39. Хрусталик и роговица глаза преломляют свет, поэтому их клетки почти не содержат митохондрий. Каким способом в клетках этих тканей в основном синтезируются молекулы атф ? Для ответа на вопрос:
а) укажите известные Вам механизмы фосфорилирования АДФ;
б) напишите схему процесса, обеспечивающего синтез АТФ без участия митохондриальной цепи переноса электронов и оцените его энергетический эффект.
ОТВЕТ
а) В аэробных условиях АТФ синтезируется путем окислительного фосфорилирования за счет энергии окисления субстратов при участии митохондриальной цепи переноса электронов. В анаэробных условиях происходит субстратное фосфорилирование, при котором используется энергия, освобождающаяся при разрыве макроэргических связей в субстратах.
б) Для тканей, не способных к аэробным процессам, основным источником энергии становится анаэробный гликолиз.
40. Повышенная экскреция двухосновных аминокислот известна под названием лизинурическая непереносимость белка и наследуется как аутосомно-рецессивный признак. У гомозигот нарушен транспорт лизина и аргинина в кишечнике, реабсорбция в почках, захват этих аминокислот клетками печени. В крови больных снижена концентрация лизина, аргинина и орнитина, в раннем возрасте отмечаются гепатоспленомегалия, непереносимость белка и эпизодическая интоксикация аммонием. Клинические проявления обусловлены гипераммониемией. Для лечения этого заболевания используется цитруллин – аминокислота, всасывание в кишечнике и печеночный транспорт которой у больных не нарушены. Объясните, почему при данном заболевании наблюдается гипераммониемия. Для ответа на вопрос:
а) напишите схему процесса, нарушение которого приводит к развитию гипераммониемии;
б) назовите причины токсического действия аммиака;
в) объясните механизм лечебного действия цитруллина; предположите, какую диету врач должен рекомендовать больному при данной патологии.
ОТВЕТ
а) Гипераммониемия развивается из-за снижения содержания аргинина и орнитина, необходимых для нормального функционирования орнитинового цикла:
б) Аммиак оказывает токсическое действие на нервную систему и другие ткани, так как:
NH3 проходит простой диффузией в любые клетки
В клетках NH3 + Н+ → NH4
↑рН в клетках (алкалоз)
В клетках тканей ↑V реакций:
1) восстановительного аминирования
α-кГ + NАDH+Н+ → Глу + NАD+
это приводит к снижению в клетке
[α-кГ] и АТФ/АДФ
2) образования глутамина
Глу + NH3 + АТФ → Глн
это приводит к снижению в клетке
[Глу] и скорости образования ГАМК
Это вызывает нарушение:
• функционирования Nа+,К+-АТФазы;
• энергетического обмена в клетках;
• обмена аминокислот;
• синтеза ГАМК в нервной системе;
• выведения глутамина и накопление его в клетках.
в) Введение цитруллина увеличивает выход в орнитиновом цикле выход орнитина. Это приводит к повышению образования мочевины и снижению концентрации аммиака в крови. На фоне перорального приема цитруллина необходимо ограничить количество белков в пище.
41. У новорожденных до 6 месяцев сильно развита бурая жировая ткань. Она содержит запасы ТАГ и гликогена, много митохондрий, во внутреннюю мембрану которых встроен белок термогенин (разобщитель процессов окислительного фосфорилирования). В отличие от белой жировой ткани, в бурых жировых клетках жирные кислоты, образующиеся в результате липолиза, непосредственно вступают в реакции β-окисления. Объясните, каким образом, бурая жировая ткань обеспечивает термогенез новорожденных. Для этого:
а) укажите различие в судьбе продуктов гидролиза ТАГ в белой и бурой жировой тканях;
б) напишите схему метаболического пути обмена жирных кислот; рассчитайте выход АТФ для пальмитиновой кислоты;
в) представьте схему ЦПЭ, укажите роль этого процесса в поддержании температуры тела человека и вклад разобщителей;
г) сделайте вывод, в какой форме происходит выделение жирных кислот в бурой жировой ткани в связи с особенностями ее строения.
