задачи. Задачи с решениями
 Скачать 11.17 Mb.
|
|
ОТВЕТ: а) Концентрация глюкозы в крови в норме поддерживается на уровне 3,3–5,5 ммоль/л (60–100 мг/дл). б) Пища, содержащая углеводы; мобилизация гликогена в печени; глюконеогенез в печени из лактата, глицерола, аминокислот. в) В печени адреналин может передавать сигнал через α1- и β2-адренорецепторы.  Рис. 25 Передача гормонального сигнала через β2-адренорецептор и аденилатциклазную систему в печени  Рис. 26 Передача гормонального сигнала через α1-адренорецептор и инозитолфосфатную систему в печени г)  Рис. 27 Таким образом, эфирный наркоз, увеличивая секрецию адреналина и, соответственно, мобилизацию гликогена, повышает уровень глюкозы в крови у пациентов. 14. Обмен углеводов. Синтез и распад гликогена. Гинекологи при обследовании больных с подозрением на рак шейки матки использовали пробу Шиллера – раствор Люголя, в состав которого входит йод. Проба проводится нанесением раствора Люголя на поверхность эпителия. Нормальные зрелые клетки поверхностного эпителия шейки матки, богатые гликогеном, окрашиваются раствором Люголя в темно-коричневый цвет, а патологически измененные, лишенные гликогена – нет. В норме у женщин в этих клетках содержится много гликогена, а в раковых клетках его количество резко уменьшено. Снижение содержания гликогена в клетках может быть использовано как один из показателей злокачественного перерождения ткани. Результат пробы врача оказался положительным. Объясните наблюдаемые явления. Для этого: а) напишите схему, показывающую синтез гликогена в нормальных клетках; б) сравните выход АТФ при аэробном и анаэробном гликолизе; в) объясните, почему в опухолевых клетках запасов гликогена практически нет. ОТВЕТ: а)  Рис. 28 Схема синтеза гликогена б) Анаэробный и аэробный гликолиз энергетически неравноценны. При аэробном гликолизе образуется 8 моль АТФ, а суммарный энергетический эффект аэробного распада глюкозы до конечных продуктов теоретически составляет 38 моль АТР. Анаэробный гликолиз менее эффективен: образуется только 2 моль АТР способом субстратного фосфорилирования.  Рис. 29 Гликолиз и окисление пирувата в) Опухолевые клетки быстро пролиферируют, в них идет активный синтез нуклеиновых кислот и других компонентов клеток, что требует большого количества энергии. Однако способ синтеза АТФ в этих клетках неэффективный, т.к. идет анаэробный гликолиз из-за нарушения структур митохондрий и недостаточного снабжения опухолевых клеток кислородом вследствие того, что кровеносные сосуды прорастают в опухолевые клетки медленно, что приводит к гипоксии. Поглощение раковой клеткой большего количества глюкозы (за счет переключения на анаэробный гликолиз) называется «эффект Варбурга». Таким образом, чтобы покрыть энергетические потребности, раковые клетки потребляют много глюкозы, окисляют ее в основном анаэробным гликолизом и, соответственно, она в этих условиях ее недостаточно для синтеза гликогена. 15. БИОХИМИЯ межклеточного матрикса. Биохимия соединительной ткани. К врачу обратилась молодая женщина, сделавшея прокол ушных раковин . На мочке уха образовался массивный келоидный рубец. Повышение скорости синтеза какого белка соединительной ткани к этому привело? Для ответа на вопрос: а) представьте схемы этапов синтеза и созревания этого белка; б) напишите схемы реакций, протекающих с участием Cu2+-зависимых ферментов; в) объясните значения производных этих реакций в формировании структуры этого белка. ОТВЕТЫ: а) Увеличение скорости синтеза коллагена способствует развитию спаек. Коллаген состоит из 1000 аминокислотных остатков. Каждая 3-я аминокислота – глицин, 20% – пролин и гидроксипролин, 10% – аланин, 40% – другие. Синтез и созревание коллагена – сложный многоэтапный процесс, начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе.  