Рабочая программа Биологическая химия Лечебное дело

1.
Цели и задачи учебной дисциплины:
Биологическая химия - это наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живого организма, их превращения и взаимодействия
между собой, а также связь процессов жизнедеятельности органов и тканей о рганизма. Она является одной из наиболее интенсивно развивающихся медицинских и биологических наук.
К настоящему времени расшифрованы механизмы многих явлений жизни, обнаружены новые закономерности, сформулированы основополагающие
принципы, которые значительно приблизили к пониманию сути живого. Сделано это, прежде всего благодаря биохимии, ставшей не просто основным инс трументом для решения важнейших проблем биологии, но и ее методологией,
позволяющей не только открывать закономерности живых систем, но и в опр еделенной мере управлять жизненными процессами.
Биохимические принципы, подходы и методы позволили в определенной
мере расшифровать основные закономерности функциональной организации
биосистем. Благодаря биохимии стали вполне объяснимы такие признаки живых систем как:
- сложность структурной организации,
- питание и обмен веществ,
- многообразие форм и видов,
- способность извлекать и преобразовывать энергию,
- способность к сохранению структурно-функциональной целостности
организма,
- активное независимое передвижение в пространстве,
- самовоспроизводство себе подобных,
- возможность познания окружающей действительности.
Целями освоения учебной дисциплины биологическая химия являются:
- формирование у студентов знаний о строении, свойствах и функциях
биомолекул, основных метаболических путях, молекулярных основах физиологических функций организма в норме и при патологии, биохимических особенностях детского организма;
- обеспечение готовности студентов к использованию полученных знания
при изучении клинических дисциплин и в последующей профессиональной
деятельности.
Задачи лекционного курса: изложение ключевых вопросов программы,
интеграция учебного материала, необходимого для подготовки врача-педиатра.
Задачи лабораторных занятий:
- обеспечить закрепление теоретического материала, сформировать умения и навыки для решения проблемных и ситуационных задач;
- научить студентов пользоваться картами и схемами метаболизма, справочными материалами;
- обучить студентов правилам техники безопасности при работе в биохимической лаборатории;
1
- научить студентов оценивать результаты биохимических анализов на
базе знаний теоретических основ биологической химии.
В то же время, применение новых лекарственных средств и методов лечения, проведение сложных хирургических операций и реанимационных мероприятий требуют постоянного биохимического контроля состояния обменных
процессов, происходящих в отдельных органах и системах организма человека.
Все это вместе взятое определяет значимость медицинской биохимии в подготовке высококвалифицированного врача-специалиста.
Как уже отмечалось выше, с методологической точки зрения дальнейшее
развитие биологии и медицины в значительной степени определяется прогрессом в области биохимии. Медицинская биохимия из прикладной науки стала
одной из теоретических основ медицины. Современные методы исследования
позволили установить, что в живом организме при воздействии различных факторов внутренней и внешней среды происходят изменения строения и путей
метаболизма биомолекул (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов,
гормонов и др.), что в свою очередь приводит к глубоким нарушениям физиологических процессов, которые могут проявляться тем или иным заболеванием.
Биохимия открывает пути не только для познания молекулярных механизмов
возникновения патологии, но и для изыскания средств активного вмешательства в процессы жизнедеятельности организма с целью ликвидации патологического процесса.
В медицинских вузах биологическая химия является фундаментальной
дисциплиной. На ее основе создались и выделились в отдельные научные направления, а затем и в самостоятельные науки молекулярная биология, молекулярная генетика, биохимическая генетика. Последние в настоящее время очень
интенсивно развиваются, являясь основой геномики и протеомики, которые, в
свою очередь, являются важнейшими составляющими понятия молекулярная
медицина. Появление этого нового раздела, во многом опирающегося на знания
биологической химии, подразумевает существенную переориентацию не только
взглядов врача-клинициста на диагностику, лечение и профилактику заболеваний, но и радикальное изменение формы и содержания медицинского образ ования так, что позволило бы врачу свободно ориентироваться в перспективных
направлениях развития биологии и медицины, уметь критически оценивать новые медицинские технологии, анализировать причины, течение и прогноз заболевания с точки зрения молекулярно-клеточной патологии.
2. Место учебной дисциплины в структуре ООП:
Основные знания, необходимые для изучения дисциплины:
1. Общественные науки: основные законы и категории диалектики, основы
теории научного познания.
2. Анатомия, гистология, эмбриология: строение и развитие органов, тканей,
клеток организма.
3. Биология с генетикой: индивидуальное развитие организма, основные понятия и законы генетики.
2
4. Химия: строение молекул, типы химических связей, классификация и номенклатура органических соединений, закономерности протекания химических реакций, основы химической термодинамики и биоэнергетики, кинетики химических реакций, основы катализа.
5. Медицинская физика с основами математики и информатики: общие представления о биофизике мембран, физические основы методов анализа и лечения, навыки пользования компьютером и работы в сети Интернет.
6. Физиология: функции важнейших органов и систем организма, понятие о
гомеостазе, физиологические основы питания и пищеварения.
7. Латинский язык, основы терминологии, иностранный язык: понимание
терминов и обозначений, используемых в биохимии, умение работать с
иностранной литературой.
3. Требования к уровню подготовки студентов, завершивших изучение
данной дисциплины:
Студент должен знать:
- Основы структурной организации и функционирования основных биомакромолекул клетки, субклеточных органелл; основы механизмов межмолекулярного взаимодействия.
- Важнейшие функциональные свойства и основные пути метаболизма
белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов; биологическое значение витаминов.
- Механизмы ферментативного катализа; особенности ферментативного
состава органов; основные принципы диагностики и лечения болезней, связанных с нарушением функционирования ферментов.
- Основы биоэнергетики. Молекулярные механизмы биоокисления. Основные метаболические пути образования субстратов для митохондриальной и
внемитохондриальной систем окисления.
- Основные молекулярные механизмы регуляции метаболизма углеводов,
липидов, белков, аминокислот, нуклеотидов. Принципы действия гормонов.
- Особенности метаболизма печени, почек, крови, межклеточного матрикса, соединительной, нервной и мышечной тканей.
- Принципы биохимического анализа, диагностически значимые показатели состава крови, мочи и желудочного сока у здорового человека.
Студент должен уметь:
- Объяснять молекулярные механизмы поддержания гомеостаза при различных воздействиях внутренних и внешних факторов.
- Объяснять молекулярные механизмы нарушений метаболизма, возникающих при некоторых наследственных и приобретенных заболеваниях, применяя знания о магистральных путях превращения белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов в организме человека.
- Объяснять молекулярные механизмы функционирования различных
клеток, органов и тканей с учетом особенностей их качественного и количес твенного состава, а также особенностей метаболизма, имеющих место в этих
структурах.
- Объяснять способы обезвреживания токсических веществ в организме,
3
применяя знания механизмов детоксикации эндогенных веществ и чужеродных
соединений.
- Объяснять лечебное действие некоторых лекарств, используя знания о
молекулярных процессах и структурах, являющихся мишенью для этих лекарств.
- Анализировать возможные пути введения лекарств в организм, используя знания о процессах пищеварения и всасывания, о биотрансформации лекарств в организме.
- Оценивать данные о химическом составе биологических жидкостей для
характеристики нормы и признаков болезней.
- Интерпретировать результаты биохимических исследований с учетом
возрастных особенностей организма.
Студент должен приобрести следующие навыки:
- Самостоятельной работы с биохимической литературой: вести поиск
данных, превращать прочитанное в средство для решения биохимических, и в
дальнейшем профессиональных задач.
- Работы в химической лаборатории с реактивами, посудой, измерительной аппаратурой.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе
лекции
Практические занятия
семинары
Лабораторные занятия
Самостоятельная работа
В том числе:
Курсовой проект:
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточной аттестации:
экзамен
Общая трудоемкость
Всего часов
184
III
96
семестры
IV
88
46
28
18
36
102
92
16
52
46
20
50
46
IV
276
4
Основные понятия дисциплины и их характеристика
Биологическая химия подразделяется на статическую, динамическую и
функциональную.
Статическая биохимия изучает структуру и свойства соединений, участвующих в построении и функционировании живых клеток, тканей, органов.
К этим соединениям относят: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды,
витамины, ферменты, гормоны и др.
Белки - высокомолекулярные соединения, построенные из
аминокислот, соединенных между собой пептидными (амидными) связями и
выполняющие строго определенные функции. Сложные белки, кроме белкового
компонента, содержат в своей молекуле простетические группы: углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, геминовые группировки, производные витаминов,
различные металлы и другие соединения. Белки являются важнейшими компонентами живых систем: они щедро представлены в организме человека и характеризуются наибольшим диапазоном вариаций размеров, формы и физикохимических свойств. Эти макромолекулы также значительно различаются по
физиологическим функциям и выполняют в клетках и в целом организме каталитическую, структурную, регуляторную, защитную, опорную, рецепторную,
транспортную, механическую, энергетическую и другие функции. Построение
белка начинается с первичной структуры, т. е. генетически детерминированного порядка чередования аминокислот в полипептидной цепи. Уникальность
белков по первичной структуре обозначают термином специфичность, которая
признана его важнейшей характеристикой. Аминокислотная последовательность, в свою очередь, определяет его пространственную конфигурацию (вторичную, третичную и четвертичную структуру), определяющую функциональную активность белковой молекулы.
Нуклеиновые кислоты – линейные биополимеры, состоящие из мононуклеотидов, которые соединяются между собой 3 ,5 -фосфодиэфирными связями.
Нуклеотиды представляют собой фосфорилированные (обычно по 5´положению) нуклеозиды, которые, в свою очередь, представлены связанными
между собой N-гликозидной связью азотистыми основаниями (пуриновые или
пиримидиновые) и пентозой (рибоза или дезоксирибоза). Существует два вида
нуклеиновых кислот ДНК и РНК, отличающиеся по химическому составу, вторичной и третичной структуре, функциям, молекулярной массе и месту локализации. Нуклеиновые кислоты обеспечивают передачу генетической информации от одного поколения клеток к другому, и от генотипа к фенотипу (участвуя
в процессах синтеза белка).
Углеводы - многоатомные альдегидоспирты или кетоноспирты и их производные, включая полимерные молекулы, - являются основным источником
энергии в организме. Около 60% энергии поставляется за счет катаболизма углеводов. Являясь структурными компонентами гликопротеидов, протеогликанов, гликолипидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот, они участвуют также в
построении структурных элементов тканей, выполняют резервную, транспортную, защитную, регуляторную функции, отвечают за специфическое узнавание
между сигнальными молекулами (гормонами, нейротрансмиттерами) и рецеп0
торами, между различными клетками и т. д.
Липиды − неоднородные по химической структуре вещества, плохо растворимые в воде и хорошо растворимые в неполярных органических раствор ителях. По химическому строению в большинстве они представляют сложные
эфиры высших жирных кислот с глицерином или некоторыми другими спиртами (сфингозином, холестеролом). Кроме этих компонентов в липидах встречается фосфорная кислота, азотистые основания или углеводы. В комплексе с
белками липиды являются структурными элементами мембран клеток и клеточных органелл. В связи с этим они осуществляют транспорт веществ в клетку
и участвуют в ряде других процессов, связанных с функционированием мембран. Липиды выполняют также энергетическую, резервную, защитную, регуляторную и другие функции. Обмен липидами, происходящий между различными органами и тканями организма человека, осуществляется с помощью
комплексирования последних со специфическими (транскортин, транстиретин,
секс-связывающий глобулин и др.) и неспецифическими (альбумины, различные классы липопротеидов) белками.
Витамины − низкомолекулярные органические соединения, не синтезирующиеся в тканях организма (кроме витамина РР), поступающие в него извне
(с пищевыми продуктами) или образуемые в кишечнике вегетирующими там
микроорганизмами. Они являются незаменимыми компонентами пищи и обеспечивают нормальное протекание биохимических и физиологических процессов путем участия в регуляции метаболизма. Многие витамины (в основном водорастворимые) представляют собой исходный материал для биосинтеза коферментов и простетических групп ферментов. Ряд витаминов, в основном жирорастворимых, обладает регуляторными функциями, в частности, участвуют в
регуляции проницаемости мембран, прохождения через них катионов, синтеза
специфических белков.
Ферменты или энзимы − биологические катализаторы белковой природы,
образующиеся и функционирующие во всех живых организмах. Они обладают
рядом специфических свойств: высокой каталитической эффективностью, узкой специфичностью (избирательностью действия на субстраты и пути их превращения). Одним из важнейших свойств ферментов является их регулируемость, благодаря которой осуществляется координированность всех метаболических процессов во времени и пространстве, самовоспроизведение живой материи, приспособление к изменению условий внешней среды. Важность этих
свойств ферментов для организма подтверждается возникновением тяжелых
патологических состояний, развивающихся вследствие врожденного или приобретенного дефицита этих биологически активных соединений (например, фенилкетонурия). Следует отметить также и огромную значимость изучения активности ферментов в различных биологических жидкостях с целью локализ ации патологического процесса и проведения дифференциальной диагностики
заболеваний (аминотрансферазы, лактатдегидрогеназа, креатинфосфокиназа и
их изоферменты).
Гормоны – биологически активные соединения, вырабатываемые в малых
количествах специализированными клетками желез внутренней секреции,
1
транспортируемые циркулирующими жидкостями (кровью, лимфой) к клеткаммишеням и активно влияющие на метаболические, морфогенетические и физиологические процессы. В особую группу химических сигнальных молекул
выделяют так называемые тканевые гормоны (гистогормоны) или гуморальные
факторы, которые образуются не в эндокринных железах, а в тканях организма
(гистамин, серотонин, простагландины и др.) и нейромедиаторы (ацетилхолин,
норадреналин и др.). Гормоны оказывают свое влияние на клетки-мишени, которые имеют специфические рецепторы, представляющие собой тканевую составляющую эндокринной функции. В зависимости от клеточной локализации
рецепторов различают следующие типы циторецепции гормонов: мембранновнутриклеточный (или косвенный) и цитозольный ( или прямой). Первый тип
рецепции характерен для гормонов, растворимых в воде, второй - для липофильных гормонов. Знание процессов продукции гормонов и их воздействия на
клетку (трансдукции гормонального сигнала) приобретает актуальность в связи
с наличием эндокринных заболеваний, которые могут развиваться вследствие
нарушения секреции гормона эндокринной железой или нарушения рецепторного аппарата клетки (болезни рецепции).
Минеральные элементы − натрий, калий, кальций, хлор, фосфор, сера и
другие - входят в состав различных соединений, а также присутствуют в биологических жидкостях в виде ионов. Они участвуют в формировании тканевых
структур, а также в многочисленных процессах, лежащих в основе жизнедеятельности клеток: поддержании осмотического давления, мышечном сокращении, возникновении потенциалов покоя и действия клеток, свертывании крови,
дезинтоксикации или инактивации вредных для организма соединений, регуляции кислотно-основного баланса, процессов метаболизма и физиологических
функций.
Микроэлементы − йод, медь, железо, цинк, марганец, кобальт, молибден
и некоторые другие содержатся в организме в микроколичествах. Некоторые из
них участвуют в построении гормонов щитовидной железы. Другие являются
одним из основных факторов толерантности к глюкозе (ФТГ), представляющего собой, как предполагается, комплекс никотиновой кислоты и хрома. Третьи
входят в состав ферментных систем, участвуя, таким образом, в регуляции метаболических реакций.
Вода − основной (по объему) компонент живых систем, создает ту среду,
в которой протекают все химические процессы, лежащие в основе явлений
жизни. Кроме того, перенос различных соединений осуществляется циркулирующими, постоянно обменивающимися жидкостями тела - кровью и лимфой.
Вода обеспечивает взаимодействие клеток в тканях и участвует в поддер жании
теплового равновесия. Также она включается в структуру органических соединений за счет реакций микросомального окисления, в результате чего образуется ряд биологически активных соединений и происходит дезинтоксикация конечных продуктов обмена веществ и ксенобиотиков.
Динамическая биохимия изучает обмен веществ в организме, т. е. все
превращения различных соединений, начиная с их поступления в организм
с пищей и кончая выделением конечных продуктов обмена. Обмен веществ
2
в организме может быть подразделен на внешний (питание и выделение) и
промежуточный и разграничен (условно, в целях удобства его изучения) на
ряд этапов.
1. Пищеварение (переваривание) - разрушение пищевых веществ, перевод
их в форму, удобную для всасывания. Как правило, этот процесс с водится к
гидролитическому распаду сложных молекул до мономеров (белки гидролиз уются до аминокислот, олиго- и полисахариды - до моносахаридов, жиры - до
глицерина и жирных кислот).
2. Всасывание - проникновение продуктов переваривания пищевых
веществ из полости кишечника во внутреннюю среду организма (в кровь и
лимфу).
3. Транспортировка всосавшихся веществ кровью к потребляющим их органам и тканям.
4. Промежуточный обмен (метаболизм) - все превращения веществ, которые они претерпевают внутри клеток органов и тканей. Эти превращения могут происходить в двух направлениях: а) распад веществ (катаболизм) с освобождением заключенной в их химических связях потенциальной энергии и о бразованием конечных продуктов обмена; б) синтез веществ (анаболизм) из более простых соединений, для чего требуется затрата химической энергии. Пр оцессы биосинтеза и распада веществ тесно связаны между собой и, обычно, катаболизм веществ одного класса сопровождается анаболизмом соединений др угого (например, распад углеводов может быть сопряжен с синтезом липидов,
особенно при увеличении содержания углеводов в пищевом рационе), так что
для живых систем характерным является динамическое состояние входящих в
них химических соединений.
Энергия, освобождаемая при распаде веществ, аккумулируется в молекулах макроэргических соединений, главным из которых является аденозин-5´трифосфорная кислота (АТФ), а затем отдается этими веществами работающим
механизмам, что обеспечивается наличием в клетках разнообразных молекулярных механизмов преобразования энергии.
5. Выделение конечных продуктов обмена веществ из организма происходит главным образом через почки с мочой, а также через кишечник (с калом)
и через кожу (с потом). Выделительной функцией обладают также легкие - с
выдыхаемым воздухом удаляется углекислый газ и некоторое количество воды.
Процессы обмена веществ в организме регулируются, причем регуляция
осуществляется на различных уровнях: целого организма, органа, клетки, а
также на субклеточном, молекулярном уровнях. Особая роль в регуляции обмена веществ принадлежит эндокринной системе.
Функциональная биохимия изучает вопросы непосредственной связи
специфических функций субклеточных органелл, органов и тканей с особенностями химического состава и обмена веществ в них. Каждой ткани и органу
помимо общих для любой живой системы биохимических процессов присущи
специализированные функции, выполняемые ими в организме. Специализация
биохимических функций зависит, главным образом, от состава ферментов, белков и других соединений, образование которых предопределяется особенностя3
ми реализации генетической информации в процессе развития и дифференцировки клеток, тканей и органов.
Интересно заметить, что изменения состава белков, ферментов и других соединений, происходящие в клетках при воздействии различных факторов внешней
и внутренней среды, могут быть идентифицированы на основании биохимического анализа различных биологических жидкостей организма (кровь, моча, ликвор,
лимфа и др.). Так, клеточные и внеклеточные компоненты крови имеют разное
происхождение, поэтому они являются как бы индикаторами биохимических, физиологических процессов тех или иных органов, откуда они поступают в кровоток. Развитие патологического процесса в организме человека может приводить к
появлению аномальных составляющих крови или изменению уровня нормальных
ее компонентов. Таким образом, по изменениям состава крови судят о состоянии
здоровья человека. Пределы колебаний содержания различных соединений плазмы крови в норме представлены в таблице 1.
Таблица 1
Биохимические показатели плазмы крови взрослых людей в норме
Показатели
Концентрация в норме
1
2
I. Белки
общий белок
65-85 г/л
белковые фракции:
альбумины
35-60 г/л (52-65%)
преальбумины
0,1-0,4 г/л
глобулины
25-35 г/л
1-4 г/л (2,5-5,0%)
1-глобулины
4-12 г/л (7-13%)
2-глобулины
5-11 г/л (8-14%)
-глобулины
5-16 г/л (12-22%)
-глобулины
фибриноген
2-4 г/л
липопротеиды
хиломикроны
0-0,5 г/л
1,5 -2 г/л
пре- -липопротеиды (ЛПОНП)
муж. 1,25-4,25 г/л
-липопротеиды (ЛПВП)
жен. 2,5-6,5 г/л
3,0-4,5 г/л
-липопротеиды (ЛПНП)
гаптоглобин
0,4-2,4 г/л
ферменты:
аланинаминотрансфераза
67-283 нкат/л
аспартатаминотрансфераза
50-233 нкат/л
лактатдегидрогеназа
1,7-3,4 мккат/л
креатинфосфокиназа
до 167 нкат/л (без активаторов)
до 834 нкат/л (с активаторами)
холинэстераза
33-123 мккат/л
фруктозодифосфатальдолаза
67-333 нкат/л
4
1167-5000 нкат/л
0,23-4,6 мккат/л
16,7-66,7 мккат/л
333-883 нкат/л
33-183 нкат/л
196-359 мккат/л
до 15 нкат/л
2
67-467 нкат/л
-амилаза
липаза
трипсин
щелочная фосфатаза
кислая фосфатаза
каталаза
глутаматдегидрогеназа
1
γ-глутамилтрансфераза
II. Небелковые азотсодержащие вещества
азот остаточный (небелковый)
азот аминокислот
креатин
14,3-28,6 ммоль/л
3,5-5,5 ммоль/л
муж. 15,2-45,8 мкмоль/л
жен. 45,8-76,2 мкмоль/л
53-106 мкмоль/л
3,33-8,32 ммоль/л
муж. 0,125-0,5 ммоль/л
жен. 0,119-0,38 ммоль/л
креатинин
мочевина
мочевая кислота
Пигменты:
билирубин общий
билирубин непрямой
билирубин прямой
III.Углеводы и метаболиты
общий сахар (по ХагедорнуЙенсену)
глюкоза
лактат
пируват
сиаловые кислоты
IV. Липиды и метаболиты
общие липиды
триглицериды
фосфолипиды общие
холестерин общий
жирные кислоты свободные
кетоновые тела (в пересчете на
ацетон
желчные кислоты
V. Минеральные вещества
натрий
калий
хлориды
1,7-20,5 мкмоль/л
1,7-17,1 мкмоль/л
0,86-4,3 мкмоль/л
4,44-6,66 ммоль/л
3,3-5,5 ммоль/л
0,33-1,78 ммоль/л
0,031-0,1 ммоль/л
0,55-0,79 г/л
4-8 г/л
0,5-1,77 ммоль/л
1,52-3,62 ммоль/л
2,97-8,79 ммоль/л
0,64-1,18 ммоль/л
100-600 ммоль/л
0-76,4 мкмоль/л
135-160 ммоль/л
3,8-4,6 ммоль/л
95-103 ммоль/л
5
кальций общий
кальций ионизированный
неорганический фосфат
сульфаты
железо
медь
2,25-2,64 ммоль/л
1,05-1,3 ммоль/л
0,64-1,29 ммоль/л
0,1-0,65 ммоль/л
11,6-31,3 мкмоль/л
муж. 11,0-22,0 мкмоль/л
жен. 13,4-24,4 мкмоль/л
магний
0,75-1,25 ммоль/л
1
2
бикарбонаты
21-25 ммоль/л
Особенностью биохимии, как и других химических наук, является выражение сущности процессов, протекающих в живых клетках, с помощью структурных
формул. Обилие формульного материала представляет определенные трудности
для изучения биологической химии. Между тем, избежать запоминания многих
формул, реакций и целых процессов нельзя, так как они отображают структуру
веществ и те изменения, которые с ними происходят при различных взаимодействиях.
Единственным путем, помогающим изучению биологической химии, является сознательное, осмысленное изучение формул, для чего необходимо уметь
разбираться в их составных частях, понять их рациональные названия, составляемые в соответствии с правилами химической номенклатуры. Студентам, изучающим биологическую химию, рекомендуется при изучении формульного материала
воспроизводить формулы на бумаге четко и аккуратно.
Программа курса биологической химии составлена так, что наряду с ознакомлением с основами биологической химии студенты-медики получают представление о патологической химии. Это подготавливает их к прослушиванию курса патологической физиологии и клинических дисциплин: терапии, хирургии, онкологии и др.
Лабораторные занятия являются экспериментальным подтверждением теоретического материала, даваемого на лекциях. Они включают новые методы биохимической диагностики ряда заболеваний, элементы учебно-исследовательской
работы (сравнительное исследование отдельных метаболитов обмена веществ в
норме и патологии), что способствует развитию навыков самостоятельной работы
каждого студента.
Систематическая проверка знаний студентов проводится путем выполнения
контрольных задач, контрольных работ, бесед с преподавателем и тестового программированного контроля уровня знаний на индивидуальных компьютерах. Вопросы составляются так, чтобы студент мог не только использовать информацию,
полученную из лекционного курса и учебников, но и самостоятельно найти необходимые материалы, применить полученные знания на практике.
На практических занятиях студентом выполняется лабораторная работа,
основной целью которой является закрепление теоретической информации об
особенностях строения, свойств биомолекул и биохимических процессах, протекающих в организме человека, что способствует развитию у него спосо б6
ности к самостоятельному и творческому мышлению. Закрепление теоретического материала проводится на семинарах и коллоквиумах по основным
разделам курса (химия белков, ферменты, витамины, гормоны, обмен углеводов, липидов, белков, матричные биосинтезы, взаимосвязь обменных пр оцессов, регуляция обмена веществ).
