Лабораторно-практическое занятие № 2

Тема: «БЕЛКИ: СТРУКТУРА И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ».

Мотивация: Основные вопросы темы необходимы для понимания проблем практической и теоретической медицины и фармации:

• протеинопатии как следствие врожденных нарушений структуры и функций белков (гемоглобинопатии, талассемии, ферментопатии);

• влияние негативных факторов загрязнения окружающей среды на структуру и функции белков (экологические аспекты)

• значение методов выделения и очистки белков для разработки способов по­лучения белковых препаратов из природных источников и примене­ние их в профилактике и лечении заболеваний (-глобу­лины, ферменты, интерфероны), в функционировании аппарата “искус­ственная почка” (гемодиализ)

• использование белков в качестве антидотов при пероральном отравлении солями тяжелых металлов

• Определение концентрации белков в тканях и биологических жидкостях с целью диагностики и контроля лечения заболеваний.

Цель обучения, воспитания и развития: Уметь применять знания о структурном и функци­о­нальном многообразии белков для объяснения основных закономер­ностей биологического функционирования белков, причин и следствий изменения белкового состава организма в онтогенезе и при болезнях, природы молекулярных болезней. Применять знания о свойствах белков для их определения и идентификации в биологических жидкостях (кровь, моча, лимфа, ликвор, слюна) с целью диагностики заболеваний и контроля лечения.

Задачи обучения, воспитания и развития: студент должен

1. Знать

• биохимические методы выявления белка в патологической моче,

• принцип работы гемодиализатора

• Белковые фракции крови (альбумин, α₁, α₂, ß, γ-глобулины)

• Содержание общего белка в сыворотке крови

2. Уметь

• объяснять значения терминов: диализ, альбумину­рия, протеинурия, альбуминурия, гипопротеинемия, гиперпротеинемия

• определять белок в патологической моче экспресс-методом

Педагогическое диагностирование исходного уровня ЗУН (тесты):

1. Выберите одно наиболее полное утверждение. Простетическая группа - это:

а) неорганическая часть белка

б) органическая часть белка

в) присоединенное к белку лекарственное вещество

г) лиганд, присоединяемый к белку при функционировании

д) небелковая часть, прочно связанная с молекулой белка

2. Выберите правильный ответ. В процессе функционирования белковые молекулы:

а) сохраняют жестко фиксированную пространственную конформацию

б) происходит существенное изменение пространственной структуры

в) претерпевают небольшие конформационные изменения

3. Выберите правильный ответ. При денатурации белка не происходит:

а) нарушения четвертичной структуры

б) нарушения третичной структуры

в) нарушения вторичной структуры

г) гидролиза пептидных связей

д) диссоциации протомеров

4. Установите соответствие:

1) мономерный белок а. Миоглобин

2) гемопротеин б. Гемоглобин

3) олигомерный белок в. Оба

4) фермент г. Ни один

5. Выберите один неправильный ответ. В гемоглобине S (HbS):

а) на поверхности находится гидрофобная аминокислота

б) нарушения затрагивают α-цепи гемоглобина

в) образуется участок, склонный к агрегации г) содержится 4 гема

6. Выберите правильный ответ. Первичные протеинопатии возникают при

а) отрицательном азотистом балансе

б) дефиците незаменимых аминокислот

в) под действием денатурирующих факторов

г) мутациях

7. Выберите правильные ответы. Белки шапероны:

а) защищают новосинтезированные белки от агрегации

б) принимают участие в ренативации белка

в) катализируют процесс образования дисульфидных связей

г) участвуют в образовании пептидных связей

д) вызывают диссоциацию субъединиц

8. Выберите правильный ответ. Протеинурия – это

а) появление аномальных белков в организме

б) изменение конформации белковой молекулы

в) повышение белка в плазме крови

г) наличие белка в моче

д) нарушение первичной структуры белка

9. Выберите правильный ответ. Изоэлектрическое состояние белка - такое состояние, при котором:

1. Суммарный заряд положительный;

2. Суммарный заряд отрицательный;

3. Суммарный заряд разноименных зарядов равен нулю;

4. Хорошая подвижность белка в электрическом поле

10. Выберите правильный ответ. Какие химические факторы вызывают высаливание белков?

