Реферат: Тема: Обмен и функции углеводов

Практическое занятие №1.

Задание к занятию №1.

Тема: Обмен и функции углеводов.

Актуальность темы.

Углеводы широко распространены в природе. Они входят в состав живых организмов и вместе с белками, липидами

и нуклеиновыми кислотами определяют специфичность их строения и функционирования. Углеводы участвуют во

многих метаболических процессах и прежде всего они являются основными поставщиками энергии, выполняют

структурную роль. Из них в процессе метаболизма образуется большое число органических соединений, которые

служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов. Производные углеводов участвуют

в детоксикации ксенобиотиков и инактивации веществ эндогенного происхождения. Углеводы могут

синтезироваться с использованием других метаболитов: некоторых аминокислот, глицерина, молочной кислоты.

Учебные и воспитательные цели:

Общая цель занятия:

привить знания о химическом строении и значении углеводов для жизнедеятельности организма.

Частные цели

- уметь определять глюкозу, фруктозу и крахмал в растительных продуктах качественными реакциями.

1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Понятие об углеводах, биологическая роль и химическое строение отдельных представителей

(моносахаридов, дисахаридов).

2.2. Протеогликаны, гликопротеины.

2.3. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте. Роль клетчатки. Непереносимость

углеводов. Мальабсорбция дисахаридов.

^ 3. Лабораторно-практические работы:

3.1. Качественные реакции:

- на глюкозу – реакция Троммера, реакция Фелинга, реакция Ниландера;

- на фруктозу – реакция Селиванова.

3.2. Обнаружение глюкозы и фруктозы в объектах растительного происхождения.

^ 4. Выходной контроль

4.1. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материал лекций.

5.2. Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: «Высшая школа», 1989г., с. 521-525.

5.3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 1990г., с. 226-244, 521-525.

5.4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004г., с. 169-187, 319-327,

357-359, 361-362


^ 2. Основные вопросы темы


2.1. Понятие об углеводах, биологическая роль и химическое строение отдельных представителей

(моносахаридов, дисахаридов).


Углеводы вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами входят в состав живых организмов и определяют специфичность их строения и функционирования. На долю углеводов приходится около 75% массы пищевого рациона и более 50% от суточного количества необходимых калорий. Углеводы являются поставщиками энергии и выполняют структурную роль. Из углеводов в процессе метаболизма образуются вещества, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов.

Углеводы – это альдегидо- или кетоноспирты.

Функции углеводов:

Энергетическая;

Углеводы ( рибоза, дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот, свободных мононуклеотидов (АТФ, ГТФ, цАМФ и др.), коферментов (НАД, НАДФ, ФАД);

Структурная: гликопротеины – коллаген; белки-рецепторы; гликокаликс, белки определяющие принадлежность к группе крови; факторы свертывания крови; ферменты, гормоны; гликозаминогликаны и др;

Защитная: иммуноглобулины, интерферон, муцины, фибриноген, гликозаминогликаны и др.;

Дезинтоксикационная - входят в состав ФАФС (фосфоаденозинфосфосульфат) и УДФГК (уридиндифосфоглюкуроновая кислота).

Суточная потребность – 500 грамм.


Классификация:


Моносахариды – производные многоатомных спиртов, содержащих альдегидную или кетонную группу. В

зависимости от количества углеродных атомов моносахариды делятся на:

Истинные:

- триозы

- тетрозы

- пентозы (рибоза, дезоксирибоза)

- гексозы (глюкоза, галактоза, фруктоза) и др.

Производные моносахаридов:

- уроновые кислоты – если вместо СН2ОН группы в 6 положении – СООН группа (у глюкозы – глюкуроновая

кислота; у галактозы – галактоуроновая кислота). Они входят в состав гликозаминогликанов;

- аровые кислоты – если в 6 и 1 положениях – СООН группы (у глюкозы – глюкаровая, у галактозы –

галактаровая);

- аминосахара – если во 2 положении – NН2группа (у глюкозы – глюкозамин, у галактозы – галактозамин). Они

входят в состав гликозамингликанов;

- N-гликозиды (рибоза, дезоксирибоза, соединенные с азотистым основанием в нуклеотиде - N-гликозидной

связью). Входят в состав РНК, ДНК, АТФ, НАД, ФАД и др.;

- фосфорные эфиры моносахаридов – замещение атомов Н на остатки фосфорной кислоты: глюкозо-6-фосфат;

фруктозо-1,6-дифосфат; рибозо-5-фосфат и др.



2. Олигосахариды (в их состав входят от 2 до 10 остатков моносахаридов)

Дисахариды:


- мальтоза состоит из 2 молекул α-Dглюкозы, соединенных α-1,4-гликозидной связью. Она имеет свободный

полуацетальный гидроксил, обладает восстанавливающими свойствами;

- лактоза (молочный сахар) состоит из β-Dгалактозы и α-Dглюкозы соединенные β-1,4-гликозидной связью.

Имеет свободный полуацетальный гидроксил и обладает восстанавливающими свойствами.

- сахароза состоит из α-Dглюкозы и β-Dфруктозы, соединенные α-1,2-гликозидной связью. Свободного

полуацетального гидроксила не имеет, поэтому не обладает восстанавливающими свойствами.

3. Полисахариды:

- гомополисахариды (крахмал, клетчатка, гликоген);

- гетерополисахариды (гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды).).


2.2. Протеогликаны, гликопротеины.

Протеогликаны – это сложные белки, состоящие из белков и углеводов. Углеводы, входящие в состав

протеогликанов называются глкозаминргликанами.


Классификация гликозаминогликанов:

гиалуроновая кислота

хондроитин-4-сульфат

хондроитин-6-сульфат

дерматансульфат

кератансульфат

гепарин.

Они широко распространены в организме человека: кожа, сухожилия, хрящи, кости, синовиальная жидкость,

стекловидное тело, роговица, пупочный канатик, слизистые рта, носа, бронхов, кровеносных сосудов.


Функции гликозаминогликанов:

защитно-механическая;

гиалуроновая кислота является «биологическим цементом» т.е. заполняя межклеточное вещество, укрепляет соединительную ткань, тем самым препятствует проникновению в организм болезнетворных микроорганизмов;

обладают высокой гидрофильностью, т.е. удерживают воду и катионы, принимая участие в регуляции водно-солевого обмена;

обладают высокой вязкостью – участвуют в формировании пищевого комка, облегчая процессы проглатывания;

гепарин – естественный антикоагулянт (предотвращает процессы свертывания крови).

Строение гликозаминогликанов:

1. в структуру мономера гиалуроновой кислоты входят: глюкуроновая кислота, соединенная с N-

ацетилглюкозамином;

в структуру мономера гепарина входят: глюкуроновая кислота, N-ацетилглюкозамин и 2 остатка серной

кислоты.



2.3. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте. Роль клетчатки. Непереносимость

углеводов. Мальабсорбция дисахаридов.


Попадая в желудочно-кишечный тракт, углеводы под действием ферментов распадаются на моносахариды и всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны этих клеток (путем облегченной диффузии и активного транспорта).


В ротовой полости пища измельчается при пережевывании, смачиваясь при этом слюной, рН которой равна 6,8. Под влиянием α-амилазы слюны (эндоамилаза) происходит расщепление в крахмале α-1,4-гликозидных связей. Она не расщепляет α-1,6-гликозидные связи в крахмале, поэтому крахмал переваривается лишь частично с образованием крупных фрагментов – декстринов и небольшого количества мальтозы. α-амилаза не гидролизует гликозидные связи в дисахаридах.

В желудке действие амилазы слюны прекращается, т.к. рН желудочного сока равен 1,5-2,5. Однако, внутри

пищевого комка активность амилазы может некоторое время сохранятся, пока рН не изменится в кислую

сторону.