В целях повышения эффективности лабораторных занятий и для поддержания высокой познавательной активности, каждый студент на семинарское занятие готовит реферат по отдельным разделам биохимии. Значительное место уделяется организации самостоятельной работы, способс твующей
развитию творческого и клинического мышления.
В связи с системно-методологическим подходом в процессе обучения
для повышения качества знаний и усвоения студентами комплекса знаний,
умений и практических навыков по определенным разделам, целесообразно
рассматривать графологическую и логико-дидактическую структуру раздела
(см. приложение), определяющую место и значимость данного раздела в курсе биохимии и отражающую взаимосвязь изучаемого раздела с базовыми и
профильными дисциплинами.
Критерии оценки знаний студентов
Итогом освоения студентами теоретических и практических разделов
курса биохимии является экзамен, который предусматривается учебным планом в летнюю экзаменационную сессию. Экзаменационные билеты включают вопросы о структуре индивидуальных химических веществ в живом организме, их биологических функциях, различных путях обмена веществ в норме и патологии, механизмах регуляции обмена веществ в организме.
С целью выяснения знаний о методах определения различных метаболитов обмена веществ в живых организмах, используемых в клинико диагностической практике, студентам дополнительно предлагается ситуационная задача.
Знания студентов оцениваются на «отлично» в том случае, если он дает
полные исчерпывающие ответы на поставленные вопросы данного раздела с
хорошим знанием химических формул и пониманием биологического смысла
протекающего обмена веществ в организме в норме и патологии. На «хорошо» - если он недостаточно знает химическую структуру веществ, но понимает общую схему и биологический смысл протекающего обмена веществ в
норме и патологии. Если студент ошибается в написании структурных формул, но представляет общую схему обмена веществ в норме и патологии –
знания его оцениваются на «удовлетворительно». При незнании основных
процессов данного курса и при механическом заучивании химических фо рмул ответ оценивается как «неудовлетворительный».
7
5. Технологическая карта дисциплины
Дисциплина: биологическая химия
№
Раздел
Лекции
Часы
Тематика занятий
Лабораторные занятия ЧаСамостоятельная
Часы
работа
сы
5
6
7
8
Цветные реакции на 4 ч. Изучение основной 1 ч.
белки
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
1
I
2
Химия,
свойства
и функции простых и
сложных
белков
3
Строение белков.
Уровни
структурной
организации
белковых молекул
4
1 ч.
Физикохимические
свойства белков
1 ч.
Реакции
осаждения
белков и их использование в клинике. Определение
изоэлектрической точки желатина
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Методы выделения и разделения белков.
Классификация
белков. Изменение белкового спектра при
онтогенезе
и
болезнях
1 ч.
Хроматографическое
разделение аминокислот на бумаге.
Количественное определение белка по биуретовой реакции
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
1 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
8
Текущий
контроль
9
Опрос.
Написание
контрольной работы
Методическое обеспечение
10
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций,
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Строение, свойства и
функции простых белков (семинарское занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач
3 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Хромопротеиды. Гликопротеиды. Строение простетических групп.
Отдельные
представители
2 ч.
Количественное определение гемоглобина в
крови гемиглобинцианидным методом. Качественные реакции
на
гликопротеиды.
Количественное определение сиаловых кислот в сыворотке крови методом Гесса
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Липопротеиды.
Фосфопротеиды.
Нуклеопротеиды.
Нуклеиновые
кислоты. Типы
нуклеиновых
кислот
2 ч.
Определение прочности связи между белковым и липидным
компонентами липопротеидов по методу
Делямуре. Исследование
гидролизатов
дрожжей.и казеина
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
9
1
II
2
3
4
5
6
7
8
9
Строение,
свойства,
функции
сложных
белков (семинарское
занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач
3 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Строение, свойства и
функции простых и
сложных белков (ко нтрольная практическая
работа)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Беседа.
Программированныйконтроль на
компъютерах
Методические пособия, тестовые задания,
конспекты
лекций
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Фермен- Строение ферты и ви- ментов, мехатамины
низм действия.
Особенности
ферментативного катализа
3 ч.
Изучение свойств αамилазы слюны: термолабильность, оптимум рН среды, специфичность
действия,
влияние активаторов и
ингибиторов
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Классификация
и номенклатура
ферментов
1 ч.
Открытие
действия
пероксидазы и каталазы крови, тирозиназы
картофеля. Определение каталазного числа
крови по Баху и Зубковой
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
10
10
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
1
2
3
Витамины.
Классификация. Биологическая роль
4
1 ч.
5
Качественные реакции
на жиро- и водорастворимые витамины
6
4 ч.
7
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
8
2 ч.
9
Опрос.
Написание
контрольной работы
10
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Витамины.
Классификация. Биологическая роль
1 ч.
Количественное определение витамина С в
различных растительных продуктах йодометрическим методом
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические
пособия,
конспекты
лекций
Ферменты.
Коферментная функция витаминов (семинарское
занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач
3 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические
пособия,
конспекты
лекций
Ферменты и витамины
(контрольная практическая работа)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Программированный
контроль на
компъютерах
Таблицы,
схемы, методические
пособия,
конспекты
лекций
11
1
III
2
Гормональная
регуляция обмена веществ
3
Гормоны. Химическое
строение. Механизм действия. Классификация
4
4 ч.
5
Качественные реакции
на инсулин и адреналин
6
4 ч.
7
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
8
4 ч.
9
Опрос.
Написание
контрольной работы
10
Таблицы,
схемы, методические
пособия,
конспекты
лекций
IV
Обмен
веществ
и энергии
Введение в обмен веществ.
Макроэргические соединения.
1 ч.
Количественное определение лабильно связанного фосфатов в
мышцах
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Пути образование
АТФ.
Окислительное
фосфорилирование
3 ч.
Энергия и жизнь (биологическое окисление)
(семинарское занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач
3 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Переваривание
и всасывание
углеводов
в
ЖКТ. Метаболизм гликогена
в тканях
1 ч.
Выделение гликогена
из печени. Качестве нные реакции на гликоген
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Тестовый
контроль на
компъютерах
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Y
Обмен
углеводов
12
1
VI
2
Обмен
липидов
3
Анаэробное
окисление углеводов в тканях. Гликолиз,
глюконеогенез,
спиртовое
брожение
4
2 ч.
5
Использование неорганического фосфата в
процессе брожения
6
4 ч.
7
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
8
3 ч.
9
Опрос.
Написание
контрольной работы
Пути катаболизма глюкозы
в тканях. Регуляция и патология углеводного обмена
2 ч.
Количественное определение сахара в крови по методу Хагедорна-Йенсена
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
3 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Обмен и функции углеводов (семинарское
занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач.
Тестовые
задания
4 ч.
Выделение лецитинов
и кефалинов из яичного желтка и изучение
их свойств
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
3 ч.
Переваривание
и всасывание
липидов
в
ЖКТ. Распад
липидов в тканях. Кетогенез
2 ч.
13
10
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Опрос.
Таблицы,
Написание
схемы, меконтрольтодиченой работы. ские посоТестовый
бия, конконтроль на спекты
компъютелекций
рах
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
1
2
3
Синтез липидов в тканях.
Метаболизм
холестерина.
Патология липидного обмена
VII
Обмен
простых
белков
4
4 ч.
5
Количественное определение холестерина в
сыворотке крови
6
4 ч.
7
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
8
3 ч.
Обмен и функции липидов
(семинарское
занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач.
Тестовые
задания
4 ч.
Переваривание
и всасывание
белков в ЖКТ.
Гниение белков
в кишечнике
1 ч.
Анализ
сока
желудочного
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Промежуточный
обмен
аминокислот.
Пути обезвреживания
аммиака в организме
2 ч.
Количественное определение остаточного
азота по методу Асселя
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
3 ч.
14
9
Опрос.
Написание
контрольной работы
10
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Опрос.
Таблицы,
Написание
схемы, меконтрольтодиченой работы. ские посоТестовый
бия, конконтроль на спекты
компъютелекций
рах
Опрос.
Таблицы,
Написание
схемы, меконтрольтодиченой работы ские пособия, конспекты
лекций
Опрос.
Таблицы,
Написание
схемы, меконтрольтодиченой работы ские пособия, конспекты
лекций
1
2
VIII Обмен
сложных
белков
IX
Биохимия почек
3
4
5
Обмен и функции
простых белков (семинарское занятие)
6
4 ч.
7
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач.
Тестовые
задания
8
5 ч.
9
Опрос.
Написание
контрольной работы.
Тестовый
контроль на
компъютерах
10
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Пигментный
обмен. Синтез
и распад гемопротеидов
2 ч.
Количественное определение билирубина и
его фракций в плазме
крови
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов
лабораторных работ
2 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Пигментный
обмен. Обмен
нуклеотидов.
Нарушения
пигментного и
нуклеинового
обменов
3 ч.
Обмен и функции
сложных белков (семинарское занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач.
Тестовые
задания
4 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы.
Тестовый
контроль
Биохимический
лиз мочи
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов опытов.
4 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
ана-
15
1
X
2
Биохимия
нервной
и
мышечной
ткани
XI
XII
3
4
5
Количественное определение
пировиноградной кислоты в
моче
6
4 ч.
7
Изучение основной
и дополнительной
литературы.
Оформление протоколов опытов
8
4 ч.
9
Опрос.
Написание
контрольной работы
10
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Матрич- Репликация.
ные био- Транскрипция.
синтезы Трансляция.
Регуляция синтеза белка
4 ч.
Биосинтез нуклеиновых кислот и белков
(семинарское занятие)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач
5 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
Взаимосвязь и
регуляция обмена веществ
Взаимосвязь
углеводного,
липидного
и
белкового обменов. Общие
пути регуляции
обмена
веществ в организме
2 ч.
Взаимосвязь углеводного, липидного и
белкового
обменов
(контрольная работа)
4 ч.
Изучение основной
и дополнительной
литературы. Решение ситуационных
задач.
Тестовые
задания
3 ч.
Опрос.
Написание
контрольной работы
Таблицы,
схемы, методические пособия, конспекты
лекций
ИТОГО:
46 ч.
138
ч.
16
92 ч.
ЛОГИКО-ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАЗДЕЛА “СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕЛКОВ”
Что необходимо
знать для усвоения
данного раздела из
других дисциплин
и разделов
Строение
и свойства
аминокислот
Принцип
рентгеноструктурного
анализа
Основы
хроматографии
Свойства
коллоидных
растворов
рН
растворов
СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕЛКОВ
Основные
вопросы
раздела
Области
теоретического
использования
знаний раздела
Использование
знаний раздела
в медицинской
практике
Структурная
организация
белков
Переваривание
белков и
обмен аминокислот
Строение
и свойства
ферментов
Биологические
функции белков
Физико-химические
свойства белков
Строение
и функции
биологических
мембран
Биосинтез
белков
Транспорт
веществ
кровью
Методы выделения
и количественного
определния белков
Механизм
мышечного
сокращения
Определение концентрации белка
в тканях и биологических жидкостях
с целью диагностики и контроля лечения
Объяснение патогенеза
заболеваний, связанных
с изменением структуры
и функции белков
17
Строение
и функции
антител
Строение
и функции
гормонов
ЛОГИКО-ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАЗДЕЛА “ФЕРМЕНТЫ – БИОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАЛИЗАТОРЫ”
Что необходимо
знать для усвоения
данного раздела из
других дисциплин
и разделов
Представления
о витаминах
Строение и
свойства белков
Основные положения
теории катализа
ФЕРМЕНТЫ - БИОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАЛИЗАТОРЫ
Основные
вопросы
раздела
Области
теоретического
использования
знаний раздела
Использование
знаний раздела
в медицинской
практике
Строениие
и свойства
ферментов
Особенности
ферментативного
катализа
Кофакторы
и коферменты
Изучение
обмена веществ
Диагностика заболеваний
и контроль лечения
Основы
лекарственной
терапии
Лечение
ферментами
18
Методы
количественного
определения
активности
ферментов
Изучение
механизмов
регуляции
энзимопатий
Лечение
ингибиторами
ферментов
Регуляция
активности
ферментов
Изучение
механизмов
регуляции
веществ
Генная
инженерия
ЛОГИКО-ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАЗДЕЛА “ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН”
Что необходимо знать для
усвоения данной темы из
других дисциплин
Строение, свойства и
механизмы регуляции
ферментов
Строение
митохондрий
ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
Области
использования знаний
Использование
знаний об энергетическом
обмене
Изучение механизмов
транспорта веществ через
мембрану
Изучение механизмов синтеза
структурнофункциональных
компонентов клеток
Изучение
механизмов
мышечного
сокращения
Анализ патологических состояний
(гипоксия, нарушение легочной вентиляции и другие)
19
Изучение механизмов проведения нервных
импульсов
Изучение механизмов терморегуляции
Объяснение патогенеза нарушение терморегуляции и механизма
действия некоторых пирогенных
лекарственных средств
ЛОГИКО-ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАЗДЕЛА “МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ”
Что необходимо
знать для усвоения
данного раздела из
других дисциплин
Строение
моно-, олигои полинуклеотидов
Строение
и свойства
белков и
аминокислот
Строение, свойства
и механизмы регуляции активности
ферментов
Механизмы
развития
клеток,
тканей
Основы генетики
и теории биологической эволюции
Образование
энергии и
синтез АТФ
МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ
Типы НК клетки,
строение
и функции
Основные
вопросы
темы
Биосинтез
белков
(трансляция)
Биосинтез РНК
(транскрипция)
Биосинтез ДНК
(репликация)
Регуляция
биосинтеза
НК и белка
Мутации,
репарация
дефектов
ДНК
Объяснение патогенеза
Использование
знаний темы
в медицинской
практике
наследственных
болезней
серповидноклеточная
анемия
алкаптонурия
Биосинтез
антител
приобретен- вирусных злокачественных энзимо- инфекций ных опухолей
патий
гликогенозы
фенилкетонурия
Выбор и оценка эффективности
биохимических тестов для
диагностики и лечения
указанных заболеваний
лактазная
недостаточность
пептидазная
недостаточность
диетотерапия
заместительная терапия
генная инженерия
20
Применение
антигенов
и антител
для диагностики и лечения
болезней
Объяснение
механизма
онтогенеза,
клеточной
дифференцировки
и изменчивости
генотипа
ЛОГИКО-ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАЗДЕЛА “ОБМЕН УГЛЕВОДОВ”
Что необходимо знать для
усвоения данной темы из
других дисциплин и разделов
Строение, свойства
моно-, ди-, полисахаридов
Строение, свойства и
механизмы регуляции
ферментов
Образование
АТФ в клетке
Общие пути
катаболизма
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
Основные вопросы
раздела
Области
теоретического
использования знаний
раздела
Использование
знаний обмена
углеводов в медицине
Углеводы пищи,
перевваривание
Основы
рационального
и лечебного питания
Определение
лактозы
Патогенез
заболеваний, связанных с
нарушением переваривания
углеводов
Определение
сиаловых кислот в
крови
Структурные
углеводы, их
функции
Пути окисления
глюкозы. Энергетическое значение
Строение
и функции
гликопротеинов и
протеогликанов
Биосинтез жиров, холестери-
Определение
ПВК
в крови
Определение
лактата
в крови
на, нуклеотидов
Энергетика
мышечного сокращения
Определение
фруктозы в крови
21
Глюконеогенез
Биосинтез и
мобилизация
гликогена
Патогенез
заболеваний, связанных с нарушением обмена фруктозы, галактозы
Определение
галактозы
в крови
Взаимосвязь обмена жиров и аминокислот
Определение
гликогена
в крови
Регуляция
обмена углеводов
Патогенез
заболеваний, связанных с
нарушением обмена гликогена
Определение сахара
в крови,
сахарная
нагрузка
Патоге-нез
сахарного
диабета
Определение
сахара
в моче
ЛОГИКО-ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАЗДЕЛА “ОБМЕН И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ”
Что необходимо знать
для усвоения данной темы
из других дисциплин и
разделов
Строение
жира и жирных
кислот
Биологическое
окисление и
синтез АТФ
Свойства
ферментов
Общие пути
катаболизма
Структура метаболитов углеводного
обмена – предшествеников липидов
ОБМЕН И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ
Основные вопросы
раздела
Классификация
и строение основных
групп липидов
Область
теоретичес-кого
использова-ния
знаний раздела
Строение
и функции
биологических
мембран
Использование
знаний обмена липидов в медицине
Количественное
определение
фосфолипидов в
сыворотке крови
для диагностики
заболеваний
Переваривание
и ресинтез
жиров
Обмен жирных
кислот и
ацетоуксусной
кислоты
Патогенез
заболеваний,
связанных с нарушениями
функций
желудочнокишечного тракта
Количественное
определение
ацетоновых тел
в моче с целью
диагностики
сахарного диабета
22
Биосинтез жиров из углевводов в печени
и жировой ткани
Патогенез
заболеваний,
связанных с
нарушениями
обмена жира
Транспорт
липидов в
организме.
Липопротеины
крови
Взаимосвязь
обмена
углеводов
и липидов
Определение
фракций ЛП в
сыворотке крови
для выяснения типа
гиперлипопротеинемий
Обмен
холестерина
Патогенез заболеваний, связанных с нарушением
обмена
холестерина
Количественное
определение
холестерина
в сыворотке крови
для диагностики
заболеваний
ЛОГИКО-ДИДАКТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА РАЗДЕЛА “ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ”
Что необходимо знать
для усвоения данной темы
Строение
аминокислот
и белка
Свойства
и классификация
ферментов
Коферментная
функция
витаминов
Пути синтеза
АТФ и общие пути
катаболизма
Обмен глюкозы
ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ
Основные
просы
раздела
во-
Переваривание
белков в желудочнокишечном тракте
Область
теоретичес-кого использова-ния знаний раздела
Использование
знаний обмена липидов в медицине
Основы
рационального
и лечебного питиния
Патогенез
заболеваний, связанных с
нарушениями
функций
ЖКТ
Анализ
желудочного
сока
Трансаминирование
и дезаминирование
аминокислот в
организме
Синтез
заменимых
аминокислот
Обмен
аммиака в
организме
Объяснение механизма
возникновения уремии,
азотемии
Протеолитические
ферменты и их
ингибиторы –
лекарственный препараты
Биосинтез заменимых
аминокислот
Регуляция щелочнокислотного равновесия
Определение
трансаминазной
активности
для диагностики заболеваний
23
Биосинтез
белков
Обмен
гли, сер, фен,
тир, мет
Взаимосвязь
обменов
жиров,
углеводов, и нуклеиновых кислот
Определение
мочевины и
остаточного
азота для
диагностики
заболеваний
Патогенез
наследсвенных
заболеваний
Образование
и роль биогенных аминов
Биохимические основы
нервной
проводимости
Количественное
определение
холестерина
в сыворотке крови
для диагностики
заболеваний
6. Содержание дисциплины
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ
III семестр
1. Введение в биологическую химию. Значение биохимии для медицины.
Проблемы биохимии. Химический состав живых организмов. Химическая
структура белков. Физико-химические свойства белков. Изоэлектрическая
точка. Молекулярная масса белков. Размеры и форма белковых молекул.
Осаждение белков из растворов, денатурация. Методы выделения и разделения белков. Строение белков. Уровни структурной организации белковых молекул. Типы связей, обеспечивающих формирование белковой молекулы. Зависимость биологических свойств белков от особенностей первичной структуры. Классификация белков. Изменение белкового спектра
при онтогенезе и болезнях.
2. Сложные белки. Хромопротеиды. Гемоглобин, оксигемоглобин, транспорт
кислорода кровью. Карбаминогемоглобин. Транспорт двуокиси углерода
кровью. Карбоксигемоглобин, метгемоглобин. Физиологические разновидности гемоглобина. Зависимость свойств гемоглобина от первичной структуры.
3. Сложные белки. Гликопротеиды. Липопротеиды. Фосфопротеиды. Ос обенности строения простетических групп. Способ связи белка и небелковых компонентов. Биологическая роль отдельных представителей. Нуклеопротеиды. Белковые компоненты нуклеопротеидов. Нуклеиновые кислоты, типы нуклеиновых кислот. Особенности строения ДНК и РНК. Физико-химические свойства ДНК. Гибридизация ДНК-ДНК, ДНК-РНК.
Строение хромосом. Самосборка нуклеопротеидных частиц.
4. Ферменты. Биологическое значение. Общие свойства ферментов: специфичность, термолабильность, чувствительность к рН среды и ионной силе
раствора. Особенности ферментативного катализа.
5. Механизм действия ферментов. Каталитический и регуляторный центры
ферментов. Аллостерический эффект активаторов и ингибиторов. Понятие
о коферментах. Коферментная функция витаминов. Современная классификация ферментов. Использование ферментов в медицинской практике.
6. Витамины. Биологическая роль витаминов. Гипо- и гипервитаминозы.
Классификация витаминов. Общая характеристика водо- и жирорастворимых витаминов. Роль в обмене веществ.
7. Пути передачи информации между клетками многоклеточного организма.
Типы сигнальных молекул. Гормоны. Биологическая роль и химическое
строение важнейших гормонов. Нарушение функции эндокринных желез.
8. Механизм действия гормонов. Гормональная регуляция как механизм
межклеточной и межорганной координации обмена веществ.
9. Введение в обмен веществ (энергетическая и пластическая стороны обмена). АТФ – универсальный аккумулятор энергии, строение, биологические
свойства. Окисление веществ как основной источник энергии для образования АТФ. Пути образования АТФ. Биохимия питания.
24
10. Современная теория биологического окисления. Ферменты тканевого дыхания. Дегидрогеназы и первичный акцептор водорода – НАД+ и флавопротеиды. Химизм их восстановления. Последующий этап окисления
(терминальное окисление), окисление НАДН+Н+, НАДФН+Н+, ФАДН2.
Окисление цитохромов и образование воды. Энергетическое значение
системы тканевого дыхания. Окислительное фосфорилирование. Теория
П. Митчелла. Трансмембранный электрохимический потенциал – движущая сила окислительного фосфорилирования. Свободное окисление. Биологическое значение свободного окисления.
11. Общая схема катаболизма питательных веществ. Общие пути катаболизма
(основной путь образования конечных продуктов обмена веществ СО 2 и
Н2О). Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты.
Окисление субстратов цикла Кребса. Связь общих путей катаболизма с
цепью переноса электронов. Пути переноса восстановительных эквивалентов из цитоплазмы в митохондрии: глицеролфосфатный и малатаспартатный челночные механизмы, особенности их функционирования.
Энергетическое значение окисления цитоплазматической НАДН+Н+.
12. Обмен углеводов. Переваривание и всасывание углеводов в желудочнокишечном тракте. Судьба всосавшихся моносахаридов. Общая схема превращений глюкозы в клетках. Дихотомический путь распада углеводов.
Анаэробный этап окисления глюкозы (гликолиз). Гликолитическая окс идоредукция; пировиноградная кислота как акцептор водорода. Энергетическое значение гликолиза и окисления глюкозы до СО 2 и Н2О.
13. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из молочной кислоты. Цикл Кори. Аллостерическая регуляция окисления глюкозы и процесса глюконеогенеза.
Аэробное окисление углеводов. Апотомический путь распада углеводов
(пентозофосфатный цикл или прямое окисление глюкозы).
14. Особенности обмена гликогена в тканях. Регуляция синтеза и мобилизации
гликогена. Регуляция и патология углеводного обмена. Наследственные нарушения углеводного обмена: гликогенозы, агликогенозы, галактоземия. Сахарный диабет.
IV семестр
15. Обмен липидов. Переваривание и всасывание липидов в ЖКТ. Роль желчных кислот в переваривании жиров и процессах их всасывания. Судьба
всосавшихся липидов. Катаболизм липидов. Современная схема окисления жирных кислот с четным и нечетным числом атомов углерода. Общий
выход энергии при окислении жирных кислот до СО 2 и Н2О.
16. Биосинтез жирных кислот: источники цитоплазматического ацетил-КоА и
коферментная функция биотина, роль НАДФН+Н+ в образовании высших
жирных кислот. Биосинтез нейтральных жиров и фосфатидов. Активная
форма холина и роль печени в его образовании. Обмен стероидов: биосинтез холестерина и его роль в качестве промежуточного продукта в биосинтезе различных стероидов. Ацетил-КоА в качестве связующего метаболита отдельных путей обмена липидов. Пути образования и использования ацетоуксусной кислоты. Регуляция и нарушения липидного обмена.
25
17. Обмен белков. Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте.
Протеолитические ферменты, механизм их активации. Биохимические механизмы регуляции процессов пищеварения. Промежуточный обмен аминокислот. Различные пути дезаминирования аминокислот. Ферменты,
участвующие в этих процессах. Трансаминирование, коферментная функция витамина В6, механизм реакции. Понятие о непрямом дезаминировании аминокислот. Общая схема образования свободного аммиака.
18. Дальнейшие пути обмена азота. Пути обезвреживания аммиака в организме человека. Роль печени и почек в образовании мочевины и выведении ее
из организма. Нарушения синтеза и выведения мочевины. Гипераммониемия. Превращение безазотистого остатка аминокислот. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Декарбоксилирование аминокислот и образование биогенных аминов. Биологическая роль биогенных аминов. Наследственные нарушения обмена аминокислот.
19. Обмен сложных белков. Хромопротеиды и их значение для организма.
Порфирин как химическая основа простетических групп хромопротеидов.
Биосинтез порфиринов. Нарушения в обмене порфиринов. Катаболизм
хромопротеидов и образование желчных пигментов. Диагностическое
значение определения желчных пигментов в клинике с целью дифференциальной диагностики желтух.
