ТЕМА №1. ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ
Задача № 1
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 ответа:
1. Вспомните классификацию аминокислот по Ленинджеру.
2. Вспомните, что такое изоэлектрическая точка аминокислот.
Задача № 2
Трипептид, выделенный из токсина змей, состоит из трех незаменимых аминокислот – серусодержащей, гетероциклической и гидроксилсодержащей. Напишите этот трипептид и определите его изоэлектрическую точку.
Для ответа:
1. Вспомните классификацию аминокислот по Ленинджеру.
2. Какие аминокислоты называются незаменимыми?
3. Что такое изоэлектрическая точка?
Задача № 3
Дано три группы белков:
| Б1 | Б2 | Б3 | Б4 | ||
| А М.м. | рI | ||||
| Б М.м. | рI | ||||
| В М.м. | рI |
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 ответа:
1. Вспомните принцип центрифугирования.
2. Что такое высаливание?
3. Что такое изоэлектрическая точка?
Задача № 4
Чем объяснить возможное снижение растворимости белков при отщеплении от них пептидов (как в случае с фибриногеном)?
Для обоснования ответа:
1. Вспомните, что такое изоэлектрическая точка белка, и как меняются свойства белков в изоэлектрической точке.
2. Что такое растворимость белков, чем она обусловлена?
Задача № 5
По данным количественного аминокислотного анализа в сывороточном альбумине содержится 0,58% триптофана, молекулярная масса которого равна 204. Рассчитайте минимальную молекулярную массу альбумина.
Для выполнения расчетов:
1. Вспомните, что такое альбумины.
2. К какой группе аминокислот по классификации Ленинджера относится триптофан?
Задача № 6
Как объяснить, что белок молока казеин при кипячении сворачивается (выпадает в осадок), если молоко кислое?
Для ответа:
1. Вспомните, что такое растворимость белков, чем она обусловлена?
2. Что такое изоэлектрическая точка белка?
3. Как меняются свойства белков в изоэлектрической точке?
Задача № 7
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 ответа:
1. Вспомните классификацию аминокислот по Ленинджеру.
2. Что такое олигопептиды?
3. К каким группам по классификации Ленинджера относятся перечисленные аминокислоты?
ТЕМА №2. ФЕРМЕНТЫ
Задача № 1
Глутаматдекарбоксилаза катализирует реакцию:
В6
Глутаминовая кислота → ГАМК + СО2
1. По изменению концентрации каких веществ можно охарактеризовать активность фермента?
2. Как можно увеличить скорость данной реакции?
Задача № 2
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 № 3
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 ответа:
1. Вспомните типы ингибирования.
2. Действие какого ингибитора зависит от концентрации субстрата?
Задача № 4
О чем может свидетельствовать резкое повышение в крови активности аспартатаминотрансферазы (АСТ), если известно, что этот фермент локализован преимущественно в сердце?
Для ответа вспомните:
1. К какому классу относится АСТ?
2. Почему при патологии в крови повышается активность внутриклеточных ферментов?
Задача № 5
Высокие концентрации субстрата могут ускорять собственную утилизацию. За счёт чего это происходит?
Для ответа вспомните:
1. Что такое субстрат?
2. Что такое ферментативные цепи?
3. Каковы основные принципы регуляции ферментативных цепей.
Задача № 6
Полипептиды трасилол (контрикал), гордокс используются как лекарственные препараты при панкреатите. На чем основано их действие?
Для ответа вспомните:
1. Что такое ингибиторы?
2. Какие типы ингибирования вам известны?
Задача № 7
Протеолитические ферменты и дезоксирибонуклеазы используют для лечения гнойных ран. На чем основано их применение?
Для 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 № 8
Фермент триглицеринлипаза в жировой ткани может находиться в двух формах с различной активностью: в виде простого белка и фосфопротеина.
1. Объясните, каким путем одна форма фермента переходит в другую?
2. Почему этот переход сопровождается изменением активности фермента?
