Решить задачи. ГОУ ВПО «Владивостокский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

ГОУ ВПО «Владивостокский государственный медицинский университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

Кафедра биологической химии

Комплект учебно-методических материалов к

Учебно-методическому комплексу «БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»

Методические рекомендации

По проведению лабораторно-практических занятий

060108 – Фармация, курс 2, семестр 4

060101 – Лечебное дело, курс 2, семестр 3

060103 – Педиатрия, курс 2, семестр 3

060104 – Медико-профилактическое дело, курс 2, семестр 3

Утверждены

на методическом совещании кафедры

от 18 ноября 2008 г.

Протокол № 59

Владивосток 2008

Лабораторно-практическое занятие № 1

Тема: «Строение и функции белков».

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 (g-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

Знать

· факторы повреждения структуры и функций белков

· факторы формирования нативной конформации белковой молекулы

· основные закономерности функционирования белковой молекулы

Уметь

· объяснять значения терминов: протеинопатия, гемоглобинопатия, серповидно-клеточная анемия, прионы, шапероны

· писать формулы следующих аминокислот и образованных из них пептидов: ГЛИ, АЛА, ФЕН, АСП, ГЛУ, МЕТ, ЦИС, ГИС, СЕР, ЛИЗ.

3. Знать химизм: образование пептидной связи

Педагогическое диагностирование исходного уровня ЗУН (тесты):

1. Найти соответствие:

А. Ферритин Б. Кератин В. Казеин Г. Хитин Д. Нуклеопротеид

а) фосфопротеид, у которого фосфорная кислота присоединя- ется к молекуле белка сложноэфирной связью по месту гидро- ксильных групп оксиаминокислот; б) белок, содержащий в своем составе 20% железа, являющий- ся депо последнего в организме животных; в) непременный компонент ядерного материала и цитоплазмы; г) кутикулярный гликопротеид; д) содержит большое количество цистеина.

2. Выберите правильный ответ. Что является структурным элементом простых белков:

А. Мононуклеотиды.

Б. Глюкоза.

В. Аминокислоты.

Г. Глицерин.

3. Подберите к каждой из аминокислот соответствующее свойство радикала (подберите к буквам соответствующие цифры):

1. Триптофан. 2. Аспарагиновая кислота 3. Цистеин 4. Лейцин 5. Аргинин. 6. Серин.

А. Гидрофильный, положительно заряженный Б. Гидрофильный, отрицательно заряженный В. Гидрофильный, незаряженный Г. Гидрофобный

4. Выберите несколько правильных ответов. Какой метод можно применить для фракционирования белков:

А. Кристаллизацию.

Б. Осаждение кислотами и щелочами.

В. Электрофорез.

Г. Высаливание.

5. Выберите правильный ответ. Незаменимыми аминокислотами являются:

а) лиз, три, фен б) сер, гли, гис

в) асп, ала, тре г) про, оксипро, арг

д) глу, цис, тир

6. Установите соответствие:

а. Первичная структура б. Вторичная структура в. Третичная структура

1) стабилизируется водородными связями между атомами пептидного остова 2) в ее формировании принимают участие гидрофобные взаимодействия радикалов 3) фиксируется ковалентными связями между амино- и карбоксильными группами аминокислот

7. Выберите правильный ответ. Коллаген – единственный белок, в состав которого входит

А) орнитин б) аргинин

в) изолейцин г) 5-окситриптофан

д) оксипролин

8. Выберите правильный ответ. Наибольшие изменения в структуре и свойствах гемоглобина произойдут при мутации, связанной со следующей заменой аминокислот:

а) глутаминовая кислота – аспарагин б) глутаминовая кислота – лизин

в) глутаминовая кислота – аргинин г) глутаминовая кислота – валин

9. Выберите правильный ответ. Следствием нарушения первичной структуры гемоглобина является:

а) диспротеинемия б) метгемоглобинемияв

в) гипопротеинемия г) серповидно-клеточная анемия

д) железодефицитная анемия

10. Выберите правильный ответ. Незаменимые аминокислоты

1. Определяют видовые различия белков

2. Не синтезируются в организме

3. Способствуют созданию гидратной оболочки

4. Определяют биологические свойства белков

5. Определяют заряд белковой молекулы

Решить задачи

Задача 1. В молекулах целого ряда белков содержится большое число остатков цистина. При этом наблюдается корреляция между механически­ми и химическими свойствами белков (прочностью на разрыв, вязкостью, твердостью, устойчивостью к действию денатурирующих факторов, температурным воздействиям). Например, глутенин определяет вязкость и эластичность теста, приготовленного из пшеничной муки; твердость и прочность панциря черепахи определяет кератин. Какова молекулярная основа наблюдаемой корреляции между содержанием цистина и свойст­вами белка?

Задача 2. 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 вопрос объясните:

а) какое строение имеет гемоглобин А;

б) какие изменения в структуре белка привели к образованию патологической формы;

в) как называется такая форма гемоглобина;

г) почему изменяется форма и функция эритроцитов.

Задача 3. На рисунке представлена схема белка, состоящего из одной полипептидной цепи и имеющего активный центр, а также структуры 4-х лигандов.

Выберите из 4-х представленных лигандов один, который с наибольшей вероятностью будет взаимодействовать с активным центром белка. Для этого:

а) напишите формулы аминокислот, входящих в состав активного центра.

б) объясните, чем обусловлена специфичность связывания белка с лигандом;

в) какие связи возникают между выбранным вами лигандом и активным центром.

в) дайте определение, что такое «активный центр» белка и объясните, на каком уровне структур­ной организации он формируется? Какую роль играет активный центр в функционировании белка. Какое значение имеет первичная структура белка в формировании активного центра. Приведите примеры влияния первичной структуры на активность белков.

Пример решения задач: В 1949 году Лайнус Полинг с сотрудниками доказали, что в основе заболевания серповидноклеточной анемией лежит изменение первичной структуры белка. Назовите этот белок и на его примере расскажите о зависимости конформации белков и их функций от первичной структуры.

Серповидно-клеточная анемия – гомозиготное рецессивное заболевание; проявляется только в том случае, когда от обоих родителей наследуются 2 мутантных гена β-цепей глобина: После рождения ребёнка болезнь не проявляется до тех пор, пока значительные количества HbF не заместятся на HbS. У больных выявляют клинические симптомы, характерные для анемии: головокружение и головные боли, одышка, учащённое сердцебиение, боли в конечностях, повышенную восприимчивость к инфекционным заболеваниям.

Гетерозиготные индивидуумы, имеющие один нормальный ген HbA, а другой ген HbS, в крови имеют лишь следовые количества серповидных клеток и нормальную продолжительность жизни; клинические симптомы болезни у них обычно не проявляются.

В молекуле гемоглобина S (так назван аномальный гемоглобин) мутантными оказались β-цепи, в которых глутамат, высокополярная отрицательно заряженная аминокислота в положении 6 была заменена валином, содержащим гидрофобный радикал.

В дезоксигемоглобине S имеется участок, комплементарный другому участку таких же молекул, содержащему изменённую аминокислоту. В результате молекулы дезоксигемоглобина начинают «слипаться», образуя удлинённые фибриллярные агрегаты, деформирующие эритроцит и приводящие к образованию аномальных эритроцитов в виде серпа.

В оксигемоглобине S комплементарный участок «замаскирован» в результате изменения конформации белка. Недоступность участка препятствует соединению молекул оксигемоглобина 8 друг с другом. Следовательно, образо­ванию агрегатов HbS способствуют условия, повышающие концентрацию дезоксигемоглобина в клетках (физическая работа, гипоксия, уменьшение pH, условия высокогорья, полёт на самолёте).

Так как «серповидные» эритроциты плохо проходят через капилляры тканей, они часто закупоривают сосуды и создают тем самым локальную гипоксию. Это повышает концентра­цию дезоксигемоглобина S в эритроцитах, ско­рость образования агрегатов гемоглобина S и ещё большую деформацию эритроцитов. Нару­шение доставки О₂ в ткани вызывает боли и даже некроз клеток в данной области.

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

Задание для СДС во внеучебное время:

Заполнить таблицы :