ЗАНЯТИЕ 33 ТЕМА: Биохимия мышечной ткани и миокарда.
Цель занятия: изучить особенности метаболизма мышечной ткани и миокарда, биохимическую основу мышечного сокращения. Изучить биохимическую основу острой и хронической сердечной недостаточности. Научиться определять содержание макроэргических соединений мышечной ткани (АТФ и креатинфосфата).
Исходный уровень знаний и умений:
1. Морфо-функциональная характеристика мышечной ткани
2. Саркомер, миофибриллы, мембранный аппарат мышечной ткани
3. Моторная бляшка, система Т-трубочек, триады
4. Сократительный аппарат гладких мышц
5. Метаболизм и механизм действия "вторичных" посредников
6. Реакции энергетического обмена и его регуляция
7. Механизмы электрогенеза в мышечной ткани
8. "Весельный" механизм мышечного сокращения
9. Механизмы нейро-гуморальной регуляции мышечного сокращения
Структура занятия:
1. Теоретическая часть.
1.1. Основные функции мышечной системы (движение, стимуляция метаболизма и вегетативных функций). Ограничение двигательной активности (гипокинезия). Основные элементы патогенеза гипокинетического синдрома.
1.2. Особенности метаболизма мышечной ткани обеспечивающие ей относительную автономию:
1.2.1. Наличие эндогенного запаса субстратов энергетического обмена (гликоген, ТГ). Особенности их обмена.
1.2.2. Наличие запаса макроэргов. Метаболизм креатинфосфата (синтез и распад). Характеристика креатинфосфокиназы.
1.2.3. Своеобразный набор ферментов стабилизирующих уровень АТФ (креатинфосфокиназа, аденилаткиназа, ферменты цикла пуриновых нуклеотидов, АМФ-дезаминаза). Особенности дезаминирования аминокислот.
1.2.4. Наличие депо кислорода. Строение и характеристика оксимиоглобина.
1.2.5. Своеобразный набор белков и их характеристика: миозин, актин (G, F), тропомиозин, тропонин (I, T, C).
1.2.6. Наличие дипептидов (карнозин, ансерин), их строение и биологическая роль.
1.2.7. Наличие депо Ca++, особенности метаболизма Ca++ в мышечной ткани, характеристика саркоплазматического ретикулума.
1.3. Особенности энергообразования в мышечных волокнах. Типы мышечных волокон, их морфо-функциональная характеристика. Особенности метаболизма миокарда.
1.4. Пути утилизации АТФ в мышечной ткани (миозиновая АТФ-аза, ионные АТФ-азы, биосинтезы и др.).
1.5. Роль мышечной ткани в межорганном обмене субстратами: циклы - глюкозо-лактатный (цикл Кори) и глюкозо-аланиновый (цикл Фелига).
1.6. Особенности метаболизма миокарда.
1.7. Теория мышечного сокращения. Механизм электромеханического сопряжения (роль АЦ, мембран саркоплазматического ретикулума, ионов Ca++, кальмодулина, белков мышечной ткани, АТФ-аз). Механизм расслабления. Механизм образование ригорного комплекса (трупное окоченение).
1.8. Особенности сокращения гладкой мускулатуры. Механизм развития сердечной недостаточности. Адаптивные изменения структуры и метаболизма миокарда при хронической сердечной недостаточности. Биохимическое обоснование лечения сердечной недостаточности:
1.8.1. препараты увеличивающие сократимость миокарда (сердечные гликозиды, их механизм действия, ингибиторы фосфодиэстеразы, Са-сенситезаторы и др.)
1.8.2. препараты уменьшающие нагрузку на миокард (вазодилятаторы и др.)
1.8.3. препараты блокирующие нейро-эндокринную регуляцию миокарда (бета-адреноблокаторы и др.)
1.8.4. препараты улучшающие метаболизм миокарда (коронаролитики, субстраты энергетического обмена, рибоксин, фосфокреатин, антигипоксанты, антиоксиданты, анаболики, Са антагонистов и др.).
2. Практическая часть - выполнение лабораторной работы:
2.1. Количественное определение макроэргических соединений мышц. (АТФ и креатинфосфата).