20. Обмен сложных белков. Биосинтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Распад нуклеиновых кислот до азотистых оснований. Характер истика ферментов, участвующих в этих реакциях. Пути дальнейшего превращения пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований. Нарушения
обмена нуклеотидов. Подагра. Ксантинурия. Оротовая ацидурия.
21. Биосинтез нуклеиновых кислот и белков (матричные биосинтезы). Биосинтез ДНК (репликация) как механизм самовоспроизведения генов и передачи наследственной информации от поколения к поколению. Биосинтез РНК (транскрипция) как механизм передачи информации от ДНК к
РНК (от генотипа к фенотипу). Характеристика ферментов, участвующих
в процессах репликации и транскрипции. Понятие репликон и транскриптон. Отличие репликации и транскрипции у прокариотов и эукариотов.
22. Биосинтез белков (трансляция). Представление о соответствии нуклеотидной последовательности гена аминокислотной последовательности
белка. Биологический генетический код и его свойства. Адапторная роль
тРНК. Взаимодействие тРНК и мРНК. Образование аминоацил-тРНК. Образование полипептидной цепи на рибосомах. Антибиотики – ингибиторы
синтеза нуклеиновых кислот и белков и их использование в клинике.
23. Регуляция биосинтеза белков. Понятие об опероне и регуляции на уровне
транскрипции. Регуляция на уровне трансляции и посттрансляционных
изменений белков. Фолдинг белка, роль шаперонов. Строение и особенности биосинтеза антител. Рекомбинация и мутации как механизм генетической изменчивости. Роль этих процессов в возникновении разнообразия
антител. Молекулярные основы онтогенеза. Молекулярные мутации как
механизм возникновения наследственных заболеваний. Проблемы генной
26
инженерии. Взаимосвязь углеводного, липидного и белкового обменов.
Общие пути регуляции обмена веществ в организме. Роль гормонов в регуляции метаболизма.
ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
III семестр
Строение и свойства белков
1. Цветные реакции на белки и их использование для диагностики различных заболеваний. 1, с. 19–23, 33–43; 2, 10─19, 58─60; 3, с. 4–9; 5, с. 16–21,
48–49; 6, с. 4–7.
2. Изучение физико-химических свойств белков. Реакции осаждения
белков и их использование в клинике. Определение изоэлектрической точки
(ИЭТ) желатина. 1, с. 44–49; 2, с. 28─31, 35, 67─69; 3 с. 16–27; 5, с. 35–37;
43–47; 6, с. 19–22.
3. Методы выделения, разделения и очистки индивидуальных белков.
Хроматографическое разделение аминокислот на бумаге. Количественное
определение белка по биуретовой реакции. 1, с. 23–33, 567–574, 577–578; 2, с.
69─73, 682─686; 3, с. 13–15, 27–38; 5, с. 53–60, 503–504; 6, с. 23–24.
4. Строение, свойства и функции простых белков (семинарское занятие). 1, с. 19–78, 567–574, 662–664; 2, с. 9─45, 56─75, 682─686, 687─700; 5, с.
16–61, 433–437, 503–504; 6, с. 4–28.
5. Сложные белки. Хромопротеиды. Количественное определение гемоглобина в крови гемиглобинцианидным методом. Гликопротеиды. Качес твенные реакции на гликопротеиды. Количественное определение сиаловых
кислот в сыворотке крови методом Гесса. 1, с. 78–86, 90–94, 186–187, 588–
589, 591–599, 665–671; 2, с. 45─56, 636, 663─664, 703─712; 3, с. 39–50; 5, с.
38–39, 41–43, 51–52, 165–166, 281–286, 440–445, 489–502; 6, с. 14–19, 116–
132.
6. Липопротеиды. Определение прочности связи между белковым и
липидным компонентами липопротеидов по методу Л. Делямуре. Нуклеопротеиды. Исследование гидролизата дрожжей. Фосфопротеиды. Гидролиз
казеина, исследование продуктов гидролиза. 1, с. 86–90, 96–114, 188–204,
405–406, 574–577; 2, с. 140─149, 385─391, 444─448, 451─457; 3, с. 50–63; 4,
с. 101–116, 301–306, 315–317, 320–326; 6, с. 133–163.
7. Строение, свойства и биологическая роль сложных белков (семинарское занятие). 1, с. 78–114, 186–204, 405–406, 574–577, 588–589, 591–599,
665–671; 2, с. 45─56, 140─149, 385─391, 444─448, 451─457, 636, 663─664,
703─712; 5, с. 38–39, 41–43, 51–52, 101–116, 165–166, 281–286, 301–306, 315–
317, 320–326, 440–445, 489–501; 6, с. 14–19, 116–163.
8. Строение и свойства простых и сложных белков (контрольная работа). 3, с.4–9, 46–47, 54–57.
Ферменты и витамины
9. Изучение свойств ферментов. Термолабильность, влияние рН среды
на активность -амилазы слюны, специфичность действия, влияние активаторов и ингибиторов на ее активность. 1, с. 114–159, 163–169; 2, с. 75─80,
27
83─123; 3, с. 73–79; 5, с. 61–78, 80–101; 6, с. 29–45, 53–69.
10. Классификация ферментов. Открытие действия ферментовоксидоредуктаз. Пероксидаза и каталаза крови, тирозиназа картофеля. Опр еделение каталазного числа крови по Баху и Зубковой. 1, с. 159–163, 243, 307–
309; 2, с. 80─83, 88, 90─92; 3, с. 84–88; 5, с. 79–80; 6, с. 45–53.
11. Изучение химического строения и биологической роли жирорастворимых витаминов. Качественные реакции на жиро- и водорастворимые
витамины. 1, с. 204–220, 242–243, 246–247; 2, с. 124─125, 132─139; 3, с. 94–
99, 100–104; 5, с. 181, 184–186, 385–386, 424–425, 456, 516–517, 546–550; 6, с.
70–75.
12. Изучение химического строения и биологической роли водорастворимых витаминов. Количественное определение витамина С в различных
растительных продуктах йодометрическим методом. 1, с. 220–246; 2, с.
125─133; 3, с. 99–100; 5, с. 69–78, 182–184, 236–238, 244, 351–352, 356–358,
434–435; 6, с. 76–86.
13. Ферменты. Коферментные функции витаминов (семинарское занятие). 1, с. 114–169, 204–248; 2, с. 75─139; 5, с. 61–101, 181–186, 236–238, 244,
351352, 356–358, 385– 386, 424–425, 434–435, 456, 516–517, 546–550; 6, с. 29–
86.
14. Ферменты и витамины (контрольная работа). 3, с. 84─87, 96─99.
Гормоны
15. Изучение химического строения и биологической роли гормонов.
Качественные реакции на инсулин и адреналин. 1, с. 248─298, 371─372; 2, с.
248─263, 545─616; 3, с. 105─109,111─112; 4, с. 1─116; 5, с. 94─96, 213─219,
380─395, 402─423, 425─430; 6, с. 87─115.
Обмен веществ и энергии
16. Энергетический обмен. Макроэргические соединения. Количественное определение лабильно связанного фосфата в мышцах. 1, с. 305─314;
2, с. 264─268; 3, с. 115─121; 5, с. 186─188, 226─228; 6, с. 184─191.
17. Энергия и жизнь (тканевое дыхание, биологическое окисление)
(семинарское занятие). 1, с. 298─318, 344─353; 2, с. 264─296, 337─339; 4, с.
46–49, 51–54; 5, с. 186─188, 224─247, 257─258; 6, с. 184─219.
II семестр
Обмен углеводов
18. Выделение гликогена из печени. Качественные реакции на гликоген. 1, с. 319─327, 361; 2, с. 297─315, 316─333; 3, с. 122─129; 5, с. 248─254,
260─263, 268─273.
19. Гликолиз. Брожение. Использование неорганического фосфата в
процессе брожения. 1, с. 327─343; 2, с. 315─316, 333─335, 340─355; 3, с.
129─134; 5, с. 258─260, 264─267, 273─278.
20. Количественное определение сахара в крови по методу Хагедорна-Йенсена. 1, с. 343─362; 2, с. 283─293, 335─340, 355─363, 592─597; 3, с.
28
134─143; 5, с. 236─240, 254─258, 278─280, 401─421.
21. Обмен и функции углеводов (семинарское занятие). 1, с.
319─363, 552─556; 2, с. 283─293, 297─370, 592─597; 4, с. 87–88, 94–106; 6, с.
236─240, 248─280, 401─421.
Обмен липидов
22. Определение активности липазы поджелудочной железы. Выделение лецитинов и кефалинов из яичного желтка и изучение их свойств. 1, с.
188─204, 363─381; 2, с. 370─394, 396─397, 400─409; 3, с. 144─152; 5, с.
198─206, 297─299, 301─304, 307─309.
23. Количественное определение холестерина в сыворотке крови. 1,
с. 381─409, 556─558; 2, с. 409─417, 432─457; 3, с. 152─ 156; 5, с. 291─ 297,
299─300, 304─307, 310─329; 7, с. 28─33.
24. Обмен и функции липидов (семинарское занятие). 1, с. 363─409,
556─558; 2, с. 370─458; 5, с. 198─206, 258─329.
Обмен простых белков
25. Анализ желудочного сока. 1, с. 409─431, 558─561; 2, с. 458─469,
621─626; 3, с. 158─ 168; 5, с. 330─335, 458─461.
26. Количественное определение остаточного азота по методу Асселя. 1, с. 431─451, 580─582; 2,с. 469─491; 3, с. 169─175.
27. Обмен и функции простых белков (семинарское занятие). 1, с.
409─469, 558─561, 580─582; 2,с. 458─521, 621─626; 5, с. 331─365, 458─461.
Обмен сложных белков
28. Количественное определение билирубина и его фракций в плазме
крови. 1, с. 503–509, 561–565; 2, с. 636─655; 3, с. 191–197; 5, с. 461–464, 466,
489–492.
29. Обмен и функции сложных белков (семинарское занятие). 1, 469–
478, 498–509, 561–565; 2, с. 521─545, 636─655; 5, с. 366– 378, 461–464, 466,
489–492.
30. Биохимия почек. Биохимический анализ мочи. 1, с. 608–624; 3, с.
198–215; 5, с. 387–398.
31. Биохимия нервной и мышечной ткани. Специфические пути кат аболизма углеводов, белков и жиров в нервной и мышечной ткани. Количес твенное определение пировиноградной кислоты в моче. 1, с. 625–661; 5, с. 236–
238, 254–260, 518–546, 550.
32. Биосинтез нуклеиновых кислот и белков (матричные биосинтезы)
(семинарское занятие). 1, с. 478–498, 509–545; 2, с. 150─227; 4, с. 163–183; 5,
с. 117–178.
33. Взаимосвязь углеводного, липидного и белкового обменов (коллоквиум). 1, с. 545–551; 6, с. 191–193, 399–422.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
29
Список рекомендуемой литературы
1.
2.
3.
4.
5.
Основная литература
Березов Т.Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. – М.:
Медицина, 2004. – 704 с.
Биохимия / Под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. – 784 с.
Лабзина Л.Я. Руководство к практическим занятиям по биологической
химии / Л.Я. Лабзина, Т.Ф. Атянина, Н.А. Липатова. – Саранск: Изд-во
Мордов. ун-та, 2004. – 224 с.
Николаев А.Я. Биологическая химия / А.Я. Николаев. – М.: Мед. информ. агенство, 2004. – 566 с.
Основы биохимии: Учебное пособие 1 ч. / Л.Я. Лабзина, Э.В. Романова, Э.П. Санаева, Е.Н. Бубнова. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2004.
– 228 с.
Дополнительная литература
1. Биохимия человека: в 2 т. / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл.
– М.: Мир, 1993. – Т. 1. – 384 с. – Т. 2. – 415 с.
2. Липатова Н.А. Гормоны. Регуляция обмена веществ и физиологических функций / Н.А. Липатова, Т.Ф. Атянина, М.В. Лабзина. – Саранск:
Изд-во Мордов. ун-та, 2005. – 116 с.
3. Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии / Л.М. Пустовалова. – Ростов-на-Дону: Изд-во «Феникс», 1999. – 544 с.
4. Северин Е.С. Биохимия / Е.С. Северин, Т.Л. Алейникова, Е.В. Осипов.
– М.: Медицина, 2000. – 168 с.
5. Чиркин А.А. Практикум по биохимии / А.А. Чиркин. – Мн.: Новое знание, 2002. – 512 с.
Программное обеспечение
1. Hitachi fx-duo 77
2. Microsoft Office Professional Plus 2007 Russian Upgrade Academic OPEN
No Level
3. Microsoft Office Professional Plus 2007
4. Microsoft Windows XP Home Edition OEM
5. Microsoft Windows Vista™ Home Premium
6. Kaspersky Business Space Security Russian Edition
7. Microsoft Office Professional Plus 2010
8. Microsoft Windows 7 Professional
9. Microsoft Windows 7 Home Basic OEM
10. StarBoard Software
Интернет-ресурсы
30
1. Годовой курс лекций «Биохимия» профессора А.Д. Виноградова
http://biochemistry.pro/news/mediaresouces/bch01e01_news/
2. Обучение биохимии
biochemistry.ru
3. Медицинский портал. студентам, врачам, медицинские книги
http://medvuz.info/load/biokhimija/biokhimija_kratkij_kurs_s_uprazhnenijami_i_zadach
ami/5-1-0-387
4. Медицинский информационно-образовательный проект
http://www.webmedinfo.ru/library/biohimiya
5. Лекции по биохимии
http://www.biokhimija.ru/lekcii-po-biohimii.html
6. Книги побиохимии
http://www.bioturnir.ru/lib/div/biochemistry
http://flex4launch.ru/ychebniki-po-biohimii.html?start=10
http://bookfi.org/g/%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B
8%D1%8F
7. Журнал «Биохимия»
http://elibrary.ru/title_about.asp?id=7681
31
Приложение 1
ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ УСВОЕНИЯ РАЗДЕЛА
I. Строение, свойства и биологическая роль простых белков
Задача 1. На основании заданного аминокислотного состава белка (или
пептида) обоснуйте особенности его поведения в растворе.
Например: определите, какие связи могут возникать между радикалами аминокислот в заданном пептиде: ала-глу-цис-вал-сер-мет-арг-цис.
Схема решения задачи:
а) написать пептид, используя формулы аминокислот или выделить в
буквенном изображении пептида функциональные группы отдельных аминокислот:
ала
глу
цис
вал
сер
мет
арг
цис
CH3
CH2
CH2
CH2
SH
HC
H3C
CH3
COOH
CH2
CH2
CH2
CH2
SH
S
CH2
CH3
NH
CH2
CH2
OH
C NH
NH2
б) указать какие типы связей могут возникать между указанными радикалами аминокислот, используя данные о классификации аминокислот по
полярности радикалов:
например, ала – вал, вал - мет - гидрофобные;
цис - цис - ковалентные (дисульфидные);
глу - арг - ионные;
сер - арг – водородные.
Задача 2. Сделайте выводы об аминокислотном составе белка и его поведении в электрическом поле, если известна его изоэлектрическая точка и
рН раствора.
Например: ИЭТ белка 4,7. Указать направление движения (катод, анод) данного белка при фракционировании методом электрофореза в буферном растворе с рН 8,3.
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что изоэлектрическая точка (ИЭТ или pI) определяется
как значение рН среды, при котором наблюдается равенство положительно
и отрицательно заряженных группировок в молекуле белка, т. е. в целом
белок электронейтрален и не может передвигаться в электрическом поле
ни к аноду, ни к катоду;
а) так как ИЭТ белка равна 4,7 (Н+ «гасит» диссоциацию СОО- групп), следовательно, его заряд в нейтральной среде отрицательный;
б) таким образом, в данном белке преобладают дикарбоновые аминокислоты (глу и асп);
32
в) при рН 8,3 высокая концентрация ОН- будет подавлять диссоциацию свободных NН3+-групп в белке. Таким образом, в этих условиях отрицательный заряд белка увеличивается;
г) так как заряд данного белка при рН 8,3 отрицателен, то он при
электрофоретическом разделении в буферном растворе с рН=8,3 будет перемещаться к положительно заряженному полюсу или аноду.
Задача 3. Предскажите поведение белков с заданными значениями
ИЭТ при добавлении к их водным растворам солей различной ионной с илы.
Например: как изменится растворимость белковых фракций сыворотки
крови при добавлении: а) 1% раствора хлорида ртути (сулемы); б) полунасыщенного раствора сульфата аммония; в) насыщенного раствора сульфата
аммония? Какие из предложенных реакций могут быть использованы для
фракционирования сывороточных белков?
Схема решения задачи:
а) основная масса белков растворима в воде, причем их растворимость
определяется тремя факторами: 1) зарядом, определяемым количеством диссоциирующих при данном значении рН и ионной силы раствора групп; 2) наличием гидратной оболочки; 3) формой белковых молекул;
б) при добавлении к сыворотке крови 1% раствора сулемы ионы ртути
адсорбируются на белковых молекулах, что приводит к разрушению ионных
и других нековалентных связей, участвующих в формировании третичной и
четвертичной структур белков, т. е. денатурации. Следовательно, при добавлении к сыворотке крови 1% раствора хлорида ртути, растворимость плазменных белков снижается, причем при уменьшении концентрации денатурирующего агента путем диализа или разведения водой, обратного растворения
осажденных белков не происходит (необратимое осаждение белков);
в) добавление к сыворотке крови раствора сульфата аммония высокой
ионной силы (полунасыщенных и насыщенных) приводит одновременно к
снятию заряда и дегидратации белковых молекул, в результате чего белки
выпадают в осадок. Однако, для осаждения альбуминов (ИЭТ= 4,3) требуется
большая концентрация нейтральной соли, чем для осаждения глобулинов
(ИЭТ = 6,9), так как при физиологических значениях рН первые имеют
больший отрицательный заряд, нежели вторые. Таким образом, при добавлении к сыворотке крови полунасыщенного раствора сульфата аммония происходит осаждение только глобулинов, а добавление насыщенного раствора
этой соли приводит к выпадению глобулинов и альбуминов, причем снижение концентрации осаждающего агента имеет следствием полное восстановление присущих белкам физико-химических и биологических свойств (обратимое осаждение белков);
г) так как для высаливания различных сывороточных белков требуется
разная концентрация нейтральных солей, данный метод широко используется
в клинических лабораториях для их фракционирования.
Задача 4. При ряде инфекционных заболеваний наблюдается абсолютная гиперпротеинемия. Почему при этих состояниях повышается концентр а33
ция общего белка плазмы крови?
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что под гиперпротеинемией понимают увеличение содержания общего белка в плазме крови. Различают относительную и абс олютную гиперпротеинемию. Первая наблюдается при патологических состояниях, сопровождающихся обезвоживанием организма. Абсолютная гиперпротеинемия обусловлена не потерей воды, а усилением синтеза ряда
белков;
б) на повреждение тканей и присутствие патогенных микроорганизмов
организм реагирует сложными взаимосвязанными последовательностями
клеточных и биохимических ответов. Результатом этой реакции служит резкое повышение синтеза в печени и макрофагах белков-реактантов острой фазы, к которым относятся: 1) активаторы различных проявлений воспаления
(С-реактивный белок, являющийся активатором системы комплемента); 2)
ингибиторы протеаз нейтрофилов, обеспечивающие минимальное повреждение тканей хозяина (α1-антитрипсин, α2-макроглобулин и др.); 3) гаптоглобин, связывающий гемоглобин, высвобождаемый при локальном гемолизе во
время воспалительной реакции; 4) антиоксиданты, снижающие скорость
спонтанного неферментативного окисления липидов (церуллоплазмин и др.);
5) белки, регулирующие гемостаз и антигемостаз (фибриноген и др.);
в) перечисленные белки, как правило, при фракционировании методом
электрофореза обнаруживаются в α-глобулиновой фракции. Усиленный синтез белков острой фазы является причиной наблюдаемой при инфекционных
заболеваниях гиперпротеинемии;
г) в более отдаленный период воздействия на организм-хозяин инфекционных агентов происходит активация иммунной системы, что приводит к
стимуляции синтеза лимфоцитами иммуноглобулинов, составляющих основу
γ-глобулиновой фракции плазменных белков;
д) таким образом, усиление синтеза белков, входящих во фракции α- и
γ-глобулинов имеет следствием увеличение общего белка плазмы крови, т. е.
абсолютную гиперпротеинемию при ряде инфекционных заболеваний.
Задача 5. Предскажите в какой конформации ( -спираль; складчатый слой) скорее всего окажутся данные пептидные фрагменты в
белке.
Например: белок характеризуется высоким содержанием глу, глн, гис, ала,
лей и мет.
Схема решения задачи:
а) вторичной структурой называют пространственное расположение
полипептидной цепи в виде спиральной или какой-либо другой конформации. В ее стабилизации принимают участие водородные связи, возникающие между атомами пептидных связей (межпептидные водородные связи).
б) для определения типа вторичной структуры той или иной белковой молекулы (или ее участка) необходимо учитывать влияние индивидуальных особенностей аминокислот на стабильность ее конформации (см.
таблицу 2).
34
Таблица 2
Аминокислота
Тенденция к образованию спирали
Тенденция к образованию структуры
Глутамат
Аланин
Лейцин
Гистидин
Метионин
Глутамин
Триптофан
Валин
Фенилаланин
Лизин
Изолейцин
Аспартат
0
Треонин
0
Серин
0
Аргинин
0
0
Цистеин
0
Аспарагин
Тирозин
Пролин
Глицин
0
сильная тенденция к образованию данного типа структуры
умеренная тенденция к образованию данного типа структуры
слабая тенденция к образованию данного типа структуры
0 - безразлично, в какой структуре она будет находиться
- противодействует образованию данного типа структуры
сильно противодействует образованию данного типа структуры.
в) изучив таблицу 2, следует сделать вывод о том, что предложенная
белковая молекула содержит большое количество спиралеобразующих
аминокислот, и предпочтительная конформация ее вторичной структуры -спираль.
II. Строение, свойства и биологическая роль сложных белков
Задача 1. Определите строение участка молекулы ДНК или РНК, если
известна последовательность нуклеотидов в одной из цепей ДНК.
Например: в одной из цепей ДНК нуклеотиды расположены в следующей последовательности: 5 А Т Г А Ц 3 . Какова будет последовательность
нуклеотидов в комплементарной цепи?
Схема решения задачи:
а) в формировании пространственной (вторичной) структуры ДНК основная роль принадлежит азотистым основаниям, которые соединяются между собой водородными связями, возникающими по принципу комплементарности. Согласно этому принципу аденин всегда комплементарен тимину в
ДНК (или урацилу в РНК), в гуанин – цитозину. Следовательно, последова35
тельность нуклеотидов в цепи, комплементарной предложенной, следующая:
Т А Ц Т Г ;
б) комплементарные цепи в молекуле ДНК расположены антипараллельно (имеют противоположную направленность). Следовательно, вторая
цепь на 5 конце имеет Г , а на 3 конце Т;
в) таким образом, строение ДНК в указанном участке таково:
5 А Т Г А Ц 3
3 Т А Ц Т Г 5.
Задача 2. Укажите в каком случае температура плавления ДНК, выделенных
из разных источников, будет выше.
Например: даны две молекулы ДНК с коэффициентами специфичности 0,8 и 1,0.
Схема решения задачи:
а) под температурой плавления ДНК подразумевают температуру, при
которой молекула ДНК денатурирована на 50%. При денатурации ДНК пр оисходит разрушение связей, участвующих в образовании ее вторичной структуры и прежде всего водородных. Поэтому, tпл ДНК зависит от соотношения в
молекуле этой кислоты АТ- и ГЦ-пар: при преобладании в структуре ДНК ГЦпар tпл ее будет выше, так как между А и Т в комплементарных цепях возникает
две водородные связи, тогда как между Г и Ц – три;
б) коэффициент специфичности ДНК определяется как отношение
Г Ц А Т. Исходя из значения коэффициентов специфичности 0,8 и 1,0 следует
предположить, что в первой молекуле ДНК количество ГЦ-пар будет ниже, чем
во второй. Следовательно, молекула ДНК с коэффициентом специфичности 1,0
имеет более высокую температуру плавления.
Задача 3. Объясните причину изменения сродства гемоглобина (Нb) к О2,
имеющее место при некоторых мутациях, которые происходят в генах, кодирующих полипептидные цепи глобина.
Например: как изменится сродство Нb к О2 при замене во втором положении цепи гистидина (гис) остатком аспарагина (асн)? Как изменится снабжение кислородом органов и тканей при этом?
Схема решения задачи:
а) гис-2 вместе с другими аминокислотами (вал-1, гис-143, лиз-82) -цепи
глобиновой молекулы участвует в связывании аллостерического эффектора 2,3дифосфоглицерата (ДФГ), что приводит к стабилизации дезоксиформы гемоглобина;
б) при замене гис-2 в -цепи гемоглобина аспарагином, который не несет
катионной группы и не может участвовать в связывании ДФГ, дезоксиформа
Нb оказывается менее стабильной и его сродство к О 2 повышается;
в) увеличение сродства Нb к О2 имеет следствием снижение отдачи кислорода гемоглобином и возникновение гипоксического состояния.
Задача 4. В лаборатории имеются три препарата ДНК, выделенные из лейкоцитов, гепатоцитов человека и лейкоцитов мыши. Предложите метод идентификации образцов ДНК, выделенных из различных органов человека и мыши.
Схема решения задачи:
36
а) необходимо вспомнить, что образцы ДНК, полученные из различных
клеток одного индивидуума, имеют идентичную последовательность нуклеотидов, в то время как молекулы ДНК, выделенные из одних и тех же клеток разных организмов различны по первичной структуре;
б) для выявления различий в нуклеотидной последовательности ДНК рекомендуется использовать метод гибридизации ДНК-ДНК, суть которого сводится к проведению последовательных циклов плавления и отжига. При нагревании до 90-98˚С проб, содержащих в одном случае препараты ДНК лейкоцитов и гепатоцитов человека, а в другом ДНК лейкоцитов человека и мыши, происходит разрушение водородных связей, формирующих вторичную структуру
ДНК, в результате чего две двуцепочечные молекулы ДНК распадаются на четыре одноцепочечные нити (плавление). Если после этого провести медленное
охлаждение проб до 50-65˚С произойдет восстановление пространственной
структуры ДНК по принципу комплементарности (отжиг). При этом в первом
случае образуются только гомодуплексы вследствие идентичности структуры
ДНК, выделенных из гепатоцитов и лейкоцитов человека, в во втором - наряду
с гомодуплексами, содержащими идентичные цепи ДНК лейкоцитов мыши и
человека, в пробе будут содержаться гетеродуплексы, в которых одна цепь принадлежит ДНК человека, а вторая – ДНК мыши. Различия в пространственной
структуре гомо- и гетеродуплексов можно выявить с помощью электрофореза в
агарозном или полиакриламидном геле, так как они имеют разную электрофоретическую подвижность, определяемую формой молекул.
Задача 5. Лечебные препараты лидаза, ронидаза и лонгидаза содержат
фермент гиалуронидазу. Показаниями для их применения являются рубцы после ожогов и операций, тугоподвижность суставов (контрактуры) после воспалительных процессов и травм, спаечная болезнь. Почему лидаза, ронидаза и
лонгидаза эффективны в этих случаях?
Схема решения задачи:
а) гиалуронидаза, являющаяся основным компонентом лекарственных
препаратов лидазы, ронидазы и лонгидазы, - широко распространенная эндогликозидаза, катализирующая реакции гидролиза О-гликозидных связей в молекулах гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфатов, составляющих основу
матрикса соединительной ткани;
б) гиалуроновая кислота и хондроитинсульфаты относятся к классу гликозаминогликанов – обязательных компонентов межклеточного матрикса, играющих важную роль в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании формы клеток и органов, образовании каркаса при формировании
тканей;
в) перечисленные функции, присущие гликозаминогликанам, обусловлены особенностями их структуры и физико-химических свойств, а именно способностью образовывать сильно гидратированные гели и связывать катионы
(Na+, K+, Ca2+) и таким образом участвовать в формировании тургора различных
тканей, выполнять роль молекулярного сита в межклеточном матриксе, что
препятствует распространению патогенных микроорганизмов. Гиалуроновой
кислоте в суставной жидкости присуща также роль смазочного вещества,
37
уменьшающего трение между суставными поверхностями. Таким образом, гликозаминогликаны определяют вязкоэластические свойства суставов и других
анатомических структур, подвергающихся механической деформации;
г) в результате деполимеризации под влиянием гиалуронидазы гиалуроновая кислота теряет свои основные свойства (вязкость, способность связывать
воду и катионы). При этом затрудняется также синтез коллагена и формирование коллагеновых фибрилл, увеличивается проницаемость тканевых барьеров,
облегчается движение жидкости в межклеточном пространстве, увеличивается
эластичность соединительной ткани, что приводит к снятию отечности, уплощению рубцов, увеличению объема движения суставов, снижению контрактур,
спаечного процесса и предупреждению их формирования. Поэтому лекарственные препараты, содержащие гиалуронидазу применяются при лечении заболеваний, сопровождающихся гиперплазией соединительной ткани.
III. Ферменты
Задача 1. Объясните биологическое значение изоферментов в дифференцированных тканях организма человека.
Например: в чем заключается физиологическое значение изоферментов гексокиназы и глюкокиназы?
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что изоферментами называются множественные молекулярные формы одного фермента, различающиеся по строению, физико химическим и кинетическим свойствам (сродство к субстратам, ингибиторам, активаторам, тип субстратной специфичности);
б) гексокиназа является ферментом, осуществляющим превращение
глюкозы в биологически активную форму глюкозо-6-фосфат, после чего
глюкоза может использоваться клетками в различных превращениях. Фермент широко представлен в органах и тканях человека в виде 4 изоформ,
причем гексокиназа IY более известна под названием глюкокиназа;
в) основные различия между гексокиназой I и глюкокиназой представлены в таблице 3;
Таблица 3
Параметр
Гексокиназа I
Глюкокиназа
Субстрат
Глюкоза, галактоза, фруктоза
Глюкоза
и другие гексозы
Тип субстратной
Относительный
Абсолютный
специфичности
Сродство к глюКМ = 0,2 ммоль/л
КМ = 10 ммоль/л
козе (КМ )
(сродство высокое)
(сродство низкое)
Ингибирование
да
нет
глюкозо-6фосфатом
Активация иннет
да
сулином
Распределение в
Мозг, миокард, почки
Печень, поджелудочная
органах
железа
38
г) как видно из приведенной таблицы, гексокиназа I может фосфорилировать глюкозу даже при ее низкой концентрации, в то время как глюкокиназа функционирует только при ее высоком содержании. Исходя из этого, мозг
может использовать глюкозу даже при ее низком уровне в крови (гипогликемии), в то время как печень утилизирует ее в основном при высокой концентрации (гипергликемии);
д) отсутствие ингибирующего влияния глюкозо-6-фосфата позволяет
печени использовать глюкозу даже при избытке ее в крови и депонировать в
форме гликогена, в то время как мозг не может поглотить излишки глюкозы
из крови, так как гексокиназа ингибируется продуктом катализируемой реакции – глюкозо-6-фосфатом.
Задача 2. Объясните причины снижения ферментативной активности
после указанных воздействий на фермент.
Например: почему при отравлении метанолом или этиленгликолем (антифризом) пациентам в качестве противоядия (антидота) назначают этиловый
спирт или 4-метилпиразол?
Схема решения задачи:
а) в организме человека спирты, в частности, метиловый и этиленгликоль, под влиянием ферментов алкогольдегидрогеназы (АДГ) и альдегиддегидрогеназы (АлДГ) превращаются в соответствующие альдегиды, а затем
кислоты;
муравьиная кислота
формальдегид
метанол
АлДГ
АДГ
этиленгликоль
щавелевый альдегид
щавелевая кислота
б) эти продукты метаболизма обладают относительно высокой токсичностью, именно с их накоплением в организме связывают пагубные последствия интоксикации метанолом и этиленгликолем;
в) с целью предупреждения образования в органах и тканях токсичных
продуктов метаболизма спиртов рекомендуется применение либо 4метилпиразола как ингибитора АДГ, либо этилового спирта, имеющего
большее сродство к энзиму, чем токсичные спирты, и образующего в ходе
биотрансформации продукты, усваиваемые тканями.
этанол
ацетальдегид
уксусная кислота
АДГ
АлДГ
ацетил-КоА
цикл
Кребса
Н2О + СО2
, или 7) лежит опти-
Задача 3. Предположите в какой среде (рН
мум рН действия фермента.
Например: в активном центре фермента находятся сер, глу, цис. Для оптимальной активности фермента необходимо, чтобы эти аминокислоты присутствовали в протонакцепторной форме.
Схема решения задачи:
39
а) написать аминокислоты активного центра фермента в протонакцепторной и протондонорной форме;
Н -акцепторная
Н -донорная форма
сер
-СН2-О
-СН2-ОН
глу
-(СН2)2-СОО
-(СН2)2-СООН
цис
-СН2S
-CН2 SН
б) определить при каком значении рН эти аминокислоты находятся в
протонакцепторной форме: ионизация всех трех аминокислот возможна
только в щелочной среде (при рН = 7 донором протонов являются только сер
и цис, а при рН<7 все аминокислоты представляют собой кислоты или доноры протонов). Следовательно, оптимум рН действия фермента находится при
рН 7.
Задача 4. У больного при проведении биохимического анализа крови было обнаружено повышение активности аспартатаминотрансферазы (АСТ) и
креатинфосфокиназы (КФК). Предположите, что является причиной указанных изменений.
Схема решения задачи:
а) ферменты, синтезируемые в различных органах, могут функционировать в самих клетках (внутриклеточные) или внеклеточно (секреторные);
б) АСТ и КФК относятся к внутриклеточным ферментам, поэтому в
норме их активность в плазме крови невелика и ее повышение может быть
следствием нарушения проницаемости или целостности цитоплазматических
мембран клеток;
в) высокая активность обоих ферментов обнаруживается в кардиомиоцитах. Выход АСТ и КФК из кардиомиоцитов может быть следствием их
некроза, возникающего в результате несоответствия коронарного кровотока
потребности миокарда в кислороде. Таким образом, причиной повышения
АСТ и КФК в плазме крови больного является инфаркт миокарда.
IV. Коферментная функция витаминов
Задача 1. Если отделить яичные желтки от белков, то они быстро испортятся даже при низкой температуре. Указать, почему портятся желтки?
Как объяснить тот факт, что наличие яичных белков предотвращает порчу
желтков? Какую пользу с физиологической точки зрения приносит птицам
такой способ защиты яиц?
Схема решения задачи:
а) желтки начинают портиться в результате бактериального заражения;
б) авидин, который находится в яичных белках, является гликопротеидом, связывающим свободный биотин;
в) биотин представляет собой витамин Н, наличие которого необходимо для обеспечения нормального роста бактерий, поэтому авидин, являющийся антивитамином биотина, препятствует росту бактерий;
г) таким образом, яичные белки предохраняют развивающийся эмбрион
40
от разрушительного действия бактерий в течение инкубационного периода.
Задача 2. У больного с поврежденными почками, несмотря на нормальную сбалансированную диету, часто развивается остеодистрофия рахитоподобное заболевание, сопровождающееся интенсивной деминерализацией костей. Какой витамин участвует в минерализации костей? Почему повреждение почек приводит к деминерализации?
Схема решения задачи:
а) в регуляции фосфорно-кальциевого обмена участвует витамин Д 3;
б) активной формой витамина Д 3 является кальцитриол или 1,25дигидроксихолекальциферол (1,25(ОН)2Д3). Причем, гидроксилирование 25ом положения осуществляется микросомальной фракцией печени, после чего
25(ОН)Д3 переносится кровью в почки , где происходит его гидроксилирование в 1-ом положении;
в) кальцитриол является активатором синтеза белков, стимулирующих
всасывание кальция и фосфатов в слизистой тонкого кишечника и их реабсорбцию в извитых канальцах почек, а также способствует накоплению этих
минералов в остеоцитах и остеобластах в форме гидроксилапатита – неорганического структурного компонента скелета, т. е. участвует в процессе минерализации костей;
д) так как повреждение почек нарушает полное гидроксилирование витамина Д3 и образование его биологически активной формы, всасывание и
реабсорбция кальция и фосфатов в кишечнике и почках снижается, что пр иводит к возникновению гипокальциемии и гипофосфатемии и, как следствие,
вымыванию этих веществ из костной ткани. Таким образом, при некоторых
заболеваниях почек отмечаются симптомы остеопороза.
Задача 3. Объясните механизм действия антивитаминов при применении их в качестве лекарственных препаратов.
Например: применение структурного аналога фолиевой кислоты аминоптерина (или метотрексата) при проведении химиотерапевтического лечения
злокачественных новообразований, а также в качестве лекарственного препарата при лечении различных аутоиммунных заболеваний (ревматоидного
артрита и системной красной волчанки).
Схема решения задачи:
а) фолиевая кислота и ее активная форма тетрагидрофолиевая кислота
(ТГФК) участвует в качестве кофермента в энзиматических реакциях трансметилирования и переноса некоторых других одноуглеродистых радикалов.
Эти реакции являются составной частью синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Последние, в свою очередь, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и белков;
б) аминоптерин (метотрексат) вследствие структурного сходства с фолиевой кислотой замещает ее в активных центрах ферментов. Результатом
этого является нарушение синтеза нуклеиновых кислот и белков, а также
пролиферации клеток, чем и можно объяснить цитотоксическое действие
данного лекарственного препарата.
Задача 4. Объясните, почему у пациентов с наследственным дефектом
41
метаболизма аминокислоты триптофан (например, при дефиците кинурениназы) или пиридоксиновой недостаточностью могут развиваться пеллагроподобные состояния.
Схема решения задачи:
а) развитие симптомов пеллагры (дерматиты, диарея, деменция) связаны с недостаточностью ниацина (витамина РР или В5);
б) вспомнить, что никотинамид может синтезироваться в тканях организма человека из аминокислоты триптофан при участии пиридоксальфо сфат-зависимого фермента кинурениназы;
в) при генетически обусловленном дефекте кинурениназы или В6гиповитаминозе процесс синтеза ниацина из триптофана нарушается, что
приводит к развитию симптомов пеллагры или ниациновой недостаточности.
Задача 5. Почему при лечении атеросклероза холестирамином возможно снижение свертываемости крови?
Схема решения задачи:
а) лечебный эффект холестирамина основан на том, что данный лекарственный препарат является анионообменной смолой, образующей при поступлении в кишечник нерастворимые и невсасываемые комплексы с желчными кислотами, что приводит к усилению выведения желчных кислот и их
синтеза из эндогенного холестерина, истощению запасов последнего в печ ени, при этом также снижается содержание холестерина в плазме крови. Холестирамин используется для лечения атеросклеротических изменений сос удов, возникающих вследствие длительно повышенного уровня холестерина в
плазме крови (гиперхолестеринемии);
б) желчные кислоты представляют собой важный компонент желчи,
образуемый в гепатоцитах из холестерина и необходимый для нормального
переваривания и всасывания жирорастворимых компонентов пищи, в том
числе жирорастворимых витаминов;
в) при применении холестирамина, как уже было отмечено, нарушается
всасывание желчных кислот и, как следствие, жирорастворимых витаминов;
г) у пациентов, принимающих холестирамин, возможно снижение
свертываемости крови вследствие нарушение усвоения витамина К, биологическая роль которого сводится к регуляции свертывания крови путем участия
в образовании компонентов свертывающей системы (протромбина, проконвертина, факторов Кристмаса и Стюарта-Прауэра). Он способствует также
превращению
препротромбина
в
протромбин,
стимулирует
γкарбоксилирование остатков глутамата в молекуле протромбина, активируя
микросомальную карбоксилазу. Образовавшийся протромбин связывается с
фосфолипидами через ионы Са2+ и подвергается ферментативному расщеплению с получением тромбина, который в свою очередь обусловливает во зникновение тромбинового сгустка.
V. Гормоны. Регуляция обмена веществ и физиологических функций
Задача 1. Больному сахарным диабетом назначены инъекции инсулина, но положительного эффекта от лечения не было, так как концентрация
глюкозы в крови оставалась высокой. Что является причиной сахарного диа42
бета? Объясните, почему введение инсулина не вызывает положительного
эффекта от проводимой терапии.
Схема решения задачи:
а) сахарный диабет представляет собой эндокринное заболевание, характеризующееся синдромом хронической гипергликемии (повышенной
концентрации глюкозы в крови) и являющееся следствием недостаточной
продукции или действия инсулина;
б) инсулин – гормон островкового аппарата поджелудочной железы,
секретируемый в ответ на гипергликемию и снижающий концентрацию глюкозы в крови за счет активации процессов потребления углеводов и торможения их поступления в циркуляторное русло. Следовательно, при недостатке секреции или действия гормона возникает гипергликемия, с которой и
связаны клинические проявления сахарного диабета;
в) если введение инсулина не снижает гликемию, то причиной этого
является не нарушение его продукции поджелудочной железой (сахарный
диабет I типа или инсулинзависимый сахарный диабет), а потеря чувствительности клеток-мишеней к инсулину в результате мутаций, происходящих
в генах, кодирующих белки, осуществляющие пострецепторную передачу
гормонального сигнала внутрь клетки (сахарный диабет II типа или инсулиннезависимый сахарный диабет).
Задача 2. Пациенту перорально ввели 5 мл раствора инсулина. Предположите, изменится ли и как концентрация глюкозы в крови данного пациента.
Схема решения задачи:
а) необходимо вспомнить, что по химической природе инсулин является простым белком;
б) в желудочно-кишечном тракте экзогенные белки гидролизуются с
участием специфических протеаз до составляющих их аминокислот;
в) таким образом, инсулин в ЖКТ пациента разрушается, поэтому концентрация глюкозы в крови при пероральном его введении не изменяется.
Задача 3. Обоснуйте применение гормонов как лекарственных препаратов, использующихся для заместительного и патогенетического леч ения.
Например: использование прогестинов и их аналогов как противозачаточных
средств (пероральных контрацептивов).
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что прогестерон, секретируемый желтым телом в лютеиновую фазу овариального цикла женщины, оказывает влияние на миометрий,
вызывая его гипертрофию, и тормозя сокращения, стимулируемые эстрогенами, что способствует имплантации оплодотворенной яйцеклетки и развитию беременности. Кроме того, поступая в кровь, прогестерон по принципу
отрицательной обратной связи тормозит секрецию гонадолиберинов гипофизом, что, в свою очередь, препятствует созреванию новых фолликулов и выходу ооцита из яичника в полость тела (овуляции). Следовательно, прогестерон является гормоном, обеспечивающим наряду с другими биологически
активными веществами нормальное протекание беременности;
43
б) ановуляторный эффект прогестинов, т. е. их свойство тормозить
овуляцию, находит широкое применение в медицинской практике в качестве
противозачаточных средств.
Задача 4. Почему у больного с почечной патологией может наблюдаться гипертензия? Обоснуйте применение некоторых лекарственных препаратов (например, каптоприла) в лечении почечной гипертензии.
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что почки участвуют в регуляции водно-солевого обмена
и артериального давления, являясь основным органом-мишенью для альдостерона и антидиуретического гормона (вазопрессина);
б) регуляция секреции альдостерона корковым веществом надпочечников осуществляется ренин-ангиотензиновой системой. Локальная ишемия
почки (а также гипонатриемия и гиповолемия в физиологических условиях)
усиливают продукцию юкстагломерулярным аппаратом (ЮГА) фермента ренина, который катализирует частичный протеолиз сывороточного белка ангиотензиногена, синтезируемого в печени. При этом образуется декапептид
ангиотензин I, превращающийся под действием карбоксидипептидилпептидазы плазмы крови в октапептид ангиотензин II. Последний выступает в роли
тропного гормона для клеток клубочковой зоны коры надпочечников и стимулирует секрецию альдостерона, а также обладает мощным вазопрессорным
(сосудосуживающим) эффектом. Альдостерон, в свою очередь, вызывает задержку ионов натрия и воды, что вместе с вазопрессорным действием ангиотензина II приводит к развитию гипертонического синдрома;
в) лекарственный препарат каптоприл является конкурентным ингибитором карбоксидипептидилпептидазы – ключевого фермента ренинангиотензиновой и кинин-калликреиновой систем, играющего существенную
роль в регуляции артериального давления. В организме человека его осно вными субстратами являются ангиотензин I и брадикинин. Фермент катализирует отщепление одного дипептида с С-конца молекулы ангиотензина I, что
приводит к образованию вазопрессорного октапептида ангиотензина II, а
также последовательно отщепляет два дипептида от брадикинина, снижающего артериальное давление, тем самым инактивируя его. В связи с тем, что
карбоксидипептидилпептидаза вовлечена в метаболизм вазоактивных пептидов, она становится важной молекулярной мишенью в лечении гипертензии.
Снижая концентрацию вазопрессора ангиотензина II и повышая уровень вазодилататора брадикинина, каптоприл является эффективным лекарственным
средством при лечении почечной и некоторых других форм гипертонической
болезни.
Задача 5. Для лечения инфекционного полиартрита больной длительное время получал преднизолон, являющийся структурным аналогом кортизола. Почувствовав улучшение, больной самостоятельно прекратил прием
лекарственного препарата, после чего его состояние ухудшилось. Почему в
результате отмены преднизолона состояние больного ухудшилось?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что повышение в сыво44
ротке крови кортизола и его аналогов приводит к снижению секреции адр енокортикотропного гормона (АКТГ) гипофизом;
б) введение больному инфекционным полиартритом преднизолона,
имеет следствием снижение синтеза и секреции АКТГ и собственного кортизола гипофизом и корковым веществом надпочечников соответственно;
в) таким образом, резкая отмена лекарственного препарата вызывает
состояние острого гипокортицизма, характеризующегося гипогликемией, гипонатриемией, гиперкалиемией, полиурией, снижением артериального давления;
г) возникшие у больного признаки надпочечниковой недостаточности
можно купировать либо введением АКТГ, либо путем постепенного снижения дозы лекарственного препарата - преднизолона.
VI. Энергетический обмен. Цепь переноса электронов.
Общие пути катаболизма
Задача 1. Укажите величину коэффициента Р О для указанного субстрата общих путей катаболизма, например изоцитрата.
Схема решения задачи:
а) коэффициент окислительного фосфорилирования (Р О) равен числу
молекул АТФ, образованных в расчете на один атом кислорода, использованного в процессе дыхания;
б) написать реакцию окисления изолимонной кислоты в цитратном
цикле:
СО2
изоцитрат + НАД+
a-кетоглутарат + НАДН2
изоцитратдегидрогеназа
ЦПЭ
1/2 О2
в) поскольку изоцитратдегидрогеназа является НАД -зависимым ферментом, перенос водорода по цепи переноса электронов (ЦПЭ) на кислород
будет сопровождаться синтезом 3 молекул АТФ, т. е. Р О будет равен 3.
Задача 2. Рассчитайте количество молекул АТФ, синтезируемое при
окислении определенного количества указанного субстрата.
Например: сколько молекул АТФ синтезируется при окислении 1 моль кетоглутарата в сукцинат? Укажите пути образования АТФ при этом.
Схема решения задачи:
а) написать реакции превращения -кетоглутарата в сукцинат:
ТПФ, ЛК, HSKoA, ФАД, НАД+
a-кетоглутарат
сукцинил-КоА + НАДН2
a-кетоглутаратдегидрогеназный
ГДФ+Фн
ЦПЭ
комплекс
ГТФ
1/2 О2
сукцинат
б) так как окисление НАДН2 в цепи переноса электронов сопровождается синтезом 3 моль АТФ за счет окислительного фосфорилирования, то
энергетический выход окисления 1 моль -кетоглутарата до сукцинил-КоА
+
45
равен 3;
в) в реакции превращения макроэргического соединения сукцинилКоА в сукцинат образуется 1 моль АТФ за счет субстратного фосфорилир ования;
г) суммируя число моль АТФ, образующихся в обеих реакциях, получаем 3 + 1 = 4 моль АТФ.
Задача 3. Обоснуйте причины изменения количества АТФ, синтезируемого в процессе дыхания в присутствии одного из указанных веществ.
Например: антимицина А.
Схема решения задачи:
а) написать схему ЦПЭ, указать на ней места сопряжения с синтезом
АТФ;
б) отметить на схеме участок электронтранспортной цепи, блокируемой антимицином А;
в) так как антимицин А блокирует КоQН2-дегидрогеназу, выключаются
два звена сопряжения окисления с синтезом АТФ. Следовательно, возможен
синтез лишь одной молекулы АТФ при окислении субстрата
НАД+ зависимыми дегидрогеназами.
Задача 4. Предположите как изменится скорость окисления пирувата
до СО2 и Н2О в присутствии различных соединений.
Например: в присутствии 2,4-динитрофенола.
Схема решения задачи:
а) полное окисление пировиноградной кислоты включает в себя 3 этапа: окислительное декарбоксилирование пирувата, цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) Кребса и цепь переноса электронов. Скорость функционирования
всех перечисленных систем зависит от соотношения в клетке адениловых
нуклеотидов, т.е. от энергетического заряда клетки (при повышении концентрации АТФ их скорость падает и, наоборот, при возрастании концентрации
АДФ и АМФ, она повышается);
б) 2,4-динитрофенол является агентом, разобщающим окисление и
фосфорилирование. При этом окисление проходит без образования АТФ, а
энергия, выделяемая при этом, расходуется в виде тепла, т. е. в присутствии
указанного соединения окислительное фосфорилирование не имеет места и
образование АТФ возможно лишь за счет субстратного фосфорилирования,
что приводит к образованию лишь 1 молекулы АТФ;
в) таким образом, в присутствии 2,4-динитрофенола энергетический
заряд клетки резко снижается, что ведет к увеличению скорости функционирования всех 3 этапов полного окисления пирувата.
46
Приложение 2
ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ УСВОЕНИЯ РАЗДЕЛА
VII. Обмен и функции углеводов
Задача 1. Оценить энергетический эффект (в молях АТФ или ккал)
окисления указанного количества глюкозы или продуктов ее метаболизма в
заданных условиях.
Например: сколько моль АТФ синтезируется при окислении 1 г глюкозы до
СО2 и Н2О?