В 12-перстной кишке рН равна 7,5-8,0. Из поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Этот фермент также является эндогликозидазой т.к. расщепляет α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах. Продукты переваривания: олигосахариды, содержащие 3-8 остатков глюкозы, мальтоза, изомальтоза – дисахарид, состоящий из 2 молекул α-Dглюкозы, соединенных α-1,6-гликозидной связью. Дальнейшее их переваривание происходит в нижних отделах тонкого кишечника под действием мальтазы, изомальтазы. Дисахариды пищи сахароза и лактоза также расщепляются в тонком кишечнике сахаразой и лактазной (полостное пищеварение).

Процесс переваривания заканчивается на поверхности эпителиальных клеток кишечника (мембранное,

пристеночное пищеварение). Эпителиальные клетки покрыты микроворсинками, над которыми располагается

волокнистая сеть - гликокаликс (гликопротеин). В нем располагаются ферменты гидролизующие мальтозу,

сахарозу, лактозу, которые не расщепилисьв полости кишечника.

Скорость всасывания моносахаридов различна, глюкоза и галактоза всасываются быстрее, чем другие

моносахариды. Транспорт моносахаридов в клетке слизистой оболочке кишечника может осуществляться

различными способами: путем облегченной диффузии и активного транспорта. При высокой концентрации

глюкозы в просвете кишечника она транспортируется в клетку путем облегченной диффузии. При низкой

концентрации – глюкоза всасывается путем активного транспорта.

Механизм активного транспорта.

Глюкоза и Nа+ соединяются с разными участками белка-переносчика. При этом Nа+ поступает в клетку по градиенту концентрации и одновременно транспортируется глюкоза против градиента концентрации. Чем больше градиент Nа+, тем больше поступления глюкозы в энтероциты. Если концентрация Nа+ уменьшается, транспорт глюкозы снижается. Свободная энергия, необходимая для активного транспорта образуется благодаря гидролизу АТФ, связанному с натриевым насосом, который «откачивает» из клетки Nа+ в обмен на К+. Глюкоза соединяется с другим белком-переносчиком путем облегченной диффузии всасывается в кровь.

Роль клетчатки.

1. раздражая нервные окончания слизистой оболочки кишечника, усиливает перистальтику кишечника;

2. увеличивает секрецию кишечного сока;

3. способствует формированию каловых масс;

4. адсорбирует холестерол;

5. адсорбирует тяжелые металлы, радионуклиды;

6. подвергаясь в кишечнике спиртовому брожению, подавляет размножение гнилостных бактерий.


Мальабсорбция – группа заболеваний, связанная с нарушением:

переваривания углеводов в ЖКТ (дефект ферментов);

нарушение всасывания продуктов распада моносахаридов.

Примером первой группы заболеваний является лактазная недостаточность (дисахаридазная).

У детей различают 2 формы:

- транзиторная (до года жизни), связанная с незрелостью фермента лактазы;

- генетическая – мутация гена, ответственного за синтез фермента лактазы.

У взрослых:

- дефект лактазы вследствие экспрессии гена лактазы возрастного характера, при этом непереносимость молока у лиц африканского и азиатского происхожде6ния. Средняя частота данной формы в странах Европы – 7-12%, в Китае 80%, в отдельных районах Африки – 97% (исторически сложившийся рацион питания);

- приобретенного характера- при кишечных заболеваниях (гастриты, колиты, энтериты). Как известно, активность лактазы ниже, чем других дисахаридаз, поэтому понижение её активности становится более заметным.

Проявление во всех случаях: осмотическая диарея, которую вызывают нерасщепленные дисахариды и невсосавшиеся моносахариды, поступающие в дистальные отделы кишечника, изменяют осмотическое давление, частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами, с образованием кислот, газов, усиливается приток воды в кишечник, увеличивается объем кишечного содержимого, увеличивается перистальтика, появляются метеоризм и боли.


^ 3. Лабораторно-практические работы:


3.1. Качественные реакции:

- на глюкозу – реакция Троммера, реакция Фелинга, реакция Ниландера;

- на фруктозу – реакция Селиванова.

