Билет по биохимии

Билет № 26

Решите задачу и ответьте на вопросы к задаче.

Заболевание, вызванное гипофункцией щитовидной железы, называется микседема, что в переводе означает «слизистый отек». При этом заболевании у пациентов нарушается ремоделирование костной ткани и наблюдается ее убыль.

Дефицит каких гормонов возникает при гипотиреозе? Из какого предшественника они образуются?

Гипотиреоз развивается в результате разрушения клеток щитовидной железы, которые синтезируют тироксин, при этом для развития гипотиреоза должно быть разрушено большинство этих клеток. Наиболее часто гипотиреоз развивается вследствие аутоиммунного тиреоидита, и именно этот, медленно и подспудно развивающийся гипотиреоз представляет наибольшую проблему для выявления.

При гипотиреозе происходит нарушение всех обменных процессов в организме. Нарушается сердечная деятельность, работа нервной системы, желудка, кишечника, почек, печени и половой системы. Гипотиреоз может проявиться нарушением работы любого органа и системы. Гипотиреоз — это недостаток в организме гормона тироксина.

По какому механизму осуществляется передача сигнала этих гормонов?

Тирокси́н — основная форма тиреоидных гормонов щитовидной железы. Является прогормоном к трийодтиронину. Тироксин биологически малоактивен, в периферических тканях с помощью металлофермента селен-зависимой монодейодиназы конвертируется в более активную форму — трийодтиронин. Тироксин образуется в результате присоединения йода к L-тирозину.

От 2/3 до 4/5 общего количества тиреоидных гормонов, производимых щитовидной железой, поступает в кровь в форме тироксина, и лишь 1/3-1/5 — в форме трийодтиронина.

Транспорт тироксина в крови осуществляют белки транстиретин, тироксинсвязывающий глобулин, альбумин.

Какую роль в регуляции ремоделирования костной ткани играют эти гормоны?

Тироксин – гормон щитовидной железы, играет важную роль в линейном росте и действии на хрящевую ткань, но не стимулирует образование костного матрикса или клеточную репликацию.

У взрослых людей механизмы регенерации скелета поддерживаются благодаря костному ремоделированию, которое заключается в локальном удалении старой костной ткани остеокластами и замещении этого участка новой тканью остеобластами . Ремоделирование позволяет кости адаптироваться к механическим нагрузкам и восстанавливать микроповреждения, что поддерживает прочность кости.

До настоящего времени не совсем понятно, что инициирует ремоделирование в отдельном участке скелета, но наиболее вероятно, что регуляторами являются паракринные факторы, секретируемые остеоцитами, когда последние подвергаются механическим стимулам. Имеются доказательства, что 2 белка, вырабатываемых остеобластами, участвуют в регуляции ремоделирования кости. Первый компонент этой системы — фактор дифференцировки остеокластов, называемый RANKL (лиганд рецептора — активатора ядерного фактора каппа бета), который присоединяется к своему рецептору — RANK (рецептор — активатор ядерного фактора каппа бета) на поверхности предшественников остеокластов, что активирует NF-кВ (ядерный фактор каппа бета) и напрямую стимулирует дифференцировку остеокластов. Второй компонент системы OPG (остеопротогерин) — растворимый белок, который связывается с RANKL и тем самым блокирует его способность к взаимодействию с RANK-рецептором.

Активированные остеокласты приклеиваются к поверхности минерализации кости и секретируют ионы водорода через протонную помповую систему и лизосомальные ферменты, которые разрушают протеиновый матрикс кости при низком pH. Когда резорбция закончена, остеокласты подвергаются программированной клеточной гибели (апоптозу) в течение реверсивной фазы. После апоптоза остеокластов начинается финальная фаза — костеобразование. Остеобласты вторгаются в область резорбции, секретируют новый матрикс, и начинается минерализация. Активность двух типов клеток — остеобластов и остеокластов, таким образом, тесно связана. Однако когда есть увеличение активности остеокластов или уменьшение активности остеобластов, каждая резорбтивная поверхность только частично заполнена, что приводит к снижению массы кости.

С накоплением каких веществ связан слизистый отек? Почему они накапливаются при гипотиреозе?

Отёк (oedema) — увеличение размеров какой-либо части тела, обусловленное скоплением интерстициальной жидкости в тканях.

Приобретённый гипотиреоз (пониженная функция щитовидной железы). Картина заболевания во многом похожа на врожденный гипотиреоз, но у взрослых и у детей сухость и шелушение кожи сильнее, чем при врождённой патологии. Протоки потовых желез атрофированы, поэтому пот практически не выделяется. Из-за отложения в коже кислых солей развивается слизистый отёк — микседема. При приобретённом гипотиреозе микседема имеет генерализованный характер (множественные слизистые отёки, в отличие от локальных слизистых отёков при тиреотоксикозе). Кожа одутловатая, бледная, отёчная; ямок после надавливания не остаётся. Эти изменения особенно видны на коже лица и веках

Почему накопление этих веществ приводит к отеку?