Рис. 30 Синтез и созревание коллагена Синтез и созревание коллагена включают в себя пострансляционные изменения: • гидроксилирование пролина и лизина с образованием гидроксипролина и гидроксилизина; • гликозилирование гидроксилизина; • частичный протеолиз – отщепление «сигнального пептида», N- и C-концевых пропептидов; • образование тройной спирали. б)  Рис. 31 в) Фермент – лизилоксидаза. Кофакторы – Сu2+, витамин PP и B6. При снижении активности лизилоксидазы, а также при недостатке меди или витаминов PP или B6 нарушается образование поперечных сшивок и, как следствие, снижаются прочность и упругость коллагеновых волокон. 16. Липиды: переваривание и всасывание. Дислипопротеинемии. Гиперлипопротеинемии. Наиболее частая причина рахита в Северной Америке, Канаде, Австралии и европейских странах заключается в снижении метаболической активности слизистой оболочкой тонкой кишки, вызванном наследственной недостаточностью ферментов обмена липидов. Обследование таких больных показало, что после приема пищи, содержащей жиры, у них не наблюдается алиментарная гипертриацилглицеролемия. Объясните механизм развития рахита при данной патологии. Для ответа: а) укажите, содержание каких липопротеинов (ЛП) повышается в крови здорового человека после приема пищи, содержащей жиры; опишите строение и состав этих ЛП, назовите место их формирования; б) представьте схему «созревания» ЛП и их дальнейшие превращения; в) назовите основную функцию этих ЛП; объясните механизм доставки и метаболизм переносимых веществ; г) опишите нарушения, происходящие в клетках кишечника при данной патологии. ОТВЕТ: а) В крови здорового человека, после приема пищи, содержащей жиры, повышается содержание хиломикронов (ХМ). ХМ, как и все ЛП, имеют следующее строение: гидрофобное ядро и полярный слой на поверхности. В состав гидрофобного ядра входят липиды: эфиры холестерола и триацилглицеролы (ТАГ) (до 85%) и содержащиеся в пище жирорастворимые витамины А, D, Е, К. Полярный слой образован белками (апопротеинами), фосфолипидами и холестеролом. В состав ХМ входит интегральный апопротеин В-48. Хиломикроны образуются в эпителии тонкого кишечника, поступают в лимфу, а затем в кровь.  Рис. 32 Строение хиломикрона б) В крови «созревают» ХМ, этот процесс заключается в переносе с липопротеинов высокой плотности (ЛПВП) на ХМ апопротеинов Е и С-II;  Рис. 33 Созревание» хиломикронов Образование ХМ остаточных происходит под действием липопротеинлипазы (расположена на стенках капилляров), в результате чего количество жиров в ХМ снижается, уменьшается размер частиц, апопротеин С-II переносится обратно на ЛПВП. ХМ остаточные содержат фосфолипиды, холестерол, эфиры холестерола, жирорастворимые витамины А, Д, Е, К, апоВ-48, апоЕ и очень небольшое количество ТАГ.  Рис. 34 Образование хиломикронов остаточных в) Основная функция хиломикронов состоит в транспорте экзогенных липидов и других жирорастворимых веществ из клеток кишечника в ткани. ХМост эндоцитозом захватываются гепатоцитами, образованная эндосома сливается с лизосомой, ферменты которой гидролизуют липиды и белки. Витамин D в печени превращается в в 25-гидроксихолекальциферол, который в комплексе с белком транспортируется в почки, где образуется гормон кальцитриол. Гормон также может синтезироваться из витамина D, который образуется из холестерола в коже. Кальцитриол регулирует всасывание пищевого кальция, который участвует в построении костной ткани. При нарушении переваривания липидов в ЖКТ нарушается всасывание витамина D, кальция, минерализация костной ткани и развивается рахит. г) Наследственный дефект ферментов, обеспечивающих ресинтез и синтез липидов в клетках слизистой оболочки кишечника, нарушает формирование хиломикронов, а значит, и поступление в кровь жирорастворимых витаминов А, D, Е и К. 17. ОБМЕН ЛИПИДОВ. Анаболизм липидов. В послеродовом отделении обследован ребенок с признаками застойной сердечной недостаточности. У младенца наблюдались тахипноэ (более 60 дыхательных движений в минуту) и тахикардия (более 180 ударов в минуту). Причиной данной сердечной недостаточности явилось такое заболевание, как незаращение артериального (боталлова) протока. В течение внутриутробного периода сохранность открытого просвета артериального протока поддерживает PGE2. После рождения просвет артериального протока в норме зарастает или значительно уменьшается. В данной ситуации этого не произошло, потому что у ребенка в сердечной ткани была повышена секреция PGE2. Врач назначил лечение индометацином и получил положительный эффект: состояние больного улучшилось, симптомы заболевания уменьшились, боталлов проток стал уменьшаться в размерах. Объясните молекулярные механизмы действия PGE2 и лечебного эффекта индометацина в данном клиническом случае. Для этого: а) назовите группу регуляторных молекул, к которой относятся простагландины; б) укажите примеры исходных субстратов для их синтеза; в) изложите, через какие трансмембранные системы передачи сигналов эйкозаноиды действуют на клетки-мишени и напишите схему одной из них; г) назовите основные функции и место действия PGE2; д) объясните, как можно ускорить процесс закрытия просвета артериального протока с помощью индометацина, относящегося к классу нестероидных противовоспалительных средств. На схеме синтеза простагландинов покажите фермент, активность которого подавляется индометацином. ОТВЕТ: а) Эйкозаноиды. б) Субстратами для синтеза эйкозаноидов будут служить полиненасыщенные жирные кислоты с 20 углеродными атомами, такие, как:  Рис. 36 в) Эйкозаноиды действуют на клетки-мишени с помощью модуляции аденилатциклазной, гуанилатциклазной и инозитолфосфатной систем.  Рис. 37. Инозитолфосфатная система г) PGE2 действуют на большинство тканей. Основными биологическими эффектами следует считать инициацию родовой активности, ингибирование агрегации тромбоцитов, расширение сосудов, расслабление гладкой мускулатуры. В данном клиническом случае высокая концентрация PGE2 в сердечной ткани благодаря своим свойствам не позволяет зарасти артериальному протоку, что должно произойти в норме. Для того чтобы ускорить процесс закрытия протока, необходимо ингибировать синтез PGE2. д) Для того чтобы уменьшить синтез PGE2, нужно ингибировать регуляторный фермент синтеза эйкозаноидов – циклооксигеназу с помощью индометацина, что должно привести к зарастанию боталлова протока.  Рис. 38 18. ОБМЕН ЛИПИДОВ. Анаболизм липидов. К чему может привести диета, суть которой в том, что необходимо резко ограничить поступление углеводов с пищей (не более 15 г в день), а жиры и белки можно есть свободно (в разумных количествах). Объясните, почему при столь обильном потреблении жиров человек сбрасывает вес? Каковы возможны негативные последствия такой диеты? Для ответа: а) объясните, как повлияет диета на синтез инсулина и почему; б) изобразите схему синтеза и гидролиза ТАГ в жировой ткани. Покажите на схеме, какие процессы усиливаются и подавляются у человека, сидящего на такой диете; в) укажите, концентрация каких липопротеинов повысится в крови при этой диете; г) напишите реакции синтеза кетоновых тел в печени и укажите, как изменится скорость этого метаболического пути у человека, придерживающегося «кремлевской» диеты; объясните, к каким негативным последствиям может привести подобная диета. ОТВЕТ: а) У человека, придерживающегося такой диеты, резко снижено потребление углеводов с пищей, в результате чего не наступает алиментарная гипергликемия. Глюкоза – важнейший (хотя и не единственным) фактор, стимулирующий синтез и секрецию инсулина β-клетками поджелудочной железы. Проникая в β-клетки, глюкоза подвергается процессу гликолиза, благодаря чему увеличивается внутриклеточное содержание АТФ. Последний, блокируя АТФ-зависимые калиевые каналы, вызывает деполяризацию клеточной мембраны. В β-клетки поступают ионы кальция (через открывающийся потенциал-зависимые кальциевые каналы) и высвобождается инсулин способом экзоцитоза. Белок ГЛЮТ-2, переносящий глюкозу в β-клетки поджелудочной железы, имеет низкое сродство к глюкозе. Следовательно, при «кремлевской» диете, когда концентрация глюкозы в крови