|
|
Примерные задачи к экзамену по Биохимии для студентов 2 курса специальности Лечебное дело
Задача 8. Человек с инсулиннезависимым диабетом попал в больницу в состоянии, близком к коматозному. Во время отпуска в уединенном месте он потерял лекарства и не принимал инсулин на протяжении двух дней. Для каждой из перечисленных ниже тканей укажите, является ли конкретное метаболическое превращение в данной ситуации более быстрым, более медленным или таким же, как у того же человека при регулярном введении инсулина. Для каждого метаболического пути опишите хотя бы один регуляторный механизм, ответственный за предсказанные вами изменения.
Ткани и метаболические пути:
Жировая ткань: синтез жирных кислот.
Основным гормоном, регулирующим липогенез, является инсулин. Инсулин стимулирует синтез жира. На генетическом уровне инсулин стимулирует биосинтез ферментов, катализирующих образование ацил-КоА и триацилглицеринов. Инсулин также стимулирует биосинтез ферментов, обслуживающих обмен липидов – ферментов ГМФ-пути распада углеводов и яблочного фермента. Поэтому истощенным больным вводят глюкозу одновременно с инсулином с целью увеличения жировых запасов.
Мышечная ткань: гликолиз, синтез жирных кислот, синтез гликогена.
В регуляции гликолиза и глюконеогенеза большую роль играет инсулин. При недостаточности содержания инсулина возникает заболевание, которое носит название сахарный диабет повышается концентрация глюкозы в крови (гипергликемия), появляется глюкоза в моче (глюкозурия) и уменьшается содержание гликогена в печени. Мышечная ткань при этом утрачивает способность утилизировать глюкозу крови. В печени при общем снижении интенсивности биосинтетических процессов биосинтеза белков, синтеза жирных кислот из продуктов распада глюкозы—наблюдается усиленный синтез ферментов глюконеогенеза. При введении инсулина больным диабетом происходит коррекция метаболических сдвигов нормализуется проницаемость мембран мышечных клеток для глюкозы, восстанавливается соотношение между гликолизом и глюконеогенезом. Инсулин контролирует эти процессы на генетическом уровне как индуктор синтеза ключевых ферментов гликолиза гексокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Инсулин также индуцирует синтез гликогенсинтазы. Одновременно инсулин действует как репрессор синтеза ключевых ферментов глюконеогенеза.
Печень: гликолиз, глюконеогенез, синтез гликогена, синтез жирных кислот, пентозофосфатный цикл.
Введение инсулина вызывает быстрое восстановление всех нарушений обмена при диабете ускорение фосфорилирования и транспорта глюкозы в клетки, замедление глюконеогенеза, ускорение синтеза жирных кислот и замедление их окисления, исчезновение ацетоновых тел, накопление жира в жировой ткани и т. д. и в результате всего этого снижение содержания сахара в крови. [
Задача 9. Скорость превращения гликогена в глюкозо-6-фосфат в мышечной ткани определяется отношением концентраций активной фосфорилазы а и менее активной фосфорилазы b. Определите, как изменится скорость расщепления гликогена, если образец мышечной ткани, содержащий гликогенфосфорилазу, обработать:
А) киназой фосфорилазы и АТФ;
Гликогенфосфорилазасостоит из 2 идентичных субъединиц (94500 Да). Неактивная форма обозначается b, активная - a. Активируетсякиназой фосфорилазы bпутемфосфорилирования каждой субъединицы по серину в 14 положении.
Гликогенфосфорилаза расщепляет фосфоролизом α-1,4-гликозидные связи, до тех пор, пока до точки ветвления не остается 4 остатка глюкозы.
Б) фосфопротеинфосфатазой-1;
Дефосфорилирование гликогенфосфорилазы и киназы фосфорилазы катализируется фосфопротеинфосфатазой 1, которая переводит эти ферменты в неактивное (напряженное) состяние. Фосфопротеинфосфатаза 1 состоит из трех субъединиц:
каталитической субъединицы;
G1-субъединицы, которая связывает гликоген и
ингибитора 1, который в фосфорилированной форме тормозит активность протеинфосфатазы.
Фосфорилирование гликогенсинтазы вызывает ее ингибирование и катализируется рядом протеинкиназ, связанных с каскадами действия гормонов: кальмодулинзависимой протеинкиназой, протеинкиназой С, киназой-3 гликогенсинтазы.
В) адреналином. Объясните.