ОТВЕТ:
а) В клетках белой жировой ткани в результате мобилизации ТАГ образуются жирные кислоты и глицерол, которые поступают в кровь и транспортируются в ткани, где подвергаются окислению. Образующиеся в ходе липолиза, в бурых жировых клетках, жирные кислоты окисляются в митохондриях этих же клеток.
б) Схема β-окисления жирных кислот:
Выход АТФ при окислении жирной кислоты до СО2 и Н2О рассчитывается по формуле:
[n/2 · 12 + (n/2 – 1) · 5] – 1, где n – количество С-атомов в жирной кислоте; таким образом, при окислении пальмитиновой кислоты выделяется: [16/2 · 12 + (16/2 – 1) · 5] – 1= 130 АТФ.
в) Ферменты и переносчики ЦПЭ обеспечивают перекачивание протонов из матрикса в межмембранное пространство и возникновение градиента электрохимического потенциала ΔµН+, который необходим для активации АТФ-синтазы. При этом на синтез молекул АТФ расходуется примерно 40-45% всей энергии электронов, переносимых по ЦПЭ, приблизительно 25% тратится на работу по переносу веществ через мембрану, остальная часть энергии 30-35% рассеивается в виде теплоты и может использоваться для поддержания температуры тела. Дополнительное образование рассеянного тепла происходит при участии разобщителей, которые снижают электрохимический градиент, синтез АТФ и увеличивают выделение энергии в виде тепла.
г) При снижении температуры тела новорожденного в клетках бурой жировой ткани адреналин ускоряет липолиз. Это приводит к увеличению образования жирных кислот, которые поступают в митохондрии и включаются в процесс β-окисления. Благодаря термогенину, встроенному во внутреннюю мембрану митохондрий, значительная часть энергии, образующейся при β-окисления освобождается в виде тепла, что позволяет этой ткани выполнять функцию терморегуляции и теплообразования. Особенно эта функция бурой жировой ткани важна для новорожденных детей, так как снижение температуры тела может стать угрозой для их жизни.
42. Ряд заболеваний связан генетическим дефектом пируватдегидрогеназного комплекса. Одной из лечебных рекомендаций является « кетогенная диета», при которой в рационе питания соотношение жиры/углеводы составляют 3:1(при сбалансированном питании 1:5). Какие изменения метаболизма вызывает такая диета? Как эти изменения влияют на энергетический обмен мозга? Для ответа на вопросы:
а) опишите механизм передачи сигнала в клетки-мишени гормоном, концентрация которого повышается в крови при резком снижении поступления в организм углеводов;
б) представьте схемы метаболических путей, скорость которых увеличивается в тканях-мишенях под влиянием этого гормона;
в) укажите энергетические субстраты, использующиеся мозгом при нормальном рационе питания и « кетогенной» диете;
г) напишите схему реакции, катализируемую ПДК, и объясните ее значение в обеспечении энергией клеток мозга.
ОТВЕТ:
а) Снижение концентрации глюкозы в крови при «кетогенной диете» является сигналом для синтеза и секреции гормона глюкагона. Он передает сигнал в клетки-мишени – адипоциты и гепатоциты посредством аденилатциклазной системы.
б) Глюкагон ускоряет липолиз в адипоцитах, β-окисление жирных кислот в гепатоцитах, поступающих из жировой ткани, а также из хиломикронов под действие липопротеинлипазы. Ацетил-КоА, образующийся в митохондриях в результате β-окисления, в основном идет на синтез кетоновых тел, так как скорость ЦТК в этих условиях снижается.
в) Основным энергетическим субстратом клеток мозга является глюкоза, которая включается в аэробный распад, превращаясь в СО2 и Н2О. При углеводном голодании энергетическими субстратами становятся кетоновые тела.
