Биохимия задачи к экзамену(Спецкурс). Декстран и леван. (рис. 12. 35). б) анаэробный гликолиз (рис 23, правая схема, нужно указать все ферменты)
 Скачать 7.08 Mb.
|
|
Б Ковалентные связи такого типа встречаются только в коллагене и эластине. Количество и тип сшивок в разных тканях различаются. Образование большего или меньшего числа сшивок в коллагене зависит от прочности ткани на растяжение. ) в)  У больного с патологией полости рта взяли слюну для анализа минерального состава. Результаты анализов позволили построить модель мицеллы фосфата кальция, представленную на рисунке. Какие нарушения в составе мицеллы вы видите? Объясните: а) причину изменения строения мицеллы; б) к каким последствиям это может привести? а) В норме: ядро мицеллы состоит из молекул фосфата кальция, на поверхности которого в качестве потенциалопределяющих ионов распределяются находящиеся в избытке ионы гидрофосфата (НРО42-), окруженные водно-белковой оболочкой. В адсорбционном и диффузном слоях мицеллы находятся ионы кальция. В мицелле, изображенной на рис. отсутствует наружный диффузный слой ионов кальция. Изменение состава или рН слюны отражается на структуре мицелл и реминерализующих свойствах слюны. 1) При снижении рН:
НРО42- + Н+ → Н2РО4- Суммарный отрицательный заряд мицеллы уменьшается и ионы кальция вымываются из диффузного слоя, уменьшается устойчивость мицелл и повышается вероятность их агрегации. Слюна становится недонасыщенной кальцием и неорганическим фосфатом, она не может принимать участие в реминерализации, а при сохранении рН=6,2 в течение продолжительного времени превращается в слюну деминерализующую. Возрастает вероятность развития кариеса. 2) При повышении рН слюны происходит быстрое депротонирование НРО42-, образованные ионы РО43- , взаимодействуя с кальцием, формируют труднорастворимые соли Са3(РО4)2 зубного камня. НРО42- + ОН- → Н2О + РО43- 3Са2+ + 2РО43- → Са3(РО4)2 Увеличение концентрации К+ и Na+ в смешанной слюне вызывает потерю потенциалобразующим слоем фосфат-ионов и образование растворимых солей К2НРО4 и Na2НРО4, что, вероятно, дает начало камнеобразованию. НРО42- + Н+ → Н2РО4- НРО42- + Na+ → Na2НРО4 К врачу-стоматологу обратилась женщина с жалобами на расшатывание зубов у дочери-подростка. После осмотра врач дал направление пациентке на анализ уровня паратгормона и эстрогенов в крови. Почему изменение концентрации именно этих гормонов могли быть причиной этого явления у девочки? Для ответа на вопрос: а) укажите, метаболизм какой ткани может быть нарушен у девочки; б) объясните, влияние паратгормона и эстрогенов на обмен веществ в этой ткани; в) предположите, уровень какого из гормонов будет в норме, а какого ниже нормы у девочки-подростка. а) метаболизм минерализованной соединительной ткани (кость, эмаль, дентин, цемент); б) Паратгормон – стимулирует резорбцию костной ткани, повышая активность остеокластов. Мембранные рецепторы к паратгормону имеют только остеобласты и остеоциты (см. рис.).  б) Эстроген, воздействуя на хроматин, вызывает экспрессию гена белка остеопротегерина, что приводит к снижению скорости образования многоядерных остеокластов и замедлению процесса резорбции кости (см. рис.).  Гормон стимулирует в остеобластах синтез коллагена I типа, щелочной фосфатазы, остеонектина, других органических веществ матрикса костной ткани. У девочек-подростков при недостаточной выработке эстрогенов наблюдаются изменения в тканях пародонта и нарушения формирования костной ткани. в) У девочки уровень паратгормона будет скорее всего в норме, а уровень эстрогенов – ниже нормы. В эксперименте на срезах ткани было показано, что при введении в инкубационную среду суспензии зубного налёта повреждаются клетки и межклеточный матрикс срезов. Объясните цитотоксическое действие зубного налета. Для этого: а) назовите, какие химические вещества (низкомолекулярные и белки) синтезируют микроорганизмы зубного налета; б) опишите механизм повреждающего действия для каждого из этих веществ на клетки и компоненты межклеточного матрикса. А-Б) 1. Аммиак (NH3) образуется микроорганизмами в ходе катаболизма аминокислот, а также из мочевины под действием бактериальной уреазы. NH3 проходит в эпителий десны, где связывая протон, превращается в NH4+, в результате чего в этих клетках повышается рН. Сохранение оптимального значения рН в клетках обеспечивают две реакции: синтез