В результате мутации в гене альфа цепи гемоглобина а вместо гис

Ферменты

1. Концентрация 2,3-бисфосфоглицерата в эритроцитах при хранении консервированной крови может уменьшать­ся с 8,0 до 0,5 ммоль/л. Можно ли переливать такую кровь тяжелобольным людям, если концентрация 2,3-бисфосфо­глицерата восстанавливается не ранее чем через 3 сут? Для ответа поясните:

а) что такое 2,3-бисфосфоглицерат; б) когда и в каком участке он присоединяется к гемо­глобину;

в) как изменяется сродство гемоглобина к О2 при присоединении 2,3-бисфосфоглицерата.

2. Существует наследственное заболевание, связанное с изменением концентрации 2,3-бисфосфоглицерата в эрит­роцитах. Это вещество синтезируется из 1,3-бисфосфоглицерата при участии мутазы. Какое значение имеет 2,3-бис­фосфоглицерат в регуляции сродства гемоглобина к О2? Для ответа на вопрос:

а) укажите, в каком метаболическом пути синтезирует­ся предшественник 2,3-бисфосфоглицерата. Напиши­те схему этого пути, подчеркните субстрат, исполь­зуемый для синтеза 2,3-бисфосфоглицерата;

б) объясните, каков механизм регуляции сродства ге­моглобина к О2 с помощью 2,3-бисфосфоглицерата;

в) уточните, как изменится количество доставляемого в ткани О2 при снижении синтеза 2,3-бисфосфогли­церата.

З. Кислород необходим клеткам для процессов окисле­ния веществ и получения энергии. Недостаток кислорода, так же как его избыток, губителен для тканей. Каким об­разом регулируется количество О2, доставляемого в ткани в соответствии с потребностями клеток в кислороде? При ответе объясните:

а) что такое эффект Бора; б) как связан этот эффект с метаболической активнос­тью тканей; приведите примеры реакций, в которых выделяется СО2; в) как изменится количество поступающего в ткани О2при алкалозе.

4. В результате мутаций в гене α-цепи гемоглобина А вместо Гис, входящего в состав активного центра, находится Тир. Это приводит к тому, что Fе 2+ окисляется до Fе 3+ . Какова причина развития гемоглобинопатии при дан­ном наследственном заболевании? Для ответа на постав­ленный вопрос объясните:

а) как называется такая форма гемоглобина;

б) какую роль играют остатки Гис, входящие в состав активного центра, в функционировании гемоглобина;

в) сколько молекул О2 способен переносить в ткани та­кой гемоглобин и какова функция О2 в тканях.

5. В результате мутации в гене β-цепи гемоглобина, в гидрофобном «кармане», где происходит связывание бел­ковой части с гемом, Фен заменен на Сер. Каков меха­низм развития гемоглобинопатии? Для ответа на этот воп­рос объясните:

а) какую роль играют гидрофобные аминокислоты «кармана», где расположен гем, в функционирова­нии гемоглобина;

б) почему О2 легко проходит в активный центр и свя­зывается с железом гема, а вода — нет;

в) почему такая замена приводит к нарушению связы­вания с О2; сколько молекул О2 может связывать та­кой мутантный белок.

6. В крови студента одной из африканских стран, по­ступившего в больницу по поводу одышки, головокруже­ния, учащенного сердцебиения и болей в конечностях, при анализе крови были найдены эритроциты, имеющие фор­му серпа. Объясните причину развития данного заболева­ния. Для ответа на этот вопрос объясните:

а) какое строение имеет гемоглобин А; б) какие изменения в структуре белка привели к обра­зованию патологической формы гемоглобина; в) как называется такая форма гемоглобина; г) почему изменяются форма и функция эритроцитов.

7. При длительных умеренных тренировках (например, бег трусцой в течение 30 мин) в сердечной мышце уве­личивается количество шаперонов-70 (называемых также белками теплового шока). Почему тренированные таким образом люди значительно легче переносят последствия тромбозов коронарных сосудов (инфарктов)? Для ответа на этот вопрос объясните:

а) какое строение имеют эти белки; б) какую роль они играют в поддержании нативной конформации других белков.

