Биологическая химия (стр. 1 )

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора -Ясенецкого» Министерства здравоохранения и

социального развития Российской Федерации

ГБОУ ВПО КрасГМУ им. проф. -Ясенецкого

Минздрава России

Кафедра биологической химии с курсами медицинской, фармацевтической и токсикологической химии

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

СБОРНИК МЕТОДИЧЕСКИХ УКАЗАНИЙ

ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ

для специальности 060301 – Фармация (заочная форма обучения)

Красноярск

2013

УДК 577.1(07)

ББК 28.072

С 63

Биологическая химия : сб. метод. указаний для обучающихся к лаборатор. занятиям для специальности 060301 – Фармация (заочная форма обучения) / сост. , Л. Л Петрова., [и др.]. – Красноярск : тип. КрасГМУ, 2013. – 94с.

Составители: к. б.н., доцент ,

к. б.н., доцент ,

к. б.н., доцент ,

,

Сборник методических указаний к лабораторным занятиям предназначен для аудиторной работы обучающихся. Составлен в соответствии с ФГОС ВПО 2011 по специальности 060301 – Фармация (заочная форма обучения), рабочей программой дисциплины (2012г.) и СТО СМК 4.2.01-11.Выпуск 3.

Рецензенты:

зав. кафедрой биохимии Амурской государственной медицинской академии д. м.н., профессор ;

зав. кафедрой биохимии с курсом клинической лабораторной диагностики Самарского государственного медицинского университета

д. м.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ

Рекомендован к изданию по решению ЦКМС (Протокол №__ от «___»__________20__).

КрасГМУ

2013г.

Содержание

1. Занятие №1. Дыхательная цепь. Компоненты. Определение активности каталазы. Контроль по теме «Биологическое окисление»

2. Занятие №2. Углеводный обмен. Регуляция. Определение серогликоидов в сыворотке крови. Контроль по теме: «Углеводный обмен»

3. Занятие №3. Липидный обмен. Биохимическая диагностика атеросклероза: определение общего холестерина, холестерина липопротеинов высокой плотности. Расчет коэффициента атерогенности. Контроль по теме «Липидный обмен». . .

4. Занятие №4. Обмен белков. Биохимическая диагностика патологий печени: определение активности аминотрансфераз в сыворотке крови. Контроль по теме: «Белковый обмен»

5. Занятие №5. Азотсодержащие вещества крови. Пигментный обмен. Желтухи. Определение билирубина. Контроль по теме «Азотистый обмен»

6. Занятие №6. Гормоны. Биохимическая диагностика сахарного диабета и его осложнений. Тестовый контроль по всему курсу биохимии

7. Рекомендуемая литература. .

Занятие №1

1. Тема : «Дыхательная цепь. Компоненты. Определение активности каталазы. Контроль по теме «Биологическое окисление»

2. Форма организации занятия: лабораторное занятие.

3. Значение темы: Тканевое дыхание обеспечивает энергией весь организм. Нарушение процессов тканевого дыхания приводит к гипоэнергетическим состояниям, которые являются причиной многих патологических состояний.

4. Цели обучения:

- общая: обучающийся должен обладать общекультурными компетенциями ОК-1, ОК-5 и профессиональными компетенциями ПК-1.

- учебная:

знать: термины: анаболизм, катаболизм, метаболизм, биологическое окисление. Этапы катаболизма. Цикл Кребса и дыхательная цепь, реакции, регуляция, значение. Свободное окисление. Тканевые и возрастные особенности окислительных процессов.

уметь: пользоваться мерной посудой, определять активность каталазы в слюне, отвечать на контрольные вопросы по данной теме, решать задачи;

владеть: методом титрования.

5.План изучения темы:

5.1. Контроль исходного уровня знаний.

5.1.1. Тесты:

1. ОКИСЛЕНИЕ - ЭТО:

1) отдача электронов;

2) присоединение электронов;

3) присоединение водорода.

2. В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЯХ УЧАСТВУЮТ ФЕРМЕНТЫ:

1) I класса;

2) II класса;

3) III класса.

3. НА ПЕРВОМ ЭТАПЕ КАТАБОЛИЗМА ПРОИСХОДИТ:

1) переваривание полимеров пищи;

2) превращение пирувата в ацетил-КоА;

3) образование С02 и Н20.

4. КОФЕРМЕНТ ФАД В СВОЕМ СОСТАВЕ ИМЕЕТ:

1) витамин РР;

2) витамин В2;

3) пантотеновую кислоту.

5. К КЛЮЧЕВЫМ ФЕРМЕНТАМ ОТНОСЯТСЯ ФЕРМЕНТЫ,

1) стоящие в начале цепи;

2) стоящие на развилке метаболических путей;

3) работающие с самой медленной скоростью;

4) стоящие в конце пути.