глутамина и восстановительное аминирование α – кетоглутарата. Повышение скорости этих реакций приводит к снижению содержания NADH, α-кетоглутарата и нарушению энергетического обмена (ОПК) в клетках эпителия. (рис. 5.17)  Реакция аминирования α – кетоглутарата , катализируемая глутаматдегидрогеназой: α -Кетоглутарат + NADH + Н+ + NH3 → Глутамат + NAD+ + Н2О 2. Низкомолекулярные жирные кислоты синтезируются микроорганизмами из глюкозы, проходят через клеточную и митохондриальную мембраны клеток эпителия и разобщают окисление и фосфорилирование. Снижение соотношения АТФ/АДФ нарушает процессы синтеза веществ, необходимых для клетки. (Схема ЦПЭ рис. 5.8) 3. Индол является продуктом превращения триптофана ферментами микроорганизмов, в основном Porphyromonasgingivalis. Индол поступает в десневую жидкость и оттуда попадает в эпителиальные клетки. Он является ксенобиотиком для клеток, поэтому его накопление нарушает их метаболизм. 4. Сероводород (Н2S) образуется микроорганизмами в ходе катаболизма сероводержащих аминокислот. Н2S является ингибитором фермента ЦПЭ цитохромоксидазы и подавляет энергетический обмен в эпителиальных клетках. 5. Микроорганизмы зубодесневых карманов вырабатывают амины, например гидроксиламин (NH2ОН), который является сильным окислителем: NH2ОН + 2е → NH3 + О- Источником электронов могут быть любые гем- или Fe2+ - содержащие белки: цитохромы ЦПЭ, антиоксидантной защиты и другие ферменты клеток. Гидроксиламин не только нарушает окислительное фосфорилирование в митохондриях, но и вызывает повреждение мембран клеток активными радикалами, так как активирует перекисное окисление липидов. 6. Воспалительное и токсическое действие на клетки оказывают ферменты, вырабатываемые микроорганизмами. Они легко проникают в ткань десны с помощью бактериальной гиалуронидазы (фактор распространения или фермент агрессии), которая вызывает гидролиз основного ГАГ межклеточного матрикса. Патогенное действие гиалуронидазы усиливается при совместном действии на межклеточный матрикс ткани фермента коллагеназы. Наиболее агрессивное воздействие на ткани пародонта оказывают бактериальные протеазы. Коллагеназа, гидролизуя коллаген, вызывает разрушение белковой матрицы. Эластаза, которую вырабатывают бактерии, способна разрушать эластин (например, сосудистой стенки). Бактериальная нейраминидаза, отщепляя остатки N-ацетилнейраминовой кислоты, изменяет строение олигосахаридов мембран клеток. Это стимулирует выработку антител к поврежденным клеткам, усиливают цитотоксическое действие антител белки системы комплемента. Активация системы системы комплемента сопровождается образованием пептидов, стимулирующих миграцию лейкоцитов в область локализации поврежденных клеток и их уничтожение. Патогенные свойства проявляют бактериальные фосфолипаза С и ДНК-гидролаза. Фосфолипаза С гидролизует фосфатидилхолин (лецитин) клеточных мембран, вследствие чего увеличивается их проницаемость, нарушается метаболизм и клетки погибают. ДНКаза расщепляет ДНК. При гиперальдостеронизме (аденома коры надпочечников) секретируемая в ротовую полость слюна содержит меньше натрия и хлора, но больше калия по сравнению с нормой. Для объяснения этого факта: а) опишите строение, место синтеза, клетки-мишени, систему передачи сигнала гормона альдостерона; б) представьте рисунок клетки-мишени альдостерона, действуя на которые он изменяет электролитный состав слюны; в) назовите белки, синтез которых увеличивает альдостерон, объясните их функцию; г) используя схему, объясните развитие гипертензии у больных с аденомой коры надпочечников. Суммарным биологическим эффектом индуцируемых альдостероном белков является увеличение реабсорбции ионов натрия в канальцах нефронов и слюнных железах, что вызывает задержку NaCl в организме и возрастание экскреции калия. а) Альдостерон – стероидный гормон, место синтеза – клубочковая зона коры надпочечников, клетки-мишени – эпительальные клетки канальцев нефронов и слюнных протоков. (схема действия стероидного гормона (на стр. 90). б) рис. 10.23 в) (Белки выделены жирным шрифтом).