Накопление жидкости во внеклеточном пространстве встречается при различных состояниях. Отеки возникают по причине возрастания фильтрации в капилляре либо в результате нарушения лимфооттока, который способствует возврату жидкости из межклеточного пространства в кровь.

Основы ферментативной кинетики

Ферментативная кинетика представляет собой особый раздел химической кинетики (от греч. %ivr|Ti%6<; — приводящий в движение) — науки о скоростях химических реакций, — который посвящен изучению закономерностей влияния различных факторов на скорость ферментативных реакций. Выделение ферментативной кинетики в специальный раздел кинетики химических реакций связано с тем, что кинетика ферментативных реакций имеет целый ряд особенностей, связанных с уникальностью ферментов как катализаторов особого рода, хотя многие закономерности, свойственные кинетике химических реакций, распространяются и на ферментативные реакции.

Скорость катализируемой ферментом реакции, как и любой химической реакции, зависит от природы реагирующих веществ и условий их взаимодействия. При заданных внешних условиях, т.е. при постоянных температуре, давлении и составе реакционной среды, скорость химической реакции зависит лишь от природы и концентрации реагирующих веществ.

Нахождение скорости ферментативной реакции является практически единственно возможным способом получения информации о ферменте. Ее определяют экспериментально по скорости накопления продуктов реакции либо по скорости убывания субстрата, обозначают буквой ц и обычно выражают в мг/мин, мкмоль/мин или аналогичных единицах.

При описании кинетики химических процессов, катализируемых ферментами, используют такие понятия, как реакции нулевого, первого и второго порядков. Напомним, что физический смысл порядка химической реакции заключается в том, что он равен числу тех реагирующих веществ, изменение концентраций которых в ходе реакции приводит к изменению ее скорости.

Скорость реакций нулевого порядка не зависит от изменения концентрации реагирующих веществ и со временем не изменяется. Другими словами, при уменьшении концентрации реагирующих веществ, например в два или три раза, скорость реакции остается неизменной (2° = 1,3°= 1). В таких реакциях зависимость количества образовавшегося продукта от времени является прямо пропорциональной.

Скорость реакции первого порядка в каждый момент времени прямо пропорциональна имеющейся в наличии концентрации реагирующего вещества: при ее уменьшении в два или три раза скорость реакции снижается также в два или три раза соответственно (2¹ = 2, З¹ = 3). Следовательно, наблюдается линейное падение скорости реакции с течением времени.

В случае реакций второго порядка при уменьшении концентраций реагирующих веществ в два или три раза скорость реакции снижается соответственно в четыре или девять раз (2² = 4, З² = 9). В этом случае наблюдается квадратичное падение скорости реакции с течением времени.

Ферментативные реакции в большинстве случаев в самом начале своего протекания (когда еще имеется избыток субстрата и образовалось мало продуктов реакции) являются реакциями нулевого порядка, а затем они приобретают характер реакций первого или второго порядка. Таким образом, ферментативные реакции представляют собой реакции смешанного порядка, поэтому их ход во времени не может быть описан одним математическим уравнением.

Данный характер кривой свидетельствует о замедлении ферментативной реакции в течение времени ее протекания. Это явление может вызываться многими причинами, среди которых основными являются следующие три:

• уменьшение концентрации субстрата, поскольку он потребляется в процессе реакции;
• специфическое торможение продуктами реакции, которые могут быть ингибиторами данного фермента, либо неспецифическое торможение по закону действующих масс;
• частичная тепловая инактивация фермента во время реакции. Поэтому для того, чтобы правильно установить потенциальные возможности данного фермента как катализатора, нужно определить скорость ферментативной реакции в тот момент, когда все перечисленные факторы не играют роли, т.е. в начале реакции.

Скорость катализируемой ферментом реакции, которую определяют в самом начале ее протекания, когда еще наблюдается прямо пропорциональная зависимость количества образующихся продуктов реакции от времени, называют начальной скоростью ферментативной реакции и обозначают п₀. Если прямолинейный участок очень мал и трудно улавливается, начальную скорость определяют по тангенсу угла наклона касательной, проведенной из начала координат к экспериментальной кривой хода ферментативной реакции во времени: г>₀ = tgoc .

При работе с конкретным ферментом длительность проведения реакции всегда следует выбирать исходя из экспериментальных данных по ее начальной скорости, помня, что по мере протекания ферментативной реакции ее скорость будет все время уменьшаться.

Начальная скорость ферментативной реакции сильно зависит от концентрации субстрата и фермента, а также условий их взаимодействия — температуры, pH среды, присутствия в реакционной среде тех или иных химических веществ.