6. ТРЕТИЙ ЭТАП КАТАБОЛИЗМА ПРОТЕКАЕТ:

1) в ЖКТ;

2) в цитозоле клетки

3) в митохондриях.

7. ВЫБЕРИТЕ СОЕДИНЕНИЯ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ПЕРЕНОСЕ ЭЛЕКТРОНОВ В СОСТАВЕ ВОДОРОДА В ДЫХАТЕЛЬНУЮ ЦЕПЬ:

1) ФМНН2;

2) НАДН;

3) ФАДН2;

4) QH2.

8. ФЕРМЕНТЫ И МЕТАБОЛИТЫ ЦИКЛА КРЕБСА РАСПОЛАГАЮТСЯ В

1) лизосомах клеток;

2) цитозоле клеток;

3) матриксе митохондрий;

4) внутренней мембране митохондрий.

9. КАЖДОЙ ЦИФРЕ ПОДБЕРИТЕ БУКВУ:

1) первый этап катаболизма 1. в митохондриях

2) второй этап катаболизма 2. в цитозоле клетки

3) третий этап катаболизма 3. в ЖКТ и лизосомах

10. ВЫБЕРИТЕ ПРОДУКТЫ, ПОЛУЧАЮЩИЕСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ РАБОТЫ ЦИКЛА КРЕБСА:

1) углекислый газ;

2) вода;

3) ФАДН2;

4) НАДН;

5) цитрат.

5.2. Основные понятия и положения темы

Дыхательная цепь

Дыхательная цепь (цепь переноса электронов) - это цепь сопряженных окислительно-восстано­ви­тель­ных реакций, в ходе которых водород, отщеп­ленный от субстратов, переносится на кислород с образованием воды и выделением энергии. Назначение дыхательной цепи - генерирование энергии.

Компоненты дыхательной цепи называются дыхательными переносчиками. Большинство из них (кроме убихинона) являются сложными белками.

Схема дыхательной цепи

Субстраты НАД-зав. Субстраты ФАД-зав.

дегидрогеназ дегидрогеназ

Характеристика дыхательных переносчиков:

НАДН-дегидрогеназа (НАДН-ДГ) (в схеме - ФП) - это флавинза­висимый фермент, небелковой частью которого является ФМН и железо-серные центры. НАДН-ДГ встроена во внутреннюю мембрану митохонд­рий. Она осущест­вляет перенос водорода с НАДН вначале на ФМН с обра­зованием ФМНН2, затем переносит водород с ФМНН2 на железо-серные центры и только потом на КоQ, при этом последний восстанавливается до КоQН2.

Таким образом, НАДН-ДГ ката­лизирует реакцию:

НАДН2 + КоQ НАД+ + КоQН2

КоQ (убихинон) - это небелковый переносчик, растворимый в ли­пидах. Восстановленная форма убихинона (КоQН2) называется убихи­нол. Убихинон может перемещаться в липидной фазе внутренней мембраны митохондрий, пред­ставляя, таким об­разом, лабильный субстрат для ферментов встроенных в мембрану.

Цитохромы (b, c1, c, a, а3) - это сложные белки, небелковой частью которых является гем, содержащий Fe3+. Прини­мая электрон, железо трех­валентное переходит в железо двухвалентное, отдавая электрон - переходит опять в трехва­лентное.

Fe3+ + e - Fe2+

Fe2+ - e - Fe3+

Комплекс цитохромов b-c1 является ферментом (КоQН2 -дегидро-геназой). Он переносит электроны с КоQН2 на цитохром c, при этом железо цито­хрома восстанавливается до двухвалентного. Протоны атомов водорода выбрасываются в межмембранное пространство.

Таким образом, осуществляется реакция:

КоQН2 + 2c(Fe3+) KoQ +2Н+ + 2c(Fe2+)

Комплекс цитохромов a-a3 является оксидазой. Он переносит элек­троны с цитохрома c на кислород, превращая последний в ион (О2-). Цито­хромоксидаза катализирует реакцию:

2c(Fe2+) + 1/2 О2 2c(Fe3+) + О2-

Ионы кислорода и протоны водорода взаимодействуют с образова­нием воды.

Перенос электронов по дыхательной цепи происходит по градиенту окисли­тельно-восстановительного потенциала (Ео). Окислительно-восста­новительный потенциал характеризует способность сопряженной окисли­тельно-восста­новительной пары обратимо отдавать электроны. Чем более отрицательна величина Ео, тем выше способность дан­ной пары отда­вать электроны, чем более положительна - тем выше способность принимать электроны. Величина Ео у пары НАДН/НАД+ -0,32в, Ео у пары Н2О/О2- +0,82в, при этом разность между этими величинами составляет 0,82-(-0,32)=1,14в. Этому соответствует разность свободной энергии - 220 кдж на пару перено­симых электронов. Этого количества энергии достаточно для синтеза 4 молекул АТФ. Однако в дыхательной цепи синтезируется только 3 АТФ. Синтез АТФ происходит в тех участках дыхательной цепи, где имеет место наибольший перепад окислительно-восстанови­тельного потенциала. В этих участках энергии выделяется столько, что ее достаточно для проведения реакции фос­форилирования АДФ.