Как следствие в апикальной мембране эпителиальных клеток слюнных протоков повышается содержание белков-переносчиков ионов Na+ и К+. Возрастает реабсорбция ионов натрия в эпителиальную клетку и экскреция ионов калия через калиевые переносчики в слюнной проток. Для переноса Na+ из клетки в кровь гормон индуцирует синтез Na+, К+ - АТФ–азы. Для обеспечения работы АТФ-азы энергией альдостерон стимулирует синтез первого фермента ЦТК – цитратсинтазы, поэтому в эпителиальных клетках слюнных протоков повышается активность энергетического обмена. г) рис. 10.26 После употребления напитков кока-колы, фанты или пива – рН слюны достигает значений 5,5. Как влияет изменение рН слюны на состояние эмали? Для ответа на вопрос, объясните: а) укажите рН слюны в норме; б) объясните, каким образом содержащаяся в этих напитках сахароза может вызвать изменение рН; в) какую роль в превращениях дисахарида играют микроорганизмы ротовой полости; г) какие изменения в структуре эмали могут произойти при рН слюны 5,5. а) рН слюны в норме 6,8-7,4; б-в) Пути использования сахарозы бактериями ротовой полости зависят от её количества в пище. При низкой концентрации сахароза быстро гидролизуется до глюкозы и фруктозы, которые включаются в гликолиз, при высоком содержании в пище она не только используется как энергетический субстрат, но и превращается бактериями во внеклеточные полисахариды леван и декстран. В процессе гидролиза сахарозы образуется глюкоза и фруктоза. Продукты гидролиза сахарозы фосфорилируются и в ходе анаэробного гликолиза превращаются в лактат и другие кислоты. Пируват может превращаться в ацетат или ацетил-КоА, который используется в цитратном цикле. Промежуточный продукт ЦТК – сукцинил-КоА – является субстратом для синтеза пропионовой кислоты. Совокупность молочной, уксусной, муравьиной, пропионовой кислот образует общий пул кислых продуктов, накапливающихся в зубном налёте. Микроорганизмы могут синтезировать гликоген, количество которого составляет до 37% их сухой массы. Гликогенез наиболее активно протекает у S.mutans. Леваны растворимы в воде и не могут участвовать в адгезии микроорганизмов. Кариесогенными являются микроорганизмы, синтезирующие декстран, который обеспечивает их прилипание к пелликуле. г) При снижении рН до 5,5 слюна становится недонасыщенной кальцием и неорганическим фосфатом, она не может принимать участие в реминерализации, а значит превращается в деминерализующую слюну. При наследственном заболевании муковисцидозе, вызванном мутациями в гене белка, обеспечивающего транспорт ионов хлора через апикальную часть мембраны в проток, наблюдается повышение содержания СI- в ацинарных клетках. Это приводит к усилению притока в эти клетки Na+ и Н2О. Какие изменения состава и объема слюны наблюдаются при данном заболевании? Для ответа: а) представьте схему апикальной части цитоплазматической мембраны ацинарной клетки; на схеме укажите Са2+-зависимый канал для СI-; б) перечислите буферные системы слюны и объясните, почему нарушение секреции ионов хлора ацинарными клетками приведет к снижению буферной емкости слюны; в) укажите причину ксеростомии при данном заболевании; г) объясните, какие изменения в структуре эмали зубов наблюдаются у больных муковисцидозом и почему. ОТВЕТ: а)  б) Снижение секреции СI- приведет к нарушению функционирования другого переносчика СI-, НСО3-. Недостаточное поступление в слюну ионов НСО3- сопровождается снижением её буферной емкости, так как самой главной буферной системой слюны является бикарбонатная [НСО3-]/[Н2СО3]. В слюне имеются также: фосфатная [Na2НРО4]/[NaН2РО4] и белковая буферные системы. в) Накопление Na+ в ацинарных клетках вызовет задержку воды, поэтому снизится содержание Н2О в составе секрета, что и является причиной ксеростомии. г) Как известно снижение активности основной буферной системы приведет к снижению рН слюны, что в свою очередь отразится на устойчивости мицелл фосфата кальция в слюне и ее реминерализующей способности. В гидроксиапатитах эмали будут происходить изоморфные замещения:  Так как протон во много раз меньше иона кальция, замещение настолько несовершенно, что кристаллы гидроксиапатитов разрушаются. Резистентность тканей зуба к кариесу снижается. Повышение вязкости слюны будет способствовать более быстрому формированию налета и его минерализации. Несовершенный остеогенез – это группа наследственных болезней, характеризующаяся хрупкостью костей и резорбцией альвеолярного гребня. Эти заболевания вызваны точечными мутациями в генах, кодирующих пре-про α1-и α2-цепи коллагена I типа. Если мутация происходит в N-концевом сигнальном пептиде этих цепей, то течение болезни легкое или умеренное. При