Задача № 9
Оптимальными условиями действия амилазы – фермента, расщепляющего крахмал, являются рН=6,8; температура 37ºС.
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 № 10
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 № 11
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 № 12
При некоторых заболеваниях рекомендуется применять ингибиторы пептидаз. Почему при пониженной свертываемости крови это не рекомендуется?
Для ответа вспомните:
1. Что такое пептидазы?
2. Что такое ингибиторы?
Задача № 13
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 № 14
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 № 15
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 ответа:
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 № 16
В таблице приведена скорость ферментативной реакции при разных концентрациях субстрата без ингибитора (О) и в присутствии двух ингибиторов (I1 и I2).
| [S], мМ | ||||||||
| ν мкг/ мин | ||||||||
| I1 | ||||||||
| I2 | 27,5 | 32,5 |
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 № 17
В сыворотке крови человека содержатся 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 использовать эту особенность для разработки метода специфического определения активности кислой фосфатазы из предстательной железы в сыворотке крови?
Для 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 № 18
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 № 19
Ферментами аденилатциклазной системы являются: аденилатциклаза, фосфодиэстераза, протеинкиназа, протеинфосфатаза.
К какому классу относятся выше названные ферменты?
Для ответа:
1. Вспомните классификацию ферментов.
2. Что лежит в основе классификации ферментов?
2. Какую реакцию катализирует каждый из названных ферментов?
Задача № 20
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?
ТЕМА №3. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
Задача № 1
К препарату митохондрий печени крыс добавили НАД+. Активность каких ферментов цикла Кребса при этом увеличится?
Для обоснования ответа:
1. Напишите схему реакций цикла Кребса.
2. Какую функцию выполняет НАД+?
3. С какими ферментами цикла Кребса он работает?
Задача № 2
К препарату митохондрий добавили пируват, меченный 14С по метильной группе. Какое положение займет 14С в оксалоацетате после одного оборота цикла Кребса?
Для ответа:
1. Напишите реакции цикла Кребса.
2. Проследите положение метки в каждом метаболите.
Задача № 3
В эксперименте с изолированными митохондриями определяли интенсивность работы цикла Кребса по накоплению НАДН. Изменится ли работа цикла Кребса, если прекратится отток из него восстановленных эквивалентов?
Для обоснования ответа вспомните:
1. В каких реакциях цикла Кребса образуется НАДН?
2. Какие ферменты катализируют эти реакции?
3. От чего зависит скорость работы цикла Кребса?
Задача № 4
Сколько АТФ образуется при полном окислении 5 молей пирувата в присутствии ротенона и 2,4- динитрофенола?
Для выполнения расчетов:
1. Приведите схему окисления пирувата до СО2 и Н2О.
2. Укажите, как изменится энергетический выход при окислении пирувата в присутствии ротенона и 2,4- динитрофенола (полное разобщение).
Задача № 5
Сколько молекул АТФ синтезируется при окислении одной молекулы пирувата до 2-оксоглутарата; одной молекулы изоцитрата до сукцината; одной молекулы сукцината до оксалоацетата при условии, что дегидрогеназные реакции сопряжены с дыхательной цепью?
Для расчетов:
1. Напишите ход реакций на указанных участках цикла Кребса.
2. Укажите реакции, сопряженные с дыхательной цепью.
3. Вспомните, сколько АТФ образуется при окислении НАДН и ФАДН2.
Задача № 6
Ротенон (токсичное вещество, вырабатываемое одним из видов растений) резко подавляет активность митохондриальной НАДН-дегидрогеназы. Токсичный антибиотик антимицин сильно ингибирует окисление убихинола. Допустим, что оба эти вещества блокируют соответствующие участки дыхательной цепи с равной эффективностью. Какой из них будет при этом более мощным ядом? Дайте аргументированный ответ.
Для обоснования ответа вспомните:
1. Что такое блокаторы дыхательной цепи?
2. На каких участках дыхательной цепи поступает водород от НАДН и ФАДН2?
Задача № 7
К препарату изолированных митохондрий добавили амитал. Отразится ли это на потреблении кислорода?
