Рис.5. Схема биосинтеза гликогена
Таким образом молекула гликогена увеличивается на один остаток глюкозы. Синтез гликогена с участием гликогенсинтетазы возможен только при наличии небольшого количества гликогена — так называемой затравки. С удлинением молекулы гликогена активность фермента увеличивается. Ветвление ее осуществляется ферментом трансгликогеназой.
Синтез гликогена требует затрат энергии АТФ, УТФ и пирофосфата. При удлинении молекулы гликогена только на один остаток глюкозы используется 41 кДж энергии. Поэтому этот процесс в тканях интенсивно протекает в аэробных условиях за счет АТФ, образующейся путем окислительного фосфорилирования. В печени он накапливается при усиленном питании, а в мышцах — после истощения его запасов, например после длительной физической нагрузки. Наибольшая скорость синтеза гликогена наблюдается в период отдыха на 30—40-й минуте после приема углеводной пищи. Это необходимо учитывать при построении режима питания во время соревнований, с тем чтобы усилившийся процесс синтеза не затормозил использование гликогена при мышечной деятельности.
Усиливается синтез гликогена под воздействием гормона поджелудочной железы — инсулина, который регулирует поступление глюкозы в ткани, а ингибируется адреналином, так как он угнетает активность фермента гликогенсинтетазы. Уровень гликогена в печени и других тканях может увеличиваться только до определенного предела, поскольку высокие концентрации его в тканях угнетают активность гликогенсинтетазы.
Распад гликогена — мобилизация углеводов
Процесс распада гликогена до молекул глюкозы называется мобилизацией углеводов. Расщепление гликогена происходит в основном путем фосфоролиза с участием фермента гликогенфосфорилазы и фосфорной кислоты (Н3РО4). От гликогена отщепляется молекула глюкозы в виде глюкозо-1 -фосфата:
(С6Н10О5)n + Н3РО4 Фосфорилаза глюкозо-1-фосфат + (С6Н10О5)n-1
Гликоген
Образовавшийся глюкозо-1-фосфат быстро превращается в глюкозо-6-фосфат. В печени он расщепляется ферментами фосфатазами на свободную глюкозу и фосфорную кислоту. Молекулы свободной глюкозы легко поступают в кровь и используются многими тканями организма как энергетический субстрат. В скелетных мышцах такие фосфатазы отсутствуют, поэтому гликоген в них используется только для собственных нужд.
Скорость распада гликогена в мышцах зависит от их функциональной активности, а в печени — от уровня глюкозы в крови. При мышечной деятельности скорость мобилизации гликогена в печени зависит от интенсивности выполняемой нагрузки: при умеренной работе она возрастает в 2—3 раза, а при интенсивной — в 7—10 раз по сравнению с состоянием покоя.
Распад гликогена в печени продолжается и в период отдыха. Образующаяся глюкоза способствует восстановлению запасов гликогена в сердечной и скелетной мышцах, т. е. происходит перераспределение углеводов между отдельными тканями.
Гликолиз
Извлечение метаболической энергии из углеводов происходит почти во всех клетках организма человека и включает две основные фазы — бескислородное (анаэробное) окисление, которое протекает в цитозоле преимущественно скелетных мышц и называется гликолизом, и кислородное (аэробное) окисление, протекающее в митохондриях на ферментах цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи.
Гликолиз — это постепенный распад молекулы глюкозы или гликогена (гликогенолиз) до двух молекул пировиноградной кислоты, которая в анаэробных условиях превращается в молочную кислоту. Он включает десять химических реакций. Этот процесс можно разделить на две основные стадии — подготовительную и окислительную. В подготовительной стадии молекула глюкозы постепенно распадается до двух молекул 3-фосфоглицеринового альдегида, при этом используется две молекулы АТФ. В окислительной стадии происходит дальнейшее их окисление с образованием пирувата и четырех молекул АТФ. Начинается гликолиз с активации молекулы глюкозы в присутствии АТФ с образованием глюкозо-6-фосфата или фосфоролиза гликогена с отщеплением глюкозо-1-фосфата. Реакция фосфорилирования глюкозы катализируется ферментом гексокиназой и требует наличия ионов Мg2+. Гексокиназа — это регуляторный аллостерический фермент, активность которого зависит от содержания АТФ в клетке.
и низкой концентрации АТФ фермент активен, а при высокой ее концентрации — не активен и процесс гликолиза «выключается», так как энергия в данный момент не используется. Далее глюкозо-6-фосфат превращается в фруктозо-6-фосфат с участием фермента глюкозофосфатизомеразы. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется с использованием энергии АТФ, в результате чего образуется фруктозо-1,6-дифосфат. Реакция катализируется ферментом фосфофруктокиназой (ФФК).
Фосфофруктокиназа является ключевым аллостерическим ферментом, регулирующим скорость гликолиза. Его активность зависит от концентрации АТФ и других метаболитов (молочной кислоты, цитрата), которые влияют на его активность. Так, в мышцах в состоянии покоя концентрация АТФ относительно высокая и процесс гликолиза не активен. Во время работы мышцы интенсивно расходуется АТФ, что повышает активность ФФК и приводит к усилению гликолиза. Однако накопление молочной кислоты — конечного продукта анаэробного гликолиза — ингибирует этот фермент и скорость гликолиза.
Первый этап гликолиза завершает реакция расщепления фруктозо-1,6-дифосфата на две триозы — фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон под воздействием фермента альдолазы. Образовавшиеся триозы являются изомерами и способны взаимопревращаться. В последующие реакции гликолиза вступают две модели 3-фосфоглицеринового альдегида.
Окислительная стадия начинается с окисления 3-фосфоглицеринового альдегида при участии дегидрогеназы, содержащей кофермент НАД, и фосфорной кислоты. Кофермент НАД в этой реакции присоединяет водород и превращается в НАДН2. В аэробных условиях НАДН2 может передать водород на кислород с образованием ЗАТФ. Образовавшаяся 1,3-дифосфоглицериновая кислота содержит макроэргетическую связь и способна вступить в реакцию перефосфорилирования с АДФ, ведущую к образованию АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты. Такой процесс образования АТФ называется субстратным фосфорилированием. Он катализируется ферментом фосфоглицераткиназой.
3-Фосфоглицериновая кислота под влиянием фермента фосфоглицеромутазы превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту. Последняя при участии фермента энолазы теряет молекулу воды и превращается в фосфоэнолпировиноградную кислоту. В результате внутримолекулярного окислительно-восстановительного процесса у второго углеродного атома этой кислоты образуется макроэргическая связь, при разрыве которой с участием фермента пируваткиназы происходит перенос фосфорного остатка от фосфоэнолпировиноградной кислоты на АДФ (второе субстратное фосфорилирование), а также образование двух молекул пировиноградной кислоты и двух молекул АТФ.
