Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия патологических процессов. Практикум
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Оренбургский государственный университет»
Е.В. Бибарцева, О.А. Науменко, Е.С. Барышева
БИОХИМИЯ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
Практикум
Рекомендовано ученым советом федерального государственного
бюджетного образовательного учреждения высшего образования
«Оренбургский государственный университет» для обучающихся по
образовательной программе высшего образования по направлению
подготовки 06.03.01 Биология
Оренбург
2024
УДК 577.1:616(075.8) 616(076.5)
Бибарцева, Е.В.
Биохимия патологических процессов [Электронный ресурс]:
практикум / Е.В. Бибарцева, О.А. Науменко, Е.С. Барышева;
Оренбургский гос. ун-т. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 1,4
Мб). – Оренбург: ОГУ, 2024. – 1 электрон. опт. диск (CD-R): зв.,
цв.; 12 см. – Системные требования: Intel Core или аналогич.;
Microsoft Windows 7, 8, 10; 512 Mб; монитор, поддерживающий
режим 1024х768; мышь или аналогич. устройство. – Загл. с
этикетки диска.
ISBN 978-5-7410-3236-7
Данный практикум содержит руководство к практическим
занятиям по дисциплине «Биохимия патологических процессов»
обязательной части учебного плана для обучающихся по
образовательной программе высшего образования, направления
подготовки 06.03.01 Биология, профиль подготовки
«Биохимия», в соответствии с требованиями рабочей
программы.
ББК 28.707.2я73+52.5я738.072я7+52.5я7
Б59
Рецензент - доцент, кандидат биологических наук Е.С. Алешина
Б 59 59
УДК 577.1:616(075.8)
ББК 28.707.2я73+52.5я73
© Бибарцева Е.В.,
Науменко О.А.
Барышева Е.С.,2024
ISBN 978-5-7410-3236-7 © ОГУ, 2024
2
Содержание
Введение ............................................................................................................... 4
1 Практическое занятие по теме: «Типовые патологические процессы: некроз,
апоптоз»................................................................................................................ 5
2 Практическое занятие по теме: «Биохимические основы процессов
воспаления» ................................ ................................ ................................ ........ 17
3 Практическое занятие по теме: «Биохимические основы канцерогенеза» ...... 30
4 Практическое занятие по теме: «Патологические процессы сердечнососудистой системы. Основные лабораторные показатели и методы
диагностики» ................................................................................................ ...... 41
5 Практическое занятие по теме: «Основы молекулярной патологии ЦНС.
Концепция гематоэнцефалического барьера» .................................................... 55
6 Практическое занятие по теме: «Биохимические нарушения при некоторых
почечных синдромах» ................................ ................................ ........................ 65
7 Практическое занятие по теме: «Физико-химические особенности, изменения,
связанные с патологическими процессами крови» ............................................ 76
Список использованных источников.................................................................. 94
3
Введение
Данное учебное пособие составлено в соответствии с требованиями
рабочей программы по биохимии патологических процессов и предназначено
для освоения раздела «Биохимия патологических процессов» студентами
университета, обучающихся по направлению подготовки 06.03.01 Биология,
профиль подготовки «Биохимия». Пособие представлено следующими
разделами: «Оглавление», «Введение», а также основные восемь глав, в
которых приведены основные представления о типовых патологических
процессах: некроз, апоптоз, перекисное окисление липидов. А также отражены
общие сведения о биохимических особенностях строения, метаболизма,
формирование патологических изменений в крови, соединительной, костной,
мышечной и нервной тканей. Описаны патохимические особенности обмена
веществ в почках, молекулярные основы канцерогенез. Обучающиеся имеют
возможность ознакомиться с современным состоянием биохимических проблем
специализированных тканей в самых различных аспектах.
Для подготовки к практическим занятиям, контроля и самоконтроля
приобретенных знаний в конце каждого раздела, посвященному практическому
занятию, приведены вопросы для самоподготовки, задания, а также
предусмотрено решение студентами ситуационных задач. Информация,
необходимая для решения заданий и ситуационных задач, представлена в
данном пособии, а также в списках рекомендованной литературы.
Предлагаемое учебное пособие способствует лучшему усвоению
учебного материала обучающимися. Это обеспечивают доступный
пояснительный текст, рисунки, схемы реакций, таблицы, предложенные
задания для самостоятельного выполнения.
4
1 Практическое занятие по теме: «Типовые патологические
процессы: некроз, апоптоз»
Цели обучения :
- общая: создать основы для представления о патогенетических
механизмах апоптоза, некроза, окислительных процессах, обобщить
патохимические характеристики.