нарушении первичной структуры С-концевого или срединного фрагмента цепи пре-про-коллагена, болезнь протекает очень тяжело и приводит к внутриутробной гибели плода или смерти ребенка вскоре после рождения. Почему мутации по типу замены нуклеотида с изменением смысла кодона, в гене пре-про α1-и α2-цепи коллагена, приводят к разным формам течения болезни? Для ответа на вопрос: а) представьте схему синтеза коллагена, укажите N- концевой сигнальный пептид, С-концевой и срединный участки цепи пре-про-коллагена; б) опишите роль этих фрагментов в формировании коллагенового волокна; в) объясните, какие из этих этапов нарушаются в результате мутаций в генах пре-про α1-и α2-цепей коллагена I типа. ОТВЕТ: а) Этапы формирования тропоколлагена.  б) Функция N-концевого сигнального пептида – обеспечение перемещения синтезируемого белка в полость ЭР. По завершении этого этапа N-концевой пептид отщепляется. Поэтому мутации на этом участке макромолекулы незначительно влияют на ход последующих модификаций и течение болезни легкое. С-концевые фрагменты из 250 аминокислот имеют глобулярную структуру и содержат остатки цистеина. Внутри- и межцепочечные дисульфидные связи возникающие, в С-концевом фрагменте, обеспечивают правильную ориентацию про-α-цепей и в тоже время мешают спирализации. Они также предотвращают образование крупных коллагеновых фибрилл в клетках, что приводило бы к нарушению функций этих клеток и всей соединительной ткани. Мутации в срединном фрагменте цепи пре-про-коллагена имеют самые тяжелые последствия. Известно, что цепь полипептида состоит из повторяющихся триплетов –[Гли-Х-Y]n- , где Х и Y могут быть любыми аминокислотами, но чаще всего Х – это пролин, а Y – гидроксипролин. Присутствие в каждом триплете глицина обеспечивает плотность укладки трех полипептидных цепей. в) В результате мутаций может нарушаться: транспорт синтезируемой цепи пре-про-коллагена в полость ЭР, образование связей, стабилизирующих трехспиральную структуру про-коллагена вследствие неправильной ориентации молекул про-коллагена, посттрансляционные внутриклеточные и внеклеточные модификации радикалов пролина, лизина, гидроксилизина. И как следствие – образование коллагенового волокна, не обладающего необходимой прочностью и не способного взаимодействовать с другими макромолекулами соединительной ткани. При снижении секреции слюны, образовании зубодесневых карманов, нарушении жевания пищи может увеличиться количество микроорганизмов в ротовой полости. Каковы особенности защитных систем полости рта? Для ответа на вопрос: а) перечислите специфические и неспецифические факторы защиты полости рта; б) укажите классы иммуноглобулинов слюны и опишите формирование и строение IgA. а) Специфические слюнные белки, характеризуются преобладанием одной или нескольких аминокислот. К ним относятся белки, богатые пролином (PRP), статхерины, гистатины и цистатины. Белки, богатые пролином. Секреты околоушных и поднижнечелюстных желез содержат несколько видов белков, богатых пролином, которые составляют 70% всех белков секрета и подразделяются на кислые, основные и гликозилированные. Содержание в этих протеинах аминокислоты пролина варьирует от 20 до 40%. Кислые белки, присоединяя ионы кальция, приобретают способность с помощью С-концевых доменов связывать многочисленные микроорганизмы полости рта, особенно Actinomycesviscosus, образовывать микробные колонии зубного налёта, адсорбируясь на поверхности эмали зубов. Основные белки, богатые пролином, могут взаимодействовать с мембраной стрептококков, нарушать её проницаемость и вызывать гибель микроорганизмов. Статхерины – фосфопротеины, богатые тирозином, присутствуют в секрете околоушных желез. Взаимодействуя с гидроксиапатитами эмали, статхерины образуют димеры, изменяют свою конформацию и приобретают способность связывать микроорганизмы. Цистатины, одна из изоформ цистатинов ингибирует лизосомные ферменты – цистеиновые и сериновые протеазы, специфически связываясь в их активном центре. Гистатины – их бактерицидное свойство основано на способности образовывать в клеточной мембране бактерий спиралевидную структуру, это увеличивает её проницаемость и вызывает гибель микроорганизмов. Наиболее активно эта защитная функция проявляется у гистатинов в отношении С.Albicans. Гистатитны инактивируют протеазы, секретируемые микроорганизмами ротовой полости. |