Гликолиз в анаэробных условиях завершается реакцией восстановления пировиноградной кислоты до молочной под воздействием фермента лактатдегидрогеназы. Источником водорода служат молекулы НАДН2, образующиеся при окислении 3-фосфоглицеринового альдегида. Таким образом, конечным продуктом анаэробного гликолиза является молочная кислота. В аэробных условиях пировиноградная кислота не превращается в молочную и окисляется далее в цикле лимонной кислоты до конечных продуктов обмена. Суммарное уравнение процесса гликолиза можно представить в виде
С6Н12О6 + 2АТФ + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД —- 2С3Н6О3 + 4АТФ +.2НАДН2 + 2Н2О
∆Q0 = -196 кДж • моль-1
61 кДж аккумули- 135 кДж рассеивается в АТФ виде тепла
В процессе гликолиза постепенно высвобождается 196 кДж энергии. Большая часть ее рассеивается в виде тепла (135 кДж), а меньшая — накапливается в макроэргических связях двух молекул АТФ. Эффективность запасания энергии в форме АТФ при гликолизе составляет 40%. Основная часть энергии, аккумулированной в молекуле глюкозы (2880 кДж), остается в продукте гликолиза — двух молекулах молочной кислоты и может высвобождаться только при их аэробном окислении.
гликолизе образуются многие вещества, необходимые для пластических процессов в клетках. Особенно много при этом накапливается молочной кислоты, которая быстро диффундирует из скелетных мышц в кровь и влияет на кислотно-основное состояние организма. Уровень молочной кислоты в крови только до некоторой степени отражает интенсивность гликолиза в мышцах, поскольку кислота частично метаболизирует в них. В норме концентрация молочной кислоты в крови находится в пределах 1— 1,5 ммоль • л-1.
Молочная кислота в водной среде диссоциирует на протон водорода (Н+) и анион кислотного остатка:
СН3 СН3
Н-С-ОН —► Н-С-ОН + Н+
СООН COO-
Анион кислотного остатка молочной кислоты в водной среде способен взаимодействовать с катионами металлов (Na+, K+) и образовывать соли — лактаты. Поэтому часто молочную кислоту называют лактат.
Гликолиз и гликогенолиз играют важную роль при мышечной деятельности анаэробного характера. Они обеспечивают энергией интенсивную работу в пределах от 30 с до 2—5 мин.
Молочная кислота образуется в мышцах с наибольшей скоростью в течение 40—45 с интенсивной физической нагрузки за счет максимального включения анаэробного гликолиза. Уровень молочной кислоты при этом повышается в 4—5 раз и после напряженной работы в течение 1—5 мин может достигать 10 ммоль л-1 и более. Это приводит к закислению среды организма (ацидозу). Если емкость буферных систем исчерпывается, рН крови может изменяться от 7,34 до 7,0 или даже 6,8 при истощающих нагрузках. Такое закисление среды организма влияет на функции нервной системы и скелетных мышц, приводит к снижению работоспособности и развитию утомления. Поскольку концентрация молочной кислоты в крови зависит от интенсивности гликолиза в мышцах, а последний — от интенсивности выполняемых физических нагрузок и уровня тренированности организма, показатель содержания молочной кислоты в крови широко используется в биохимическом контроле функционального состояния спортсмена.
После прекращения работы около 55—70% молочной кислоты используется тканями, в том числе мышцами, как источник энергии, около 5—7% выводится с мочой, а остальная часть используется в печени для новообразования глюкозы и восполнения гликогена в мышцах. Выведение молочной кислоты из мышц, ее окисление после прекращения работы ускоряется при активном отдыхе.
Аэробное окисление углеводов
Аэробное окисление глюкозы — это многостадийный процесс распада ее молекулы до конечных продуктов обмена СО2 и Н2О с образованием 38 молекул АТФ и выделением тепловой энергии (рис. 6). Протекает оно при участии кислорода, который доставляется в ткани с участием белка гемоглобина.
Рис.6. Схема аэробного окисления глюкозы и энергетическая эффективность этого процесса
Этот процесс окисления углеводов — один из главных механизмов образования АТФ в тканях организма. Он включает такие основные стадии:
• гликолитический распад молекулы глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК);
• превращение ПВК в ацетил-КоА;
• окисление ацетил-КоА в цикле лимонной кислоты и на дыхательной цепи.
Процесс распада молекулы глюкозы до пировиноградной кислоты протекает одинаково в анаэробных и аэробных условиях, как описано выше (см. «Гликолиз»). Образовавшаяся в гликолитической стадии пировиноградная кислота подвергается далее окислительному декарбоксилированию, в результате чего образуются макроэргическое вещество ацетил-КоА, восстановленная форма НАДН2 и одна молекула СО2. Если в процессе гликолиза образовалась молочная кислота, то в аэробных условиях она превращается в пировиноградную кислоту.
Ацетил-КоА далее включается в цикл лимонной кислоты, где расщепляется до СО2 и Н2О. Вода образуется на системе дыхательных ферментов при взаимодействии водорода, образовавшегося в реакциях биологического окисления, с атомарным кислородом вдыхаемого воздуха. Суммарное уравнение аэробного окисления молекулы глюкозы можно представить таким образом:
С6Н12О6 + 6О6 + 36Н3РО4 + 36АДФ—6СО2 + 42Н2О + 36АТФ
∆Q0 = -2880 кДж • моль-1
1311 кДж аккумули- 1569 кДж рассеивается в АТФ виде тепла
Химические реакции окисления молекулы ацетил-КоА в цикле лимонной кислоты рассмотрены в лекции № 5.
Энергетическая эффективность аэробного окисления молекулы глюкозы
При полном окислении одной молекулы глюкозы до СО2 и Н2О энергия накапливается в виде 10 НАДН2 (2 из них образуются в гликолизе, 2 — при превращении ПВК в ацетил-КоА и 6 — в цикле лимонной кислоты), а также 2ФАДН2, 2 молекулы ГТФ, равноценные АТФ и 2 АТФ в процессе гликолиза (см. рис. 64). Передача водорода по системе дыхательных передатчиков от НАДН2 на кислород сопряжена с образованием трех молекул АТФ, а от ФАДН2 — двух молекул АТФ. Следовательно, из 10НАДН2 образуется 30 АТФ, а из 2ФАДН„ — 4 АТФ. Суммарный выход АТФ на одну молекулу глюкозы составляет 38 АТФ (табл. 2).
ТАБЛИЦА 2
Накопление энергии на отдельных стадиях окисления молекулы глюкозы
|
Стадия окисления |
Аккумуляция энергии |
Выход АТФ |
|
Гликолиз |
4АТФ образуется 2АТФ используется 2НАДН, |
2АТФ накапливается 6АТФ |
|
Превращение ПВК в ацетил-КоА |
2НАДНг |
6АТФ |
|
В цикле лимонной кислоты и окислительном фосфорилировании |
6НАДН2 2ФАДН2 2ГТФ |
18АТФ 4АТФ 2АТФ |
|
Общий выход АТФ |
38АТФ |
Однако в мышечной и нервной тканях 2 молекулы НАДН2, которые образуются в цитоплазме в процессе гликолиза, сами в митохондрии не поступают, а передают водород на переносчик ФАД, поэтому в дыхательную цепь водород уже передается от 2 ФАДН2, что сопровождается образованием не 6 АТФ, а только 4 АТФ. Поэтому в скелетных мышцах при полном окислении молекулы глюкозы образуется 36 АТФ.
