Сложные белки - хромопротеиды

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: Получение студентами знаний о структуре и свойствах гемоглобинов, миоглобина и хромопротеидов - ферментов.

 

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ К ЗАНЯТИЮ

1.Сложные белки-хромопротеиды. Определение. Классификация.

2.Гемоглобин. Структура и биологическая роль. Характеристика гема и глобина.

Содержание гемоглобина в разные возрастные периоды.

3.Формы гемоглобина. Возрастные особенности.

4.Производные гемоглобина.

5.Миоглобин.

6.Порфирины. Биологическая роль. Патология порфиринового обмена.

7.Пероксидаза и каталаза.

8.Система цитохромов. Дыхательный фермент Варбурга - цитохромоксидаза. Цитохром С. Особенности структуры, биологическая роль.

 

Практическая часть

1. Количественное определение активности каталазы по Баху и Зубковой.

В колбочку "О" налить 7мл воды и 1мл крови гемолизированной 1:1000. В колбу "К" налить 7 мл воды и 1мл гемолизированной крови прокипяченной. В обе колбы + 3мл 1% перекиси водорода. Поставить на 30 минут. После этого в обе колбы + 3мл 2N р-ра серной кислоты и титровать обе колбочки до устойчивой слабо-розовой окраски 0,1N р -ром перманганата калия.

На титрование "К" - 9мл

на титрование "О" - 1,6мл

Активность каталазы (9 - 1,6) х 1,7 = 12,58

Результат:

Вывод:

2. Определение гемоглобина методом прямой фотометрии.

0,1мл крови + 2,9мл дистиллированной воды. Колориметрировать на ФЭКе при зеленом светофильтре против воды, в кюветах на 5мм. Содержание гемоглобина определяется по калибровочному графику.

Результат:

Вывод:

3. Амидопириновая проба на кровь.

0,5мл крови 1:1000 + 3-4 капли амидопиринового реактива + 1-2 капли 30% уксусной кислоты +3-4 капли 3% перекиси водорода. Появляется сиреневое окрашивание.

Результат:

Вывод:

 

Домашнее задание

Решить ситуационные задачи

1.При обследовании крови ребенка обнаружено снижение кол-ва эритроцитов, клетки имеют аномальные формы, содержат большое кол-во аномальных кристаллов, в плазме крови обнаружено большое кол-во свободного гемоглобина. Какой диагноз можно поставить по данным анализа? Какой биохимический дефект лежит в его основе?

2.При проведении общего анализа у больного обнаружены мишеневидные эритроциты, резко повышено содержание Нв А₂ (до 15%) и фетального Нв (58%). Какие биохимические нарушения лежат в основе данного состояния?

3.Почему при отравлении оксидами азота смерть наступает от недостатка кислорода (гипоксии) даже при отсутствии видимых поражений дыхательных путей? Каким образом можно предотвратить смерть при данном отравлении?

4.Почему при форсированных, длительных физических нагрузках у малотренированных людей моча окрашивается в красный цвет и возможно развитие острой почечной недостаточности?

5.Почему при развитии острого разрушения эритроцитов может возникнуть нарушение функции почек? Какой механизм в норме препятствует такому исходу гемолиза?

6.Почему при отравлении синильной кислотой и ее солями возникает гибель от недостатка кислорода в тканях?

Ответьте на тесты

Выберите правильный ответ

Физиологическое содержание гемоглобина в крови составляет

1- 12- 16 г%

2- 10- 12 г%

3- 8-10 г%

Выберите правильные ответы

К производным гемоглобина относят:

1 – фетальный

2 – метгемоглобин

3 - карбгемоглобин

Выберите правильный ответ

Основной функцией карбгемоглобина является:

1- транспорт кислорода от легких к органам и тканям

2- транспорт углекислого газа от органов и тканей в легкие

Выберите правильные ответы

Развитие метгемоглобинемии может быть при:

1- отравлении угарным газом

2- низком парциальном давлении кислорода

3- наследственном дефекте метгемоглобинредуктазы

4- действием сильных окислителей

Выберите правильный ответ

1- суточная потребность в железе равна10-20 мг

2- суточная потребность в железе равна 20-30 мг

3- суточная потребность в железе равна 30-40 мг

4- суточная потребность в железе равна 40-50 мг

 

ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ПЕДИАТРИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

При рождении ребенка кровь пуповины содержит от 140 до 190 г/л гемоглобина, но уже в первые часы после рождения количество его возрастает до 165-225 г/л. Это повышение уровня гемоглобина обусловлено,с одной стороны, переходом организма новорожденного к альвеолярному газообмену, включением системы легочного дыхания, а с другой - реакцией организма на родовой стресс.

Через 2-3 дня показатели гемоглобина падают и к 2 неделям - 1 месяцу жизни ребенка становятся равными уровню его у взрослых (около 160 г/л). После первого месяца жизни ребенка содержание гемоглобина снова

снижается до 100-110 г/л.

Это уменьшение уровня гемоглобина физиологическая анемии у новорожденных - наблюдается на протяжении 2-3 месяцев жизни ребенка. Предполагают, что причиной анемии является недостаточная резорбция железа по сравнению с потребностью в нем (сидеропеническая анемия).

Последующее постепенное повышение концентрации гемоглобина обнаруживается к году (примерно до 120 г/л). Окончательный уровень гемоглобина устанавливается к периоду половой зрелости организма.

У недоношенных детей содержание гемоглобина несколько ниже, чем у доношенных, последующее уменьшение происходит быстрее и является более выраженным (до 80-100 г/л). Однако, анемия такого характера не требует лечения, так как после 6месячного возраста показатели гемоглобина у недоношенных детей сравниваются с соответствующими величинами у доношенных.

Гетерогенность гемоглобина

Гемоглобин в организме человека в разные возрастные периоды может существовать в виде нескольких форм, отличающихся белковым компонентом молекулы, то есть аминокислотным составом полипептидных цепей.

В ранний эмбриональный период в крови человека выявлены формы гемоглобина: Говер I (состоящий из 2x2e цепей), образующийся в эмбриональном желточном мешке, через 2 недели он заменяется на Говер II (состоящий из 2a2e цепей), обе эти формы называют Портленд. Это так называемые эмбриональные гемоглобины, или примитивные - НвР (НbE).

К 3 месяцу развития зародыша, в крови исчезают эмбриональные и появляется фетальный гемоглобин (НВ F), включающий 2a и 2g -цепи в состав белковой части молекулы. НВ F является главным типом гемоглобина

плода и составляет к моменту рождения ребенка до 70-90% всего гемоглобина.

У детей 1 месяца жизни НВ F составляет от 50% до 85% всего гемоглобина.

К моменту рождения ребенка на долю гемоглобина А приходится до 10-30%, однако его количество резко увеличивается по мере исчезновения гемоглобина F (в течение 3-4х месяцев после рождения ребенка). Начиная с 3-5 месячного возраста ребенка, реже после 1 года, НВ А становится основным гемоглобином, составляя 96-99%. На долю гемоглобина F в этот период приходится всего лишь 1-2%.

Как было установлено НВ F и НВ А имеют имеют одинаковое сродство к кислороду, но проявляют разную чувствительность к действию аллостерического эффектора - 2,3 дифосфоглицерата (2,3 ДФГ). НВ F слабее связывает 2,3 ДФГ, чем НВ А, поэтому в присутствии 2,3 ДФГ сродство НВ А к кислороду снижается, а у НВ F наоборот возрастает. В этих условиях НВ F плода оксигенируется за счет гемоглобина А матери и обеспечиваются оптимальные условия для транспорта кислорода из крови матери в кровь плода.

Существуют возрастные особенности и в отношении содержания в крови производных гемоглобина. В частности, содержание карбоксигемоглобина сразу после рождения в крови повышено и составляет 1,5-1,65% от общего количества НВ (у взрослых менее 1%). Это повышение связано с усиленным процессом гемолиза эритроцитов и эндогенным образованием СО.