8. После высаливания искомого белка сульфатом аммо­ния получен осадок, содержащий изучаемый белок вместе с солью. Как можно отделить белок от соли? Для ответа объясните:

а) с помощью каких методов можно удалить низкомо­лекулярные примеси из осадка;

б) какие принципы лежат в основе каждого метода; в) какой из методов используется, если нужно сохра­нить исходный объем белкового раствора.

1**. Объясните, почему протеолитические ферменты и дезоксирибонуклеаза используются для лечения гнойных ран:

а) какие реакции катализируют эти ферменты; б) как изменится вязкость гнойного содержимого, если она зависит от концентрации макромолекул в его составе; в) можно ли для очищения ран от гноя использовать пепсин, а также коллагеназу и гиалуронидазу.

2**. Токсический эффект тяжелых металлов, напри­мер Сd 2+ и Нg 2+ , объясняется тем, что они могут замещать Zn 2+ в активном центре определенных ферментов. Приве­дите примеры ферментов, в активном центре которых со­держатся металлы, и объясните: а) как при этом изменяется активность ферментов и по­чему; б) почему при этом изменяется скорость транскрипции, а также снабжение клеток кислородом.

3**. Изоферменты гексокиназа и глюкокиназа катали­зируют одну и ту же реакцию, но различаются по кинети­ческим свойствам: глюкокиназа имеет Км = 10 ммоль/л, а у гексокиназы Км = 0,2 ммоль/л. Напишите реакцию, ко­торую ускоряют эти изоферменты и объясните:

а) для каких органов характерна гексокиназа, а для ка­ких глюкокиназа; б) у какого изофермента сродство к глюкозе больше и какое это имеет физиологическое значение.

4**. У некоторых жителей Японии и Китая после упот­ребления очень небольших количеств алкоголя расширяют­ся сосуды и увеличивается частота сердечных сокращений. Причиной этих симптомов является высокая концентрация в крови ацетальдегида — соединения, токсичного для моз­га. Объясните, почему эти же количества алкоголя не ока­зывают такого действия у европейцев.

а) напишите реакцию превращения ацетальдегида в аце­тат, укажите фермент; б) какая форма фермента отсутствует у некоторых жи­телей Японии и Китая, если установлено, что есть две формы этого фермента: митохондриальная с низ­кой Км и цитозольная с высокой Км.

5. Сериновые протеазы проявляют групповую специ­фичность к субстратам. Эти ферменты имеют похожую структуру и общий каталитический механизм, но различа­ются по субстратной специфичности. Что определяет спе­цифичность этих ферментов к субстрату, а что — специ­фичность к пути превращения? а) объясните название этих ферментов — «сериновые протеазы»; б) сравните структуру каталитического и субстратсвя-зывающего участков активного центра химотрипсина, трипсина и эластазы.

5. Ферментные препараты хранят в вакуумированныхампулах (без кислорода), а растворяют сухой препарат в дистиллированной(кипяченой) воде при осторожном пе­ремешивании.Сыворотку крови, предназначенную для из­мерения активности ферментов, немедленно помещают в пробирку со льдом.Объясните эти требования (в тексте они выделены).

7**. На чем основано действие аспирина как жаропо­нижающего средства, лекарства, снимающего слабые боли и уменьшающего воспалительные процессы? а) напишите схему процесса, на который влияет аспирин; б) укажите фермент, ингибитором которого является ас­пирин; в) в чем заключается причина изменения конформации молекул фермента при действии на нее аспирина, об­ратима ли инактивация фермента.

8**. Полипептиды трасилол (контрикал), гордокс ис­пользуются как лечебные препараты при панкреатите. Объясните: а) как используются структурные аналоги субстратов в медицине; б) на чем основано действие полипептидов типа трасилола при панкреатите; в) что защищает поджелудочную железу от самоперева­ривания в норме.

9**. Каптоприл —лекарственный препарат, конкурент­ный ингибитор карбоксидипептидилпептидазы. Напиши­те схематически реакцию, скорость которой уменьшает каптоприл, и объясните: а) концентрация какого вещества при этом уменьшает­ся в крови; б) почему это лекарство эффективно при некоторых формах гипертонической болезни.

