Ферменты

а. Постройте график зависимости активности фермента от температуры:
Вариант 1
температура, °С
0
20 40
60
80 100
активность (МЕ)
2
90 180 110
5
0
Объясните характер кинетической кривой. Какие изменения следует внести в график, если:
- раствор фермента разбавлен в 2 раза;
- рН раствора смещен в сторону кислых значений.
б. Какие реактивы потребуются для измерения активности фермента аланин: 2оксоглутарат аминотрансферазы (аланинаминотрансферазы)? Напишите уравнение
реакции.
в. Предположите, какой принцип положен в основу диагностики заболеваний органов
человека с помощью определения активности ферментов в крови. Почему, выявляя
активность некоторых ферментов в крови, можно поставить диагноз больному (например,
инфаркт миокарда, гепатит и т.п.)? Приведите примеры таких ферментов.
г. Сохранение сладкого вкуса кукурузы. Сладкий вкус зёрен в свежесобранных початках
кукурузы обусловлен высоким содержанием в них сахара. Кукуруза, которую продают
через несколько дней после сбора, имеет более низкую сахаристость, так как около
половины свободного сахара в зёрнах превращается в крахмал в течение одного дня
хранения. Чтобы сохранить сладкий вкус свежесобранной кукурузы, очищенные початки
помещают на несколько дней в кипящую воду (бланшируют), а затем охлаждают в
холодной воде. Кукуруза, обработанная таким образом и хранящаяся в замороженном
виде, сохраняет свой сладкий вкус. В чём, по Вашему мнению, биологическая основа
такой технологии?
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B1, B5 (PP), H, K, B12, B6.
- является предшественником кофермента лактатдегидрогеназы;
- первый из открытых витаминов; является предшественником кофермента
пируватдекарбоксилазы; его недостаток приводит к болезни бери-бери (нервные
нарушения, полиневрит, паралич);
- участвует в реакции превращения ацетил-CoA в малонил-CoA; при его недостатке
нарушается биосинтез жирных кислот;
- к недостатку витамина особенно чувствительна кроветворная ткань, поскольку в
ней интенсивно протекают процессы трансметилирования; авитаминоз приводит к
анемии (недостаток эритроцитов в крови);
- способствует превращению одних аминокислот в другие, являясь коферментом
аминотрансфераз;
- участвует в синтезе протромбина; при его недостатке нарушается свёртывание
крови.
а. Постройте график зависимости активности фермента от рН среды:
рН среды
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0
активность (МЕ) 5 30 70 90 40 20 10
Вариант 2
Приведите пример фермента, обладающего таким аномальным свойством? Объясните
характер зависимости активности ферментов от pH среды.
б. Какие реактивы потребуются для измерения активности фермента лактат: NAD+ —
оксидоредуктазы (лактатдегидрогеназы)? Напишите уравнение реакции.
в. Человеку с пищей попала соль свинца, и его самочувствие ухудшилось.
Предположите механизм отравления? Как, по Вашему мнению, можно уменьшить
токсический эффект?
г. Современные моющие средства (например, стиральные порошки) состоят не только
из поверхностно-активных веществ (аналогов мыла), удаляющих загрязнения, но
содержат добавки ферментов. Предположите, какие типы ферментов могли бы быть
улучшать качества стиральных порошков. Применив Ваши знания о факторах, от
которых зависит активность ферментов, дайте рекомендации об оптимальных для стирки
условиях (в первую очередь - температуре) и поясните их.
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B3, B5 (PP), B6, C, Bc (B9).
-
-
-
-
является коферментом в реакции гидроксилирования пролина при синтезе
коллагена; повышает эластичность сосудов и капилляров; им богата растительная
пища, особенно шиповник;
является предшественником кофермента ацилтрансфераз; в его состав входит 2,4диокси-3,3-диметилмасляная кислота и -аланин;
является предшественником коферментов дегидрогеназ и необходим для
окисления спиртов, альдегидов и аминокислот; при его недостатке развивается
болезнь пеллагра (дерматит, деменция, диарея);
его активная форма является коферментом в реакциях переноса одноуглеродных
групп; при его недостатке у человека развивается анемия (недостаток
эритроцитов в крови);
его активная форма содержит альдегидную группу и способна присоединять к
себе аминогруппу от аминокислот, катализируя реакцию трансаминирования по
механизму «пинпонга».
а. Изобразите график зависимости активности фермента от рН среды:
рН среды
активность (МЕ)
6,0
20
7,0
80
8,0
90
9,0
50
10,0
20
Вариант 3
11,0
10
Какие ферменты, обладают таким свойством?
б. Какие реактивы потребуются для измерения активности фермента аланин: 2оксоглутаратаминотрансферазы? Напишите уравнение реакции.
