Химия аминокислот и белков
Биологическая химия
сборник ситуационных задач с эталонами ответов
для студентов 2 и 3 курсов, обучающихся по специальности
060301 - Фармация
Красноярск
УДК 577. 1 (076)
ББК 52. 57
Б 63
Биологическая химия : сб. ситуац. задач с эталонами ответов для студентов 2 и 3 курсов, обучающихся по специальности 060301 – Фармация / сост. Л. В. Труфанова и др. – Красноярск : КрасГМУ, 2012. – 60 с.
Составители: к.б.н., доцент Л.В. Труфанова,
к.б.н., доцент Л.Л. Петрова,
старший преподаватель С.К. Антонова,
старший преподаватель А.Д. Климова,
к.б.н., доцент Г.Е. Герцог
Ситуационные задачи с эталонами ответов полностью соответствуют требованиям Федерального государственного образовательного стандарта (2011) по специальности 060301 - Фармация; адаптированы к образовательным технологиям с учетом специфики обучения по специальности 060301 – Фармация.
Рецензент:Руководитель лаборатории
молекулярно-клеточной физиологии
и патологии НИИ медицинских проблем
Севера СО РАМН, д.м.н., профессор А.А. Савченко
Утверждено к печати ЦКМС (протокол № от 2011)
КрасГМУ
Содержание
Введение. 4
1. ХИМИЯ АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКОВ.. 5
2. ФЕРМЕНТЫ.. 5
3. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. 9
4. УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН.. 12
5. ЛИПИДНЫЙ ОБМЕН.. 16
6. БЕЛКОВЫЙ ОБМЕН.. 20
7. АЗОТИСТЫЙ ОБМЕН.. 23
9. БИОХИМИЯ РЕГУЛЯЦИЙ.. 28
10. ВОДНО-МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН.. 31
11. ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ.. 32
ОТВЕТЫ.. 33
Введение
Решение ситуационных задач является обязательной формой изучения любой дисциплины, так как позволяет студентам применить полученные теоретические знания в конкретной ситуации, а в случае их недостаточности заставит более внимательно прочитать учебник или воспользоваться дополнительной литературой.
Сборник ситуационных задач с эталонами ответов для студентов 2 и 3 курсов, обучающихся по специальности 060301 – Фармация предназначен для самостоятельной работы студентов при изучении биологической химии.
Сборник содержит задачи к 11 разделам курса биохимии. Внутри каждого раздела задачи расположены в порядке изучения определенных тем и охватывают основные вопросы. Эталоны ответов располагаются в конце данного пособия. Это позволит студентам вначале самим ответить на вопросы задач, а затем проверить правильность полученного ответа путем сравнения с эталоном.
ХИМИЯ АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКОВ
Задача №1. Каплю раствора, содержащего смесь глицина, аланина, глутамата, лизина, аргинина и гистидина, нанесли на середину электрофоретической бумаги, смочили буфером рН 6,0 и приложили электрическое напряжение. Укажите, в каком направлении (к катоду, аноду или останутся на старте) будут двигаться отдельные аминокислоты.
Задача №2. Трипептид, выделенный из токсина змей, состоит из трех незаменимых аминокислот серусодержащей, гетероциклической и гидроксилсодержащей. Напишите этот трипептид. Что такое незаменимые аминокислоты? Назовите источники незаменимых аминокислот.
Задача №3. По данным количественного аминокислотного анализа в сывороточном альбумине содержится 0,58% триптофана, молекулярная масса которого равна 204. Рассчитайте минимальную молекулярную массу альбумина.
Задача №4. Для правильного обращения с белковыми лекарственными препаратами к ним прикладывают инструкцию, в которой указывают условия их хранения и использования. Что должно быть написано в такой инструкции и почему?
Задача №5. Чем объяснить возможное снижение растворимости белков при отщеплении от них пептидов (как в случае с фибриногеном)?
Задача №6. Как объяснить, что белок молока казеин при кипячении сворачивается (выпадает в осадок), если молоко кислое?
Задача №7. Берёзовый деготь – одна из составных частей мази Вишневского, содержит в своем составе фенол. Фенол и его производные (крезол, резорцин) относят к известным антисептикам ароматического ряда, обладающим высоким антимикробным действием. Объясните механизм их антисептического действия.
Задача №8. Необходимое условие для функционирования белков - присоединение к нему другого вещества, которое называется «лиганд». Взаимодействие лиганда с белком высокоспецифичное. Некоторые структурные аналоги лигандов вызывают более сильные физиологические эффекты, чем природные лиганды. Чем можно объяснить этот факт?
ФЕРМЕНТЫ
Задача №1. Сравните специфичность воздействия двух групп пептидаз – пищеварительного тракта и свертывающей системы крови. В каком случае специфичность выше?
Задача №2. Раствор, содержащий высокомолекулярные вещества различной природы (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты), проявляет каталитическую активность. Природа катализатора неизвестна. Установлено, что он обладает следующими свойствами:
а) снижает энергию активации;
б) ускоряет прямую и обратную реакции;
в) обладает высокой специфичностью;
г) ускоряет момент достижения равновесия, не сдвигая его;
д) прекращает каталитическое действие после добавления в раствор вещества, разрушающего пептидные связи.
Какое из перечисленных свойств служит прямым доказательством белковой природы катализатора?
Задача №3. Зерна в свежесобранных початках кукурузы сладкие из-за большого содержания в них глюкозы. Чем дальше от момента сбора, тем менее сладкими становятся зерна в связи с превращением глюкозы в крахмал. Для сохранения сладкого вкуса початки сразу же после сбора помещают на несколько минут в кипящую воду и затем охлаждают. Объясните смысл такой обработки?