г) Реакция окислительного декарбоксилирования пирувата является этапом аэробного распада глюкозы. При генетическом дефекте ПДК этот метаболический путь нарушается, и клетки мозга испытывают дефицит энергии. Окисление кетоновых тел приводит к образованию молекул ацетил-КоА, которые далее вступают в реакции цикла Кребса, поэтому увеличение поступления кетоновых тел в мозг при «кетогенной диете» устраняет энергетический голод.
43. Препарат «Баларпан», который используется в качестве действующего вещества при лечении «сухой роговицы» глаз содержит сульфатированный гликозамингликан. Объясните, почему применение этого лекарства повышает влажность поверхности глаза. Для этого:
а) напишите формулу–[дисахаридной единицы]– одного из сульфатированных
гликозамингликанов;
б) опишите свойства макромолекул, построенных из таких дисахаридных звеньев;
в) представьте схему синтеза этих структур в организме человека, назовите ферменты и
локализацию процесса.
ОТВЕТ:
а) Дисахаридная единица хондроитинсульфата:
б) Благодаря высокой плотности отрицательных зарядов полисахаридные цепи сульфатированных ГАГ связывают множество осмотически активных ионов: Na+, Са2+, К+, которые удерживают воду. Например, молекула гиалуроновой кислоты может связывать от 200 до 500 молекул воды. Особая структура и способность к гидратации позволили использовать сульфатированные ГАГ для повышения влажности поверхности глаза.
в) Схема синтеза хондроитинсульфата.
Предшествует синтезу полисахарида присоединение к остатку серина в коровом белке специального линкерного трисахарида (-ксилоза-галактоза-галактоза-), выполняющего роль «затравки» для роста ГАГ. Каждую реакцию построения линкерного трисахарида и дальнейший рост цепи катализируют специфические гликозилтрансферазы.
Основная часть цепи ГАГ, построенная из повторяющихся дисахаридных единиц (А и В), синтезируется путем последовательного присоединения углеводных остатков в активированной форме УДФ-сахаров. По мере удлинения цепи многие углеводные остатки сульфатируются и после этой модификации полимер выводится через мембрану на наружную поверхность фибробласта. Вне клетки протеогликан образует нековалентные связи с другими структурами внеклеточного матрикса.
44. Наследственная недостаточность NADP- оксидазы приводит к хроническому гранулематозу. Почему при этом заболевании некотоые микроорганизмы сохраняют жизнеспособность внутри фагоцитов, а их антигены вызывают в месте скопления фагоцитов клеточный иммунный ответ и формирование гранулем? Для ответа на вопрос:
а) напишите схему активации кислородзависимых бактерицидных механизмов;
б) объясните роль активных форм кислорода в фагоцитозе.
ОТВЕТ
а)
б) Активные формы кислорода инициируют свободнорадикальные реакции, разрушающие липиды клеточных мембран бактерий, поглощенных фагоцитами. При генетическом дефекте NADP-оксидазы в фагоцитах не образуются: супероксидный кислородный радикал, Н2О2 и НОСI, поэтому некоторые фагоцитированные микроорганизмы не погибают.
45. Инфаркт миокарда, травмы и хирургические вмешательства могут сопровождаться тромбозами. Объясните причины повышения свертываемости крови при таких патологиях. Для этого:
а) укажите причины, которые могут вызвать каскад реакций свертывания крови;
б) опишите состав инициирующего мембранного комплекса и представьте схему прокоагулянтного этапа внешнего пути свертывания крови.
ОТВЕТ
а) Разрушение клеток при механической травме и инфаркте миокарда сопровождается экспозицией на поверхности их плазматических мембран тканевого фактора и отрицательнозараженных фосфолипидов и инициации каскада реакций внешнего пути свертывания крови. Контакт фактора XII с субэндотелием поврежденных сосудов запускает реакции внутреннего пути свертывания крови.
б) Инициирующий мембранный комплекс включает отрицательнозаряженные фофсолипиды модифицированной плазматической мембраны клеток, протеолитический фермент - фактор VIIа, белок-активатор - тканевой фактор и ионы Са 2+ .
46.