- •Задачи с решениями
- •2. (Хромопротеиды: Свойства и функции гемоглобина)
- •3. Биохимия нервной ткани. Бактерии Clostridium botulinum выделяют 7 типов токсинов белковой природы. Наиболее токсичен из них токсин типа а (ботокс).
- •11. Биологическое окисление. Цикл трикарбоновых кислот - общий путь метаболизма. Энергетический обмен. Окислительное фосфорилирование и транспортные системы митохондрий.
- •33. Биохимия крови. Гемостаз. У детей, перенесших сердечно-легочную реанимацию, при контроле системы гемостаза отмечали угнетение Хагеман-зависимого фибринолиза.
- •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:
Задачи с решениями
1.(ХРОМОПРОТЕИДЫ: Свойства и функции гемоглобина). Больным, страдающим ишемической болезнью сердца, в том числе перенесшим инфаркт миокарда, физиотерапевты назначают «сухие» углекислые ванны в целях восстановительного лечения. Для проведения этой процедуры используются специальные герметичные устройства – ванны, в которые сажают обнаженного пациента с последующей точно дозируемой (12–15 л/мин) подачей в них подогретого до 36–37 °С и увлажненного углекислого газа в течение 10–15 мин.
Углекислый газ обладает довольно высокой липофильностью и хорошо проникает в клетки тканей. При проведении таких процедур у больных улучшается оксигенация тканей и микроциркуляция.
Почему «сухие» углекислые ванны оказывают влияние на количество доставляемого в ткани О2?
Для ответа на вопрос:
а) назовите клетки, в метаболизм которых в ходе лечения включается СО2, что и приводит к положительному терапевтическому эффекту;
б) опишите метаболизм СО2 в этих клетках, назовите фермент, обеспечивающий его включение в состав кислоты; представьте схему ее диссоциации;
в) объясните положительное влияние одного из продуктов диссоциации на количество доставляемого в ткани О2,, нарисуйте соответствующую схему.
ОТВЕТ:
а) Углекислый газ активно включается в метаболизм эритроцитов.
б) В эритроцитах фермент карбоангидраза катализирует превращение углекислого газа в угольную кислоту. Образовавшаяся угольная кислота диссоциирует с образованием протона и гидрокарбонат-иона, который по механизму антипорта удаляется из эритроцита.
в) Второй продукт реакции диссоциации угольной кислоты – протон. Ионы водорода присоединяются к радикалам Гис146, Гис122 двух β-цепей и концевым
α-аминогруппам 2 α-цепей гемоглобина. Вследствие этого возникают конформационные изменения протомеров Нb и снижение его сродства к О2,
который выходит из клетки и поступает в ткани, что приводит к лучшей оксигенации тканей сердца.
Рис. 1 Перенос Н+ и СО2 с кровью. Эффект Бора
Данный эффект (эффект Бора) осуществляется системно во всем организме, что способствует лучшей отдаче кислорода не только в здоровых тканях, но и в интенсивно восстанавливающихся тканях, поврежденных ишемией.
2. (Хромопротеиды: Свойства и функции гемоглобина)
Автослесарь во время ремонта автомобиля находился в гаражном боксе в течение шести часов. Помещение не было приспособлено для работы с автомобилями с запущенным двигателем, но слесарь, по неопытности, пренебрегая правилами техники безопасности, довольно часто производил запуск двигателя. Вскоре он почувствовал слабость и сонливость, а потом потерял сознание. Его обнаружили коллеги, вынесли на воздух и вызвали скорую помощь. При осмотре. Нарушение дыхания: поверхностные редкие, неравномерные дыхательные движения. Расширение зрачков с ослабленной реакцией на свет. Частота сердечных сокращений: 98 уд/мин. Артериальное давление 60/0. Экстренно госпитализирован в реанимационное отделение ближайшего стационара.Цвет лица розовый.
Для ответа на вопрос:
а) назовите белок эритроцитов, функцию которого будет подавлять это соединение;
б) опишите строение этого белка; представьте схему, объясняющую его функционирование в норме;
в) объясните механизм ингибирующего действия оксида углерода на основной белок эритроцитов.
