|
Биохимия задачи к экзамену(Спецкурс). Декстран и леван. (рис. 12. 35). б) анаэробный гликолиз (рис 23, правая схема, нужно указать все ферменты)
ТGF-β – участвует в регуляции процесса репарации и ремоделирования, стимулирует синтез в остеобластах основного белка матрикса кости коллагена I типа и щелочной фосфатазы, которая повышает концентрацию ионов РО43- в зоне минерализации.
РDGF взаимодействует с рецепторами остеогенных клеток, активация которых приводит к повышению скорости матричных процессов (синтез ДНК, РНК, белка). Количество этого белка возрастает при репарации перелома кости.
Б) (рис. 11.31) (в подписи к рисунку дается описание этого рисунка).
В) коллагена I типа;
Г) (рис. 11.8).
14. В последнее время в стоматологии часто употребляется понятие «кокаиновый кариес». Известно, что некоторые наркотики действуют на клетки-мишени через β-адренорецепторы и вызывают в организме такие изменения как учащение сердцебиения, расширение зрачка, замедление деятельности ЖКТ, быструю потерю веса и ксеростомию. Определите причины потери веса и появления кариеса у наркозависимых людей. Для этого:
а) напишите схему действия наркотических веществ на β-адренорецепторы ацинарных клеток слюнных желез;
б) представьте схему регуляции слюноотделения, укажите причины ксеростомии у наркозависимых;
в) укажите, как при ксеростомии изменяются свойства и состав слюны, структура тканей зуба;
г) объясните, какие метаболические пути будут ускоряться у людей, принимающих наркотики; напишите схему одного из них.
А) аденилатциклазная система (рис.4.12)
Б) (рис. 12.4), действие наркотических веществ приводит к усилению возбуждения симпатических волокон, при этом стимулируется секреция небольшого количества густой вязкой слюны, в состав которой входит мало солей и много органических веществ.
В) Слюна становится недонасыщенной кальцием и фосфатом, превращается из реминерализующей в деминерализующую, резистентность к кариесу снижается. Слюна перестает выполнять свои функции.
Г) распад гликогена в печени (рис. 6.13), липолиз в жировой ткани (рис.9.17).
В процессе заживления ран отмечается активный синтез всех компонентов межклеточного матрикса. Назовите основные макромолекулы образующие внеклеточный матрикс соединительной ткани, опишите образование трехспирального фибриллярного белка межклеточного матрикса. Для ответа:
а) запишите первичную структуру повторяющихся триплетов этого белка;
б) представьте основные этапы синтеза и «созревания» этого соединения;
в) укажите посттрансляционные модификации, которые происходят на всех этапах его образования и их значение для формирования структуры этого белка.
а) Внеклеточный матрикс неминерализованной ткани образуют макромолекулы двух основных классов:
Полисахариды – гликозамингликаны (ГАГ):
в свободном состоянии;
ковалентно связанные с белком;
Фибриллярные белки двух типов:
структурные (коллаген и эластин);
адгезивные (фибронектин, ламинин, нидоген, остеонектин).
Коллаген состоит из 1000 аминокислотных остатков. Каждая 3-я аминокислота – глицин.Триплет – [Гли-Х-Y], где X – чаще всего пролин, а Y – гидроксипролин.
б) (рис. 11.8). Синтез и созревание коллагена сложный многоэтапный процесс, начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе.
в) Синтез и созревание коллагена включают в себя целый ряд пострансляционных изменений:
1. Гидроксилирование пролина и лизина с образованием гидроксипролина и гидроксилизина.
2. Гликозилирование гидроксилизина
3. Частичный протеолиз – отщепление «сигнального пептида», N- и C-концевых пропептидов.
4. Образование тройной спирали.
16. При очередном осмотре врач-стоматолог диагностировал пародонтоза у пациента. При обследовании в крови больного обнаружена повышенная концентрация кальция, белка остеокальцина, паратгормона. Содержание фосфатов ниже нормы. Какому заболеванию могут соответствовать эти данные? Для ответа на вопрос:
а) опишите действие на ткани-мишени гормона, содержание которого повышено в крови больного;
б) объясните строение белка остеокальцина и его функцию в костной ткани;
в) назовите другие специфические белки костной ткани, опишите особенности их строения;
г) укажите другие маркеры костного метаболизма, содержание которых должно быть повышено в крови и моче больного.