Схема решения задачи:
а) для определения энергетического эффекта окисления глюкозы необходимо вспомнить основные этапы ее распада до СО 2 и Н2О: гликолиз,
окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (ПВК), цикл
трикарбоновых кислот (ЦТК) и цепь переноса электронов (ЦПЭ);
б) написать в виде схемы основные этапы катаболизма глюкозы и отметить на ней реакции, сопряженные с выделением энергии в виде макроэргических соединений (АТФ) и высокоэнергетических электронов (НАДН2 и
ФАДН2 ):
глюкоза
АТФ
АДФ
глюкозо-6-фосфат
фруктозо-6-фосфат
АТФ
АДФ
фруктозо-1,6-дифосфат
цитоплазма
2 глицероальдегид-3-фосфат
2 НАД+
2 НАДН2
2 дифосфоглицерат
4 АДФ
4 АТФ
2 пируват
2СО2
2
2 НАДН2
2 ацетил-КоА
4 СО2
митохондрии
НАД+
6 НАДН2
2 ФАДН2
2 ГТФ
ЦПЭ Н2О
в) как видно из приведенной схемы, при окислении глюкозы образуется
6 АТФ (ГТФ) за счет субстратного фосфорилирования, а также 10 НАДН 2
47
(причем 2 из них цитоплазматические, и в зависимости от челночного механизма они дают 4 или 6 молекул АТФ, а 8 митохондриальные и при их сгорании в ЦПЭ образуется 8 × 3 = 24 молекулы АТФ) и 2 ФАДН2 (что в ЦПЭ дает
2 × 2 = 4 молекулы АТФ). Следовательно, при полном окислении глюкозы за
счет окислительного фосфорилирования образуются 32 или 34 молекулы
АТФ. Таким образом, распад глюкозы до СО 2 и Н2О дает 38 - 40 молекул
АТФ, но т.к. на ее активирование было затрачено 2 молекулы АТФ, то по лное окисление этой гексозы приводит к образованию 36 – 38 молекул АТФ;
г) исходя из молекулярной массы глюкозы, равной 180, рассчитать количество молей АТФ, образующихся при окислении 1 г глюкозы: 180 : 36
(38) = 0,2 (0,22) моль.
Задача 2. Определите возможность превращения глюкозы или промежуточных продуктов ее обмена в указанные соединения, написав схему пр оцесса и узловые реакции.
Например: определите возможность синтеза ЩУК из лактата. Рассчитайте,
сколько моль молочной кислоты необходимо для синтеза 1 моль ЩУК? Каков энергетический баланс процесса?
Схема решения задачи:
а) необходимо вспомнить, что основным источником ЩУК является
пируват;
б) обязательным этапом в превращениях молочной кислоты является ее
окисление в пируват;
в) следовательно, синтез ЩУК из лактата возможен;
г) написать реакции превращения лактата в пируват, а затем образование ЩУК из пирувата:
лактатдегидрогеназа
пируваткарбоксилаза
лактат
пируват
ЩУК
СО2 + АТФ АДФ + Н3РО4
НАД+ НАДН2
д) так как на образование 1 моль пирувата требуется 1 моль лактата,
следовательно, для синтеза 1 моль ЩУК необходимо затратить 1 моль лактата;
ж) второй этап процесса идет с использованием 1 моль АТФ. Следовательно, для осуществления данного превращения следует затратить 1
моль АТФ.
Задача 3. Определите возможность синтеза глюкозы из указанного
субстрата при заданных условиях, написав схему процесса и узловые реакции.
Например: возможно ли образование глюкозы из - кетоглютаровой кислоты? Какое количество молей -кетоглютаровой кислоты необходимо для получения 1 моль глюкозы? Сколько моль АТФ (ГТФ) требуется для нормального протекания данного процесса?
Схема решения задачи:
а) необходимо вспомнить превращения -кетоглютаровой кислоты в
цитратном цикле;
48
б) так как в результате реакций цитратного цикла -кетоглютаровая
кислота (α-КГ) может превращаться в щавелевоуксусную кислоту (ЩУК),
она может служить субстратом для синтеза глюкозы по пути глюконеогенеза;
в) для синтеза одного моля глюкозы необходимо использовать 2 моль
ЩУК. Следовательно, для синтеза одного моль глюкозы необходимо 2
моль -КГ;
г) синтез 1 моль глюкозы из 2 моль ЩУК протекает с затратой 2 моль
ГТФ и 2 моль АТФ. Таким образом, энергетические затраты синтеза 1 моль
глюкозы из 2 моль -КГ составляют 4 АТФ.
Задача 4. Сделайте выводы о возможных причинах заболевания, если
его проявления связаны: а) с изменением концентрации нормальных метаболитов углеводного обмена в биологических жидкостях и тканях, б) с появлением метаболитов, не обнаруживаемых в биологических жидкостях в норме.
Например: через 2 часа после перорального введения больному с циррозом
печени 40 г галактозы, растворенной в 200 мл теплой воды, у него обнаруживается галактозурия. Что является причиной указанных изменений? Для каких целей в клинике применяют галактозную пробу?
Схема решения задачи:
а) галактоза, всосавшаяся из кишечника, с кровью воротной вены доставляется в печень, являющуюся основным органом, в котором происходит
метаболизм этой гексозы;
б) она вовлекается в обмен веществ только после того, как превращается в дериваты глюкозы, причем это преобразование происходит в основном в
гепатоцитах с участием трех ферментов по следующей схеме:
галактоза
АТФ
галактокиназа
АДФ
галактозо-1-фосфат
УТФ
галактозо-1-фосфатуридилилтрансфераза
Н4Р2О7
УДФ-галактоза
эпимераза
УДФ-глюкоза
гликоген
При фосфоролизе гликогена высвобождается глюкозо-1-фосфат, который
изомеризуясь в глюкозо-6-фосфат, может быть использован в различных путях метаболизма глюкозы. Следовательно, при прохождении крови через печень, концентрация галактозы в ней значительно уменьшается;
в) нарушения этого звена обмена галактозы часто встречаются при острых и хронических заболеваниях печени, в частности у больного с циррозом
печени, что и приводит к галактозурии через 2 часа после ее перорального
49
введения;
г) необходимо также вспомнить, что печень занимает ключевые позиции в углеводном обмене: ей принадлежит главная роль в поддержании стабильной концентрации глюкозы в крови (гликемии). Участие в обмене глюкозы относится к очень устойчивым функциям печени, в связи с чем использование теста толерантности к глюкозе для определения ее функциональной
активности практически не имеет клинического смысла. Однако, обмен о тдельных моносахаридов в печени, в частности галактозы, относится к несравненно более уязвимым процессам и поэтому используется в качестве
функционального печеночного теста. Таким образом, пробу с нагрузкой галактозой можно использовать для оценки функции печени при различных з аболеваниях заболеваниях.
Задача 5. Обоснуйте, почему больному с алкогольной интоксикацией
не рекомендуется быстрое внутривенное введение раствора глюкозы.
Схема решения задачи:
а) необходимо вспомнить, что основная масса этанола метаболизируется
в печени по следующей схеме;
этанол
НАД+
алкогольдегидрогеназа
НАДН2
ацетальдегид
НАД+
НАДН2
альдегиддегидрогеназа
уксусная кислота
НSКоА, АТФ
ацил-КоА-синтетаза
АДФ, Н3РО4
ацетил-КоА
б) как видно из предложенной схемы распад этилового спирта приводит к снижению соотношения НАД +/НАДН2, что, в свою очередь, имеет
следствием усиленное восстановление кетокислот в оксикислоты, в частности пирувата в лактат, оксалоацетата в малат. Вследствие этого нарушается
процесс глюконеогенеза и развивается ацидоз. Таким образом, при алкогольном отравлении отмечается снижение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия) и признаки метаболического ацидоза;
в) быстрое внутривенное введение раствора глюкозы больному с алкогольной интоксикацией вызывает увеличение распада этого соединения по
гликолитическому пути до молочной кислоты (вследствие тканевой гипоксии), в результате чего усугубляется лактатацидоз.
Задача 6. Определите возможность взаимопревращения различных
50
моносахаридов в клетках организма человека.
Например: оценить возможность взаимопревращения глюкозы и фруктозы в
гепатоцитах. Как изменится метаболизм этих соединений в тканях больного
сахарным диабетом?
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что взаимопревращения фруктозы и глюкозы осуществляются, в основном, в гепатоцитах и протекают по следующей схеме:
НАД+
НАДФН2 НАДФ+
НАДН2
фруктоза
сорбитдегидрогеназа
АТФ
фруктокиназа АДФ
Н3РО4
фруктозо-1-фосфат
глюкозо-6-фосфатаза
кетозо-1-фосфатальдолаза
Н2О
ДОАФ
глицероальдегид
АТФ
глюкозо-6-фосфат
фруктозо-1,6-дифосфат
АДФ
гликолиз
глицероальдегидкиназа
глюкозо-1-фосфат пируват
3ФГА
ЦТК, ЦПЭ
УТФ
СО2 + Н2О
ацетил-КоА
Н4Р2О7
УДФ-глюкоза
гликоген
глюкоза
альдозоредуктаза
сорбит
б) активность ключевых ферментов метаболизма фруктозы и глюкозы
находятся под гормональным контролем, причем основным гормоном, регулирующим эти превращения, является инсулин;
в) влияние инсулина на указанные превращения сводятся к следующему:
инсулин индуцирует синтез глюкокиназы; активирует ключевые ферменты
аэробного гликолиза, пируватдегидрогеназного комплекса, пентозофосфатного
цикла, гликогенсинтетазу, являющуюся основным регуляторным ферментом
синтеза гликогена, сорбитдегидрогеназу; подавляет глюкозо-6-фосфатазу, катализирующую реакцию дефосфорилирования глюкозо-6-фосфата, что делает
возможным выход глюкозы из клетки, ключевые ферменты глюконеогенеза и
гликогенфосфорилазу. Кроме этого, инсулин увеличивает проницаемость плазматических мембран адипоцитов, миоцитов и миокардиоцитов для глюкозы.
Таким образом, инсулин оказывает стимулирующее действие на процессы, потребляющие глюкозу из крови, и тормозящее – в отношении процессов, поставляющих в кровь этот важный энергетический субстрат. В результате инсулин
обладает гипогликемическим эффектом;
г) при сахарном диабете, причиной которого является абсолютный или
относительный дефицит инсулина, нарушается поступление глюкозы в клетки инсулинзависимых тканей; снижается активность ключевых ферментов
аэробного гликолиза и цикла Кребса, нарушается образование энергии, развивается энергетический дефицит, гипоксия клеток; усиливается гликогенолиз и глюконеогенез, а также превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу.
51
Все это приводит к увеличению содержания в крови глюкозы, которая не усваивается клетками в связи с недостатком инсулина;
д) в клетках (за исключением адипоцитов и миоцитов) при сахарном
диабете активируются пути метаболизма углеводов, независимые от инсулина. Как видно из приведенной схемы, глюкоза под влиянием фермента альдозоредуктазы восстанавливается в сорбитол, который при участии сорбитдегидрогеназы превращается во фруктозу, метаболизируемую далее по пути
гликолиза. При сахарном диабете происходит активация сорбитолового пути
метаболизма глюкозы в результате накопления глюкозы и увеличения к ней
сродства альдозоредуктазы. Усиление функционирования альдозоредуктазы,
являющейся НАДФН2-зависимым ферментом, приводит к истощению клеточного пула НАДФН2, вследствие чего нарушаются другие НАДФН2зависимые процессы, в частности, реакции антиоксидантной защиты. Скорость превращения сорбитола во фруктозу в этих условиях сравнительно
низка, так как сорбитдегидрогеназа является инсулинзависимым ферментом.
Сорбитол с трудом проникает через плазматическую мембрану и накапливается в клетке, повышая осмотическое давление и вызывая набухание клеток.
Кроме того, сорбитол вытесняет из состава фосфолипидов и гликолипидов
инозитол, что приводит к изменению структуры мембран в различных тканях
(в хрусталике, сетчатке, нервных волокнах, нефронах);
е) как видно из приведенной ранее схемы метаболизм фруктозы начинается с реакции фосфорилирования, катализируемой фруктокиназой. Данный фермент имеется в печени, а также обнаруживается в почках и кишечнике. Этот энзим обладает абсолютной субстратной специцичностью и в отличие от глюкокиназы на него не влияет инсулин. Последнее объясняет тот
факт, что скорость метаболизма фруктозы у больных сахарным диабетом не
отличается от таковой у здоровых людей.
VIII.Обмен и функции липидов
Задача 1. При проведении диспансерного обследования у пациента после 12-часового голодания был выявлен «молочный» вид сыворотки, при
хранении которой в холодильнике (4ºС) на поверхности появляются жирные
хлопья. Повторный анализ сыворотки показал аналогичные результаты. При
опросе пациент жаловался на периодически возникающие боли в животе.
При осмотре обнаружены: гепатоспленомегалия (увеличение печени и селезенки), наличие ксантом на коже. Что является причиной наблюдаемых у пациента симптомов?
Схема решения задачи:
а) «молочный» или «хилезный» вид сыворотки отмечается вследствие
высокого содержания хиломикронов (ХМ). Они образуются в процессе всасывания пищевого жира и предназначены для транспорта экзогенных триглицеридов к местам утилизации (сердечная и скелетная мышцы, лактирующая молочная железа и др.) и депонирования (жировая ткань). Плазма крови
здоровых людей, не принимающих пищи в течение 12-14 часов содержит ничтожные количества хиломикронов;
52
б) дальнейший метаболизм хиломикронов связан с функционированием липопротеидлипазы (ЛП-липазы) – фермента, локализованного в эндотелии сосудов различных органов и катализирующего реакцию гидролитического расщепления триглицеридов сыворотки, транспортируемых в составе
ХМ и ЛПОНП, до глицерина и свободных жирных кислот. Для проявления
максимальной активности ЛП-липаза нуждается в кофакторе, роль которого
выполняет аполипопротеин СII (апо-CII), являющийся необходимым компонентом ХМ и ЛПОНП;
в) постоянное наличие ХМ в сыворотке крови на протяжении длительного периода времени является следствием генетически детерминированого
дефекта ЛП-липазы или ее кофактора апо-CII, вследствие чего нарушается
гидролиз триглицеридов, которые откладываются в подкожно-жировой клетчатке и паренхиме органов, в результате чего возникают перечисленные в задаче клинические симптомы.
Задача 2. Рассчитать количество моль АТФ, образующееся при полном
окислении жирной кислоты до СО 2 и Н2О и количество моль О 2, затраченное
при этом.
Например: сколько моль АТФ синтезируется при полном окислении 1 моль
пальмитоолеиновой кислоты (С 16:1)? Сколько моль О 2 потребуется при этом?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить основные этапы катаболизма жирной кислоты:
1) образование активной водорастворимой формы жирной кислоты
(ацил-КоА);
2) транспорт ацил-КоА через митохондриальную мембрану;
3) β-окисление ацил-КоА с образованием ацетил-КоА;
4) окисление ацетил-КоА в цикле Кребса;
5) цепь переноса электронов и протонов (ЦПЭ);
б) на активацию пальмитоолеиновой кислоты клетка затрачивает 1
моль АТФ в реакции, катализируемой ферментом ацил-КоА-синтетазой. Далее пальмитоолеил-КоА транспортируется в митохондрию с помощью карнитина, где вступает в реакции β-окисления, причем эта кислота пройдет
(16/2) – 1 = 7 циклов β-окисления (где 16 – количество атомов углерода в
окисляемой кислоте). При этом образуется 16/2 = 8 молекул ацетил-КоА и
выделяется энергия в форме 6 молекул ФАДН2 (7 – 1 = 6, где 7 – число циклов β-окисления; 1 – количество ненасыщенных связей в молекуле окисляемой кислоты) и 7 молекул НАДН2 ;
в) 8 молекул ацетил-КоА сгорают в ЦТК с выделением энергии в форме: 8
× 3 = 24 моль НАДН2; 8 моль ФАДН2 и 8 моль АТФ. Образование 8 молекул
АТФ в цикле Кребса протекает за счет реакций субстратного фосфорилирования;
г) таким образом, в результате β-окисления и функционирования ЦТК
образуется: 6 + 8 = 14 моль ФАДН2, 7 + 24 = 31 моль НАДН2 и 8 моль АТФ;
д) в завершении образующиеся при окислении восстановительные эквиваленты (ФАДН2 и НАДН2 ) окисляются кислородом с участием ферментов
электронтранспортной цепи, что дает клетке дополнительно: 14 ФАДН 2 × 2
53
АТФ = 28 моль АТФ; 31 НАДН2·× 3 АТФ = 93 моль АТФ, т. е. 121 моль АТФ
за счет окислительного фосфорилирования;
е) следовательно, общий энергетический выход окисления пальмитоолеиновой кислоты составляет: 8 + 121 – 1 = 128 моль АТФ;
ж) для расчета затрат О 2 в этом процессе необходимо вспомнить, что
последний используется для окисления ФАДН2 и НАДН2 в ЦПЭ, причем на
окисление 1 моль ФАДН2 или НАДН2 затрачивается ½ молекулы О2. Таким
образом, на окисление 14 моль ФАДН2 и 31 моль НАДН2 требуется (14+31)/2
= 22,5 моль О2.
пальмитоолеиновая кислота
АТФ
HSKoA
цитоплазма
АДФ + Фн
пальмитоолеил-КоА
карнитин
пальмитоолеил-КоА
121 АТФ
7 НАДН2
22,5 О2
ЦПЭ
b-окисление
6 ФАДН2
митохондрия
(7 циклов)
8 ацетил-КоА
24 НАДН2
8 ФАДН2
ЦТК
8 ГТФ
16 СО2
Задача 3. Рассчитать количество моль АТФ, образующееся при
полном окислении триглицерида заданного состава до СО 2 и Н2О.
Например: сколько моль АТФ синтезируется при полном окислении 1
моль трипальмитоилглицерина?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо написать формулу трипальмитоилглицерида;
СН2О
СО
С15Н31
СНО
СО
С15Н31
СН2О
СО
С15Н31
б) под действием тканевой или липопротеиновой липазы трипальмитоилглицерин гидролизуется с образованием 3 моль пальмитата и 1 моля глицерина, которые используются тканями в качестве источника энергии;
в) написать в виде схемы основные этапы окисления глицерина и отметить на ней реакции, сопряженные с синтезом АТФ:
54
глицерин
АТФ
АДФ
глицеролфосфат
НАД+
НАДН2
диоксиацетонфосфат
3-фосфоглицероальдегид
НАД+
НАДН2
1,3-дифосфоглицерат
АДФ
АТФ
3-фосфоглицерат
фосфоенолпируват
АДФ
АТФ
пируват
НАДН2
ацетил-КоА
3НАДН2
ЦТК
ФАДН2
ГТФ
СО2
1/2О2
ЦПЭ
Н2О
г) рассчитать количество АТФ, синтезируемое при полном окислении 1
моль глицерина. Баланс энергии выглядит следующим образом:
Количество используемых молекул АТФ
1
Количество образуемых молекул АТФ
2
2 НАДН2 = 4-6 АТФ (в зависимости от челночного механизма)
4 НАДН2 = 12 АТФ
ФАДН2 = 2 АТФ
ГТФ = АТФ
21-23 АТФ
Итого: 21 (23) – 1 = 20 (22) АТФ
д) написать схему окисления пальмитиновой кислоты до СО 2 и Н2О и
отметить на ней реакции, сопряженные с синтезом АТФ;
пальмитат
АТФ
НSКоА
АДФ
пальмитоил-КоА
b-окисление
7ФАДН2
(7 циклов)
7НАДН2
8 ацетил-КоА
24 НАДН2
8 ФАДН2
8 ГТФ
СО2 + Н2О
ЦТК
55
Итого, при окислении пальмитиновой кислоты образуется 7 8=15
ФАДН2 и 7 24 = 31 НАДН2, которые окисляются кислородом в дыхательной
цепи и дают клетке 30 и 93 моль АТФ соответственно путем окислительного
фосфорилирования, а также 8 моль ГТФ синтезируется за счет субстратного
фосфорилирования. Таким образом, энергетический выход полного окисления 1моль пальмитиновой кислоты составляет 30 93 8 1 = 130 АТФ;
е) так как в состав трипальмитоилглицерина входят помимо глицерина
3 остатка пальмитиновой кислоты, при полном окислении 1 моль жира образуется 130 × 3 20 (22) = 410 412 моль АТФ.
Задача 4. Сколько моль глюкозы или продукта ее превращения необходимо затратить для синтеза указанного количества триацилглицерина з аданного состава.
Например: сколько моль глюкозы необходимо для синтеза 1 моль трипальмитоилглицерина?
Схема решения задачи:
а) представить в виде схемы последовательность реакций, необходимых для превращения глюкозы в α-глицеролфосфат и ацетил-КоА;
глюкоза
глюкозо-6-фосфат
глицероальдегидфосфат
диоксиацетонфосфат
пируват
ацетил-КоА
a-глицеролфосфат
ацил-КоА
фосфатидная кислота
триглицерид
б) пользуясь суммарным уравнением синтеза пальмитиновой кислоты,
следует подсчитать количество ацетил-КоА, необходимое для синтеза 1 молекулы пальмитиновой кислоты, а также учесть количество используемого
НАДФН2 :
8 СН3СО-КоА + 7 АТФ + 14 НАДФН2 → СН3(СН2)14СООН + 7 АДФ +
7Н3РО4 + 14 НАДФ+ + 6 Н2О + 8 HSKoA.
Для расчета количества моль ацетил-КоА, необходимо вспомнить, что
для синтеза 1 моль пальмитата требуется 1 затравочная молекула ацетилКоА, которая удлиняется 7 молекулами малонил-КоА (так как в пальмитиновой кислоте 16 атомов углерода, то для ее образования нужно 16/2-1=7 циклов синтеза, в каждом из которых используется 1 молекула малонил-КоА).
Вследствие того, что источником 7 молекул малонил-КоА является 7 молекул ацетил-КоА (при этом затрачивается 7 моль АТФ), общее количество
ацетил-КоА, используемое в этом процессе, составляет 1+7=8 моль. При
56
этом, кроме энергии макроэргических связей 7 молекул АТФ, необходима
также энергия высокоэнергетических электронов в форме НАДФН2 для реакции восстановления. Так как на 1 цикл синтеза тратится 2 моль НАДФН2, то
общее число НАДФН2 составляет 7 × 2 = 14;
в) для расчета количества молекул глюкозы, необходимой для синтеза
пальмитата, необходимо вспомнить, что, окисляясь по дихотомическому пути, одна ее молекула ведет к образованию 2 молекул ацетил-КоА. Следовательно, для получения 1 моль пальмитиновой кислоты нужно 8/2 = 4 моль
глюкозы;
г) суммировать данные по синтезу трех остатков пальмитиновой кислоты и глицерина. Исходя из схемы, для синтеза 1 моль трипальмитоилглице× 3 = 12 моль глюкозы) и 1 моль αглицеролфосфата, на образование которого расходуется 0,5 моль глюкозы. И
того, для синтеза 1 моль трипальмитоилглицерина требуется 12 + 0,5 = 12,5
моль глюкозы.
12,5 глюкоза
12,5 глюкозо-6-фосфат
25 диоксиацетонфосфат
24 пируват
24 ацетил-КоА
глицеролфосфат 3 пальмитоил-КоА (С16)
трипальмитоилглицерин
Задача 5. Холестерин может синтезироваться из продуктов катаболизма
некоторых аминокислот, глюкозы, жиров. Рассчитайте, какое количество указанных субстратов потребуется для синтеза указанного количества холестерина.
Например: какое количество моль глюкозы необходимо для синтеза 1
моль холестерина?
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что синтез холестерина в клетках возможен из ацетилКоА , и назвать основные этапы этого процесса: 1) образование мевалоновой
кислоты из ацетил-КоА; 2) преобразование мевалоната в активный изопрен;
3) конденсация активного изопрена с образованием сквалена; 4) циклизация
сквалена;
б) написать уравнения реакций синтеза мевалоновой кислоты;
57
HSKoA
2 ацетил-КоА
ацетил-КоА HSKoA
гидроксиметилглутарил-КоА
2 НАДФН2
ацетоацетил-КоА
2 НАДФ+
мевалоновая кислота
в) как видно из приведенной выше схемы для синтеза 1 моль мевалоновой
кислоты необходимо 3 моль ацетил-КоА;
г) представить схему синтеза холестерина из мевалоновой кислоты и
рассчитать количество молей указанного соединения, необходимое для синтеза 1 моль холестерина:
6 мевалонат (С6)
6 3-фосфо-5-пирофосфомевалонат (С6)
6 х 3 = 18 АТФ
6 СО2
18 АДФ
4 изопентенилпирофосфат (С5)
2 геранилпирофосфат (С10)
2 изопентенилпирофосфат (С5)
2 фарнезилпирофосфат (С15)
сквален (С30)
холестерин (С27)
д) рассчитать количество молей ацетил-КоА, необходимое для синтеза
1 моль холестерина. Так как для синтеза холестерина требуется 6 моль мевалоната, то затраты ацетил-КоА составят 6 × 3 = 18 моль;
е) учитывая, что при распаде 1 моль глюкозы образуется 2 моль ацетилКоА, ее количество, обеспечивающее синтез 1 моль холестерина, составляет
18/2 = 9 моль.
Задача 6. Сделайте выводы о возможных причинах заболевания, если
его проявления связаны: а) с изменением концентрации нормальных метаболитов липидного обмена в биологических жидкостях и тканях, б) с появлением промежуточных соединений, которые не образуются в норме.
Например: у больного 40 лет содержание глюкозы в крови составляет 9,2
ммоль/л, концентрация кетоновых тел (ацетоуксусной и β-гидроксимасляной
кислот) в крови 3 ммоль/л.
Схема решения задачи:
а) ацетоновые или кетоновые тела являются нормальными метаболитами, образующимися в печени;
б) в норме они быстро окисляются в периферических тканях, особенно
в мышцах и почках, и концентрация их в крови не превышает 0,6 ммоль/л;
58
в) повышение концентрации кетоновых тел в крови может быть следствием либо их избыточного образования, либо нарушения их окисления в
тканях;
г) поскольку при данном заболевании концентрация глюкозы в крови
также повышена (в норме уровень гликемии составляет 3,3-5,5 ммоль/л),
можно предположить сахарный диабет, при котором нарушено использование глюкозы в качестве источника энергии. Нарушение окисления глюкозы
вызывает, с одной стороны, нарушение сгорания ацетил-КоА в цикле Кребса
(из-за недостатка пирувата и оксалоацетата), а с другой стороны, происходит
усиление процесса β-окисления жирных кислот и избыточное образование
ацетоуксусной кислоты.