 

СПИСОК ОСНОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Лекции по биохимии

2. Северин Е.С. Биохимия. М. 2003

3. Северин Е. С. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. М. 2001

4. Березов Т.Т., Коровкин В.Ф. Биологическая химия, 1982

5. Строев В.А. Биологическая химия. 1986

6. Николаев А.Я. Биологическая химия.1989

СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Страйер Л. Биохимия М. Мир. 1984

2. Уайт А., Хенглер Ф. Смит Э. и др. Основы биохимии. М. 1981

3. Марри Р. Греннер Д. Биохимия человека. 1993

4. Мак-Мюррей У. Обмен веществ у человека, 1980

5. Некоторые вопросы биохимии детского организма, Оренбург 1997

 

Занятие 9

Обмен хромопротеидов

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: познакомить студентов с патологией синтеза и распада хромопротеидов, с методом определения билирубина в сыворотке крови.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ

1.Поступление, переваривание и всасывание хромопротеидов.

2.Транспорт железа, синтез порфиринов.

3.Понятие о порфириях.

4.Тканевый распад железосодержащих хромопротеидов.

5.Образование желчных пигментов, пигментов кала и мочи.

6.Патология пигментного обмена. Виды желтух.

7.Физиологическая желтуха новорожденных.

ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ЛЕЧЕБНОГО И МЕДИКО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТОВ

 

Биологическая ценность железа определяется многогранностью его функций, незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающим нормальное функционирование тканей организма человека.

Железо, находящееся в организме человека, можно разбить на 2 группы: клеточное и внеклеточное. Соединения железа в клетке можно подразделить на 4 подгруппы: 1) гемопротеины, основным структурным элементом которого является гем (гемоглобин, миоглобин, цитохромы, каталаза, пероксидаза); 2) железосодержащие ферменты негеминовой природы (сукцинатдегидрогеназа, ацетил-КоА-дегидрогеназа, НАДН2-цитохром с – редуктаза и др.); 3) ферритин и гемосидерин внутренних органов; 4) железо, рыхло связанное с белками и др. органическими веществами.

Ко 2 группе внеклеточного железа относятся железосвязывающие белки трансферрин и лактоферрин.

Ферритин и гемосидерин – запасные соединения железа в клетке, находящиеся главным образом, в РЭС печени, селезенке и костного мозга. Запасы железа могут быть при необходимости мобилизованы для нужд организма, а белки предохраняют организм от токсического действия свободно циркулирующего железа.

Во внеклеточных жидкостях железо находится в связанном состоянии – в виде железо-белковых комплексов. Концентрация его в плазме здорового человека равна 10,8 – 28,8 мкмоль/л, при этом у мужчин 14,3 – 25,1, у женщин 10,7 – 21,5 мкмоль/л. Общее содержание железа во всем объеме циркулирующей плазмы составляет 3 – 4 мг. Уровень железа в плазме крови зависит от ряда факторов: взаимоотношения процессов разрушения и образования эритроцитов, состояния запасного фонда железа и его освобождения из органов депо, эффективности всасывания железа в ЖКТ.

Железосвязывающий белок трансферрин содержится в небольшом количестве в плазме крови. Общая железосвязывающая способность (ОЖСС) плазмы, характеризуется практически концентрацией трансферрина, колеблется от 44,7 до 71,6 мкмоль/л, а свободная железосвязывающая способность – резервная емкость трансферрина составляет 28,8 – 50,4 мкмоль/л у здорового человека. Коэффициент насыщения в норме 25 – 40%

Функция трансферрина представляет значительный интерес. Он не только переносит железо в различные ткани и органы, но и «узнает» синтезирующие гемоглобин ретикулоциты и, возможно, другие клетки. Трансферрин отдает железо им только в том случае, если клетки имеют специфические рецепторы, связывающие железо. Кроме того, трансферрин защищает организм от токсического действия железа.

