БИОХИМИЯ: СТРУКТУРНАЯ БИОХИМИЯ

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

1. Почки человека регулируют удаление ионов Na⁺ из крови путем образования мочи, в которой концентрация ионов Na⁺ достигает 340 мМ. В морской воде содержание Na⁺ вдвое выше той, которую способны создать почки здорового человека. Если человек пьет только морскую воду, то накопление NaCl происходит во внеклеточной, а не во внутриклеточной жидкости. Длительное потребление морской воды приводит к смерти из-за повреждения клеток мозга. Чем можно объяснить такое токсическое действие морской воды?

2. Человек в сидячем положении потребляет в течение 10 с около 0,05 л кислорода. Спринтер, соревнуясь в беге на 100 м, за тоже время потребляет 1 л кислорода. Пробежав дистанцию, спринтер продолжает тяжело дышать еще несколько минут, потребляя при этом по сравнению со спокойно сидящим человеком дополнительно около 4 л кислорода. Почему потребность в кислороде резко возрастает при беге на короткую дистанцию? Почему повышенная потребность в кислороде сохраняется по окончании бега?

3. Определите дыхательный коэффициент человека в состоянии мышечного покоя, если в выдыхаемом воздухе содержится 15 % кислорода и 5 % углекислого газа. Объем вдыхаемого и выдыхаемого воздуха равны.

Ответ: 0,828

4. Спортсмен, пробегая короткую дистанцию, за 1 мин поглощает 100 л атмосферного воздуха, а выделяет 100 л воздуха, в котором содержится 12 % кислорода и 8 % углекислого газа. Каков дыхательный коэффициент?

Ответ: 0,885

5. Расположите вещества в порядке снижения их дыхательного коэффициента: глюкоза, пальмитиновая и яблочная кислоты.

Ответ: 1,33; 1; 0,696

6. Рассчитайте дыхательный коэффициент для лимонной кислоты, тристеарилглицерина и сахарозы. Расположите эти вещества в порядке повышения дыхательного коэффициента.

Ответ: 0,699; 1; 1,33

7. Величина теплопродукции для взрослого человека составляет 350 кДж/ч (для сравнения мощность лампочки в 100 Вт – 360 кДж/час). Рассчитайте, какой % из содержащейся в продукте энергии будет потрачено для поддержания температуры тела в течение 3 часов, если человек употребил 500 г продукта, содержащего 60 % воды. Содержание белков, жиров и углеводов составляет соответственно 50 %, 25 % и 25 % от сухого вещества пищи. Калорийность белков и углеводов – 17,1 кДж/г, а жиров – 38,0 кДж/г.

Ответ: 23,5 %

8. Человеческий организм в среднем выделяет 10⁴ кДж энергии в сутки благодаря метаболическим процессам. Основной механизм потери этой энергии – испарение воды. Какую массу воды должен ежедневно испарять организм для поддержания постоянной температуры (удельная теплота испарения воды – 2260 Дж/г)? На сколько градусов повысилась бы температура тела, если бы организм был изолированной системой? Примите, что средняя масса человека – 65 кг, а теплоемкость равна теплоемкости жидкой воды (4183 Дж/(кг·К)).

Ответ: 4,4 кг воды; на 36,8 °C

9. Для поддержания массы тела на постоянном уровне человеку средних лет необходимо получать с пищей ~ 2400 ккал энергии в сутки. На сколько увеличатся жировые запасы за год, если человек будет съедать на 1 % больше пищи, чем ему необходимо? Теплота сгорания жира равна 38 кДж/г (1 кал = 4,186 Дж).

Ответ: ~ на 0,965 кг за год

10. Запасы жира в организме составляют около 15 % от массы тела. В течение скольких дней голодания запасы жира могут обеспечить энергетические затраты человека, весом 70 кг при условии, что суточный расход 2 000 ккал, а распад 1 г жира дает 9 ккал?

Ответ: 48 дней

11. Студент, поддерживающий свой вес постоянным на рационе, соответствующем потреблению 2 900 ккал/сут, приобрел также привычку выпивать 350 мл пива в день (калорийность 53,7 ккал/100 г). Сколько новых жировых отложений у него появится через 3 года, если все другие факторы, в том числе и физическая нагрузка, останутся постоянными? Плотность пива принять за 1,026 г/см³.

Ответ: 7,2 кг

12. Во время плавания в бассейне со скоростью 10 м/мин человек за час расходует в среднем 12,558 кДж энергии на кг веса. Сколько метров необходимо проплыть человеку весом 87 кг для того чтобы сжечь 10 г жиров. Теплота сгорания жира равна 38 кДж/г.

Ответ: ~ 209 м

13. При обычной ходьбе человек в среднем тратит 13,4 кДж/(кг·час) энергии, при мытье окон – 15,07, при ручной уборке снега – 26,79, во время танцев – 29,31, во время катания на роликах – 30,98 и при беге – 39,77. Сколько времени потратит человек весом 75 кг для сжигания 10 г жиров при занятии каждым из перечисленных видов деятельности, если теплота сгорания жира равна 38 кДж/г?

