Разбор задач по обмену аминокислот

113. Пациенту с острыми болями в области сердца определили активность аминотрансфераз (ГПТ-АлАТ; ГОТ-АсАТ) в крови.

А. Активность какой из аминотрансфераз в наибольшей степени увеличивается при этой патологии?

Б. Объясните причины повышения активности этих энзимов в плазме крови. Каков диагностическое значение определения их активности?

В. Чем может быть обусловлено повышение АсАТ в плазме крови у новорожденных?

Ответ.

Здесь необходимо вспомнить, что такое трансферазы и зачем они нужны.

Трансферазы (аминотрансферазы) – это ферменты (значит они катализирует какую то реакцию в организме), коферментом которых является витамин В₆ (пиридоксальфосфат), которые участвуют в реакциях трансаминирования, т.е. переноса аминогруппы (-NH₂) c аминокислоты на кетокислоту.

В результате этого свободные аминокислоты теряют свои аминогруппы и превращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в ЦТК, ну а далее в дыхательную цепь. А при необходимости может использоваться для синтеза глюкозы в глюконеогенезе.

Существует несколько видов аминотрансфераз, при чем концентрация их в различных тканях неодинакова.

Например, АСТ (или аспартатаминотрансфераза) – осуществляет реакция трансаминирования между аспартатом и кетоглутаратом, в результате чего образуется оксалоацетат и глутамат. По обратной реакции – ГОТ (или глутаматоксалоацетатаминотрансфераза).

Эти ферменты (АсАТ-ГОТ) наибольшее их концентрация наблюдается в клетках миокарда.

Отсюда мы даем первый ответ на вопрос:

Повыситься активность Аспартатаминотрансфразы. Так как у пациента наблюдаются боли в миокарде, что свидетельствует о нарушении целостности клеток миокарда и ферменты АсАТ выйдут в кровяное русло, что можно подтвердить биохимическими анализами крови.

Какое же это имеет диагностическое значение.

Для клинических целей определяют активность двух аминотрансфераз (АсАТ и АлАТ). У здоровых людей, в сыворотке крови активность этих трансфераз в тысячи раз ниже, чем в органах. При органических поражениях, сопровождающихся деструкцией клеток, происходит выход трансаминаз из очага в кровь. Через 3-5 часов после развития инфаркта миокарда уровень АсАТ повышается в крови в 8-10 раз. Через 2-3 дня при благоприятном исходе болезни уровень АсАТ в крови возвращается к норме. При различного рода коронарной недостаточности (пороки сердца, стенокардия) гиперактивность АсАТ в крови не наблюдается или незначительна, так как деструкция миокардиоцитов не наблюдается.

То есть можно судить о характере и о динамике заболевания сердца.

А вот при заболеваниях печени (при деструкции гепатоцитов) наблюдается повышение активности другой трансферазы – Аланинаминотрансферазы (АлАТ)

В. Повышение АсАТ в плазме крови у новорожденных не являются патологией, что обусловлено повышенной проницаемостью клеточных мембран. Понижение же до нормы у здорового ребенка происходит после 6 мес.

114. При тяжелых вирусных гепатитах у больных может развиться печеночная кома, приводящая к токсическому повреждению клеток мозга.

А. Каковы причины столь значительного повреждения функции ЦНС?

Б. Объясните причины токсичности аммиака.

Ответ.

Вспомним одну из функции печени, а точнее гепатоцитов. Вспомним, что в гепатоцитах осуществляется реакции синтеза мочевины из аммиака. Мочевина безвредна и нетоксична, а аммиак являются токсичным для всего организма, но прежде он являются крайне токсичным для клеток ЦНС.

Разбираем, что же происходит при тяжелых вирусных гепатитах. А при них наблюдаются поражение гепатоцитов печени, если поражение их массивно, то гепатоциты не будут справляются со своей функцией, это привет к снижению синтеза мочевины (один из путей обезвреживания аммиака), следовательно повыситься уровень аммиака в крови, что приведет к гипераммониемии.

Б. Причины токсичности аммиака.

1. аммиак сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глутамата (глутаминовой кислоты).

а- кетоглутарат+НАДФН₂+NH₃ à глутамат + НАДФ⁺;

В результате снижается функция ЦТК и возникает гипоэнергетическое состояние. А почему, до потому что а-кетоглутарат, является продуктом цикл Кребса, именно принимает на себя, от аминотрансфераз, аминогруппу аминокислот и превращается в глутамат. Следовательно, снижение а-кетоглутарата приведет к нарушению ЦТК, а этот цикл являются одним из главных источников энергии в организме человека.

2. Аммиак усиливает синтез глутамина из глутамата в нервной ткани:

глумат+NH₃+ АТФ à глутамин+АДФ+ Н₃РО_4.

Накопление глутамина в нервных клетках приводит к повышению осмотического давления и может вызвать отек мозга.

3. Снижение концентрации глутамата нарушает синтез ГАМК (путем декарбоксилирования) – основного медиатора проведения нервного импульса, что вызывает судороги.

4. Аммиак в плазме крови образует ион NH₄⁺ (аммония)

Накопление аммония вызывает алколоз (смещение рН крови в щелочную сторону) и нарушает трансмембранный перенос ионов Na⁺ и К⁺, проведение нервного импульса, что ведет к повреждению клеток мозга.

115. При длительном голодании белки скелетных мышц используются в качестве источника энергии. Составьте последовательность превращений, которые должны произойти с белками и продуктами их распада, прежде чем мозг и сердечная мышца смогут использовать энергию их распада (1à2à3à4à5).

Ответ.

1. Белки скелетных мышц являются эндогенными источниками аминокислот, то есть происходит гидролиз собственных белков под влиянием тканевых протеаз.

Ответ.

1. Фенилаланин – незаменимая аминокислота; тирозин – условно заменимая аминокислота, синтезируется из фенилаланина, (90 фенилаланина превращается в тирозин).

Фен àТирà …. à Гомогентизиновая кислота à Фумарилацетатоацетат àфумарат ₊ ацетатоацетат.

2. В норме у здоровых людей в моче гомогентизиновой кислоты нету, т.к. она являются промежуточным продуктом обмена Фен и Тир и в норме превращается в фумарилацетатоацетат.

3. Алкаптонурия. Причина патологии- наследственный дефект фермента, катализирующего окисление гомогентизиновой кислоты (Е₂ – диоксигеназа гомогентизиновой кислоты). Для этой болезни характерно выделение с мочой значительных количеств гомогентизиновой кислоты, которая, окисляясь кислородом воздуха, образует черный пигмент. Болезнь врожденная, ее обычно обнаруживают по появлению черных пятен на пеленках.

117. Животных длительно время содержали на белковой диете, в которой отсутствовали глутаминовая, аспарагиновая кислоты и серин. Нарушение в развитии этих животных не обнаружили. Как можно объяснить этот факт? Ответ подтвердите схемами реакций из метаболических карт.

Ответ.

Глутаминовая, Аспарагиновая кислоты и серин – являются заменимыми аминокислотами, они легко синтезируются в организме путём трансаминирования.

1. Аланин+ а-кетоглутаровая кислота à Глутамин + ПВК.

2. Глутамин + Щук à Аспарагиновая + а-кетоглутаровая.

3. Углеродный скелет серина образуется из глюкозы:

118. Содержание мочевины в сыворотке крови в норме составляет 2,5-8,4 ммоль/л. При каких состояниях в сыворотке крови может быть обнаружение повышение мочевины.

Ответ.

А. При значительно поступлении белков с пищей (продукционная азотемия). Т.к. увеличивается поступление белков с пищей, будет образовываться больше аммиака, который идет на синтез мочевины.

Б. При усиленном распаде тканевых белков (продукционная азотемия).

В. При лихорадках (продукционная азотемия). Т.к. идет усиленный распад белков.

Г. При нарушении фильтрационной способности почек (почечная ретенционная азотемия). Т.к. образовавшаяся мочевина не выводится с мочой, отсюда и ее накопление в крови.

