Контрольная работа по биохимии

Контрольная работа №1 по биохимии – Вариант 16

 

ТЕМА 1: Введение в биохимию. Структурная организация клетки и ее молекулярные компоненты

ВОПРОС 6: Напишите значение воды для организма, кратко перечислите физико-химические свойства воды.

ОТВЕТ:

Значение воды для организма  человека очень велико. Из наиболее основных функций воды в организме  отметим следующие:

 

1. Вода является универсальным растворителем и средой для диффузии веществ в организме.
2. Участие в ферментативных реакциях гидролиза. Поэтому катаболизм в клетке любых полимерных молекул и получение из них энергии не может проходить без воды; переваривание пищевых веществ ухудшается в состоянии недостаточности воды.
3. Формирование клеточных мембран основано на амфифильности фосфолипидов, т.е. на способности фосфолипидов автоматически формировать полярную поверхность мембраны и гидрофобную внутреннюю фазу. Как следствие, при снижении объема внутри- и внеклеточной воды часть фосфолипидов  оказывается «лишней» и происходит деформация мембран клеток.
4. Вода формирует гидратную оболочку вокруг молекул. Это обеспечивает:

- растворимость веществ,  в частности белков-ферментов,  и должное взаимодействие их  поверхностных гидрофильных аминокислот  с окружающей водной средой. При  уменьшении доли воды в среде  взаимодействие ухудшается, изменяется  конформация фермента и, значит, варьируется скорость ферментативных реакций,

- транспорт веществ в крови и в клетке.

5. Вода создает активный объем клетки и межклеточного пространства. Связывание воды с органическими структурами межклеточного матрикса – коллагеном, гиалуроновой кислотой, хондроитин-сульфатами и другими соединениями обеспечивает тургор и упругость тканей. Наглядно это проявляется при крайнем обезвоживании организма, когда наблюдается спадение глазных яблок и неэластичность кожи.
6. Состояние жидких сред организма (кровь, лимфа, пот, моча, желчь) напрямую зависит от количества в них воды. Сгущение и концентрирование этих жидкостей приводит к снижению растворимости их компонентов – солей, органических веществ, и усилению кристаллообразования в моче и желчи.
7. Достаточное количество воды поддерживает стабильность артериального давления.

Физико-химические свойства воды:

 

1. Поверхностное натяжение - это степень сцепления молекул воды друг с другом. Этот параметр определяет степень усвояемости воды организмом. Чем более "жидкая" вода, тем меньше энергии требуется организму для разрыва молекулярных связей и осуществления взаимодействия.
2. Жесткость воды - наличие в ней солей. От жесткости зависит также степень взаимодействия воды с другими веществами.
3. Кислотно-щелочное равновесие воды. Основные жизненные среды (кровь, лимфа, слюна, межклеточная жидкость, спинномозговая жидкость и др.) имеют слабощелочную реакцию. При сдвигах их в кислую сторону, меняются биохимические процессы, организм закисляется. Это ведет к развитию болезней.
4. Окислительно-восстановительный потенциал воды. Это способность воды вступать в биохимические реакции. Она определяется наличием свободных электронов.
5. Структура воды. Вода представляет собой жидкий кристалл. Диполи молекулы воды ориентируются в пространстве определенным образом, соединяясь в структурные конгломераты. Это позволяет жидкости составлять единую биоэнергоинформационную среду. Когда вода находится в состоянии твердого кристалла (льда) молекулярная решетка жестко ориентирована. При таянии разрываются жесткие структурные молекулярные связи. И часть молекул, высвобождаясь, образуют текучесть воды. Вся жидкость в организме структурирована. Только в таком состоянии она способна проводить энергетические импульсы.
6. Информационная память воды. За счет структуры кристалла происходит запись биополевой информации. Это один из очень важных параметров воды, имеющий большое значение для организма человека.
7. Минерализация воды. Наличие в воде макро- и микроэлементов необходимо для здоровья. Жидкости организма представляют собой электролиты, и восполнение минерального состава идет, в том числе, за счет воды.