Ответ: ~ 22 мин; 20 мин; 11 мин; 10 мин; 9,7 мин; 7,5 мин

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ

1. Найдите 2 цепочки соответствий (1-- → 2-- → 3-- → 4--):

(1)	(2)	(3)	(4)
Один из первичных доноров электронов для ЭТЦ:	Фермент:	Кофермент:	Кофермент является производным витамина:
а) фумарат б) оксалоацетат в) сукцинат г) цитрат д) малат	а) НАД-зависимая дегидрогеназа б) убихинонпротеин в) флавопротеин г) ФАД-зависимая дегидрогеназа д) цитохромоксидаза	а) убихинон б) НАД+ в) ФМН г) ГЕМ д) ФАД	а) РР б) В₂ в) В₁ г) Q д) В₆

Для каждой из найденных цепочек напишите структурные формулы коферментов в окисленной и восстановленной формах.

2. Цианид калия – смертельный яд. Отравление им крайне редко в связи с его недоступностью. Тем не менее, отравиться можно даже абрикосовыми семенами («косточками»), которые содержат амигдалин. Сам по себе амигдалин нетоксичен, но, метаболизируясь, образует цианистую кислоту HCN. Анион этой кислоты обладает высоким сродством к ионам железа, образуя с ними прочные комплексы. При отравлении цианидами наблюдается угнетение дыхания, гиперемия кожных покровов и слизистых оболочек, судороги. Характерным признаком отравления является ярко алый цвет венозной крови. Что является причиной возникновения описанных симптомов?

3. Установите соответствия (донор электрона → акцептор электрона) для дыхательной цепи:

Донор электрона	Акцептор электрона
1) ФАД	a) ФМН
2) НАД⁺	б) O₂
3) убихинон	в) железосерный белок
4) ГЕМ (цитохром с₁)	г) ГЕМ (цитохром b)
5) цитохром а•а₃ (Cu⁺)	д) убихинон

4. Составьте цепочку правильных ответов (1-- → 2-- → 3-- → 4--), характеризующих ферменты: а) изоцитратдегидрогеназу; б) сукцинатдегидрогеназу.

(1) Кофермент:	(2) Кофермент образуется из витамина:	(3) Местонахождение в клетке:	(4) В восстановленной форме он служит донором водорода для:
а) ФМН б) ГЕМ в) ФАД г) НАД⁺ д) убихинон	а) B₁ б) B₂ в) Н г) B₆ д) РР	а) цитоплазма б) внутренняя мембрана митохондрии в) между мембранами митохондрии г) лизосома д) матрикс митохондрии	а) убихинонпротеина б) НАДН-дегидрогеназы в) малатдегидрогеназы г) цитохрома b д) флавопротеина

Запишите формулы окисленной и восстановленной форм для их коферментов. Приведите примеры катализируемых реакций.

5. Здоровый человек весом 60 кг при 8-часовой работе в офисе затрачивает ~3815 кДж энергии. Рассчитайте затраты энергии при данном виде деятельности на 1 кг веса за час. Вычислите массу АТФ, необходимую для получения такого количества энергии. В организме содержится ~50 г АТФ. Как можно объяснить кажущееся противоречие?

Ответ: 7,95 кДж/(кг·час); 63,4 кг АТФ

6. Согласно тахографу водитель провел за рулем 9 часов. Какая масса АТФ необходима для энергетического обеспечения данного вида деятельности, если за один час тратится 2,2 ккал энергии.

Ответ: 1 375 г

7. Здоровый взрослый человек весом 70 кг должен получать с пищей 2 000 ккал. Вычислите массу АТФ, утилизируемую за сутки организмом взрослого человека, если принять, что эффективность превращения заключенной в пище энергии в энергию АТФ равна 50 %. Какой процент от веса тела составляет это количество АТФ? (1 кал = 4,186 Дж). Как можно объяснить тот факт, что при таких значительных количествах АТФ вес тела за данный промежуток времени меняется незначительно?

Ответ: 46 кг; 68%

8. Концентрация АТФ в мышечной ткани равна приблизительно 8 мМ. В периоды усиленной мышечной активности АТФ расходуется для мышечного сокращения со скоростью 300 мкмоль/мин на 1 г мышечной ткани, в которой 70 % приходится на долю воды. На сколько времени хватает этого запаса АТФ спринтеру, бегущему 100-метровую дистанцию?

Ответ: 1,1 с

ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

1. В эксперименте к раствору, содержащему сахарозу, лактозу и крахмал, добавили сок поджелудочной железы и инкубировали в оптимальных условиях. Напишите схему реакции, которая может произойти в данном опыте. Укажите фермент. С помощью каких качественных реакций можно идентифицировать продукты реакции?