Этапы передачи железа трансферрином клеткам костного мозга: 1) адсорбция трансферрина рецепторными участками на поверхности ретикулоцитов, 2) образование прочного соединения между трансферрином и клеткой, возможно проникновение белка в клетку, 3) перенос железа от железосвязывающего белка к синтезирующему гемоглобин аппарату клетки, 4) освобождение трансферрина в кровь.

Другой белок лактоферрин обнаружен во многих биологических жидкостях (молоке, слезах, желчи, синовиальной жидкости, панкреатическом соке и секрете тонкого кишечника). Кроме того, он находится в специфических вторичных гранулах нейтрофильных лейкоцитов. Подобно трансферрину, лактоферрин способен связывать 2 атома железа специфическими пространствами. Несмотря на схожесть, эти белки отличаются по антигенным свойствам, составу аминокислот и углеводов.

Известны следующие функции лактоферрина: бактериостатическая, участие в имунных процессах и абсорбции железа в ЖКТ, он предохраняет организм человека от излишнего всасывания железа. Соединения железа подразделяют на функционально самостоятельные фонды: 1) эритроцитарный (железо эритрона), 2) запасной, 3) транспортный, 4) тканевой.

Общее содержание железа зависит от концентрации гемоглобина, веса тела, пола и возраста. Считается, что в организме взрослого человека содержится от 2 до 5г железа, составляя в среднем 35 мг на кг веса тела у женщин и 50 мг на кг у мужчин.

Обмен железа в организме человека можно представить схемой:

 

Просвет кишечника => Слизистая кишечника => Потери железа

(Fe2+, Fe3+) (ферритин, железосвязывающие 1,5 мг

белки)

 

<2мг/24ч ß

 

Эритрон Ü Плазменное железо Û Тканевое железо

(3000 мг) 25 мг/24ч (3 –4 мг) 6 мг/24ч (125 мг)

 

Ý

Ретикулоэндотелиальная система

внутренних органов (1000 мг)

 

ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ПЕДИАТРИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА

В крови новорожденных после рождения отмечается более высокое содержание билирубина (23,1 мкмоль/л), в основном за счет свободного билирубина (14,4 мкмоль/л). Это обусловлено гемолизом избыточных эритроцитов, а также несовершенством ферментных систем печени, обеспечиваю-

щих образование моно- и диглюкуронидов билирубина. К концу 1 года концентрация общего билирубина в крови снижается и становится ниже, чем у взрослых (5,6 мкмоль/л), а затем постепенно количество общего билирубина в крови ребенка начинает возрастать и к 14 годам его уровень приближается к уровню билирубина у взрослых (8,6 - 20,5 мкмоль/л).

Известно, что в ряде случаев на 3-4 день жизни, в крови ребенка наблюдается выраженное увеличение концентрации общего билирубина, сопровождающееся значительным ростом уровня неконьюгированного билирубина

(до 400-500 мкмоль/л). Это состояние получило название физиологической желтухи новорожденных. Причинами ее наряду с недостаточностью фермента печени-УДФ-глюкуронилтрансферазы являются незрелость механизмов транспорта свободного билирубина (сниженный уровень альбумина в плазме крови ребенка и дефицит белка лигандина, обеспечивающего перенос билирубина через мембрану гепатоцитов), а также низкая экскреторная функция печени и отсутствие микрофлоры в кишечнике. Вместе с тем согласно другим данным при физиологической желтухе новорожденных речь идет не о врожденной неполноценности печени, а о чрезмерном напряжении одной из ее функций, обеспечивающих процесс коньюгации большого числа продуктов обмена в первые дни жизни ребенка. К числу таких соединений относятся стероидные гормоны, содержание которых у ребенка после рождения чрезвычайно высоко. Интенсивная инактивация и экскреция гормонов и, в первую очередь, эстрогенов, создает конкурентные взаимоотношения в процессах детоксикации этих соединений и билирубина. В связи с этим гипербилирубинемия, возникающая на 3-5 дни жизни ребенка, вследствие накопления непрямого билирубина, обусловлена "занятостью" системы УДФГК - ГТФ инактивацией стероидов, а также и других продуктов обмена.