глюкоза
жирные кислоты
ацетил-КоА
пируват
оксалоацетат
цитрат
b-ГМГ-КоА
изоцитрат
малат
фумарат
сукцинил-КоА
b-оксибутират
ацетоацетат
сукцинат
ацетоацетил-КоА
ацетон
2 ацетил-КоА
IX. Обмен и функции простых белков
Задача 1. Определите, какие типы связей и под действием каких протеиназ будут расщепляться в указанном пептиде (вал – асп – фен – иле – лиз
– фен – арг - сер – цис – глу).
Схема решения задачи:
а) определить в указанном пептиде N- и C-концевые аминокислоты
(валин и глутамат соответственно);
б) вспомнить специфичность действия протеолитических ферментов,
пользуясь приведенными ниже данными;
пепсин
х – три
х – фен
х – тир
химотрипсин
три - х
фен – х
тир – х
трипсин
арг – х
лиз – х
в) вспомнить специфичность действия экзопептидаз;
г) на данном пептиде указать стрелками пептидные связи, расщепляемые тем или иным протеолитическим ферментом.
59
пепсин
трипсин
химотрипсин
вал − асп − фен − иле − лиз − фен − арг − сер цис − глу
аминопепхимотрипсин
пепсин
трипсин карбоксипептидаза
тидаза
Задача 2. Определите возможность синтеза указанной аминокислоты
из глюкозы или продуктов ее превращения, написав схему процесса и узловые реакции.
Например: установите возможность синтеза аспарагиновой кислоты из лактата и укажите возможные источники аминогруппы для синтеза этой аминокислоты. Какой энергетический баланс процесса?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что аспарагиновая кислота образуется путем переаминирования щавелевоуксусной кислоты
(ЩУК) с какой-либо аминокислотой;
б) основным источником ЩУК в клетках организма является пировиноградная кислота, которая легко образуется из лактата;
глутамат
a-кетоглутарат
СО2
лактат
пируват
ЩУК
НАД+ НАДН2
аспартат
АТФ АДФ+Н3РО4
в) следовательно, синтез аспарагиновой кислоты из лактата возможен;
г) источником аминогруппы может быть любая аминокислота (за исключением пролина, лизина, треонина), и прежде всего глутамат;
д) при синтезе ЩУК из лактата на первом этапе образуется 1 моль
НАДН2, при окислении которой в дыхательной цепи синтезируется 2-3 моль
АТФ (в зависимости от челночного механизма), а на втором этапе затрачивается 1 моль АТФ. Следовательно, общий энергетический баланс синтеза
ЩУК из лактата составляет 1-2 моль АТФ.
Задача 3. Оценить энергетический эффект окислительного распада
указанной аминокислоты до СО 2 и Н2О и рассчитать количество синтезируемой при этом мочевины.
Например: сколько моль АТФ и мочевины синтезируется при полном окислении 2 моль аланина?
Схема решения задачи:
а) для решения необходимо написать уравнение реакции непрямого дезаминирования аланина, в результате которой образуется восстановленная
форма НАДН2, пируват и аммиак;
аланинаминотрансфераза
a
аланин +
- кетоглутарат
пируват + глутамат
60
глутамат + НАД+ + Н2О
глутаматдегидрогеназа
a - кетоглутарат + НАДН + NН3
2
Суммарное уравнение трансдезаминирования аланина имеет вид:
аланин + НАД+ + Н2О
пируват + НАДН2 + NН3
б) вспомнить, что перенос водорода с НАДН2 на кислород при участии
цепи переноса электронов сопровождается синтезом 3 моль АТФ;
в) представить схему окисления пирувата и отметить на ней реакции,
сопряженные с синтезом АТФ;
пируват
НSКоА
НАД+
НАДН2
НАД+
НАДН2
СО2
СН3СО-SКоА
оксалоацетат
малат
фумарат
ФАДН2
ФАД
сукцинат
ГТФ
цитрат
изоцитрат
СО2
СО2
ГДФ + Н3РО4
сукцинил-КоА
НSКоА
a - кетоглутарат
НАДН2
НАД+
НАДН2
г) рассчитать количество АТФ, синтезируемое при полном окислении 1
моль аланина: 3+15=18 моль АТФ;
д) при окислительном распаде 2 моль аланина синтезируется соответственно 36 моль АТФ;
е) написать схему синтеза мочевины и рассчитать количество аммиака,
необходимое для синтеза 1 моль мочевины;
НАД+
61
NH4+ + СО2+ 2АТФ
карбамоилфосфат + 2АДФ + Н3РО4
Н3РО4
цитруллин АТФ
аспартат
орнитин
АМФ,Н4Р2О7
аргининосукцинат
мочевина
Н2О
аргинин
фумарат
Из приведенной схемы видно, что для синтеза 1 моль мочевины нео бходимо 2 моль аммиака (один из них включается в молекулу мочевины в виде NH4+, другой – аспартата) и 3 моль АТФ;
ж) дезаминирование 2 моль аланина сопровождается образованием 2
моль аммиака и синтезом 1 моль мочевины;
з) так как при окислении 2 моль аланина выделяется 36 моль АТФ, но 3
моля АТФ расходуется на синтез мочевины, общий выход энергии полного
окисления аланина составляет 36-3 = 33 моль АТФ.
X. Обмен и функции сложных белков
Задача 1. У обследуемого предположительный диагноз – обтурационная желтуха. Определение каких биохимических показателей следует пр овести для подтверждения данного диагноза и какова должна быть направленность их изменений?
Схема решения задачи:
а) причиной обтурационной (механической) желтухи является частичная или полная закупорка (камнями или опухолью) желчных протоков, в р езультате чего нарушается желчевыделение и составные части желчи (прямой
или связанный билирубин, холестерин, желчные кислоты, белки и ферменты)
поступают в кровь;
б) следовательно, при подозрении на обтурационную желтуху следует
определить концентрацию общего билирубина и его фракций в сыворотке
крови, содержание желчных пигментов (билирубина, уробилина и стеркобилина) в моче и кале, а также проанализировать уровень белков, холестерина,
активность ферментов (щелочной фосфатазы и аминотрансфераз) в сыворо тке крови;
в) при обтурационной желтухе резко повышается содержание прямого
билирубина и незначительно увеличивается уровень непрямого билирубина в
сыворотке крови, в моче обнаруживается билирубин и отсутствует уробилин,
в кале снижено содержание стеркобилиногена (ахолический стул), характерно уменьшение уровня альбуминов и умеренное увеличение α 2-, β- и γглобулинов. В плазме крови увеличивается также содержание холестерина и
62
активность щелочной фосфатазы, уровень трансаминаз (АЛТ, АСТ) умеренно повышается или находится в пределах нормы (в начальной стадии болезни).
Задача 2. Определите пути превращения пуриновых и пиримидиновых
нуклеотидов в организме человека.
Например: какие соединения являются конечными продуктами распада адениловой кислоты?
Схема решения задачи:
а) представить схематично процесс распада АМФ в клетках;
АМФ
Н2О
печень
мочевина
NН3
инозиновая кислота
Н3РО4
рибозо-1-фосфат
рибозо-5-фосфат
ферменты
пентозофосфатного
цикла
гипоксантин
ксантин
3-фосфоглицериновый альдегид
гликолиз
ìМочевая кислота
пируват
ацетил-КоА
ЦТК, ЦПЭ
СО2, Н2О
б) следовательно, конечными продуктами, образующимися при полном
распаде адениловой кислоты в организме человека являются мочевая кислота, мочевина, углекислый газ и вода.
Задача 3. У пациента, принимающего парацетомол, отмечается иктеричность (желтушность) склер, моча и кал интенсивно окрашены. С чем связано возникновение описанных симптомов у пациента? Как называется этот
вид желтухи? Какие биохимические показатели сыворотки крови, мочи и кала будут изменены у данного пациента?
Схема решения задачи:
63
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что парацетомол, пр именяемый в качестве болеутоляющего и жаропонижающего средства, ускоряет образование активных форм кислорода и, тем самым, стимулирует реакции перекисного окисления липидов клеточных мембран, в частности, мембран эритроцитов, в результате чего наблюдается их гемолиз;
б) вспомнить, что в эритроцитах функционирует антиоксидантная система, основными представителями которой являются глутатионпероксидаза и
глутатионредуктаза, активность которых зависит, в свою очередь, от во зможности окисления глюкозы по пентозофосфатному пути. При этом образуются восстановительные эквиваленты в форме НАДФН2, необходимые для
нормальной работы антиоксидантной системы эритроцитов;
в) так как применение парацетомола имеет следствием возникновение
гемолитического состояния, у данного пациента имеется генетически обусловленный дефицит главного аллостерического фермента пентозного цикла
– глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы;
г) этот вид желтухи называется гемолитической. Она сопровождается
повышением концентрации общего билирубина в плазме крови за счет непрямой его фракции, а также возрастанием активности общей лактатдегидрогеназы и ее изоформ ЛДГ1,2, активность аминотрансфераз при этом находится
в пределах нормы. В моче обнаруживается повышенный уровень уробилина,
в кале – стеркобилина, что объясняет интенсивное окрашивание мочи и кала.
Задача 4. Некоторые формы порфирий (например, перемежающая
острая порфирия – ПОП) не проявляются до периода полового созревания.
Почему изменение гормонального статуса вызывает появление клинических
признаков заболевания?
Схема решения задачи:
а) необходимо вспомнить, что порфирии – глубокие нарушения порфиринового обмена, которые проявляются кожными, неврологическими и абдоминальными симптомами, а также аномально высоким выделением порфиринов с мочой и(или) калом;
б) к порфиринам относят группу замещенных тетрапиррольных соединений, являющихся промежуточными продуктами в синтезе гема и образующихся в митохондриях различных клеток организма, в основном печени
и костного мозга, из глицина и сукцинил-КоА по следующей схеме:
64
8 глицин
8 сукцинил-КоА
АЛК-синтаза
аминолевулинат (АЛК)
АЛК-дегидратаза
4 порфобилиноген
УПГ-I-синтаза
уропорфириноген I (УПГ I)
УПГ III-косинтаза
уропорфириноген III (УПГ III)
УПГ III-декарбоксилаза
копропорфириноген III (КПГ III)
КПГ-оксидаза
протопорфириноген IX (ППГ IX)
ППГ-оксидаза
протопорфирин IX
Fe 2+
феррохелатаза
гем
в) скорость-лимитирующей реакцией синтеза гема является реакция,
катализируемая пиридоксальфосфат-зависимым ферментом аминолевулинатсинтазой (АЛК-синтазой). Этот энзим по принципу отрицательной обратной
связи ингибируется гемом, а также многочисленными фармакологическими
препаратами, стероидными гормонами (особенно эстрогенами), метаболизм
которых осуществляется в гепатоцитах с участием гемопротеина - цитохрома
Р450;
г) в период полового созревания под действием гонадотропинов увеличивается синтез и секреция половых стероидов. Это имеет следствием снижение уровня гема в клетках и индукцию АЛК-синтазы;
д) причиной ПОП, обычно проявляющейся в пубертатном периоде, является частичная недостаточность уропорфириноген I-синтазы (УПГIсинтазы), в результате чего в плазме крови, спинномозговой жидкости, клет65
ках увеличивается количество порфобилиногена (ПБГ) и АЛК. При этом заболевании в период полового созревания отмечаются острые боли в животе,
рвота, запор, нервно-психические расстройства, что является следствием накопления нейроактивных соединений – триптофана и серотонина из-за снижения содержания гема, входящего в состав триптофанпирролазы, учас твующей в реакциях катаболизма триптофана.
Задача 5. Объясните молекулярный механизм возникновения некоторых симптомов при энзимопатиях пиримидинового обмена.
Например: почему у больного оротовой ацидурией развивается иктеричность
(желтушность) склер, кожи, гипербилирубинемия?
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что причиной оротацидурии является дефект одного из
двух ферментов синтеза
пиримидиновых нуклеотидов: оротатфосфорибозилтрансферазы или оротидинмонофосфатдекарбоксилазы, в результате чего нарушается синтез уридиловых нуклеотидов (УМФ, УДФ и
УТФ);
б) вспомнить, что обезвреживание билирубина, образующегося при
распаде гемопротеидов (в основном гемоглобина эритроцитов), происходит в
печени за счет реакции конъюгации с глюкуроновой кислотой, активной
формой которой является УДФ-глюкуроновая кислота;
в) так как при оротацидурии количество УДФ в гепатоцитах снижается,
процесс детоксикации билирубина нарушается, что приводит к повышению
его концентрации в крови (гипербилирубинемии) за счет непрямой фракции
и желтухе.
XI. Биохимия нервной и мышечной ткани
Задача 1. При хроническом употреблении алкоголя прежде всего поражается обмен веществ мозга. Почему это происходит?
Схема решения задачи:
а) многочисленные соединения разного химического строения, обладающие неполярными свойствами, хорошо растворимые в липидах, недисс оциирующие в воде с образованием ионов, при нормальных условиях представляющие собой летучие жидкости или газы, в той или иной степени обладают наркотической зависимостью. К таким веществам относят некоторые
представители широко используемых в клинической практике ингаляцио нных анестетиков (галотан), спирты (этанол, метанол, этиленгликоль), неорганические оксиды (закись азота) и др. Тяжелое отравление этими соединениями сопровождается быстрым развитием практически одинаковых эффектов:
аналгезия (обезболивание), потеря сознания, подавление сенсорных и автономных рефлексов, кома, миорелаксация, угнетение дыхания и сердечной
деятельности. При выходе из тяжелого состояния наблюдается амнезия;
б) на нервную систему перечисленные соединения, в том числе этанол,
помимо седативно-гипнотического, оказывают и иное действие, связанное с
нарушением пластических и биоэнергетических процессов, что приводит к
возникновению тяжелых энцефалопатий и нейропатий;
в) этанол хорошо растворяется в белково-липидных структурах (мем66
бранах), которыми особенно богата нервная ткань. Перечисленные выше
токсические эффекты этанола объясняются следующими причинами:
- этанол является мембранотропным агентом и может в концентрациях, вызывающих опъянение, менять состояние рецепторов и многих энзимов, инкорпорированных в мембрану;
- широко представленный в организме фермент алкогольдегидрогеназа, участвующий в метаболизме многих регуляторных соединений (γаминомасляной кислоты, ряда стероидов, биогенных аминов и др.), вступает в контакт с поступающим извне этанолом и как бы отвлекается от ряда
нормальных функций, что ведет к отклонениям в метаболизме ряда биорегуляторов;
- алкогольдегидрогеназа быстро превращает этанол в ацетальдегид; последний нарушает, прежде всего, функционирование ферментов митохондриальных мембран, что имеет следствием нарушение процессов окислительного фосфорилирования, а также процессов связанных с потреблением
АТФ (работа ионных насосов, синтез различных строительных и регуляторных молекул и т. д.).
Задача 2. Объясните различия клинических проявлений, наблюдаемых
при различных типах гликогенозов.
Например: почему при болезни Херса (гликогенозе YI типа) нарушается прежде
всего функционирование нервной ткани, в то время как при болезни Мак-Ардля
(гликогенозе Y типа) клинические проявления включают возникновение мышечных судорог при выполнении пациентом физической нагрузки?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что к гликогенозам о тносится группа наследственных заболеваний, при которых наблюдаются генетически детерминированные дефекты ферментов, катализирующих различные реакции гликогенолиза, что проявляется избыточным накоплением
гликогена в печени, сердечной и скелетной мускулатуре и других тканях. В
зависимости от локализации дефицитного фермента различают печеночногипогликемические и мышечно-энергетические формы гликогенозов;
б) конечным продуктом гликогенолиза в гепатоцитах является глюкоза,
так как в этих клетках (а также в нефронах и энтероцитах) содержится фермент глюкозо-6-фосфатаза - гидролаза, катализирующая дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата в свободную глюкозу, что обеспечивает выход последней в кровоток после ее освобождения из гликогена печени и почек. В то
же время вследствие отсутствия указанного фермента в миоцитах гликогенолиз в мышцах протекает с образованием молочной кислоты в качестве конечного продукта, что приводит к высвобождению необходимой для сократительной деятельности энергии в форме АТФ;
в) при гликогеновых болезнях Херса и Мак-Ардля обнаруживается дефект гликогенфосфорилазы в печени и мышцах соответственно. Поэтому болезнь Херса сопровождается гипогликемией, которая нарушает прежде вс его
функционирование нервной ткани, так как глюкоза крови является основным
источником энергии в нейронах и нейроглии. В то время как при болезни
67
Мак-Ардля вследствие нарушения мобилизации гликогена в мышцах основным клиническим проявлением является появление мышечных судорог при
выполнении физической работы, боли в мышцах, возникающие при выполнении даже умеренной нагрузки.
Задача 3. У больных алкоголизмом часто наблюдается гиповитаминоз
В1, что является следствием нарушения питания. Симптомами дефицита В 1
являются расстройства нервной системы, психозы, потеря памяти (синдром
Вернике-Корсакова). Почему к дефициту витамина В1 особенно чувствительны клетки нервной ткани?
Схема решения задачи:
а) у больных алкоголизмом отмечается снижение всасывания витамина
В1 вследствие нарушения фосфорилирования тиамина. Биологическая роль
тиамина сводится к тому, что он входит в состав тиаминпирофосфата (кокарбоксилазы), являющегося составной часть ферментов окислительного декарбоксилирования α-кетокислот, в частности пирувата;
б) основным источником энергии для нервных клеток является глюкоза
крови, которая катаболизируется по дихотомическому пути окисления, представляющему собой совокупность четырех мультиферментных комплексов
(гликолиза, пируватоксидазной системы, цикла Кребса, электронтранспортной цепи). Тиаминпирофосфат входит в состав одного из ферментов пир уватдегидрогеназного комплекса, а именно – пируватдегидрогеназы. Из-за
снижения поступления тиамина у больных алкоголизмом отмечается нар ушение нормального функционирования пируватоксидазной системы, что
имеет следствием нарушение энергетического метаболизма в нервных клетках. Кроме того, при дефиците витамина В1 снижается концентрация конечного продукта окислительного декарбоксилирования пирувата - ацетил-КоА,
который используется для синтеза нейромедиатора ацетилхолина, что приводит к нарушению проводимости нервного импульса.
Задача 4. В какой последовательности будут использоваться разные
источники энергии в скелетных мышцах при беге, начиная с первых секунд
работы и до завершения дистанции 10 км?
Схема решения задачи:
а) непосредственным источником энергии при мышечной деятельности
является АТФ. Химическая энергия, аккумулированная в его макроэргических фосфатных связях, в процессе мышечного сокращения преобразуется в
механическую работу мышц, а также используется на функционирование К +,
Na+-АТФ-азы, которая поддерживает определенную концентрацию ионов К +
и Na+, создающих электрохимический потенциал на сарколемме;
б) запасы АТФ в мышечных волокнах не велики и могут обеспечивать
выполнение интенсивной работы только в течение очень короткого времени
(0,5-1,5 сек). Дальнейшая мышечная работа осуществляется благодаря быстрому восстановлению АТФ;
в) ресинтез АТФ в мышцах осуществляется в реакциях, протекающих
как без участия кислорода (анаэробные механизмы), так и в его присутствии
(аэробные механизмы);
68
г) при напряженной мышечной работе, когда доставка кислорода к
мышцам затруднена, источником энергии в реакциях образования АТФ являются:
1) креатинфосфат, концентрация которого в мышцах в 3-4 раза выше по
сравнению с АТФ. Креатинфосфат локализован непосредственно на сократительных нитях миофибрилл и способен вступать в реакции субстратного
фосфорилирования с участием креатинфосфокиназы. Максимальная мощность креатинфосфокиназной реакции развивается на 0,5-0,7 сек и поддерживается в течение 10-15 сек у нетренированных людей или 25-30 сек – у
спринтеров;
2) гликогенолиз, метаболическая емкость которого определяется внутримышечными запасами гликогена и зависит от резервов буферных систем, стабилизирующих величину внутриклеточной рН. Эти процессы обеспечивают
поддержание мышечной работы продолжительностью от 30 сек до 2-6 мин;
3) реакция, катализируемая миокиназой (аденилаткиназой)
2 АДФ
АТФ + АМФ.
Эта реакция является аварийным механизмом, обеспечивающим ресинтез
АТФ в условиях, когда другие пути образования АТФ невозможны;
4)
аэробное окисление глюкозы, жирных кислот и кетоновых тел крови.
На максимальную мощность этот механизм выходит на 2-4-ой минуте у неспортсменов и уже на 1-ой минуте - у спортсменов, поддерживая необходимую для сокращения концентрацию АТФ в течение нескольких часов.
Аэробный механизм энергообразования является основным при длительной
работе большой или умеренной мощности (бег на дистанции 5, 10, 25 км, велогонки, плавание на 800 и 1500 м).
Задача 5. У пациента, перенесшего дифтерию, отмечаются явления миокардита. При исследовании биоптата сердечной мышцы обнаружены липидные
включения в цитозоле. Каковы возможные причины такого состояния?
Схема решения задачи:
а) развитие дифтерийного миокардита обусловлено токсическим дейс твием дифтерийного эндотоксина, который блокирует функции карнитинового челнока, осуществляющего транспорт жирных кислот в митохондрии кардиомиоцитов, где последние служат основным источником энергии;
б) вследствие нарушения окисления жирных кислот в миокарде возникает энергодефицит, что проявляется задержкой его проводимости и снижением сократимости. Из-за снижения распада жирных кислот и токсического
(детергентного) их действия на плазматические мембраны, клетка компенсаторно увеличивает процессы использования ацильных радикалов в реакциях
синтеза триглицеридов. Кардиомиоциты при этом претерпевают жировую
трансформацию с накоплением в клетках липосом, содержащих нейтральный
жир, что и подтверждается исследованием биоптата сердечной мышцы.
XII. Биохимия почек. Биохимический анализ мочи
Задача 1. Ряд тяжелых заболеваний почек сопровождается отеками, обусловленными альбуминурией. Почему при альбуминурии развиваются отеки?
Схема решения задачи:
69
а) альбумины – фракция сывороточных белков, выполняющих многообразные функции, в частности они создают и поддерживают коллоидноосмотическое (онкотическое) давление крови, так как, имея большой отрицательный заряд при физиологических значениях рН, связывают и удерживают
молекулы воды, препятствуя их выходу в межклеточное пространство;
б) при заболеваниях почек, например гломерулонефритах, происходит
потеря альбуминов через поврежденные клубочки нефрона, что приводит к
гипоальбуминемии;
в) снижение концентрации альбуминов в сыворотке крови способствует выходу воды из сосудистого русла в межклеточную жидкость и развитию
гиповолемии;
г) гиповолемия, в свою очередь, стимулирует секрецию нейрогипофизом антидиуретического гормона, способствующего реабсорбции воды в почечных канальцах. При этом наблюдается задержка воды в организме, что
сопровождается развитием отеков.
Задача 2. Почему при болезни Вильсона-Коновалова обнаруживается
глюкозурия?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что болезнь ВильсонаКоновалова возникает вследствие генетически обусловленного дефекта церулоплазмина, синтезируемого в гепатоцитах и осуществляющего транспорт
ионов меди в плазме крови;
б) из-за падения концентрация церулоплазмина в сыворотке крови ионы меди накапливаются, в основном, в печени и мозге, оказывая на эти органы токсический эффект, связанный со стимуляцией перекисного окисления
липидов (ПОЛ) в них;
в) концентрация Cu2+ в плазме крови снижается, что приводит к значительному недостатку этих катионов в нефронах. В свою очередь, ионы Cu2+
являются необходимыми компонентами цитохромоксидазы – обязательного
компонента дыхательной цепи, функционирование которой обеспечивает
нефрон необходимой для процессов реабсорбции различных полезных для
организма соединений энергии в форме АТФ;
г) так как при болезни Вильсона-Коновалова уровень АТФ в нефроне
снижается, наблюдается нарушение реабсорбции глюкозы в почечных канальцах и глюкозурия.
Задача 3. Как изменится суточный диурез и плотность мочи у больных
с сахарным и несахарным диабетом?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что причиной сахарного
диабета является снижение секреции или нарушение рецепции гормона по джелудочной железы инсулина, в то время как несахарный диабет возникает
вследствие уменьшения секреции гормона задней доли гипофиза - антидиуретического гормона (АДГ или вазопрессина);
б) недостаток инсулина, наблюдаемый при сахарном диабете, приводит
к развитию гипергликемии. При гипергликемии, превышающей почечный по70
рог (8,9 ммоль/л), глюкоза обнаруживается в моче (глюкозурия). Являясь осмотически активным веществом, глюкоза способствует усилению выхода воды с
мочой (полиурии). При этом относительная плотность мочи повышается;
в) недостаток АДГ также имеет следствием увеличение суточного диуреза из-за нарушения реабсорбции воды в дистальных отделах канальцев
нефрона и собирательных трубочках. При несахарном диабете снижается р еабсорбция осмотически свободной воды, что приводит к снижению относ ительной плотности мочи;
г) таким образом, при сахарном диабете обнаруживается полиурия и
гиперстенурия, в то время как при несахарном диабете наблюдается полиурия и гипостенурия.
Задача 4. У больного при проведении биохимического анализа крови
отмечается высокая гиперазотемия, резкий подъем концентрации мочевины,
креатинина, мочевой кислоты, снижение уровня ионов натрия, кальция, хлоридов, бикарбонатов, рН, повышение содержания калия, магния, фосфатов,
сульфатов. При исследовании мочи выявлена олигурия. Что является причиной указанных изменений крови и мочи?
Схема решения задачи:
а) так как в сыворотке крови больного повышена концентрация азотистых шлаков, относящихся к фракции остаточного азота крови (мочевины,
креатинина и мочевой кислоты), а также снижается суточный диурез, то причиной этого является нарушение выделительной функции почек, в частности
это свидетельствует о дефекте функционирования клубочков нефрона;
б) изменение электролитного состава и рН плазмы крови, наблюдаемые
у больного, свидетельствуют о нарушении процессов реабсорбции и секреции различных ионов, имеющих место в извитых канальцах нефрона;
в) таким образом, у больного отмечается повреждение основных отделов нефрона (клубочков и канальцев), т. е. почечная недостаточность.
XIII. Матричные биосинтезы
Задача 1. Напишите аминокислотную последовательность полипептида, закодированного в ДНК указанной последовательностью нуклеотидов
(при решении задачи используйте таблицу кодонов).
Например: участок ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
3΄-Т-А-Ц-Ц-Т-Г-Ц-Т-Т-Ц-Ц-Т-5΄ (транскрибируемая цепь)
5΄-А-Т-Г-Г-А-Ц-Г-А-А-Г-Г-А-3΄.
Схема решения задачи:
а) так как синтезируемая нить мРНК комплементарна транскрибируемой нити ДНК, последовательность нуклеотидов в ее структуре будет следующей: -А-У-Г-Г-А-Ц-Г-А-А-Г-Г-А-;
б) данная матрица содержит 4 кодона: АУГ, ГАЦ, ГАА, ГГА;
в) эти кодоны шифруют следующие аминокислоты: мет, асп, глу, гли;
г) следовательно, синтезируемый на предложенной матрице полипептид будет иметь следующую аминокислотную последовательность: мет-аспглу-гли.
Задача 2. Предскажите возможные нарушения биосинтеза белка при
71
указанных изменениях в структуре фрагмента ДНК.
Например: а) АААГГААТАЦТЦТАЦ – транскрибируемая нить исходной
ДНК; б) АААГГААТТЦТЦТАЦ – транскрибируемая нить мутантной ДНК.
Схема решения задачи:
а) определите последовательность нуклеотидов в мРНК, синтезируемых на исходной и мутантной ДНК. Так как процесс транскрипции осущес твляется по принципу комплементарности, последовательность нуклеотидов в
мРНК будет следующей:
а) УУУЦЦУУАУГАГАУГ – исходная мРНК;
б) УУУЦЦУУААГАГАУГ – мутантная мРНК;
б) выделите в обеих мРНК тройки нуклеотидов (слева направо) и сравните их по нуклеотидному составу;
в) сравнение нуклеотидного состава двух молекул мРНК показывает
различия в третьем кодоне (вместо УАУ в мутантной мРНК содержится
УАА), т. е. два кодона различаются по третьему нуклеотиду;
г) используя таблицу кодонов определите смысл указанных триплетов:
УАУ кодирует тир, УАА является терминирующим;
д) так как в мутантной мРНК вместо кодирующего триплета образовался терминирующий, на мутантной матрице белок синтезироваться не будет.
Задача 3. Объясните, какого типа молекулярные мутации могли привести к развитию указанного наследственного заболевания.
Например: алкаптонурии. При указанном заболевании нарушен распад тир озина, что проявляется выделением с мочой больших количеств гомогентиз иновой кислоты – промежуточного продукта метаболизма тирозина.
Схема решения задачи:
а) причина болезни – отсутствие фермента гомогентизинатоксидазы в
печени и почках больных;
б) к такому типу нарушений могут привести молекулярные мутации,
протекающие по типу: а) замены нуклеотидов, если результатом такой мутации будет образование терминирующего кодона (так называемые нонсенсмутации); б) мутации со сдвигом трансляционной рамки считывания (делеции или инсерции любого числа нуклеотидов, не кратного трем).
Задача 4. Определите, какого типа молекулярные мутации приводят к
возникновению указанного вида патологических состояний.
Например: серповидноклеточной анемии, при которой в крови больных о бнаруживается гемоглобин S (HbS).
Схема решения задачи:
а) HbS в отличие от HbА1 в 6-ом положении β-цепи имеет аминокислоту валин вместо глутамата;
б) используя таблицу кодонов выписать и сравнить триплеты, кодирующие данные аминокислоты;
вал
глу
ГУУ
ГГУ
ГУЦ
ГГЦ
ГУА
ГГА
72
ГУГ
ГГГ
в) данные кодоны разнятся по второму нуклеотиду: гуанин замещается на урацил;
г) используя правило комплементарности, написать тринуклеотидные
фрагменты молекулы ДНК, кодирующие эти аминокислоты;
вал
глу
ЦАА
ЦЦА
ЦАГ
ЦЦГ
ЦАТ
ЦЦТ
ЦАЦ
ЦЦЦ
д) следовательно, причиной появления HbS у больных серповидноклеточной анемией является замена цитозина на аденин, т. е. трансверсия.
Задача 5. Определите возможность биосинтеза белка и его этапы при
указанном составе белоксинтезирующей системы.
Например: белоксинтезирующая система включает следующие компоненты:
аминоацил-тРНК, 50S и 30S субъединицы рибосом, нуклеозидтрифосфаты,
мРНК, белковые факторы инициации, элонгации и терминации трансляции,
ферменты и белки, осуществляющие созревание полипептидной молекулы
(фолдинг).
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что основные этапы белкового синтеза включают:
I.
транскрипцию, в результате которой образуется пре-про-мРНК;
II.
постранскрипционный процессинг, ведущий к созреванию мРНК;
III. активацию аминокислот с образованием аминоацил-тРНК;
IV. трансляцию (собственно синтез белка на рибосомах);
V.
фолдинг и посттрансляционный процессинг;
б) вспомнить, что процесс трансляции требует мРНК (I-II этапы), активных форм аминокислот (III этап), малой и большой субъединиц рибосом,
энергии в форме ГТФ, а также некоторых белковых факторов, участвующих
в инициации, элонгации и терминации трансляции;
в) так как все перечисленные соединения содержатся в предложенной
белоксинтезирующей системе, следовательно, синтез белка при таком ее с оставе возможен;
г) этапы синтеза белка в данной системе включают:
инициацию трансляции;
элонгацию трансляции;
терминацию трансляции;
фолдинг и посттрансляционный процессинг.
XIV. Взаимосвязь и регуляция углеводного, липидного и белкового обменов
Задача 1. Определите возможность превращения цистеина в глюкозу.
Рассчитайте количество моль цистеина, необходимого для синтеза 1 моль
глюкозы.
Схема решения задачи:
а) напишите реакцию дезаминирования цистеина;
73
цистеинсульфатаза
пируват + Н2S + NН3
цистеин + Н2О
б) вспомните, что пируват является исходным субстратом для синтеза
глюкозы по пути глюконеогенеза;
в) так как пируват образуется при дезаминировании цистеина, последний может использоваться как донор атомов углерода в синтезе глюкозы;
г) так как для синтеза 1 моль глюкозы необходимо затратить 2 моль пирувата, следовательно для синтеза 1 моль глюкозы потребуется 2 моль цистеина.
Задача 2. Алкалоид кофеин, содержащийся в кофе, вызывает гипергликемию, гипераминоацидурию, оказывает возбуждающее действие. Объясните, почему введение кофеина приводит к возникновению перечисленных симптомов.
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что кофеин является
ингибитором фосфодиэстеразы цАМФ. цАМФ – повсеместно распространенный нуклеотид, образующийся из АТФ при участии фермента аденилатциклазы, играет ключевую роль в механизмах действия ряда гидрофильных гормонов;
б) фосфодиэстераза – фермент, катализирующий превращение цАМФ,
являющегося вторичным посредником гормона, в неактивный метаболит
АМФ, что приводит к падению уровня цАМФ в клетке и разрывает цепь превращений, вызванных гормонами и другими химическими сигнальными молекулами;
в) таким образом, внутриклеточный уровень цАМФ определяется активностью двух ферментов – аденилатциклазы и фосфодиэстеразы;
АТФ
цАМФ + Н2О
АМФ
аденилатциклаза
фосфодиэстераза
г) к гормонам, стимулирующим функционирование аденилатциклазы и
повышающим внутриклеточную концентрацию цАМФ, относится адреналин.
Основными метаболическими эффектами адреналина являются: усиление
гликогенолиза в печени и мышцах, подавление синтеза гликогена, активация
мобилизации жиров в жировой ткани. Помимо этого адреналин действует на
сердечно-сосудистую систему, повышая кровяное давление, увеличивая силу
и частоту сердечных сокращений. В результате такого действия гормона наблюдается увеличение концентрации энергетических субстратов (глюкозы и
свободных жирных кислот) в крови, увеличение артериального давления, состояние возбуждения;
д) введение кофеина, блокирующего работу фосфодиэстеразы, приводит к длительному увеличению уровня цАМФ в клетке, т. е. пролонгируется
действие адреналина, что и проявляется гипергликемией, гипераминоацидурией, повышением артериального давления.
Задача 3. После тяжелой травмы больная не получала пищу в течение
3 дней. Больной был прописан постельный режим, и, боясь поправиться, она
исключила из рациона жиры, но не смогла отказаться от избыточного упо требления сладких блюд. В течение нескольких месяцев масса тела женщины
увеличилась на 4 кг. Почему масса тела больной увеличилась?
74
Схема решения задачи:
а) вспомнить, что через 30-60 минут после употребления большого количества легко усваиваемых углеводов (сахарозы), содержащихся в сладких блюдах,
наблюдается алиментарная гипергликемия, стимулирующая секрецию βклетками островкового аппарата панкреатической железы гормона инсулина;
б) под влиянием инсулина ускоряется транспорт глюкозы из крови в
адипоциты. Повышение внутриклеточной концентрации глюкозы и активация ключевых ферментов дихотомического пути окисления глюкозы имеет
следствием образование большого количества субстратов, необходимых для
синтеза триглицеридов, - ацетил-КоА и глицерол-3-фосфата. Кроме того, в
присутствии инсулина наблюдается стимуляция пентозофосфатного пути
окисления глюкозы, что обеспечивает синтез жирных кислот из ацетил-КоА
энергией в форме НАДФН+Н+. Однако биосинтез жирных кислот из углеводов в жировой ткани человека протекает с высокой скоростью только после
предшествующего голодания.
в) одновременно инсулин тормозит процесс липолиза, так как гормончувствительная тканевая липаза при этом находится в неактивном дефосфорилированном состоянии;
г) таким образом, после трехдневного голодания, избыточное количество углеводов, употребляемых больной, превращается в жиры, что и приводит к увеличению массы тела. Этому также способствует ограничение подвижности пациентки, находящейся на постельном режиме.
Задача 4. У пациента, не получавшего пищу в течение нескольких недель, развивается коматозное состояние. При биохимическом исследовании
сыворотки крови была обнаружена гипогликемия, содержание гидроксимасляной и ацетоуксусной кислот оставалось на низком уровне. Каковы возможные причины этих явлений?
Схема решения задачи:
а) у пациента, длительно не получавшего пищу, обнаруживается снижение концентрации глюкозы в крови (гипогликемия), так как снижается
скорость процессов, обеспечивающих доставку этого энергетического субстрата в кровь, а именно гликогенолиза (печень) вследствие истощения депо
гликогена в гепатоцитах;
б) при этом одновременно со снижением секреции инсулина отмечается усиленная продукция контринсулярных гормонов, в частности, глюкагона.
Под влиянием этих гормонов происходит обмен субстратами между печенью, жировой тканью, мышцами и мозгом. Это необходимо для поддержания
концентрации в крови глюкозы, обеспечивающей энергетическими субстратами мозг и эритроциты. В свою очередь, остальные клетки переходят на
альтернативные источники энергии, в первую очередь жиры. Образующиеся
при липолизе жирные кислоты поступают в печень в большом количестве,
поэтому увеличивается скорость β-окисления и концентрация ацетил-КоА в
гепатоцитах. Скорость реакций цикла трикарбоновых кислот Кребса в этих
условиях снижена, так как оксалоацетат, необходимый для образования цитрата, используется в глюконеогенезе. В результате чего скорость образования
75
ацетил-КоА превышает скорость его окисления в ЦТК. Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и используется для синтеза кетоновых тел
(ацетоацетата и β-гидроксибутирата);
в) таким образом, длительное голодание всегда сопровождается гипо гликемией и кетонемией. Однако в крови обследуемого одновременно с гипогликемией обнаруживается снижение концентрации кетоновых тел, что
может являться следствием генетически обусловленного дефекта фермента,
участвующего в образовании кетоновых тел - β-гидрокси-β-метилглутарилКоА-лиазы;
г) мозг и другие отделы нервной ткани в качестве источника энергии не
могут использовать жирные кислоты, так как они не проницаемы для гематоэнцефалического барьера. Обеспечение энергией, необходимой для функционирования нервной ткани и мозга, происходит за счет окисления глюкозы
и кетоновых тел, концентрация которых в крови больного заметно снижена.
Это является следствием развития у больного коматозного состояния, наблюдаемого при длительном голодании. Для выведения больного из состо яния комы рекомендуется внутривенное введение раствора глюкозы.
Задача 5. У больного обнаружена опухоль надпочечников, продуцирующая
большое количество кортизола. Какие изменения биохимических показателей
крови наблюдаются при этом? Каковы клинические признаки этой патологии?
Схема решения задачи:
а) для решения задачи необходимо вспомнить, что кортизол, синтезируемый пучковой зоной коркового вещества надпочечников, относится к
группе глюкокортикоидных гормонов. Основные метаболические эффекты
кортизола сводятся к следующему: 1) повышению концентрации глюкозы в
крови за счет усиления глюконеогенеза в печени и снижения ее утилизации
периферическими тканями; 2) усилению катаболизма белков, особенно в
мышечной ткани (образующиеся при этом аминокислоты выступают в качестве субстратов глюконеогенеза); 3) слабому минералкортикоидному дейс твию (стимуляции реабсорбции ионов Na+ и воды, секреции К+);
б) секреция кортизола регулируется адренокортикотропином гипофиза
по принципу отрицательной обратной связи: при высокой концентрации ко ртизола в сыворотке крови снижается секреция АКТГ гипофизом и наоборот;
б) при аденоме коры надпочечников, увеличивается продукция кортизола, что приводит к гипергликемии, гипернатриемии, гипокалиемии, повышению в сыворотке крови содержания кортизола и снижению уровня АКТГ;
г) клинические симптомы заболевания проявляются: 1) отеками и ув еличением артериального давления, что обусловливается задержкой Na+ и воды; 2) мышечной слабостью, вызываемой гипокалиемией и усиленным катаболизмом белков мышц; 3) своеобразным перераспределением отложений
жира (преимущественно в области шеи, лица, туловища), возникающим
вследствие опосредованного инсулином усиления липогенеза; 4) ослаблением сопротивляемости организма инфекциям и ухудшением заживления ран
вследствие интенсивной инволюции лимфоидной ткани и уменьшения образования антител.
76
ПЕРЕЧЕНЬ СИТУАЦИОННЫХ ЗАДАЧ
Приложение 3
1. У обследуемого при анализе сыворотки крови выявлены гипопротеинемия, удлинение коагуляционной ленты Вельтмана, снижение А/Г коэффициента, азотистый баланс в норме, проба Хеллера на белок в моче – отрицательна, наблюдается отечность тканей. Для патологии какого органа характерны подобные изменения?
2. При фракционировании белков плазмы крови с помощью электрофореза на бумаге у обследуемого выявлено повышенное содержание αглобулинов (сумма α1- и α2-фракций) до 25% и значительное уменьшение
альбуминовой фракции. При каких патологических состояниях могут наблюдаться подобные изменения?
3. У первого обследуемого обнаружено в плазме крови увеличение
содержания ЛПНП и холестерина в них, уменьшение содержания ЛПВП. У
второго обследуемого при исследовании плазмы крови выявлено повышение
уровня ЛПНП, ЛПВП и холестерина в них. У какого из обследованных повышен риск развития атеросклероза? Как расценивается с современной точки
зрения: 1) повышение содержания ЛПНП и холестерина в них; 2) повышение
содержания ЛПВП и холестерина в них? Ответ свяжите с функциями липопротеидов.
4. При каких патологических состояниях наблюдается повышение
уровня гидроксипролина в сыворотке крови и моче?
5. Объясните какого типа молекулярные мутации могли привести к
развитию указанного наследственного заболевания. Например: алкаптонурии. При указанном заболевании нарушен распад тирозина, что проявляется
выделением с мочой больших количеств гомогентизиновой кислоты.
6. У пациента с острыми болями в животе обнаружено в плазме крови повышение активности α-амилазы, липазы, трипсина, ДНК-азы, РНК-азы.
Каков Ваш предположительный диагноз? Ингибиторы какого из указанных
ферментов применяются при лечении данного заболевания?
7. У обследуемого обнаруживается в сыворотке крови повышение
активности аспартатаминотрансферазы и аланинаминотрансферазы (коэффициент де Ритиса – 1,98), креатинкиназы и ее изофермента МВ, ЛДГ общей и
ее изоферментов 1,2. Для какого заболевания характерны подобные изменения? Изменения каких из указанных выше показателей особенно специфичны для этого заболевания? Что такое коэффициент де Ритиса и чему он равен
в норме?
8. У больного с поврежденными почками, несмотря на нормальную
сбалансированную диету, часто развивается остеодистрофия – рахитоподобное заболевание, сопровождающееся интенсивной деминерализацией костей.
Какой витамин участвует в минерализации костей? Почему повреждение почек приводит к деминерализации?
9. Почему конечные продукты расщепления гликогена в печени и
мышцах оказываются различными при реакции организма «борьба» или «бег77
ство»?
10. У больного наблюдаются следующие симптомы: гипогликемия,
слабость, утомляемость, потливость и постоянное чувство голода. Возможно
нарушение мозговой деятельности. Что является причиной данной клинической картины?
11. Почему при продолжительном голодании потеря веса за день
меньше, чем в начальный период?
12. Содержание триглицеридов и фосфолипидов в сердечной мышце в
1,5-2 раза больше, чем в скелетной. Какой биохимический смысл имеет это
различие? Не связана ли с ним высокая чувствительность миокарда к кислородной недостаточности?
13. У пациента в крови и моче повышено содержание кетоновых тел.
Какие данные необходимы для выяснения причин их появления?
14. У спортсмена перед ответственным стартом в крови повысилось
содержание глюкозы до 6,5 ммоль/л (норма 3,3-5,5 ммоль/л) и уровень свободных жирных кислот (СЖК) до 1,2 ммоль/л (норма 0-0,8 ммоль/л). Какова
причина наблюдаемых изменений?
15. Можно ли больному сахарным диабетом рекомендовать увеличение в рационе жиров, как источник энергии?
16. У обследуемого общая кислотность желудочного сока – 30
ммоль/л, свободная соляная кислота HCl (после введения гистамина) – 0. В
желудочном соке определяются молочная кислота и кровь. Как называется
подобное состояние секреции желудочного сока? Какую патологию можно
предположить у данного обследуемого?
17. В сыворотке крови обследуемого выявлено содержание мочевины
3 ммоль/л (норма 3,3-8,32 ммоль/л), остаточного азота 20 ммоль/л (норма
19,5-30 ммоль/л). Поражением какого органа можно объяснить возникновение описанных биохимических симптомов? Нарушение какой функции пораженного органа приводит к их появлению? Какие дополнительные биохимические анализы целесообразно назначить обследуемому для подтверждения диагноза?
18. Какова причина отложения уратов натрия в суставах, почках? Какие лекарственные препараты применяют для лечения подагры?
19. У больного предположительный диагноз – обтурационная желтуха. Определение каких биохимических показателей следует провести для
подтверждения данного диагноза и какова должна быть направленность их
изменений?
20. В больницу доставлен человек без сознания с признаками алкогольного отравления. При лабораторном исследовании крови получены следующие данные:
Алкоголь – 320 мг% (норма до 1 мг%)
Лактат – 28 мг% (норма до 13 мг%)
Глюкоза – 50 мг% (норма 60-100 мг%).
78
Глоссарий по биохимии
Приложение 4
Абсорбтивный период — поступление в организм, переваривание и усвоение белков,
жиров и углеводов.
Агрекан – основной структурный элемент хрящевого матрикса, состоящий из сотен протеогликановых мономеров, нековалентно присоединённых к одной молекуле гиалурон овой кислоты.
Аденилатциклаза – фермент плазматической мембраны, катализирующий реакцию образования цАМФ из АТФ.
Аденозинмонофосфат (АМФ) – мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и остатка
фосфорной кислоты.
Аденозинтрифосфат (АТФ) – макроэргическое вещество, являющееся главным переносчиком химической энергии в живой клетке.
Адипоциты – клетки жировой ткани.
Адреналин – гормон мозгового вещества надпочечников.
Адренокортикотропный гормон (АКТГ) – вырабатывается в аденогипофизе, стимулир ует выработку глюкокортикоидов в коре надпочечников.
Адренорецепторы – белки, специфически связывающие катехоламины.
Азота оксид (NO) – сигнальная молекула, образующуяся из аргинина; активирует гуанилатциклазу, регулирует тонус сосудов и скорость апоптоза, обладает антиканцерогенной
активностью.
Азотистый баланс – соотношение количества азота, поступившего с пищей и выведенного из организма; у детей и беременных – положительный, у взрослых – нулевой, у престарелых – отрицательный.
Активный транспорт – перенос веществ через мембраны с затратой энергии.
Активный центр – участок молекулы фермента, на котором происходит реакция.
Аланин – неполярная, заменимая протеиногенная аминокислота.
Алкалоз – сдвиг рН крови в щелочную сторону.
Алкаптонурия – наследственное нарушение обмена тирозина (чёрная моча) вследствие
дефекта гена диоксигеназы гомогентизиновой кислоты.
Алкогольдегидрогеназа – фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий реакцию
окисления этанола.
Аллопуринол – структурный аналог гипоксантина, применяется в лечении подагры.
79
Аллостерическая регуляция – изменение активности ферментов при воздействии на аллостерический центр.
Аллостерические эффекторы — активаторы и ингибиторы, действующие вне активного
центра ферментов.
Альбинизм – частичное или полное нарушение пигментации кожи, волос и глаз, светобоязнь, солнечные ожоги и снижение остроты зрения вследствие дефекта гена тирозиназы в
меланоцитах (редко – других ферментов).
Альбумин – простой, глобулярный, кислый белок.
Альдостерон – стероидный гормон коры надпочечников, регулирующий минеральный
обмен.
Амилаза – фермент класса гидролаз, расщепляет α -1,4-гликозидные связи амилозы и
амилопектина.
Аминоацил-тРНК-синтетаза – фермент, катализирующий связывание аминокислот с соответствующими тРНК.
Аминопептидаза – гидролаза, катализирующая отщепление N-концевой аминокислоты.
Аминотрансфераза – фермент, катализирующий перенос аминогруппы с аминокислоты
на кетокислоту с участием пиридоксальфосфата.
Анаболизм – энергозависимый процесс синтеза более сложных веществ из относительно
простых.
Ангиотензин I - декапептид, из которого под действием ангиотензин-превращающего
фермента образуется ангиотензин II.
Антидиуретический гормон – вызывает реабсорбцию воды в почечных канальцах и обладает сосудосуживающим действием (вазопрессин).
Антикодон – триплет нуклеотидов тРНК, комплементарный кодону иРНК.
Антитромбин III – белок плазмы крови, обеспечивающий 80-90 % антикоагулянтной активности крови путём ингибирования сериновых протеаз: факторов свёртывания крови,
тромбина, плазмина, калликреина.
Апопротеины – белковая часть сложных белков.
Апоптоз – запрограммированная смерть клеток.
Арахидоновая кислота – эйкозатетраеновая жирная кислота, входит в состав фосфолипидов, является источником эйкозаноидов (простагландины и др.).
Аргиназа – фермент класса гидролаз, катализирующий расщепление аргинина на орнитин
и мочевину.
80
Аргинин – протеиногенная, незаменимая, положительно заряженная аминокислота, содержащая в боковом радикале гуанидин.
Аспарагин – протеиногенная полярная аминокислота – амид аспарагиновой кислоты.
Аспарагиновая кислота – дикарбоновая протеиногенная аминокислота.
Аспирин (ацетилсалициловая кислота) – нестероидное противовоспалительное средство,
необратимый ингибитор циклооксигеназы.
Ацетальдегид – продукт окисления этанола.
Ацетилкоэнзим А (Ацетил-КоА) — активная форма ацетата, образуется при окислительном декарбоксилировании пирувата и ß-окислении жирных кислот, используется в цикле
Кребса, синтезе холестерина, жирных кислот и кетоновых тел.
Ацетилхолин — сложный эфир уксусной кислоты и холина, является медиатором холинэргических нейронов коры головного мозга, двигательных нервах и постганглионарных
нейронах парасимпатического звена вегетативной нервной стстемы.
Ацидоз — сдвиг кислотно-основного равновесия к кислую сторону, встречается при некомпенсированном сахарном диабете.
Ацил-КоА-синтетаза — фермент, катализирующий первую реакцию ß-окисления, — реакцию активации жирной кислоты с участием КоА и АТФ.
