ОТВЕТЫ НА БИЛЕТЫ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ. Отдельное спасибо ребятам со второго потока лечебного факультета 2012 г
 Скачать 2.33 Mb.
|
|
2. РЕГУЛЯЦИЯ И ПАТОЛОГИЯ БЕЛКОВОГО ОБМЕНА РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА БЕЛКА Жакоб и Моно разработали теорию регуляции синтеза белка и описали модель оперона. Сущность теории – «выключение» или «включение» генов. У бактерий доказана индукция и репрессия ферментов. По теории Жакоба-Моно в биосинтезе белка у бактерий участвует 3 типа генов: структурные гены, ген-регулятор, ген-оператор. Структурные гены определяют первичную структуру синтезируемого белка. Ген-оператор – пусковой механизм для функционирования структурных генов. Оперон - группа структурных генов, координируемая одним оператором. Операторный локус (ген-оператор) – участок последовательности ДНК длиной 27 пар оснований. Он находится между промотором, к которому перед началом транскрипции присоединяется ДНК-зависимая РНК-полимераза, и началом структурного гена. Ген-регулятор контролирует деятельность оперона через белок-репрессор. Теория регуляции синтеза белка Жакоба-Моно. Белок-репрессор образуется под влиянием гена-регулятора, действует на оператор, имеет сродство к гену-оператору и обратимо соединяется с ним в комплекс, препятствуя посадке РНК –полимеразы на локус промотора и предотвращая транскрипцию структурных генов. Таким образом ген-регулятор через белок-репрессор прекращает деятельность структурных генов. Репрессор – негативный регулятор. На клетку приходится 20-40 молекул репрессора. Регуляция экспрессии генов. Многие механизмы, контролирующие экспрессию генов принимают участие в ответе организма на воздействия гормонов и лекарств. Существует 2 типа регуляции экспрессии генов: позитивная, негативная. Индукция синтеза белка. Белок-репрессор способен связываться с низкомолекулярными веществами – индукторами (эффекторами). Индуктор, соединяясь с белком-репрессором, изменяет его третичную структуру, при этом белок-репрессор теряет способность связываться с геном-оператором (происходит синтез белка). При этом белок-репрессор становится неактивен. Индукция синтеза белка. Репрессия ферментов. Белок-репрессор становится активным после образования комплекса с корепрессором (конечный продукт процесса). Синтеза белка нет. Нейроэндокринная регуляция белкового обмена. Гормоны-анаболики: СТГ, инсулин, андрогены, эстрогены (на органы репродукции), тироксин в малых дозах в детстве. Гормоны-катаболики: кортикостероиды, тироксин в больших дозах. Соматотропный гормон способствует росту мышц, костей, повышает проницаемость клеточных мембран для АМК, усиливает все этапы синтеза белка, задерживает азот в организма, обеспечивает энергетическую сторону синтеза белка, переводит жиры в углеводы, приводит к положительному азотистому балансу. Инсулин оказывает белоксберегающий эффект, так как тормозит глюконеогенез, усиливает все этапы синтеза белка, повышает сродство клеточных мембран к АМК. Эстрогены в матке и молочных железах усиливают все этапы синтеза белка. Андрогены способствуют синтезу белка в мышечной и костной тканях, усиливают все этапы синтеза белка, активируют РНК-полимеразы, ускоряют транспорт нуклеотидов. Тироксин в малых дозах в раннем детстве приводит к положительному азотистому балансу, способствует ускорению роста, влияет на дифференцировку клеток, повышает активность ферментов, усиливает трансляцию, транскрипцию, усиливает синтез белка за счёт обеспечения процесса энергией. Тироксин во взрослом организме в больших дозах усиливает распад белка, усиливает действие протеиназ, АМК становятся энергетическим материалом. Глюкокортикоиды - катаболики во всех тканях кроме печени, активируют глюконеогенез, препятствуют синтезу заменимых АМК, тормозят транспорт АМК в ткани, усиливают распад АМК, активируют синтез мочевины, оказывают иммунодепрессорное действие. Врождённая патология белкового обмена связана с генетическими дефектами синтеза. Известно около 2000 наследственных болезней. Каждый человек – носитель 4-8 генов, которые могут вызвать развитие болезни при определённых условиях. Эти гены унаследованы от родителей или результат мутаций. 