^ РЕАКЦИЯ ТРОММЕРА:

К 10 каплям 1% раствора глюкозы прибавить 5 капель 10% раствора NaOH и 2 капли 1% CuSO4 нагревают до

кипения. Образуется осадок желтого цвета СuOH или кирпично-красного цвета Cu2O.


^ РЕАКЦИЯ ФЕЛИНГА:

К 10 каплям 1% раствора глюкозы прибавить 5 капель реактива Фелинга-1 и 5 капель реактива Фелинга-2,

нагреть до кипения. Образуется осадок кирпично-красного цвета- Cu2O .


^ РЕАКЦИЯ НИЛАНДЕРА:

В пробирку наливают 10 капель 1% раствора глюкозы. Прибавляют 5 капель реактива Ниландера, кипятят 1-2

минуты. Образуется осадок черного цвета (восстановление висмута).


^ РЕАКЦИЯ СЕЛИВАНОВА:

В пробирку наливают 10 капель реактива Селиванова, добавляют 1-2 капли раствора фруктозы и нагревают до

кипения. Наблюдается красное окрашивание.

3.2. Обнаружение глюкозы и фруктозы в объектах растительного происхождения.


^ Углеводы моркови. В пробирку помещают 1 г. мелко нарезанной моркови, добавляют 2 мл воды и

встряхивают 2 мин. Надосадочную жидкость разливают поровну в 2 пробирки.

В одной пробирке открывают глюкозу реакцией Фелинга, в другой – фруктозу – с помощью реакции

Селиванова.

Реакция Фелинга – в 1-ю пробирку прибавляют 3 капли реактива Фелинга-1 и 3 капли реактива Фелинга-2.

Жидкость нагревают до кипения. Выпадает осадок кирпично-оранжевого цвета закиси меди.

^ Реакция Селиванова – во 2-ю пробирку добавляют 20 капель реактива Селиванова. Жидкость нагревают до

кипения, развивается красное окрашивание.

Углеводы меда. В 2 пробирки отмеривают по 6 капель раствора меда. В одну пробирку прибавляют 3 капли

реактива Фелинга-1 и 3 капли реактива Фелинга-2. Пробирку нагревают до кипения. Во 2-ю пробирку

прибавляют 20 капель реактива Селиванова и нагревают до кипения.

Открытие крахмала в картофеле. На срез картофеля наносят 2-3 капли раствора J2. Наблюдают появление

синего окрашивания.


Практическое занятие №2.

Задание к занятию №2.

Тема: Обмен и функции углеводов.


Учебные и воспитательные цели:

Общая цель занятия:

- привить и научить использовать знания об обмене гликогена, регуляции постоянства концентрации глюкозы в

крови в практике врача.

2. Частные цели:

- уметь выделять гликоген из мышечной ткани и изучать его свойства.

^ 1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

1.3. Реферативные сообщения.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Общая схема источников и путей использования глюкозы в организме.

2.2. Гликоген – свойства, биосинтез и мобилизация гликогена.

2.3. Гликогенозы и агликогенозы.

2.4. Содержание глюкозы в крови. Гипо-, гипергликемия, глюкозурия и причины их возникновения.

2.5. Регуляция уровня глюкозы в крови. Роль ЦНС, механизм действия инсулина, адреналина, глюкагона,

СТГ, глюкокортикоидов, тироксина и их влияние на состояние углеводного обмена.

^ 3. Лабораторно-практические работы:

3.1 . Извлечение гликогена из мышечной ткани и изучение его свойств.

4. Выходной контроль

4.1. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материал лекций.

5.2. Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: «Высшая школа», 1989г., с.232-237, 246-254.

5.3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 1990г., с. 226-244, 521-525.

5.4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004г., с. 169-187, 319-327,

357-359, 361-362



Основные вопросы темы




Общая схема источников и путей использования глюкозы в организме.





2.2. Гликоген – свойства, биосинтез и мобилизация гликогена.