- учебная: участие в формировании компетенций ПК-1, ОПК-5.
Студент должен знать:
1 Современные представления о строении мембран. Свойства и
функции мембран. Характеристика мембранных белков, липидов, углеводов
мембран.
2 Биохимические характеристики апоптоза, некроза.
3 Процесс апоптоза в физиологических и патологических условиях.
4 Биохимические, морфологические характеристики апоптоза и
некроза.
5 Общая характеристика антиоксидантной системы.
Студент должен уметь:
1. Использовать полученные знания для анализа молекулярных
механизмов возникновения патологических изменений в очаге поражения.
2. Применить приобретенные знания для биохимического лабораторного
контроля.
План изучения темы:
1. Понятие болезнь, патологический процесс.
2. Биохимические проявления апоптоза и некроза. Основные отличия.
3. Роль гибели клеток в физиологических и патологических процессах
4. Морфологические признаки апоптоза. Молекулярные механизмы,
определяющие гибель клетки
5
5. Реакции перекисного окисления липидов. Последствия.
6. Клеточные системы защиты от перекисного окисления липидов.
7. Современные методы изучения интенсивности свободно-
радикальных процессов.
8. Активные формы кислорода – генерация и повреждение тканей.
Классификация антиоксидантов.
9. Характеристика механизма действия антиоксидантов. Показатели
антиоксидантной активности.
Основные понятия и положения темы:
Апоптоз - программированная клеточная гибель, энергетически
зависимый, генетически контролируемый процесс, который запускается
специфическими сигналами и избавляет организм от ослабленных, ненужных
или повреждённых клеток. Процесс деления клетки является фактором риска
возникновения апоптоза. Поэтому апоптоз как патологический процесс
возможен в интенсивно делящихся клетках, что дополнительно стимулируют
физические факторы воздействия. Примером являются эпителиальные и
кроветворные клетки.
Запрограммированная клеточная гибель это биохимически
специфический тип гибели клетки, который характеризуется активацией
нелизосомных эндогенных эндонуклеаз, которые расщепляют ядерную ДНК на
маленькие фрагменты. Морфологически апоптоз проявляется гибелью
единичных, беспорядочно расположенных клеток, что сопровождается
формированием округлых, окруженных мембраной телец (“апоптотические
тельца”), которые тут же фагоцитируются окружающими клетками.
Апоптоз – энергозависимый процесс, посредством которого удаляются
нежелательные и дефектные клетки организма. Он играет большую роль в
морфогенезе и является механизмом постоянного контроля размеров органов.
При снижении апоптоза происходит накопление клеток, пример – опухолевый
6
рост. При увеличении апоптоза наблюдается прогрессивное уменьшение
количества клеток в ткани, пример – атрофия.
Различают два молекулярных механизма апоптоза: митохондриальный
или внутренний и опосредованный рецепторами смерти или внешний.
Процесс апоптоза возможно четко определить при помощи электронной
микроскопии. Данный вид микроскопии позволит четко определить
морфологические признаки данного процесса. Определяются характерные
признаки в клетке, подвергающейся апоптозу:
1.Сжатие клетки.
2.Конденсация хроматина.
3.Формирование в цитоплазме полостей и апоптотических телец.
4.Фагоцитоз апоптотических телец.
Данные морфологические изменения происходят на соответствующих
стадиях клеточной гибели. Выделяют 4 стадии: запуск процесса,
программирование, затем выполнение программы и удаление погибшей клетки.
Определена роль апоптоза в физиологических и патологических
процессах:
Определенная клеточная смерть во время эмбриогенеза;
Обратное развитие некоторых органов во взрослом состоянии, имеющее
гормональную зависимость;
Удалении некоторых клеток при клеточной пролиферации;
Разрушение некоторых клеток в новообразованной ткани;
Разрушение некоторых клеток иммунной системы;
Обратное патологическое развитие некоторых органов, имеющих
гормональную зависимость;
Гибель клеток, вызванных действием цитотоксических Т-клеток;
Повреждение клеток при ряде вирусных заболеваниях;
Гибель клеток при воздействии некоторых повреждающих факторов,
действующих в небольших дозах (таблица 1).
7
Апоптоз
Некроз
Делеция отдельных клеток
Гибель группы клеток
Уменьшение размера клеток
Набухание клетки
Пикноз, конденсация и
фрагментация хроматина
Кариолизис
Длительное сохранение целостности
клеточной мембраны
Раннее нарушение целостности
мембраны клеток
Лизосомы интактны
Утечка содержимого лизосом
Митохондрии, ЭПС, аппарат
Гольджи не восприимчивы
Увеличение в обьеме митохондрий,
приток в эти органеллы кальция; ЭПС,
аппарат Гольджи увеличиваются в
объеме и диспергируются
Изменение экспрессии генов р53, сfos; c- myc; c- jun; Fas; bcl – 2 и др.