В экстремальных ситуациях в мышечных клетках мобилизация гликогена ускоряется адреналином. Связывание адреналина с β-рецептора-ми, ассоциированными с аденилатциклазной системой, приводит к образованию цАМФ в клетке, а затем фосфорилированию и активации киназы фосфорилазы и гликогенфосфорилазы.
Образование цАМФ, стимулированное адреналином, служит сигналом к увеличению производства энергии в результате ускорения расщепления гликогена. Именно в ходе распада, образованного из гликогена глюкозо-6-фосфата, синтезируется АТФ.
Инактивация гликогенсинтазы под влиянием адреналина в мышечных клетках проходит так же, как и в печени.
Задача 10. Человек с инсулиннезависимым диабетом попал в больницу в состоянии, близком к коматозному. Во время отпуска в уединенном месте он потерял лекарства и не принимал инсулин на протяжении двух дней. Предскажите уровень следующих метаболитов в крови пациента до проведения лечения в больнице по сравнению с уровнем этих же метаболитов в условиях нормального приема лекарства: (а) глюкоза; (б) кетоновые тела; (в) свободные жирные кислоты. Ответ поясните.
Причиной сахарного диабета Iтипа могут быть обширные повреждения поджелудочной железы, образование камней, кальцификация железы, ее кисты, склероз сосудов. Предрасполагающими факторами развития диабета у взрослых являются диета, богатая углеводами и низкая физическая активность. Длительный прием избыточного количества пищи вызывает гипертрофию β-клеток. Они вырабатывают большое количество инсулина, поступающего в кровь. Гиперинсулинемия способствует ожирению, а также развитию инсулинорезистентности тканей. При переедании сахарный диабет развивается лишь у людей, генетически к нему предрасположенных или лиц, у которых инкреторный аппарат поджелудочной железы был существенно поврежден патогенными воздействиями
а)Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови.Разрушенные бета-клетки поджелудочной железы не в состоянии производить достатчное количество инсулина.В результате организм начинает накапливать глюкозу.
Глюкоза - источник энергии для организма, однако для того, чтобы она попала в клетку ей нужен проводник - инсулин.
Если инсулина нет, то клетки организма начинают голодать (отсюда и утомляемость), а глюкоза, поступающая извне с пищей, накапливается в крови.
б)Недостаток инсулина способствует повышению образования кетоновых тел (ацетоуксусная,β-гидроксимасляная кислоты и ацетон)и холестерина у больных сахарным диабетом. Кетоз связан с увеличением содержания в печени ацетил-КоА вследствие усиленного поступления и расщепления жирных кислот. В нормальных условиях в крови содержится 0,08-0,46 ммоль/л кетоновых тел. Недостаток инсулина снижает способность мышечной ткани утилизировать кетоновые тела. Кетонемии также способствует накопление «кетогенных» аминокислот (изолейцина, лейцина, валина), которые накапливаются в результате усиленного катаболизма белка.
в)В жировой ткани недостаток инсулина приводит к уменьшению синтеза и повышению распада ТГ. В результате в плазме крови повышается уровень свободных жирных кислот.Для больных сахарным диабетом характерно повышение уровня холестерина (ХС) и связано с тем, что образующиеся в больших количествах ацетоуксусная кислота и ацетил-КоА являются субстратами для его образования вследствие нарушения ресинтеза их в высшие жирные кислоты и окисления в цикле Кребса (В норме уровень ХС в плазме крови составляет 3,9-6,5ммоль/л).
Задача 11. У человека, получающего с пищей недостаточное количество тиамина, определяется высокий уровень пирувата в крови. Объясните причину. Изобразите схему процесса, который замедляется при этом. Какое заболевание развивается при длительном дефиците тиамина?
Тиамин,всасываясь из кишечника, фосфорилируется и превращается в тиаминпирофосфат. В этой форме является коферментом декарбоксилаз, участвующих в окислительном декарбоксилировании пирувата.При недостатке тиамина нарушается декарбоксилиование кетокислот,вследствие этого происходит накопление пирувата в крови.
При длительной недостаточности тиамина развивается заболевание бери-бери.
Задача 12. В печени в качестве исходного материала для глюконеогенеза может использоваться оксалоацетат. Повлияет ли интенсивное использование оксалоацетата для глюконеогенеза на протекание цикла лимонной кислоты? Ответ объясните. Напишите уравнения реакций использования и образования оксалоацетата в цикле лимонной кислоты, укажите ферменты.
Главным и основным регулятором ЦТК является оксалоацетат, а точнее его доступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и запускает процесс.