2. В эксперименте к раствору, содержащему сахарозу, лактозу и крахмал, добавили ферменты, экстрагированные из клеток слизистой тонкого кишечника, и инкубировали в оптимальных условиях. Напишите схемы реакций, которые могут произойти в данном опыте. Укажите фермент.

3. Какие реакции гликолиза относятся к реакциям:

а) дегидратации;

б) субстратного фосфорилирования;

в) изомеризации;

г) дегидрирования.

4. Перечислите различия в анаэробном и аэробном путях превращения глюкозы.

5. Напишите уравнения биохимических реакций превращения глюкозы в масляную кислоту. Укажите ферменты и их коферменты.

6. Какие реакции ЦТК относятся к реакциям:

а) гидратации;

б) субстратного фосфорилирования;

в) декарбоксилирования;

г) с использованием кофермента, производного витамина В₅;

д) с использованием кофермента, производного витамина В₂.

7. Если окисление глюкозы проводить в атмосфере радиоактивного кислорода, то в каком из конечных продуктов окажется метка? Ответ обоснуйте.

8. С использованием структурных формул всех компонентов осуществите превращения и укажите ферменты и строение коферментов:

9. Составьте уравнения реакций, которые катализируют нижеперечисленные ферменты:

а) фруктокиназа;

б) маннокиназа;

в) рибозофосфатизомераза;

г) рибулофосфатэпимераза;

д) фосфоглюкомутаза;

е) сахарозоглюкозилтрансфераза;

ж) УДФ-глюкоза:фруктозо-6-фосфат-глюкозилтрансфераза.

10. Рассчитайте число моль АТФ, которая образуется при:

а) биологическом окислении малата в оксалоацетат;

б) превращении лимонной кислоты в янтарную.

11. Напишите уравнения реакций полного окисления одной молекулы сахарозы и посчитайте энергетический выход.

12. Какой из процессов энергетически более выгоден: молочнокислое брожение или полное окисление мальтозы? Ответ подтвердите расчетами.

13. Напишите уравнения реакций биосинтеза лактозы из глюкозы. Укажите ферменты.

14. Напишите уравнения биосинтеза глюкозы из α-кетоглутаровой кислоты. Укажите ферменты и строение коферментов.

15. Напишите уравнения реакций биосинтеза глюкозы из фумаровой кислоты, находящейся в митохондрии, подсчитать энергетические затраты на этот процесс.

16. В результате спиртового брожения выделилось 244 кДж энергии. Определите массу израсходованной глюкозы.

Ответ: 720 г

17. Какая масса молочной кислоты образуется в результате молочнокислого брожения глюкозы массой 90 г? Выход кислоты 80%. Сколько энергии при этом выделится.

18. Некоторое количество глюкозы разделили на две равные части. Одну из них подвергли спиртовому, а другую маслянокислому брожению. Полученные продукты растворили в растворе гидроксида натрия с массовой долей щелочи 40% и получили раствор, содержащий 8,8 г гидроксида натрия и имеющий массовую долю воды 52,12%. Определите массу взятой глюкозы и массовые доли веществ в конечном растворе, если известно, что реакция спиртового брожения прошла с выходом 80%, а реакция маслянокислого брожения с выходом 40%.

19. Сколько грамм АТФ потребуется для получения такого же количества энергии, которое образовалось бы при полном окислении этанола, содержащегося в 0,5 л кваса (квас содержит 0,4 % этанола, плотность этанола = 0,80 г/мл, а энергетическая эффективность составляет 29,4 кДж/г)?

Ответ: 781 г

20. Какую массу сахарозы нужно подвергнуть гидролизу, чтобы из образующейся при этом глюкозы получить 27 г молочной кислоты, если молочнокислое брожение протекает с выходом 50%?

Ответ: 102,6 г

21. Аэробному распаду, при стандартных условиях, подверглось 360 г глюкозы. Сколько кДж свободной энергии в форме АТФ выделилось при этом?

Ответ: 1 952 кДж

22. Сколько грамм глюкозы израсходуется в организме человека весом 70 кг для образования необходимого количества АТФ, если объем крови составляет 70 мл/кг, а содержание в ней АТФ – 48,8 мг/100 мл?

Ответ: m = 0,017 г

23. Какая масса лимонной кислоты (в г) необходима для образования 6 молекул АТФ при условии ее полного окисления в цикле Кребса.

Ответ: 80 г

ОБМЕН ЛИПИДОВ

1. Каковы особенности β-окисления жирных кислот с нечетным числом атомов углерода?

2. Какие витамины участвуют в β-окислении валерьяновой кислоты? Напишите соответствующие уравнения реакций, назовите ферменты.

3. Кролик получал с пищей некую жирную кислоту с неразветвленной цепью, меченную фенильной группой по концевому атому углерода (С₆Н₅―СН₂(СН₂)_n―СООН). Из мочи этого кролика был выделен в кристаллическом виде метаболит, водный раствор которого имел кислую реакцию. Для полной нейтрализации пробы, содержащей 302 мг данного метаболита, потребовалось 22,2 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия. Какова вероятная молекулярная масса и структура этого метаболита? Содержит ли жирная кислота, которую скармливали кролику, четное или нечетное число метиленовых групп (―СН₂―)? Ответ аргументируйте.