3. Решение задач и проведение контроля конечного уровня
Литература основная:
1. Материал лекций.
2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., Биологическая химия, М., Медицина, 1990, стр. 504-517, Медицина, 1990, стр. 504-517., М., Медицина, 1998, стр. 645-660.
дополнительная:
3. Бэгшоу К., Мышечное сокращение, М., Мир, 1985.
4. Марри Р. и др., Биохимия человека, М., Мир, 1993, т. 2, стр. 332-351.
5. Уайт А. и др., Основы биохимии, М., Мир, 1981, т. 3, стр. 1400-1424.
6. Албертс Б. и др., Молекулярная биология клетки, М., Мир, 1994, т. 2, стр. 254-274.
ЗАДАЧИ:
1. Диагностическим критерием заболеваний мышечной системы является уровень выделение с мочой:
| а) аминокислот | г) аммонийных солей | ж) глютатиона |
| б) мочевины | д) креатина | з) тионеина |
| в) мочевой кислоты | е) креатинина |
2. При каких заболеваниях увеличивается экскреция креатина с мочой?
а) обтурационная желтуха
б) острый гепатит
в) закупорка мочевых путей
г) значительные оперативные вмешательства
д) прогрессирующая мышечная дистрофия
е) инфаркт миокарда
ж) пневмония
з) акромегалия
и) сахарный диабет
к) гипертиреоз
3. При каких состояниях увеличивается концентрация креатинина в сыворотке крови?
| а) прогрессирующая мышечная дистрофия | е) цирроз печени |
| б) опухоли мочевых путей | ж) диарея |
| в) кишечная непроходимость | з) акромегалия |
| г) гломерулонефрит | и) сахарный диабет |
| д) острый панкреатит | к) гипертиреоз |
4. Гипокальциемия обнаруживается у больных, страдающих:
а) рахитом
б) хронической почечной недостаточностью
в) закупоркой желчевыводящих путей
г) гипопаратиреоидизмом
д) метастазами рака в костную ткань
е) гипотиреозом
ж) сахарным диабетом
з) дефицитом магния
и) циррозом печени
к) алкоголизмом
5. Гипокалиемия клинически проявляется в виде:
а) снижения тонуса гладкой и скелетной мускулатуры
б) усиления рефлексов
в) появления вялых параличей
г) расширения сердца
д) усиления перистальтики кишечника
е) общей слабости
ж) гиперкинезов
з) пареза кишечника
и) тахикардии
к) брадикардии
6. Накопление молочной кислоты в организме происходит при:
а) полном прекращении кровообращения (клиническая смерть)
б) сердечно-сосудистой недостаточности
в) кровопотере
г) гипоксии
д) усиленной мышечной работе
е) гипероксии
ж) диарее
з) гиповитаминозе В1
7. Что является характерным для мышечной дистрофии:
| а) креатинемия | д) креатининурия |
| б) кетонурия | е) аминацидурия |
| в) глюкозурия | ж) фосфатурия |
| г) креатинурия | з) гипераммонемия |
8. При каких заболеваниях повышается концентрация миоглобина в крови?
| а) хронический гепатит | д) острый панкреатит |
| б) инфаркт миокарда | д) острый холецистит |
| в) пневмония | е) краш-синдром |
| г) туберкулез легких | ж) пиелонефрит |
9. Для диагностики инфаркта миокарда в первые 6-8 часов после приступа целесообразно исследовать плазму крови на:
а) содержание тропонина
б) уровень миоглобина
в) активность креатинкиназы
г) активность АСТ
д) активность гамма-глутамилтранспептидазы
е) активность АЛТ
ж) активность амилазы
з) активность аргиназы
10. Для диагностики инфаркта миокарда в первые сутки после приступа целесообразно исследовать плазму крови на:
| а) изоферменты ЛДГ | е) изоферменты КФК |
| б) миоглобин | ж) АЛТ |
| в) альдолаза | з) щелочная фосфатаза |
| г) АСТ | и) кислая фосфатаза |
| д) аргиназа | к) тропонин Т |
11. Какие тесты целесообразно исследовать на 2-3 сутки после инфаркта миокарда?