в. У больного не выделяется соляная кислота в желудке (следовательно, фермент пепсин
(pHопт 1,5) неактивен). Предложите способ улучшения работы пепсина после приема пищи
у данного больного?
г. Ферменты гексокиназа и глюкокиназа катализируют одну и ту же реакцию –
фосфорилирование глюкозы и превращение её в глюкозо-6-фосфат. Для печени (в которой
глюкоза запасается) характерен в основном изофермент глюкокиназа, а для остальных
органов и тканей (например, мышц и мозга) – глюкокиназа. Используя рисунок,
иллюстрирующий кинетичесткие свойства данных изоферментов, ответьте на вопросы:
- у какого изофермента сродство к глюкозе выше?
- во сколько раз примерно увеличивается скорость фосфорилирования глюкозы под
действием глюкокиназы в печени после еды, когда концентрация глюкозы в крови
повысится от 5 до 10-12 мМ. Изменяется ли при этих условиях скорость реакции с
участием гексокиназы?
- предположите,какое физиологическое значение имеет различие в свойствах
изоферментов, фосфорилирующих глюкозу?
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B2, C, Bc (B9), A, D, K.
- является антиоксидантом; стимулирует синтез коллагена в соединительной ткани;
его недостаток в итоге привод к болезни цинге;
- его активная форма является коферментом дегидрогеназ, например,
сукцинатдегидрогеназы;
- активирует биосинтез Ca2+-связывающего белка; стимулирует отложение кальция в
костной ткани; при его недостатке в детском возрасте возникает болезнь рахит;
- в состав молекулы входят глутаминовая и пара-аминобензойная кислоты; активная
форма является коферментом в реакциях переноса одноуглеродных групп;
необходим для синтеза азотистых оснований ДНК и РНК и, следовательно, деления
клеток;
- входит в состав сложного белка родопсина в палочках сетчатки; его недостаток
приводит к заболеванию куриная слепота (нарушение сумеречного зрения);
провитамином является -каротин (особенно богата морковь);
- при авитаминозе возможны кровоизлияния.
Вариант 4
а. Нарисуйте графики зависимости активности двух катализаторов от температуры,
используя следующие данные:
Температура
активность катализатора (МЕ)
активность катализатора (МЕ)
10
30
5
20
50
10
30
80
20
40
160
30
50
190
45
60
180
65
70
50
100
80
10
150
90
0
230
100
0
350
Какой из них является ферментом? Объясните Ваш ответ.
б. Какие реактивы потребуются для измерения активности
оксоглутаратаминотрансферазы? Напишите уравнение реакции..
аспартат:
2-
в. Для улучшения очистки гнойной раны был использован порошок протеолитических
ферментов трипсина и химотрипсина (pHопт около 7,5). Однако эффект оказался
небольшим. Вскоре ошибка была понята, и коррекция метода лечения дала отличные
результаты. В чем состояла ошибка, и каким способом её решили?
г. Физиологический эффект величины Km. У некоторых жителей Японии и Китая после
употребления очень небольших доз алкоголя происходит расширение сосудов и
увеличение частоты сердечных сокращений. Эти же дозы алкоголя не вызывают такого
действия у европейцев. Наблюдаемый физиологический эффект есть следствие
образования ацетальдегида (CH3CHO) в печени под действием алкогольдегидрогеназы:
CH3CH2OH + NAD+  CH3CHO + NADH +H+.В норме образовавшийся ацетальдегид
быстро превращается в уксусную кислоту по действием митохондриальной формы
ацетальдегиддегидрогеназы. Эта форма отсутствует у некоторых людей, которые имеют
только цитозольную форму фермента и у которых происходит накопление
ацетальдегида в крови, являющегося причиной указанных выше симптомов.
Предположите, чем отличаются две формы фермента, и с этих позиций объясните
аномальную реакцию некоторых японцев и китайцев на приём небольших доз алкоголя.
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B2, B12, H, K, A, E.
- является антиоксидантом, инактивирующим свободные радикалы и защищающим
клетки;
- уменьшает процесс ороговения кожи; под действием света переходит из цис- в
транс-форму, обеспечивая возникновение нервного импульса;
- участвует в синтезе нестандартной карбоксиглутаминовой кислоты, входящей в
состав протромбина; его синтетический аналог назначают перед операцией для
улучшения свёртывания крови;
- его активная форма – кофермент, связывающий CO2 для биосинтеза веществ
(например, жирных кислот и азотистых оснований ДНК и РНК);
- является предшественником коферментов FAD, FMN;
- препятствует развитию анемии (недостатка эритроцитов в крови), участвуя в
реакциях трансметилирования; необходим для синтеза азотистых оснований ДНК и
РНК.
Вариант 4
а. Нарисуйте графики зависимости активности двух катализаторов от температуры,
используя следующие данные:
Температура
активность катализатора (МЕ)
активность катализатора (МЕ)
10
30
5
20
50
10
30
80
20
40
160
30
50
190
45
60
180
65
70
50
100
80
10
150
90
0
230
100
0
350
Какой из них является ферментом? Объясните Ваш ответ.
б. Какие реактивы потребуются для измерения активности
оксоглутаратаминотрансферазы? Напишите уравнение реакции..
аспартат:
2-
в. Для улучшения очистки гнойной раны был использован порошок протеолитических
ферментов трипсина и химотрипсина (pHопт около 7,5). Однако эффект оказался
небольшим. Вскоре ошибка была понята, и коррекция метода лечения дала отличные
результаты. В чем состояла ошибка, и каким способом её решили?
г. Физиологический эффект величины Km. У некоторых жителей Японии и Китая после
употребления очень небольших доз алкоголя происходит расширение сосудов и
увеличение частоты сердечных сокращений. Эти же дозы алкоголя не вызывают такого
действия у европейцев. Наблюдаемый физиологический эффект есть следствие
образования ацетальдегида (CH3CHO) в печени под действием алкогольдегидрогеназы:
CH3CH2OH + NAD+  CH3CHO + NADH +H+.В норме образовавшийся ацетальдегид
быстро превращается в уксусную кислоту по действием митохондриальной формы
ацетальдегиддегидрогеназы. Эта форма отсутствует у некоторых людей, которые имеют
только цитозольную форму фермента и у которых происходит накопление
ацетальдегида в крови, являющегося причиной указанных выше симптомов.
Предположите, чем отличаются две формы фермента, и с этих позиций объясните
аномальную реакцию некоторых японцев и китайцев на приём небольших доз алкоголя.
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B2, B12, H, K, A, E.
- является антиоксидантом, инактивирующим свободные радикалы и защищающим
клетки;
- уменьшает процесс ороговения кожи; под действием света переходит из цис- в
транс-форму, обеспечивая возникновение нервного импульса;
- участвует в синтезе нестандартной карбоксиглутаминовой кислоты, входящей в
состав протромбина; его синтетический аналог назначают перед операцией для
улучшения свёртывания крови;
- его активная форма – кофермент, связывающий CO2 для биосинтеза веществ
(например, жирных кислот и азотистых оснований ДНК и РНК);
- является предшественником коферментов FAD, FMN;
- препятствует развитию анемии (недостатка эритроцитов в крови), участвуя в
реакциях трансметилирования; необходим для синтеза азотистых оснований ДНК и
РНК.
Вариант 5
а. Изобразите графически зависимость активности ферментов от концентрации субстрата.
Объясните различия с позиций аллостерического механизма регуляции активности
ферментов.
логарифм концентрации субстрата
скорость реакции (МЕ) для 1-го фермента
скорость реакции (МЕ) для 2-го фермента
1
10
5
2
60
10
3
120
30
4
5
150 170
30 140
6
180
150
7
180
160
8
180
170
9
180
180
б. Какие реактивы потребуются для обнаружения в сыворотке крови липазы
(триацилглицерол-ацилгидролазы)? Напишите уравнение реакции.
в. У человека во время болезни повысилась температура тела до 40° С. Снизилась или
повысилась у него активность ферментов? Поясните биологическую целесообразность
такого изменения.
г. Для некоторых людей характерна непереносимость молока (особенно часто это
встречается среди коренных народов севера). После приёма молока у них появляются
неприятные ощущения и вздутие живота, возникает растройство кишечника. В то же
время у большинства европейцев данная проблема отсутствует. Предположите причину
такого нарушения, обратив внимание на переваривание одного из компонентов молока. В
чём, по Вашему мнению, причина различий в переносимости молока среди европейцев и
народов севера.
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B1, B5, B6, C, D, E.
-
участвует в реакциях переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту;
необходим для окисления пирувата до ацетил-CoA;
его дефицит может развиваться в зимне-весенний период; необходим для реакций
гидроксилирования пролина и лизина;
его активная форма является коферментом дегидрогеназ, например,
малатдегидрогеназы;
стабилизирует мембраны клеток, предотвращая их окисление активными формами
кислорода; влияет на сохранение плода при беременности;
синтезируется в коже под действием УФ-излучения из холестерина; необходим для
всасывания ионов Ca2+ в кишечнике и минерализации костной ткани.
Вариант 6
а. Изобразите в виде графика процесс накопления пирувата при ферментативном
окислении молочной кислоты (лактата). Напишите реакцию.
Время (мин.)
1
2
3
4
5
6
концентрация пирувата (мкмоль)
60
90
115 130
135
135
Объясните, почему скорость реакции неодинакова в разные моменты времени.