Физиологическая желтуха обычно проходит через 2 недели по мере включения в работу механизмов обезвреживания свободного билирубина. У недоношенных детей она продолжается дольше, до 3-4 недель. Уровень свободного билирубина достигает максимальной величины на 5-6 день жизни ребенка.

Домашнее задание

Решите ситуационные задачи

1. При назначении больному сульфаниламидных препаратов остро развился психоз, моча окрасилась в винно-красный цвет, приобрела способность к флюоресценции в ультрафиолете, при пребывании на свету у больного развились острые изъязвления кожи, в затемненном помещении наблюдалось улучшение состояния. Поясните ситуацию.

2. У больного - желтушность кожных покровов (слабая "флавиновая желтуха") снижено количество эритроцитов в крови, моча красная. Поясните ситуацию.

3. У пациента в крови содержится 12, 5 мкмоль/л билирубина, в кале обнаруживаются стеркобилин в количестве 280мг, в моче – следы стеркобилиногена, билирубина нет. Имеются ли данные о нарушении пигментного обмена?

4. У женщины, страдающей желчнокаменной болезнью, появились боли в области печени, быстро развилось желтушное окрашивание склер, кожи, кал обесцветился, моча приобрела цвет крепкого чая. Какие нарушения пигментного обмена могут быть обнаружены, какой тип желтухи? Ответ поясните

5. В крови больного содержится 370 мкмоль/л общего билирубина, 230 мкмоль/л коньюгированного билирубина и 48 мкмоль/л неконьюгированного билирубина, в моче обнаружен билирубин и уробилиноген. При каких патологических состояниях наблюдаются такие изменения состава крови и мочи?

 

6. У больного в плазме крови содержится 180 мкмоль/л общего билирубина, 156 мкмоль/л коньюгированного билирубина и 25 мкмоль/л неконьюгированного билирубина. В моче обнаружена билирубинурия, кал обесцвечен. Дайте оценку приведенным результатам.

7. В крови новорожденного ребенка содержится 200 мкмоль/л билирубина, 210 мкмоль/л - неконьюгированного, 5 мкмоль/л – коньюгированного). Как можно оценить приведенные результаты?

Заполнить карты:

А) ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ОБМЕН ГЕМОГЛОБИНА

 

 

Клетки РЭС	Кровь	Гепатоцит	Желчь	Кишечник
Гемпротеиды НАДФНН+

………….мочи ……..фекалий

Б) Дифференциально – диагностическая таблица желтух

		Норма (концентрация или суточная экскреция)	Ж е л т у х и
Гемолитические	Печеночно-клеточные	Обтурационные
К Р О В Ь	Билирубин неко- ньюгированный (“непрямой”)
Билирубин коньюгированный (“прямой”)
М О Ч А	Билирубин
Стеркобилиноген
Уробилиноген
Кал	Стеркобилиноген

Примечание:

В графе “Норма” укажите концентрацию или суточную экскрецию. В графах “Желтухи” укажите изменения показателей в сравнении с нормой

(­ - повышение; ¯ - понижение; О – отсутствует; ® - без изменений).

СПИСОК ОСНОВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Лекции по биохимии

2. Северин Е.С. Биохимия. М. 2003

3. Северин Е. С. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. М. 2001

4. Березов Т.Т., Коровкин В.Ф. Биологическая химия, 1982.

5. Строев В.А. Биологическая химия. 1986.

6. Николаев А.Я. Биологическая химия.1989.

 

СПИСОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Мак-Мюррей, Обмен веществ у человека, 1980

2. Марри Г., Греннер Д.и др. Биохимия человека

3. Некоторые вопросы биохимии детского организма, Оренбург, 1997

4. Зилва Д.Ф. Клиническая химия в диагностике и лечении. М. 1988

5. Маршалл В.Дж. Клиническая биохимия, 1999

6. С. Камышников Справочник по клиническо-биохимической лабораторной диагностике. 2000..