ОТВЕТ:
а) Угарный газ (СО), содержащийся в табачном дыме подавляет функцию основного белка эритроцитов – гемоглобина.
б) Гемоглобин относится к гемопротеинам, обладает четвертичной структурой (состоит из 4 протомеров), благодаря чему возникает возможность регуляции его функций. У взрослого человека доминирует HbA, который состоит из протомеров α1, α2, β1 и β2, соединенных вместе. Они образуют почти правильную форму шара, где каждая α-цепь контактирует с 2 β-цепями. Четвертичная структура гемоглобина стабилизирована за счет слабых межрадикальных взаимодействий – гидрофобных, ионных и водородных. В результате образуются димеры α1β1 и α2β2, между которыми возникают в основном полярные (ионные и водородные) связи. При изменении рН среды в кислую или щелочную сторону в первую очередь разрушаются связи между димерами.
В «центральной полости» каждого протомера присутствует гем, который удерживается глобином (белковой частью) за счет гидрофобного взаимодействия и 2 остатков Гис Е7 и Гис F8. Эти 2 аминокислотных остатка играют важную роль в функционировании белка. Они расположены по разные стороны от плоскости гема. Атом железа в геме может образовывать 6 координационных связей, 4 из них удерживают Fe2+ в центре протопорфирина IX (соединяя его с атомами азота пиррольных колец), а 5-я связь возникает между Fe2+ и Гис F8. Гис Е7 не связан с гемом, но необходим для правильной ориентации и присоединения О2. Аминокислотное окружение гема создает условия, которые способствуют прочному, но обратимому связыванию Fe2+ с О2. Гидрофобные остатки аминокислот, окружающие гем, препятствуют проникновению в центр связывания гемоглобина воды и окислению Fe2+ в Fe3+. Трехвалентное железо в составе гема не способно присоединять О2.
Кровь ежедневно должна переносить около 600 л О2. Способность гемоглобина насыщаться О2 в легких и относительно свободно отдавать его в капиллярах тканей определяет интенсивность метаболизма. Однако О2 представляет собой сильный окислитель, избыток поступления его в ткани может привести к нарушению структуры и функций клеток. Следовательно, важнейшая характеристика гемоглобина – способность регулировать сродство к О2 в зависимости от состояния тканей.
в) Гем гемоглобина обладает более высоким сродством к молекуле СО, чем к О2. Высокая степень сродства объясняется разным пространственным расположением комплексов Fe2+ гема с СО и О2. В комплексе Fe2+ гема с СО атомы Fe2+, углерода и кислорода расположены на одной прямой, а в комплексе Fe2+ гема с О2 атомы железа и кислорода расположены под углом, что отражает их оптимальное пространственнее расположение.
Рис. 2 Функционирование гемоглобина в норме
Большую роль в снижении сродства Нb к СО играет Гис Е7, который создает оптимальные условия для связывания О2. Сродство Нb к СО в 200 раз выше превышает его сродство к О2.
При повышенной концентрации СО в воздухе, что и наблюдается в данном случае, оксид углерода (СО) вытесняет кислород из Нb, образуя карбоксигемоглобин, который не способен служить переносчиком кислорода. Скорость присоединения СО к Нb примерно в 10 раз ниже скорости связывания О2 с Нb, однако отщепление СО от карбоксигемоглобина происходит приблизительно в 3600 раз медленнее, чем О2 от оксигемоглобина, поэтому присоединившийся СО остается в связанном виде значительно дольше, нежели кислород.
Присоединение СО – обратимый процесс и при повышенном содержании кислорода увеличивается вероятность того, что после отщепления молекулы СО ее место будет занято не новой молекулой СО, а кислородом. Частичная замена кислорода на СО не только уменьшает количество гемоглобина, способного переносить кислород, но и ухудшает функционирование оксигемоглобина, а именно отдачу О2 в капиллярах тканей.