10% всех случаев умственной отсталости у детей за счёт инфекции у беременных Особо опасны: коревая краснуха, цитомегаловирусная инфекция, Курение, алкоголь, наркотики приводят к дефектам у детей. Болезни, обусловленные выпадением синтеза молекул белка (из-за неправильного строения и функции гена). Ферментопатии (гликогенозы, липоидозы, патология обмена фенилаланина, тирозина, метионина, цистеина, галактоземия). Неферментативные протеинопатии (гемоглобинозы). Предположение о наличии врождённого нарушения метаболизма возникает, если у обследуемого нарушение развития, рвота, гипогликемия, особый запах или окраска пелёнок, гепатоспленомегалия, желтуха, задержка умственного развития, припадки, спастические сокращения мышц, метаболический ацидоз, почечные колики, рахит, не поддающийся лечению. Лабораторная диагностика врождённых нарушений метаболизма. О недостаточности фермента судят косвенно по повышению концентрации исходного вещества. Прямое определение активности ферментов проводят в специализированных центрах. Пренатальная диагностика возможна путём исследования клеток амниотической жидкости, полученных на ранних стадиях беременности и культивируемых in vitro. Из заболеваний, связанных с врождёнными нарушениями метаболизма чаще встречаются: фенилкетонурия, цистинурия, болезнь Хартнапа, иминоглицинурия, гистидинемия. Фенилкетонурия. Гистидинемия связана с недостаточностью гистидина, наследуется по аутосомно-рецессивному типу. В крови повышена концентрация гистидина, В моче увеличено содержание гистидина и его побочного метаболита – имидазолПВК. ИмидазолПВК подобно фенилПВК реагирует с хлорным железом, образуя сине-зелёный пигмент. У больных наблюдается умственная отсталость, дефекты речи. Болезнь Хартнапа. Нарушается транспорт нейтральных АМК в почках и пищеварительном тракте. Болезнь связана с уменьшением всасывания триптофана и увеличением его экскреции с мочой. В норме триптофан превращается в никотинамид. Проявления болезни Хартнапа: сыпь, атаксия, спутанность сознания, аминоацидурия. Глицинурия обусловлена дефицитом ферментов, обеспечивающих превращение глицина, что ведёт к усиленной продукции оксалата, образованию кристаллов в почках и мочевыводящих путях, хронической почечной недостаточности. Роль ферментов обмена пуриновых нуклеотидов в функционировании Т- и В-лимфоцитов и в патогенезе иммунодефицитов АДА олигомерный фермент, активен в Т-лимфоцитах, незрелых тимоцитах. При лейкозах возрастает активность АДА в клетках. Для лечения лейкозов применяют ингибиторы АДА. Наследственный дефект АДА у детей до 2 лет наблюдается тяжёлый иммунодефицит, связанный с нарушением созревания и пролиферации Т- и В-лимфоцитов, лимфопенией. Наследственный дефект нуклеозидфосфорилазы уменьшает количество и изменяет функции Т-лимфоцитов, что приводит к нарушению Т-опосредованного (клеточного) иммунитета. Аминоацидурии -один из первых симптомов нарушения метаболизма АМК. Преренальные аминоацидурии обусловлены высокой концентрацией АМК в плазме. АМК поступают в проксимальные канальцы в количествах, превосходящих реабсорбционную способность канальцевого эпителия. Ренальные аминоацидурии связаны с повреждением почечных