АДФ + Н3РО4 АТФ

Таким образом, в дыхательной цепи синтез АТФ (фосфорилирова­ние) энергетически сопряжен с переносом элек­тронов, то есть окислением дыхательных переносчиков.

Синтез АТФ, сопряженный с переносом электронов по дыхательной цепи, называется окислительным фосфо­рилированием.

Участки дыхательной цепи, где есть такой синтез, называют пунк­тами сопряжения окисления с фосфорилирова­нием.

Пункты сопряжения: между НАДН и КоQ, на участке цитохромов

b - c1, и a - a3.

Таким образом, окисление 1 молекулы НАДН приводит к синтезу 3 молекул АТФ, окисление 1 молекулы ФАДН2 - к образованию 2 молекул АТФ.

Для работы цикла Кребса и дыхательной цепи требуются следую­щие витамины: В1, В2, РР, Q, пантотеновая и липое­вая кислоты.

Механизм окислительного фосфорилирования

Компоненты электрон-транспортной цепи (дыхательной цепи) находятся во внутренней мембране митохондрий (непроницаемой для протонов водорода). Они расположены таким образом, что, передавая электроны по цепи, одновременно выталкивают протоны водорода на наружную сторону мембраны в межмембранное пространство. В результате, на наружной стороне мембраны создается избыток протонов водорода (положительный заряд), а с внутренней стороны – недостаток (отрицательный заряд). Это проявляется в возникновении мембранного электрохимического потенциала DmН+, который складывается из разности зарядов на мембране (Dj) и разности рН (снаружи более кислое, внутри – более щелочное). Протоны водорода могут возвращаться в матрикс по протонным каналам, с которыми связана специфическая Н+-АТФаза (АТФ-синтаза). Обратный ток протонов по каналам активирует этот фермент, и он катализирует синтез АТФ из АДФ и Н3РО4. Таким образом, энергия мембранного поценциала преобразуется в энергию макроэргической связи АТФ. АТФ с помощью фермента транслоказы переносится из митохондрий в цитозоль, где и ис­пользуется.

Сопряжение и разобщение в дыхательной цепи

Сопряжение в дыхательной цепи - это такое состояние, когда окис­ление (перенос электронов) сопровождается фос­форилированием, то есть синтезом АТФ.

Разобщение - это такое состояние дыхательной цепи, когда окисле­ние идет, а фосфорилирование не происходит, то есть пункты фосфори­лирования выключены полностью или частично. В этом случае вся или какая-то часть обра­зующейся энергии выделяется в виде тепла. Сопряжен­ность дыхательной цепи можно оценить по коэффициенту Р/О. Коэффициент Р/О равен числу мо­лей АТФ, образующихся из АДФ и Н3РО4 , на 1 грамм-атом поглощенного кислорода.

Разобщение в дыхательной цепи могут вызывать липофильные ве­щества, которые способны переносить протоны водорода с внешней сто­роны внутренней мембраны митохондрий на внутреннюю, минуя АТФ-синтазу. В ре­зультате вся энергия электрохимического потенциала будет рассеи­ваться в виде тепла.

Разобщение вызывают: 2,4-ДНФ (динитрофенол), многие яды промышлен­ных производств, бактериальные токсины, набуха­ние митохондрий, жир­ные кислоты, ионофоры (вещества, переносящие ионы через мембрану).

Разобщители повышают скорость переноса электронов по дыхательной цепи и выводят ее из под ингибирующего влияния АТФ.

Регуляция дыхательной цепи

1. АДФ стимулирует работу дыхательной цепи. Это явление называется дыхательным контролем.

2. АТФ тормозит работу дыхательной цепи и потребление кислорода.

3. Адреналин и глюкагон активируют работу дыхательной цепи.

Блокаторы дыхательной цепи

1. Ротенон блокирует дыхательную цепь на участке НАДН – КоQ.

2. Амитал, антимицин - на участке между цитохромами b и c1.

3. Цианиды и окись углерода блокируют цитохромоксидазу, при этом вся дыхательная цепь не работает.

Нефосфорилирующее (свободное) окисление

Это окисление без образования АТФ. Ферменты свободного окисления: оксидазы, оксигеназы, неко­торые дегидрогеназы.

Значение свободного окисления:

- терморегуляция;

- образование биологически важных соединений (катехоламинов, глюкокорти­костероидов, коллагена, активация витамина Д и т. д);

- обезвреживание ксенобиотиков (ядов, токсинов, лекарств, ве­ществ бытовой химии).