Для обоснования ответа вспомните:
1. Как действует амитал на дыхательную цепь?
2. На каком участке дыхательной цепи он проявляет своё действие?
Задача № 8
2,4-ДНФ (сильный разобщающий агент) пытались одно время использовать для борьбы с ожирением. Теперь такого рода разобщающие агенты уже не применяются в качестве лекарственных препаратов, поскольку известны случаи, когда их применение приводило к летальному исходу. На чем могло быть основано такое использование 2,4-ДНФ? Почему прием разобщающих агентов может вызвать смерть?
Для обоснования ответа вспомните:
1. Что такое разобщители?
2. На чём основано действие 2,4-ДНФ?
3. Изменится ли скорость окисления в дыхательной цепи в присутствии 2,4-ДНФ?
Задача № 9
Некоторые бактерии, дрожжи, паразитирующие черви не нуждаются в кислороде. Какой из двух способов образования АТФ используется у этих организмов для аккумуляции энергии?
Для ответа вспомните:
1. Что такое фосфорилирование?
2. Что такое субстратное и окислительное фосфорилирование?
3. Чем эти типы фосфорилирования отличаются друг от друга?
Задача № 10
Добавление к митохондриям олигомицина вызывает снижение как переноса электронов от НАДН к О2, так и скорости образования АТФ. Последующее добавление 2,4-ДНФ приводит к увеличению скорости переноса электронов без сопутствующего изменения скорости синтеза АТФ. Какую реакцию ингибирует олигомицин?
Для ответа вспомните:
1. Чем является 2,4-ДНФ для дыхательной цепи?
2. Чем действие блокаторов отличается от действия разобщителей?
Задача № 11
Немедленное введение метиленовой сини оказывает очень эффективное лечебное действие при отравлении цианидами. Какова основа её противотоксического действия, если учесть, что метиленовая синь способна окислять часть гемоглобина (Fe2+) крови в метгемоглобин (Fe3+)?
Для ответа вспомните:
1. В чём сходство простетических групп цитохромов и гемоглобина?
2. С железом какой валентности связываются цианиды?
Задача № 12
В инкубационную среду с изолированными митохондриями добавили АДФ. Как это повлияет на способность митохондрий поглощать кислород?
Для обоснования ответа:
1. Напишите схему цикла Кребса и дыхательной цепи.
2. Вспомните, что такое дыхательный контроль?
Задача № 13
В инкубационную смесь внесены митохондрии, избыток субстрата и ограниченное количество АДФ. Как будет изменяться со временем скорость поглощения кислорода и почему?
Для обоснования ответа:
1. Напишите схему цикла Кребса и дыхательной цепи.
2. Вспомните, что такое дыхательный контроль?
Задача № 14
При добавлении к суспензии митохондрий изоцитрата скорость поглощения кислорода увеличивается. При добавлении малоната - снижается. Почему прекращается потребление кислорода?
Для ответа:
1. Напишите реакцию, которая активируется изоцитратом.
1. Укажите, какой промежуточный метаболит цикла Кребса накапливается при добавлении малоната и почему?
2. Каким образом можно восстановить скорость дыхания?
Задача № 15
В эксперименте к изолированным митохондриям добавили малат. Чему равен коэффициент Р/О для малата?
Для обоснования ответа:
1. Вспомните, что такое коэффициент Р/О?
2. Напишите реакцию окисления малата и укажите фермент.
Задача № 16
В эксперименте к изолированным митохондриям добавили сукцинат. Чему равен коэффициент Р/О для сукцината?
Для обоснования ответа:
1. Вспомните, что такое коэффициент Р/О?
2. Напишите реакцию окисления сукцината и укажите фермент.
Задача № 17
К суспензии митохондрий с цитратом добавили амитал. Как изменится коэффициент Р/О?
Для обоснования ответа:
1. Вспомните, что такое коэффициент Р/О?
2. Чему равен Р/О для изоцитрата?
3. Как влияет амитал на работу дыхательной цепи?