Остеопороз за счет гиперпродукции паратгормона (гиперпаратиреоз).
А) (рис.11.47).
Б) Остеокальцин (ОК) синтезируется и секретируется остеобластами, остеоцитами, одонтобластами. ОК содержит 49 аминокислотных остатков, из которых несколько (3-5) представлены γ-карбоксиглутаминовой кислотой (γ-Глу или gla). Образование γ-Глу происходит во время посттрансляционной модификации белка-предшественника, реакцию катализирует витамин К-зависимый фермент глутамилкарбоксилаза (рис.11.25).
Остатки γ-Глу повышают способность ОК связывать ионизированный Ca2+ и кальций ГАП. Комплекс ОК и кальция присоединяется к преостеокластам, моноцитам и стимулирует их дифференцировку.
Присоединяя ионы Ca2+, ОК снижает их концентрацию в межклеточном матриксе, поэтому уменьшается связывание кальция с ОН, который участвует в образовании центров кристаллизации, т.е. кость не подвергается избыточной минерализации. Содержание ОК ограничено в местах минерализации и повышено в растущих тканях кости. Экспрессия гена ОК регулируется кальцитриолом, который повышает транскрипционную активность гена белка в остеобластах. При снижении синтеза и секреции ОК наблюдается усиление минерализации кости.
В) Сиалопротеин, Остеонектин, Gla-протеин, остеопонтин, сиалопротеин, тромбоспондин.
Остеонектин (ОСН) – синтезируется и секретируется зрелыми остеобластами и функционально активными остеоцитами. Белок содержит много остатков Глу и Асп, которые с помощью Ca2+ присоединяются к фосфатным остаткам ГАП. ОСН имеет центры связывания с коллагеном, альбумином, тромобоспондином и клеточными рецепторами. Взаимодействие с этими белками регулируют ионы Ca2+, которые изменяют заряд и конформацию ОСН.
ОСН участвует в формировании центров кристаллизации и инициирует процесс минерализации костной ткани.
Gla-протеин матрикса – белок, родственный ОК. секретируется остеобластами на более ранних этапах развития кости и замедляет скорость минерализации. В составе Gla-протеина присутствет 5 остатков γ-Глу, с помощью которых он участвует в Ca2+-зависимом взаимодействии с полярными головками липидов мембран остеокластов.
17. Всем известно ощущение оскомины после обильного потребления кислых фруктов. При этом зубы становятся очень чувствительными к горячей и холодной пище. Но это ощущение проходит, если ежедневно чистить зубы зубной пастой, содержащей фтор. Как можно объяснить это явление? Для ответа на вопрос:
а) укажите, в какой форме (ионизированной или неионизированной) будут находиться соединения, содержащиеся в кислых фруктах, в слюне при рН
7,0;
б) напишите реакции, объясняющие изменения в структуре гидроксиапатитов, которые будут вызывать эти вещества;
в) объясните, почему применение зубной пасты, содержащей фтор постепенно снимет неприятное ощущение. Напишите соответствующие реакции.
А) ионизированной
Б)
Ca10(PO4)6(OH)2 + Н+ → Ca92Н+(PO4)6(OH)2 + Ca2+
В) С образованием новых фтористых соединений меняется кристаллическая решетка, повышается её плотность, уменьшается пространство между кристаллами, снижается проницаемость эмали. Повышается устойчивость эмали к кариесу и неблагоприятным воздействиям, например снижению рН слюны.
Ca10 (PO4)6(OH)2 + F- → Ca10 (PO4)6 F(OH) + OH-
Ca10 (PO4)6 F(OH) + F- → Ca10 (PO4)6 F2 + OH-
_________________________________________________________________
18. Мочевина является нормальным компонентом слюны человека, выделяется слюнными железами (до 10,0-28,0 мг/дл в секрете в зависимости от железы). Содержание мочевины в смешанной слюне составляет 75-90% её количества в крови. При подкислении среды бактерии полости рта выделяют фермент уреазу, которая расщепляет мочевину на CO2 и NH3. Аммиак связывает избыток протонов и переходит в ионизированную форму, обеспечивая поддержание оптимальной слабощелочной среды в ротовой полости. Объясните биологические механизмы этого явления. Для этого:
а) напишите формулами реакцию, которую катализирует уреаза;
б) назовите процесс, который является источником мочевины, напишите его схему, укажите ферменты, реакции, происходящие с затратой энергии, и пути компенсации энергозатрат;
в) укажите локализацию этого процесса в организме, его биологическую роль.
