Раздел I. Химия белков. Ферменты.

Задача № 1.1

Тетрапептид содержит в своем составе аланин, лизин, пролин и валин. В результате реакции тетрапептида с динитрофтор-бензолом (ДНФБ) и последующего гидролиза ДНФ-пептида 6 н. растворов соляной кислоты получен ДНФ-аланин. Гидролиз тетрапептида трипсином дает два соединения, одно из которых окрашивается нингидрином в сине-фиолетовый цвет, а другое - в желтый. Какова первичная структура тетрапептида?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Какой компонент пептидной цепи позволяет идентифицировать реакцию с ДНФ?

2. Какие пептидные связи расщепляет трипсин?

3. Какой вывод можно сделать на том основании, что при расщеплении тетрапептида трипсином образуется два продукта?

4. Какие вещества, взаимодействуя с нингидрином, дают соединения, окрашенные в желтый цвет?

5. Какой вывод можно сделать на том основании, что при расщеплении тетрапептида трипсином образуется продукт, который при взаимодействии с нингидрином дает желтое окрашивание?

Задача № 1.2

В результате кислотного гидролиза пептида установлен его аминокислотный состав: аспарагиновая кислота - 1 моль на моль пептида, лизин - 1 моль, пролин - 2 моля, серин - 1 моль. После обработки пептида ДНФБ и полного гидролиза получен ДНФ - серин. После частичного кислотного гидролиза пептида получено 5 новых пептидов. Когда каждый из них был полностью гидролизован, получили следующие аминокислоты, но не в эквимолекулярных концентрациях в каждом случае: пептид 1 - пролин, серин; пептид 2 - пролин, серин; пептид 3 - лизин, пролин; пептид 4 -лизин, пролин; пептид 5 - аспарагиновая кислота, лизин. Предположите наиболее вероятную последовательность аминокислотных остатков в исходном пептиде.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Какой вывод можно сделать на основании того факта что после обработки пептида ДНФБ и гидролиза получен ДНФ-серин ?

2. Какой аминокислотный остаток является концевым в пептидах 1 и 2?

3. Какой вывод можно сделать на основании того, что пептиды

4. Пептиды 1 и 2 имеют разную структуру, и что в составе исходного пептида содержится 2 остатка пролина?

5. К какому заключению можно прийти, сопоставляя предшествующие выводы с данными о составе и структуре пептидов 3 и 4?

6. Какой вывод о структуре пептида 5 можно сделать, учитывая, что в исходном пептиде содержится только один остаток лизина и что H₂N -группа последнего не свободна?

7. Какая последовательность аминокислотных остатков в пептиде будет соответствовать всем сделанным Вами заключениям?

Задача № 1.3

Фермент с молекулярной массой 300,000 диссоциирует в кислой среде на два отдельных компонента с молекулярной массой 100,000 и 50,000 дальтон. Более крупные частицы, составляющие 2/3 всего белка, обладают каталитической активностью, частицы меньшего размера лишены активности. Обработка более крупных частиц 2-меркптоэтанолом, который восстанавливает дисульфидные связи, вызывает потерю каталитической активности и снижение скорости седиментации. После этого на седиментограмме продуктов расщепления белка наблюдается только один пик. Сколько субъединиц содержит фермент? Какова их молекулярная масса? Как они связаны друг с другом? Сколько полипептидных цепей содержит каждая каталитическая субъединица?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Сопоставьте молекулярную массу фермента и образующихся при его диссоциации компонентов.

2. На основании этого сопоставления определите, сколько частиц образуется при диссоциации фермента в кислой среде?

3. Какие связи разрываются в кислой среде?

4. В каком случае после разрыва дисульфидных связей на седиментограмме может остаться только один пик?

Задача № 1.4

В таблице приведен аминокислотный состав трех ферментов. На основании этих данных дайте ответ: в какой среде - слабокислой, нейтральной или слабощелочной - лучше сохраняется каталитическая активность указанных ферментов при изменении рН среды?

Ферменты	Аминокислотные остатки
	Всего	Нейтральные	Основные	Кислые
Лизоцим куриного яйца	129	38	17	37
РНК-аза поджелудочной железы быка	124	36	18	27
Цитохром С плесневых грибов	107	45	21	18

Для обоснования ответа вспомните:

1. Какой уровень организации определяет функциональную активность белка и в частности его каталитическую активность?

2. Какие связи стабилизируют функциональный уровень организации белковой молекулы?

3. Почему при изменении рН среды может значительно измениться каталитическая активность фермента?

4. При каком состоянии белка эти изменения будут наибольшими? Обоснуйте свой ответ.

5. В какой среде (нейтральной, кислой или слабощелочной)в этом состоянии будут находится лизоцим, РНК- аза и цитохром С (обоснуйте свой ответ)?