канальцев. Содержание АМК в плазме крови снижено в результате потери их с мочой. Болезни, обусловленные синтезом молекул белка с неправильной структурой: гемоглобинозы, гликогенозы, липоидозы, болезнь Вильсона-Коновалова (аномальный церулоплазмин), при синтезе Г-6-ФДГ с неправильной структурой, если сохраняется менее 10% активности фермента, то наблюдается гемолиз. Ферментопатии как следствие незрелости клеточных систем (болезни новорожденных). Гемолитическая анемия новорожденных, синдром мальабсорбции, гипераммониемия. У новорожденных функциональная незрелость фенилаланин-, тирозин-, серосодержащих АМК. Патология усвоения пищевых белков. Причины: нарушение секреторной и моторной функции желудка и кишечника, дефицит ферментов, недостаток соляной кислоты, патология ЖКТ, нарушение всасывания. Последствия недостаточного усвоения пищевых белков алиментарная белковая недостаточность, отрицательный азотистый баланс, снижение иммунореактивности, усиление бактериального расщепления белка. Нарушение тканевого метаболизма белков Нарушение синтеза белков при: заболеваниях печени, гипоксии, ацидозе, инфекциях. Нарушить соотношение между синтезом и распадом белка могут: алиментарная недостаточность, расстройства нейроэндокринной регуляции, нарушение энергетических процессов, изменение активности протеаз. Отсутствие лизина в организме характеризуется появлением тошноты, головной боли, головокружением, повышенной чувствительностью к шуму. При отсутствии в пище аргинина снижается сперматогенез. Патология белкового состава плазмы крови. диспротеинемии – нарушения нормального соотношения между фракциями белков крови, гиперпротеинемии, гипопротеинемии. Нарушение межуточного обмена аминокислот. Нарушение трансаминирования АМК при недостатке витамина В6, при угнетении активности трансаминаз, при нарушениях соотношений субстратов. Нарушение дезаминирования АМК при белковом голодании, при гипоксии, при гиповитаминозах. Нарушение декарбоксилирования АМК. Усилено образование биогенных аминов при гипоксии, ишемии, деструкции тканей. Нарушение конечного этапа белкового обмена. Конечные продукты белкового обмена – аммиак и мочевина. NHз + Глу = глутамин. При патологии содержание аммиака повышается в головном мозге и вызывает нейротоксикоз. Нарушение синтеза мочевины. Продукционная и ретенционная гиперазотемии. Приобретённая патология белкового обмена на фоне дефицита поступления АМК, белков. отрицательный азотистый баланс, отёки, гипопротеинемия, медленный рост, истощение, анемии, дерматозы, желудочно-кишечные расстройства. Квашиоркор – недостаток белка в питании детей. Белковая недостаточность наблюдается при: голодании, приёме однообразного белкового питания. Снижается интенсивность трансаминирования, дезаминирования, биосинтеза АМК, мочевины. Вторичные гипопротеинемии обусловлены недостаточностью белка в питании или нарушением переваривания и всасывания белка после перенесённых заболеваний, врождёнными дефектами переваривания и всасывания белков, нарушением синтеза белков в печени, ускоренным распадом белков (гипертиреоидизм, болезнь Иценко-Кушинга, острые инфекции), потерями белка (амилоидоз, протеинурия, гнойные процессы с обильным отделяемым, кровопотери, большая раневая поверхность, ожоги, потери через ЖКТ, образование больших экссудатов), повышенным использованием белков (послеоперационные состояния, неопластические процессы, лейкемия.) При патологии печени страдает синтез белка, снижается синтез мочевины. При патологии почек белок выводится с мочой. При заболеваниях кишечника и желудка наблюдается недостаточное поступление белков в организм. Симптоматический дефицит антител возникает при СПИДе, инфекциях.