Экспрессия генов не изменяется
Синтез белка и РНК блокируется
циклогексимидом, актиномицином
Ингибиторы синтеза белка не оказывают
влияния
Повышение активности эндонуклеаз
Нарушение регуляции ионного
гомеостаза
Таблица 1 - Морфохимические характеристики апоптотической и
некротической гибели клеток
Процесс некроза не всегда является патологическим процессом, имеет
место быть при физиологической регенерации, например, в слизистой оболочке
желудочно-кишечного тракта. В основе изменений, развивающихся в очаге
некроза, лежит угасание анаболических и нарастание катаболических
процессов. При этом наблюдается разобщение дыхания и фосфорилирования,
перераспределение ионов, денатурация и коагулирование белка, исчезновение
гликогена, инактивация ферментов, а в ряде случаев под влиянием ферментов
8
микроорганизмов происходит разрушение клеточных структур и последующее
удаление продуктов распада. Процесс повреждения клеток при некрозе имеет
несколько фаз. Инициирует процесс ишемия, которая ведет к снижению
притока артериальной крови, а следовательно, снижение концентрации
кислорода.
Продукты обмена из очага ишемии выводятся медленно, при этом
структурные нарушения еще не наблюдаются. Если ишемия продолжается, то
снижение кислорода, который является конечным акцептором электронов в
системе транспорта по дыхательной цепи, приводит к прекращению создания
градиента протонов. Затем, резко ограничивается поток ионов кальция в
митохондрии, ионы натрия прекращают выход из митохондрий и в итоге
останавливается синтез АТФ. В результате активации гликолиза, увеличивается
концентрация лактата, а содержание субстратов для цикла трикарбоновых
кислот уменьшается. Но на этом этапе возможно восстановление. В результате
снижения синтеза АТФ усиливается конденсация матрикса митохондрий,
задерживающиеся ионы натрия привлекают воду. Итогом этих изменений
является деформация крист и изменение объема органеллы. Другие составные
части клетки также претерпевают изменения: повышается проницаемость
эндоплазматического ретикулума, хроматин в ядре перераспределяется.
Данные изменения усугубляются снижением рН. Но при восстановлении
кровоснабжения патологического участка еще возможно восстановление
структур клетки. Если ишемия продолжается, то метаболические изменения
усугубляются и по мере вовлечения лизосом, катаболизм нарастает.
Концентрация ионов внутри и вне клетки выравнивается, из мембраны
митохондрий исчезают фосфолипиды (фосфатидилхолин и фосфатидилсерин),
от мембраны эндоплазматического ретикулума отсоединяются рибосомы.
Лизосомы набухают, появляются признаки фрагментации мембраны.
Дальнейшее разрушение приводит к разрушению ДНК, белков и РНК. Из
лизосом высвобождаются гидролазы, их работа усиливается кислой средой
9
(4,0-5,0). Разрушаются все структуры клетки. При влиянии различных факторов
последовательность стадий не меняется, может меняться только скорость
процессов.
Процесс продолжается в виде дезинтеграции клеточных структур.
Помимо морфологических изменений активно усугубляется химическое
состояние клетки. Увеличение концентрации неорганического фосфата,
аминокислот, выход гидролаз из лизосом, снижение рН среды до 5,0 и ниже
усиливается и ускоряется при повышении температуры (37 °С), что имеет
научное подтверждение.
Путей возникновения некроза существует много. Но значимых всего
пять, а именно:
1 Дефицит аденозинтрифосфата;
2 Соединение убихинона с белками клетки;
3 Образование активных форм кислорода;
4 Нарушение метаболизма кальция;
5 Утрата избирательности транспорта через клеточные мембраны.
Убихинон находится во всех эукариотических клетках, синтез
инициируется повреждением (рисунок 1). Так называемый «вездесущий хинон»
был получен из сердца быка в 1957 году доктором Фрейдом Крейном.
Рисунок 1 – Структура убихинона
К 1978 году убихинон определен как незаменимый клеточный компонент.
По классификации относится к витаминоподобным веществам, синтез
инициируется различными повреждающими факторами из аминокислоты
тирозин. В процессе принимают участие витамины группы В, фолиевая и
пантотеновая кислоты и некоторые микроэлементы. Процесс синтеза сложный,
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]