Обычно в клетке имеется баланс между образованием ацетил-SКоА(из глюкозы, жирных кислот или аминокислот) и количеством оксалоацетата. Источником оксалоацетата является глюкоза (синтез из пирувата ванаплеротической реакции), поступление из фруктовых кислот самого цикла (яблочной, лимонной), образование из аспарагиновой кислоты в результате трансаминирования.
Задача 13. У пациента развилось состояние, характеризуемое прогрессирующей слабостью мышц и болезненными мышечными спазмами. Голодание, упражнения и жирная пища усиливали симптомы. Гомогенат пробы из скелетной мышцы пациента окислял добавленную в него олеиновую кислоту медленнее, чем контрольные гомогенаты, состоящие из образцов мышц здоровых людей. При добавлении карнитина в мышечный гомогенат пациента скорость окисления карнитина равна скорости в контрольном гомогенате. Пациенту был поставлен диагноз «дефицит карнитина». Почему добавление карнитина увеличивает скорость окисления олеиновой кислоты в мышечном гомогенате пациента? Почему голодание, упражнения, жирная пища обостряли симптомы пациента? Предположите две возможные причины дефицита карнитина в мышцах такого человека? Напишите структурную формулу карнитина.
L-карнитин – аминокислота и благодаря своей важной физиологической роли в организме относится к витаминам группы В (витамин ВТ), но иногда определяется как витаминоподобное вещество наряду с такими соединениями, как холин, инозит и некоторые другие. За способность стимулировать рост L-карнитин называют также «витамином роста».
Собственный синтез L-карнитина происходит в печени и почках. Для этого необходимы две незаменимые аминокислоты – лизин и метионин, а также ряд микронутриентов – витамины С, В6, ниацин, железо. При недостаточном потреблении высококачественной белковой пищи и недостаточном поступлении необходимых микронутриентов синтез L-карнитина замедляется.
Факторы, влияющие на снижение содержания L-карнитина в организме человека
Поскольку фрукты и овощи содержат очень мало карнитина, вегетарианская диета может привести к недостаточному поступлению карнитина в организм. Вегетарианцы могут использовать карнитинсодержащие продукты, изготовленные на основе L-карнитина от компании Lonza без опасения нарушить свои принципы, так как этот карнитин получается не из животных источников, а синтезируется путем специального многоступенчатого процесса.
Активация низших жирных кислот и их окисление могут происходить в митохондриях независимо от карнитина , однако длинноцепочечные ацил-CoA-производные (или СЖК ) не могут проникать в митохондрии и окисляться, если предварительно не образуют ацилкарнитин-производных. На наружной стороне внутренней мембраны митохондрий имеется фермент карнитинпальмитоилтрансфераза I, который переносит длинноцепочечные ацильные группы на карнитин с образованием ацилкарнит ина:
Ацил-CoA + Карнитин = Ацилкарнитин + CoA последний способен проникать в митохондрии , где находятся ферменты, катализирующие процесс бета-окисления
Задача 14. Среди основных питательных веществ триацилглицерины со своими углеводородоподобными жирными кислотами содержат больше всего энергии. Если 15% массы тела взрослого человека (массой 70 кг) приходится на триацилглицерины, каков суммарный запас энергии в виде триацилглицеринов, как в килоджоулях, так и в килокалориях? (1 ккал = 4,18 кДж) Если потребность в энергии составляет 8400 кДж/сут (2000 ккал/сут), сколько времени смог бы прожить человек, если окисление жирных кислот, запасенных в виде триацилглицеринов, было бы единственным источником энергии? Сколько ежедневно терялось бы массы тела (в фунтах) при таких условиях голодания? 1 фунт = 0,454 кг.
Задача 15. Каково строение частично окисленной ацильной группы, образующейся после трех циклов окисления олеиновой кислоты, 18:1Δ9? Сколько при этом АТФ образуется, учитывая стадии активации и транспорта жирной кислоты, при условии сопряжения с дыхательной цепью? Каковы две следующие стадии окисления этого вещества?
CH3-(CH2)7-CH=CH-CH2-CO-SKoA+CH3-CO-SKoA
Задача 16. Если количество ацетил-КоА, образованного в процессе β-окисления в печени, превышает емкость цикла трикарбоновых кислот, из его избытка образуются кетоновые тела. Назовите их, изобразите структурные формулы. Это происходит при голодании и неконтролируемом диабете: поскольку ткани не могут воспользоваться глюкозой, вместо этого окисляют в больших количествах жирные кислоты. Хотя ацетил-КоА и не токсичен, митохондрии должны превращать ацетил-КоА в кетоновые тела. Какая проблема возникла бы, если ацетил-КоА не мог бы превращаться в кетоновые тела? Каким образом превращение в кетоновые тела решает проблему?