Задача № 1.5

Основная функция белка — гемоглобина А (НbА) — транспорт кислорода к тканям. В популяции людей известны множественные формы этого белка с измененными свойствами и функцией — так называемые аномальные гемоглобины. Например, установлено, что гемоглобин S, обнаруженный в эритроцитах больных серповидно-клеточной анемией (HbS), имеет низкую растворимость в условиях низкого парциального давления кислорода (как это имеет место в венозной крови). Это приводит к образованию агрегатов данного белка. Белок утрачивает свою функцию, выпадает в осадок, а эритроциты приобретают неправильную форму (некоторые из них образуют форму серпа) и быстрее обычного разрушаются в селезенке. В результате развивается серповидноклеточная анемия.

Единственное различие в первичной структуре НbА и HbS обнаружено в N-концевом участке |3-цепи гемоглобина. Сравните N-концевые участки |3-цепи и покажите, как изменения в первичной структуре белка влияют на его свойства и функции.

	1	2	3	4	5	6	7	8
НЬА:	Вал-	Гис-	Лей-	Тре-	Про-	Глу-	Глу-	Лиз-
	1	2	3	4	5	6	7	8
HbS:	Вал-	Гис-	Лей-	Тре-	Про-	Вал-	Глу-	Лиз-

Для обоснования ответа вспомните:

1. Формулы аминокислот, по которым различаются НbА и HbS; сравните свойства этих аминокислот (полярность, заряд).

2. Сделайте вывод о причине снижения растворимости HbS и нарушении транспорта кислорода в ткани.

Задача № 1.6

На рисунке представлена схема строения белка, имеющего центр связывания с лигандом (активный центр). Объясните, почему белок обладает избирательностью в выборе лиганда.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое активный центр белка, и рассмотрите строение активного центра белка, представленного на рисунке;

2. Формулы радикалов аминокислот, входящих в состав активного центра;

3. Нарисуйте лиганд, который мог бы специфически взаимодействовать с активным центром белка. Укажите на нем функциональные группы, способные образовать связи с радикалами аминокислот, входящих в состав активного центра;

4. Укажите типы связей, возникающих между лигандом и радикалами аминокислот активного центра;

5. Объясните, на чем основана специфичность взаимодействия белка с лигандом.

Задача № 1.7

На рисунке представлен активный центр белка и несколько лигандов.

Определите, какой из лигандов с наибольшей вероятностью будет взаимодействовать с активным центром белка и почему.

Какие типы связей возникают в процессе образования комплекса «белок - лиганд»?

Задача № 1.8

Структурные аналоги естественных лигандов белков могут использоваться в качестве лекарственных препаратов для изменения активности белков.

Ацетилхолин — медиатор передачи возбуждения в нервно-мышечных синапсах. При взаимодействии ацетилхолина с белками — рецепторами пост-синаптической мембраны скелетных мышц происходит открытие ионных каналов и мышечное сокращение. Дитилин — лекарство, применяемое при некоторых операциях для расслабления мышц, так как он нарушает передачу нервного импульса через нервно-мышечные синапсы.

Объясните механизм действия дитилина как миорелаксирующего препарата. Для обоснования ответа вспомните:

1. Напишите формулы ацетилхолина и дитилина и сравните их структуры;

2. Опишите механизм расслабляющего действия дитилина.

Задача № 1.9

При некоторых заболеваниях у больного повышается температура тела, что рассматривают как защитную реакцию организма. Однако высокие температуры губительны для белков организма. Объясните, почему при температуре выше 40°С нарушается функция белков и возникает угроза для жизни человека.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Строение белков и связи, удерживающие его структуру в нативной конформации.

2. Как меняется структура и функция белков при повышении температуры?

3. Что такое гомеостаз и почему он важен для поддержания здоровья человека?

Задача № 1.10

Сродство гемоглобина к О₂ зависит от концентрации его лиганда 2,3-бифосфо-глицерата, который является аллостерическим регулятором сродства гемоглобина к О₂. Почему взаимодействие лиганда в участке, удаленном от активного центра, влияет на функцию белка? Как 2,3-БФГ регулирует сродство гемоглобина к О₂?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Где и из чего синтезируется 2.3-бифосфоглицерат (2,3-БФГ)? Напишите его формулу, укажите заряд данной молекулы.

2. С какой формой гемоглобина (окси или дезокси) взаимодействует БФГ и почему? В каком участке молекулы гемоглобина происходит взаимодействие?

3. В каком направлении протекает процесс, представленный на схеме

а) в капиллярах тканей;

б) в капиллярах легких?

4. Где должна быть более высокой концентрация комплекса Нb-2,3-БФГ:

а) в капиллярах мышц, находящихся в состоянии покоя,

б) в капиллярах работающих мышц (при условии одинаковой концентрации БФГ в эритроцитах)?

5. Как изменится сродство гемоглобина к кислороду при адаптации человека к условиям высокогорья, если концентрация БФГ в эритроцитах при этом повышается? В чем физиологическое значение этого явления?