| а) креатинфосфокиназа (КФК) | е) церулоплазмин |
| б) бета-оксибутират ДГ | ж) изоферменты КФК |
| в) гамма-глютаминтрансфераза | з) АСТ |
| г) изоферменты АСТ | и) АЛТ |
| д) изоферменты ЛДГ | к) амилаза |
12. Активность каких ферментов информативна на 4-6 сутки после инфаркта миокарда?
| а) креатинфосфокиназа | е) церулоплазмин |
| б) холинэстераза | ж) изоферменты КФК |
| в) гамма-глютаминтрансфераза | з) АСТ |
| г) изоферменты АСТ | и) ЛДГ |
| д) изоферменты ЛДГ | к) бета-оксибутират ДГ |
13. При каких заболеваниях увеличивается концентрация креатинина в крови?
а) острый бронхит
б) значительные оперативные вмешательства
в) сахарный диабет
г) обширные травмы
д) хронический гастрит
е) инфаркт миокарда
ж) хронический гломерулонефрит
14. Специфичными для скелетной мышечной ткани ферментами являются:
| а) фруктозомонофосфат-альдолаза | ж) MВ изоформы КФК |
| б) аргиназа | з) MM изоформы КФК |
| в) алкогольдегидрогеназа | и) ЛДГ1 и ЛДГ2 |
| г) креатинфосфокиназа | к) ЛДГ4 и ЛДГ5 |
| д) бета-оксибутират ДГ | и) амилаза |
| е) BB изоформы КФК |
15. Специфичными для миокарда ферментами являются:
| а) фруктозомонофосфат-альдолаза | ж) MВ изоформы КФК |
| б) аргиназа | з) MM изоформы КФК |
| в) алкогольдегидрогеназа | и) ЛДГ1 и ЛДГ2 |
| г) креатинфосфокиназа | к) ЛДГ4 и ЛДГ5 |
| д) бета-оксибутират ДГ | и) амилаза |
| е) BB изоформы КФК |
16. Какой из ферментных тестов отражает процессы репарации после инфаркта миокарда?
| а) креатинкиназа | д) церулоплазмин |
| б) АСТ | е) лейцинаминопептидаза |
| в) гамма-глутамилтранспептидаза | ж) амилаза |
| г) холинэстераза | з) ЛДГ |
17. Появление миоглобина в крови при инфаркте миокарда отмечается через:
| а) 2,5-3 часа | г) 48 часов |
| б) 8 часов | д) неделю |
| в) 24 часа | е) 0.5-1 час |
18. Наиболее ранний срок появления миоглобина в моче при инфаркте миокарда (через) ?
| а) 1,5-3 часа | г) 48 часов |
| б) 8 часов | д) неделю |
| в) 24 часа | е) 2-3 недели |
19. Для диагностики каких заболеваний исследуют содержание миоглобина в сыворотке крови?
| а) инфаркт миокарда | е) язва желудка |
| б) вирусный гепатит | ж) постгеморрагическая анемия |
| в) гемолитическая анемия | з) ожоговая болезнь |
| г) патология костной ткани | и) сахарный диабет I типа |
| д) пневмония | к) краш-синдром |
20. Фосфорилированная форма креатина в мышцах является:
а) источником неорганического фосфата для образования АТФ
б) компонентом цикла Фелига
в) одним из факторов электромеханического сопряжения
г) важным источником макроэргов
д) компонентом цикла Кори
е) переносчиком цитрата через мембрану митохондрий
ж) транспортной формой макроэргов в кардиомиоците
21. Что из указанного включается в биосинтез креатинфосфата?
| а) пиридоксальфосфат | ж) аргинин |
| б) АТФ | з) триптофан |
| в) метионин | и) АМФ |
| г) цистеин | к) глицин |
| д) валин | л) биотин |
| е) NADP | м) аскорбат |
22. Мышечные клетки, инкубированные с 3H тимидином быстрее аккумулируют радиоактивную метку в:
| а) митохондриях | д) ядре |
| б) рибосомах | е) аппарате Гольджи |
| в) гяРНК | ж) лизосомах |
| г) гладком ЭПР | з) шероховатом ЭПР |
Практическая часть:
Лабораторная работа №1 Количественное определение макроэргических соединений мышц (АТФ и креатинфосфата).