Тест для диагностики диабета: проба с «сахарной нагрузкой». Определяют уровень сахара в крови натощак, потом вы выпиваете 75 г глюкозы в виде сиропа и через 2 часа снова сдаете кровь на сахар и проверяете результат: до 7,8 ммоль/л – норма; 7,8–11,00 ммоль/л – предиабет; выше 11,1 ммоль/л – диабет. Диагностическим критерием сахарного диабета является повышение концентрации глюкозы в плазме венозной и капиллярной крови натощак >7,8ммоль/л (140 мг/100 мл) или в цельной венозной или капиллярной крови >6,7 ммоль/л (120 мг/100 мл); через 2 ч после нагрузки 75 г глюкозы уровень глюкозы в плазме венозной крови > 11,1 ммоль/л (200 мг/100 мл) и в плазме капиллярной крови >12,2 ммоль/л (220мг/100 мл); в цельной венозной крови >10,0 (180мг/100 мл) и в цельной капиллярной крови >11,1ммоль/л (200 мг/100мл).В том случае, если отсутствуют клинические симптомы диабета, а уровень глюкозы в крови ниже указанного выше, для выявления сахарного диабета проводят пробу на толерантность к глюкозе (ПТГ) с однократным приемом глюкозы. Тест на кетоновые тела и глюкозу в моче. Билет 30.
Инсулин – первый гормон, для которого расшифрована белковая природа. Его удалось получить синтетическим путём. Инсулиноподобные вещества вырабатываются в печени, почках, эндотелии сосудов головного мозга, слюнных железах, гортани, сосочках языка. Инсулин – простой белок. Состоит из двух полипептидных цепей: а- и в-. а-цепь содержит 21 аминокислотный остаток, в-цепь – 30. Инсулин синтезируется в виде неактивного предшественника проинсулина, который путём ограниченного протеолиза превращается в инсулин. При этом от проинсулина отщепляется С-пептид из 33 аминокислотных остатков. Основной эффект инсулина – повышение проницаемости клеточных мембран для глюкозы. Инсулин активирует: гексокиназную реакцию, синтез глюкокиназы, гликолиз, все фазы аэробного распада, пентозный цикл, синтез гликогена, синтез жира из глюкозы. Инсулин ингибирует: распад гликогена, глюконеогенез. Инсулин является анаболиком. Способствует синтезу гликогена, жира, белка, оказывает белоксберегающий эффект, так как тормозит глюконеогенез из аминокислот. Глюкагон вырабатывается а-клетками островков Лангерганса, состоит из 29 АМК, молекулярная масса 3500. Органы-мишени: печень, жировая ткань. Действует глюкагон через цАМФ. Рецепторами являются липопротеины мембран. Биологическая роль глюкагона: стимулирует фосфоролиз гликогена печени, стимулирует глюконеогенез, усиливает липолиз в жировой ткани и печени, увеличивает клубочковую фильтрацию, ускоряет ток крови, способствует экскреции соли, мочевой кислоты, стимулирует протеолиз, увеличивает кетогенез, стимулирует транспорт АМК в печени, снижает концентрацию калия в печени. Соматостатин - пептид, подавляет секрецию СТГ, ингибирует секрецию инсулина и глюкагона, выделен из гипоталамуса, секретируется в поджелудочной железе, желудке.