Задача № 1.11

Разрушение 2,3-БФГ при хранении консервированной крови нарушает функции гемоглобина. Как изменится сродство гемоглобина к О₂ в консервированной крови, если концентрация 2,3-БФГ в эритроцитах может уменьшатся с 8 до 0,5 ммол/л.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Можно ли переливать такую кровь тяжелобольным пациентам, если концентрация 2,3-БФГ восстанавливается не ранее чем через трое суток?

2. Можно ли добавлением в кровь 2,3-БФГ восстановить функции эритроцитов?

Задача № 1.12

Как суммарный заряд белка влияет на его растворимость? Определите суммарный заряд пептида при рН 7 Ала-Глу-Тре-Про-Асп-Лиз-Цис.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Как изменится заряд этого пептида при рН >7, рН <7, рН «7?

2. Что такое изоэлектрическая точка белка (ИЭТ)?

3. В какой среде лежит ИЭТ данного пептида?

4. При каком значении рН будет наблюдаться наименьшая растворимость данного пептида?

Задача № 1.13

Как объяснить, что белок молока казеин при кипячении сворачивается (выпадает в осадок), если молоко кислое?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое растворимость белков, чем она обусловлена?

2. Что такое изоэлектрическая точка белка?

3. Как меняются свойства белков в изоэлектрической точке?

Задача № 1.14

Укажите суммарный заряд (–, 0 или +) для глицина, аспарагиновой кислоты, лизина и гистидина при рН 1, 2, 4, 6, 10. Изоэлектрические точки глицина – 6, аспарагиновой кислоты – 3, лизина – 10, гистидина – 4.

Задача № 1.15

Смесь глицина, аланина, глутаминовой кислоты, лизина, аргинина и серина разделяли методом электрофореза на бумаге при рН 6. Какие соединения двигались: а) к аноду; б) к катоду; в) оставались на месте? Изоэлектрические точки аланина – 6, глутаминовой кислоты – 3, аргинина – 11, серина – 6, остальных аминокислот – см. предшествующую задачу.

Задача № 1.16

Укажите, какие из приведенных ниже пептидов обладают одинаковой по специфичности физиологической активностью:

а) цис–тир–илей–глу–асп–цис–про–лей–гли;

б) цис–тир–фен–глу–асп–цис–про–арг–гли;

в) цис–тир–фен–глу–асп–цис–про–лиз–гли.

Обоснуйте свой ответ.

Задача № 1.17

Определите, будут ли отличаться по свойствам белки, у которых различия первичной структуры локализованы в следующих фрагментах:

вал–гис–лей–тре–про–глу–глу–лиз;

вал–гис–лей–тре–про–вал–глу–лиз.

Обоснуйте свой ответ.

Задача № 1.18

Ниже приведена последовательность аминокислотных остатков в так называемой шарнирной области тяжелой цепи иммуноглобулина класса G.

три–цис–сер–лиз–про–тре–цис–про–про–про–глу–лей–лей–глу–глу–про–сер–вал–фен–илей–фен–лиз–про–про–про–лиз–асп–тре–илей–мет–илей.

Для обоснования ответа вспомните:

1. В этом участке легче, чем в других, происходит изгиб?

2. В этом участке легче, чем в других, цепь гидролизуется протеолитическими ферментами. Чем это обусловлено?

Задача № 1.19

При построении модели молекулы миоглобина, на основании данных рентгеноструктурного анализа установлено, что 1) каждый из четырех остатков пролина расположен в местах сгиба полипептидной цепи, 2) полипептидная цепь миоглобина образует очень компактный клубок, 3) почти все полярные R-группы расположены на внешней поверхности клубка, причем все они находятся в гидратированном состоянии, 4) большая часть гидрофобных R-групп расположена внутри клубка и таким образом экранирована от диполей воды.

Какие из указанных ниже аминокислот почти всегда находятся на внешней поверхности миоглобина и других глобулярных белков, какие – внутри глобулы и какие могут находиться как внутри, так и на поверхности глобулярных белков?

Аланин, аргинин, аспарагин, аспарагиновая кислота, валин, гистидин, глицин, глутамин, глутаминовая кислота, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, пролин, тирозин, серин, треонин, триптофан, фенилаланин, цистеин.

Задача № 1.20

Каплю раствора, содержащего смесь аминокислот гли, ала, глу, арг, гис 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.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните классификацию аминокислот.

2. Вспомните, что такое изоэлектрическая точка аминокислот.

Задача № 1.21

Трипептид, выделенный из токсина змей, состоит из трех незаменимых аминокислот – серусодержащей, гетероциклической и гидроксилсодержащей. Напишите этот трипептид и определите его изоэлектрическую точку.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните классификацию аминокислот.

2. Какие аминокислоты называются незаменимыми?

3. Что такое изоэлектрическая точка?