Аэробный метаболизм глюкозы по накоплению АТФ в 19 (18) раз более эффективен, чем анаэробный. Он имеет большой коэффициент полезного действия (около 45%), так как из 2880 кДж свободной энергии окисления глюкозы 1311 кДж аккумулируется в АТФ. Аэробное окисление углеводов — основной механизм энергообеспечения аэробной мышечной работы в течение нескольких часов.
Пентозный цикл окисления углеводов
В некоторых тканях организма (печени, эритроцитах, жировой ткани) возможен и другой аэробный путь прямого окисления углеводов, который называется пентозным циклом. В этом цикле накапливается энергия в виде НАДФН2, которая используется в биосинтетических процессах, а также образуются пентозы (рибоза и др.), необходимые для синтеза нуклеотидов (АТФ, НАД, ФАД, нуклеиновые кислоты), и глицериновый альдегид, который может превращаться в пировиноградную кислоту или включаться в гликолиз. Суммарное уравнение пентозного цикла имеет следующий вид:
6 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФ + 7Н2О———-5 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФН2 + 6СО2 + Н3РО4
В процессе этого цикла молекула глюкозо-6-фосфата полностью окисляется до СО2.
Глюконеогенез
Процесс новообразования глюкозы в тканях организма из веществ неуглеводной природы называется глюконеогенезом. Глюкоза может синтезироваться из пировиноградной и молочной кислот, а также из ацетил-КоА, глицерина и аминокислот. Все они, кроме глицерина, проходят через стадию образования пировиноградной кислоты. Многие реакции глюконеогенеза представляют собой обращение соответствующих реакций, имеющих место в процессе гликолиза. Однако имеются дополнительные обходные реакции, например образование фосфоенолпировиноградной и пировиноградной кислот.
Процесс новообразования глюкозы активно протекает в печени, почках, а при физических нагрузках — и в скелетных мышцах. Благодаря этому процессу предотвращается резкое снижение уровня глюкозы в крови и гликогена в печени (например, при длительной мышечной работе).
Важное значение в восстановлении уровня глюкозы и гликогена в печени и скелетных мышцах имеет процесс превращения молочной кислоты в глюкозу, который называется циклом Кори. Постепенное превращение многих аминокислот через аминокислоту аланин в молекулы глюкозы обеспечивает также другой цикл — глюкозоаланиновый (рис. 7).
Рис. 7. Цикл молочной кислоты (цикл Кори) и глюкозоаланиновый цикл
Особенность этих циклов заключается в том, что молочная кислота и аланин, образуясь в скелетных мышцах, кровью транспортируются в печень, где превращаются в глюкозу. Это энергозависимый процесс. Из печени глюкоза поступает в кровь и снова используется мышцами для восстановления запасов гликогена. Данный процесс имеет существенное значение в организме при мышечной деятельности. Благодаря ему предотвращается резкое снижение запасов гликогена в мышцах и уровня глюкозы в крови.
7. Обмен углеводов при мышечной деятельности
Гликоген мышц и глюкоза крови являются важным субстратом для образования АТФ в сокращающихся мышцах при продолжительных физических нагрузках субмаксимальной и большой мощности, например при беге на 400, 800, 1000 и 10 000 м. Длительность работы зависит от запасов гликогена в скелетных мышцах (рис. 8, а).
При физических нагрузках усиливается распад гликогена (мобилизация) и окисление глюкозы (гликогенолиз) в мышечных волокнах. Скорость распада его зависит от интенсивности физических нагрузок (рис. 8, б). При неинтенсивной велоэргометрическои нагрузке (30 % МПК) запасы гликогена в широкой мышце голени снижаются только на 20—30% в течение двух часов работы, тогда как при интенсивной работе (60% МПК) — на 80%.
Гликоген в мышцах наиболее быстро распадается в первые минуты мышечной работы. При длительной работе скорость распада гликогена в мышцах снижается из-за уменьшения его запасов.
Скорость распада гликогена или мобилизации глюкозы по-разному изменяется в быстросокращающихся (БС) и медленносокращающихся (МС) типах мышечных волокон под воздействием физических нагрузок различной мощности (рис. 8, в). Так, при средней мощности работы (в пределах 60—75% МПК) усиление распада гликогена происходит в медленно-сокращающихся мышечных волокнах, а с увеличением мощности физических нагрузок — в быстросокращающихся, у которых активность ферментов гликогенолиза выше, чем у медленносокращающихся.
Усиление мобилизации углеводов обусловлено повышением активности ферментов,- катализирующих реакции распада и синтеза гликогена. При отдельных видах мышечной работы активность гликогенфосфорилазы в мышцах нижних конечностей увеличивается в 2,4 раза, а гликогенсинтетазы — почти в 2 раза. Степень изменения активности ферментов зависит от длительности, интенсивности и типа нагрузки. Регулируется активность этих ферментов многими механизмами, ё том числе гормонами (адреналин), циклическим АМФ, ионами Са2+, обмен которых изменяется при мышечной деятельности. Систематическая мышечная деятельность приводит к увеличению концентрации гликогена и активности ферментов его обмена в мышцах, что улучшает их энергетический обмен при физических нагрузках.
Для процессов энергообразования мышцы используют также глюкозу крови. В состоянии покоя они поглощают около 20% общего количества глюкозы, поступившей в кровь, а при нагрузке мощностью 60% МПК — более 80 % глюкозы крови. Связано это с усилением ее доставки кровотоком, повышением скорости транспорта через мембраны мышц и утилизации мышцами.
На степень потребления мышцами глюкозы крови влияет вид выполняемой нагрузки, уровень тренированности, питание, половые особенности, метаболическое состояние организма. Высокий уровень гликогена в мышцах, что характерно для высокотренированных спортсменов на выносливость, а также повышенное содержание свободных жирных кислот в крови снижают потребление мышцами глюкозы крови. Гипоксия стимулирует поступление глюкозы в скелетные мышцы. У женщин распад гликогена и окисление глюкозы при мышечной работе менее выражены, чем у мужчин.
При мышечной деятельности возрастает мобилизация глюкозы из печени, где она депонируется в виде гликогена. Гликоген распадается до глюкозы, которая выходит в кровь, что препятствует развитию гипогликемии. Выход глюкозы из печени в кровь усиливается в 2—3 раза при мышечной деятельности умеренной интенсивности и в 7—10 раз — при напряженной работе. Высокий уровень глюкозы в крови благодаря гомеостатической функции печени при мышечной деятельности поддерживается до тех пор, пока в печени не исчерпается запас гликогена. За счет запасов гликогена печени мышцы могут выполнять работу большой мощности в течение 20—40 мин.