 

ТЕМА 2: Строение и свойство белков

ВОПРОС 1: Напишите структурные  формулы следующих аминокислот: кислота глутаминования, кальция глутаминат, метионин, гистидин, цистеин. Укажите их биологическую роль и применение в медицинской практике.

ОТВЕТ:

*** Структурные  формулы аминокислот (см. листочки)

 

Глутамина в организме содержится больше, чем других аминокислот. Он образуется из глутаминовой кислоты путем присоединения аммиака. Глутамин весьма важен как переносчик энергии для работы мукозных клеток тонкой кишки и клеток иммунной системы, а также для синтеза гликогена и энергообмена в клетках мышц. При катаболизме глутамин становится незаменимой аминокислотой, поскольку поддерживает синтез белка и стабилизирует уровень жидкости внутри клеток. Глутамин улучшает краткосрочную и долгосрочную память и способность к сосредоточению. При интенсивных физических нагрузках организм теряет много глутамина. Потребление его способствует быстрому восстановлению и улучшению анаболизма. Глутаминовая кислота служит важным источником аминогруппы в метаболических процессах. Он является промежуточной ступенью при расщеплении таких аминокислот, как пролин, гистидин, аргинин и орнитин. Глутаминовая кислота способна присоединять аммиак, превращаясь в глутамин, и переносить его в печень, где затем образуется мочевина и глюкоза. Важен для нормализации уровня сахара, повышении работоспособности мозга, при лечении импотенции, при лечении алкоголизма, помогает бороться с усталостью, мозговыми расстройствами - эпилепсией, шизофренией и просто заторможенностью, нужен при лечении язвы желудка, и формирование здорового пищеварительного тракта.

 

Кальция глутаминат – кальциевая соль глутаминовой кислоты, играющая важную роль в обмене веществ, особенно в процессе белкового обмена. Применяют (наравне с глутаминовой кислотой) при психических расстройствах вследствие церебрального атеросклероза (заболевания сосудов мозга, выражающегося в уменьшении их просвета), постгравматической эпилепсии (судорожных припадках, возникающих вследствие травмы мозга), пресенильных психозах (предстарческом маразме), туберкулезном менингите (воспалении оболочек мозга вследствие туберкулеза) в остром периоде и при лечении остаточных явлений, в остром периоде арахноэнцефалита (воспаления оболочек и тканей мозга) и полиомиелита (острого инфекционного заболевания, характеризующегося нарушением движения), а также при реактивных состояниях (психических болезнях, вызванных эмоциональным потрясением) и психозах.

 

Метионин является основным поставщиком сульфура, который предотвращает расстройства в формировании волос, кожи и ногтей; способствует понижению уровня холестерина, усиливая выработку лецитина печенью; понижает уровень жиров в печени, защищает почки; участвует в выводе тяжелых металлов из организма; регулирует образование аммиака и очищает от него мочу, что понижает нагрузку на мочевой пузырь; воздействует на луковицы волос и поддерживает рост волос. Так же важное пищевое соединение, действующее против старения, так как оно участвует в образовании нуклеиновой кислоты - регенерирующей составной части белков коллагена. Цистин и таурин (аминокислота, в больших количествах встречающаяся в мускулатуре сердца и скелетных мышцах, а также в центральной нервной системе) синтезируются из метионина. Черезмерное потребление метионина приводит к ускоренной потере кальция.

Гистидин, в противоположность  прочим аминокислотам, почти на 60 процентов всасывается через кишечник. Он играет важную роль в метаболизме белков, в синтезе гемоглобина, красных и белых кровяных телец, является одним из важнейших регуляторов свертывания крови. В большом количестве содержится в гемоглобине; используется при лечении ревматоидных артритов, аллергий, язв и анемии; способствует росту и восстановлению тканей. Недостаток гистидина может вызвать ослабление слуха. Гистидин легче других аминокислот выделяется с мочой. Поскольку он связывает цинк, большие дозы его могут привести к дефициту этого металла.