невысока, она медленно транспортируется в β-клетки и слабо влияет на секрецию инсулина. Секреция инсулина снижается. б) (см. рис. 39) в) Низкая секреция инсулина ослабляет синтез ЛП-липазы, что увеличивает содержание ЛПОНП и ХМ в крови. Жиры не депонируются в жировой ткани, а поступают в печень, где частично превращаются в ТАГ, транспортируемые из печени в составе ЛПОНП. г) Активация липолиза в жировой ткани приводит к тому, что жирные кислоты поступают в печень в большем количестве, чем в норме, поэтому увеличивается скорость β-окисления. Скорость реакций ЦТК в этих условиях снижена, т.к. оксалоацетат используется для глюконеогенеза. В результате скорость образования ацетил-КоА превышает способность ЦТК окислять его. Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и используется для синтеза кетоновых тел (см. рис. 40). Увеличение скорости синтеза кетоновых тел резко повышает их содержание в крови – кетонемия и развитие метаболического ацидоза. Его симптомами бывают быстрая утомляемость, раздражимость, боли в желудке, тошнота.  Рис. 39 Изменение скорости метаболических процессов в жировой ткани при низкой секреции инсулина  Рис. 40 Синтез кетоновых тел в печени 19. Анаболизм липидов. Биохимия атеросклероза. витамины Достаточное потребление аскорбиновой кислоты с пищей крайне важно для борьбы с атеросклерозом. Так, у морских свинок, рацион которых не содержал этого витамина, наблюдались гиперхолестеролемия и атеросклероз. Объясните влияние недостатка витамина С на атерогенез. Какие еще симптомы наблюдаются при недостатке витамина С в пище? Для ответа: а) изложите, почему для описанного эксперимента выбрали морских свинок, а не лабораторных мышей; б) опишите пути образования активных форм кислорода и их роль в ПОЛ и последствия ПОЛ жирнокислотных радикалов фосфолипидов, триацилглицеролов, эфиров холестерола в составе ЛПНП; назовите витамины, обладающие свойствами антиоксидантов и предотвращающие этот процесс; в) напишите реакции синтеза желчных кислот; укажите роль витамина С в этом процессе, объясните, как отразится его недостаток на уровне холестерола в крови. ОТВЕТ: а) Характерная особенность метаболизма приматов (в том числе и человека) и морских свинок заключается в отсутствии возможности эндогенного синтеза витамина С, поэтому для этих животных аскорбиновая кислота – необходимый компонент пищи. б) Источником активных форм кислорода в клетке может служить утечка электронов из ЦПЭ, ферменты окислительно-восстановительных реакций (ОВР), непосредственно восстанавливающие кислород, а также действие ионизирующих излучений и некоторых химических веществ. Радикалы кислорода способны запускать цепь свободнорадикальных реакций. Подобные реакции нарушают свойства мембран и образуют ковалентные сшивки между белками и липидами. В липопротеинах (ЛП) наблюдаются изменения в структуре апопротеинов и липидов, что нарушает их связывание с рецепторами и вызывает фагоцитоз макрофагами с помощью скевенджер-рецепторов. Витамины-антиоксиданты (С и Е) защищают клетки от ПОЛ. Причем витамин Е, будучи липофильным соединением, располагается в мембранах клеток и служит основным восстановителем свободных радикалов жирных кислот. Витамин С инактивирует гидрофильные (супероксид-анион, гидроксильный радикал и перекись водорода) свободные радикалов в цитозоле и восстанавливает окисленную форму витамина Е, поддерживая таким образом необходимую концентрацию последнего в мембранах клеток. в) В реакциях синтеза желчных кислот витамин С представляет собой кофермент гидроксилаз (они служат изоформами цитохрома Р-450), осуществляющих введение ОН-группы в 7-е и 12-е положение. При недостатке витамина С образование желчных кислот на стадии 7α-гидроксилирования тормозится, блокируя основной путь выведения холестерола из организма, что приводит к гиперхолестеролемии и увеличению риска атеросклероза. Кроме того, повышается вероятность образования желчных камней.  Рис. 41 Синтез желчных кислот в печени |