10**. При длительном приеме антибиотиков и сульфа­ниламидов происходит угнетение микрофлоры кишечни­ка участвующей в синтезе пиридоксина. Скорость каких реакций в клетках уменьшится и почему? а) напишите несколько реакций, для протекания кото­рых необходим пиридоксин; б) какое значение имеют эти реакции для организма человека?

11. В двух пробах за 10 мин гидролизовалось равное количество крахмала: в первой пробе количество амилазы 2 мг, во второй — 5 мг. Одинакова ли активность амилазы в обеих пробах?

12. Оптимальное значение рН пепсина 1,5-2,0, а трип­сина, который секретируется с панкреатическим соком, 7,8. Нарисуйте графики зависимости скорости реакции от рН для этих ферментов и объясните: а) почему изменение рН приводит к уменьшению ак­тивности фермента; б) какое значение для организма человека имеет разли­чие в рН-оптимуме этих ферментов.

13. Пациента с жалобами на боль в груди в течение 3 дней госпитализировали с подозрением на инфаркт мио­карда. Результаты биохимического анализа крови под­твердили диагноз. Опишите метод энзимодиагностики и объясните:

а) какие особенности состава и распределения фермен­тов лежат в основе метода энзимодиагностики;

б) активность каких ферментов изменилась в крови па­циента и как.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

источник

Гемоглобина больного серповидноклеточной анемией(S)

Так как, валин имеет неполярный остаток, который оказывается на поверхности дезоксигемоглобина Ѕ, то это снижает его растворимость и приводит к появлению «липкого» участка на наружной стороне каждой β – цепи гемоглобина Ѕ (рис.50).

Рис.50. Расположение «липких» и комплементарных им участков на

наружной стороне β-цепи гемоглобинов А и S

Это способствует полимеризации молекулы гемоглобина Ѕ. «Липкие» концы Нg Ѕ взаимодействуют с комплементарными им участками другой молекулы Нg Ѕ (рис.51), что приводит к образованию агрегатов большой длины – фиб-

Рис.51. Взаимодействие «липких» концов дезоксигемоглобина S с комплементарными им участками другой молекулы дезоксигемоглобина S при образовании длинных агрегатов

Рис.52. Ассоциация молекул дезоксигемоглобина S

рилл (рис.52), деформирующих структуру мембран эритроцитов, придавая им форму серпа (рис.53).

Рис.53. Эритроциты крови больного серповидноклеточной анемией

«Серповидные» эритроциты плохо проходят через капилляры тка- ней, увеличивают вязкость крови, нарушая ее циркуляцию; закупоривают сосуды, создавая местную гипоксию, что повышает образование гемоглобина Ѕ и продолжает деформацию эритроцитов. Некоторые эрит- роциты остаются необратимо серповидными и разрушаются. Нарушение доставки О2 в ткани вызывают боли и некроз клеток в данной области. Через некоторое время пониженное кровоснабжение приводит к некрозу органов, например селезенки, и ее атрофии, и, как следствие, к возник- новению заболевания, получившего название серповидно-клюточнойанемии.Это первый описанный пример молекулярной болезни, которая наследуется как рецессивное заболевание. Почти все замены аминокислот на поверхности гемоглобина безвредны; гемоглобин Ѕ — редкое исключение.

2. Изменение аминокислотного остатка в области активного центра.Между гемом и белковой частью гемоглобина существует около 60 межатомных неполярных контактов. Мутации, нарушающие эти контакты, изменяют структуру активного центра. В этом случае в дефектной субъединице не происходит связывание О2 и это приводит к возникно- вению анемий, заболеваний причиной которых является дефицит О2:

а. Замена в гене α- или β-цепи гистидинов (Гис Е7 и Гис F8) на тирозин. В результате Fе 2+ окисляется до Fе 3+ , не способного к связыванию О2 (рис.54). Гем с окисленным Fе 3+ называется ферри-гемом, а гемоглобин, содержащий 2 ферри-гемма, называется метгемоглобином или гемогло- бином М. Если изменение затрагивает 2 цепи, то гемоглобин может переносить только 2 молекулы О2 и развивается заболевание, связанное с дефицитом О2 – цианоз, если все 4 цепи, то это приводит к летальном исходу.