Задача № 1.22

Молекула карбоксипептидазы, последовательно отщепляющая С–концевые остатки аминокислот от пептидов, состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 307 аминокислотных остатков. Три главные каталитические группы в активном центре – это аргинин, тирозин и глутаминовая кислота, находящиеся в 145, 248 и 270 положениях соответственно. Объясните, каким образом эти три аминокислоты, расположенные далеко в полипептидной цепи, на значительном расстоянии друг от друга (более 15 нм), катализируют реакцию в участке субстрата, занимающем пространство размерами в несколько десятых долей нанометра. Для чего ферменту необходимо иметь более 300 аминокислотных остатков, если в процессе гидролиза участвуют только 3 из них?

Задача № 1.23

При нагревании раствора фермента со временем он постепенно утрачивает каталитическую активность. Это обусловлено разворачиванием молекулы нативного фермента. При инкубации раствора гексокиназы в течение 12 минут при 45°С фермент теряет 50% активности, но если гексокиназу инкубировать в течение 12 минут при 45°С в присутствии высокой концентрации глюкозы, то она утрачивает только 3% активности. Объясните, почему тепловая денатурация гексокиназы замедляется в присутствии глюкозы.

Задача № 1.24

Скорость гидролиза пептидов лейцинаминопептидазой зависит от природы аминокислотного радикала на N-конце пептида; она увеличивается в последовательности Н<СНз<С2Н5<С3Н7<С4Н9. Наличие в радикале таких групп, как –СООН, –NН2, –ОН, снижает скорость гидролиза.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Каков характер взаимодействий между субстратом и комплементарной ему областью активного центра фермента?

2. Какое влияние, активирующее или ингибирующее, должны оказывать на такой фермент алифатические спирты, если верно Ваше заключение о характере взаимодействия фермента и субстрата?

Задача № 1.25

В присутствии низкомолекулярного продукта скорость реакции замедлилась.

Концентрация субстрата, мм: 2,0 3,0 4,0 10,0 15,0

Скорость образования продукта

без модулятора реакции 139 179 213 313 370

в присутствии модулятора 88 121 149 257 313

Определите, является ли низкомолекулярный продукт конкурентным или неконкурентным ингибитором.

Задача № 1.26

Салицилат ингибирует каталитическое действие глутаматдегидрогеназы.

Концентрация субстрата, мм: 1,5 2,0 3,0 4,0 8,0 16,0

Скорость образования продукта

в отсутствии салицилата 0,21 0,25 0,28 0,33 0,44 0,45

в присутствии салицилата 0,08 0,10 0,12 0,13 0,16 0,18

Определите, является ли ингибирование конкурентным или неконкурентным. Сравните структурные формулы глутамата и салицилата. Подтверждает ли это сравнение Ваш ответ?

Задача № 1.27

Каплю раствора, содержащего смесь аминокислот гли, ала, глу, арг, гис 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.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните классификацию аминокислот.

2. Вспомните, что такое изоэлектрическая точка аминокислот.

Задача № 1.28

Трипептид, выделенный из токсина змей, состоит из трех незаменимых аминокислот – серусодержащей, гетероциклической и гидроксилсодержащей. Напишите этот трипептид и определите его изоэлектрическую точку.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните классификацию аминокислот.

2. Какие аминокислоты называются незаменимыми?

3. Что такое изоэлектрическая точка?

Задача № 1.29

Дано три группы белков:

		Б1	Б2	Б3	Б4
А М.м.	рI	40000 7	90000 7	90000 5	150000 9
Б М.м.	рI	80000 5	120000 6	120000 7	120000 9
В М.м.	рI	50000 7	50000 9	150000 9	300000 7

Как разделить белки соответствующей группы, используя только высаливание и центрифугирование (для удаления осадка). При прочих равных условиях растворимость белка зависит только от молекулярной массы.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните принцип центрифугирования.

2. Что такое высаливание?

3. Что такое изоэлектрическая точка?

Задача № 1.30

Чем объяснить возможное снижение растворимости белков при отщеплении от них пептидов (как в случае с фибриногеном)?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните, что такое изоэлектрическая точка белка, и как меняются свойства белков в изоэлектрической точке.

2. Что такое растворимость белков, чем она обусловлена?

Задача № 1.31

По данным количественного аминокислотного анализа в сывороточном альбумине содержится 0,58% триптофана, молекулярная масса которого равна 204. Рассчитайте минимальную молекулярную массу альбумина.

Для обоснования ответа и выполнения расчетов вспомните:

1. Вспомните, что такое альбумины.

2. К какой группе аминокислот относится триптофан?

Задача № 1.32

Олигопептид, выделенный из мозга животного, имеет последовательность глу-гис-три-сер-тир-гли-лей-арг-про-гли. Определите суммарный заряд молекулы при рН 3,0; 5,5; 11,0. В какой области рН лежит изоэлектрическая точка пептида?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Классификацию аминокислот.

2. Что такое олигопептиды?

3. К каким группам относятся перечисленные аминокислоты?

