Ферменты

Белки

1. Концентрация 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах при хранении консервированной крови может уменьшать­ся с 8,0 до 0,5 ммоль/л. Можно ли переливать такую кровь тяжелобольным людям, если концентрация 2,3-бисфосфо­глицерата восстанавливается не ранее чем через 3 сут? Для ответа поясните:

а) что такое 2,3-бисфосфоглицерат; б) когда и в каком участке он присоединяется к гемо­глобину;

в) как изменяется сродство гемоглобина к О₂ при присоединении 2,3-бисфосфоглицерата.

2. Существует наследственное заболевание, связанное с изменением концентрации 2,3-бисфосфоглицерата в эрит­роцитах. Это вещество синтезируется из 1,3-бисфосфоглицерата при участии мутазы. Какое значение имеет 2,3-бис­фосфоглицерат в регуляции сродства гемоглобина к О₂? Для ответа на вопрос:

а) укажите, в каком метаболическом пути синтезирует­ся предшественник 2,3-бисфосфоглицерата. Напиши­те схему этого пути, подчеркните субстрат, исполь­зуемый для синтеза 2,3-бисфосфоглицерата;

б) объясните, каков механизм регуляции сродства ге­моглобина к О₂ с помощью 2,3-бисфосфоглицерата;

в) уточните, как изменится количество доставляемого в ткани О₂ при снижении синтеза 2,3-бисфосфогли­церата.

З. Кислород необходим клеткам для процессов окисле­ния веществ и получения энергии. Недостаток кислорода, так же как его избыток, губителен для тканей. Каким об­разом регулируется количество О₂, доставляемого в ткани в соответствии с потребностями клеток в кислороде? При ответе объясните:

а) что такое эффект Бора; б) как связан этот эффект с метаболической активнос­тью тканей; приведите примеры реакций, в которых выделяется СО₂; в) как изменится количество поступающего в ткани О₂ при алкалозе.

4. В результате мутаций в гене α-цепи гемоглобина А вместо Гис, входящего в состав активного центра, находится Тир. Это приводит к тому, что Fе²⁺ окисляется до Fе³⁺. Какова причина развития гемоглобинопатии при дан­ном наследственном заболевании? Для ответа на постав­ленный вопрос объясните:

а) как называется такая форма гемоглобина;

б) какую роль играют остатки Гис, входящие в состав активного центра, в функционировании гемоглобина;

в) сколько молекул О₂ способен переносить в ткани та­кой гемоглобин и какова функция О₂ в тканях.

5. В результате мутации в гене β-цепи гемоглобина, в гидрофобном «кармане», где происходит связывание бел­ковой части с гемом, Фен заменен на Сер. Каков меха­низм развития гемоглобинопатии? Для ответа на этот воп­рос объясните:

а) какую роль играют гидрофобные аминокислоты «кармана», где расположен гем, в функционирова­нии гемоглобина;

б) почему О₂ легко проходит в активный центр и свя­зывается с железом гема, а вода — нет;

в) почему такая замена приводит к нарушению связы­вания с О₂; сколько молекул О₂ может связывать та­кой мутантный белок.

6. В крови студента одной из африканских стран, по­ступившего в больницу по поводу одышки, головокруже­ния, учащенного сердцебиения и болей в конечностях, при анализе крови были найдены эритроциты, имеющие фор­му серпа. Объясните причину развития данного заболева­ния. Для ответа на этот вопрос объясните:

а) какое строение имеет гемоглобин А; б) какие изменения в структуре белка привели к обра­зованию патологической формы гемоглобина; в) как называется такая форма гемоглобина; г) почему изменяются форма и функция эритроцитов.

7. 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.

8. 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; в) какой из методов используется, если нужно сохра­нить исходный объем белкового раствора.

Ферменты

1**. Объясните, почему протеолитические ферменты и дезоксирибонуклеаза используются для лечения гнойных ран:

а) какие реакции катализируют эти ферменты; б) как изменится вязкость гнойного содержимого, если она зависит от концентрации макромолекул в его составе; в) можно ли для очищения ран от гноя использовать пепсин, а также коллагеназу и гиалуронидазу.

2**. Токсический эффект тяжелых металлов, напри­мер Сd²⁺ и Нg²⁺, объясняется тем, что они могут замещать Zn²⁺ в активном центре определенных ферментов. Приве­дите примеры ферментов, в активном центре которых со­держатся металлы, и объясните: а) как при этом изменяется активность ферментов и по­чему; б) почему при этом изменяется скорость транскрипции, а также снабжение клеток кислородом.