А) (рис.2.4) (только верхнюю реакцию)
Б) орнитиновый цикл (рис.7.24), в реакциях орнитинового цикла расходуется энергия 4 макроэргических связей 3 молекул АТФ на каждый оборот цикла. Пути компенсации энергозатрат:
- в цикле регенерации аспартата из фумарата на стадии дегидрирования малата образуется NADH, который может обеспечить синтез 3 молекул АТФ путем окислительного фосфорилирования;
- при окислительном дезаминировании глутамата в печени и других органах также образуется
NADH и соответственно ещё 3 молекулы АТФ.
В) в печени. Этот процесс:
- выполняет функцию включения азота аминокислот в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичного аммиака;
- выполняет функцию аргинина и пополнение его фонда в организме.
19. Известно, что эстрогены оказывают анаболическое действие на кости и хрящи. У женщин в менопаузе повышается вероятность переломов костей и ухудшается состояние тканей пародонта. Почему это происходит? Для ответа на вопрос:
а) вспомните, синтез какого основного структурного белка костной ткани индуцируют эстрогены;
б) объясните функции щелочной фосфатазы и белка остеопротегерина, синтез которых также активируют эстрогены в костной ткани.
Снижается выработка эстрогенов в период менопаузы.
А) коллагена I типа
Б) щелочная фосфатаза, локально повышая концентрацию РО43-, способствует образованию центров кристаллизации и формированию гидроксиапатитов. Секреция фермента остеобластами возрастает в период интенсивного образования органических составляющих матрикса и минерализации.
Остеопротегерин - или остеокласт-ингибирующий фактор является основным регулятором активности остеокластов. Остеопротегерин, который является структурным аналогом рецептораrankl на мембране остеокласта. Остеопротегерин, связывая RANKL, снижает его активирующее действие на преостеокласты. Снижение продукции остеопротегерина остеобластами при нормальной продукции белка RANKL, т.е. дисбаланс системы RANKL/OPG, наблюдается при серьёзных нарушениях ремоделирования кости.
_____________________________________________________________________
20. При дефиците в организме витаминов С, РР и В6 наблюдается «хрупкость» стенок кровеносных сосудов, повышенная кровоточивость, снижение эластичности кожи, расшатывание и выпадение зубов. Для объяснения этих проявлений гиповитаминоза;
а) напишите реакции, протекающие в ходе образования коллагена и эластина с участием этих витаминов, назовите ферменты;
б) укажите, этапы формирования коллагена и эластина, включающие эти реакции;
в) Опишите роль продуктов, образующихся в ходе этих реакций, в стабилизации структур коллагена и эластина.
А) рис. (11.9, 11.10).
Б) гидроксилирование – внутриклеточный, модификация под действием лизилоксидазы – внеклеточный.
В) структура фибрилл коллагена стабилизируется путем формирования межмолекулярных ковалентных сшивок (рис.11.13), радикалы лизина и аллизина превращаются в десмозин и изодесмозин, которые образуются в эластине и остеоколлагене.
Кортизол тормозит синтез остеонектина в остеобластах и остеоцитах. Объясните механизм нарушения костеобразования, обусловленный снижением синтеза остеонектина при гиперкортицизме. Для этого:
а) назовите особенности строения остеонектина;
б) опишите роль этого белка в минерализации костной ткани.
ОТВЕТ:
а) рис. 11.24 Остеонектин содержит много аминокислотных остатков Глу, Асп, которые с помощью Са2+ присоединяются к фосфатным остаткам РО43- ГАП. Остеонектин имеет центры связывания со многими структурами внеклеточного матрикса соединительной ткани: коллагеном, альбумином, тромбоспондином, тромбоцитарным фактором роста и клеточными рецепторами. Взаимодействие с лигандами регулируют ионы Са2+, присоединение которых изменяет заряд, конформацию белка и увеличивает его сродство к коллагену и ГАП. В связывании коллагена костного матрикса участвует углеводная составляющая остеонектина.
б) Способность связывать Са2+, коллаген I типа и ГАП позволяет остеонектину формировать центры кристаллизации и инициировать процесс минерализации костной ткани.