Рис.54. Замена проксимального гистидина (F8) тирозином, приводящая к образованию гемоглобина М

б. Замена фенилаланина СД1 (гидрофобная аминокислота) на серин (гидрофильная аминокислота) (рис.55). Такой гемоглобин называется гемоглобином Хаммерсмита. В результате этой замены нарушается связывание глобина с гемом. В гидрофобный «карман», где находятся гем, начинает проникать вода, из-за присутствия там серина, и окислять Fе 2+ до Fе 3+ . Образуется ферри-гем, в результате чего развиваетсяанемия.

в. В нормальных гемоглобинах в месте пересечения двух α-спиралей В и Е н аходятсяглицин, у которого радикалом является водород и поэтому две спирали плотно прилегают друг к друг. Вгемоглобине Ривердейла-Бронкса (мутант гемоглобина А) вместо глицина в положении В6 нахо- дятсяаргининс объемным радикалом, который не помещается в узком пространстве, что меняет конформацию молекулы и она становится неста- бильной. Это приводит к разрушению эритроцита и развитию несфероцитарных гемолитических анемий.

Рис.55. Гемоглобин Хаммерсмита

3. Мутации генов α- и β-цепей гемоглобина, затрагивающие разные этапы синтеза этого белка, приводят к понижению скорости трансляции и полному её прекращению. Это становится причиной развития тяжелых форм анемии, известных под названием талассемия. Различают α- и β-талассемии. Молекулярными механизмами возникновения талассемий являются: делеция α-глобинового гена; нестабильность мRНК (замена стоп-кодона в α- цепи на кодирующий кодон приводит к синтезу удлиненной (172 остатка вместо 141 в норме) цепи, которая делает мутантную мRНК чувствительной к действию нуклеаз); нарушение инициации цепей (некоторые β-талассемии возникают в результате дефекта 5 ʹ –нетранслируемой области); преждевременная терминация цепи (замена одного нуклеотида в кодоне лицина ААГ приводит к образованию стоп-кодона УАГ в 17 положении) и т.д.

Дата добавления: 2015-06-04 ; Просмотров: 975 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

2. Изменения аминокислотного состава в области активного центра гемоглобина

Между гемом и белковой частью гемоглобина существует около 60 межатомных контактов. Большинство мутаций, нарушающих в той или иной мере эти контакты, приводят к развитию гемоглобинопатии и анемии.

Гемоглобин М — вариант гемоглобина А, где в результате мутации в гене ?- или ?-цепи происходит замена Гис Е7 или Гис F8 тирозином. В результате Fe 2+ окисляется в Fe 3+ и стабилизируется в этой форме. Гемоглобин, содержащий в теме Fe 3+ , называют метгемоглобином (отсюда и название — гемоглобин М). Вместо О2 к Fe 3+ присоединяется Н2О. Обычно изменения затрагивают либо ?-, либо ?-цепи, в результате гемоглобин может переносить не более двух молекул О2. У гетерозиготных людей отмечают цианоз, связанный с нарушением транспорта О2, а гомозиготность по этому гену приводит к летальному исходу.

Гемоглобин Хаммерсмита — вариант гемоглобина А, где в положении D1 вместо фенил-аланина (гидрофобной аминокислоты) находится серии (гидрофильная аминокислота). Фен D1 входит в неполярное окружение тема. Замена его на гидрофильную аминокислоту приводит к нарушению прочности связывания тема с глобином; в «гидрофобный карман», где размещается гем, способна проникать вода, окисляющая Fe 2+ до Fe 3+ , в результате чего развивается анемия.

3.Изменения аминокислотного состава, деформирующие третичную структуру гемоглобина

Во всех нормальных гемоглобинах и в миоглобине в месте пересечения двух ?-спиралей В и Е находится аминокислота глицин. Так как глицин вместо радикала содержит атом водорода, в этом месте две спирали плотно прилегают друг к другу.