б. С помощью какого фермента, можно доказать наличие в гомогенате печени янтарной
кислоты? Перечислите необходимые реактивы. Напишите уравнение реакции.
в. В технологии бродильных процессов требуется быстрая остановка ферментативной
реакции без изменения химического состава реакционной среды. Каким способом удается
это сделать?
г. Одним из перспективных и многообещающих направлений современной биологической
и медицинской науки является фармакогенетика – дисциплина, целью которой является
выяснение эффективности действия лекарства, а также его возможные побочные действия
не у человека вообще, но у конкретного больного (персонализированная медицина). В
основе фармакогенетики лежит знание превращений лекарства в организме человека.
Многие лекарства поступают в организм в неактивном виде, и должны быть химически
модифицированы ферментами печени для приобретения лечебного действия. Разные люди
имеют разную эффективность работы данных ферментов (это можно выявить, анализируя
кодирующие их гены), что и объясняет разное действие одного и того же лекарства на
разных больных. Предположите, что лежит в основе неодинаковой активности одного и
того же фермента в организме разных людей. Что, по Вашему мнению, следует знать о
конкретном человеке, чтобы предсказать эффективность действия лекарства.
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B2, B3, B6, B12, H, A.
-
-
-
при авитаминозе происходит интенсивное ороговение эпителия; молекула
содержит полиненасыщенный углеводородный хвост и локализуется в мембранах
светочувствительных клеток глаза;
является коферментом в реакциях трансметилирования; авитаминоз приводит к
злокачественной анемии (недостаток эритроцитов в крови) вследствие нарушения
синтеза РНК и ДНК;
предшественник
коферментов
аланинаминотрансферазы
(АлАТ)
и
аспартатаминотрансферазы (АсАТ);
его активная форма участвует в качестве кофермента в окислительновосстановительных реакциях;
в качестве кофермента необходим для ацилтрансфераз;
способен присоединять CO2 и в качестве кофермента участвовать в реакциях
карбоксилирования.
Вариант 7
а. Изобразите в виде графика процесс накопления продукта ферментативной реакции:
Время (мин.)
1
2
3
4
5
6__
концентрация продукта (мкмоль)
2
90
180
200
210
225_
В какой момент времени в реакционную смесь был добавлен конкурентный ингибитор?
Объясните Ваш ответ, пояснив механизм конкурентного ингибирования.
б. Какие реактивы потребуются для измерения активности фермента фосфофруктокиназы?
Напишите уравнение реакции.
в. Для лечения некоторых форм лейкозов (опухолей крови) используют фермент
аспарагиназу (аспарагин-амидогидролазу). Учитывая, что аспарагин необходим для
пролиферации (деления) опухолевых клеток, которые не способны его синтезировать,
объясните лечебное действие фермента.
г. Клиническое применение дифференцированного ингибирования ферментов. В сыворотке
крови человека содержатся ферменты, известные под названием кислых фосфатаз,
которые гидролизуют биологические фосфодиэфиры в слабо кислой среде (pH 5,0): R-OPO32- + H2O  R-OH + HO--PO32- . Кислые фосфатазы синтезируются в эритроцитах,
печени, почках, селезёнке и предстательной железе (простате). С медицинской точки
зрения фермент из предстательной железы имеет важное значение, так как повышение его
концентрации в крови часто служит указанием на рак простаты. Фосфатаза из из простаты
сильно ингибируется тартрат-ионами (винная кислота), тогда как кислые фосфатазы из
других тканей не ингибируются этими ионами. Как Вы могли бы использовать эти данные
для разработки диагностического метода специфического определения активности кислой
фосфатазы из предстательной железы в сыворотке крови человека?
д. В левой части страницы выпишите столбиком названия и буквенные обозначения
витаминов (см. ниже). Напротив каждого обозначения витамина справа укажите его
характеристику из списка приведённых ниже.
B5 (PP), C, B9 (Bc), K, E, A.
- является предшественником кофермента малатдегидрогеназы;
- является коферментом в реакции гидроксилирования пролина при синтезе
коллагена; повышает эластичность сосудов и капилляров; им богата растительная
пища, особенно шиповник;
- в состав молекулы входят глутаминовая и пара-аминобензойная кислоты;
активная форма является коферментом в реакциях переноса одноуглеродных
групп; необходим для синтеза азотистых оснований ДНК и РНК и, следовательно,
деления клеток;
- участвует в синтезе нестандартной карбоксиглутаминовой кислоты, входящей в
состав протромбина; его синтетический аналог назначают перед операцией для
улучшения свёртывания крови;
- стабилизирует мембраны клеток, предотвращая их окисление активными формами
кислорода; влияет на сохранение плода при беременности;
- оказывает влияние на интенсивность клеточных делений; молекула содержит
полиненасыщенный углеводородный хвост и локализуется в мембранах
светочувствительных клеток глаза.