Задача №4. Чем можно объяснить, что АТФ и цАМФ не конкурируют между собой за центры связывания в протеинкиназе так, что с регуляторными субъединицами связывается только цАМФ, а с каталитическими только АТФ? Для ответа: а) напишите формулы АТФ и цАМФ, б) найдите сходство и различие в строении этих молекулах, в) какую реакцию катализирует протеинкиназа, г) какое отношение имеют АТФ и цАМФ к этому ферменту?
Задача №5. В сыворотке крови человека содержатся ферменты кислые фосфатазы, которые гидролизуют биологические фосфоэфиры в слабокислой среде (рН 5,0). Источники этих ферментов в сыворотке эритроциты, печень, почки, предстательная железа. С медицинской точки зрения особенно важно определение фермента простаты, т.к. повышение его активности в сыворотке часто служит указанием на рак железы. Кислые фосфатазы из других тканей не ингибируются тартрат-ионами, а фермент из простаты ингибируется. Как можно это использовать для разработки метода специфического определения активности кислой фосфатазы из предстательной железы в сыворотке крови?
Задача №6. Фермент уреаза повышает скорость гидролиза мочевины при рН 8,0 и 200С в 1014 раз. Если данное количество уреазы полностью гидролизует данное количество мочевины за 5 минут, то, сколько времени потребуется на гидролиз без уреазы?
Задача №7.
Определите класс ферментов, катализирующих следующие реакции:
Задача №8. Перечислите известные вам типы регуляции активности ферментов и подберите к каждому типу соответствующую схему на рисунке:
где S – субстрат, Э – эффектор, Р – донор фосфата, П – фрагмент полипептидной цепи.
Задача №9. Почему не рекомендуется применять ингибиторы пептидаз при пониженной свертываемости крови?
Задача №10. Один из методов лечения при отравлении метанолом состоит в том, что больному назначают этанол либо внутрь, либо внутривенно в количествах, которые у здорового человека вызывают интоксикацию. Объясните, почему такое лечение оказывается эффективным. Для ответа: а) какой фермент катализирует превращение метанола и этанола? б) какой специфичностью он обладает?
Задача №11. При инкубации раствора гексокиназы в течение 12 минут при 450С фермент теряет 50% активности, но если гексокиназа инкубируется при 450С в присутствии субстрата глюкозы, то она утрачивает только 3% активности. Объясните, почему тепловая инактивация фермента замедляется в присутствии одного из субстратов?
Задача №12. Известно, что врачи используют водный раствор аммиака (нашатырный спирт) для приведения людей в сознание. В больших количествах аммиак может вызвать гибель организма. Как накопление аммиака повлияет на активность ферментов?
Задача №13. К ферменту присоединились несколько остатков фосфорной кислоты. К каким функциональным группам радикалов аминокислот данного фермента можно их присоединить и какими связями? Как это отразится на активности фермента?
Задача №14. В результате генетических изменений в молекуле фермента несколько молекул аланина были заменены на остатки глутаминовой кислоты. Как эта замена повлияет на активность фермента? Для ответа на этот вопрос объясните, какие связи образуют радикалы данных аминокислот при формировании третичной и четвертичной структуры белков.
Задача №15. Почему накопление углекислого газа в организме может привести к гибели человека? Для ответа на этот вопрос:
1) напишите уравнение реакций:
СО2 + Н2О ? ? + ?
2) нарисуйте график зависимости активности ферментов от рН
Задача №16. К ферменту присоединили несколько метильных групп. Конформация фермента изменилась. Почему? Отразится ли это на активности фермента?
Задача №17. При длительной гипергликемии глюкоза без участия фермента самопроизвольно присоединяется к белкам, с которыми контактирует. Повлияет ли это на функцию данных белков? Для ответа на вопрос вспомните:
1) что такое химическая модификация?
2) как химическая модификация влияет на функцию белков?
3) какое значение имеет химическая модификация ферментов?
Задача №18. Известно, что соли ртути, свинца, кадмия, меди тормозят или полностью инактивируют ферменты. Чем это можно объяснить?
Задача №19. Почему врач рекомендовал пациенту использовать жаропонижающие средства только тогда, когда температура тела повысится до 38ОС?
Задача №20. Что случится с клеткой, если её нагреть до температуры
70 ОС? Почему это можно использовать при лечении опухолевого процесса?
Задача №21. Найдите сходство и различие между химической модификацией и аллостерической регуляцией активности ферментов.
Задача №22. Существует связь между степенью повреждения клеток и последовательностью выхода в кровь ферментов из различных отделов клетки. Объясните, какие ферменты будут выделяться а) при воспалении, б) при некрозе.
Задача №23. Выберите и составьте последовательность событий, происходящих при аллостерическом ингибировании фермента:
а) уменьшается скорость превращения субстрата в активном центре;
б) изменяется конформация фермента;
в) эффектор присоединяется в активном центре;
г) изменяется конформация аллостерического центра;
д) нарушается комплементарность активного центра субстрату;
е) эффектор присоединяется в аллостерическом центре;
ж) изменяется конформация активного центра.
Задача №24. Объясните, почему лекарства вводятся в организм через определенные промежутки времени в необходимой дозе. Нерегулярность приема лекарств приводит к снижению их эффективности. Почему? На чем основано действие многих лекарств? Для ответа вспомните:
а) что такое ферменты?
б) механизмы ингибирования ферментов. Виды ингибирования. Какой из них можно использовать для лечения болезней?
Задача №25. Для лечения длительно не заживающих ран используют мази, в состав которых входят трипсин (расщепляет белки), гиалуронидаза (разрушает гиалуроновую кислоту). На чем основан лечебный эффект?