В мышечной ткани содержится два основных макроэргических соединения - АТФ и креатинфосфат:
Основным путем образования АТФ в тканях является окислительное фосфорилирование осуществляемое в процессе тканевого дыхания. Креатинфосфат образуется в мышце при участии АТФ в состоянии покоя и является транспортной и резервной формой макроэргического фосфата при активной мышечной работе.
ПРИНЦИП МЕТОДА: Метод основан на количественном определении (по цветной реакции с молибдатом аммония в присутствии аскорбиновой кислоты) макроэргического фосфата в молекулах АТФ, и креатинфосфата, который легко отщепляется при непродолжительном гидролизе в кислой среде (так называемый лабильно связанный фосфор).
Определение содержания неорганического фосфора в пробах мышечного экстракта, до гидролиза и после него, дает представление о количестве лабильно связанного фосфора, макроэргических соединений мышцы.
ХОД РАБОТЫ. Работа состоит из 5 этапов:
1. Экстракция органического фосфата: 0,5 г мышечной кашицы помещают в пробирку, стоящую в ледяной бане, и добавляют в нее 5 мл охлажденного 3% раствора ТХУ. Содержимое пробирки перемешивают стеклянной палочкой для экстрагирования АТФ и креатинфосфата в течении 5 мин. Экстракт фильтруют в мерную пробирку, стоящую в ледяной бане. Остаток мышечной кашицы в пробирке заливают 5 мл дистиллированной воды, продолжают экстракцию в течении 5 минут на холоду. Полученный экстракт фильтруют в ту же мерную пробирку и доводят общий объем до 10 мл дистиллированной водой.
2. Гидролиз органического фосфата: в две пробирки отбирают по 0,5 мл безбелкового фильтрата. Первая пробирка - контрольная, вторая - опытная. В опытную пробирку добавляют 1 мл 1 М раствора HCl. Закрывают фольгой и помещают в кипящую баню на 10 мин. для гидролиза фосфорных связей. Затем раствор охлаждают и добавляют 1 мл 1 М раствора NaOH. В контрольную пробирку (без предварительного кипячения) добавляют 1 мл 1 М раствора NaOH и 1 мл 1 М раствора HCl. В опытную и контрольную пробирки добавляют из бюретки по 7,5 мл дистиллированной воды для получения объема 10 мл.
3. Проведение качественной реакции: дальнейшие процедуры обязательно проводят одновременно с опытной и контрольной пробами. Из обеих пробирок отбирают по 0,8 мл жидкости, переносят в две другие пробирки, содержащие по 5 мл активного буфера, затем добавляют по 0,5 мл 1 М раствора молибдата аммония, 0,5 мл 1% раствора аскорбиновой кислоты. Содержимое каждой пробирки быстро перемешивают и оставляют стоять при комнатной температуре точно 10 минут.
4. Фотометрия окрашенного комплекса: контрольную и опытную пробы колориметрируют на ФЭКе с красным светофильтром (длина волны 670 нм) против воды. В опытной пробе (после гидролиза) определяемый неорганический фосфор представляет собой сумму лабильно связанного фосфора и фосфатных солей, присутствующих в тканях. В контрольной пробе - только фосфатные соли.
5. Расчет содержания макроэргических фосфорных соединений: из величины оптической плотности, найденной для опытной пробы, вычитают величину оптическую плотность, полученную для контрольной пробы. Концентрацию лабильно связанного неорганического фосфора в пробе находят по калибровочному графику.
РАСЧЕТ: рассчитывают количество лабильно связанного фосфора в мг на 100 г сырой ткани, учитывая разведение:
x = А ´ 3,3 ´ 400 ´100,
где: x - содержание (мг/100 г) макроэргических соединений в перерасчете на 1 мг АТФ в 100 г сырой ткани,
А - содержание АТФ в пробе, мг
3,3 и 400 - коэффициенты перерасчета на 1 г ткани с учетом разведения растворов.
ВЫВОД: