Приложение 3
Задания для самостоятельной работы
СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ
Соединительная ткань чрезвычайно распространена в организме. Она составляет примерно 50% от массы тела. Особенности соединительной ткани:
1) преобладание межклеточного вещества по сравнению с клетками;
2) наличие фибриллярных структур – коллагеновых, эластиновых волокон, локализованных в межклеточном веществе;
3) гетерогенный химический состав.
Какие функции выполняет соединительная ткань в организме человека?
В соединительной ткани содержатся три главных класса биомолекул:
1) структурные белки – коллаген, эластин;
2) белки со специальными функциями - фибронектин, ламинин, фибриллин;
3) протеогликаны.
Задание № 1
Какой из приводимых ниже белков наиболее распространен в организме человека?
А. Альбумин
Б. Эластин
В. Коллаген
Г. Альфа-2-макроглобулин
Д. Гемоглобин
Какова его пространственная структура?
А. Тройная спираль
Б. Состоит из четырех олигомеров
В. Двойная спираль
Г. Сферическая молекула
Д. Включает чередующиеся линейные и шарообразные участки
Задание № 2
Какую функцию выполняет выбранный Вами белок?
А. Каталитическую
Б. Структурную
В. Сократительную
Г. Гормональную
Д. Транспортную
Задание № 3
Какие аминокислоты, входящие в состав коллагена, кодируются генетически?
А. Аланин
Б. Пролин
В. Оксилизин
Г. Глицин
Д. Оксипролин
Задание № 4
Какие аминокислоты, входящие в состав коллагена, не кодируются генетически?
А. Аланин, Валин
Б. Серин, глицин
В. Гидроксипролин, гидроксилизин
Г. Глутамат, аспартат
Д. Фенилаланин, триптофан
Коллаген является полиморфным белком, известно 27 его генетически детерминированных разновидностей, которые отличаются друг от друга по первичной структуре, функциям, локализации.
Синтез коллагена включает внутри- и внеклеточные стадии. Вначале синтезируется белок-предшественник (проколлаген), который подвергается нескольким посттрансляционным модификациям (процессингу).Специфически направленный процессинг осуществляется с помощью белков-шаперонов.
Внутриклеточные стадии синтеза коллагена:
1) синтез препроальфа цепи на рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭПР);
2) отщепление со стороны N-конца полипептидной цепи сигнального пептида, который необходим для направления новосинтезированного поли пептида в полость ЭПР;
3) гидроксилирование остатков пролина и лизина (необходимы ферменты пролил-, лизилгидроксилазы, аскорбиновая кислота, двухвалентное железо);
4) гликозилирование остатков гидроксилизина (присоединение глюкозы или галактозы);
5) формирование тройной спирали, связанной внутри дисульфидными связями;
6) экскреция преколлагена из клетки
Внеклеточные стадии синтеза коллагена:
7) отщепление N- и C-концевых пептидов при участии N- и C-концевых
проколлагеновых пептидаз, образование тропоколлагена;
8) формирование пиридинолиновых поперечных сшивок с последующим
образованием коллагеновых волокон.
Для образования сшивок необходим медьсодержащий фермент лизилоксидаза, при участии которого образуются аллизин и оксиаллизин, которые образуют поперечные сшивки друг с другом, а также с лизином и гидроксилизином.
Задание № 5
Какие компоненты необходимы для образования коллагена на этапе трансляции?
А. ДНК-полимераза
Б. Калий, натрий
В. Заменимые и незаменимые аминокислоты
Г. Ферменты: N- и C-пептидазы
Д. Пуриновые и пиримидиновые основания
Задание № 6
У пациента наблюдаются повышенная кровоточивость десен, шатание зубов, уменьшение эластичности кожи, подкожные геморрагии, плохое заживление ран. Дефицит какого витамина может быть причиной этих нарушений? В образовании какого компонента соединительной ткани он участвует? Как называется описываемое состояние?
Задание № 7
Известно, что синтез коллагена усиливается во время заживления ран. Однако этот процесс существенно замедляется при недостатке в организме витамина С, железа, а также при гипоксии. Почему?
Распад коллагена катализируется коллагеназой, которая расщепляет пептидные связи между глицином и оксипролином. Об интенсивности распада коллагена при ряде заболеваний, сопровождающихся поражением соединительной ткани, судят по повышенной секреции в моче (какой аминокислоты?).
В результате генетических дефектов синтеза коллагена и ферментов, необходимых для его посттрансляционных модификаций, в частности, лизилоксидазы, нарушается формирование костей, хрящей, имеют место повышенная растяжимость и дряблость кожи (cutis laxa) и шарнироподобная подвижность суставов, а также грыжи артерий, кишечника (несовершенный остеогенез, хондродисплазия, синдром Элерса-Данло).
Задание 8
Составьте таблицу «Сравнительная характеристика коллагена и эластина»
| Показатель | Коллаген | Эластин |
| Функция | ||
| Локализация | ||
| Преобладающие аминокислоты | ||
| Уникальные аминокислоты | ||
| Пространственная структура | ||
| Генетические разновидности | ||
| Наличие углеводов | ||
| Внутримолекулярные сшивки | ||
| Наличие сигнального пепти-да в процессе биосинтеза |
Фибриллин является гликопротеином. Он входит в состав микрофибрилл. В результате
мутации гена, кодирующего синтез фибриллина, развивается синдром Марфана. При этом заболевании нарушена структура фибриллина, что проявляется в эктопии (смещении) хрусталика, арахнодактилии («паучьи пальцы») и дилатации восходящей части аорты.
Фибронектин – это гликопротеин, необходимый для адгезии («молекулярный клей»), миграции клеток и межклеточных взаимодействий.
Ламинин входит в состав базальных мембран. Он взаимодействует со всеми структурными компонентами базальных мембран (коллагеном, фибронектином) и, кромк того, может связываться с клетками.
Задание № 9
Особенностью соединительной ткани является самое большое количество, по сравнению с другими тканями, межклеточного матрикса. Что является его главным связующим веществом?
А. Дерматансульфат
Б. Коллаген
В. Гепарин
Г. Гиалуроновыя кислота
Д. Эластин
Основу межклеточного вещества соединительной ткани составляют протеогликаны, состоящие из белкового компонента (5 – 10%) и гликозамингликанов (кислых мукополисахаридов). Гликозамингликаны – это гетерополисахариды, состоящие из большого количества дисахаридных единиц, включающих аминосахар (N-ацетилглюкоз(галактоз-)амин) и уроновую кислоту (глюкуроновую либо идуроновую).
Задание № 10
Составьте таблицу «Некоторые гликозамингликаны соединительной ткани»
| Гликозамингликаны | Локализация | Компоненты |
| Гиалуроновая кислота | ||
| Хондроитин | ||
| Дерма, артерии, роговица, склера | ||
| Галактоза, N-ацетил-глюкоз-амин-6-сульфат | ||
| Гепарин |
Задание № 11
В структуре каких гликозоаминогликанов встречается глюкуроновая кислота?
А. Гиалуроновой кислоты
Б. Гепарина
В. Кератансульфата
Г. Хондроитина
Д. Дерматансульфата
Задание № 12
Известно, что синовиальная жидкость уменьшает трение внутрисуставных поверхностей. При ревматизме, артрите ее вязкость уменьшается вследствие деполимеризации одного из приведенных ниже соединений. Какого именно?
А. Коллагена
Б. Гликогена
В. Гепарина
Г. Гиалуроновой кислоты
Д. Стеариновой кислоты
При генетическом дефекте ферментов, гидролизирующих гликозамингликаны, развиваются заболевания – мукополисахаридозы, характеризующиеся избыточным накоплением тех или иных мукополисахаридов.
Задание № 13
Некоторые патогенные микроорганизмы разрушают гиалуроновую кислоту, так как они синтезируют фермент гиалуронидазу. В чем заключается «преимущество» этих микроорганизмов над теми, которые не синтезируют данный фермент?
Задание № 14
У пациента с ожоговой болезнью имеет место повышенная угроза тромбообразования в сосудах вследствие усиления свертывания крови. Какой гликозоамингликан необходимо использовать для предупреждения этого осложнения?