Гликоген – животный крахмал, главный резервный гомополисахарид. Значительная часть глюкозы, поступающей в кровь, превращается в гликоген – запасный полисахарид, используемый в интервалах между приемами пищи в качестве источника глюкозы. Наибольшая концентрация гликогена обнаруживается в печени 2 – 6%, а в мышцах содержится 0,5 – 2%. В клетке гликоген находится не в растворенном состоянии, а в виде гранул. Гликоген имеет высокую молекулярную массу (1∙106 - 2∙108) и содержит до 1 млн. остатков глюкозы, соединенных 1,4 и 1,6 - гликозидными связями. Гликоген с йодом дает красно – бурое окрашивание.


^ Синтез гликогена.

Происходит тогда, когда после использования глюкозы остается её часть и она запасается в организме в виде

гликогена.



Фермент гликогенсинтаза участвует в образовании α-1,4-гликозидных связей, ветвящий фермент в образовании α-1,6-гликозидных связей. Образовавшиеся молекулы гликогена обладают низкой растворимостью и, следовательно, низким влиянием на осмотическое давление в клетке по сравнению с глюкозой, это объясняет то, что в клетке депонируется гликоген, а не глюкоза.


^ Распад гликогена.

Распад гликогена с образованием глюкозы происходит в период между приемами пищи, физической работе, при стрессе.

Пути мобилизации гликогена:

фосфоролитический.

амилолитический путь распада гликогена происходит при участии фермента амилазы.


Фосфоролитический путь – основной путь распада гликогена с образованием глюкозы:


В мышечной ткани нет фермента глюкозо-6-фосфатазы, поэтому гликоген мышц не распадается с

образованием глюкозы, а окисляется или аэробным или анаэробным путем с освобождением энергии. Через

10-18 часов после приема пищи запасы гликогена в печени значительно истощаются.


2.3. Гликогенозы и агликогенозы.


Гликогенозы (болезни накопления гликогена) обусловлены дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Например, болезнь Гирке связана с отсутствием фермента глюкозо-6-фосфатазы, при этом наблюдается избыточное накопление гликогена в печени, гипогликемия и ее последствия. Болезнь Мак-Ардла: причина - отсутствие фосфорилазы в мышечной ткани. При этом уровень глюкозы в крови в норме, но наблюдается слабость мышечной ткани и снижена способность выполнять физическую работу. Болезнь Андерсена связана с дефектом, ветвящего фермента, что приводит к накоплению гликогена в печени с очень длинными наружными и редкими точками ветвления, вследствие этого – желтуха, цирроз печени, печеночная недостаточность, летальный исход (неразветвленный гликоген разрушает гепатоциты).





Агликогенозы – заболевания, возникающие в результате дефекта гликогенсинтазы. В печени и других тканях больных наблюдают очень низкое содержание гликогена. Это проявляется резко выраженной гипокликемией в постабсорбтивном периоде. Характерный симптом – судороги по утрам.

2.4. Содержание глюкозы в крови. Гипо-, гипергликемия, глюкозурия и причины их возникновения.

Концентрация глюкозы в крови поддерживается в течение суток на постоянном уровне 3,3-5,5 ммоль/л. После приема пищи уровень глюкозы возрастает в течение часа до 8 ммоль/л, а затем возвращается к норме. В организме постоянный уровень глюкозы в крови поддерживается благодаря существованию нейрогуморальных механизмов. Основным показателем состояния углеводного обмена служит содержание глюкозы в крови и моче.

ГИПЕРГЛИКЕМИЯ- состояние, при котором уровень глюкозы выше нормы. Причины:

Физиологические - алиментарная, эмоциональная.

Патологические – сахарный диабет; стероидный диабет (Иценко-Кушинга) – гиперпродукция глюкокортикоидов коры надпочечников; гиперпродукция адреналина, глюкагона, СТГ тироксина.

ГИПОГЛИКЕМИЯ - состояние, при котором уровень глюкозы ниже нормы. Причины:

Сниженный выход глюкозы: заболевания печени, эндокринные заболевания (дефицит гормона роста, кортизола), наследственные метаболические нарушения (дефицит гликогенсинтетазы, галактоземия, непереносимость фруктозы, печеночные формы гликогенозов).