Аэробное окисление глюкозы — полное окисление глюкозы до СО 2 и Н2 О, включает
подготовительный этап — образование двух триоз, гликолитическую оксидоредукцию,
окислительное декарбоксилирование пирувата и цикл трикарбоновых кислот.
Белок — биополимер, состоящий из α, L- аминокислот.
Биливердин — продукт распада гемоглобина, желчный пигмент зелёного цвета.
Билирубин — продукт восстановления биливердина, пигмент красного цвета.
Биосинтез белка — процесс, включающий транскрипцию, активацию аминокислот,
трансляцию и посттрансляционную модификацию белковых молекул.
Биотин — (витамин Н), входит в состав кофермента карбоксилаз биоцитина.
Бора эффект — зависимость сродства гемоглобина к кислороду от концентрации ионов
водорода (Н+)
Вазопрессин (антидиуретический гормон, АДГ) — образуется в нейросекреторных клетках гипоталамуса, поступает в заднюю долю гипофиза, откуда выджеляется в кровь.
Валин — протеиногенная, неполярная, незаменимая аминокислота; служит одним из и сходных веществ при биосинтезе пантотеновой кислоты (витамина B5 ).
Витамины— низкомолекулярные вещества, которые необходимы в чрезвычайно малых
количествах для нормального развития и функционирования организма.
81
Водородная связь — форма ассоциации между электроотрицательным атомом и атомом
водорода H, связанным ковалентно с другим электроотрицательным атомом. В качестве
электроотрицательных атомов могут выступать N, O или S.
Вторичная структура белка — характеризует форму полипептидной цепи, которая может быть спиралевидной (α-структура), складчатой (β-структура) или неупорядоченной.
Высокоэнергетические соединения — природные вещества, содержащие богатые энергией (макроэргические) связи, при гидролизе которых выделяется более 15 кДж/моль
энергии.
Ганглиозиды — сложные по составу липиды. Они содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствует N-ацетилнейраминовая кислота
Гем — небелковая часть (простетическая группа) гемоглобина, миоглобина, каталазы, п ероксидазы и цитохромов.
Гемоглобин — гемсодержащий хромопротеин животных, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани.
Генетический код – способ записи наследственной информации в молекулах иРНК в в иде кодонов - триплетов мононуклеотидов.
Гепарин – кислый серосодержащий гетерополисахарид (гликозаминогликан), обладающий противосвёртывающей активностью.
Гиалуроновая кислота – гликозаминогликан, состоящий из остатков ß-глюкуроновой
кислоты и N-ацетилглюкозамина, соединённых ß-1,3- гликозидной связью.
Гидроксиапатит Ca10 (PO4 )6 (OH)2 – основной минеральный компонент костной ткани, а
также, эмали, дентина и цемента зуба.
Гидроксипролин – образуется в коллагене под действием пролиноксидазы при участии
L-аскорбиновой кислоты. Снижение гидроксилированного пролина при цинге п риводит к
нарушению структурной и барьерной функций соединительной ткани.
Гидрофобное взаимодействие – притяжение между неполярными частицами в водной
среде.
Глутаминсинтетаза — фермент класса синтетаз, катализирующий при участии АТФ образование L-глутамина из L-глутаминовой кислоты и аммиака.
Глутатион — трипептид γ-глутамилцистеинилглицин. Синтезируется из L-цистеина, Lглутаминовой кислоты и глицина.
Глюкагон — гормон α-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы.
Глюкоза крови – у детей до 14 лет 3.33 — 5.55 ммоль/л, у взрослых 3.89 — 5.83 ммоль/л,
с 60 лет уровень глюкозы в норме возрастает до 6,38 ммоль/л.
82
Глюкозо-6-фосфат дегидрогеназа (Г6ФД; G6PD) — цитозольный фермент, входящий в
пентозофосфатный путь, обеспечивающий образование клеточного НАДФ·H+Н+ из
+
НАДФ . НАДФ·H+Н+ необходим для поддержания уровня восстановленного глутатиона в
клетке, синтеза жирных кислот и холестерина.
Глюкозурия — наличие глюкозы в моче.
Глюкокиназа – фермент класса трансфераз, катализирующий перенос фосфатной группы
от аденозинтрифосфорной кислоты на шестой атом углерода в молекуле глюкозы.
Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных веществ, в первую очередь из молочной и пировиноградной кислот.
Гормоны – сигнальные молекулы, которые вырабатываются в железах или специализированных клетках внутренней секреции, выделяются в кровь, достигают клеток-мишеней и
связываются с мембранными, цитоплазматическими или ядерными рецепторами.
Дегидрогеназы – ферменты класса оксидоредуктаз, катализирующие перенос электронов
и протонов от субстрата на окисленный кофермент и от восстановленной формы коферменты на субстрат.
Дисульфидная связь - прочная ковалентная связь, образующаяся при окислении двух
сульфгидрильных групп молекул цистеина. Участвует в образовании и стабилизации третичной структуры белка.
ДНК-мутации – нерепарированные наследуемые изменения в первичной структуре ДНК.
ДНК-полимераза – фермент, участвующий в репликации ДНК.
ДНК репарация – исправление химических повреждений и разрывов в молекулах повреждённой ДНК.
ДНК синтез – образование новых молекул ДНК на матрице ДНК родительской клетки.
Дыхательная цепь – система переноса электронов с субстратов на кислород во внутренних мембранах митохондрий.
Единицы активности фермента – 1) Е = 1 мкмоль/мин; 2) катал = 1 моль/сек.
Железодефицитная анемия – нарушение синтеза гемоглобина вследствие дефицита железа.
Желтуха – желтушное окрашиванием кожи и слизистых оболочек, обусловленное накоплением в тканях и крови билирубина.
Желчнокаменная болезнь – заболевание, при котором в желчном пузыре и желчевыводящих путях образуются камни.
– производные холановой кислоты, выполняющие роль эмульгаторов.
83
Они также активируют панкреатическую липазу и выполняют роль мицеллообразующего
фактора.
Жирные кислоты – алифатические одноосновные карбоновые кислоты, входящие в состав жиров; содержат, как правило, неразветвленную цепь из четного числа атомов углерода (С4-24 ), и могут быть как насыщенными, так и ненасыщенными.
Жиры (триглицериды) – сложные эфиры глицерина и жирных кислот, входят в класс липидов. В живых организмах выполняют, энергетическую, защитную, резервную функции.
Изодесмозин – аминокислота, изомер десмозина, отличающаяся от него лишь расположением боковых цепей на пиридиновом кольце. Вместе с десмозином скрепляет нити эластина. Десмозин, изодесмозин участвуют в образовании соединительной ткани, повышают эластичность дермы и усиливает регенерацию клеток кожи.
Изолейцин – протеиногенная алифатическая, неполярная, незаменимая α-аминокислота.
Изомеразы – класс ферментов, катализирующих внутримолекулярные перемещения ра зличных групп, в том числе и реакции взаимного превращения различных изомеров.
Изоэлектрическая точка – pI , значение pH, при котором молекула не несёт электрического заряда.
Иммуноглобулины – Ig, глобулярные белки, продуцируются В-лимфоцитами и обладают свойствами антител, т.е. способностью соединяться с антигенами, стимулирующими
их образование.
Ингибиторы - вещества, тормозящие химические реакции путём снижения активности
ферментов.
Инозиновая кислота (инозинмонофосфат, ИМФ) — нуклеотид, являющийся монофосфатом рибонуклеозида гипоксантина.
Инсулин — гормон пептидной природы, образуется в α-клетках островков Лангерганса
поджелудочной железы. Регулирует обмен веществ. Основное действие ин сулина заключается в утилизации глюкозы.
Инсулина рецептор – трансмембранный белок, внешняя часть которого содержит центр
распознавания сигнальной молекулы, а обращённый к цитоплазме фрагмент функцион ирует как фермент тирозинкиназа,катализирующий аутофосфорилирование.
Интегрины — поверхностные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. От них зависит форма
клетки, её подвижность, они участвуют в регулировке клеточного цикла.
Ионная связь — прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой
разностью (>1,7 по шкале Полинга) электроотрицательностей, при которой общая эле ктронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью.
Иценко – Кушинга болезнь – тяжёлое нейроэндокринное заболевание вследствие гиперфункции коры надпочечников, связанное с гиперсекрецией АКТГ.
84
Калликреин слюны – сериновая протеаза, гидролизующая в белках пептидные связи, образованные преимущественно аргинином и лизином.
Кальмодулин – Са2+-связывающий белок.
Кальциевые каналы – ионные каналы, избирательно проницаемые для ионов Ca2+.
Кальциевый насос (Са2+ - АТФ-аза) – обеспечивает поддержание низкой концентрации
Са2+ в цитозоле клетки и создание внутриклеточного депо Са 2+ в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме.
Кальцитонин – гипокальциемический белковый гормон, продуцируемый С-клетками
щитовидной железы и контролирующий обмен кальция и фосфатов.
Кальцитриол – активная форма витамина D, контролирует обмен кальция и фосфатов.
Карбоангидраза – фермент, катализирующий обратимую реакцию образования угольной
кислоты из диоксида углерода и воды.
Карбоксидипептидилпептидаза (ангиотензинпревращающий фермент, АПФ) – катализирует расщепление декапептида ангиотензина I до октапептида ангиотензина II.
Кариес – деминерализация и разрушение твердых тканей зубов с последующим образов анием полости.
Карнитин – переносчик жирных кислот через мембрану в матрикс митохондрий, где протекает β-окисление.
Катаболизм – процесс расщепления какого-либо вещества на более простые, обычно протекает с высвобождением энергии (тепло, АТФ).
Коллаген – фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани органи зма (сухожилие, кость, хрящ, дерма и т. п.) и обеспечивающий ее прочность и эласти чность. Это основной компонент соединительной ткани и самый распространенный белок
млекопитающих, составляющий от 25% до 35% от суммы всех белков.
Коллагеназа – ферментный препарат, получаемый из поджелудочной железы скота; о бладает протеолитической активностью преимущественно на коллагеновые волокна; способствует расплавлению рубцов и некротических тканей.
Кортизол (гидрокортизон) – глюкокортикоидный гормон стероидной природы; секретируется корой надпочечников под воздействием адренокортикотропного гормона (АКТГ);
стимулирует глюконеогенез, а также принимает участие в развитии стрессовых и иммунных реакций; благодаря своей липофильной природе легко проникает через клеточную
мембрану в цитоплазму и ядро, где связывается со специфическими рецепторами.
Кофермент А (КоА) – участвует в реакциях синтеза в качестве переносчика ацильных
групп; состоит из остатка адениловой кислоты, пирофосфатной группы, пантотеновой кислоты и β-меркаптоэтаноламина.
85
Крахмал – смесь резервных полисахаридов растений; состоит из амилозы (30%) и амилопектина (70%), мономером которых является α-глюкоза.
Креатин – азотсодержащая карбоновая кислота, которая встречается у позвоночных.
Участвует в энергетическом обмене в мышечных и нервных клетках
Креатинфосфокиназа (КФК, CPK) – фермент класса трансфераз, катализирующий фосфорилирование креатина; содержится в миокарде, скелетной мускулатуре, головном мозгу
и др. органах. Изофермент CPK MB используется в диагностике инфаркта миокарда.
Кребса цикл (цикл трикарбоновых кислот) – центральная часть общего пути катаболизма,
циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит окисление
ацетил-коэнзима А до CO и Н О и освобождается энергия, эквивалентная 12 АТФ.
2
2
Лактат — конечный продукт гликолиза. В условиях покоя основной источник лактата в
плазме — эритроциты. При физической нагрузке лактат выходит из мышц и превращается
в печени в глюкозу путём глюконеогенеза.
Лактатдегидрогеназа (L-лактат:НАД-оксидоредуктаза ) КФ 1.1.1.27) — фермент, катализирующий последнюю реакцию гликолиза, а также обратную реакцию превращения ла ктата в пируват, при этом образуется HAДH+Н+.
Лактоза (молочный сахар) — углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах. Молекула лактозы состоит из остатков молекул глюкозы и галактозы
Лактоферрин — глобулярный гликопротеин с молекулярной массой около 80 кДа; является компонентом иммунной системы организма, содержится в молоке, слюне, слезах и
секрете носовых желёз.
Лигазы (синтетазы) – ферменты, катализирующие реакции синтеза с затратой энергии.
Лизин – 2,6-диаминокапроновая кислота; протеиногенная, незаменимая, положительно
заряженная аминокислота.
Липаза – фермент класса гидролаз, катализирует расщепление и синтез сложных эфирных
связей в триглицеридах.
Липопротеинлипаза – фермент класса гидролаз, катализирующий расщепление триглицеридов хиломикронов на плазматических мембранах клеток; наиболее высока активность
этого фермента в миокарде.
Липопротеины – сложные белки, транспортные формы липидов в крови; состоят из аполипопротеинов (апо-ЛП) и липидов (жиров, холестерина, фосфолипидов).
Малат-аспартатный челнок – механизм передачи водорода из цитозоля в митохондрии;
в цитозоле восстанавливается оксалоацетат при участии НАДН+Н+, образующегося в ходе
гликолитической оксидоредукции; малат поступает в митохондрии, где окисляется до о ксалоацетата; последний трансаминируется в аспартат, который выходит в цитозоль и превращается в оксалоацетат.
86
Малик-фермент – НАДФ+- зависимая дегидрогеназа, катализирует окислительное декарбоксилирование малата в цитозоле; реакция является источником НАДФН+Н+ для восстановительного синтеза жирных кислот, холестерина и глутамина.
Мальтоза – природный дисахарид, состоящий из остатков α,D-глюкозы, соединённых αгликозидными связями.
мРНК – матричная или информационная РНК, в которой записана первичная структура
белка в виде кодонов; синтезируется в ходе транскрипции на матрице ДНК, используется
в процессе трансляции.
Меланины – биогенные пигменты, нерастворимые высокомолекулярные гетерополимеры
с неупорядоченной структурой, образующиеся из тирозина: эумеланины чёрного и коричневого цвета, фиомеланины жёлтого и красновато-коричневого цвета.
+
Метгемоглобин – MtHb (Fe3 ) окисленная форма гемоглобина, не связывает кислород.
Метионин – протеиногенная незаменимая серосодержащая аминокислота.
Метотрексат
- структурный аналог фолиевой кислоты, игибитор дигидрофолатредуктазы, участвующей в синтезе дТМФ из дУМФ, противоопухолевое средство.
Миелопероксидаза – фермент фагоцитов, катализирующий синтез гипохлорита (HOCl)
из H2 O2 и Cl-.
Микросомальное окисление – детоксикация ксенобиотиков в гладких мембранах эндоплазматического ретикулума путём гидроксилирования монооксигеназами (цит. Р 450 и В5 ).
Миоглобин – гемсодержащий хромопротеин, депонирующий кислород в мышечной ткани.
Митохондрии – внутриклеточные органеллы, содержащие системы тканевого дыхания и
окислительного фосфорилирования; имеют собственный геном.
Мицеллы слюны – коллоидные образования, поддерживающие нерастворимые фосфорно-кальциевые соли в псевдоводорастворённом состоянии.
Моноаминооксидазы – ФАД-содержащие оксидоредуктазы, катализирующие окислительное дезаминирование аминов при участии кислорода с образованием соответствующего альдегида или кислоты, пероксида водорода и аммиака.
Мочевая кислота – продукт обмена пуриновых оснований, синтезируется в печени и частично в кишечнике при участии ксантиноксидазы, выделяется с мочой.
Мочевина – конечный продукт обезвреживания аммиака, синтезируется в орнитиновом
цикле преимущественно в митохондриях печени, выводится с мочой.
Натриевый насос (Na+, К+ - АТФаза) - мембранный механизм, поддерживающий определённое соотношение ионов в клетке путём их активного транспорта против электрохимического и концентрационного градиентов.
Натрийуретический фактор - усиливает выведение из организма натрия.
87
Нейромедиаторы - биологически активные химические вещества, посредством которых
осуществляется передача нервного импульса в синапсах.
Нидоген (энтактин) — белок, входящий в состав базальной мембраны. Имеет палочковидную структуру и связывает между собой ламинины и коллаген IV типа в базальной
мембране.
Никотинамидадениндинуклеотид (НАД+, NAD+) — кофермент, входит в состав ферментов группы дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции;
выполняет функцию переносчика электронов и протонов.
Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ+, NADP+ ) —кофермент дегидрогеназ,
катализирующих окислительно-восстановительные реакции. В восстановленном виде участвует в реакциях восстановительного синтеза.
Пептидная связь — вид амидной связи, возникающей при образовании белков и пептидов в результате взаимодействия α-аминогруппы (—NH2 ) одной аминокислоты с αкарбоксильной группой (—СООН) другой аминокислоты.
— собирательное название водорастворимого витамина B6 ; в составе кофермента пиридоксальфосфата участвует в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот.
Пиримидиновые нуклеотиды – состоят из азотистых оснований: цитозина, урацила или
тимина, углевода: рибозы или дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты; входят в состав ДНК или РНК.
Пируватдегидрогеназный комплекс — содержится в матриксе митохондрий, состоит из
трёх ферментов и пяти коферментов, осуществляет окислительное декарбоксилирование
пирувата – этап аэробного окисления глюкозы; продуктами процесса являются ацетилКоА, СО 2 и НАДН·Н+.
Плазминоген — профермент плазмина, участвующего в фибринолизе; из плазмина образуется ангиостатин, ингибирующий рост сосудов.
Подагра — заболевание, которое характеризуется отложением в различных тканях организма кристаллов солей мочевой кислоты (уратов); в основе лежит накопление мочевой
кислоты в крови (гиперурикемия).
(ПЦР) — способ молекулярной диагностики, при котором используется увеличения малых концентраций фрагментов ДНК в биологическом
материале.
Порфобилиноген — пигмент, присутствующий в моче больных острой порфирией; в ызывает ее потемнение даже при непродолжительном стоянии.
Постабсорбтивное состояние — период после завершения пищеварения до следующего
приёма пищи.
(пирролидин-α-карбоновая кислота) — протеиногенная гетероцикическая иминокислота.
88
Простагландины— группа физиологически активных веществ, образующихся из арахидоновой кислоты; являются высокоспецифичными внутриклеточными регуляторами
функций, обладают выраженным физиологическим эффектом.
Простетическая группа — небелковый компонент, связанный с белком, который выполняет важную роль в биологической активности соответствующего белка. Простетические
группы могут быть органическими (витамины, углеводы, липиды) или неорганическими
(например, ионы металлов).
Протеинкиназы — фосфотрансферазы, катализируют реакции фосфорилирования остатков аминокислот, имеющих гидроксильные группы (серин, треонин и тирозин) или гетероциклической аминогруппы гистидина в белках.
Протеинкиназа А - цАМФ-зависимая протеинкиназа, (КФ 2.7.11.1) относится к семейству ферментов, активность которых зависит от уровня циклического АМФ (цАМФ) в клетке. Протеинкиназа А участвует в регуляции метаболизма гликогена, липидов и сахаров, её
субстратами могут быть другие протеинкиназы или иные ферменты.
Протеогликаны - углевод-белковые компоненты животных тканей, содержание углеводов в которых преобладает и может достигать 95 %; полисахаридные цепи ковалентно
связаны с белком, занимающим в молекуле центральное положение.
Протромбин — белок плазмы крови человека и животных, гликопротеид, компонент системы свёртывания крови, предшественник фермента тромбина, стимулирующего формирование тромба.
Сульфаниламиды — антибактериальные лекарственные препараты, структурные аналоги ПАБК, конкурентно ингибирующие синтез фолата.
Супероксиддисмутаза — антиоксидантный фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий реакцию дисмутации супероксида до кислорода и пероксида водорода.
Супероксид (супероксидный радикал, анион) — короткоживущий ион молекулы кислорода с неспаренным электроном, относится к активным формам кислорода, участвует в
окислительном стрессе.
Сфингозин — двухатомный непредельный аминоспирт, входящий в состав сфинголип идов; ингибитор превращения превращения протромбина в тромбин.
Таурин — аминокислота, образующаяся из цистеина, входит в состав парных желчных
кислот.
Таурохолевая кислота — парная желчная кислота, участвует в переваривании жира.
Тиаминдифосфат — пирофосфорный эфир тиамина, кофермент окислительного декарбоксилирования α-кетокислот.
Тимидиловая кислота (дезокситимидинмонофосфат, дТМФ) — пиримидиновый нуклеотид, содержащий тимин; входит в состав ДНК.
Уреаза – абсолютно специфичный фермент класса гидролаз, катализирующий расщепление мочевины.
89
Ураты – соли мочевой кислоты, откладывающиеся в суставах и других органах при п одагре.
Уридинмонофосфат (УМФ) – пиридиновый нуклеотид, содержащий урацил, входит в
состав РНК, участвует в обезвреживании токсических веществ в печени.
Уридинтрифосфат (УТФ) - макроэргическое вещество, участвует в синтезе цитидинмонофосфата.
Фенилкетонурия — наследственная олигофрения вследствие недостаточности фенилаланингидроксилазы.
Ферритин — железосодержащий белок печени и других тканей, служит резервом железа
в организме.
Феррохелатаза — фермент синтеза гема, катализирующий присоединение Fe2+ к протопорфирину IX.
Фибриноген — белок плазмы крови, синтезируется в печени, под действием тромбина
превращается в фибрин.
Флавинадениндинуклеотид (ФАД) — кофермент оксидоредуктаз, содержащий рибо флавин (витамин В2 ) и адениловую кислоту.
Флавинмононуклеотид - кофермент оксидоредуктаз, содержащий рибофлавин (витамин
В2 ) и остаток фосфорной кислоты.
Фолиевая кислота — водорастворимый витамин, входящий в состав кофермента тетрагидрофолата, который участвует в синтезе пуриновых и пиримидиновых азотистых осн ований; её недостаточность — причина анемии.
Фосфоглицераткиназа — фермент класса трансфераз, катализирующий реакцию субстратного фосфорилирования в гликолизе.
Фосфодиэстераза – фермент класса гидролаз, катализирует реакцию расщепления фосфодиэфирной связи в цАМФ.
Фосфолипиды – бифильные вещества, в состав которых входят: глицерин или сфингозин,
высшие жирные кислоты, остаток фосфорной кслоты и азотсодержа щий спирт (этаноламин, холин, серин) или инозитол;
Фосфофруктокиназа – ключевой фермент гликолиза, катализирующий лимитирующую
(самую медленную) реакцию гликолиза – фосфорилирование фруктозо-6-фосфата; АМФ и
АДФ активируют её, а АТФ ингибирует.
Фруктоза – моносахарид, гексоза, кетоза; входит в состав сахарозы, в свободном виде содержится в мёде.
5-Фторурацил – ингибирует тимидилатсинтетазу, катализирующую включение одноуглеродного радикала в дУМФ (синтез ТМФ).
90
Химотрипсин – сериновая эндопептидаза, вырабатывается в виде неактивного химотрипсиногена в поджелудочной железе, активируется в просвете токой кишки трипсином п утём ограниченного протеолиза, проявляет специфичность к связям, образованным амин окислотами Фен, Тир, Три.
Холерный токсин – вызывает АДФ-рибозилирование αs-субъединицы, которая теряет
способность дефосфорилировать ГТФ, вследствие этого аденилатциклаза длительно сохраняет свою активность.
Холестерол – (устаревшее название холестерин), производное гонана, синтезируется в
печени из ацетил-КоА, является компонентом биологических мембран, идёт на синтез
желчных кислот, витамина Д 3 и стероидных гормонов.
Циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) — производное АТФ, выполняет роль вторичного посредника для передачи в клетку сигналов гормонов (например, глюкагона или
адреналина), которые не могут проходить через клеточную мембрану.
Цинга — болезнь, вызываемая острым недостатком витамина C (L-аскорбиновой кислоты).
Цистеин (α-амино-β-тиопропионовая кислота) — протеиногенная алифатическая, полярная, серосодержащая аминокислота.
Цитохром P450 (цитохром P450-зависимая монооксигеназа) — фермент, относится к
классу гемопротеинов, участвует в микросомальном окислении эндогенных и экзогенных
веществ в печени.
Четвертичная структура белка – ассоциация отдельных белковых субъединиц. Для неё
характерен кооперативный эффект и специализация субъединиц.
Эйкозаноиды — окисленные производные арахидоновой кислоты: простагландины,
тромбоксаны, тромбоциклины, лейкотриены.
Экзопептидазы — ферменты, гидролизующие белки, отщепляя концевые аминокислоты:
карбоксипептидазы — с C-конца, аминопептидазы — с N-конца.
Экзоцитоз – процесс выделения частиц из клеток, при котором внутриклеточные везикулы сливаются с внешней клеточной мембраной.
Эластин — второй по значимости белок соединительной ткани, обладающий эластичностью и позволяющий тканям восстанавливаться.
Эластаза – фермент класса гидролаз, вырабатываемый поджелудочной железой животных
и человека; катализирует расщепление пептидных связей преимущественно в эластине.
Эмульгирование жиров – образование мелкодисперсной стойкой эмульсии частиц жира в
водной среде с помощью поверхностно активных веществ, роль которых в кишечнике в ыполняют желчные кислоты, образующиеся в печени.
Эндонуклеазы — ферменты класса гидролаз, расщепляющие внутренние фосфодиэфирные связи в полинуклеотидной цепи.
91
Эндопептидазы — протеолитические ферменты (пепсин, трипсин, химотрипсин), расщепляющие пептидные связи внутри пептидной цепи.
Энхансеры (усилители) – участки ДНК, присоединение к которым приводит к увеличению скорости транскрипции.
92
93