T g g a a t t g t g a c g g a t a a c a a t t t c a c a c a g g a a a

Задача №1

Мужчина 55 лет, страдающий ожирением, проснулся ночью (после того, как провел вечер за деловым ужином) от непереносимых болей в первом плюсне-фаланговом суставе левой ноги. Встать на ногу он не мог. Пораженный сустав был горячим, отечным, покрасневшим и резко болезненным. Пациенту провели лечение индометацином, и симптомы были быстро купированы.

За год до этого эпизода у пациента был приступ почечной колики, но тогда он заявил, что слишком занят, чтобы тратить время на обследование по этому поводу.

Из лабораторных данных:

Ураты в сыворотке 0,78 ммоль/л.

Задание:

1. Поставить диагноз.

2. Объяснить причину наблюдаемых симптомов.

3. Назначить патогенетическое лечение.

 

Ответ на задачу №1

1. Это классический случай подагры. В данном случае присутствовали все признаки воспаления, и лабораторно была подтверждена гиперурикемия. Почечная колика могла быть обусловлена почечным уратным камнем. Подагра чаще встречается у мужчин, чем у женщин, страдающих ожирением, более распространена при гипертриглицеридемии, гипертензии, переедании и злоупотреблении алкоголем.

2. У человека мочевая кислота является конечным продуктом обмена пуриновых нуклеотидов и выводится из организма с мочой. Полиморфизм ферментов, участвующих в синтезе пуриновых нуклеотидов de novo (фосфорибозилпирофосфатсинтетаза – ФРПФ-синтетаза), сопровождается образованием белков с низкой ферментативной активностью или нечувствительных к действию аллостерических эффекторов. При этом нарушается регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов по механизму отрицательной обратной связи. Избыточно синтезирующиеся нуклеотиды подвергаются катаболизму, и образование мочевой кислоты повышается. Тот же результат получается при снижении активности путей реутилизации пуринов (фермент гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансфераза). Аденин, гуанин и гипоксантин не используются повторно, а превращаются в мочевую кислоту, возникает гиперурикемия. Следствием гиперурикемии (состояния организма, при котором содержание мочевой кислоты в сыворотке крови превышает уровень растворимости) является кристаллизация уратов в мягких тканях и связках. Кристаллы урата натрия, формирующиеся в суставах, захватываются нейтрофилами, но повреждают мембраны их лизосом, вызывая разрушение клеток. Образование свободных супероксидных радикалов и высвобождение лизосомальных ферментов в полость сустава вызывают острую воспалительную реакцию. Выброс интерлейкина-1 из моноцитов и тканевых макрофагов обеспечивает дополнительный воспалительный стимул. Отложение уратов в ткани почек приводит к развитию почечной недостаточности – частому осложнению подагры. Ураты могут откладываться и в почечных лоханках, образуя почечные камни (примерно у половины больных подагрой).

3. Требуется назначить больному аллопуринол. Аллопуринол – это структурный аналог гипоксантина. Ксантиноксидаза окисляет аллопуринол в оксипуринол (аналог ксантина), но этот продукт реакции остается прочно связан с активным центром фермента: таким образом, фермент оказывается инактивированным (суицидный катализ). При этом конечным продуктом катаболизма пуринов становится гипоксантин, растворимость которого в моче и в других жидкостях организма примерно в 10 раз больше, чем растворимость мочевой кислоты, и поэтому гипоксантин легче выводится из организма.

 

Задача №2

Нормальные клетки E. Coli синтезируют все аминокислоты, но некоторым мутантам, неспособным к синтезу определенных аминокислот, для оптимального роста необходимо вводить эти аминокислоты в питательную среду. Аминокислоты нужны не только для синтеза белков, некоторые из них требуются для биосинтеза других азотсодержащих клеточных компонентов.

Допустим, у нас имеются три мутанта, лишенных способности синтезировать одну из трех аминокислот – глицин, глутамин и аспартат. Синтез каких азотсодержащих соединений (помимо белков) будет нарушен у каждого из этих мутантов?

 

Ответ на задачу №2

Бактериальные мутанты, которые не способны синтезировать глицин, глутамин и аспартат обычно требуют добавки пуринов – аденина и гуанина, так как все они принимают участие в синтезе пуринового ядра. Кроме того, для мутантов по аспарагиновой кислоте и глутамину необходимо, чтобы в среде содержались уридин и цитозин, так как аспарагиновая кислота участвует в синтезе пиримидинового ядра, а аминогруппа от глутамина, присоединяясь к УТФ, превращает его в ЦТФ.

