Практическое занятие №3.

Тема. Регуляция активности ферментов. Ферменты в медицинской практике.

Цели занятия.

Профессиональные.

1. Изучить механизм действия ферментов.

2. Изучить механизмы, лежащие в основе активации и ингибиции ферментов.

3. На основе полученных знаний понять принципы и возможности использования ферментов в медицинской практике.

Воспитательные.

1. Уметь пользоваться литературой.

2. Уметь выбрать в литературных источниках ключевое звено.

Значение темы: Энзимы – высокоспециализированные белки, исполняющие роль биокатализаторов химических реакций. Почти все они функционируют внутриклеточно, за исключением ферментов органов пищеварения и отдельных энзимов плазмы крови. В настоящее время клиническая энзимология развивается по трем направлениям: энзимодиагностика, энзимотерапия и использование регуляторов активности ферментов как лекарственных препаратов.

Хронометраж практического занятия:

1. Вводная беседа. Тестирование исходного уровня знаний — 20 мин.

2. Практическая часть. Обсуждение теоретического материала по теме — 60 мин

3. Разбор ситуационных задач — 25 мин

4. Контроль усвоения темы — 20 мин.

5. Подведение итогов и задание к следующему занятию — 10 мин.

Продолжительность занятия — 3 часа

Методическое и материально-техническое оснащение (таблицы, варианты иммобилизационных и сенсорных ферментов, видеофрагменты)

Содержание темы: Ферменты. Механизмы активации ферментов и виды активации. Механизмы ингибиции ферментов. Виды ингибиторов. Локализация ферментов и понятие об органоспецифических ферментах. Изоферменты. Понятие об энзимодиагностике. Применение ферментов в практической медицине.

Базисные знания: понятие о строении клетки и функции ее различных органелл.

Студент должен уметь: определить органопринадлежность фермента на примере трансаминаз, кислой и щелочной фосфатаз и на примере изоферментов ЛДГ и креатинкиназы (КК).

Учебная карта занятия:

Вводная беседа о роли ферментов в диагностике и лечении.

Вопросы для вводного контроля:

1. Организация химических реакций в организме. (пространственная: цитозоль, митохондрии и т.д., органоспецифичность).

2. Типы метаболических путей. (линейный, разветвленный, циклический, спиральный).

3. Общие неспецифические принципы механизма регуляции активности ферментов. (количество фермента, температурный оптимум, количество субстрата)

4. Аллостерическая регуляция активности фермента.

5. Зависимость активности ферментов от конформации белков.

6. Ингибиторы ферментов. Виды ингибиции.

7. Обратимое и необратимое ингибирование.

8. Конкурентное ингибирование.

9. Специфическое и неспецифическое ингибирование.

10. Понятие о сигнальных ферментах.

11. Понятие об изоферментах. Значение изоферментов в клинике.

12. Изоферменты ЛДГ и их роль в диагностике.

13. Локализация изоферментов ЛДГ.

14. Органоспецифичность трансаминаз и роль в диагностике заболеваний печени и сердца.

15. Значение определения ферментов с целью прогноза и лечения.

16. Заместительные ферменты.

Теоретическая часть.

1. Ферментная карта клетки. Компартментализация. Распределение ферментов в клетках и тканях.

2. Типы метаболических путей.

3. Мультиферментные комплексы. Что это такое и зачем нужно. (ПДГ, α -КДГ, пальмитоилсинтаза).

4. Общие неспецифические принципы механизма регуляции активности фермента ферментов. (белок-белковые взаимодействия, присоединение регуляторных белков, ассоциация – диссоциация протомеров, фосфорилирование – дефосфорилирование, ограниченный протеолиз)

5. Пути активации ферментов. (отщепление олигопептида от профермента, образование S–S-связей, делая доступным активный центр, образование комплекса с ионами металлов, аллостерическая активация)

6. Аллостерическая регуляция активности фермента.

7. Ингибиторы ферментов. Виды ингибиции.

8. Понятие о сигнальных ферментах.

9. Понятие об изоферментах. Значение изоферментов в клинике.

10. Основные направления использования ферментов в медицинской практике:

а) энзимодиагностика.

б) энзимотерапия;

Ситуационные задачи.

1. Метанол - очень токсичное соединение: прием внутрь 30 мл метанола может

привести к смерти. Такая токсичность обусловлена действием формальдегида - продукта его превращения. Метанол окисляется под действием фермента печени - алкогольдегидрогеназы. Один из методов лечения при отравлении метанолом состоит в том, что больному назначают внутрь или внутривенно этанол в дозах, которые вызывают интоксикацию у здорового человека. Объясните, почему такое лечение эффективно?

2. Если в систему, в которой содержится фермент гликогенсинтаза в активном состоянии, добавить фермент киназу гликогенсинтазы и достаточное количество АТФ, то фермент потеряет свою первоначальную активность. В чем причина снижения активности гликогенсинтазы? Какие условия необходимы, чтобы вернуть ферменту его активность?

3. При остром панкреатите происходит внутриклеточная активация трипсиногена и химотрипсиногена, в результате чего происходит разрушение тканей поджелудочной железы. Такие лечебные препараты как трасилол, контрикал, гордокс являются структурными аналогами субстратов этих ферментов. На чем основано лечебное действие этих препаратов?

4. Больной с переломом костей голени поступил в травматологическое отделение больницы. Определение активности какого фермента следует провести? (ответ: при переломе кости (деструкция ткани) происходит поступление в кровь внутриклеточных ферментов, в частности щелочной фосфатазы, которая является маркером при переломах костей).

5. Гомогенат печени кролика содержит фермент сукцинатдегидрогеназу (СДГ); его инкубировали с субстратом (янтарной кислотой) в присутствии малоновой кислоты. Изменится ли активность СДГ? Каким образом: А) при увеличении концентрации малоновой кислоты; Б) при увеличении концентрации янтарной кислоты? (ответ: а) малоновая кислота является структурным аналогом сукцината, будет ингибировать реакцию СДГ по механизму конкурентного ингибирования; б) увеличение концентрации янтарной кислоты вытеснит из активного центра фермента ингибитор и активность СДГ повысится)

6. Каков механизм действия сульфаниламидных препаратов, ингибирующих рост патогенных бактерий, нуждающихся в парааминобензойной кислоте? (ответ: механизм конкурентного ингибирования)

7. Ингибитор снижает активность фермента до 30% от исходного уровня. Повышение концентрации субстрата катализируемой реакции восстанавливает 80% активности фермента. К какому типу относится данный ингибитор?

8. Высокие концентрации субстрата могут ускорять собственную утилизацию. За счёт чего это происходит? (Каковы основные принципы регуляции ферментативных цепей).

9. Протеолитические ферменты используют для лечения гнойных ран. На чем основано их применение? Какие реакции катализируют эти ферменты?

10. Фермент триглицеринлипаза в жировой ткани может находиться в двух формах с различной активностью: в виде простого белка и фосфопротеина. Почему переход одного состояние в другое сопровождается изменением активности фермента?

11. 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?

12. При некоторых заболеваниях рекомендуется применять ингибиторы пептидаз. Почему при пониженной свертываемости крови это не рекомендуется?

13. В сыворотке крови человека содержится ферменты кислые фосфатазы, которые активны 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 это использовать для разработки метода специфического определения активности кислой фосфатазы из предстательной железы в сыворотке крови?

14. 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?

15. Ацетилхолинэстераза содержится, в основном, в печени, поджелудочной железе и эритроцитах крови. Синтез этого фермента происходит в печени. Используя эти данные, объясните причины снижения активности ацетилхолинэстеразы крови у больного с заболеванием печени и у больного с отравлением дихлофосом.

Вопросы по теме для самостоятельного изучения их студентами

Регуляторы активности ферментов в качестве лекарственных препаратов.