При напряженной мышечной работе запас гликогена в печени существенно уменьшается уже через 1—2 ч, что приводит к снижению уровня глюкозы в крови. С увеличением продолжительности работы определенный вклад в поддержание глюкозы крови вносит процесс глюконеогенеза.
В процессе глюконеогенеза, который активен в печени и почках, глюкоза синтезируется из аминокислот, глицерина, молочной и пировиноградной кислот, что предупреждает исчерпание гликогена в тканях. При этом вклад глюконеогенеза в поддержание глюкозы крови при кратковременной работе незначительный (10—20%), а при продолжительной работе (в течение нескольких часов) возрастает до 50% по отношению к общей глюкозе, образующейся в печени.
Литература
-
Волков, Н.И. Биохимия мышечной деятельности / Н.И.Волков, Э.Н.Несен, А.А.Осипенко, С.Н.Корсун. – К: Олимпийская литература, 2000. – 504 с.
-
Ленинджер, А. Основы биохимии / А.Ленинджер. – М.: Мир, 1985.
Источник: works.doklad.ru
Задача 2.
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?
(N-конец) ала-лей-лиз-вал-про (С-ко-нец). Гидролиз ДНФ-пептида р-ром НСl идет с N-конца, а гидролиз карбоксипептидазой – с С-конца.
Задача 7.
Соли тяжелых металлов токсичны для живых организмов. Объясните механизм токсического действия данной группы соединений. В качестве первой помощи при отравлении солями тяжелых металлов пострадавшему можно дать выпить сырой яичный белок. Обоснуйте целесообразность таких действий.
Ответ: При отравление солями ртути, ионы ртути связываются с сульфгидрильными группами белком и ферментов, нарушая синтез белка, блокируя окислительные процессы и снижая содержания в клетке рнк, снижается активность цитохромов, нарушается тканевое дыхание. Сырой белок являетс противоядием и связывается с ртутью в желудке, пока она еще не успела всосаться.
Задача 8.
Гистоны — это белки, содержащиеся в ядрах эукариотических клеток. Они прочно связаны с дезоксирибонуклеиновой кислотой, которая содержит много фосфатных групп. Изоэлектрическая точка гистонов очень высока — около 10,8. Какие аминокислотные остатки должны присутствовать в гистонах в относительно больших количествах? Каким образом эти остатки обеспечивают прочное связывание гистонов с ДНК?лизин, гистидин, аргинин. Электростатическое притяжение м/д «-» q остатками фосфата в ДНК и «+» q основными остатками в гистонах.
Задача 9.
Пептид содержит в своем составе аланин, лизин, пролин, лейцин, валин. В результате реакции пентапептида с динитрофторбнзолом и последующего гидролиза ДНФ-пептида 20% раствором соляной кислоты был получен ДНФ-аланин, а при гидролизе карбоксипептидазой — пролин. В триптическом гидролизате найдены два пептида: вал-про и лиз-вал. Напишите первичную структуру данного пептида, основываясь на совокупности приведенных данных. (N-конец) ала-лей-лиз-вал-про (С-ко-нец). Гидролиз ДНФ-пептида р-ром НСl идет с N-конца, а гидролиз карбоксипептидазой – с С-конца.
Задача 10.
Фермент изоцитратдегидрогеназа катализирует реакцию превращения изоцитрата в α-кетоглутарат. АТФ является отрицательтным эффектором фермента, а АДФ — его положительным эффектором. Объясните механизм регуляции фермента. Дайте графическое изображение кинетики данной ферментативной реакции.
Задача 11.
Витамины А и D можно применять сразу за один прием в таком количестве, которого достаточно для поддержания их уровня в течение нескольких недель, витамины же группы В необходимо принимать значительно чаще. Почему?
Ответ: Витамины группы В входят в состав ферментов, которые работают на всех этапах энергетического обмена. Например: В1-дегидролипоилдегидрогеназа, В2-ФАД, В3-КоАSH, В5-НАД, В2-сукцинатдегидрогеназа. Они не накапливаются в организме (водорастворимые), поэтому их необходимо принимать значительно чаще. Витамины же А и D остаются в организме достаточно долго (жирорастворимые).
Задача 12.
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?
этанол конкурирует с метанолом за активный центр алкогольдегидрогеназы
Задача 13.
Ацетилхолинэстераза содержится, в основном, в печени, поджелудочной железе и эритроцитах крови. Синтез этого фермента происходит в печени. Используя эти данные, объясните причины снижения активности ацетилхолинэстеразы крови у больного с заболеванием печени и у больного с отравлением дихлофосом.
Ответ: При заболевании печени активность АХЭ крови снижена, тк понижен синтез фермента. У больного с отравление дихлофосом активность АХЭ снижена вследствии конкурентного ингибирования, тк дихловос фосфоорганическое и оно является ингибитором АХЭ, оказывая токсическое действие на организм. Образуется фосфорил-ферментный комплекс, который очень долго гидролизуется ( отравление ацетилхолином), необратимый процесс.
Задача 15.
Если в систему, в которой содержится фермент гликогенсинтаза в активном состоянии, добавить фермент киназу гликогенсинтазы и достаточное количество АТФ, то фермент потеряет свою первоначальную активность. В чем причина снижения активности гликогенсинтазы? Какие условия необходимы, чтобы вернуть ферменту его активность?
Ответ: В присутствии АТФ и киназы, фермент гликогенсинтаза из активной (нефосфорилированной) формы переходит в неактивную (фосфорилированную) форму. Чтобы вернуть ферменту активность нужно убрать АТФ и добавить в систему фосфатазу гликогенсинтетазы.
Тема "Синтез белка"
№№ 1, 2, 4, 6
ТЕМА "ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ. СИНТЕЗ БЕЛКА"
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.
а) Укажите возможную причину вызываемых симптомов, название болезни. б) Какие биохимические показатели нужно определить для уточнения дигноза?
в) Назовите причины данного заболевания и пути его коррекции.
Ответ:а) накопление мочевой кислоты и уменьшение её выделения почками, болезнь подагра
б)концентрацию мочевой кислоты в плазме крови, общий анализ крови ( повышаная СОЭ, повышенное содержание нейтрофилов, сдвиг лейкоцетарной формулы влево)
в)гиперурикимия, из-за почечной недостаточности или повышенной концентрации фруктозы. Следует назначить диету, исключающую содержание пуриновых оснований.
Задача 2.
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.
экзоны эт. гена сост. из 3*192=576 пар оснований. Оставшиеся 864 нуклеотид. пары (1440-576) вх. в состав интронов, и возмож-но, в состав сигнальной последовательности
Задача 4.
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?
ошибка в одном основании при реплика-ции ДНК, если она не исправлена, приведет к тому, что 1 из 2-х дочерних кл., а также все ее потомки будут содержать измененную хро мосому. Ошибка в 1 основании, совершенная РНК-полимеразой, повлечет за собой синтез некот. кол-ва неправильных копий 1 бел., при этом, поскольку мРНК в кл. быстро обнов-ляется, большинство мол. эт. бел. будет норм. Потомство такой кл. тоже будет норм.