Ответ: 136 г/моль

4. Напишите сбалансированное суммарное уравнение для образования ацетил-КоА из следующих соединений:

а) миристоил-КоА;

б) стеариновая кислота;

в) D-β-гидроксимасляная кислота.

В уравнении должны быть учтены все этапы активации.

5. Сколько молекул АТФ, образуется при полном окислении капроновой кислоты до СО₂ и Н₂О? Напишите соответствующие уравнения реакций, укажите названия ферментов.

6. Для какой из кислот: олеиновой или стеариновой при полном окислении до СО₂и Н₂О образуется больше молекул АТФ? Ответ подтвердите расчетами.

7. Рассчитайте число молекул АТФ, образующихся при окислении глицерина до СО₂и Н₂О.

8. Рассчитайте число молекул АТФ, образующихся при полном окислении молекулы тристеароилглицерина. Приведите уравнения реакций.

9. Напишите структурные формулы и названия продуктов гидролиза:

а) лецитина;

б) кефалина;

в) цереброзида.

10. Какие соединения образуются при окислении стеридов?

11. Напишите отдельные уравнения реакций и суммарное уравнение биосинтеза пальмитиновой кислоты из ацетил-КоА.

12. Предложите уравнения образования фосфолипида из следующих веществ: глицерина, пальмитиновой, олеиновой, фосфорной кислот и серина. Рассчитайте энергетические затраты.

13. Сколько высокоэнергетических соединений необходимо для биосинтеза дипальмитилфосфатидилэтаноламина из пальмитиновой кислоты, этаноламина и глицерина. Напишите соответствующие уравнения реакций.

14. Предложите возможные реакции синтеза трипальмитоилглицерина из глицерина и ацетил-КоА.

15. Какое соединение является исходным для биосинтеза стеролов?

16. Напишите уравнения реакций, протекающих по следующим схемам:

17. Вопреки распространенному мнению горб верблюда вовсе не хранит в себе запасы воды. Это просто большой запас жира, который при необходимости может служить источником метаболической воды. Какой объем воды может образоваться в теле верблюда из 1 кг жира (трипальмитина).

Ответ: 1,1 л

18. Вычислите массу глюкозы, которая должна подвергнуться полному окислению для того, чтобы образовалось столько же моль АТФ, как и в случае окисления 2 моль стеариновой кислоты. Сколько энергии при этом выделится?

Ответ: 1 350 г; 73,2 кДж

19. Вычислите массу стеариновой кислоты, которая необходима организму человека весом 70 кг для образования АТФ, если объем крови составляет 70 мл/кг, а содержание в ней АТФ – 48,8 мг/100 мл.

Ответ: 0,011 г

20. Рассчитайте массу пальмитиновой кислоты, которая необходима для суточного обеспечения энергией организма, если в среднем человек расходует 400 кДж/час.

Ответ: 31,67 г

ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

1. Напишите структурные формулы нижеперечисленных соединений:

а) инозин;

б) инозин-5'-монофосфат;

в) ксантин;

г) ксантин-5'-монофосфат;

д)дигидроурацил;

е) гипоксантин;

ж) алантоин;

з) алантоиновая кислота;

и) N-карбамил-β-аланин;

к) карбамилфосфат;

л) карбамиласпартат;

м) дигидрооротовая кислота;

н) оротовая кислота;

о) мочевая кислота;

п) мочевина.

2. Запишите уравнения с использованием структурных формул всех компонентов, укажите названия ферментов:

а) инозин-5'-монофосфат + NH₃ → Х;

б) гипоксантин + 5-фосфорибозил-1-пирофосфат → Y + Н₄Р₂О₇;

в) уридиловая кислота + ФАД → Z;

г) карбамилфосфат + аспарагиновая кислота + ФАД → Х;

д) аденозин-5'-монофосфат + Н₂О → Y + NH₃;

е) оротовая кислота + 5-фосфорибозил-1-пирофосфат → Z + Н₄Р₂О₇.

3. Составьте список предшественников и ферментов (в том числе Кофакторов), необходимых для синтеза ведущей и отстающей цепей при репликации ДНК.

4. ДНК-репликазная система для своего функционирования нуждается в матрице и затравке; более того, она не способна реплицировать ин-тактную кольцевую ДНК, за исключением особых обстоятельств. Каков биологический смысл этого свойства репликазной системы? Каковы могут быть особые обстоятельства, при которых ДНК-репликазная система способна реплицировать интактную кольцевую ДНК?

5. ДНК-полимеразы могут выявлять и исправлять ошибки, тогда как РНК-полимеразы такой способностью, по-видимому, не обладают. Поскольку ошибка даже в одном основании как при репликации, так и при транскрипции может привести к ошибке в синтезе белка, можете ли вы дать биологическое объяснение этому поразительному различию?