Увеличенная утилизации глюкозы: снижение запасов жиров (нарушение питания), нарушение окисления жирных кислот, гиперплазия β-кл. подж. железы, передозировка инсулина, болезнь Аддисона – гипопродукция глюкокортикоидов.

ГЛЮКОЗУРИЯ – появление сахара в моче. Если уровень глюкозы в крови составляет 8-10 ммоль/л, то нарушается

почечный порог для глюкозы и она появляется в моче. Причины:

1. физиологические:

- алиментарная глюкозурия

- глюкозурия беременных

- нейрогенная на почве стрессовых состояний

2. патологические:

- сахарный диабет

- острый панкреатит

- острые инфекционные заболевания


2.5. Регуляция уровня глюкозы в крови. Роль ЦНС, механизм действия инсулина, адреналина, глюкагона,

СТГ, глюкокортикоидов, тироксина и их влияние на состояние углеводного обмена.


Ведущее значение в регуляции углеводного обмена принадлежит центральной нервной системе. Снижение уровня глюкозы в крови приводит к повышенной секреции адреналина, глюкагона, которые, поступая в орган-мишень для этих гормонов (печень), узнаются рецепторами мембран клеток печени и активируют фермент мембраны аденилатциклазу, запуская механизм, приводящий к распаду гликогена с образованием глюкозы.


Схема механизма взаимодействия адреналина и глюкагона с клеткой:




Адреналин – повышает уровень глюкозы за счет активации фермента фосфорилазы (аденилатциклазная система), которая приводит к распаду гликогена с образованием глюкозы, блокирует фермент гликогенсинтазу, т.е. синтез гликогена.

Глюкагон – действует подобно адреналину, но плюс к этому активирует ферменты глюконеогенеза.

Глюкокортикоиды – повышают уровень глюкозы крови, являясь индукторами синтеза ферментов глюконеогенеза.

СТГ актвирует глюконеогенез, тироксин активирует инсулиназу, расщепляющую инсулин, влияет на всасывание глюкозы в кишечнике.


Инсулин – единственный гормон, понижающий уровень глюкозы в крови, за счет:

повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы в клетках жировой и мышечной ткани, под его влиянием белки-транспортеры ГЛЮТ-4 перемешаются из цитоплазмы в мембрану клетки, где соединяются с глюкозой и транспортируют её во внутрь клетки.

активирует гексокиназу, фруктокиназу, пируваткиназу (стимулирует гликолиз).

активирует гликогенсинтетазу (стимулирует синтез гликогена).

активирует дегидрогеназу пентозо-фосфатного пути.

по механизму хронической регуляции является индуктором синтеза гексокиназы и репрессором синтеза ферментов глюконеогенеза (блокирует глюконеогенез).

30% углеводов превращает в липиды.

стимулирует ЦТК, активируя фермент синтетазу, которая катализирует реакцию взаимодействия ацетил-КоА с ЩУК



^ 3. Лабораторно-практические работы:


3.1. Извлечение гликогена из мышечной ткани и изучение его свойств.

- Извлечение гликогена:

5-10 г. мышцы разрезать на кусочки, поместить в колбу и залить 20мл слабого раствора ТХУ, кипятить 5 мин.Белки при этом свёртываются. Ферменты разрушаются. Кусочки мышцы с жидкостью выливают из колбы, тщательно растирают в ступке и после охлаждении фильтруют. Полученный раствор гликогена используют для реакций.


- Гидролиз гликогена: К 10 каплям раствора гликогена прилить 5 капель 10% НСl и поставить в кипящую водяную баню на 10 мин. После гидролиза нейтрализовать по лакмусу 10% NaOH и проделать реакцию Фелинга .

- Осаждение уксуснокислым свинцом: В пробирку налить 10 капель раствора гликогена, прибавить 10 капель уксуснокислого свинца.


- Цветная реакция на гликоген с йодом:

К10 каплям раствора гликогена, добавить 10 капель основного уксуснокислого свинца.


^ Практическое занятие №3.

Задание к занятию №3.