Задача 6.
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.
Ответ: Гистоны имея положительый заряд связываются с отрицательными заряженными фосфатами ДНК и блокируют транскрипцию. Модификация гистонов, например, путем фофорилирования ослабляет связь гистонов с ДНК при этом облегчается транскрипция.
Тема "Биологическое окислени. Цикл Кребса"
№№ 2, 4, 8, 9, 10, 13, 14, 16, 17, 18, 21
ТЕМА «БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. ЦИКЛ КРЕБСА»
Задача 2.
Непосредственно в реакциях цикла Кребса кислород не участвует. Тем не менее цитратный цикл — аэробный процесс. Объясните, почему он ингибируется в отсутствии кислорода.
Ответ: аэробный процесс, тк О2 определяет и регулирует V р-ции в цикле. Без него:
C6H12O6=2C3H6O3 + 65кДжмоль (образование молочной к-ты)
О2 дает более сильное окисление субстратов. В аэробных условия пробукты бекислородного окисления становятся субстратами ЦТК. В отсутствии О2 скапливается Н2, образуется NADH2, ФАДН2, который тормозит ЦТК.
Задача 4.
После перенесенного тяжелого заболевания у больного возникло гипоэнергетическое состояние. Врач порекомендовал больному витамины группы В. Обоснуйте назначение врача.
Ответ: Клетка должна получать питательные вещества и О2 для поддержания синтеза АТФ. При голодании в качестве источников энергии используются собственные в-ва тканей, энергитический обмен уменьшеется, уменьшается потребление О2- это состояние называется гипоэнергетическим. Витамины группы В входят в состав ферментов, которые работают на всех этапах энергетического обмена. Например: В1-дегидролипоилдегидрогеназа, В2-ФАД, В3-КоАSH, В5-НАД, В2-сукцинатдегидрогеназа.
Задача 8.
При изучении тканевого дыхания мышц in vitro, исследователи использовали в качестве субстрата окисления сукцинат. Дополнительное добавление в эту среду малоновой кислоты прекращало поглощение кислорода и в среде накапливался промежуточный метаболит цикла Кребса. Ответьте на вопрос:
а) какова причина остановки дыхания?
б) возможно ли снять вызванное малонатом ингибирование?
в) если Да, то каким образом?
Задача 9.
На экспериментальных животных изучалось влияние антимицина А и ротенона. Показано, что оба эти вещества токсичны для организма. Зная точки приложения действия антимицина А и ротенона на ферменты электронпереносящей цепи, объясните:
а) чем объясняется их токсичность?
б) решите, какое из этих 2-х соединений более токсично.
Дайте объяснение.
ротенон – ing НАДН-ДГ – 1 комп. ДЦ. Окис. сукцината возможно ч/з 2 функ. комп. Антимицин А явл. ing 3 функ. комп. ДЦ, блокирует транспорт ē на участие после убихинона. В резул. стан. невозмож. исполь-зов. субстратов, окисляемых как пиридино-выми (АТД-дегидр.), так и фловиновыми дегидрогеназами.
Задача 10.
В физиологических условиях температура тела человека выше температуры окружающей среды (36.6оС против 20оС). Объясните, чем обусловлена эта разница?
Какую роль в этом играют митохондрии? Ответ обоснуйте.
Задача 13.
При увеличении концентрации АДФ в клетке скорость цикла трикарбоновых кислот быстро увеличивается.
Увеличение активности какого фермента (ферментов) приводит к ускорению реакций всего цикла? Каков механизм активирующего эффекта избытка АДФ?
Задача 14.
Увеличение концентрации АТФ и НАДН2 приводит к уменьшению скорости цикла трикарбоновых кислот. Активность каких ферментов снижается при увеличении концентрации АТФ и НАДН2 в клетке? Каков механизм ингибирующего эффекта избытка АТФ и НАДН2?
. при ↑у С АТФ в кл. ↓у активность регу-ляторных фер. цикла трикарб. к-т: цитратсин-таза, изоцитратдегидрогеназа, кетоглутарат-дегидрогеназа за счет ing-ия фер.по ал. типу. ↑у С НАДН приводит к ↓у V тех же регуля-торных р-ий, а также малатдегидрогеназы (НАДН2 сдвигает МДГ-р-ию в сторону → малата).
Задача 16.
Может ли суспензия митохондрий в присутствии ротенона окислять сукцинат? Почему?
Задача 17.
У новорожденных детей в области шеи и верхней части спины имеется особая жировая ткань — так называемый "бурый жир", который у взрослых отсутствует. Бурая окраска зависит от высокого содержания митохондрий. Бурый жир имеется также у зимоспящих животных. В митохондриях бурого жира на каждый атом поглощенного кислорода образуется менее одной молекулы АТФ.
Какой физиологической функцией определяется низкое значение Р/О в буром жире новорожденных?
Ответ: Единствееная функция бурой жировой ткани-выработка тепла, необходимого зимоспящим животным при пробуждении и новорожденным с неразвитой еще терморегуляторной системой. Необычная для жира коричневая окраска объясняется высоким содержанием митохондрий, имеющих значительно больше ферментов дыхания, чем фосфорилирования. Такие митохондрии в меньшей степени настроены на производство АТФ, чем на свободное дыхание. Внутренние мембраны митохондрий бурого жира имеют специальные поры для ионов Н, котрые выносятся из матрикса в результате переноса ионов по дыхательной цепи и возвращаются в митохондрии минуя АТФ-синтетазу. В результате этого АТФ не синтезируется. Энергия переноса электронов рассеивается в виде тепла. Регуляция этого процесса осуществляется с помощью специфического для бурой жировой ткани белка, который локализован на внешней поверхности внутренней мембраны, способен связываться с пуриновыми нуклеотидами (АДФ и ГДФ) Функция этого белка состоит в изменении протонной проводимости внутренней митохондриальной мембраны. Связывание ГДФ с этим белком приводит к резкму снижению протонной проводимости. Содержание этого регуляторного белка в тканях варьирует в зависимости от стадии и развития холодового воздействия.
Задача 18.
У больного с повышенной функцией щитовидной железы наблюдается уменьшение веса, субфебрильная температура, повышенная раздражительность. Объясните причины наблюдаемых симптомов заболевания.
Ответ: Такие симптомы наблюдаются при болезни Грейвса или базедовой болезни. Тк при гиперфункции щитовидной железы наблюдается повышенное выделение гормона тироксина, который является разобщитилем дыхания. Тк он тормозит синтез белка и стимулирует каталитические процессы, показателем служит «-» азатистый баланс, увеличение поглощения клетками О2. Он стимулирует работу Na-K-АТФ-азы на которую тратится энергия. В печени увеличивается скорость гликолиза, синтез холестерола и желочных кислот, которые являются детергентами мембран, следовательно происходит остановка их функций. В итоге он является ингибитором для процесса окислительного фосфорилирования.