В гемоглобине Ривердейла-Бронкса (вариант гемоглобина А) вместо глицина в положении В6 находится аминокислота аргинин, имеющая объёмный радикал. В результате он не умещается в столь узком пространстве, молекула меняет конформацию и становится нестабильной.

Почти все варианты гемоглобина А, где происходит замена аминокислот в области контакта димеров ?1?2, ?2?2, проявляют пониженную кооперативность и нарушенное сродство гемоглобина к О2.

Так, гемоглобин Кемпси — вариант гемоглобина А, где в положении G1 ?-цепи аспарагиновая кислота заменена на аспарагин. В норме аспарагиновая кислота участвует в образовании водородной связи, стабилизирующей дезокси-гемоглобин. В результате замены эта связь не образуется, что нарушает стабильность конформации дезоксигемоглобина, и сродство гемоглобина к О2 повышается. У больных развивается анемия с выраженным цианозом.

Таким образом, первичная структура белка определяет особенности его конформации, строения активного центра и функций. Изменение одной аминокислоты только в одном белке может быть причиной нарушений функций данного белка и развития наследственной патологии.

источник

Коллоквиум № 1 по Биохимии

2 Вариант

1. На рисунке представлено схематическое изображение белка и структуры различных лигандов.

Выберите из 4-х представленных лигандов один, который с наибольшей вероятностью будет взаимодействовать с активным центром белка. Для этого:

а) напишите формулы аминокислот, входящих в состав активного центра.

б) объясните, чем обусловлена специфичность связывания белка с лигандом;

в) какие связи возникают между выбранным вами лигандом и активным центром.

г) что такое «информационная лабильность» белка, и какую роль она играет в функциони­ровании белков?

2. В результате мутаций в гене а цепи гемоглобина А вместо Гис, входящего в состав активно­го центра, находится тирозин. Это приводит к тому, что Fe +2 окисляется до Fe +3 . Какова причина развития гемоглобинопатии при данном наследственном заболевании? Для ответа на вопрос объясните:

а) как называется такая форма Нв?

б) каково строение активного центра Нв и какую роль играют остатки Гис, входящие в состав активного центра, в функционировании Нв?

в) сколько молекул О2 способен переносить в ткани мутантный гемоглобин?

3. 5 мг лактатдегидрогеназы за 30 мин катализируют превращение пирувата с образовани­ем 20 мкмолей лактата при оптимальных условиях (37 °С и рН=6,2>:

а) рассчитайте удельную активность фермента, укажите единицы измерения;

б) назовите, к какому классу и подклассу откосится данный фермент;

в) назовите витамин и кофермент, участвующий в работе лактатдегидрогеназы.

г) нарисуйте график зависимости скорости реакции от рН, объясните, как изменится активность фермента при рН=10 и почему?

д) нарисуйте график зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата, объясните его кинетику. Что такое Км и какое значение имеет определение этой константы?

4. У мужчины, который использовал инсектицид хлорофос для уничтожения колорадского жука на листьях картофеля, появились признаки отравления: головная боль, тошнота галлюцинации. Известно, что хлорофос является фосфоорганическим соединением. Опишите меха­низм его действия и объясните, почёму хлорофос токсичен.

а) активность каких ферментов и как изменяется при отравлении этим инсектицидом?

б) напишите реакции, скорость которых изменяет хлорофос.

5. В метаболической цепи реакция, катализируемая ферментом Е1 протекает с наименьшей скоростью

а) назовите, какой фермент может быть регуляторным в указанном цепи реакции. Обоснуйте ответ;

б) нарисуйте схематическое изображение регуляторного фермента;

в) обозначьте центры связывания этого фермента, укажите, с какими лигандами он может взаимодействовать; какой из продуктов реакции может служить ингибитором метабо­лического пути и как называется механизм его действия;

г) как называется такой вид регуляции активности ферментов?

6. Пациента с жалобами на боль в груди в течение трех дней госпитализировали с подоз­рением на инфаркт миокарда. Результаты биохимического анализа крови подтвердил диагноз. Опишите метод энзимодиагностики и объясните:

а) какие особенности состава и распределения ферментов лежат в основе энзимодиагности­ки;

б) активность каких ферментов и как изменилась в крови пациента, если диагноз подтвердился?

источник