 

 

Цистеин:

Молекула цистина состоит из двух молекул цистеина, соединенных дисульфидной связью. Цистеин может замещать метионин в пищевых белках. Он необходим для роста волос и ногтей. Цистеин также играет важную роль в формировании вторичной структуры белков за счет образования дисульфидных мостиков, например, при образовании инсулина и ферментов пищеварительной системы. Он содержит серу, а потому может связывать тяжелые металлы, например медь, кадмий и ртуть. При отравлении тяжелыми металлами полезно принимать это вещество. Недостаток цистина в течение длительного времени приводит к выведению из организма важных микроэлементов. Кроме того, цистин является важным антиоксидантом. Сочетание цистина с витамином Е приводит к усилению антиоксидантного действия обоих веществ (эффект синергизма). Повышенное потребление цистина ускоряет восстановление после операций, ожогов, укрепляет соединительные ткани, вследствие чего повышенное потребление цистеина может быть рекомендовано при артрите.

Цистин может синтезироваться организмом из метионина; совместный прием обеих аминокислот усиливает липотропные свойства последнего. Он также важен для получения трипептида, называемого глутатионом (содержит цистин, глутаминовую кислоту и глицин). Цистин в сочетании с витамином С (примерно 1:3) способствует разрушению почечных камней.

 

 

ТЕМА 3: Строение и функции  нуклеиновых кислот

ВОПРОС 8: Охарактеризуйте  уровни структурной организации  РНК. Напишите отдельный фрагмент молекулы РНК, состоящий из 4-х нуклеотидов, поясните структуру этого фрагмента.

ОТВЕТ:

Первым уровнем организации  РНК является «первичная структура» - последовательность нуклеотидов в  полимере.

В растворе с определенной ионной силой различные РНК могут образовывать многообразие форм. Общим признаком является наличие спиральных и несприральных участков молекулы. В спиральных участках  происходит образование пар как канонических «Уотсон-Криковских» пар (А-У, Г-Ц), так и неканонических пар (Г-У). Основания связаны водородными взаимодействиями попарно и дополнительно стекинг-взаимодействиями вдоль спиральных участков. Часто аналогичные взаимодействия наблюдаются между различными спиральными участками, что приводит к формированию коаксиальности спиралей. Условно спиральные участки молекулы называют «стеблями», соединяющие их одноцепочечные тяжи – «петлями».

Упорядочение комплиментарных оснований в спирали представляет собой второй уровень организации – вторичную структуру.

В естественных условиях РНК  укладывается в трехмерную структуру, при этом спирали и неспаренные  участки строго определенно располагаются  друг относительно друга в пространстве, и образуются так называемые третичные  взаимодействия. Данный процесс укладки  обычно зависит от присутствия в  растворе двухвалентных катионов, а  также наличия определенной температуры  раствора.  Третичная структура  – это уровень организации  ответственный за биологическую  функцию РНК.

Вторичная структура мРНК – изогнутая цепь, а третичная подобна нити, намотанной на катушку, роль которой играет особый транспортный белок – информофер.

Вторичная структура тРНК имеет вид «клеверного листа», третичная структура имеет форму локтевого сгиба, т.к. лепестки петель клеверного листа заворачиваются на тело молекулы, удерживаясь дополнительными вандер-ваальсовыми силами.

Вторичная структура рРНК – в виде спиральных участков, соединенных изогнутой одиночной цепью, а третичная – является скелетом рибосомы. Она имеет форму палочки или клубка. Снаружи на нее нанизываются белки рибосомы.

 

*** Фрагмент РНК  (см. листочки)

Пояснение к фрагменту:

Каждая 3’-гидроксильная группа пентозы одного мононуклеотида соединена ковалентной связью с 5’- гидроксильной группой пентозы другого мононуклеотида. Таким образом, в полинуклеотидной цепи РНК мононуклеотиды соединены 3’,5’ – фосфодиэфирными связями.

 

ТЕМА 4: Углеводы и липиды, их строение и функции

ВОПРОС 6: Напишите структурные  формулы фосфоглицеридов: фосфатидилэтаноламина, фосфатидилсерина. В каких органах и тканях находятся эти соединения, какова их биологическая роль?

ОТВЕТ:

*** Структурные  формулы фосфоглицеридов (см.листочки)

 

Фосфатидилэтаноламины содержатся во всех органах животных. В значительных количествах обнаружены в головном мозге, в плазме крови, печени и почках. Фосфатидилэтаноламин и фосфатидилхолин мембран взаимодействует с ферментами, образуя комплексы, которые активируют факторы свертывания крови.

Фосфатидилсерин составляет 7-10 % липидов нейронных клеток. В человеческом организме содержится около 60 г фосфатидилсерина, из них половина в головном мозге. Фосфатидилсерин активирует процессы фибринолиза, связываясь с другими ферментами, влияет на освобождение гистамина.

В клеточных мембранах  фосфатидилсерин за счёт постоянной активности флиппаз локализуется только на цитозольной стороне липидного бислоя.  Появление фосфатидилсерина на наружной стороне клетки может служить индикатором апоптоза, при этом такие клетки поглощаются фагоцитами.

 

ТЕМА 5: Сложные белки (смешанные  макромолекулы) и их функции.

ВОПРОС 11: Напишите фрагмент молекулы фосфопротеина, в состав которого входят следующие аминокислоты: глутаминовая килоса, лизин, треонин. Объясните какой тип связи соединяет белковую часть с фосфорной кислотой. Укажите биологическую роль фосфопротеинов.

ОТВЕТ:

 

*** Фрагмент молекулы  фосфопротеина (см.листочки)

Фосфопротеиды, сложные белки, в состав которых входит фосфорильная группа, присоединённая к аминокислотным остаткам полипептидной цепи белка.

В данном фосфопротеиде фосфорильная группа (–PO₃^2-) присоединена к молекулам фосфопротеида через остатки аминокислоты треонина посредством связи спиртовой группы аминокислоты.

К фосфопротеинам относятся:

1. Казеин – один из основных белков молока, овальбумин и вителлин – белки куриного яйца, фосфорилированные модификации гистонов
2. ферменты РНК-полимеразы, некоторые фосфотрансферазы, фосфатазы и др.

Фосфопротеины широко распространены в живых организмах, участвуя в обмене веществ, регуляции ядерной активности клетки, транспорте ионов и окислительных процессах в митохондриях

 

ТЕМА 6: Витамины и биологические  функции

ВОПРОС 5: Напишите структурную  формулу витамина В_с, укажите состав витамина В₁₂, охарактеризуйте признаки гипо- и авитаминозов и их коферментные функции. Какие лекарственные препараты этих витаминов применяются в медицине?

ОТВЕТ:

  

 

Состав витамина В₁₂:

B₁₂ имеет самую сложную по сравнению с другими витаминами структуру, основой которой является корриновое кольцо. Коррин во многом аналогичен порфирину (сложной структуре, входящей в состав гема, хлорофилла и цитохромов), но отличается от порфирина тем, что два пиррольных цикла в составе коррина соединены между собой непосредственно, а не метиленовым мостиком. В центре корриновой структуры располагается ион кобальта. Четыре координационных связи кобальт образует с атомами азота. Ещё одна координационная связь соединяет кобальт с диметилбензимидазольным нуклеотидом. Последняя, шестая координационная связь кобальта остаётся свободной: именно по этой связи и присоединяется цианогруппа, гидроксильная группа, метильный или 5'-дезоксиаденозильный остаток с образованием четырёх вариантов витамина B12, соответственно. Ковалентная связь углерод-кобальт в структуре цианокобаламина — единственный в живой природе пример ковалентной связи металл-углерод.

Гиповитаминоз и авитаминоз цианокобаламина:

Дефицит витамина В12 приводит к синтезу дефектной ДНК, которая присутствует в каждой клетке. Наиболее выраженные изменения развиваются в пролиферирующих клетках, например, в клетках костного мозга, полости рта, языка и пищеварительного тракта, что ведет к развитию мегалобластического типа кроветворения, глоссита, стоматита и кишечной мальабсорбции. При дефиците витамина В12 происходят дегенеративные процессы в миелиновой оболочке периферических нервов, спинном и головном мозге. У части больных возможны изменения психики: беспокойство, дезориентация, депрессия, психозы.