Белки - ферменты

2011 год РАЗДЕЛ «БЕЛКИ-ФЕРМЕНТЫ»

1. Для увеличения сроков хранения некоторых продуктов в пищевой промышленности используют способ их обработки методом пастеризации (назван в честь Луи Пастера – создателя этой технологии). При этом продукты нагревают от 63 до 98 градусов и выдерживают при этой температуре от нескольких секунд до 30-40 минут. В результате этой обработки погибают вегетативные формы микроорганизмов и процессы порчи продуктов замедляются. Почему это происходит? Для ответа на вопрос:

а) назовите явление, которое лежит в основе данной технологии;

б) укажите связи, которые поддерживают стабильность пространственной структуры белка;

в) объясните, какие уровни структуры белка нарушаются при пастеризации, и почему так происходит:

г) назовите белки, ответственные за поддержание нативной конформации белков в клетке.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

2. В больницу поступила пациентка со следующими симптомами: тошнота, головная боль, артериальное давление – 116/ 68, пульс – 100 ударов в минуту. Предварительный диагноз – отравление угарным газом – был подтвержден после обнаружения в крови высокого содержания карбоксигемоглобина – 15% (N - <3%). Пациентке провели курс интенсивной терапии кислородом под высоким давлением. Лечение было эффективным, через 2 недели пациентка была выписана домой. Каковы причины токсичности СО? Для ответа:

а) опишите строение гемоглобина и его функцию;

б) представьте строение активного активного центра гемоглобина;

в) объясните механизм связывания О₂ и СО с гемом, какие особенности строения гема защищают организм от действия эндогенно образующегося СО;

в) укажите эндогенные факторы, которые снижают сродство гемоглобина к О₂.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

3. У альпиниста при восхождении на высоту 3500 м ухудшилось самочувствие вследствие нехватки О₂: у него появились головная боль, тошнота, тахикардия, участилось дыхание, отмечались потеря аппетита и нарушение сна. Через 2 дня отдыха альпинисту стало значительно лучше. Известно, что при адаптации к гипоксии концентрация 2,3-БФГ повышается в крови в течение 2-3-х дней. Объясните, как 2,3-БФГ влияет на количество О₂, которое транспортируется в ткани. Для ответа:

а) напишите схему реакции взаимодействия 2,3-БФГ с гемоглобином;

б) укажите участок, в котором 2,3-БФГ присоединяется к гемоглобину;

в) назовите другие лиганды, которые могут присоединяться к гемоглобину и влиять на его сродство к кислороду; каков механизм действия этих веществ на функциональную активность белка.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

4. Выкуривая сигару весом в 20 граммов, курильщик пропускает через свои легкие 20 литров дыма, содержащего угарный газ, никотин и другие вещества, опасные для здоровья. Известно, что СО активно связывается с гемоглобином и блокирует передачу О₂ тканям, вызывая развитие в них гипоксии. Как СО влияет на гемоглобин? Для этого:

а) опишите строение гемоглобинаА;

б) назовите форму гемоглобина, который образуется при взаимодействии с СО, укажите регуляторы, которые уменьшают сродство гемоглобина к СО;

в) объясните, влияние СО на перенос кислорода эритроцитами;

г) назовите процесс, протекающий при переносе О₂ к тканям и СО₂ в легкие, напишите его схему.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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

а) что такое 2,3 - бисфосфоглицерат и где он синтезируется;

б) когда и на каком участке он присоединяется к гемоглобину;

в) роль 2,3- бисфосфоглицерат в регуляции сродства гемоглобина к О_2­..

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6. В результате мутаций в гене a цепи гемоглобина А вместо Гис, входящего в состав активного центра, находится тирозин. Это приводит к тому, что Fe+2 окисляется до Fe+3. Какова причина развития гемоглобинопатии при данном наследственном заболевании? В ответе:

а) назовите форму Нв, образующегося при окислении Fe в составе гемма;

б) опишите строение активного центра Нв и роль остатков Гис, входящих в состав

активного центра, в функционировании белка;

в) укажите количество молекул О₂ , которое способна переносить в ткани мутантная форма гемоглобина?

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7. Кислород необходим клеткам для процессов окисления веществ и получения энергии. Недостаток О₂ в тканях также как и его избыток губителен для тканей. Каким образом регулируется количество О₂ доставляемого в ткани в точном соответствии с клеточными потребностями? При ответе объясните:

а) что такое эффект Бора, как связан этот эффект с метаболической активностью тканей?

б) как изменится количество кислорода, доставляемого в ткани при изменении рН крови в основную сторону?

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8. В крови студента одной из африканских стран, поступившего в больницу по поводу одышки, головокружения, учащенного сердцебиения и болей в конечностях, при анализе крови были найдены эритроциты, имеющие форму серпа. Объясните причину развития данного заболевания. В ответе::

а) опишите строение гемоглобинаА;

б) назовите изменения в структуре гемоглобина, которые привели к образованию

патологической формы гемоглобина;

в) назовите эту форму гемоглобина;

г) укажите причину изменения формы и функции эритроцитов.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

9. Существуют наследственные заболевания, сопровождающиеся изменением концентрации 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах. Это вещество синтезируется из из 1,3 дифосфоглицерата (промежуточного продукта катаболизма глюкозы) при участии фермента мутазы. Как изменится сродство гемоглобина к кислороду при снижении концентрации 2,3-бисфосфоглицерата? В ответе:

а) напишите структуру 2,3-бисфосфоглицерата и рассчитаете его заряд;

б) вспомните строение гемоглобина и назовите участок для связывания 2,3-бисфосфоглицерата;

в) укажите значение 2,3-бисфосфоглицерата в регуляции сродства гемоглобина к кислороду;

г) опишите, к чему приведет снижение в эритроцитах концентрации 2,3-бисфосфоглицерата.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

10. Белки пищи гидролизуются ферментом желудочного сока пепсином. В норме оптимум рН пепсина 1,5-2,0. Почему у больных с гипоацидным гастритом, при котором повышается рН желудочного сока, нарушается переваривание белков в желудке? Для ответа на вопрос:

а) укажите, какие связи расщепляют пепсин в белках пищи и класс ферментов, к которому он относится;

б) нарисуйте график зависимости активности пепсина от рН;

в) объясните значение соляной кислоты для переваривания белков в желудке.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

11. При отравлениях органическими фторфосфатами (типа ДФФ) в качестве антидота применяют препарат пралидоксим. Этот препарат присоединяется к ДФФ, что приводит к разрыву связи между ДФФ и ферментом, с которым он взаимодействует. Почему после взаимодействия с антидотом фермент восстанавливает свою активность и состояние больных улучшается? В ответе:

а) назовите фермент, к которому присоединяется ДФФ, напишите реакцию, которую он катализирует;

б) опишите тип ингибирования фермента фторфосфатами типа ДФФ;

в) укажите, к каким последствиям приведет изменение активности этого фермента при взаимодействии с ДФФ и задержка с введением антидота.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

12. У мужчины, который использовал инсектицид хлорофос для уничтожения колорадского жука на листьях картофеля, появились признаки отравления: головная боль, тошнота галлюцинации. Известно, что хлорофос является фосфоорганическим соединением. Опишите механизм его действия и объясните, почему хлорофос токсичен. В ответе:

а) укажите фермент, активность которого уменьшается при отравлении этим инсектицидом?

б) напишите схематически реакцию, скорость которой изменяет хлорофос.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

13. Дитилин – лекарственный препарат, который используется для расслабления скелетных мышц во время операции (миорелаксации). Опишите механизм действия лекарственного препарата. При этом объясните:

а) как проводится сигнал через нервно-мышечный синапс?

б) какое вещество используется в качестве нейромедиатора в данном типе синапсов и с какими рецепторами он взаимодействует?

в) на чем основано взаимодействие белков со специфическими лигандами?

г) почему белки могут взаимодействовать не с одним, а с группой лигандов, имеющих похожие функциональные группы?

д) вспомните структуру лекарственного препарата и объясните механизм его связывания с белком - рецептором?

14. Несколько лет назад в токийском метро террористы распылили одно из самых сильных отравляющих веществ – зарин, относящийся к группе органических фторфосфатов. Многие пассажиры потеряли сознание, некоторые умерли в результате остановки дыхания. На чем основано нервно-паралитическое действие зарина? Для ответа на вопрос объясните:

а) с какими ферментами взаимодействуют органические фторфосфаты, опишите особенности строения их активного центра

б) с какой аминокислотой активного центра взаимодействуют органические фторфосфаты и обратимо ли это взаимодействие?

в) напишите схему реакции, снижение скорости которой и приводит к остановке дыхания?

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

15. Каптоприл – первый синтетический лекарственный препарат, конкурентный ингибитор карбоксидипептидилпептидазы (АПФ-ангиотензинпревращающий фермент):

АПФ

Ангиотензин I + H₂O Ангиотензин II + Дипептид

(декапептид) ( октапептид

– сильный вазоконстриктор)

При каких болезнях это лекарство эффективно и почему это лекарство назначают пить 2 раза в сутки (утром и вечером)? В ответе укажите:

а) тип превращения и класс фермента;

б) вид ингибирования;

в) вещество, концентрация которого уменьшается при действии каптоприла и клиническое значение этого эффекта.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

16. На рисунке представлена схема метаболизма вторичного посредника цАМФ – молекулы, участвующей в проведении сигнала от мембраны внутрь клетки:

Е 1 Е 2

АТФ цАМФ АМФ

1) Назовите ферменты Е1 и Е2, участвующие в этом процессе.

2) Активность какого фермента регулируется цАМФ?

3) Нарисуйте схематическое строение этого олигомерного фермента, опишите его структурно-функциональные особенности.

4) Как изменяется структурная организация ферментав ходе его активации цАМФ?

5) Ингибитор какого фермента надо использовать, чтобы в клетке, в течение длительного времени, сохранялась повышенная концентрация цАМФ? Приведите пример ингибитора, важного для медицины.

17. ТАГ-липаза, гидролизующая жиры в жировой ткани, может находиться в 2-х формах с различной активностью: фосфорилированной (активной) и дефосфорилированной (неактивной). Объясните, почему переход от одной формы к другой сопровождается изменением активности. Для этого:

а) нарисуйте схему этого вида регуляции активности фермента;

б) назовите радикалы аминокислот, которые могут присоединять остаток фосфорной кислоты

в) укажите, какие ферменты осуществляют фосфорилирование и дефосфорилирование белков?

г) почему переход от одной формы к другой сопровождается изменением активности фермента.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

18. Гем синтезируется в клетках печени и костного мозга в результате серии последовательных реакций:

Е₁ Е₂ Е₃ Е₄ Еn

Глицин + Сукцинил-КоА Р₁ Р₂ Р₃ Р₄ ..... Гем

При повышении концентрации гема и гемоглобина синтез его прекращается. Объясните, как регулируется скорость процесса. Для этого:

а) укажите, как называется цепь взаимосвязанных реакций, приводящих к образованию конечного продукта;

б) перечислите признаки регуляторных реакций и назовите, какие ферменты являются регуляторными в данной цепи реакций;

в) нарисуйте их схематическое строение, перечислите структурно-функциональные особенности;

г) укажите лиганды, которые могут взаимодействовать с соответствующими центрами регуляторных ферментов;

д) назовите вид регуляции активности фермента.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

19. Гликогенсинтетаза (фермент, участвующий в синтезе гликогена) может находиться в двух формах с различной активностью: в виде простого белка (активная форма) и в виде фосфопротеина (неактивная форма). Объясните, почему переход от одной формы к другой сопровождается изменением активности. Для этого:

а) нарисуйте схему этого вида регуляции активности фермента;

б) назовите, радикалы аминокислот, которые могут присоединять остаток фосфорной кислоты

в) перечислите, какие ферменты осуществляют фосфорилирование и дефосфорилирование белков?

г) назовите, к каким классам относятся эти ферменты.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

20. В больницу был доставлен мужчина с множественными ожогами; общий процент поражения кожных покровов составил около 25%. В комплексном лечении ожоговой болезни у данного пациента использовали и энзимотерапию. Какие ферменты можно использовать в данной ситуации? Для ответа на вопрос:

а) назовите фермент, подкожное и внутримышечное введение которого способствует рассасыванию рубцов после ожогов и операций;

б) напишите схему реакции, которую он катализирует;

в) назовите протеолитические ферменты, которые могут быть использованы для обработки гнойных ран у хирургических больных.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

21. Аспарагиназа - фермент, использующийся при лечении некоторых видов лейкозов. Она катализирует реакцию расщепления аспарагина на аспарагиновую кислоту и аммиак. Почему этот фермент, введенный в кровь, оказывает губительное действие на злокачественные клетки (установлено, что они не способны синтезировать аспарагин из аспарагиновой кислоты) и не нарушает метаболизм здоровых клеток. В ответе:

а) напишите формулами реакцию, катализируемую аспарагиназой в клетках;

б) укажите класс фермента.

в) объясните причину гибели лейкозных клеток.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

22. Пациента с жалобами на боль в груди в течение трех дней госпитализировали с подозрением на инфаркт миокарда. Результаты биохимического анализа крови подтвердил диагноз. Ответьте на следующие вопросы:

1) Какие особенности состава и распределения ферментов лежат в основе энзимодиагностики?

2) Активность каких ферментов и как изменилась в крови пациента, если диагноз подтвердился? Изобразите соответствующие графики.

23. При инфаркте миокарда в сыворотке крови больных изменяется активность фермента лактатдегидрогеназы (ЛДГ), которая поступает из поврежденных клеток сердечной мышцы. Обоснуйте справедливость применения данного метода диагностики, для чего:

а) напишите реакцию, катализируемую ЛДГ;

б) назовите кофермент ЛДГ, напишите формулу витамина, входящего в его состав;

в) опишите строение изоферментов ЛДГ, особенности распределения их в тканях;

г) объясните, что такое «органоспецифичность» ферментов и изоферментов.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

24. Вязкость гнойного содержимого зависит от концентрации макромолекул в его составе. Объясните, почему протеолитические ферменты и дезоксирибонуклеза используются для лечения гнойных ран? Можно ли для этих целей использовать пепсин, а также коллагеназу и гиалуронидазу?

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5