Тема: Обмен и функции углеводов.

Учебные и воспитательные цели:

Общая цель занятия:

- научить использовать знания о метаболизме глюкозы в практической деятельности врача.

Частные цели занятия:

- иметь представление о методах определения глюкозы в крови;

- уметь определять уровень глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

^ 1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Аэробный распад – основной путь катаболизма глюкозы у человека. Физиологическое значение. Авитаминоз В1.

2.2. Анаэробный распад глюкозы. Биологическая роль. Эффект Пастера.

2.3. Глюконеогенез и его значение.

2.4. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).

2.5. Методы определения глюкозы в крови, диагностическое значение.

^ 3. Лабораторно-практические работы:

3.1. Ознакомление студентов с работой глюкометра « One Touch» ultra.

3.2. Определение глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

^ 4. Выходной контроль

4.1. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материал лекций.

5.2. Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: «Высшая школа», 1989г., с. 237-246.

5.3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 1990г., с. 244-250, 255-259,

259-267

5.4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004г., с. 327-334, 338-353,

359-362.

Кушманова О.Д., Ивченко Г.М. Руководство к занятиям по биологической химии М., 1983, раб. 47, 48.


^ 2. Основные вопросы темы


2.1. Аэробный распад – основной путь катаболизма глюкозы у человека. Физиологическое значение.


АЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ – процесс окисления глюкозы до СО2 и Н2О, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции находятся в цитозоле клетки.

Выделяют 2 этапа:

Подготовительный – глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 молекулы фосфотриоз. Используются 2 молекулы АТФ.

Этап, сопряженный с синтезом АТФ. Фосфотриозы превращяются в ПВК, которая далее окисляется до СО2 и Н2О ( ЦТК). Таким образом, выход АТФ – 38 молекул.


Основное физиологическое значение – использование энергии, которая освобождается в этом процессе для синтеза АТФ. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений (фр-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат участвуют в образовании рибозо-5-фосфата – структурного компонента нуклеозидов; 3-фосфоглицерат включается в синтез аминокислот: серин, глицин, цистеин). Являются субстратами для НАД-зависимых дегидрогеназ дых. цепи (глицеральдегид -3-фосфат, пируват, изоцитрат, α-кетоглутарат, малат). В печени и жировой ткани ацетил-КоА, образующийся из ПВК, используется как субстрат при биосинтезе жирных кислот, холестерина.










В1 недостаточность – известно что это водорастворимый витамин – тиамин – антиневритный, входит в состав как минимум 3 ферментов. Например, в виде ТДФ участвует в пируватдегидрогеназном комплексе (окисление ПВК до ацетил КоА). При его отсутствии из ацетил-КоА, в частности не образуется ацетилхолин, вследствии чего, возникают полиневриты, в основе которых лежат дегенеративные изменения нервов, затем паралич (Бери-бери), нарушения со стороны сердечно-сосудистой деятельности – нарушения ритма сердца, увеличения его размеров, боли, со стороны ЖКТ – снижение кислотности, потеря аппетита, атония кишечника.


2.2. Анаэробный распад глюкозы, авитаминоз В1. Биологическая роль. Эффект Пастера.

АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ – процесс расщепления глюкозы с образованием конечного продукта лактата. Он протекает без использования кислорода и поэтому не зависит от работы митохондриальной дыхательной цепи. АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования (2 АТФ). Протекает в мышцах, в первые минуты мышечной работы, в эритроцитах (в которых отсутствуют митохондрии), а также в разных органах в условиях ограниченного снабжения их кислородом, в том числе в опухолевых клетках. Этот процесс служит показателем повышенной скорости деления клеток при недостаточной обеспеченности их системой кровеносных сосудов.

Сходство анаэробного и аэробного гликолиза заключается в том, что до стадии образования ПВК эти процессы протекают одинаково при участии тех же ферментов.

СН3 ЛДГ СН3

Глюкоза С=О 2 Н-С-ОН

СООН СООН

ПВК 2 НАДН2 2НАД лактат

Энергетический баланс анаэробного окисления глюкозы: образование 2 АТФ.


