Определение оптимального значения рН для каталитической активности амилазы слюны.

Ход работы. В 5 пронумерованных пробирок влить по 1 мл фосфатно-цитратного буфера со значением рН 5, 0; 5, 4; 6, 8; 8, 0; 10, 0. Во все пробирки добавляют по 1 мл 1% р-ра крахмала и по 1 мл р-ра амилазы. Затем во все пробирки добавляют по 3 капли р-ра Люголя, встряхивают их и помещают в термостат при 37⁰С до исчезновения окраски в пробирке №3. Сравнивают окраску во всех пяти пробирках и делают вывод о зависимости активности амилазы от рН среды.

Вопросы к защите лабораторной работы:

1. Объясните результаты 1-го опыта.

2. К каким регуляторам (обратимым или необратимым) относятся ацетат свинца и сульфат меди? Почему?

3. Предложите механизм действия ионов хлора на активность амилазы.

4. Может ли продукт реакции регулировать активность фермента? Какое биологическое значение это может иметь?

5. В ряде случаев субстрат способен активировать фермент. В чем биологический смысл этого явления?

6. Может ли субстрат усилить синтез фермента?

7. В чем сходство и различие аллостерического регулирования и химической модификации?

8. В чем сходство и различие между химической модификацией и ограни­ченным протеолизом?

9. Имеет ли физиологическое значение необратимое ингибирование активности ферментов? (Да, нет; почему)

10. Объясните результаты 2-го опыта.

11. Почему сдвиг рН в любую сторону от оптимума снижает активность фермента?

12. Почему ацидоз и алкалоз опасен для жизни?

13. Почему отравления солями тяжелых металлов лечат введением в пищеварительный тракт сырых яиц или молока?

5.4. Итоговый контроль знаний:

- вопросы по теме занятия:

1. Что такое активаторы и ингибиторы ферментов?

2. Дайте характеристику:

- аллостерическому механизму;

- химической (ковалентной) модификации;

- ограниченному протеолизу;

- взаимодействию «белок-белок».

3. Дайте понятие о необратимом и обратимом ингибировании.

4. Что такое конкурентное ингибирование? Как в медицине исполь­зуются конкурентные ингибиторы?

5. Что такое содружественное и конкурентное сопряжение?

6. Какие ферменты называются ключевыми?

- ситуационные задачи:

1. Почему не рекомендуется применять ингибиторы пептидаз при пониженной свертываемости крови?

2. Один из методов лечения при отравлении метанолом состоит в том, что больному назначают этанол либо внутрь, либо внутривенно в количествах, которые у здорового человека вызывают интоксикацию. Объясните, почему такое лечение оказывается эффективным.

3. При инкубации раствора гексокиназы в течение 12 минут при 45⁰С фермент теряет 50% активности, но если гексокиназа инкубируется при 45⁰С в присутствии субстрата глюкозы, то она утрачивает только 3% активности. Объясните, почему тепловая инактивация фер­мента замедляется в присутствии одного из субстратов?

ТЕСТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОНЕЧНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ

1. АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВЫЗЫВАЕТ

1) изменение конформации фермента

2) изменение химической структуры фермента

3) отщепление полипептида от фермента

4) отщепление фосфорной кислоты от фермента

2. ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ - ЭТО

1) химическое изменение фермента за счет присоединения или отщепления каких-либо химических групп

2) химическое изменение за счет денатурации фермента

3) изменение за счет связывания регулятора с аллостерическим центром

4) изомеризация

3. ЭНЗИМОПАТИЯ - ЭТО

1) заболевание, вызванное повышением активности фермента

2) заболевание, связанное с отсутствием витаминов

3) заболевание, вызванное отсутствием генов, отвечающих за биосинтез ферментов

4) заболевание, связанное с избытком витаминов в организме

4. ФЕРМЕНТЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В КЛИНИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ

1) при изучении патогенеза заболевания

2) для диагностики

3) в качестве средств лечения

4) при дифференциальной диагностике

5) в качестве профилактических средств

5. КОНСТАНТА МИХАЭЛИСА – ЭТО

1) концентрация субстрата, при которой скорость реакции является максимальной

2) концентрация субстрата, при которой скорость реакции равна половине максимальной

3) насыщающая концентрация субстрата

4) концентрация продукта

6. Домашнее задание для уяснения темы занятия (см. контрольные вопросы, тестовые задания и ситуационные задачи занятия №3).

7. Рекомендации по выполнению НИРС, в том числе список тем, предлагаемых кафедрой:

- подготовить обучающую программу

- подготовить презентацию данной темы. Для презентации рекомендуется использовать учебную и научную литературу, а также материалы сайтов Интернета. Приветствуются авторские разработки в виде схем, анимаций, видеороликов.

1. Занятие №3

Тема: « Значение ферментов в медицине. Контрольная работа по теме

«Ферменты».

2. Форма организации занятия: лабораторное занятие.

1. Значение изучения темы: Прикладные аспекты темы «Ферменты» связаны с тремя основными моментами – энзимопатологиями, энзимодиагностикой и энзимотерапией.

2. Цели обучения:

- общая:

Обучающийся должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК): (ОК-1); (ОК-5).

Обучающийся должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК): (ПК-2); (ПК-3); (ПК-4); (ПК-5); (ПК-9); (ПК-17) (ПК-31); (ПК-32).

- учебная:

знать:

- Что такое энзимопатии. Виды энзимопатий.

- Основные направления использования ферментов в медицине.

уметь:

- Привести примеры использования ферментов в диагностике и лечении различных заболеваний.

- Использовать полученные знания для решения ситуационных задач.

владеть:

- Навыками применения ферментативных методов исследования для определения различных веществ в крови и моче.

- Навыками применения определения активности ферментов в диагностических целях.

5. План изучения темы:

5.1. Контроль исходного уровня знаний:

ТЕСТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ

1. ВЫБЕРИТЕ ОДИН ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ. ПРОТИВООПУХОЛЕВОЕ ДЕЙСТВИЕ ФЕРМЕНТА АСПАРАГИНАЗЫ ОСНОВАНО НА ТОМ, ЧТО

1) фермент ускоряет реакцию: Асн = Асп + NН3

2) лейкозные клетки получают аминокислоту Асн только

из крови

3) фермент аспарагиназу можно вводить в кровь больным лейкозом

4) синтез белков в лейкозных клетках прекращается

5) лейкозные клетки способны амидировать Асп

2. ВЫБЕРИТЕ ОДИН ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ.

ФЕРМЕНТ ТРИПСИН ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В МЕДИЦИНЕ ДЛЯ

1) обработки гнойных ран

2) предотвращения тромбообразования

3) улучшения пищеварения

4) рассасывания рубцов

5) лечения вирусного конъюктивита

3. ВЫБЕРИТЕ ОДИН ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ.

ФЕРМЕНТ ПЕПСИН ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В МЕДИЦИНЕ ДЛЯ

1) обработки гнойных ран

2) предотвращения тромбообразования

3) улучшения пищеварения

4) рассасывания рубцов

5) лечения вирусного конъюктивита

4.ВЫБЕРИТЕ ОДИН ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ.

ФЕРМЕНТ ЛИПАЗА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ В МЕДИЦИНЕ ДЛЯ

1) для обработки гнойных ран

2) предотвращения тромбообразования

3) улучшения пищеварения

4) рассасывания рубцов

5) лечения вирусного конъюктивита

5. В ПЕРВЫЕ СУТКИ ПОСЛЕ ИНФАРКТАМИОКАРДА В КРОВИ БОЛЬШЕ ВСЕГО ВОЗРАСТАЕТ АКТИВНОСТЬ ФЕРМЕНТА

1) креатинкиназы

2) бета-гидроксибутиратдегидрогиназы

3) амилазы

4) гликогенсинтетазы

Основные понятия и положения темы

Использование ферментов в медицине идет по трем основным направлениям:

1. Энзимопатология – изучает значение нарушений активности ферментов в развитии заболеваний.

2. Энзимодиагностика:

а) применение ферментов для определения различных веществ в биологических жидкостях;

б) измерение активности ферментов или изоферментов в крови и моче для диагностики болезней, сопровождающихся разрушением клеток.

3. Энзимотерапия – использование ферментов в качестве лекарств.

а) при нарушении пищеварения;

б) для очистки гнойных ран;

в) для лечения вирусных заболеваний (ДНК-аза, РНК-аза).

Возрастные особенности:

Для детского возраста характерна функциональная недостаточность ряда внутриклеточных ферментных систем. На ранних этапах постнатальной жизни активность многих ферментов снижена, особенно тех из них, которые связаны со специфическими особенностями обмена веществ развития органов и тканей. К этой группе относятся ДНК-полимеразы, ферменты гликолиза и пентозофосфатного цикла, цикла Кребса, глюконеогенеза, синтеза мочевины и др.

Наряду с этим активно функционируют ферментные системы, участвующие в энергетическом обмене, процессах биосинтеза, обеспечивающие интенсивный рост ребенка.

Повышенная активность некоторых ферментов в крови новорожденных может быть обусловлена повышенной проницаемостью клеточных мембран. В связи с этим наблюдается повышенная активность аспартатаминотрансферазы в сыворотке крови и печени новорожденных.

Активность многих ферментов повышается после рождени, достигая уровня их у взрослых в разное время в зависимости от органа, ткани, а также особенностей генотипа ребенка.

В процессе онтогенеза формируются ферментные комплексы, характерные для определенных тканей – органоспецифичные ферменты. Наиболее ярким проявлением процессов метаболической дифференцировки служит возникновением изоферментных спектров у ряда ферментов, таких как лактатдегидрогеназа, малатдегидрогеназа, изоцитратдегидрогеназа и др.

5.3. Самостоятельная работа по теме:

На данном занятии студенты делают доклады по предложенным темам.

5.4. Итоговый контроль знаний:

- вопросы по теме занятия:

1. Что такое энзимопатии? Чем первичные энзимопатии отличаются от вторичных энзимопатий?

2. Как в медицине используются знания о ферментах?

3. Почему при ряде заболеваний изменяется активность ферментов в крови?

4. О чем говорит появление в крови ферментов с внутриклеточной локализацией?

5. Как используются ферментативные методы в лабораторной диагностике?

6. Что такое энзимотерапия?

7. Приведите примеры использования ферментов в качестве лекарственных препаратов.

- вопросы рубежного контроля:

1. Что такое ферменты?

2. В чем сходство ферментов и неорганических катализаторов?

3. Чем различаются ферменты и неорганические катализаторы?

4. Чем сложный фермент отличается от простого фермента?

5. Что такое кофактор фермента? Химическое строение кофактора.

6. Чем коферменты отличаются от простетических групп? Приведите примеры.

7. Дайте понятие об активном центре фермента. Строение активного центра простых и сложных ферментов.

8. Что такое специфичность ферментов? Какие виды специфичности ферментов Вы знаете? Чем обусловлена специфичность ферментов?

9. Сформулируйте теории Фишера и Кошланда. Что они объясняют?

10. Какова зависимость активности фермента от температуры?

11. Как активность фермента зависит от рН среды?

12. Дайте понятие об энергии активации. Как ферменты влияют на нее?

13. Назовите факторы, влияющие на снижение энергии активации ферментативной реакции.

14. Какова зависимость скорости ферментативной реакции от концент­рации субстрата?

15. Что такое максимальная скорость ферментативной реакции?

16. Что такое константа Михаэлиса? Что она характеризует?

17. Какова зависимость скорости ферментативной реакции от концент­рации фермента?

18. Как измерить активность фермента? В каких единицах выражается активность фермента?

19. Дайте понятие об изоферментах.

20. Назовите основные отличия изоферментов друг от друга.

21. Какое значение имеют изоферменты в медицине?

22. Дайте понятие об активаторах и ингибиторах ферментов.

23. Дайте сравнительную характеристику обратимого и необратимого ингибирования.

24. Приведите примеры необратимых ингибиторов. Имеют ли они физиологическое значение?

25. Что такое конкурентное ингибирование?

26. Дайте понятие о неконкурентных ингибиторах и механизме их действия.

27. Приведите примеры конкурентных ингибиторов.

28. Что такое аллостерический центр фермента. Механизм аллостерического изменения активности фермента.

29. Какие вещества могут выступать в роли аллостерических регуляторов?

30. Дайте понятие о химической модификации. Приведите примеры.

31. Что такое ограниченный протеолиз? Чем он отличается от химической модификации?

32. Расскажите об изменении активности ферментов путем взаимодей­ствия «белок-белок».

33. Дайте понятие о ключевых ферментах. Как они регулируются?

34. Какова роль обратных связей в регуляции ферментативных цепей?

35. По какому принципу классифицируются ферменты? Дайте характе­ристику каждому классу.

36. Что такое энзимопатии? Виды энзимопатий.

37. Назовите основные направления использования ферментов в медицине. Дайте им характеристику.

38. Как в медицине используются конкурентные ингибиторы?

- ситуационные задачи:

1. Лекарственные препараты лидаза и ронидаза содержат фнрмент гиалуронидазу. Показаниями для их применения являются рубцы после ожогов или операций, тугоподвижность суставов после воспалительных процессов и травм, спаечная болезнь. Почему лидаза и ронидаза эффективны в этих случаях?

2. С чем связано использование протеолитических ферментов и дезоксирибонуклеазы для печения гнойных ран? Какие реакции катализируют эти ферменты? Как изменится вязкость гнойного содержимого, если она зависит от концентрации макромолекул в его составе? Можно ли в этих целях использовать пепсин, коллагеназу и гиалуронидазу?

3. О чем может свидетельствовать резкое повышение в крови активности аспартатаминотрансферазы, если известно, что этот фермент локализован преимущественно в сердце?

- тестовые задания (не предусмотрены).

6. Домашнее задание для уяснения темы занятия (см. контрольные вопросы, тестовые задания и ситуационные задачи занятия №4).

7. Рекомендации по выполнению НИРС, в том числе список тем, предлагаемых кафедрой:

Предлагаемые темы рефератов:

1. Наследственные энзимопатии;

2. Применение ферментов, их ингибиторов или активаторов с лечебной целью;

3. Иммобилизованные ферменты, их использование в медицине.

4. Энзимодиагностика инфаркта миокарда.

Рекомендуемая литература:

1. Биохимические основы патологических процессов, под ред. Е.С. Северина, М., Медицина, 2000 г.

2. Принципы энзимодиагностики инфаркта миокарда. «Вестник АМН СССР» 1988, 10, С. 19-24.

3. Значение изоферментов для диагностики инфаркта миокарда и способы их исследования. «Вопросы медицинской химии» 1988, т. 34, вып.5, стр. 133-137.

4. Диагностика кардиологических заболеваний, под ред. В.В.Горба­чева, Минск, Высшая школа, 1990.

5. Мусил Я. «Основы биохимии патологических процессов» М., Меди­цина, 1985, С. 369-373.

1. Занятие №4

Тема: «Этапы катаболизма. Цикл Кребса»

2. Форма организации занятия: лабораторное занятие.

3. Значение изучения темы: Энергетический обмен является одним из важнейших факторов, определяющих функциональную активность человеческого организма. Нарушение процессов синтеза АТФ явля­ется причиной многих патологических состояний. Данная тема является основой для понимания обмена веществ и причин возникновения гипоэнергетических состояний.

4. Цели обучения:

- общая:

Обучающийся должен обладать следующими общекультурными компетенциями (ОК): (ОК-1); (ОК-5).

Обучающийся должен обладать следующими профессиональными компетенциями (ПК): (ПК-2); (ПК-3); (ПК-4); (ПК-31);

- учебная:

знать:

- Чем биологическое окисление отличается от окисления в неживой природе.

- Этапы катаболизма.

- Цикл Кребса, ход реакций, регуляцию и значение.

уметь:

- Используя знания о действии окислительных ферментов, отличить кипяченое молоко от некяпяченого.

владеть:

- Навыками лабораторного дела.

5. План изучения темы:

5.1. Контроль исходного уровня знаний:

ТЕСТЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИСХОДНОГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ

1. ФЕРМЕНТЫ И МЕТАБОЛИТЫ ЦИКЛА КРЕБСА РАСПОЛАГАЮТСЯ

1) в лизосомах клеток

2) в цитозоле клеток

3) в матриксе митохондрий

4) во внутренней мембране митохондрий

2. ЗА ОДИН ОБОРОТ В ЦИКЛЕ КРЕБСА ОБРАЗУЕТСЯ

1)15 АТФ

2) 3 АТФ

3) 1 АТФ

4) ни одной молекулы АТФ

3. ФЕРМЕНТЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ, ОТНОСЯТСЯ К КЛАССУ

1) трансфераз

2) лиаз

3) оксидоредуктаз

4) гидролаз

4. ПЕРВЫЙ ЭТАП КАТАБОЛИЗМА ЛОКАЛИЗОВАН

1) в микросомах клетки

2)в митохондриях

3) в ядре

4) в пищеварительном тракте и в лизосомах клетки

5. БОЛЬШЕ ВСЕГО ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКА ПОЛУЧАЕТ В ПРОЦЕССЕ

1) распада углевода до глюкозы

2) распада жира до глицерина и жирных кислот

3) распада дыхательной цепи в сопряженном режиме

4) работы дыхательной цепи в разобщенном режиме

Основные понятия и положения темы

Окисление - это отщепление от вещества электронов; восстановление - это присоединение электронов.

Метаболизм - это обмен веществ. Он имеет две стороны: катаболизм и анаболизм. Катаболизм - это расщепле­ние сложных органических веществ до более простых. Анаболизм - это синтез сложных веществ из простых веществ с использованием энергии.

Под биологическим окислением понимают все окислительно-восста-новительные реакции, происходящие в организме.