Д. Нарушение функции ССС, замедление кровообращения, повышение свертываемости крови и др. (ретенционная анемия внепочечного происхождения)

119. У больного яркая желтушность склер, кожи, слизистых оболочек. Моча цвета тёмного пива; кал бесцветный. В крови повышены содержание общего билирубина (за счет прямого). В моче определяется билирубин. О каком типе желтухе идет речь?

Ответ.

Вспомним, что такое билирубин и как он образуется в нашем организме.

Тут необходимо вспомнить распад гемоглобина. Гемоглобин содержится в эритроцитах. Живут эритроциты пример 120 дней. А далее они катаболизируются главным образом в ретикулоэндотелиальных клетках селезенки, костного мозга, печени и эритроцитов.

Распад эритроцитов начинается с распада гемоглобина на гем и глобин. Двухвалентное железо далее окисляется до трёхвалентного, а также образуется биливердин.

А затем, билирубин. Билирубин попадает в кровь. Здесь он находится в комплексе с альбумином плазмы. Образование подобного комплекса не позволяет билирубину выделится с мочой. Билирубин в комплексе с альбумином называется свободный (неконъюгированный) или непрямой билирубин. Далее непрямой билирубин попадает в печень с помощью переносчика (лигандина). В гепатоцитах происходит реакции связывания билирубина с глюкороновой кислотой. Билирубин-глюкоронид получил название связанны (конъюгированный) или прямой билирубин.

После образования прямого билирубина АТФ-зависимый переносчик переносит его в желчные протоки и далее в кишечник, где при участии бактериальных ферментов разрушается до конечных продуктов (билирубин àмезобилирубин à мезобилиноген (уробилиноген) (под действием ферментов бактерий) àстеркобилиноген (окрашивает кал) à стеркобилин и уробилин (под действием кислорода).

· В кишечнике билирубин подвергается восстановлению под действием микрофлоры до мезобилирубина и мезобилиногена (уробилиногена). Часть последних всасывается с током крови и вновь попадает в печень, где окисляется до моно, ди и трипирролов. Оставшаяся в кишечнике часть восстанавливается до стеркобилиногена и выделяется из организма, окрашивая кал. Незначительное количество стеркобилиногена по геморроидальным сосудам попадает в кровь, а далее в почки, где выводится с мочой. На воздухе стеркобилиноген и уробилиноген превращаются соответственно, стеркобилин и уробилин.

Отсюда ответ, это механическая желтуха. Так как образовавшийся прямой (конъюгированный) билирубин не может попасть в кишечник и выводится из организма, т.к. имеется закупорка желчных протоков, например, при желчекаменной болезни (камень в желчном протоке), опухоли в желчновыводящих путях или послеоперационным сужением общего желчного протока.

Будет наблюдаться следующая картина. Прямой билирубин будет продолжать образоваться в печени, сосуды будут переполняться прямым билирубином, их проницаемость повыситься (проницаемость сосудов) и он (прямой билирубин) будет высвобождаться в кровь. Это объясняет следующие симптомы:

- Бесцветный кал, объясняется отсутствием поступления стеркобилиногена в кишечник, который окрашивает кал.

- Желтушность склер, слизистых и кожи, объясняется высоким содержанием прямого билирубина в крови, который имеет оранжевый цвет.

- Моча цвета темного пива – объясняется тем, что прямой билирубин будет выводится с почками.

120. У пациента содержания билирубина в крови повышено (за счет непрямого билирубина), кал интенсивно окрашен (повышено количество стеркобилина). В моче билирубин не найден.

А. Объясните, какой вид желтухи можно диагностировать.

Б. Напишите, используя метаболическую карту, схему образования билирубина и опишите его дальнейшую судьбу.

Ответ:

Это гемолитическая желтуха. При гемолитической желтухе:

Наблюдается усиленный гемолиз эритроцитов, что приводит к образованию непрямого билирубина в крови, он будет поступать в печень, некоторая его часть будет удаляться, а некоторая часть вновь возвратиться в кровь и будет накапливаться в тканях и крови.

Симптомы описать просто.

Интенсивно окрашенный кал, свидетельствует об интенсивном образовании стрекобилиногена, который и окрашивает кал.

В моче билирубин не найден – т.к. непрямой билирубин не фильтруется почками.

121. При наследственном дефекте ферментов синтеза гема кожа больных обладает повышенной чувствительностью к солнечному облучению, и моча приобретает красный цвет.

А. Накопление каких промежуточных продуктов синтеза гема вызывают эти симптомы? А. Как называют эти болезни, обусловленные генетическими дефектами синтеза гема?

Ответ:

Для начала необходимо разобрать схему реакций синтеза гема.

1. Реакция. Образования 5-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-S-КоА. Это происходит в митохондриях.

2. Из митохондрий 5-аминолевулиновая кислота поступает в цитозоль. Далее под действием фермента порфобилиногенсинтазы образуется циклический порфобилиноген из двух молекул 5-аминолевулиновой кислоты.

3. Порфобилиноген (ПБГ) под действием фермента уропорфириноген-синтазы дезаминируется и образуется уропорфиноген I или уропорфиноген III. Они могут окисляться до уропорфирина или же

4. Декарбоксилироваться до копропорфиногена соответствующего типа.

5. Далее под действием копропорфиноген –декарбоксилазы и копропорфиноген-оксидазы образуется протопорфиноген IX, из него далее Протофирин IX, который присоединяя железо, с помощью фермента феррохелотазы и образуется Гем.

В результате генетических дефектов синтеза гема, развиваются порфирии. При этих заболевания накапливаются промежуточные продукты синтеза гема.

При накоплении уропорфиногенов:

· моча больных приобретает красный цвет.

· Зубы при УФ-облучении сильно флуоресцируют,

· Кожа имеет повышенную чувствительность к солнечном свету, т.к. на свету превращаются в порфирины, которые взаимодействуя с кислородом образуют активные радикалы, повреждающие клетки кожи.

122. ГАМК в виде препаратов аминалона или гаммалона используется в клинике при лечении заболеваний, сопровождающихся резким возбуждением коры головного мозга.

А. Напишите, используя метаболическую карту, реакцию образования ГАМК, назовите аминокислоту-предшественник, фермент, кофермент.

Б. Какова биологическая роль ГАМК? При каких патологиях ГАМК в виде препаратов аминалона или гаммалона используется в клинике?

Ответ:

1. ГАМК – это биогенный амин, который образуется при декарбоксилировании глутамата (отщепляется а-карбоксильная группа).

Глутамат (фермент – глутаматдекарбоксилаза) à ГАМК + СО₂.

Фермент Глутаматдекарбоксилаза, а коферментом является Пиридоксальфосфат (активная форма витамина В₆).

2. ГАМК в нервных клетках является основным тормозным медиатором проведения нервного импульса. ГАМК в виде препаратов аминалона и гаммалона применяются при нарушениях мозгового кровообращения, умственной отсталости, эндогенных депрессиях, а также при резком возбуждении ЦНС (эпилепсии).

123. При синдроме Баттлера-Олбрайта отмечаются следующие нарушения: снижается выделение солей аммония с мочой, повышается экскреция натрия и калия (приводит к гипонатриемии и гипокалиемии), возникает ацидоз.

А. Предположите, активность какого фермента снижена в почках?

Б. Назовите реакцию, которую он катализирует.

В. Почему развивается ацидоз у увеличиваются потери калия и натрия?

Ответ.

Необходимо знать образование амидов дикарбоновых кислот – важный путь обезвреживания аммиака, в тканях мозга, скелетных мышцах и печени, откуда он (в составе глутамина и аспарагина) поступает в кровь, а затем в печень и почки, где превращается в мочевину и соли аммония, которые удаляются с мочой. Это глюкозо-аланиновый цикл.

Вначале, под действием фермента глутаминсинтетазы образуется глутамин. Глутамин является безопасной транспортной формой аммиака. Аммиак по действием фермент глутаминазы в почках превращается в соли аммония и выводятся с мочой. Или же поступить в печени и пойти по орнитиновому циклу.

Ион аммония поддерживает кислотно-щелочное равновесие, т.е. способствует выведению протонов водорода и аниона кислоты. В отсутствии солей аммония анионы кислоты выводятся в виде натриевых и калиевых солей.

