Обучающие задачи и эталоны их решения.

Задача 1. Чему равен суммарный электрический заряд фосфатидилсерина в водной среде при рН 7.0? Ответ обоснуйте.

Ответ. Остаток фосфорной кислоты в молекуле фосфатидилсерина при рН 7,0 заряжен отрицательно. Аминогруппа серина в этих же условиях несёт положительный заряд, а карбоксильная группа серина – отрицательный. Таким образом, количество отрицательно заряженных групп превышает количество положительно заряженных и суммарный электрический заряд фосфатидилсерина равен минус 1 (см.1.4.2).

Задача 2. Какое из соединений – глюкозилцерамид или сфингомиелин – будет в большей степени проявлять амфифильные свойства?

Ответ. Оба липида являются производными сфингозина и содержат одинаковые гидрофобные компоненты. Гидрофильная часть сфингомиелина содержит, в отличие от глюкозилцерамида заряженные функциональные группы и поэтому будет в большей степени проявлять амфифильность (см.1.4.2).

Задача 3. В процессе приготовления майонеза в водной среде смешивают растительные жиры и яичный желток, содержащий фосфатидилхолин. В результате смешивания образуется однородная масса. Объясните, почему образующийся соус может сохраняться в течение длительного времени и не подвергается разделению на составные компоненты.

Ответ. Фосфатидилхолин обладает амфифильными свойствами; его гидрофобная часть взаимодействует с молекулами жиров, а гидрофильная – с окружающей водной средой. В результате образуются мицеллы – замкнутые надмолекулярные комплексы, образующие устойчивую эмульсию (см.1.4.3).

Задача 4. В яде кобры содержится фермент фосфолипаза А₂, которая катализирует частичный гидролиз фосфолипидов. Объясните, почему укус кобры может вызвать у человека гемолиз эритроцитов?

Ответ. Частичный гидролиз фосфролипидов под действием фосфолипазы А₂, приводит к изменению их амфифильных свройств: из-за отщепления жирной кислоты уменьшаются гидрофобные свойства и увеличиваются гидрофильные. Изменение свойств фосфолипидов приводит к ослаблению межмолекулярного гидрофобного взаимодействия, стабилизирующего липидный бислой мембран. Это вызывает разрушение мембран, в первую очередь эритроцитов, и выход содержимого клеток в плазму крови (см.1.3.2).

Задача 5. В кардиологической практике широко используют сердечные гликозиды – конкурентные ингибиторы Na⁺,K⁺-АТФазы. Известно, что связывание гликозидов происходит с участком фермента, обращённым на внешнюю сторону клеточной мембраны. Объясните, почему при передозировке сердечных гликозидов используют растворы солей калия?

Ответ. Ионы калия взаимодействуют с участком, обращённым на внешнюю сторону клеточной мембраны. Сердечные гликозиды связываются с тем же участком, препятствуя поступлению K⁺ внутрь клетки. Повышение концентрации ионов К⁺ приводит к вытеснению гликозидов из активного центра фермента и восстановлению работы Na⁺,K⁺-АТФазы (см.1.5.2).

Контрольные вопросы:

1. Многообразие мембранных структур и выполняемых ими функций.

2. Строение липидов, входящих в состав клеточных мембран: формулы фосфолипидов, гликолипидов, холестерола. Амфипатические свойства липидов мембран.

3. Белки мембран (интегральные, периферические): особенности структуры, свойства, функции. Взаимодействия белков и липидов в биологических мембранах.

4. Асимметрия мембран (примеры). Способность белков и липидов мембран к латеральной диффузии. Ограниченная возможность поперечной диффузии в мембранах.

5. Транспорт веществ через мембраны: простая и облегчённая диффузия, активный транспорт, экзо- и эндоцитоз, их особенности. Na⁺, K⁺-АТФ-аза, механизм действия, биологическая роль.

6. Арахидоновая кислота: пути метаболизма. Биологическая роль метаболитов арахидоновой кислоты (простагландинов, тромбоксанов, простациклинов, лейкотриенов).

7. Активные формы кислорода - образование и роль в организме. Пероксидное окисление липидов (ПОЛ): факторы, способствующие активации ПОЛ, возможные механизмы повреждения биологических мембран.

Выполните упражения и решите задачи:

1. Напишите формулу фосфатидилхолина, в состав которого входят остатки стеариновой и олеиновой кислот. Укажите гидрофильные и гидрофобные участки молекулы.

2. Напишите формулу сфингомиелина, в состав которого входят остаток олеиновой кислоты. Укажите гидрофильные и гидрофобные участки молекулы.

3. Напишите формулу глюкозилцерамида, в состав которого входят остаток линоленовой кислоты. Укажите гидрофильные и гидрофобные участки молекулы.

4. Чему равен суммарный электрический заряд фосфатидилэтаноламина в водной среде при рН 7.0? Ответ обоснуйте.

5. Какие из перечисленных компонентов могут проникать через мембрану путём простой диффузии?

6. Больной проходит курс лечения методом гипербарической оксигенации. Почему в качестве профилактической меры врач назначил этому пациенту введение витамина Е?

Литература

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М., 1990. – с.276-286; 73-74; 192-202.
2. Николаев А.Я. Биологическая химия. – М., 1989. – с.178-199; 396-397.
3. Строев Е.А. Биологическая химия. – М., 1986. – с. 84-97; 109-114; 163-170; 216-219; 407-410.
4. Руководство к практическим занятиям по биохимии. Часть I. – Ярославль, 1999. – с.60-71.
5. Конспекты лекций.

© С.М.Ершиков, 2007