Одним из самых хрупких апатитов эмали зуба является карбонатапатит. Почему возникают замещения ионов кристаллической структуры гидроксиапатитов? Для ответа на вопрос напишите реакции;
а) образования карбонатапатита и укажите, когда она ускоряется;
б) образования иона HCO3- и реакции, одним из продуктов которых является СО2, назовите ферменты;
в) других вариантов изоморфных замещений в кристаллях ГАП и объясните их влияние на прочность эмали зуба.
ОТВЕТ:
а) Ca10 (PO4)6(OH)2 + 3 HCO3- → Ca10 (PO4)4 (CO3)3 (OH)2 + 3H+ + 2РО43-
Карбонатапатиты эмали могут образовываться как в поверхностных слоях, так и в непосредственной близости от эмалево-дентинной границы. Основным источником HCO3- в тканях зуба является аэробное окисление глюкозы, происходящее в одонтобластах и микроорганизмах зубного налета. Поэтому при употреблении пищи, богатой углеводами, количество карбонатапатитов в эмали увеличивается. Накопление этих соединений свыше 3-4% от общей массы ГАП приводит к развитию кариеса.
б) СО2 + Н2О → H2CO3 → Н++ HCO3- (фермент – карбоангидраза), Основным источником СО2 в организме является ОПК, поэтому при его активации концентрация НСО3- в крови повышается.
в) Пример.Важное значение имеет участие F- в изоморфном замещении, при этом образуются гидроксифторапатиты и фторапатиты.
Ca10 (PO4)6(OH)2 + F- → Ca10 (PO4)6 F(OH) + OH-
Ca10 (PO4)6 F(OH) + F- → Ca10 (PO4)6 F2 + OH-
С образованием новых фтористых соединений меняется кристаллическая решетка, повышается её плотность, уменьшается пространство между кристаллами, снижается проницаемость эмали. Повышается устойчивость эмали к кариесу и неблагоприятным воздействиям, например снижению рН слюны.
Для пролонгированной энзимотерапии корневых каналов при лечении острых и хронических периодонтитов используют препараты профезим и иммозимаза, содержащие комплекс ферментов трипсин, химотрипсин и лизоцим. Аргументируйте обоснованность применения этих препаратов при данных заболеваниях. Для этого:
а) представьте схемы действия ферментов на их субстраты, назовите их класс и подкласс, опишите судьбу продуктов реакции;
б) поясните, почему присутствие этих лекарств в корневом канале ограничено 1-2 сутками;
в) объясните, почему одновременно с этими препаратами рекомендовано использование сульфаниламидов, но запрещено применение спирта.
ОТВЕТ:
а)
Трипсин, химитрипсин и лизоцим являются гидролазами.
Трипсин, химитрипсин – подкласс пептидаз;
Лизоцим – подкласс гликозидаз.
Бактериостатическое действие лизоцима (мурамидазы) заключается в том, что он расщепляет гликозидную связь между остатками N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурановой кислоты в полисахаридных цепях муреина клеточной стенки бактерий, что приводит к их гибели. Продукты гидролиза по окончании энзимотерапии удаляются из корневого канала его промыванием.
б) Трипсин и химитрипсин являются ферментами, обладающими групповой специфичностью, т.е. могут гидролизовать любые белки, в том числе и некоторые белки тканей зуба. Поэтому действие этих ферментов в корневом канале рекомендовано ограничивать 1-2 сутками.
в) Сульфаниламиды оказывают бактериостатическое действие, нарушая синтез фолиевой кислоты, которая необходима для размножения бактерий. Поэтому для более эффективной антибактериальной терапии в комплексе с ферментативными препаратами можно использовать сульфаниламиды. Применение спирта запрещено в связи с тем, что он разрушает в белках водородные связи, вызывая их денатурацию. Поэтому проведение энзимотерапии в комплексе со спиртом является нецелесообразным.
Латиризм – заболевание, характеризующееся деформацией позвоночника, смещением суставов, деминерализацией костей, суставными кровотечениями. Эти симптомы развиваются вследствие ингибирования лизилоксидазы. Почему снижение активности этого фермента приводит к таким тяжелым последствиям? Для ответа на вопрос:
а) напишите реакцию, которую катализирует этот фермент, укажите состав простетической группы; б) покажите участие продуктов этой реакции в формировании структуры фибриллярных белков внеклеточного матрикса; в) объясните, как изменится функциональная активность этих белков при нарушении этого процесса.
А) Простетическая группа (Cu2+, PP, B6).
|
|
|
Скачать 7.08 Mb.