6. Определите нуклеотидную последовательность участков молекулы РНК, синтезированной с помощью РНК-полимеразы, если затравка имела следующие нуклеотидные фрагменты:

а) АТЦГААЦТАЦГ;

б) ЦТТАГГЦТАЦЦ.

7. Определите нуклеотидную последовательность участков молекулы РНК, синтезированной с помощью РНК-полимеразы, если затравка имела следующие нуклеотидные фрагменты:

а) ТАГЦТААЦГА;

б) ЦАТТАГГЦАГА.

8. Одна из цепей ДНК имеет последовательность АТЦГТЦГАЦГАТЦАТЦГГ, которая считывается в направлении 5'→3'. Напишите:

а) последовательность оснований в комплементарной цепи ДНК;

б) последовательность оснований м-РНК транскрибированной с ДНК.

9. В клетках кишечной палочки (Escherichia coli) суммарная зона транскрипции 23S рРНК (Mr=1,1•10⁶ Да) составляет 0,2% от клеточной ДНК (Mr=3,0•10⁹ Да). Другой тип рРНК – 16S (Mr=5,5•10⁵ Да) транскрибируется в зоне ДНК, не совпадающей с таковой для транскрипции 23S рРНК, которая занимает 0,1% от всей клеточной ДНК. Рассчитайте сколько молекул обеих РНК может быть синтезировано одновременно.

10. Сколько оборотов вокруг своей оси должна совершить хромосома Escherichia coli при раскручивании в процессе репликации, если ее образуют примерно 8 000 000 нуклеотидов, а на каждый виток двойной спирали приходится ~10 пар оснований?

Ответ: 400 000 оборотов.

11. Сколько времени занимает репликация хромосомы Escherichia coli (4 639 221 пар нуклеотидов) при 37°C, если две репликационные вилки движутся из точки начала репликации? Скорость расплетания родительской ДНК в репликационной вилке – 4 500 оборотов в минуту. Объясните, каким образом при определенных условиях ее клетки могут расти и делиться с интервалом в 20 минут?

Ответ: 44 мин; 4 репликационные вилки из двух точек.

12. Какое время необходимо для репликации гена рибонуклеазы E.coli (104 аминокислотных остатка), если репликативная вилка движется со скоростью 750 пар оснований в секунду? Репликативная вилка в клетке человека движется всего лишь в 10 раз медленнее, чем в E.coli. Какая дополнительная информация потребуется вам, чтобы рассчитать минимальную скорость репликации гена человека, кодирующего белок из 104 аминокислотных остатков?

Ответ: 0,42 секунды

13. Цепь ДНК, содержащая 10⁵ нуклеотидных остатков в соотношении А–21%, Г–29%, Ц–29% и Т–21%, реплицируется при помощи ДНК-полимеразы с образованием комплементарной цепи. Полученную двухцепочечную ДНК затем используют в качестве матрицы для РНК-полимеразы, которая транскрибирует новую цепь ДНК. В результате синтезируется РНК такого же размера, как матрица. Определите нуклеотидный состав образующейся РНК. Каким будет нуклеотидный состав новой короткой РНК, если, что РНК-полимераза остановилась, пройдя только 2000 остатков новой цепи ДНК.

14. Определите нуклеотидный состав ДНК, синтезированной на матрице, представляющей собой двухцепочечную кольцевую ДНК фага фХ174 (т.е. репликативную форму ДНК этого фага), если нуклеотидный состав одной из цепей таков: А–24,7%, Г–24,1%, Ц–18,5% и Т–32,7%. Что необходимо учесть при решении этой задачи?

15. ДНК гибридизуется с мРНК, транскрибированными с этой ДНК. Как вы объясните тот факт, что со всеми известными мРНК может ги-бридизоваться не более 50 % всей ДНК Escherichia coli?

16. Хромосома Escherichia coli включает 4 639 221 пар нуклеотидов. Сколько приблизительно фрагментов Оказаки образуется при репликации этой хромосомы? Какие факторы гарантируют сборку большого числа фрагментов Оказаки в новую ДНК в правильном порядке?

Ответ: около 2000

ОБМЕН БЕЛКОВ

1. Напишите уравнения реакций переаминирования с α-оксоглу-таратом следующих аминокислот:

а) аспарагиновая кислота;

б) аланин.

2. В результате реакции дезаминирования аминокислот были получены следующие кислоты:

а) пировиноградная;

б) щавелево-уксусная;

в) α-оксоглутаровая.

Дайте название каждой из исходных аминокислот, напишите соответствующие уравнения реакций. Укажите ферменты.

3. Какие вещества образуются в результате декарбоксилирования лизина, тирозина, гистидина и триптофана? Каково их физиологическое влияние на организм. Напишите уравнения реакций и укажите ферменты и коферменты, участвующие в данных превращениях.

4. Запишите уравнения с использованием структурных формул всех компонентов, укажите названия ферментов:

5. Напишите уравнения реакций в соответствии со схемой:

Глутамат → α-оксоглутарат → сукцинат → фумарат → малат → оксалоацетат.