Задача № 1.33

Студент получил задание – охарактеризовать активный центр 3 ферментов Е₁, Е₂, Е₃. Для этого он использовал вещества: диизопропилфторфосфат (ДФФ) и монойодуксусную кислоту, а также субстраты этих ферментов. Проведя свои опыты, студент сделал вывод, что Сер присутствует в активном центре ферментов Е₁ и Е₂, а в активном центре Е₁, Е₃ и Е₂ он определил наличие аминокислотного остатка Цис. Оцените достоверность результатов, полученных студентом.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Почему в работе студент использовал ДФФ и монойодуксусную кислоту; представьте схемы, объясняющие механизм их взаимодействия с ферментом;

2. Как студент мог определить активность ферментов; укажите, в каких единицах измеряется активность ферментов.

Задача № 1.34

В 1935 г. немецкий врач Г. Домагк обнаружил противомикробное действие протонзила (красного стрептоцида), синтезированного в качестве красителя. Вскоре было установлено, что «действующим началом» красного стрептоцида служит образующийся при его метаболизме сульфаниламид (стрептоцид), от которого произошла большая группа сульфаниламидных препаратов.

Бактериостатическое действие сульфаниламидов связано с тем, что они замещают парааминобензойную кислоту (ПАБК) в активном центре фермента дигидроптеоратсинтазы в процессе синтеза бактериями фолиевой кислоты, необходимой для образования нуклеотидов, т.е. сульфаниламиды – псевдосубстраты. Нарушение синтеза нуклеотидов и, следовательно, нуклеиновых кислот вызывает изменения роста и развития микроорганизмов.

В организме человека фолиевая кислота не синтезируется, а поступает с пищей, как витамин.

Объясните механизм антибактериального действия сульфаниламидов.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Как называется такой тип ингибирования? Благодаря чему он возможен (сравните химические структуры сульфаниламидов и ПАБК)?

2. Как такие ингибиторы влияют на К_м и V_max-реакции?

3. Почему сульфаниламиды неэффективны в средах, где много ПАБК (например, там, где находится гной)?

4. Почему при лечении обычно назначают сразу «ударную» дозу сульфаниламидов?

5. Будут ли сульфаниламиды влиять на усвоение фолиевой кислоты человеком?

Задача № 1.35

Сукцинатдегидрогеназа катализирует превращение

НOOC-CH₂-CH₂-COOН + ФАД⁺ → НООС-СН=СН-СООН + ФАДН₂

Малонат является конкурентным ингибитором сукцинатдегидрогеназы. Диметиловый эфир малоната не ингибирует фермент. Каков результат взаимодействия субстрата и фермента?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Структурные формулы сукцината, малоната и диметилового эфира малоната.

3. Какие участки молекулы сукцината и малоната вступают во взаимодействие с субстратным центром сукцинатдегидрогеназы?

4. За счет каких связей может осуществляться такое взаимодействие?

5. Могут ли возникнуть такие связи между субстратным центром фермента и диметиловым эфиром малоната?

Задача № 1.36

Трансаминаза катализирует реакцию переноса аминогруппы от глутамина на оксалоацетат. Коферментом этого каталитического процесса является фосфопирироксидаль. Рассчитайте величину Км для комплекса апофермент – фермент, исходя из приведенных ниже данных, полученный результат сравните как менялась, а все остальные условия, и в частности концентрация глутамата и оксалоацетата, оставались постоянными.

Скорость исчезновения глутамата 0,17 0,27 0,43 0,65 0,78 0,81

Количество ФП в смеси, мкМ 0,30 0,50 1,0 2,0 4,0 10,0

Для обоснования ответа вспомните:

1. Нарисуйте на миллиметровой бумаге прямоугольную систему координат и отложите на оси абсцисс величины обратные количеству ФП (I/ФЛ), а по оси ординат - величины обратные скорости исчезновения глутамата (I/V ).

2. Покажите на графике зависимость между I/ФП и I/V. Какую она имеет форму?

3. Чему численно равны отрезки, отсекаемые на осях абсцисс и ординат линией, выражающей зависимость между I/ФП и I/V ?

Задача № 1.37

Водно-солевой экстракт, полученный из гомогената сердца кролика окисляют малонат, мезотартрат и оксибутират. Окисление всех субстратов сопровождается восстановлением.

В результате этого были получены следующие данные:

при окислении малоната Кm – 0,3 мл, Vmax - 0,182 ед 0П/мин;

при окислении мсзотартрата Км -0,9 мМ, Vmax - 0,00182 ед OП/мин;

при окислении оксибутирата Km - 3 мМ, Vmax - 0,0118 ед OП/мин.

Для исследования одновременного окисления двух субстратов готовили четыре смеси. Состав смесей, а также скорость восстановления НАД (рассчитанная по уравнению Михаэлиса-Ментен и определенная в опыте) представлены в таблице:

Малат, мМ	0,1	0,2	0,1	0,2
Мезотартрат, мМ	2,0	1,0	-	-
Оксибутират, мМ	-	-	10,0	5,0
V , рассчитанная	0,046	0,074	0,054	0,080
V , определенная	0,019	0,046	0,054	0,080

Сколько дегидрогеназ экстракта участвует в окислении субстратов? Сопоставьте полученные данные со структурой использованных субстратов и сделайте вывод о специфичности действия ферментов экстракта.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Формулу уравнения Михаэлиса-Ментен.