Тканевые и возрастные особенности окислительных процессов

Анаэробные ткани могут получать энергию без кислорода. К анаэробным тканям относятся скелетные мышцы, эритроциты, пери­ферические нервы, мозговое вещество почек, кость, хрящ, соединительная ткань.

Аэробные ткани получают энергию с использованием кислорода и полностью зависят от кровотока. Аэробными тканями являются головной мозг, сетчатка глаза, сердце, кора почек, печень, слизистая тонкого кишечника.

Потребление кислорода, а значит, и интенсивность окислительных процес­сов с возрастом падают.

5.3. Самостоятельная работа по теме:

5.3.1. Вопросы для самостоятельной подготовки к занятию:

- дыхательная цепь, ее компоненты и значение;

- окислительное фосфорилирование. Механизм;

- сопряжение и разобщение в дыхательной цепи;

- пути использования АТФ в организме;

- регуляция дыхательной цепи;

- нефосфорилирующее окисление и его функции в организме;

- активный кислород и антипероксидная система;

- тканевые и возрастные особенности окислительных процессов;

- классификация оксидоредуктаз.

5.3.2. Лабораторная работа

Определение активности каталазы в слюне

Каталаза содержится во всех тканях и жидкостях организма, но особенно много ее в строме эритроцитов и печени. В процессе окисления некоторых веществ образуется пероксид водорода, ядовитый для организма. Каталаза расщепляет пероксид водорода на молекулярный кислород и воду.

Оборудование: 1. Пипетки на 1мл.

2. Коническая мерная пробирка.

3. Химический стакан объемом 100 мл.

4. Штатив с пробирками.

Реактивы: 1. 0,9% раствор NaCl.

2. 10% pаствоp Н2SO4.

3. 1,5% pаствоp Н2О2.

4. 0,1н pаствоp KMnO4.

Принцип метода. Метод основан на титрометрическом определении количества пероксида водорода, оставшегося в пробе после действия фермента. Пероксид водорода оттитровывают 0,1н раствором KMnO4.

Ход работы. В две пробирки (контрольная и опытная) вносят по 1 мл 0,9% раствора NaCl, 0,3мл 1,5% раствора Н2О2 и 0,5 мл неразведенной слюны. Опытную пробу оставляют на 15 мин при комнатной температуре, а в контрольную пробу сразу же после добавления слюны приливают 3 мл 10% Н2SO4 и титруют 0,1 н раствором KMnO4 до появления слабо-розовой окраски, не исчезающей 30 сек. В опытную пробу через 15 мин инкубации тоже добавляют 3 мл 10% pаствоpа Н2SO4 и титруют так же, как контрольную.

Расчет активности каталазы проводят по формуле:

Х = (К – О) х 0,3 мг Н2О2/мл в минуту, где

К – количество KMnO4, пошедшее на титрование контроля,

О - количество KMnO4, пошедшее на титрование опыта,

0,3 – коэффициент, учитывающий титр Н2О2, количество слюны в пробе и время инкубации.

Клинико-диагностическое значение определения активности каталазы.

Каталаза содержится во всех тканях и жидкостях организма, но особенно много ее в строме эритроцитов и печени. В процессе окисления некоторых веществ образуется пероксид водорода, ядовитый для организма. Каталаза расщепляет пероксид водорода на молекулярный кислород и воду.

Определение активности каталазы имеет значение для диагностики рака, анемии, туберкулеза. При этих заболеваниях активность каталазы снижается.

5.4. Итоговый контроль знаний:

5.4.1. Вопросы для защиты лабораторной работы

1.  Зачем пробирки с реакционной смесью помещают в термостат?

2.  Напишите уравнение каталазной реакции. Какое значение в организме она имеет?

3.  К какому классу ферментов относится каталаза?

4.  Что является субстратом каталазы?

5.  На чем основан принцип метода определения каталазы?

6.  Где в организме встречается каталаза?

7.  Как определить окончание титрования?

8.  Как рассчитать активность каталазы? Приведите формулу.

9.  В каких единицах выражается активность каталазы?

5.4.2. Ситуационные задачи

1. К препарату митохондрий добавили пируват, меченый 14С по метильной группе. Какое положение займет 14С в оксалоацетате после од­ного оборота цикла Кребса?

2. Сколько молекул АТФ синтезируется при окислении одной молекулы пирувата до 2-оксоглутарата? Одной молекулы изоцитрата до сукцината? Одной молекулы сукцината до оксалоацетата? При условии, что дегидрогеназные реакции сопряжены с дыхательной цепью.

3. Ротенон (токсичное вещество, вырабатываемое одним из видов растений) резко подавляет активность митохондриальной НАДН-дегидро­геназы. Токсичный антибиотик антимицин сильно ингибирует окисление убихи­нола. Допустим, что оба эти вещества блокируют соответствующие участки дыхательной цепи с равной эффектив­ностью. Какой из них будет при этом более мощным ядом? Дайте аргументированный ответ.