 

Занятие 10

Биологическое окисление

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: познакомить студентов с разновидностями биологического окисления, их механизмами.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЗАНЯТИЮ:

1. Современное представление о механизме биологического окисления. Субстраты биологического окисления. Стадии (фазы) биологического окисления - этапы унификации энергетического материала

2. Ферменты биологического окисления. Классификация по химической природе, характеру действия:

пиридинзависимые дегидрогеназы, представители;

флавинзависимые дегидрогеназы, представители;

цитохромная система ферментов (b, с₁, с, аа₃ - цитохромоксидаза).

3. Тканевое дыхание – терминальный этап биологического окисления. Роль кислорода в процессе тканевого дыхания.

4. Структура дыхательных цепей (ЦПЭ). Редокс-потенциалы компонентов дыхательных цепей.

5. Окислительное фосфорилирование – главный механизм синтеза АТФ в аэробных условиях. Сопряжение процессов окисления и фосфорилирования. Представление о хемиосмотической (протондвижущей) теории Митчелла. Коэффициент фосфорилирования (Р/О)

6. Зависимость интенсивности тканевого дыхания от концентрации в клетке АДФ - дыхательный контроль.

7. Вещества, влияющие на энергетический обмен в клетках: разобщители дыхания и окислительного фосфорилирования (динитрофенолы, неэстерифицированные жирные кислоты, антибиотики).

8. Свободное, нефосфорилирующее окисление в митохондриях, его биологическое значение в процессе термогенеза (митохондрии бурого жира новорожденных).

9. Цикл Кребса (ЦТК) – общий метаболический путь, завершающий катаболизм всех

видов биологического «топлива», образующего ацетил- СоА (схема реакций).

10. Биологическая роль ЦТК, взаимосвязь с тканевым дыханием (ЦПЭ), энергетический эффект одного оборота цикла (окисление 1 молекулы ацетил- СоА) с учетом ЦПЭ.

 

Домашнее задание

Решить ситуационные задачи и ответьте на вопросы:

1.Какие нарушения процессов биологического окисления можно ожидать при авитаминозе РР? Возможны ли пути эндогенной компенсации этих нарушений?

3.Выпишите реакции ЦТК, катализируемые первичными пиридинзависимыми дегидрогеназами, подсчитайте энергетический эффект, сопряженный стканевым дыханием.

4.Опишите возможный механизм регуляции цикла трикарбоновых кислот, учитывая, что АТФ является аллостерическим ингибитором цитрат-синтетазы. АДФ стимулирует изоцитратдегидрогеназу, а сукцинил - СоА ингибирует кетоглутаратдегидрогеназу.

5.Цикл трикарбоновых кислот - не только источник энергии в клетке, но важное место образования промежутоных продуктов для процессов биосинтеза. Укажите основные реакции.

6.Докажите биологическую полезность разобщения окисления от фосфорилирования.

7.Одним из самых сильных ядов является фторацетат натрия. Установлено, что токсичность проявляется лишь после метаболитического превращения во фторцитрат, являющимся высокоспецифичным ингибитором фермента аконитазы. Объясните механизм токсичности.

8. Подсчитайте энергетический эффект окисления ацетил-КоА до сукцината. Ответ поясните химическими реакциями. Укажите механизмы синтеза АТФ.

9. Покажите в виде схемы путь использования ФАДН₂, образованного в сукцинатдегирогеназной реакции. Укажите энергетический эффект, назовите механизм синтеза АТФ.

Домашнее задание

Ответьте на вопросы тестовых заданий

Выберите правильные ответы.

Метаболизм представляет собой совокупность химических реакций, в результате которых происходит:

1- распад органических веществ в клетках до углекислого газа и воды

2- трансформация энергии органических веществ в энергию макроэргических связей

3- синтез структурно – функциональных компонентов клетки

4- превращение пищевых веществ в соединения, лишенные видовой специфичности

5- использование энергии катаболических процессов для обеспечения функциональной активности организма

Выберите правильные ответы.

Конечные продукты метаболизма

1- аминокислоты

2- вода

3- глюкоза

4- мочевина

5- углекислый газ