 

Задача №3

Описано наследственное заболевание, при котором в детском возрасте для больных характерно отставание в развитии, мегалобластическая анемия и оранжевая кристаллоурия (оротацидурия). Заболевание легко поддается лечению уридином. При отсутствии лечения пиримидиновыми нуклеозидами пациенты подвержены инфекциям. Что это за заболевание, какие биохимические дефекты лежат в его основе?

 

Ответ на задачу №3

Это заболевание – первичная наследственная оротовая ацидурия. Заболевание связано с утратой во всех тестированных типах клеток функции фермента, катализирующего две последние реакции синтеза УМФ – образование и декарбоксилирование оротидиловой кислоты. В результате возникает недостаточность пиримидиновых нуклеотидов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот, а оротовая кислота, наоборот, накапливается. Накоплению оротовой кислоты способствует также и отсутствие в этих условиях регулирующего действия УТФ (аллостерического ингибитора фермента, способствующего образованию оротовой кислоты), поскольку концентрация в клетках УТФ, как и других пиримидиновых нуклеотидов, постоянно низка. Вследствие этого синтез оротовой кислоты происходит с большей скоростью, чем в норме.

При отсутствии лечения наследственная оротацидурия приводит к развитию необратимого резкого отставания умственного и физического развития; обычно больные погибают в первые годы жизни. Оротовая кислота не токсична, нарушения развития являются следствием «пиримидинового голода». Поэтому для лечения этой болезни применяют уридин (нуклеозид) в дозах 0,5-1,0 г в сутки. Это обеспечивает образование УМФ и других пиримидиновых нуклеотидов в обход нарушенных реакций:

Уридин + АТФ УМФ + АДФ

Такое лечение устраняет «пиримидиновый голод» и, кроме того, снижает выделение оротовой кислоты, поскольку включается механизм ингибирования первой реакции метаболического пути. Лечение должно продолжаться без перерыва на протяжении всей жизни, уридин для таких больных является незаменимым пищевым фактором наряду с витаминами и незаменимыми аминокислотами.

Причиной оротацидурии может быть также введение аллопуринола при лечении подагры. Аллопуринол в организме частично превращается в аналог природного мононуклеотида (оксипуринолмононуклеотид), который является сильным ингибитором реакции декарбоксилирования оротидиловой кислоты, вследствие чего и вызывает накопление оротовой кислоты в тканях.

 

Задача №4

5-фтордезоксиуридин является ингибитором синтеза дезоксирибонуклеотида и применяется для лечения злокачественных опухолей. Опишите механизм действия 5-фтордезоксиуридина. Оказывает ли этот препарат аналогичное действие на организм больного?

 

Ответ на задачу №4

Ингибиторы синтеза дезоксирибонуклеотидов делают невозможной репликацию ДНК и деление клетки; на этом основано применение ингибиторов рибонуклеотидредуктазы и тимидилатсинтетазы для лечения злокачественных опухолей. 5-фтордезоксиуридин превращается в 5-фтордезоксиуридинмонофосфат. Это вещество является структурным аналогом тимидиловой кислоты и отличается от нее только наличием атома фтора в пятом положении вместо метильной группы; оно сильно ингибирует тимидилатсинтетазу и тем самым блокирует синтез ДНК.

Ингибиторы синтеза дезоксирибонуклеотидов блокируют синтез ДНК и в нормальных клетках, поэтому они токсичны для организма. Однако на опухолевые ткани они действуют сильнее, поскольку раковые клетки отличаются значительно большей скоростью пролиферации, а следовательно и большей потребностью в дезоксирибонуклеотидах.

 

Задача №5

Известна тяжелая форма гиперурикемии, которая наследуется как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой (проявляется у мальчиков). У таких детей кроме симптомов, характерных для подагры, наблюдаются церебральные параличи, нарушения интеллекта, попытки наносить себе раны (укусы губ, пальцев). Что это за заболевание? Какие биохимические нарушения лежат в его основе?

 

Ответ на задачу №5

Речь идет о синдроме Леша-Найхана. Эта болезнь связана с дефектом гипоксантин – гуанин – фосфорибозилтрансферазы, катализирующий превращение гипоксантина и гуанина в ИМФ и ГМФ соответственно (путь реутилизации); активность этого фермента у больных в тысячи раз ниже, чем в норме или вообще не активен. Вследствие этого гипоксантин и гуанин не используются повторно для синтеза нуклеотидов, а целиком превращаются в мочевую кислоту, что ведет к гиперурикемии. Что вызывает неврологическую симптоматику, пока неизвестно.