1. Нейтральные соли;

2. Соли тяжелых металлов;

3. Органические кислоты;

4. Минеральные кислоты

Решить задачи:

Задача 1. Врач «скорой помощи» назначил ребенку с отравлением солью ртути яичный белок с последующим промыванием желудка. Объясните тактику врача. Укажите механизм и последствия повреж­дающего действия солей тяжелых металлов на молекулу белка.

Задача 2. Антибиотики пенициллин и неомицин могут оказывать прямое токсическое действие на почки, вызывая изменение лизосом эпителиальных клеток. Высвобождение лизосомальных ферментов приводит к некрозу почечного эпителия. Объясните, какую инфор мацию может дать опре­деле­ние белка в моче у больного с отравлением неомицином? Какие методы определения белка в моче можно применить в данном случае?

Задача 3. В палате интенсивной терапии урологического отделения больной в состоянии уремической комы (уремия - высокое содержание мочевины в крови) подключен к аппарату «искусственная почка». Объясните механизм токсического действия мочевины, принцип работы аппарата «искусственная почка» и необходимость его применения.

Задача 4. После высаливания искомого белка сульфатом аммония получен осадок, содержащий изучаемый белок вместе с солью. Как можно отделить белок от соли? Для ответа объясните

а) с помощью каких методов можно удалить низкомолекулярные примеси из осадка?

б) какие принципы лежат в основе каждого метода?

Задача 5. Пастеризация молока (кратковременное в течение 15-30 мин. выдерживание при температуре 60-70⁰ С) удлиняет сроки сохранности пищевого продукта. Укажите причину створаживания прокисшего молока. Какие особенности внутримолекулярной организации молочного белка казеина повышают его устойчивость к нагреванию?

Задача 6. При длительных умеренных тренировках (например, бег трусцой в течение 30 мин) в сердечной мышце увеличивается количество шаперонов-70 (называемых также белками теплового шока). Почему тренированные таким образом люди значительно легче переносят последствия тромбозов коронарных сосудов (инфарктов)? Для ответа на этот вопрос объясните

а) какое строение имеют эти белки;

б) какую роль они играют в поддержании нативной конформации других белков.

Пример решения задач:

Задача: При нагревании белков до 70 градусов, большинство из них теряет свою биологическую активность. Объясните, как связана структура белков с их функцией, что происходит с белком при нагревании? Какие еще факторы могут нарушить структуру и функцию белков? Укажите механизмы защиты структуры белков в клетках. При ответе представьте соответствующие графики и рисунки.

Решение: ДНК  Первичная структура белка  Вторичная структура белка  Третичная структура белка  Образование уникальной формы активного центра  Избирательное связывание лигандов  Специфическая функция белка

При нагревании происходит денатурация:

Денатурация белков — это разрушение их нативной конформации, вызванное разрывом слабых связей, ста­билизирующих пространственные структуры, при дей­ствии денатурирующих агентов. Денатурация сопро­вождается потерей биологической активности белка. Денатурацию белков вызывают факторы, способствующие разрыву гидрофобных, водородных и ионных связей, стабилизирующих конформацию белков:

• высокая температура (более 50 "С)

• интенсивное встряхивание раствора

• органические вещества (например, этиловый спирт, фенол и его производные). Для денатурации белков в биохимических исследованиях часто используют мочевину или гуанидинхлорид. Происходит разрыв связей, участвующих в формировании вторичной и третичной структуры нативных белков, и образование новых связей с химическими реагентами;

• кислоты и щелочи, изменяют рН среды.

• соли тяжёлых металлов (такие как медь, ртуть, серебро, свинец и др.)

• детергенты – вещества, содержащие гидрофобный углеводородный радикал и гидрофильную функциональную группу (такие вещества называют амфифильными).

Удаление денатурирующих агентов диализом приводит к восстановлению конформации и функции белка, т.е. к ренативации.

В клетках имеются белки – молекулярные шапероны, которые обладают способностью связываться с частично денатурированными, находящимися в неустойчивом, склонном к агрегации состоянии белками и восстанавливать их нативную конформацию.