивается, потому что при отсутствии гидралазы не расщепляется лактаза

в) будет ли наблюдаться у этого пациента непереносимость кисломолочных продуктов, ответ обоснуйте.

Нет, т.к. в кисломолочных продуктах происходит молочное брожение глюкозы будет образовываться молочная кислота

8. Во время экзамена у студента содержание глюкозы в крови оказалось равным 7 ммоль/л. Объясните причину наблюдаемого изменения содержания глюкозы в крови студента, если он позавтракал за 4 часа до экзамена. Для ответа:

а) укажите концентрацию глюкозы в крови в норме;

3,3-5,5 ммоль\г

б) назовите гормон, концентрация которого повышается в крови студента в данной ситуации;

Увеличение уровня глюкозы в крови возникает при действии нескольких гормонов. Это глюкагон, продуцируемый альфа-клетками островковой ткани поджелудочной железы;

адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников;

глюкокортикоиды — гормоны коркового слоя надпочечника; соматотропный гормон гипофиза; тироксин и трийодтиронин — гормоны щитовидной железы.

в) напишите схему процесса, который активируется в печени этим гормоном и укажите регуляторный фермент.

Гликоген

г люкагон

а дреналин

Глюкоза- 1-фосфат

Глюкоза- 6-фосфат. Глюкоза кровь мозг и другие ткани

Глюкоза -6 – фосфатаза- регуляторный фермент

9. Мормоны, проживающие в двух населенных пунктах США – Хилдале (штат Юта) и Колорадо-Сити (Аризона), продолжают придерживаться полигамии и одобряют браки между близкими родственниками. Последнее обстоятельство – причина высокого распространения в общине фумаровой ацидурии. Заболевание вызвано дефицитом фумаразы. Основной биохимический признак заболевания – высокая экскреция с мочой фумаровой кислоты, которая в десятки раз превышает контрольные значения. В моче больных детей в больших количествах могут присутствовать и другие органические кислоты: α-кетоглутаровая, янтарная, лимонная, иногда яблочная, в крови повышено содержание лактата и пирувата. Клинические проявления органических ацидурий, как правило, неспецифичны и заключаются в задержке нервно-психического и двигательного развития, судорожных пароксизмах, резистентных к назначаемым антиконвульсантам, и дисметаболических кризах, характеризующихся эпизодами летаргии и рвоты. Почему недостаточная активность этого фермента приводит к таким клиническим проявлениям?

а) представьте схему процесса с участием фумаразы;

Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат).

б) опишите его роль в метаболизме клеток;

Заболевание обусловлено дефицитом фумаразы - фермента, который осуществляет перевод фумаровой кислоты в яблочную в цикле трикарбоновых кислот Кребса

в) объясните причину повышения в крови больных уровня молочной, пировиноградной кислот, представьте соответствующие схемы.

 Причина накопления молочной кислоты – недостаток кислорода, что вызывает восстановление пировиноградной кислоты в молочную с участием кофермента НАДН.

10. Превращение пирувата в лактат – обратимая реакция, которая катализируется ферментом лактадегидрогеназой (ЛДГ), являющейся олигомером. Существует несколько изоформ ЛДГ, локализованных в различных органах. В мышце сердца изофермент ЛДГ (Н4) преимущественно катализирует реакцию превращения лактата в пируват. Объясните роль этого изофермента в метаболизме сердечной мышцы. Для этого:

а) напишите реакцию, катализируемую данным изоферментом в сердце; Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) катализирует обратимое окисление L-лактата в пируват, используя NAD+ в качестве акцептора водорода.

б) напишите схему процесса, обеспечивающего включение продукта этой реакции в дальнейший путь окисления до СО₂ и Н₂О в сердце, и рассчитайте энергетический эффект процесса;

П ВК (декарбоксилирование)

ЦТК

СО2 Н2О

АТФ

цтк

А цетил-КоА 3NAD*H2

1FAD*H2

1АТФ 3*3=9АТФ

1 АТФ 1*2=2

12 АТФ

П ВК ацетил КоА 12 атф

1 НАД*Н2 3 атф

15 атф

в) укажите, какие органы и клетки поставляют субстрат реакции в п. (а) в кровь в состоянии покоя и в начальный период интенсивной работы.

Продукт анаэробного гликолиза:

из эритроцитов = в покое

Из мышц= при физ нагрузках

11. Больной сахарным диабетом жалуется на постоянную жажду, потребление большого количества воды (полидипсия), увеличение количества мочи (полиурия), постоянно повышенный аппетит. Объясните, почему сохраняется чувство голода, хотя потребляется большое количество пищи (полифагия), а в крови повышено содержание глюкозы? Дефицит инсулина, глюкоза не попадает в клетку.

Поджелудочная железа теряет способность вырабатывать достаточно инсулина. Клетки не понимают что в крови достаточно глюкозы и не принимают её внутрь.

Уровень глюкозы остается высоким в то время, как клетки «голодают».

В норме почки не пропукают глюкозу в мочу. Однако когда избыток глюкозы начинает выходить с мочой= высокая конц глюкозы в моче.

Глюкоза вслед за собой вытягивает из организма воду= чувство жажды, увеличение количества мочи.

12. В суспензию митохондрий добавили 0,6 ммоль/мл малата и 0,3 ммоль/мл АДФ. Поглощение кислорода, начавшееся сразу после добавления малата и АДФ, через некоторое время прекратилось. Почему? Затем к пробе добавили раствор цитоплазматических ферментов (гексокиназы и других), а также глюкозы, при этом поглощение кислорода вновь началось. Почему?

8 реакция ЦТК.

Восстанавливается НАД → полная цепь переноса электронов → 3 молекулы АТФ. Реакция прекратилась из-за недостатка АДФ. После добавления гексокиназы началась реакция «гексокиназная ловушка».

13. Студент, который по вечерам предпочитает лежать на диване, третий день ничего не ест, чтобы похудеть, и с завистью смотрит на брата, который после двадцатиминутной пробежки, поужинал и теперь смотрит телевизор. Укажите отличия в обмене углеводов и жиров у этих братьев. При пассивном отдыхе – из углеводов синтезируется жир. При пробежке – липолиз.

Не ест третий день – усиливается распад жира.