Укажите соответствующие ферменты и коферменты, участвующие в этом процессе.

6. Составьте уравнения реакций, которые соответствую схеме превращений:

Укажите все вещества и ферменты.

7. Каким образом будет действовать аминопептидаза и трипсин на следующие пептиды:

а) лиз-асп-гли-арг-глу-сер-гли;

б) фен-ала-лиз-глу-сер-арг-гли.

Остатки аминокислот в пептидах представить в виде структурных формул.

8. Какие конечные продукты гидролиза пептида асн-ала-тир-глу-лиз-лей-гли-фен-вал образуются при совместном действии трипсина и химотрипсина?

9. Напишите структурные формулы продуктов гидролиза пептида ала-вал-цис-лиз-фен-тир-глу-гли-про, на который воздействуют пепсин и химотрипсин.

10. Укажите, какие пептиды получаются при воздействии химотрипсина на полипептид: (Н₂N) сер-тир-мет-глу-гис-фен-арг-три-гли-лиз (СООН). Напишите формулы полученных пептидов.

11. Каким образом химотрипсин и трипсин расщепляют следующий пептид: Ала-Лиз-Фен-Глу-Арг-Сер-Тре-Сер-Три-Цис-Лиз-Лей-Асп. Написать формулы продуктов гидролиза этого пептида.

12. Напишите реакции биосинтеза мочевины из амида глутаминовой кислоты.

13. Приведите реакции окисления глутамина до СО₂, Н₂О и NН₃. Подсчитайте энергетический выход процесса.

14. Если фрагмент молекулы белка имеет структуру … сер-ала-тир-лей-асп.., то какова возможная структура фрагмента м-РНК для него и каковы антикодоны т-РНК, участвующие в биосинтезе данного фрагмента белковой молекулы?

15. На основании генетического кода заполните полностью нижеприведенную таблицу. Составьте формулу полипептидного фрагмента. Укажите 5' и 3' концы для ДНК и РНК, а также N- и С-концы для пептида.

ДНК

Транскрибированная мРНК

Соответствующие антикодоны тРНК

триптофан

Аминокислоты, включенные в полипептид

16. Составьте пептиды, которые были синтезированы в рибосомах в присутствии следующих матриц, считая, что считывание начинается с лева на право с первого триплета:

а) ГГУЦAГУЦГЦУЦЦУГAУУ;

б) УУГГAУГЦГЦЦAУAAУУУГЦУ;

в) ЦAУГAУГЦЦУГУУГЦУAЦ;

г) AУГГAЦГAA.

17. Данная нуклеотидная последовательность в мРНК кодирует при строго определенной рамке считывания одну и только одну последовательность аминокислот в полипептиде. Можно ли, исходя из данной последовательности аминокислотных остатков в белке, например в цитохроме с, предсказать нуклеотидную последовательность единственной мРНК, кодирующей этот белок? Обоснуйте ваш ответ.

18. Напишите все возможные последовательности мРНК, которые способны кодировать простой трипептид Лей-Мет-Tир. Ответив на этот вопрос, вы получите некоторое представление о числе разных мРНК, которые могут кодировать один полипептид.

19.Транскрибируемая цепь двухцепочечной ДНК содержит последовательность (5') ЦTTAAЦAЦЦЦЦTГAЦTTЦГЦГЦЦГTЦГ:

а) последовательность мРНК может транскрибироваться с этой цепи?

б) Какая аминокислотная последовательность могла бы кодироваться этой последовательностью при считывании с 5'-конца?

в) Предположим, что другая цепь этой ДНК тоже транскрибируется, а полученная мРНК транслируется. Совпадает ли полученная аминокислотная последовательность с последовательностью, которую вы привели в ответе на вопрос б?

Объясните биологическое значение ваших ответов на вопросы б и в.

20. Метионин – одна из двух аминокислот, которым соответствует всего один кодон. Этот единственный кодон метионина может кодировать как инициирующий остаток, так и внутренние остатки метионина в полипептидах, синтезируемых Е. coli. Объясните, каким образом это происходит.

21. Каким образом вы синтезировали бы полирибонуклеотид, который можно было бы использовать в качестве мРНК, кодирующей преимущественно остатки фенилаланина и небольшое число остатков лейцина и серина? Какие еще аминокислоты, но в гораздо меньших количествах, кодировались бы таким полирибонуклеотидом?

22. Определите минимальные энергетические затраты (в расчете на число высокоэнергетических фосфатных групп), необходимые для биосинтеза β-глобиновой цепи гемоглобина (146 остатков) из всех аминокислот, АТФ и ГТФ. Сравните ваш ответ с расходами энергии на биосинтез линейной цепи гликогена, включающей 146 остатков глюкозы, соединенных α(1 → 4)-связью, и синтезируемой из глюкозы в присутствии АТФ. Какова, исходя из ваших ответов, дополнительная энергетическая стоимость β-глобиновой молекулы, обусловленная тем, что в отличие от гликогена при ее построении необходимо реализовать определенную генетическую информацию?