4.Напишите реакции, которые ускоряются при введении в орга­низм кокарбоксилазы.

5.Подберите каждому пронумерованному ферменту дыхатель­ной цепи соответствующий кофермент, обозначенный буквами:

1. НАДН-дегидрогеназа А. ФАД

2. QН2 - дегидрогенза Б. гем

3. ФМН

4. гем, Сu2+

5. НАД+

Е. НАДФ+

5.4.3. Тесты

1. ФЕРМЕНТЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ, ОТНОСЯТСЯ К КЛАССУ:

1) трансфераз;

2) лиаз;

3) оксидоредуктаз;

4) гидролаз.

2. КАТАБОЛИЗМ – ЭТО:

1) расщепление веществ с выделением энергии;

2) синтез глюкозы;

3) синтез жирных кислот;

4) синтез кетоновых тел.

3. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ – ЭТО:

1) совокупность всех химических реакций организма;

2) совокупность анаболических реакций;

3) совокупность катаболических реакций;

4) совокупность окислительно-восстановительных реакций.

4. ПРЕВРАЩЕНИЕ СУКЦИНИЛ-КОА В СУКЦИНАТ КАТАЛИЗИРУЕТ:

1) сукцинилтиокиназа;

2) малатдегидрогеназа;

3) цитратсинтаза;

4) фумараза.

5. СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ В ЦИКЛЕ КРЕБСА ПРОИСХОДИТ НА ЭТАПЕ:

1) малат ® оксалоацетат;

2) сукцинат ® фумарат;

3) 2-оксоглутарат ® сукцинил-КоА;

4) сукцинил-КоА ® сукцинат.

6. ЗНАЧЕНИЕ ЦИКЛА КРЕБСА:

1) источник водорода для дыхательной цепи;

2) источник витаминов;

3) источник аминокислот;

4) источник глюкозы.

7. ЦИТОХРОМЫ ПО ХИМИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ ПРЕДСТАВЛЯЮТ СОБОЙ:

1) сложные липиды;

2) сложные белки;

3) гликопротеиды;

4) простые белки.

8. ПРОЦЕСС СИНТЕЗА АТФ, ИДУЩИЙ СОПРЯЖЕННО С РЕАКЦИЯМИ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ УЧАСТИИ СИСТЕМЫ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ МИТОХОНДРИЙ, НАЗЫВАЕТСЯ:

1) субстратным фосфорилированием;

2) свободным окислением;

3) окислительным фосфорилированием;

4) фотосинтетическим фосфорилированием.

9. АТФ-СИНТАЗА ОСУЩЕСТВЛЯЕТ СИНТЕЗ АТФ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ:

1) окислительно-восстановительного потенциала;

2) изменения рН по разные стороны мембраны митохондрий;

3) электрохимического потенциала;

4) энергии преобразования субстратов – первичных макроэргов.

10. РАЗОБЩИТЕЛЯМИ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ ЯВЛЯЮТСЯ:

1) 2,4-динитрофенол;

2) ФАД;

3) аминокислоты;

4) инсулин.

6. Домашнее задание для уяснения темы занятия

(смотрите методические указания к занятию №2)

7. Рекомендации по выполнению НИРС, в том числе список тем, предлагаемых кафедрой

7.1. Проделать лабораторную работу и сделать выводы.

7.2. Подготовить ответы к контрольной работе №1.

Занятие № 2

1. Тема: «Углеводный обмен. Регуляция. Определение содержания серогликоидов в сыворотке крови. Контроль по теме «Углеводный обмен»»

2. Форма организации занятия: лабораторное занятие. Разновидность занятия: опыт.

Метод обучения: репродуктивный.

3. Значение темы: Углеводы являются одним из главных источников энергии для организма, а также важным компонентом многих внутриклеточных и внеклеточных структур; из углеводов образуются вещества других классов. Знание механизмов поддержания гомеостаза глюкозы крови необ­ходимо для понимания патогенеза ряда заболеваний: сахарный диабет, стероидный диабет, феохромоцитома и другие. Материал данной темы будет широко использоваться при изучении патологии и экстремальной медицины.

4. Цели обучения:

- общая: обучающийся должен обладать общекультурными компетенциями ОК-1, ОК-5 и профессиональными компетенциями ПК-1, ПК-49.

- учебная:

знать: строение и свойства углеводов, переваривание и всасывание углеводов, обмен гликогена, обмен глюкозы в клетках, источники глюкозы, регуляция глюкозы крови гормонами, гликопротеины: строение и значение.

уметь: определять содержание серогликоидов в сыворотке крови; анализировать полученные лабораторные данные; решать ситуационные задачи;

уметь: применять полученные знания по данной теме в решении задач;

владеть: приемами работы на фотоэлектроколориметре (КФК) и центрифуге.

5. План изучения темы:

5.1. Контроль исходного уровня знаний.

5.1.1. Тесты:

1. САХАРОЗА СОСТОИТ ИЗ:

а) α - глюкозы и β - фруктозы;

б) α - глюкозы и β - галактозы;

в) β-глюкозы и α-глюкозы.

2. ГАЛАКТОЗА ОБРАЗУЕТСЯ ПРИ ПЕРЕВАРИВАНИИ:

а) сахарозы;

б) гликогена;

в) лактозы.

3. К ПРОТЕОГЛИКАНАМ ОТНОСЯТСЯ:

а) гепарин;

б) гиалуроновая кислота;

в) хондроитинсульфат;

г) гликоген.

4. ГЛЮКОЗА В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА ЗАПАСАЕТСЯ В СОСТАВЕ

а) крахмала;

б) гликогена;

в) гепарина.

5. ФЕРМЕНТЫ, ПЕРЕВАРИВАЮЩИЕ УГЛЕВОДЫ, ОТНОСЯТСЯ К КЛАССУ

а) трансфераз;

б) синтетаз;

в) гидролаз;

г) лиаз.

6. ПЕНТОЗАМИ ЯВЛЯЮТСЯ

а) глюкоза;

б) гликоген;

в) рибоза;

г) галактоза.

7. ГИДРОЛИЗУ НЕ ПОДВЕРГАЮТСЯ

а) крахмал;

б) гепарин;

в) галактоза;

г) фруктоза.

8. СЛЮНА СОДЕРЖИТ СЛЕДУЮЩИЕ ФЕРМЕНТЫ

а) α-амилаза;

б) сахараза;

в) бактериальная мальтаза;

г) лактаза.

9. ПРИ ПИЩЕВАРЕНИИ ПРОИСХОДЯТ СЛЕДУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ

а) расщепление дисахаридов до моносахаридов;

б) распад моносахаридов до С02 и Н20;

г) расщепление полисахаридов др моносахаридов;

д) образование продуктов, которые всасываются в клетки слизистой кишечника.

10. ДИСАХАРИДОЗЫ - ЭТО ЗАБОЛЕВАНИЯ

а) связанные с недостаточностью ферментов, переваривающих углеводы;

б) связанные с нарушением процессов всасывания;

в) вызванные нарушением распада гликогена.

5.2. Основные понятия и положения темы

Функции углеводов

Углеводы - это оксопроизводные многоатомных спиртов и продукты их конденсации. В организме человека выполняют важные функции:

- обеспечивают значительную часть энергетических потребностей (около 57% суточного калоригенеза);

- являются составными частями более сложных соединений;

- из них могут синтезироваться соединения других классов, в частно­сти, липиды и заменимые аминокислоты;

- выполняют структурообразовательную функцию, то есть входят в состав клеточных и межклеточных структур;

- выполняют специфические функции.

Переваривание и всасывание углеводов

Попадающие с пищей углеводы подвергаются в организме перева­риванию. В этом процессе участвуют следующие ферменты:

- a-амилаза слюны и a-амилаза поджелудочной железы. Эти ферменты расщепляют a-1,4-гликозидные связи в крахмале и гликогене, действуют в слабощелочной среде, активируются ионами хлора и стабилизируются ионами кальция;

- амило-1,6-гликозидаза вырабатывается в кишечнике, расщепляет 1,6-гликозидные связи в крахмале и гликогене;

- сахараза образуется в кишечнике и расщепляет сахарозу с образо­ванием глюкозы и фруктозы;

- мальтаза образуется в кишечнике и расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы;

- лактаза образуется там же, расщепляет лактозу с образованием галактозы и глюкозы.

Таким образом, пищевые углеводы в ЖКТ расщепляются до моно­сахаридов - глюкозы, фруктозы и галактозы, которые всасываются путем активного транспорта или диффузно и попадают в кровь, а затем в печень.

Роль печени в обмене углеводов

Печень в обмене углеводов выполняет важные функции:

1. Унификация моносахаридов. Превращение галактозы и фруктозы в глюкозу или метаболиты ее обмена.

2. Гликогенная функция. Когда в крови содержание глюкозы повышается, в печени происходит синтез гликогена. При снижении глюкозы в крови гликоген печени рас­щепляется и, таким образом, ее концентрация в крови восстанав­ливается до нормального уровня.

3. Синтез углеводов из метаболитов неуглеводного характера (глюко-неогенез).

4. Синтез гликопротеинов крови.

5. Образование глюкуроновой кислоты, которая участвует в обез­вреживании экзогенных и эндогенных токсинов (например, билирубина), а также в инактивации гормонов.

Образование активной формы глюкозы и значение этой реакции

Активация глюкозы происходит путем фосфорилирования под дей­ствием ферментов киназ. В печени работают две киназы: гексокиназа и глю­кокиназа, в других органах, в том числе и в мышцах, - гексокиназа. Эти фер­менты катализируют перенос Н3 РО4 с АТФ на глюкозу с образованием глю­козо-6-фосфата. Различие между этими ферментами заключается в разном сродстве к глюкозе. У гексокиназы оно выше, чем у глюкокиназы. Поэтому мышца, а не печень, вперед будет использовать глюкозу. Но когда глюкозы много в крови, тогда и печень будет получать глюкозы достаточно и синтези­ровать гликоген. Глюкозо-6-фосфат является центральным метаболитом углеводного обмена, имеет более высокую энергию по сравнению с глюко­зой и легко вступает в дальнейшие превращения. Кроме того, в отличие от глюкозы глюкозо-6-фосфат не может выходить из клеток.

Обмен гликогена

Синтез и распад гликогена

Синтез гликогена (смотри схему) происходит с участием нескольких ферментов: гексоки­назы, фосфоглюкомутазы (ФГМ) (переводит глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фос­фат), уридилтрансферазы (образует УДФ-глюкозу), гликогенсинтазы (переносит глюкозу с УДФ-глюкозы на имеющуюся молекулу гликогена и присоединяет ее 1,4-гликозидной связью). Связь 1,6-гликозидная образуется под действием ветвящего фермента. Таким образом, чтобы удлинить молекулу гликогена на одно звено глюкозы необходимо затратить 2 макроэрга (АТФ и УТФ).

Распад гликогена происходит двумя путями:

1. Гидролитический путь идет в лизосомах клеток под действием g - амилазы при участии воды без образования промежуточных продуктов.

2. Фосфоролитический путь (фосфоролиз) идет в цитоплазме под действием фосфорной кислоты с образованием промежуточных продуктов и катализи­руется несколькими ферментами.

Оба способа расщепления гликогена приводят к образованию глюкозы. В мышцах фосфоролиз заканчивается на глюкозо-6-фосфате, так как в них нет глюкозо-6-фосфатазы. Таким образом, только печень, а не мышца является источником глюкозы для крови.

Ключевыми ферментами синтеза гликогена являются: гексокиназа и гли­когенсинтаза, распада гликогена - фосфорилаза и глюкозо-6-фосфатаза. Синтез гликогена усиливается инсулином, распад стимулируется катехола­минами, глюкагоном, глюкокортикостероидами, цАМФ и Са2+.

Гликолиз. Значение. Регуляция.

Гликолиз - это расщепление глюкозы до молочной кислоты в анаэробных условиях. Гликолиз, проходящий в аэробных условиях, называют аэробным.

Гликолиз состоит из двух стадий: подготовительной и главной.

В подготовительной стадии глюкоза расщепляется с образованием диоксиацентонфосфата (ДОАФ) и 3-фосфоглицеринового альдегида (3-ФГА), при этом расходу­ются 2 молекулы АТФ.

В главной стадии фосфотриозы превращаются в лактат (молочную кислоту), при этом образуются 4 молекулы АТФ. Синтез АТФ в гликолизе происходит путем субстратного фосфорилирования.

Таким образом, анаэробное окисление глюкозы приводит к образованию 2 молекул лактата и 2 молекул АТФ.

Ключевыми ферментами гликолиза являются: гексокиназа (начальный фермент), фосфофруктокиназа (лимитирующий фермент), пируваткиназа. АТФ и цитрат ингибируют фосфофрукто­киназу, АДФ - активирует.

Достоинства гликолиза:

- быстрый процесс;

- анаэробный.

Недостатки гликолиза:

- малоэффективный процесс;

- продуктом гликолиза является лактат, накопление которого в клет­ках и в крови вызывает метаболический ацидоз.

Гликогенолиз - это анаэробное окисление гликогена с образованием мо­лочной кислоты. Окисление каждой отщепленной от гликогена моле­кулы глюкозы приводит к образованию 3 молекул АТФ. Ключевыми фер­ментами гликогенолиза являются: фосфорилаза, фосфофруктокиназа и пируваткиназа. Гликогенолиз усиливается катехоламинами, глюкагоном, цАМФ, Са2+.

Глюконеогенез. Значение. Регуляция

Глюконеогенез - это синтез глюкозы из неуглеводных предшественников (лактата, пирувата, оксалоацетата, глицерина, аминокислот). По направлению реакций глюконеогенез (ГНГ) напоминает гликолиз наоборот. Однако ГНГ не является простым обращением гликолиза, так как в нем три фермента (гексокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа) катализируют необрати­мые реакции и поэтому в глюконеогенезе работать не могут. Они заменяются на другие ферменты. Так, пируватки­наза заменяется двумя ферментами пируваткарбоксилазой и фос­фоенолпируваткарбоксикиназой (ФЕПКК); фосфофруктокиназа - фрук­тозо-1,6-дифосфатазой; гексокиназа - глюкозо-6-фосфатазой.

На образование 1 молекулы глюкозы расходуется 6 макроэргов (4 АТФ и 2 ГТФ). ГНГ локализован в цитоплазме гепатоцитов печени, в клетках коры почек и тонкого кишечника. Около 90% лактата, используемого в глюконеогенезе, поступает в печень, 10% - в почки и тонкий кишечник.

Значение глюконеогенеза

1. Является важным источником глюкозы в организме;

2. Удаляет большую часть лактата из клеток и тканей, работаю­щих в анаэробных условиях, что предохраняет их от метаболического аци­доза. ГНГ особенно важен после интенсивной мышечной работы, когда накапливается лактат. 20-30% лактата может окисляться до СО2 и Н2О в самой мышце, 70-80% используется в ГНГ на образование глюкозы. Так как в мышце нет ГНГ, лактат из нее поступает в кровь, затем в печень, где превра­щается в глюкозу, которая кровью разносится всем органам и тканям, в том числе и мышцам. Таким образом, между печенью и мыщцей существует взаимосвязь, так называемый цикл Кори (глюкозо-лактатный цикл).

Регуляция глюконеогенеза

Ключевыми ферментами ГНГ являются: пируваткарбоксилаза, ФЕПКК, фрук­тозо-1,6-дифосфатаза, глюкозо-6-фосфатаза.

ГНГ усиливают: глюкагон, катехоламины, глюкокортикостероиды, ацетил-КоА, АТФ, цАМФ, Са2+. Тормозят глюконеогенез: инсулин, АДФ, этанол.

Источники глюкозо-6-фосфата: 1) во всех клетках образуется из глюкозы в ходе гексокиназной реакции; 2) в печени и мышцах образуется в ходе фос­форолиза из гликогена; 3) в печени, мышцах, тонком кишечнике - в резуль­тате ГНГ; 4) в печени - в результате унификации моносахаридов.

Пути использования глюкозо-6-фосфата: 1) синтез гликогена; 2) окис-ление до лактата в анаэробных условиях и до СО2 и Н2О в аэробных; 3) окисление в пентозофосфатном пути; 4) превращение в глюкозу (в печени, тонком ки­шечнике и коре почек).

Пентозофосфатный путь (ПФП)

Это прямое окисление глюкозо-6-фосфата. Состоит из двух частей: окисли­тельной (необратимой) и неокислительной (обратимой).

В ходе окислитель­ной части ПФП при участии глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и 6-фосфоглю­конатдегидрогеназы глюкозо-6-фосфат окисляется с образованием рибозо-5-фосфата, СО2, 2 молекул НАДФН.

В неокислительной части ПФП из каждых трех молекул рибозо-5-фосфата образуются 1 молекула фосфоглицерино­вого альдегида и 2 молекулы фруктозо-6-фосфата. Дальнейшая судьба этих метаболитов известна: они могут либо окисляться в гликолизе и, в зависимо­сти от условий, превращаться в лактат или пируват, либо использоваться в ГНГ на образование глюкозы. Если метаболиты окислительной части ПФП будут использоваться в ГНГ, тогда будет иметь место замыкание процесса, то есть ПФП примет вид цикла. Для протекания неокислительной части ПФП необходим витамин В1.

Значение ПФП: 1) энергетическое - образующиеся метаболиты окислитель­ной части могут использоваться в гликолизе; 2) синтетическое - связано с использованием рибозо-5-фосфата и НАДФН. Рибозо-5-фосфат использу­ется на синтез нуклеотидов, которые необходимы для образования кофер­ментов, макроэргов, нуклеиновых кислот. НАДФН необходим для восстано­вительных биосинтезов (для работы редуктаз в синтезе холестерина и жирных кислот; в образовании дезоксирибозы из рибозы; для восстановления глутатиона, в образовании глутамата из 2-оксоглутарата); для работы гидроксилаз, участ­вующих в синтезе катехоламинов, серотонина, стероидных гормонов, желч­ных кислот, активной формы витамина D, синтезе коллагена, обезвреживании ксенобиотиков; используется в трансгидрогеназной реакции.

ПФП локализован в цитозоле клеток. Он особенно активен в тканях эмбриона и плода, лимфоидной и миелоидной тканях, слизистой тонкого кишечника, жировой ткани, эндокринных железах (надпочечники, половые), молочных железах (в период лактации), печени, эритроцитах, пульпе зуба, зачатках эмали зуба, при гипертрофии органов. ПФП мало акти­вен в нервной, мышечной и соединительной тканях. ПФП способствует про­зрачности хрусталика глаза; предупреждает гемолиз эритроцитов; входит в систему защиты от свободных радикалов и активных форм кислорода.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6