Основное физиологическое значение – использование энергии, которая освобождается в этом процессе для синтеза АТФ. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений (фр-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат участвуют в образовании рибозо-5-фосфата – структурного компонента нуклеозидов; 3-фосфоглицерат включается в синтез аминокислот: серин, глицин, цистеин).


ЭФФЕКТ ПАСТЕРА. Заключается в угнетении дыханием (О2) анаэробного гликолиза, т.е. происходит переключение с аэробного гликолиза на анаэробное окисление. Если ткани снабжены О2, то 2НАДН2, образовавшийся в процессе центральной реакции оксидоредукции, окислится в дыхательной цепи, поэтому ПВК не превращается в лактат, а в ацетил-КоА, который вовлекается в ЦТК.


2.3. Глюконеогенез и его значение.


Это процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Процесс протекает в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой кишечника. Эти ткани могут обеспечивать синтез 80-100 г глюкозы в сутки.

Первичные субстраты – лактат, аминокислоты, глицерол. Их включение в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма:

лактат – постоянно;

глицерол – высвобождается при гидролизе жиров в период голодания или при длительной физической нагрузке;

аминокислоты – образуются в результате распада мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе.

Если гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях. Процесс идет обратно анаэробному гликолизу за исключением 3-х необратимых реакций:


Пируваткиназная – образование фосфоенолпирувата из ПВК происходит в ходе 2-х реакций, первая из кот. протекает в митохондриях. ПВК транспортируется в матрикс митохондрий и там карбоксилируется с образованием оксалацетата (ЩУК). Фермент-пируваткарбоксилаза, коферментом которым является биотин. Реакция протекает с использование АТФ. Затем оксалацетат (в цитозоле) превращается в фосфоенолпируват входе реакции, катализируемой фосфоенолпируваткарбоксилазой – ГТФ-зависимым ферментом ( -СО2, ГТФ → ГДФ).

Фосфофруктокиназная: ФР-1,6-дифосфат →Фр-6-фосфат под действием фермента фруктозо-1,6-бифосфатаза.

Гексокиназная: Гл-6-фосфат→ Глюкоза под действием фермента Гл-6-фосфатазы.




ЗНАЧЕНИЕ – поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок.

РЕГУЛЯЦИЯ: инсулин – тормозит синтез ферментов; глюкокортикоиды – индуцируют синтез ферментов; СТГ – повышает активность ферментов глюконеогенеза.


2.4. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).


ЦИКЛ КОРИ.


(взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени).


Схема:





ЗНАЧЕНИЕ:

Регуляция постоянного уровня глюкозы в крови.

Обеспечивает утилизацию лактата.

Предотвращает накопление лактата (снижение рН - лактоацидоз).

Экономичное использование углеводов организмом.

Регуляция обмена углеводов осуществляется на уровне тканей – кровь, печень, мышцы.


2.5. Методы определения глюкозы в крови, диагностическое значение.

Существует огромное число методов исследования.

- Редуктометрические – основаны на свойствах сахаров восстанавливать соли тяжелых металлов в щелочной

среде (титрометрический).

- Колориметрические – основаны на определение интенсивности окраски соединений, образующихся при

взаимодействии глюкозы с определенными веществами (ортотолуидиновый).

- Самым современным является энзимотический – основанный на действии фермента глюкооксидазы,

окисляющий глюкозу до глюконовой кислоты. Данный метод лежит в основе определения уровня

глюкозы прибором «One Touch».

^ НАДФН + Н+

3. Лабораторно-практические работы:


3.1. Ознакомление студентов с работой глюкометра « One Touch» ultra.


3.2. Определение уровня глюкозы в крови у студентов с помощью глюкометра « One Touch» ultra.


Практическое занятие №4.

Задание к занятию №4.

Тема: Обмен и функции углеводов.

Учебные и воспитательные цели:

Общая цель занятия:

- научить использовать знания о биохимических аспектах галактоземии, фруктоземии, сахарном диабете

в прак