3**. Изоферменты гексокиназа и глюкокиназа катали­зируют одну и ту же реакцию, но различаются по кинети­ческим свойствам: глюкокиназа имеет К_м = 10 ммоль/л, а у гексокиназы К_м = 0,2 ммоль/л. Напишите реакцию, ко­торую ускоряют эти изоферменты и объясните:

а) для каких органов характерна гексокиназа, а для ка­ких глюкокиназа; б) у какого изофермента сродство к глюкозе больше и какое это имеет физиологическое значение.

4**. У некоторых жителей Японии и Китая после упот­ребления очень небольших количеств алкоголя расширяют­ся сосуды и увеличивается частота сердечных сокращений. Причиной этих симптомов является высокая концентрация в крови ацетальдегида - соединения, токсичного для моз­га. Объясните, почему эти же количества алкоголя не ока­зывают такого действия у европейцев.

а) напишите реакцию превращения ацетальдегида в аце­тат, укажите фермент; б) какая форма фермента отсутствует у некоторых жи­телей Японии и Китая, если установлено, что есть две формы этого фермента: митохондриальная с низ­кой К_м и цитозольная с высокой К_м.

5. Сериновые протеазы проявляют групповую специ­фичность к субстратам. Эти ферменты имеют похожую структуру и общий каталитический механизм, но различа­ются по субстратной специфичности. Что определяет спе­цифичность этих ферментов к субстрату, а что - специ­фичность к пути превращения? а) объясните название этих ферментов — «сериновые протеазы»; б) сравните структуру каталитического и субстратсвя-зывающего участков активного центра химотрипсина, трипсина и эластазы.

5. Ферментные препараты хранят в вакуумированных ампулах (без кислорода), а растворяют сухой препарат в дистиллированной (кипяченой) воде при осторожном пе­ремешивании. Сыворотку крови, предназначенную для из­мерения активности ферментов, немедленно помещают в пробирку со льдом. Объясните эти требования (в тексте они выделены).

7**. На чем основано действие аспирина как жаропо­нижающего средства, лекарства, снимающего слабые боли и уменьшающего воспалительные процессы? а) напишите схему процесса, на который влияет аспирин; б) укажите фермент, ингибитором которого является ас­пирин; в) в чем заключается причина изменения конформации молекул фермента при действии на нее аспирина, об­ратима ли инактивация фермента.

8**. Полипептиды трасилол (контрикал), гордокс ис­пользуются как лечебные препараты при панкреатите. Объясните: а) как используются структурные аналоги субстратов в медицине; б) на чем основано действие полипептидов типа трасилола при панкреатите; в) что защищает поджелудочную железу от самоперева­ривания в норме.

9**. Каптоприл —лекарственный препарат, конкурент­ный ингибитор карбоксидипептидилпептидазы. Напиши­те схематически реакцию, скорость которой уменьшает каптоприл, и объясните: а) концентрация какого вещества при этом уменьшает­ся в крови; б) почему это лекарство эффективно при некоторых формах гипертонической болезни.

10**. При длительном приеме антибиотиков и сульфа­ниламидов происходит угнетение микрофлоры кишечни­ка участвующей в синтезе пиридоксина. Скорость каких реакций в клетках уменьшится и почему? а) напишите несколько реакций, для протекания кото­рых необходим пиридоксин; б) какое значение имеют эти реакции для организма человека?

11. В двух пробах за 10 мин гидролизовалось равное количество крахмала: в первой пробе количество амилазы 2 мг, во второй — 5 мг. Одинакова ли активность амилазы в обеих пробах?

12. Оптимальное значение рН пепсина 1,5-2,0, а трип­сина, который секретируется с панкреатическим соком, 7,8. Нарисуйте графики зависимости скорости реакции от рН для этих ферментов и объясните: а) почему изменение рН приводит к уменьшению ак­тивности фермента; б) какое значение для организма человека имеет разли­чие в рН-оптимуме этих ферментов.

13. Пациента с жалобами на боль в груди в течение 3 дней госпитализировали с подозрением на инфаркт мио­карда. Результаты биохимического анализа крови под­твердили диагноз. Опишите метод энзимодиагностики и объясните:

а) какие особенности состава и распределения фермен­тов лежат в основе метода энзимодиагностики;

б) активность каких ферментов изменилась в крови па­циента и как.