Кетоновые тела - своего рода поставщики топлива для мышц, мозга, почек и действуют, возможно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая чрезвычайную мобилизацию жирных кислот из жировых депо. Печень в этом смысле является исключением, она не использует кетоновые тела в качестве энергетического материала.
Задача 17. Допустим, вы вынуждены есть пищу, состоящую из тюленьего и китового жира, с низким содержанием или вообще отсутствием углеводов. Как нехватка углеводов должна сказаться на утилизации жиров для получения энергии? Если в вашем рационе питания вообще отсутствовали бы углеводы, было бы лучше потреблять жирные кислоты с четным или нечетным числом атомов углерода? Ответ объясните.
Для эффективного использования продуктов распада жира необходимы продукты углеводного обмена: сукцинил-КоА и ЩУК. Кислоты с четным числом атомов, путем отщепления двухуглеродных фрагментов с карбоксильного конца. Однако в последнем цикле окисления субстратом служит ацил-СоА с пятью атомами углерода в ацильной группе. Его окисление и конечное расщепление дает ацетил-СоА и пропионил-СоА. Ацетил-СоА окисляется, конечно, через цикл лимонной кислоты
Задача 18. Недостаточность витамина В12 может наблюдаться при нескольких редких генетических заболеваниях, в результате которых уровень витамина снижается, несмотря на его нормальное содержание в рационе питания, куда входили мясные и молочные продукты. Данное состояние нельзя вылечить путем употребления в пищу добавок витамина В12. Объясните, почему. Какие действия следует предпринять, чтобы повысить уровень витамина В12 в организме? Как недостаточность витамина В12 сказывается на катаболизме аминокислот?
При недостаточности витамина В12 осуществляется при помощи парентерального введения цианокобаламина, действие которого направлено на оптимизацию показателей гемодинамики. Метилкобаламин является коферментом гомоцистеинметилтрансферазы (фермент локализован в цитозоле), участвующей в переносе –СН3группы с N5-метил-ТГФК на гомоцистеин с образованием метионина. В этой реакции действует как синергист (усилитель) ТГФК. ДА-В12является коферментом метилмалонил-КоА-мутазы (фермент локализован в митохондриях), катализирующей превращение метилмалонил
SКоА в сукцинил
SКоА. Эта реакция является “ключевой” при сгорании в цикле Кребса остатков пропионил
SКоА, образующихся при β-окислении жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов, при окислении боковой цепи холестерина и углеродных радикалов ряда аминокислот (метионина, изолейцина, треонина, валина), а также при окислении тиамина.
Задача 19. Антибиотик валиномицин способен переносить ионы К+ через внутреннюю мембрану митохондрий. Если к суспензии активно дышащих митохондрий добавить валиномицин, наблюдается уменьшение образования АТФ и скорости поглощения кислорода, но происходит выделение тепла и увеличение трансмембранного градиента рН в митохондриях. Дайте этому объяснение. Изобразите схему переносчиков дыхательной цепи, поясните факт сопряжения переноса электронов с образованием АТФ.
Токсичный антибиотик валиномицин образует жирорастворимый комплекс с ионами К+, легко проходящий через внутреннюю мембрану митохондрий, тогда как в отсутствие валиномицина ионы К+проникают сквозь нее с трудом. Ионофор грамицидин облегчает проникновение ионов К+иNa+. Ионофоры и разобщители подавляют окислительное фосфорилирование, увеличивая проницаемость мембраны для ионов Н+, К+илиNa+. Окисление, не сопровождающееся синтезом АТФ, называется свободным окислением. В этом случае энергия выделяется в виде тепла. Это может наблюдаться при действии токсинов и сопровождается повышением температуры тела
. 
Задача 20. Аэробные клетки сердечной мышцы получают более 90% необходимого им количества АТФ в процессе окислительного фосфорилирования, используя в качестве «топлива» глюкозу. Каждый грамм ткани сердечной мышцы потребляет кислород со скоростью 10 мкмоль/мин. Рассчитайте скорость потребления глюкозы и образования АТФ в сердечной мышце. Рассчитайте, на сколько секунд хватит АТФ в клетке, если начальная концентрация АТФ была равна 5 мкмоль на 1 г мышечной ткани. Изобразите суммарное уравнение окисления глюкозы до углекислого газа и воды.
 |
|
|
Скачать 5.35 Mb.