Задача 21.
Во время пожара из горящего дома вынесен пострадавший, который не имел ожогов, но находился в бессознательном состоянии. С большим трудом удалось вернуть его к жизни.
В чем причина тяжелого состояния пострадавшего и какие меры нужно принять для спасения больного
Ответ: Пострадавший вдохнул опрееленное количество СО, которое быстро связывается с гемоглобином образую прочную молекулу – карбоксигемоглобин. Кроме того СО является ингибитором для цитохромоксидазы, что ведет к отключению всей дыхательной цепи, электороны не поступают на окончательный акцептор О2.
ТЕМА "ГОРМОНЫ"
Тема "Гормоны"
№№ 6, 7, 13
Задача 6.
В приёмный покой доставлен человек с улицы с подозрением на голодный обморок или диабетическую кому.
а) Какие лабораторные исследования надо провести для диагностики?
б) Выберите симптомы, характерные для голодания и сахарного диабета:
А. Характерно для голодания. 1. Гиперглюкоземия.
Б. Характерно для сахарного диабета. 2. Кетонемия.
С. Характерно для обоих случаев. 3. Гипоглюкоземия.
Д. Не характерно ни для одного из состояний. 4. Глюкозурия.
5. Полиурия.
6. Алкалоз.
7. Ацидоз.
Ответ:а) общий анализ крови, содержание сахара в крови.
А. Гипоглюкоземия ( пониженное содержание глюкозы в крови)
Б. Полиурия (увелечение выделения мочи), глюкозурия (содержание глюкозы в моче), гиперглюкоземия (увеличенное содержание глюкозы в крови)
С. Ацидоз (смещение кислотно-щелочного баланса влево), кетонемия (содержание в крови кетоновых тел)
Д. Алкалоз (смещение кислотно-щелочного баланса вправо)
Задача 7.
Больной обследуется на скрытую форму сахарного диабета. У него провели тест на толерантность к глюкозе и определили в крови гликозилированный гемоглобин.
а) Что даёт определение гликозилированного гемоглобина?
б) Изобразите сахарную кривую, характерную для данного случая.
в) Объясните, какие изменения в характере сахарной кривой дали возможность поставить диагноз.
г) Почему у здоровых людей таких изменений нет?
Задача 13.
У пациента с заболеванием печени отмечено снижение продуктов метаболизма стероидов в крови и моче. Свидетельствует ли это о нарушении функции надпочечников? Почему?
Тема "Обмен углеводов"
№№ 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 12, 14,15, 16, 18
ТЕМА "ОБМЕН УГЛЕВОДОВ"
Задача 1.
Какие дисахариды могут образоваться из гликогена при его переваривании в желудочно-кишечном тракте. Перечислите ферменты, действующие на гликоген в желудочно-кишечном тракте. Приведите формулы дисахаридов.
Задача 2.
При напряженной работе мышечная ткань потребляет гораздо больше АТФ, чем в состоянии покоя. Известно, что в белых скелетных мышцах, например в мышцах ног у кролика или индейки, почти весь этот АТФ образуется в процессе анаэробного гликолиза. Могла бы работать напряженно мышца, т.е. с большой скоростью образовывать АТФ путем гликолиза, если бы в ней отсутствовал фермент лактатдегидрогеназа? Аргументируйте свой ответ.
Ответ: Нет, ЛДГ необходима для регенерации НАД из НАДН, образующегося при окислении глицеральдегид-три-фосфат. НАД и НАДН необходимы в реакции превращения глицеральдегидфосфат в бифосфоглицерат в анаэробном гликолизе.
Задача 4.
Гликогенфосфорилаза из скелетных мышц характеризуется гораздо более высокой величиной Vmax , чем тот же фермент из ткани печени. Какую физиологическую функцию выполняет гликогенфосфорилаза в скелетной мышце и ткани печени? Почему величина Vmax для мышечного фермента должна быть больше, чем для фермента из печени?
Задача 5.
Возможен ли реальный синтез глюкозы из пирувата в условиях, когда цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование полностью ингибированы? Аргументируйте свой ответ.
Ответ: На превращение двух молекул пирувата в одну молекулу глюкозы затрачивается энергия ( 4 АТФ и 2 ГТФ) и 2 НАДН. Необходимые восстановительные эквиваленты образуются в цикле лимонной кислоты и окислительного фосфорилирования в результате катаболизма аминокислот, жирных кислот и углеводов. Следовательно синтез в таких условиях не возможен.
Задача 7.
Как влияет повышение концентрации АТФ и АМФ на каталитическую активность фруктозобисфосфатазы и фосфофруктокиназы? Как сказываются эти эффекты на величине потоков метаболитов глюконеогенеза и гликолиза? Почему?
Задача 8.
Чтобы определить, может ли то или иное соединение служить предшественником глюкозы, поступают обычно следующим образом: животное оставляют голодать, пока у него не истощится запас гликогена, а потом дают ему исследуемое соединение. Те соединения, под влиянием которых количество гликогена в печени увеличивается, принято называть глюкогенными, потому что вначале они превращаются в глюкозо-6-фосфат. Ниже приведены названия некоторых соединений. На основе известных ферментативных реакций укажите, какие из них являются глюкогенными: а) сукцинат, б) глицерол, в. ацетил-КоА, г) пируват, д) бутират. Дайте схему синтеза глюкозы из выбранных Вами соединений.
Задача 9.
Уровень лактата в крови при физической нагрузке.
На рисунке показана концентрация лактата в крови до бега на 400 м и после него.
Чем вызвано быстрое повышение концентрации лактата? Что является причиной снижения уровня лактата после бега? Подтвердите объяснение схемой. Почему снижение происходит медленнее, чем подъем? Почему в состоянии покоя концентрация лактата в крови не равна нулю?
Ответ: Быстрым повышением скорости гликолиза, повышением уровня пирувата и НАДН приводит к возрастанию концентрации лактата. Лактат превращается в глюкозу через пируват. Это более медленный процесс, тк образование пирувата зависит от доступности НАД. Кроме того равновесие реакции, катализируемой ЛДГ, сдвинуто в сторону образования лактата, а превращение пирувата в глюкозу требует затраты энергии.
Задача 10.
Подсчитайте сколько молекул АТФ образуется при превращении глюкозы до 1,3-дифосфоглицерата в аэробных условиях.
Задача 12.
При некоторых заболеваниях (например, злокачественные новообразования поджелудочной железы) наблюдается повышенный синтез инсулина. У больных при этом наблюдается повышенное чувство голода, повышенная утомляемость, слабость. В дальнейшем присоединяется нарушение мозговой деятельности. Почему развиваются описанные симптомы? Каков механизм наблюдаемых нарушений мозговой деятельности?