Ответ: 583, а также минимум 2 на исправление ошибки транскрипции

23. Наряду с непосредственными энергетическими затратами на синтез белка, рассмотренными в предыдущем вопросе, клетка производит и непрямые затраты энергии, связанные с образованием требуемых для синтеза белка биокатализаторов. Сопоставьте факторы, определяющие непрямые расходы, которые приходится нести эукариотической клетке при синтезе линейных α(1 → 4)-цепей гликогена и при биосинтезе полипептидов.

24. Большинству аминокислот соответствует больше, чем один кодон, больше, чем одна тРНК и больше, чем один антикодон. Напишите все возможные антикодоны для четырех глициновых кодонов: (5') ГГУ (3'), (5') ГГЦ (3'), (5') ГГА (3') и (5') ГГГ (3').

а) На основании вашего ответа скажите, какие из положений антикодона определяют в первую очередь его специфичность в случае глицина?

б) Какие из кодон-антикодоновьгх пар содержат «качающуюся» пару оснований?

в) В какой из кодон-антикодоновых пар все три пары оснований образованы за счет прочных уотсон-криковских водородных связей?

г) Использование какой из кодон-антикодоновых пар в биологическом синтезе белка наименее вероятно? Почему?

25. Очень важные доказательства, подтверждающие правильность расшифрованного генетического кода, были получены при изучении природы мутаций, приводящих к замене одного остатка в аминокислотной последовательности белка. Какая из перечисленных ниже замен одной аминокислоты на другую согласуется с генетическим кодом? Какая из замен не может быть результатом изменения одного единственного основания в мРНК? Почему?

а) Фен → Лей;

б) Лиз → Ала;

в) Ала → Тир;

г) Фен → Лиз;

д) Иле → Лей;

е) Гис → Глу;

ж) Про → Сер.

26. В гемоглобине серповидных эритроцитов в 6-м положении β-гло-биновой цепи вместо глутаминовой кислоты (присутствующей в нормальном гемоглобине А) обнаружен валин. Какое изменение, произошедшее в кодоне для глутаминовой кислоты, привело к ее замене на валин?

27. Была определена последовательность нуклеотидов кодирующей нити бактериальной ДНК в начале гена белка, состоящего из 307 аминокислот:

ТГАТТААГТГАТГТГТААГГТГЦГАЦАТТЦТАЦТГАТАТТЦГТЦТГЦАТГАТТЦ.

В результате мутации выделенный и подчёркнутый остаток цитозина был заменён на тимин. Используя таблицу генетического кода, определите, как эта мутация отразится на свойствах белка.

28. Была определена последовательность нуклеотидов информационной РНК около начала кодирующего участка:

УАГАУГАЦУАААУГЦАУААГГУЦАГГГГГАГУААГААУАГАЦГГУГАЦУАЦАГЦУУ.

Используя таблицу генетического кода, определите, сколько аминокислотных остатков содержит закодированный в ней пептид и каким будет его заряд при рН 7,0?

Ответ: 14 аминокислотных остатков; заряд +5

29. Сколько нуклеотидов содержит ген прокариотической клетки (обе цепи ДНК), в котором запрограммирован белок из 500 аминокислот. Какое время понадобится для синтеза этого белка в клетке, если скорость передвижения рибосомы по мРНК составляет 6 триплетов в секунду?

Ответ: 1500 нуклеотидов; 250 секунд

30. Для синтеза молекулы белка потребовалось 2 минуты. Какова молекулярная масса построенного белка, если скорость передвижения рибосомы по иРНК составляет 6 триплетов в секунду?

31. За какое время в клетке синтезируется белок, состоящий из 48 аминокислотных остатков, если скорость передвижения рибосомы по мРНК составляет 6 триплетов в секунду?

32. Скорость передвижения рибосомы по иРНК составляет 6 триплетов в секунду, какое время понадобится для синтеза белка молекулярной массой 60000 Да?

33. Молярная масса мРНК составляет 9,9∙10⁹ г/моль. Определите Mr и длину белка, закодированного в этой молекуле мРНК, если белок полностью спирализован.

Ответ: 7,3∙10⁵ г/моль; 1544 нм

34. Рассчитайте минимальную длину молекулы ДНК, в которой закодирован белок длиной 150 нм со степенью спирализации 75 %. Почему фактическая длина ДНК гораздо больше?

Ответ: 871 нм

35. Какое время понадобится для синтеза белка длиной 25 нм и степенью спирализации 30 %, если скорость передвижения рибосомы по иРНК составляет 5 триплетов в секунду?

ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ

1. Как осуществляется связь между обменом белков, жиров и углеводов через цикл трикарбоновых кислот?

2. Какие вещества называют ключевыми метаболитами? Какова их роль в регуляции обмена веществ?

3. Какие вещества углеводного, белкового обмена и витамины используются при синтезе нуклеотидов РНК и ДНК.