2. В каком случае V окисления НАД+, определенная в опыте будет меньше V, рассчитанной по уравнению Михаэлиса-Ментен при конкуренции двух субстратов за фермент или при отсутствии такой конкуренции?

Задача № 1.38

Возможны 3 варианта соотношений Кm фермента и физиологической концентрации специфического для него субстрата (S) в клетке:

1. Km « (S),

2. Km = (S)

3. Km » (S)

Охарактеризуйте зависимость между концентрацией субстрата и скоростью его ферментативного превращения при каждом из этих вариантов.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Нарисуйте графики Михаэлиса-Ментен для каждого из этих вариантов, указав на них диапазон физиологических концентраций субстрата.

1. Покажите, на какую величину изменится скорость ферментативного процесса при изменении концентрации субстрата от минимальных до максимальных величин.

2. Каково насыщение фермента субстратом в каждом из указанных вариантов?

Задача № 1.39

Фосфорилирование глюкозы в печени катализируется двумя ферментами – гексокиназой с Km для глюкозы равной 10^-5м и глюкокиназой с Km для глюкозы равной 2*10^-2м. Какой из этих ферментов принимает участие в регуляции интенсивности фосфорилирования глюкозы в печени, если концентрация глюкозы в крови воротной вены после приема углеводной пищи равна примерно 10^-2м? Обоснуйте ответ.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Как будет изменяться скорость реакции в случае увеличения

1. Km « (S),

2. Km = (S)

3. Km » (S)

2. Какую реакцию катализируют эти ферменты?

3. Что такое константа Михаэлиса?

4. В каких тканях работает глюкокиназа и гексокиназа?

Задача № 1.40

Зависимость скорости реакции, катализируемой транскарбоксилазой, от концентрации субстрата выражается кривой, имеющей сигмовидную форму. После обработки фермента солями ртути каталитическая активность увеличивается примерно в 4 раза, а кривая зависимости V=(S) приобретает форму гиперболы. Какие выводы о структурных и внутримолекулярных взаимодействиях фермента можно сделать?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Для каких ферментов характерна сигмовидную форма зависимости V=(S) ?

2. Нарисуйте кривые, иллюстрирующие приведенные данные.

Задача № 1.41

Глутаматдекарбоксилаза катализирует реакцию:

В₆

Глутаминовая кислота → ГАМК + СО₂

Для обоснования ответа вспомните:

1. По изменению концентрации каких веществ можно охарактеризовать активность фермента?

2. Как можно увеличить скорость данной реакции?

Задача № 1.42

Фермент трипсин способен расщеплять пептидные связи белков. Почему обработка трипсином приводит к инактивации многих ферментов?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое ферменты?

2. К какому классу ферментов относится трипсин?

Задача № 1.43

Ингибитор снижает активность фермента до 30% от исходного уровня. Повышение концентрации субстрата катализируемой реакции восстанавливает 80% активности фермента. К какому типу относится данный ингибитор?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните типы ингибирования.

2. Действие какого ингибитора зависит от концентрации субстрата?

Задача № 1.44

О чем может свидетельствовать резкое повышение в крови активности аспартатаминотрансферазы (АСТ), если известно, что этот фермент локализован преимущественно в сердце?

Для обоснования ответа вспомните:

1. К какому классу относится АСТ?

2. Почему при патологии в крови повышается активность внутриклеточных ферментов?

Задача № 1.45

Высокие концентрации субстрата могут ускорять собственную утилизацию. За счёт чего это происходит?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое субстрат?

2. Что такое ферментативные цепи?

3. Каковы основные принципы регуляции ферментативных цепей.

Задача № 1.46

Полипептиды трасилол (контрикал), гордокс используются как лекарственные препараты при панкреатите. На чем основано их действие?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое ингибиторы?

2. Какие типы ингибирования вам известны?

Задача № 1.47

Протеолитические ферменты и дезоксирибонуклеазы используют для лечения гнойных ран. На чем основано их применение?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Какие реакции катализируют эти ферменты?

2. Как изменится вязкость гнойного содержимого, если она зависит от концентрации макромолекул в его составе?

3. Можно ли в этих целях использовать пепсин, коллагеназу и гиалуронидазу?

Задача № 1.48

Фермент триглицеринлипаза в жировой ткани может находиться в двух формах с различной активностью: в виде простого белка и фосфопротеина.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Объясните, каким путем одна форма фермента переходит в другую?

2. Почему этот переход сопровождается изменением активности фермента?

Задача № 1.49

Оптимальными условиями действия амилазы – фермента, расщепляющего крахмал, являются рН=6,8; температура 37ºС.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Как изменится активность фермента при изменении условий реакции?

2. Укажите причину изменений.

а) рН инкубационной среды =5;

б) температура инкубации 70ºС;

в) при добавлении в инкубационную среду СuS0₄;

г) при увеличении концентрации крахмала в присутствии СuS0₄ в инкубационной среде.