 

Биосинтез нуклеиновых кислот.

Задача №1

На схеме представлена репликативная вилка ДНК. Покажите схематично дальнейший ход событий, укажите ферменты, принимающие участие в этом процессе.

 

 

Ответ на задачу №1

Репликативная вилка и белки, участвующие в репликации образуют репликативный комплекс. На каждой из одноцепочечных цепей репликативной вилки происходит синтез новых цепей, но не одинаково. Различия связаны с тем, что матричные цепи расположены антипараллельно, а синтез новых цепей идет от 5 - к 3 - концу, т.е. наращивание цепи идет по 3 - концу. Цепи строятся антипараллельно, нуклеотиды подбираются комплементарно. Цепь, начинающаяся с 5 - конца, называется лидирующей и строится непрерывно. Вначале образуется праймер – олигорибонуклеотид, примерно из 10 нуклеотидов, комплементарный матричной цепи. Фермент, синтезирующий праймер, называется праймаза или ДНК-полимераза- . Далее ДНК-полимераза- , активируемая праймером, продолжает синтез новой непрерывной цепи в направлении от 5 - к 3 -концу по ходу раскручивания репликативной вилки.

На другой матричной цепи ДНК-полимераза- и ДНК-полимераза- ведут синтез отстающей цепи (фрагментов Оказаки) против движения репликативной вилки. Каждый фрагмент Оказаки состоит примерно из 100 нуклеотидов. Праймер из фрагментов Оказаки удаляет ДНК-полимераза- , постепенно отрезая от 5 - конца фрагмента по одному рибонуклеотиду. К 3 - концу фрагмента ДНК-полимераза- присоединяет дезоксирибонуклеотиды, заполняя образованную брешь. ДНК-лигаза соединяет фрагменты запаздывающей цепи ДНК.

 

 

 

Задача №2

Молекула ДНК человека имеет очень большие размеры, репликация такой громадной молекулы (скорость репликации 50 нуклеотидов в минуту) шла бы в течение примерно 800 часов. Каким образом удается сократить время репликации?

 

Ответ на задачу №2

Инициация синтеза ДНК происходит в нескольких точках хромосомы, которые называются точками инициации репликации или ориджинами репликации. Ориджины репликации имеют определенную нуклеотидную последовательность. Единица репликации у эукариотов называется репликоном. На ориджинах инициируется двунаправленная репликация, т.е. образуются две репликативные вилки, перемещающиеся в противоположных направлениях до тех пор, пока не встретятся со следующим репликоном.

 

Задача №3

Редкое заболевание – синдром преждевременного старения связано с генетическим дефектом репарационной системы ДНК. Перечислите возможные повреждения ДНК и приведите примеры репарации ДНК.

 

Ответ на задачу №3

 

Агенты, вызывающие повреждения ДНК, разнообразны: внешние облучения (ультрафиолетовое, инфракрасное, радиоактивное и пр.), самопроизвольные локальные изменения температуры, свободные радикалы, химические мутагены и т.д. Повреждения ДНК разделяются на: 1) повреждения оснований и 2) повреждения цепей.

Повреждения оснований:

1) Гидролитическое выщепление оснований происходит спонтанно или под влиянием вышеперечисленных факторов. Пентозофосфатный остов цепи при этом сохраняется.

2) Гидролитическое дезаминирование оснований: цитозин превращается в урацил; 5-метилцитозин – в тимин; аденин – в гипоксантин.

3) Образование димеров тимина (инициируется ультрафиолетовым облучением)

Повреждения цепей ДНК:

1) Одноцепочечные разрывы

2) Поперечные сшивки

Пример репарации тиминового димера.

 

Предположительно репарационная эндонуклеаза II разрывает связь с одной стороны (5 ) от димера. Затем эндонуклеаза поочередно отщепляет до 100 нуклеотидов. Ресинтез фрагмента осуществляется ДНК-полимеразой- , последняя межнуклеотидная связь образуется ДНК-лигазой.

Задача №4

На схеме представлена последовательность гена и начало его РНК-транскрипта. Продолжите запись последовательности РНК-транскрипта, используя буквенные обозначения нуклеотидов. Согласно какому правилу Вы сделаете эту запись?

Цепи ДНК

Некодирующая цепь

5 ----------------------------------------------------------------------3

T G G A A T T G T G A C G G A T A A C A A T T T C A C A C A G G A A A