4. Каким биохимическим способом глюкоза может быть синтезирована из аспарагиновой кислоты. Подтвердите соответствующими уравнениями реакций. Укажите ферменты и строение их коферментов.

5. Напишите уравнения реакций биосинтеза гликогена из глицерина. Укажите названия ферментов.

6. Напишите уравнения реакций биосинтеза аланина из глюкозы.

7. Составьте схему превращения аланина во фруктозу, используя реакции глюконеогенеза. Рассчитайте биоэнергетические затраты.

8. Каким биохимическим способом триацилглицерид может быть синтезирован из глюкозы. Подтвердите соответствующими уравнениями реакций. Укажите ферменты и строение их коферментов.

9. Напишите уравнения реакций биосинтеза трипальмитилглицерина из аланина. Укажите ферменты и их коферменты.

10. Напишите уравнения реакций превращения глицерина в глюкозо-6-фосфат.

11. Каким биохимическим способом можно синтезировать триацил-глицерид из фруктозы. Напишите уравнения реакций и укажите ферменты.

12. Покажите путь биосинтеза тристеарилглицерина из фосфодиоксиацетона. Рассчитайте энергетические затраты клетки, необходимые для осуществления процесса.

13. Определите массу глютаминовой кислоты, которая может образоваться в организме человека в результате потребления 100 г виноградного сахара при условии полного превращения продуктов его распада в α-кето-глутаровую кислоту и ее последующего преобразования в глутамат при участии аспартатаминотрансферазы.

Ответ: 163 г

ГОРМОНЫ

Заполните таблицу «Классификация гормонов по химическому строению»:

Пептидные		Стероидные		Гликопротеины
Производные аминокислот	Пептиды и белки	Производные жирных кислот	Стероиды	Гликопротеины

2. Какие соединения имеют общее название кортикостероиды?

3. Какие гормоны проявляют анаболическую активность?

4. Какие фундаментальные процессы контролируют стероидные гормоны?

5. Чем отличаются пути биосинтеза стероидных гормонов?

6. В чем особенность биосинтеза пептидных гормонов?

7. Могут ли гормоны иметь циклопептидную структуру? Если да, то приведите примеры.

8. Какова структура G-белков, связывающих гуаниловые нуклеотиды?

9. Каков механизм синтеза адреналина и норадреналина?

10. Все ли модификации инсулина обладают биологической активностью?

11. Каков спектр действия простагландинов?

12. Время жизни большинства гормонов в крови сравнительно невелико. Например, уже через 30 минут после введения инсулина, в крови останется только половина от первоначально введенного количества. Как вы можете объяснить следующее:

а) почему важно относительно быстрая инактивация циркулирующих гормонов?

б) каким образом обеспечивается постоянство уровня гормона в крови в нормальных условиях?

в) какими путями организм осуществляет быстрые изменения концентрации циркулирующих гормонов?

13. Используя структурные формулы компонентов и всех побочных продуктов, запишите уравнения реакций для следующих схем:

а) Ацетил-КоА → β-кетобутерил-КоА → β-окси-β-метилглутарил-КоА → → мевалоновая кислота;

б) Холестерол → прогестерон → 11-дезоксикортикостерон → кортикостерон → альдостерон;

в) ГТФ → цГМФ;

г) Тирозин → диоксифенилаланин → окситирамин → норадреналин → адреналин.

Укажите названия ферментов.

14. В нормальных условиях скорость секреции адреналина (С₉Н₁₃NO₃) мозговым слоем надпочечников человека такова, что концентрация этого гормона в крови поддерживается на уровне 10^-10 М. Для того, чтобы оценить роль столь малой концентрации гормона, рассчитайте диаметр бассейна глубиной 2 м, чтобы при растворении в нем 1 г (около 1 чайной ложки) адреналина его концентрация оказалась равной физиологической концентрации в крови.

Ответ: 187 м²

15. Содержание адреналина в мозговом слое надпочечников человека составляет 0,05 % от массы надпочечников. Рассчитайте массу адреналина, если известно, что содержание норадреналина в них равно 0,005 % и составляет 0,5 мг.

Ответ: 5 мг

16. В надпочечниках за сутки образуется 0,35 мг альдостерона, что составляет 1,5 % от общего количества кортикостероидов. Рассчитайте массу кортикостерона и 17-оксикортикостерона, если известно, что их доля в суммарной массе кортикостероидов составляет 75 %.

17. Рассчитайте массовую долю кислорода в молекуле эстрадиола и в молекуле тестостерона. Какой из гормонов является более окисленным соединением?

18. Рассчитайте массу вторичного посредника, предающего гормональный сигнал протеинкиназе C при условии, что на его образование израсходован 1 моль фосфатидил-4,5-дифосфата, содержащего 2 остатка пальмитиновой кислоты.

19. В сутки в организме человека синтезируется 1 мг тироксина. Рассчитайте суточную потребность в иоде.

‹

›