Задание № 15
Какие гормоны угнетают синтез протеогликанов и коллагена в соединительной ткани?
А. Соматотропин
Б. Соматомедины
В. Глюкокортикоиды
Г. Андрогены
Д. Инсулин
Задание № 16
Известно, что при старении организма кожа становится дряблой, сухой, уменьшается экскреция гидроксипролина с мочой. Какие биохимические изменения происходят при этом? Составьте правильные ответы.
А. Содержание гиалуроновой кислоты уменьшается (увеличивается)
Б. Увеличивается (уменьшается) количество внутри- и межмолекулярных сшивок в молекуле коллагена
В. Повышается (уменьшается) стабильность молекул коллагена
Г. Повышается (уменьшается) эластичность коллагеновых волокон
Д. Катаболизм коллагена активируется (ингибируется)
Е. Соотношение протеогликаны/коллаген увеличивается (уменьшается)
НЕРВНАЯ ТКАНЬ
Нервная система представляет собой уникальную биологическую структуру, роль которой заключается в управлении всеми функциями организма. В этой связи познание биохимических механизмов деятельности мозга является важнейшей биологической задачей. По сравнению с другими тканями человека и животных нервная ткань представляет собой наиболее сложную и гетерогенную организацию структурных элементов.
Аминокислоты нервной ткани (аминокислотный пул) являются не только источниками для синтеза белков, пептидов, гормонов, но они сами либо их производные участвуют в синоптической передаче, в осуществлении межнейрональных связей в качестве нейромедиаторов и нейромодуляторов. Кроме того, именно для нервной ткани особую значимость имеет энергетическая функция аминокислот, в частности, глутамата.
Для аминокислотного состава нервной ткани характерны высокие концентрации глутамата, глутамина, аспартата, N-ацетиласпартата, ГАМК, а также их интенсивный метаболизм. Эти пять соединений составляют 75% фонда всех свободных аминокислот головного мозга, причем ГАМК и N-ацетиласпартат локализованы исключительно в нервной ткани. N-ацетиласпартат является резервуаром ацетильных групп в головном мозге, которые используются в развивающемся мозге для синтеза жирных кислот.
Задание № 1
Какой медиатор образуется при обмене тирозина?
А. Серотонин
Б. Дофамин
В. Энкефалин
Г. Гистамин
Д. ГАМК
Задание № 2
Какие аминокислоты относятся к «возбуждающим» нейромедиаторам?
А. Гистидин, лизин
Б. ГАМК, глицин
В. Пролин, серин
Г. Глутамат, аспартат
Д. Глутамин, аспарагин
Задание № 3
Какие аминокислоты относятся к «тормозным» нейромедиаторам?
А. Гистидин, тирозин
Б. Глутамат, глутамин
В. Аспартат, аспарагин
Г. Пролин, лизин
Д. ГАМК, глицин
Задание № 4
Какие биогенные амины являются нейромедиаторами?
А. Норадреналин, серотонин
Б. Эндорфины, энкефалины
В. Глицин, пролин
Г. Глутамат, аспартат
Д. Ацетилхолин, холин
В результате какой реакции и из каких предшественников образуются выбранные Вами соединения? Какой фермент катализирует эту реакцию? Какой у него кофермент? При участии какого фермента происходит их инактивация?
Одним из главных компонентов пула свободных аминокислот головного мозга является ГАМК. Из какого предшественника и в какой реакции он образуется?
Цикл превращений ГАМК в мозге включает три сопряженные реакции, получившие название ГАМК-шунта. Этот путь характерен только для нервной ткани, и его физиологическая роль заключается в образовании нейромедиатора – ГАМК.
Задание № 5
Ознакомьтесь со схемой ГАМК-шунта и расположите три ключевых фермента этого пути. На каком участке цикла трикарбоновых кислот возникает данное ответвление?
Альфа-кетоглутарат → Глутамат → ГАМК → Янтарный полуальдегид → Сукцинат
Ферменты: ГАМК-трансаминаза; глутаматдекарбоксилаза; дегидрогеназа янтарного
полуальдегида
Составьте общую схему цикла трикарбоновых кислот и ГАМК-шунта.
Задание № 6
Метаболизм глутамата в головном мозге чрезвычайно интенсивен. Эта аминокислота используется в обезвреживании аммиака в мозге.
Завершите схемы реакций, укажите названия ферментов и коферментов:
А + аммиак → Б
Б + аммиак → Глутамин
Значительная часть белков нервной системы идентична белкам других тканей и органов. Однако существует большая группа нейроспецифических белков (НСБ), количество которых превысило 200. Специфичность белков для нервной ткани определяется следующими критериями:
а) существенное количественное превышение этих белков только для нервной ткани;
б) участие этих белков в реализации специфических функций нервной системы, таких как генерация и проведение нервного импульса, установление межклеточных контактов в нервной ткани, в механизмах обучения и формирования памяти;
в) тесной взаимосвязью между биологической активностью этих белков и функциональным состоянием нервной системы.
По локализации в нервной ткани различаются нейрональные или глиальные нейроспецифические белки. Особую группу НСБ представляют сократительные белки нервной ткани, которые обеспечивают подвижность и ориентацию микротрубочек, нейрофиламентов, активный транспорт и участвуют в синоптической передаче нервного импульса.
Большое внимание в деятельности нервной системы принадлежит опиоидным пептидам: эндорфинам, энкефалинам, с которыми связывают патогенез и развитие нервно-психических и нейроэндокринных нарушений.
Липиды являются не только структурными компонентами нервной ткани, но и важнейшими участниками функциональной активности. В головном мозге содержится 50% липидов (от сухой массы). Кроме того, для нервной ткани установлено большое разнообразие и наличие специфических только для мозга липидов.
Фосфолипиды нервной ткани составляют до 70% от суммарного содержания липидов в сером веществе и 45 – 50% - в белом веществе мозга. Характерна высокая гетерогенность фосфолипидов мозга по сравнению с внутренними органами.
Значительная часть сфинголипидов мозга представлена галактозидцереброзидами, галактозидсульфатидами. Они преобладают в белом веществе.
В мембранах нервных окончаний содержится большое количество ганглиозидов, которые участвуют в процессах адгезии, в связывании различных катионов.
Мозг содержит уникальные мембранные структуры – миелиновые оболочки, которые имеют самое высокое (80%) содержание липидов по сравнению с другими тканями, кроме жировой. Специфическими липидными компонентами миелина являются цереброзиды и цереброзидсульфатиды. Также для миелина характерны высокое содержание холестерола, полифосфоинозитидов.
Липидный состав нервной ткани постоянен. Содержание и соотношение отдельных классов липидов меняется в ходе развития и дифференцировки мозга.
Задание № 7
Составьте таблицу «Некоторые липиды нервной ткани»
| Липиды | Структурные компоненты |
| Цереброзиды | Сфингозин+жирная кислота (ЖК)+гексоза |
| Цереброзидсульфатиды | |
| Ганглиозиды | Сфингозин+ЖК+гексоза+N-ацетилнейра-миновая кислота (не менее 1 остатка) |
| Фосфатиды | |
| Церамиды | |
| Сфингомиелины |
Интенсивность энергетического обмена мозга является одним из главных факторов, лимитирующих его деятельность. Для мозга характерна высокая интенсивность энергетического метаболизма. Мозг взрослого человека потребляет до 20 – 25% кислорода, поступающего в организм, и до 70% свободной глюкозы, поступающей из печени в артериальную кровь.
Наиболее интенсивно потребление кислорода и глюкозы осуществляется в филогенетически молодых отделах мозга. Оно минимально в спинном мозге и периферических нервах. Интенсивность дыхания в нейронах выше, чем в глиальных клетках.
Задание № 8
Известно, что гликоген является формой депонирования глюкозы. Однако в нервной ткани, в отличие от печени и скелетных мышц, отсутствуют столь значительные количества депонированного гликогена. Почему гликоген не откладывается в головном мозге в больших количествах?