124. Животному ввели метионин с меченым атомом углерода ¹⁴С в метильной группе. Укажите соединения, в которых была обнаружена метка через некоторое время (А,Б,В,Г). Для написания реакций используйте метаболические карты.

Ответ:

Метионин в активной форме в виде S-аденозилметионина (SAM) участвует в многочисленных реакциях трансметилирования и образования:

-Креатинина,

- Холина,

- Катехоломинов,

- Карнитина.

А. Синтез креатина и креатинфосфата.

Креатин необходим для образования в мышцах высокоэргического соединения - креатинфосфата. Синтез креатина идет в 2 стадии с участием 3 аминокислот: аргинина, глицина и метионина.

В почках образуется гуанидинацетат, соединяется аргинин с глицином, при действии глицинамидинотрансферазы.

АРГ+ГЛИàГуанидинацетат+ Орнитин (пойдет в орнитиновый цикл).

Затем гуанидинацетат транспортируется в печень, где происходит реакция его метилирования (метильная группа от S-аденозилметионина), с образованием креатина.

Далее, с током крови креатин поступает в мышцы, где под действием фермент креатинфосфокиназы (КК), образуется креатинфосфат. Это высокоэргическое соединение. Энергия креатинфосфата используется для работы мышц, затем снова образуется креатин, который выводится с мочой.

Б. Синтез холина.

Для синтеза холина требуются аминокислоты серин, метионин. Этаноламин может быть использован и в готовом виде

B. Синтез катехоломинов (адреналин, норадреналин).

Тирозин à ДОФАàдофаминàнорадреналин à Адреналин.

Последняя реакция (превращение норадреналина в адреналин осуществляется при участии S-аденозилметионина).

Г. Синтез карнитина.

Глутаминовая кислота à (декарбоксилирование) ГАМКà при участии S-аденозилметионина, через несколько реакций образуется Карнитин.

125. Заболевание: семейная гипераммониемия (передается по аутосомно-рецессивному типу) характеризуется стойким увеличением содержания в крови аммиака и полным отсутствием цитруллина, основные клинические симптомы связаны с поражением ЦНС.

А. Напишите, используя метаболическую карту, реакция, которая блокирована при данной патологии.

Б. почему состояние больных улучшается после введения глутаминовой кислоты?

В. Как изменится суточное выделение мочевины при этой патологии?

Ответ:

А. Если не образуется цитруллин, значит нарушен фермент, который образует цитруллин (спасибо КЭП)

Вспомним, что цитруллин образуется при взаимодействии цитруллина и карбомоилфосфата, эта реакция идет при помощи фермента орнитинкарбомоилтрансферазы.

Б. При введении глутамата количество аммиака снизится за счет образования амидов дикарбоновых кислот. Образуется глутамин (безопасная форма транспорта аммиака к печени и почкам).

В. Суточное выделение мочевины снизится, так как не «работает» орнитиновый цикл, который является основным механизмом обезвреживания аммиака в организме.

126. Обнаружено, что вирус гриппа может вызывать нарушение синтеза фермента карбамоилфосфатсинтетазы I у детей.

А. Пользуясь метаболической картой, напишите уравнение реакции, катализируемой этим ферментом, укажите его органную и клеточную локализацию.

Ответ.

А. NН₃+ СО_2­ + 2 АТФ à (карбомоилфосфатсинтетаза, кофермент биотин) образуется карбомоилфосфат.

Б. Реакция происходит в митохондриях клеток печени.

Гипераммониемия (содержания аммиака более 0,06 ммоль/л вызывает судороги, потерю сознания, рвота и т.д.

126. Альбиносы плохо переносят воздействие солнца, загар у них не развивается, а появляются ожоги, снижена острота зрения, светобоязнь. Какое нарушение метаболизма лежит в основе этого явления?

Ответ.

Альбинизм- врожденное отсутствие пигментов в коже, волосах и сетчатке глаз. Метаболический дефект связан с потерей меланоцитами способности синтезировать тирозиназу – фермент, катализирующий окисление тирозина в ДОФА и диоксифенилаланинхинон, являющихся предшественниками меланина.

128. У ребенка 1,5 мес. в крови содержание фенилаланина составляет 35 мг/дл (норма 1,4-1,9 мг/дл), содержание фенилпирувата в моче – 150 мг/сут (норма 5-8 мг/сут.).

А. На основании представленных данных сделайте вывод о заболевании, его причинах, и проявлениях;

Б. Напишите, используя метаболическую карту, реакцию, которая блокирована при этом заболевании.

Ответ.

А. Это свидетельствует о таком заболевании как фенилкетонурия.

При этом заболевании нарушается структура фермента фенилаланингидроксилазы или он вообще синтезируется. Этот фермент катализирует реакцию превращения фенилаланина в тирозин. Болезнь проявляется в виде нарушения умственного и физического развития, судорогами. Тяжелые проявления этой болезни объясняются токсическим действием фенилаланина, фенилпирувата и фенилактата. Большие концентрации фенилаланина ограничивают транспорт тирозина и триптофана через гематоэнцефалический барьер и тормозят синтез нейромедиаторов (дофамина, норадреналина, серотонина).

129. При анализе желудочного сока пациента обнаружено:

А. рН желудочного сока 7,0.

Б. Молочная кислота.

Какие заболевания можно предположить?

Ответ:

А. рН желудочного сока больше 6,0 свидетельствует о ахлоргидрии. Связано с потерей слизистой оболочки желудка обкладочных клеток, которые секретируют соляную кислоту.

Б. Молочная кислота в норме в желудочном соке отсутствует. Образуется она при уменьшении содержания или отсутствии соляной кислоты в результате размножения молочнокислых бактерий.

130. Цитруллинемия проявляется рвотой, судорогами, нарушениями сознания. Наследственный дефект какого из ферментов орнитинового цикла является причиной нарушений?

1. карбомоилфосфатсинтазы I.

2. орнитинкарбомоилтрансферазы,

3. аргининосукцинатсинтетазы,

4. аргининносукцинатлиазы,

5. аргиназы.

Ответ:

Фермент – аргининсукцинатсинтетаза. Этот фермент в норме катализирует реакцию:

Цитруллин + аспартат + АТФ à аргинсукцинат +АМФ+ РР.

При его дефекте увеличивается содержание цитруллина в крови и моче, возникает тяжелая гипераммониемия после белковой нагрузке, т.к. снижаются количество орнитина в клетках и скорость орнитинового цикла.

131. Перечислите, используя метаболическую карту, реакцию синтеза мочевины, нуждающиеся в энергии АТФ. Сколько молекул АТФ затрачивается при синтезе 1 молекулы мочевины?

Как цикла Кребса восполняет расход АТФ?

Ответ:

А.

1. NH₃ + СО₂ (карбомоилфосфатсинтетаза) (2 АТФ) à Карбомоилфосфат.

2. Цитруллин + аспартат (аргининсукцинатсинтетаза) (АТФ) à Аргининсукцинат.

Итого: 3 АТФ.

Б. Фумарат – общий метаболит орнитинового цикла и ЦТК. В ЦТК: фумарат à малат àЩУК. при дегидрировании малата НАД-зависимой малатдегидрогназой образуется НАДН₂, который в ЦПЭ обеспечивает образование 3 молекулы АТФ по механизму окислительного фосфорилирования.

132. Биогенные амины, продукты декарбоксилирования аминокислот, являются биологически активными веществами, выполняющими функции нейромедиаторов, гормонов, регуляторных факторов местного действия. Назовите аминокислоты, из которых;образовались следующие биогенные амины и укажите их функции:

1. Серин;

2.Тирозин;

3. Глутамат,

4. Гистидин.

Ответ:

1. Серин à коламин à холин à фосфатидилхолин и ацетилхолин (возбуждающий медиатор вегетативной нервной системы);

2. Тирозин à катехоламиныà дофамин (медиатор среднего отдела мозга) и норадреналин и адреналин.

3. Глутамат à ГАМК – тормозной медиатор высших отделов мозга.

4. Гистидин à гистамин àмедиатор воспаления, аллергических реакций.