Ответ: Избыточная секреция инсулина поджелудочной железой способствует повышенной утилизации глюкозы печенью. Это приводит к гипогликемии. Кроме того при высоком содержании инсулина происходит замедление катаболизма амино- и жирных кислот. Таким образом в крови больных находится мало субстратов энергетического обмена, необходимых для образования АТФ. Если такое состояние продолжается долго, то возникает поражение клеток мозга, поскользу глюкоза служит для мозга основным источником энергии.
Задача 14.
Добавление адреналина к гомогенату или препарату разрушенных клеток здоровой печени приводило к увеличению активности гликогенфосфорилазы. Однако, если гомогенат предварительно центрифугировали при высокой скорости и затем к прозрачной надосадочной жидкости добавляли адреналин или глюкагон, то увеличения фосфорилазной активности не наблюдалось. Объясните полученные результаты.
Ответ: Поскольку аденазитциклаза- белок, связанный с мембраной, при центрифугировании препаратов ее активность теряется, тк происходит денатурация. Ренатурация в искусственных условия практические невозможна.
Задача 15.
При стрессе выделение адреналина стимулирует распад гликогена в печени, сердце и скелетных мышцах. Продуктом распада гликогена в печени является глюкоза, в скелетных же мышцах гликоген расщепляется в ходе гликогенолиза. Почему конечные продукты расщепления гликогена в этих тканях оказываются разными?
Ответ: В сердце и скелетной мышце отсутствует фермент г-6-фосфатаза, следовательно каждая образующаяся молекула г-6-ф направляется по гликотическому пути и в условиях недостатка кислорода превращается в глюкозу. Печень поставляет глюкозу, сохраняя необходимый ее уровень в крови, тк в ней присутсвует фермент г-6-фосфатаза. В стрессовой ситуации глюкоза должна быстро поступать из клеток печени в кровь, что обеспечивается реакцией дефосфорилирования, катализируемой г-6-фосфатазой.
Задача 16.
Объясните, как меняется под влиянием инсулина:
— уровень глюкозы в крови
— гликолиз
— распад гликогена
— синтез гликогена
Объясните механизм действия инсулина для каждого указанного случая.
Какие изменения произойдут в углеводном обмене больного сахарным диабетом при передозировке инсулина?
Задача 18.
Какие изоформы лактатдегидрогеназы (ЛДГ) появляются в крови у больного:
— инфарктом миокарда
— острым гепатитом
Ответ обосновать.
Ответ:ЛДГ1 и ЛДГ2 содержат больше субъедениц Н и наиболее активны в сердечной мышце и в почках, ЛДГ4 и ЛДГ5 содержат больше субъедениц М и наиболее активны в печени и скелетных мышцах. При исследовании изоформ ЛДГ в крови методом электрофореза, по увелечению конкретной изоформы можно выявить пораженный орган.
ЛДГ1,2 катализируют реакцию ( ), характерную для (миокарда), поэтому повышение их активности в крови свидетельствует о (инфаркте миокарда).
ЛДГ4,5 катализируют реакцию ( ), характерную для (печени, скелетных мышц) и (поражении печени, скелетных мышц), поэтому увеличение их активности в крови свидетельствует о гепатите.
Тема "Обмен липидов"
№№ 1, 2, 3, 7, 9, 10, 14, 21, 22
ТЕМА "ОБМЕН ЛИПИДОВ"
Задача 1.
Симптомы стеатореи, характеризующейся избытком липидов в кале, могут быть обусловлены двумя причинами: либо недостаточной секрецией желчных кислот, либо отсутствием секрета поджелудочной железы. Почему эти причины приводят к появлению липидов в кале? Как на основе анализа кала можно отличить, какая из этих двух причин лежит в основе заболевания? Дайте объяснение.
Ответ: При отсутсвии секрета поджелудочной железы нарушается процесс гидролиза триглицеридов, поэтому в кале будут обнаруживаться нерасщепленные триглицериды. При недостаточной секреции желчных кислот наряду с триглицеридами в кале будут присутствовать и свободные жирные кислоты.
Задача 2.
В крови больного после ее хранения в холодильнике в течение 16 — 24 часов появляется сливкообразный слой над прозрачной сывороткой. В крови значительно увеличено содержание триглицеридов, концентрация холестерина слегка повышена. Клинических признаков атеросклероза нет. К какому типу можно отнести данную гиперлипопротеинемию? Каков механизм обнаруженных нарушений в липидном обмене?
Ответ: Тк в крови значительно увеличено количество триглицеридов и повышена концентрация холестерина и нет риска развития атеросклероза, то это гиперлипопротеинэмия 1 типа(5 типов). Тк концентрация холестерина повышена, значит есть недостаточность липопротеинлипаз, а значит жирные кислоты переходят из хиломикрон плазмы крови в жировое депо крови, те не расщепляются триглицериды. Сливкообразный слой над сывороткой-это увеличение количества хиломикрон плазмы.
Задача 3.
Двуокись углерода — обязательный участник биосинтеза жирных кислот. Объясните, в чем заключается специфическая роль СО2? Будет ли пальмитиновая кислота, образованная при инкубации растворимой фракции с 14СО2 и другими компонентами, необходимыми для биосинтеза жирных кислот, содержать 14С? Докажите.
Задача 7.
Родители обеспокоены излишним весом ребенка. Без рекомендаций врача они резко уменьшили потребление углеводов, не изменив количества потребляемого жира и увеличили содержание белка в рационе. Через несколько недель у ребенка ухудшилось самочувствие, появилась рвота. Какие изменения в обмене возникли у ребенка? Какое биохимическое исследование необходимо сделать? Какие изменения в рационе питания необходимо было внести, чтобы избежать ошибок? Почему Вы так думаете?
Ответ: Уменьшение углеводов в диете ребенка без измения количества потребляемых жиров, вызвало нарушение баланса обмена углеводов и липидов. Это привело к усилению образования кетоновых тел, развился метаболический ацидоз. Для назначения рационального лечения необходимо определить содержание кетоновых тел в моче, а так же исследовать показатели кислотно-щелочного состояния организма.
Задача 9.
У спортсмена перед ответственным стартом повысилось содержание глюкозы до 6,5 ммоль/л и уровень свободных жирных кислот до 1,2 ммоль/л (норма – 0,4 – 0,9 ммоль/л). Какова причина этих изменений?
Ответ: Спортсмен перед стартом находится в состояние стресса, следовательно увеличивается выделение адреналина. Адреналин увеличивает скорость липолиза в жировой ткани, в результате усиливается мобилизация жирных кислот из жировых депо и повышается содержание свободных жирных кислот в плазме крови. Липолиз увеличивается за счет аденилатциклазы, следовательно повышается активность фосфорилазы, которая вызывает распад гликогена в печени и повышает содержание глюкозы в крови. Кроме того активируется гормон чуствительная липаза, происходит распад триглицеридов с освобождением жирных кислот, которые в связи с альбуминами переносятся в печень, где и окисляются.
Задача 10.
Сердечная мышца использует в качестве "горючего" жирные кислоты, а скелетная мышца — глюкозу. Объясните это различие в субстратах окисления и подсчитайте энергетический эффект окисления одной молекулы глюкозы и одной молекулы стеариновой кислоты.