Задача № 1.50

В среде находится аллостерический фермент и его ингибитор. В результате специфической обработки (не влияющей на третичную структуру) фермент диссоциирует на субъединицы. Изменится ли при этом его активность? Если да, то как?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что представляет собой третичная и четвертичная структуры белка?

2. Что такое аллостерический фермент?

3. Что такое аллостерический ингибитор?

Задача № 1.51

Сравните специфичность действия двух групп пептидаз – пищеварительного тракта и свертывающей системы крови. В каком случае специфичность выше?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое пептидазы, к какому классу они относятся?

2. Что такое специфичность фермента?

Задача № 1.52

При некоторых заболеваниях рекомендуется применять ингибиторы пептидаз. Почему при пониженной свертываемости крови это не рекомендуется?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое пептидазы?

2. Что такое ингибиторы?

Задача № 1.53

Раствор, содержащий высокомолекулярные вещества различной природы (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты), проявляет каталитическую активность по отношению к какой-либо определенной реакции. 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. Какие из свойств служат прямым доказательством белковой природы катализатора?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое фермент?

2. Чем отличаются действия органических и неорганических катализаторов?

Задача № 1.54

Зерна в свежесобранных початках кукурузы сладкие из-за большого содержания в них глюкозы. Чем дальше от момента сбора, тем менее сладкими становится 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 потом охлаждают. Как объяснить смысл такой обработки?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Что такое фермент?

2. Как зависит активность ферментов от температуры?

Задача № 1.55

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 обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните и напишите формулы АТФ и цАМФ, какая из них имеет отрицательный заряд?

2. Вспомните строение протеинкиназы, чем отличаются регуляторные субъединицы от каталитических?

Задача № 1.56

Фермер использовал инсектицид хлорофос для обработки картофельного поля. У него появились признаки отравления: головная боль, тошнота, галлюцинации. Известно, что хлорофос является фосфорорганическим соединением, которое действует на ацетилхолинэстеразу. Почему он токсичен?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Как действуют фосфорорганические соединения на ацетилхолинэстеразу?

2. В каком участке фермента присоединяются фосфорорганические соединения?

Задача № 1.57

В таблице приведена скорость ферментативной реакции при разных концентрациях субстрата без ингибитора (О) и в присутствии двух ингибиторов (I₁ и I₂).

[S], мМ		1	2	3	5	10	20	30
ν мкг/ мин	0	30	55	65	80	110	110	110
	I1	15	28	38	55	80	110	110
	I2	27,5	32,5	40	55	55	55	55

Определите, какой из ингибиторов является конкурентным, а какой – аллостерическим?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Какие типы ингибирования вам известны?

2. Чем они отличаются друг от друга?

Задача № 1.58

В сыворотке крови человека содержится 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, что связано с его использованием для диагностики рака предстательной 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?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Какую реакцию катализируют кислые фосфатазы?

2. Что такое специфичность действия ферментов?

3. Что такое изоферменты, чем они отличаются друг от друга?

Задача № 1.59

Ферментами аденилатциклазной системы являются: аденилатциклаза, фосфодиэстераза, протеинкиназа, протеинфосфатаза. К какому классу относятся выше названные ферменты?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Вспомните классификацию ферментов.

2. Что лежит в основе классификации ферментов?

3. Какую реакцию катализирует каждый из названных ферментов?

Задача № 1.60

В скелетные мышцы глюкоза проникает медленно, и её концентрация в них низкая – около 0,01 – 0,1 мМ. Почему для активации глюкозы в этих условиях предпочтительней фермент гексокиназа, а не глюкокиназа?

Для обоснования ответа вспомните:

1. Какую реакцию катализируют эти ферменты?

2. Что такое константа Михаэлиса?

3. В каких тканях работает глюкокиназа?

Задача № 1.61

В клетках жировой ткани переключение метаболических процессов с анаболических на катаболические происходит в зависимости от ритма питания. Важное значение в регуляции этого переключения играют гормоны, регулирующие активность ключевых ферментов путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Дополните схему регуляции активности ключевого фермента распада жира, если известно, что этот фермент (ТАГ-липаза) активен в фосфорилированной форме, а неактивен в дефосфорилированной форме.

Рис. Регуляции активности ТАГ-липазы

Для обоснования ответа вспомните:

1. Перепишите схему в тетрадь и укажите названия ферментов, вызывающих фосфорилирование и дефосфорилирование белков (впишите их название в прямоугольники);

2. Назовите класс этих ферментов;

3. Запишите дополнительные субстраты и продукты, участвующие в этих реакциях (впишите их названия в квадраты);

4. Сделайте вывод о роли гормонов в регуляции метаболизма клетки.