Для образования одной макроэргической связи АТФ, затраты на которую составляют не менее 7,3 ккал, требуется перепад редокс-потенциалов между участками цепи 0,2 В на пару перенесённых электронов. Места сопряжения. В дыхательной цепи есть 3 участка, в которых перенос электрона сопровождается относительно большим изменением стандартной свободной энергии: НАДН-ДГ-KoQ, цитохром В - цитохром С1, цитохромоксидаза. Это пункты фосфорилирования. Уменьшение энергии на каждом из этих участков достаточно для сопряжённого образования АТФ. Энергетическое сопряжение Р/О – коэффициент фосфорилирования. Р/О – число молей неорганического фосфата, переведённых в органическую форму в расчёте на каждый поглощённый атом кислорода. Пары электронов от НАД-зависимых дегидрогеназ проходят все 3 участка фосфорилирования, что даёт 3 молекулы АТФ. Пары электронов, отщепляемые от сукцината, поступают в дыхательную цепь, минуя участок 1, поэтому образуется 2 молекулы АТФ. При окислении аскорбиновой кислоты Р/О =1. Взрослому здоровому человеку в день требуется 190 кг АТФ. В организме человека – 50 г АТФ. Для удовлетворения потребности организма в химической энергии эти 50 г АТФ должны много раз в течение суток расщепиться до АДФ и Фн с последующим ресинтезом. Механизм окислительного фосфорилирования. В 1961 году английский биохимик Питер Митчелл сформулировал хемоосмотическую концепцию превращения энергии в живых клетках. В 1975 году он получил Нобелевскую премию. Основные положения хемоосмотической концепции 1) Движущей силой фосфорилирования является протонный градиент. Перенос электрона сопровождается выкачиванием ионов водорода из матрикса через внутреннюю мембрану митохондрии. При транспорте каждой пары электронов в межмембранном пространстве может накапливаться до 6 протонов. Свободная энергия потока электронов используется для перекачивания ионов водорода наружу против градиента концентрации. Перенос электронов создаёт электрохимический градиент ионов Н+ (Dm Н+), включающий 2 ионокомпонента:
Dy - мембранный потенциал. Внутренняя сторона мембраны более электроотрицательна, а наружная более электроположительна.DрН – градиент рН. Наружная сторона мембраны имеет более кислую реакцию, а матрикс митохондрий –щелочную. 2) Окислительное фосфорилирование требует целостности внутренней митохондриальной мембраны. При разрыве мембраны нет окислительного фосфорилирования, хотя перенос электронов продолжается. 3) Внутренняя митохондриальная мембрана непроницаема для ионов Н, ОН, К, Сl . Если мембрана при повреждении становится проницаемой, то окислительного фосфорилирования не будет. Ионы Н+ из окружающей среды вновь устремляются внутрь в матрикс митохондрий по электрохимическому градиенту через молекулы FoF1-АТФазы. Этот переход ионов водорода сопровождается выделение свободной энергии, за счёт которой и синтезируется АТФ. Между митохондрией и окружающей её средой совершается непрерывный кругооборот ионов водорода, движущей силой которого является перенос электронов. Тканевое дыхание заряжает митохондриальную мембрану, а окислительное фосфорилирование разряжает её, иначе мембрана лопнет. Энергопреобразующие мембраны сначала генерируют Dm Н , а затем реализуют его через Н-АТФ-синтетазу в синтез АТФ. АТФ-синтетаза состоит из двух компонентов Fо и F1, по форме напоминает гриб, головка которого обращена в сторону матрикса. F1 - каталитическая часть из 9 субъединиц. Fо встроен во внутреннюю мембрану, осуществляет перенос Н+ через канал. Олигомицин – ингибитор фермента. Dm Н приводит в действие АТФ-синтазу, катализирующую реакцию: АДФ + Фн Ё АТФ Реккер и сотрудники показали, что в изолированном виде F1 действует как АТФ-аза, то есть расщепляет АТФ на АДФ и Фн. Преобразовать Dm Н в синтез АТФ может только полный F1 + Fо комплекс. Энергия находится в области протонных каналов на внутренней поверхности внутренней мембраны. Как только 2Н проходят из среды в матрикс через канал, выделяется энергия, которая используется для синтеза АТФ. Вместе с протонами идёт фосфат. АДФ поступает в выросты, а выйти не может, а АТФ легко выходит из митохондрий, а поступать туда не может. Образование АТФ путём окислительного фосфорилирования регулируется в соответствии с энергетическими нуждами клетки. Уровни регуляции:
Дыхательный контроль – изменение скорости дыхания с изменением концентрации АДФ. В норме это отношение велико. Если повышена концентрация АДФ: активируется ЦТК, возрастает скорость переноса электронов и окислительное фосфорилирование, усиливается синтез АТФ. Если снижена концентрация АДФ, то тормозится ЦТК. Дыхательный контроль 1- Это неопределенное состояние митохондрий, к которым не добавлены ни субстраты, ни АДФ (– SH2, - АДФ). 2- Это деэнергизованное состояние, т. к. в отсутствие субстратов дыхательная цепь не работает и митохондрии не поддерживают мембранный потенциал. 3- состояние окислительного фосфорилирования (+ SH2, + АДФ). 4- состояние дыхательного контроля (+ SH2, – АДФ. 5 – состояние анаэробиоза (в среде кончился кислород). 6 - состояние ионного транспорта. U – к митохондриям добавлен переносчик протонов через мембраны (например, 2,4-динитрофенол). Разобщители разобщают перенос электронов и синтез АТФ. При этом свободная энергия, выделенная при переносе электрона, переходит в тепло, а не запасается в виде АТФ. Повышают проницаемость внутренней мембраны митохондрий для ионов Н, К, Na. Различают разобщители 1. естественной природы: прогестерон, тироксин, холод, жирные кислоты. 2. патологические факторы: дифтерийный токсин. 3. искусственные: валиномицин, грамицидин, 2, 4 – динитрофенол. Ионофоры – жирорастворимые вещества, способные связывать ионы и переносить их чрез мембрану, подавляют окислительное фосфорилирование. Свободное (нефосфорилирующее) дыхание. В митохондриях дыхание не всегда сопровождается с фосфорилированием. Такой путь окисления субстратов в дыхательной цепи назван Ленинджером свободным окислением. Вся энергия окисляемых веществ превращается при этом в теплоту. Теплообразующая функция митохондрий была впервые продемонстрирована В.П. Скулачёвым. В организме есть термогенные ткани. Бурый жир. У крольчат 5-6% от массы тела приходится на бурый жир. Много его у зимоспящих животных. У новорожденных детей на бурый жир приходится 2%. Он расположен в области шеи, спины. Бурый жир содержит много митохондрий, кровеносных сосудов, симпатических нервных волокон. Внутренние мембраны митохондрий бурого жира имеют специальные поры для ионов водорода. В них содержится белок ионофор-термогенин. Ионы водорода из митохондрий в результате переноса электрона возвращаются в митохондрии через эти поры, минуя Fо F1-АТФазу. Из-за этого свободная энергия переноса электронов используется не для синтеза АТФ, а для выработки тепла. Субстратное фосфорилирование – образование АТФ за счёт превращения субстрата, имеющего макроэргическую связь. Отличия окислительного и субстратного фосфорилирования
Большое содержание витамина B6 (0,3-0,5 мг в 100 г съедобной части продукта) характерно для мяса животных и птиц, некоторых рыб (палтус, сельдь), икры, гречневой, перловой и ячневой крупы, пшена, хлеба из муки 2-го сорта, картофеля. Особенно богаты этим витамином (0,7-0,9 мг) печень, скумбрия, фасоль. Умеренное содержание витамина (0,15-0,29 мг) отмечается в большинстве рыб, яйцах, овсяной и манной крупе, рисе, хлебе из муки высшего сорта, макаронах, горохе. Малое содержание витамина B6 (0,05-0,14 мг) характерно для молочных продуктов, овощей, фруктов, ягод. При кулинарной обработке теряется 20-30% витамина B6. Потребность организма в витамине B6 удовлетворяется за счет его поступления с пищей и образования микрофлорой кишечника. Чем больше поступает с пищей белков, тем больше требуется витамина B6. Суточная потребность в витамине B6 для мужчин составляет 1,8-3 мг, для женщин — 1,5-2,2 мг; при беременности и кормлении грудью — 2-2,2 мг. Потребность увеличивается при атеросклерозе, болезнях печени, токсикозах беременных, анацидных гастритах, энтеритах, анемиях, длительном приеме антибиотиков и противотуберкулезных препаратов. |