Задача 14.
В эксперименте лабораторным животным дали с пищей около 30г тристеароглицерина. Будет ли депонированный жир отличаться от пищевого? Аргументируйте свой ответ
Задача 21.
Если с пищей человек получил 1-1,5г холестерина, то его синтез в организме снижается за счет снижения активности и уменьшения количества ферментов, принимающих участие в синтезе холестерина. Объясните причины, приводящие к снижению синтеза холестерина.
Задача 22.
В результате специальной диеты и интенсивных физических упражнений, регулярно выполняемых в течение 2 месяцев, в крови обследуемой группы людей концентрация холестерина в ЛПВП увеличилась примерно на 10%, а концентрация общего холестерина уменьшилась примерно на 20 мг/дл. Способствуют ли такие изменения уменьшению риска заболевания атеросклерозом? Аргументируйте свой ответ.
Тема "Обмен белков"
‘№№ 1, 2, 3, 4,7,9, 10
ТЕМА "ОБМЕН БЕЛКОВ"
Задача 1.
Здоровых крыс длительное время содерждали на искусственной белковой диете, исключающей ТРИПТОФАН.
Изменится ли азотистый баланс у этих животных? Если изменится то КАК и ПОЧЕМУ? Дайте характеристику азотистого баланса.
Ответ:ТРИПТОФАН является незаменимой аминокислотой. Азотистый баланс изменится, станет отрицательным, т.к. выводится азота будет больше чем поступать. Азотистый баланс –кол-венная разница между поступившим в орг-м азотом, свзя-ая с белками пищи и азотом, и вывед-ым из орг-ма в виде конечных прод-в азот-го обмена( мочевина, аммноийные соли). Определенное соотношение синтеза и распада белков в организме.
Задача 2.
Здоровых крыс длительное время содержали на искусственной белковой диете, исключающей АЛАНИН и АСПАРТАТ.
Изменится ли азотистый баланс у этих животных? Если изменится, то КАК и ПОЧЕМУ? Дайте характеристику азотистого баланса.
Задача 3.
После введения мышам аминокислоты СЕРИНА, содержащей меченый атом (N15) в α-положении, обнаружили, что метка быстро появляется в α-аминогруппе других аминокислот печени.
Объясните, почему это происходит, аргументируя ответ соответствующей схемой.
Задача 4.
У детей часто вирус гриппа нарушает синтез фермента карбомаилфосфатсинтетазы. При этом возникает рвота, головокружение, судороги, возможна потеря сознания. Укажите причину наблюдаемых симптомов. Для этого:
а) Напишите схему орнитинового цикла.
б) Укажите, концентрация какого вещества повышается в крови больного.
в) Объясните механизм его токсического действия на нервную систему.
г) Объясните, какую диету можно рекомендовать при данном нарушении.
Ответ:а) аммиак + угл.газ = крбомоил фосфат, орнитин + карбомоил-фосфат = цитрулин, Цитрулин + аспарагиновая кислота = аргинино-сукцинат, аргинино-сукцинат = аргинин и фумарат, аргинин= орнитин и мочевина, фумарат=малат=Щук=аспартат.
б) аммиака
в) аммиак забирает из мозга альфакетоглутарат, ЦТК не происходит, не образуется энергея. Аммиак забирает Глутамат, следовательно нет ГАМКа(тормозного медиатора), повыш глутамина повышает внутричерепное давление.
г)ограничить потребление белка, не употреблять животные жиры
Задача 7.
При биохимическом исследовании крови и мочи больного обнаружили, что концентрация мочевины в моче составляет 15г в сутки ( в норме 30 г в сутки), в крови больного мочевины 2,0 мМ/л ( в норме 3,3-6,6 мМ/л).
Объясните причину указанной патологии. Ответ проиллюстрируйте схемой метаболического пути, который нарушен в данном случае.
Задача 9.
У новорожденного ребенка наблюдается потемнение мочи при контакте с воздухом. Вспомнив энзимопатии обмена аминокислот, объясните, накоплением какого продукта обусловлен этот симптом. Обмен какой аминокислоты нарушен при данном заболевании? Назовите это заболевание, напишите схему соответствующего процесса.
Ответ:Алькаптонурия заболевание, связанное с врожденным нарушением метаболизма ароматических аминокислот тирозина и фенилаланина, в результате чего в организме накапливается промежуточный продукт обмена этих аминокислот — гомогентизиновая кислота (алькаптон).
Так как алькаптон выделяется эпителием почечных канальцев с мочой, то при стоянии мочи на воздухе вследствие окисления алькаптона моча окрашивается в черный цвет
Н-оксифенилпируват = со2 + гомогентизиновая кислота
Задача 10.
У пациента отсутствуют механизмы защиты от ультрафиолетовых лучей, он быстро получает солнечные ожоги, загар — не появляется.
Какое это заболевание? Укажите его причины. Для этого:
а) Назовите синтез какого вещества нарушен в организме этих людей.
б) Напишите схему его образования в норме.
в) Назовите фермент, дефект которого вызывает перечисленные симптомы.
Ответ:Альбинизм
а)меланина, тирозин преобразуется с потомшью гидроксилазы в ДОФА, ДОФА — циклизуется до ДОФА-хром, далее образуется меланин.
б) тирозин преобразуется с потомшью гидроксилазы в ДОФА, ДОФА — циклизуется до ДОФА-хром, далее образуется меланин.
в) фермент-тирозингидроксилаза
Тема "Биохимия печени"
№№ 2, 3, 4, 5
ТЕМА: "БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ"
Задача 2.
В женскую консультацию за советом обратилась молодая женщина с малым сроком беременности. В анамнезе — перенесенная болезнь Боткина. Среди рекомендаций врача были такие: остерегаться принимать в пищу копчености, консервы, уменьшить прием различных лекарственных препаратов, ограничить применение косметики. Объясните с биохимических позиций рекомендации врача.
Ответ:
Болезнь Боткина связана с поражением печени. Все продукты препараты и косметика запрещенные доктором, содержат ксенобиотики, обезвреживание которых происходит в печени. Следовательно эти рекомендации назначены, чтобы не перегружать печень.
Задача 3.
У пациента в крови содержится 12 ммоль /л билирубина, в кале обнаружен стеркобилин, в моче — следы стеркобилиногена, билирубина нет. а) Каково содержание общего билирубина в норме?
б) Каково соотношение прямого и непрямого билирубина в норме?
в) Какие пигменты содержатся в моче в норме?
г) Почему в норме в моче нет билирубина?
Задача 4.
У пациента появились боли в области печени, желтушность склер, кожных покровов. Кал обесцвечен, моча цвета крепкого чая.
а) Какая патология может вызвать данное состояние?
б) Какие анализы следует назначить для обследования данного пациента?
в) Чем объяснить обесцвечивание кала?
г) Какие выводы позволяет сделать изменение цвета мочи?
Источник: megaobuchalka.ru