Задача № 1.62

Аспарагиназа, катализирующая реакцию катаболизма аспарагина, нашла применение для лечения лейкозов. Предпосылкой антилейкемического действия аспарагиназы послужил факт выявления в лейкозных клетках дефектного фермента синтеза аспарагина - аспарагинсинтетазы. Обоснуйте лечебное действие аспарагиназы.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Напишите реакции, катализируемые ферментами аспарагинсинтетазой и аспарагиназой;

2. Укажите классы, к которым относятся эти ферменты;

3. Сделайте вывод о концентрации Асн в опухолевых клетках при использовании аспарагиназы;

4. Объясните, почему применение аспарагиназы снижает скорость роста опухолевой ткани.

Задача № 1.63

В клетках человека метаболический путь синтеза пуриновых нуклеотидов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот, начинается с молекулырибозо-5-фосфата. В процессе синтеза на определенном этапе этот процесс разветвляется и заканчивается образованием двух пуриновых нуклеотидов АМФ и ГМФ (рис.).

Рис. Схема образования в клетке пуриновых нуклеотидов.

Для образования эквимолярных соотношений этих нуклеотидов в клетке действует многоступенчатая регуляция нескольких ключевых ферментов по механизму отрицательной обратной связи. Так, при избытке образования АМФ замедляется образование аденилосукцината, а при избытке ГМФ — ксантозинмонофосфата. В то же время, если оба эти нуклеотида не расходуются, замедляется образование фосфорибозилдифосфата. Предположите, какие ферменты метаболического пути синтеза пуриновых нуклеотидов являются регуляторными.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Определения: «метаболический путь» и «ключевые ферменты метаболического пути»;

2. Предположите, какие из ферментов, представленных на рис., являются регуляторными;

3. Укажите механизм регуляции этих ферментов, их локализацию в метаболическом пути и особенности строения;

4. Назовите, какие соединения и для каких ферментов являются эффекторами;

5. Обоснуйте понятие регуляции «по механизму отрицательной обратной связи».

Задача № 1.64

К психиатру обратились 2 пациента страдающих депрессивными расстройствами. Известно, что причиной возникновения депрессий у человека в ряде случаев является нехватка нейромедиаторов в синаптической щели. Также в мозге находятся ферменты группы моноаминооксидаз (МАО), которые разрушают медиаторы, выброшенные в синаптическую щель. Первому пациенту был назначен пирлиндол, который является структурным аналогом медиатора серотонина. Второму — ниаламид, который способен ковалентно связываться с активным центром МАО. Объясните механизмы действия этих препаратов и укажите, у какого пациента, скорее всего, более быстро проявится эффект от применения лекарства.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Охарактеризуйте влияние этих препаратов на МАО, укажите разницу в механизмах взаимодействия с этим ферментом;

2. Приведите схему ингибирования МАО пирлиндолом и ниаламидом;

3. Основываясь на механизме ингибирования этих препаратов, объясните какой из них будет иметь более длительное влияние на организм и почему.

Задача № 1.65

В последнее время участились случаи использования метанола для изготовления технических жидкостей, используемых в средствах по уходу за автотранспортом, в том числе в составе стеклоомывающих средств. Главная опасность метилового спирта, или метанола, — использование его в качестве суррогатного алкоголя, что приводит к летальному исходу. Так, по данным Научно-практического токсикологического центра Росздрава, доля больных, отравившихся метанолом, составляет от 0,1 до 0,5% всех госпитализированных. Объясните причину токсического действия метанола и способ оказания медицинской помощи, если известно, что метанол ингибирует активность фермента ацетальдегиддегидрогеназы, участвующего в катаболизме этанола, что вызывает накопление ацетальдегида.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Напишите реакции окисления этанола, учитывая, что окисление происходит в два этапа с образованием промежуточного соединения — ацетальдегида; конечным продуктом является уксусная кислота; коферментом обеих реакций является NAD+;

2. Напишите структурную формулу метанола и укажите механизм ингибирования активности фермента;

3. Предложите способ лечения в случаях отравления метанолом.

Задача № 1.66

В старину итальянские дамы закапывали сок красавки в глаза, при этом зрачки расширялись и глаза приобретали особый блеск. Сейчас известно, что подобный эффект вызван алкалоидом атропином, содержащимся во многих растениях: красавке, белене, дурмане. Объясните механизм действия атропина.

Для обоснования ответа вспомните:

1. Назовите рецепторы, ингибитором которых является атропин, укажите типы рецепторов и последовательность событий при попадании в глаза атропина;

2. Где в медицине используют атропин и лекарственные препараты с аналогичным действием;

3. Какие меры можно предпринять в случае передозировки атропина?

4. Обоснуйте возможные пути повышения концентрации ацетилхолина и объясните необходимость этого действия.

Задача № 1.67

Применение больших доз кофеина вызывает у людей симптомы, сходные с действием адреналина: увеличение частоты сердечных сокращений; расширение бронхов, возбуждение, изменение метаболизма в тканях, депонирующих энергоносители. Объясните механизм действия кофеина, имея в виду, что он является конкурентным ингибитором фермента фосфодиэстеразы (ФДЭ), ответственного за распад цАМФ:

Для обоснования ответа вспомните: