ТЕМА: «OБМEH ВЕЩЕСТВ. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ.» - Предмет биохимии. Химия белка. (Занятия I – IV)

^ ТЕМА: «OБМEH ВЕЩЕСТВ. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ.»

(занятия ХI-XIV)


ЦЕЛЬ: Освоить основные понятия и терминологию, связанные с биохи­мией обменных процессов. Изучить биологическую роль углеводов, их ис­точники, основные пищевые углеводы; механизмы переваривания и всасыва­ния, превращения в тканевом обмене, механизмы регуляции обмена, а также некоторые виды молекулярных нарушений обмена.


^ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ: 1. Общие и частные пути метабо­лизма углеводов, липидов н белков. Принципиальные стадии метаболизма и анаболизма. 2. Связь основного метаболического пути Мейергофа – Парнаса – Эмбдена – Кребса с тканевым дыханием (точки ответвления дыхательных цепей от основного пути). 3. Сопоставить энергетический эффект окисления глюкозы по основному и по анаэробному путям. 4. Важнейшие углеводы пищи, их переваривание и всасывание. 5. Потребность в углеводах, их источ­ники и биологическое значение. 6. Основные пути метаболизма глюкозы и других моносахаридов, соотношение гликолиза (гликогенолиза) и основного пути катаболизма углеводов. 7. Источники глюкозы в крови и пути ее по­требления, регуляция содержания глюкозы в крови. 8. Инсулин: контроль об­мена углеводов, липидов и белков (точки приложения активности). 9. Пато­химические характеристики гликемии, виды отклонений от нормогликемии, причины. 10. Врожденные нарушения обмена моносахаридов (галактоземия, эссенциальная фруктозурия и наследственная непереносимость фруктозы – молекулярные дефекты, биохимические сдвиги и их причины). 11. Неперено­симость дисахаридов, виды, молекулярные дефекты. l2. Гликогенозы: формы и соответствующие молекулярные дефекты. 13. Биохимические сдвиги при сахарном диабете. 14. Механизмы возникновения гипергликемии при сахар­ном диабете. 15. Кетоновые тела: определение понятия, образование в норме. 16. Причины кетонемии (кетонурии). 17. Глюконеогенез: механизм, гормо­нальный контроль. 18. Биологическое значение пентозофосфатного пути пре­вращения глюкозы (гексозомонофосфатный шунт).


ИСТОЧНИКИ: Конспекты лекций, учебник биохимии А. Я. Николаева, 1989, с. 160-175, 232-270, учебник биохимии А.Ш. Бышевского, О.А. Терсенова, 1994, с. 26-28, 75-94, учебник биохимии Т.Т. Березова, Б.Ф. Коровкина, 1998, с. 169-187, 319-362.


^ ЗАНЯТИЕ XI.


Усвоить:

1. Что метаболизм – это совокупность химических реакций в организме, обеспечивающих его веществами и энергией, необходимыми для жизнедея­тельности.

2. Что метаболический путь – это характер и последовательность превраще­ний определенного вещества в организме. Рассматриваемое вещество – суб­страт превращений, промежуточные продукты – метаболиты, а завершающий продукт – конечный продукт метаболического пути; усвоить такие понятия: катаболический и анаболический процесс, метаболический цикл, анаплероти­ческий процесс, частные и общие пути метаболизма, субстраты метаболизма.

3. Какие углеводы поступают с пищей человека, как они превращаются в пи­щеварительном тракте и каким образом всасываются.

4. Химизм, последовательность реакций, биологическое значение и меха­низмы регуляции анаэробного и аэробного гликолиза.

^ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:


1. Из приведенных утверждений оставить верное. Метаболизм – это:

- характер окисления вещества в тканях;

- характер превращений веществ в организме;

- совокупность и характер химических реакций в организме, обеспечивающих его веществами и энергией;

- последовательность превращений, какого либо вещества в тканях.

2. Какие из приведенных фрагментов характеризуют катаболизм или анабо­лизм: а) совокупность реакций распада; б) совокупность реакций синтеза; в) совокупность реакций окисления; г) метаболический путь, ведущий к услож­нению вещества; д) превращения, придающие новые свойства соединению; е) сумма химических превращений в тканях, ведущих к упрощению молеку­лярной структуры вещества; ж) реакции, разрушающие полимеры.

3. Составить графическую схему метаболического цикла (исходные продукты А и Б, промежуточные – К, Л, М, Н, О, П, конечный – Б).

4. Составить графическую схему анаплеротического пути: продукты А, В, С, D, E, F - метаболиты веществ Z и Y, конечный продукт – вещество Y; метаболит D расходуется частично на образование продукта S. В какую часть цикла должен вливаться анаплеротический путь?

5. Определить понятия «общие и частные пути метаболизма».

6. Какие классы соединений называют углеводами?

7. Биологическая роль углеводов и клетчатки в частности.

8. Перечислить важнейшие пищевые углеводы: 1), 2), 3), 4)…

9. Перечислить источники углеводов в питании человека - 1) по происхожде­нию; 2) по структуре.

10. Заполнить следующую таблицу:


Переваривание углеводов в кишечнике человека.


№ №

п\п

Углеводы

Ферменты

Продукты

расщепления

1.

2.

3.

4.











11. Основной продукт переваривания углеводов - галактоза, манноза, глю­коза, фруктоза, сахароза (подчеркнуть).

12. Зачеркнуть в тексте лишнее и вписать пропущенное: «Всасывание моно­сахаридов происходит за счет простой диффузии, облегченной диффузии, при участии специальных ..................................., а глюкоза и галактоза всасыва­ются кроме того путем простой диффузии, активного транспорта за счет гра­диента концентрации, создаваемого ................................ (назвать фермент).

13. Изобразить структурными формулами начальную реакцию метаболизма глюкозы, указав катализирующий фермент.

14. Назвать 4 пути по которым может использоваться глюкозо-6-фосфат.

15. Назвать три этапа основного пути катаболизма глюкозы.

16. Изобразить на отдельном листке структурными формулами последова­тельные реакции первого этапа с указанием ферментов.

17. Перечислить факторы, участвующие во втором этапе превращения глю­козы по основному пути, и записать суммарный результат этапа. Роль вита­минов и витаминоподобного фактора в декарбоксилировании пирувата.

18. В какой форме образуется уксусная кислота при декарбоксилировании пирувата? Какова роль ЩУК в дальнейших превращениях уксусной кислоты?

19. Изобразить на отдельном листке структурными формулами последова­тельные реакции третьего заключительного этапа превращений глюкозы, об­вести красным субстраты этапа и черным – конечные продукты.

20. Назовите и объясните синонимы понятия «общий энергетический котёл».

21. Перечислить реакции 3-го этапа, ведущие к образованию АТФ (ГТФ), указать, какие из них обеспечивают синтез АТФ путем субстратного фосфо­рилирования.

22. Перечислить регуляторные ферменты основного пути окисления глюкозы. Чем они активируются и ингибируются?

23. Назвать частные и общие (с липидами и аминокислотами) участки основ­ного пути превращения глюкозы (например, «от глюкозы до 3ФГА»).

24. Рассчитать энергетический эффект окисления глюкозы отдельно для каж­дого из трех этапов и суммарный эффект.

25. Вписать недостающее словосочетание: «Все реакции превращения глю­козы по основному пути, в ходе которых высвобождается энергия химиче­ской связи, являются..........................................................»

26. Назвать реакции основного пути катаболизма глюкозы, в ходе которых дегидрирование происходит при участии НАД или ФАД:

  1. Окисление 3-фосфоглицеринового альдегида – НАД-зависимое (образец);

2)

3)

4)

5)

6)

27. Назвать стадии, на которых происходит субстратное фосфорилирование:

  1. Образец: Перефосфорилирование 1,3-дифосфоглицерата с АДФ с обра­зованием 2-х молекул АТФ на 1 молекулу глюкозы;

2)

3)

28. Где локализованы ферменты дегидрирования (см. «Тканевое дыхание»)?

Где локализованы ферменты неокислительных реакций метаболизма глю­козы?

1)

2)

29. Изобразить структурными формулами анаэробный распад глюкозы, начи­ная с пирувата, указать фермент.

30. В каких тканях анаэробный гликолиз является существенным источником АТФ?

31. Может ли образоваться молочная кислота, если дегидрогеназа 3-фосфог­лицеринового альдегида передает протоны в цепь дыхательных ферментов?

32. Энергетическая ценность 1 г. углеводов.


Лабораторные работы:

  1. Количественное определение сиаловых кислот.


Контрольные задачи:

  1. Энерготраты исследуемого составляют 3500 ккал в сутки. 40% энерго­трат обеспечивается липидами и белками. Рассчитайте потребность в углеводах при условии их полного усвоения. Как изменится потребность при увеличении энерготрат на 500 ккал?

  2. Скорость образования молочной кислоты в защищённой от доступа ки­слорода биологической системе равна 0,1 мкмоль/ч. Единственный суб­страт окисления – глюкоза. Рассчитайте расход глюкозы.

  3. Гликолизирующая система образует 6 мкмолей молочной кислоты на 1 г ткани в 1 ч. Каков энергетический эффект, если система в качестве суб­страта окисляет только глюкозу (выразить числом микромолей АТФ)?

  4. Превращение НАД Н+ в НАД в гликолизирующей системе протекает со скоростью 0,1 мкмоль/ч. Сколько молей глюкозы потребляется за 1 ч, если глюкоза – единственный субстрат окисления?

  5. Рассчитайте энергетический эффект гликолиза при блокаде реакции изомеризации на этапе превращения фосфодиоксиацетона в 3-фосфогли­цериновый альдегид (принимается, что первый не влияет на скорость процессов).

  6. ^ Как изменится скорость образования молочной кислоты в гликолизи­рующей системе в условиях блокады цитохромоксидазы при достаточ­ном снабжении системы кислородом?

  7. При аэробном окислении глюкозы исследуемой тканью образуется 36 мкмоля СО2 в 1 ч. Чему равна интенсивность потребления глюкозы?

  8. Что больше: энергетический эффект 2 молей ацетил-КоА или 8 молей  - кетоглутаровой кислоты?

  9. Какие процессы ускоряются при избирательном торможении реакции окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты?


^ ЗАНЯТИЕ ХII.


Усвоить:

  1. Что пентозофосфатный путь (ПФП) превращения углеводов необходим как поставщик восстановительных эквивалентов для биосинтеза липидов и пентозофосфатов для синтеза нуклеиновых кислот и коферментов.

  2. Что синтез и распад гликогена – гормонально зависимый процесс, направ­ленный на обеспечение собственных энергетических потребностей тка­ней, а также на поддержание постоянства глюкозы в крови.

  3. Что глюконеогенез – процесс образования глюкозы из неуглеводных про­дуктов (в первую очередь амино- и кетокислот) – важнейший регулятор гликемии.

  4. Что фруктоза и галактоза имеют отличные от глюкозы пути всасыва­ния и транспорта в клетки, но в конечном счете вливаются в гликолити­ческий путь распада.


^ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:


1. Зачеркнуть лишнее: «Пентозофосфатный путь превращения глюкозы в ка­честве субстрата использует фруктозо-1,6-дифосфат, пируват, глюкозо-6-фосфат, ацетоацетат, представлен двумя последовательными ветвями – окис­лительной, гидролитической, неокислительной и фосфоролитической. В ре­зультате превращений в первой ветви образуются 2 молекулы фосфоенолпи­рувата, НАДФН+, АДФ, цитрата. В ходе превращений второй ветви генери­руется глюкозо-1-фосфат, рибозо-5-фосфат, ФЕП, пируват».

2. Биологическое значение ПФП заключается в том, что в ходе его превраще­ний организм обеспечивается пируватом, НАДФН+, АТФ, рибозо-5-фосфа­том, аденозином, энергией (зачеркнуть ненужное).

3. В качестве источника протонов в синтетических (восстановительных) ре­акциях организм использует АТФ, гуанидин, НАДФH+, ацетат (зачеркнуть лишнее).

4. Рибозо-5-фосфат и его производные используются для синтеза липидов, АТФ, КоА, жирных кислот, РНК и ДНК, НАД и ФАД, холестерола (зачерк­нуть лишнее).

  1. Кофактором транскетолазы является коферментная форма витамина ........................ в виде ........................…….. (вписать). При нарушении фосфо­рилирования …………………… или его дефиците в питании развивается тя­желое нервное расстройство – синдром ..................................... (вписать).

  2. Какое из соединений является коферментом глюкозо-6-фосфатдегидроге­назы: а) тиаминпирофосфат; б) пиридоксальфосфат; в) АТФ; г) НАДФ+; д) ФМНН2?

  3. В каких тканях (клетках) наиболее интенсивен ПФП?

  4. Изобразить схему образования гликогена.

  5. В каких тканях наиболее интенсивно протекает синтез гликогена?

  6. Какой гормон активирует синтез гликогена?

  7. Расщепление гликогена катализирует .....…….............................. (вписать), продукт расщепления гликогена – ..............……………........ (вписать) под дей­ствием фосфоглюкомутазы превращается в ................ (вписать).

  8. Какие гормоны усиливают гликогенолиз?

  9. Указать возможные пути превращения гликогена:

– в мышцах по..........................................................., в жировой ткани и других, где проходят интенсивные биосинтезы, по ……………………………,

в печени – расщепляется на ........................................................……………

  1. Глюкозо-6-фосфатазы нет в ....................................:..., ее много – в ............................................................................................ ..........................

  2. Почему в одной клетке не могут одновременно протекать гликолиз и глюконеогенез?

  3. Ключевые ферменты глюконеогенеза.

  4. Биологический смысл глюконеогенеза.

  5. Назовите последнюю реакцию глюконеогенеза.

  6. Изобразить схематически превращения галактозы и фруктозы в глюкозо-1-фосфат и ЗФГА соответственно.


Лабораторные работы:

  1. Определение содержания глюкозы в крови.

  2. Определение содержания глюкозы в моче.

  3. Определение кетоновых тел в моче.

Контрольные задачи:

  1. В переживающий гомогенат печени, использующий в качестве суб­страта окисления глюкозу, внесли ингибитор цитохромоксидазы. В каком на­правлении изменится синтез АТФ, выделение углекислоты, концентрация молочной кислоты, интенсивность ПФП?

  2. ^ В ткани переживающего органа, потребляющего в качестве суб­страта окисления глюкозу, повысились уровень НАДФН+ и концентрация мо­лочной кислоты, снизилось потребление кислорода. С чем это может быть связано?

  3. Интенсивность обеспечения ткани кислородом такова, что 5/6 всей глюкозы окисляется анаэробно. Рассчитайте энергетический эффект 60 мкмолей глюкозы (в мкмолях АТФ) при таком характере окисления. ПФП в расчёт не принимать.

  4. ^ Активность фермента, катализирующего синтез ТПФ (тиаминпи­рофосфата), резко ограничена. Какие изменения произойдут в обмене угле­водов?

  5. Чему равен энергетический эффект 1,5 моля глюкозы, если она по­требляется равномерно в анаэробном, аэробном путях превращения и в ПФП (считать, что НАДФН+ передаёт весь кислород в дыхательную цепь)?

  6. Подсчитайте энергетический эффект гликолиза: субстрат – глико­ген, скорость образования лактата – 0,05 мкмоль на 1 г ткани в 1 ч.

  7. Какое количество молей АТФ образуется при полном окислении сахарозы?


^ ЗАНЯТИЕ XIII.


Усвоить:

1.Что молекулярные болезни – патологии, обусловленные из­менением синтеза (ускорение, ослабление, отсутствие или извраще­ние) одного или более видов молекул (чаще – ферментов) – проявля­ются специфическим нарушением метаболизма: накоплением из­бытка или отсутствием какого-либо метаболита (метаболитов).

2. Понятия о нормогликемии и ее изменениях в условиях нормы и при пато­логии.

3. Пути пополнения содержания глюкозы в крови и пути ее использования.

4. Какие воздействия ведут к снижению или росту гликемии, какие вещества контролируют гликемию.

Знать:

5. Основные виды молекулярных нарушений обмена углеводов (механизмы, биохимические сдвиги, возможные пути коррекции).


^ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:


1. Концентрация глюкозы крови в условиях физиологической нормы ко­ле­б­лется от ............. до ............... ммоль/л (вписать), что соответствует ………-………..мг%.

2. Ниже приведены данные о концентрации глюкозы в крови у разных паци­ентов (в ммоль/л): 2,9; 5,2; 6,9; 9,2; 3,7; 5,5; 8.5; 4,7. Обвести прямоугольни­ком случаи, где имеет место нормогликемия, треугольником – гипергликемия и окружностью – гипогликемия.

3. Назвать виды гипергликемий: 1) .....................................................

2)...................................................... Что понимается под физиологическими гипергликемиями?

4. Вписать величину сахарного порога почек ............................ ммоль/л.

5. При какой концентрации сахара в крови он может появиться в моче?

6. Назвать источники глюкозы в крови: 1)........................................... 2)................................................ 3)..............................................................

7. Назвать процессы, которые направлены на снижение гликемии: 1)........................................ 2)..................................... 3).................................. 4)..........................................

8. Заполнить таблицу:


Источники глюкозы в крови

Пути использования глюкозы



9. 3аполнить таблицу:

Регуляция уровня сахара в крови


Регуляторные факторы

Снижающие гликемию

Повышающие гликемию


10. Панкреатический глюкагон (зачеркнуть неверные положения):

– активирует синтез белка;

– ускоряет гликогеногенез;

– активирует гликогенолиз и глюконеогенез в печени;

– тормозит синтез белка;

– ускоряет протеолиз;

– тормозит использование глюкозы в процессах синтеза амино­кислот.

ИТОГ: способствует, препятствует росту гликемии.

11. Глюкокортикостероиды (зачеркнуть ненужное) ускоряют, замедляют глюконеогенез, индуцируя, угнетая образование ферментов этого процесса, активируют, угнетают гликогенолиз.

ИТОГ: снижают, повышают гликемию.

12. Адреналин (зачеркнуть лишнее) ускоряет синтез белка, активирует глю­конеогенез, угнетает, активирует гликогенолиз.

ИТОГ: повышает, снижает гликемию.

13. Соматотропный гормон (зачеркнуть лишнее) стимулирует секрецию кор­тикостероидов, глюкагона и инсулина, что способствует депонированию глюкозы в виде гликогена и замедляет, ускоряет ее использование по другим путям. В ИТОГЕ гликемия растет, падает.

14. Соматостатин (зачеркнуть лишнее) уменьшает продукцию адреналина, соматотропного гормона, что ускоряет, замедляет образование инсулина и глюкагона, а, следовательно, увеличивает, снижает гликемию.

15. Заполнить таблицу:


Биохимические сдвиги при сахарном диабете


Показатель

Характер изменений

(рост, снижение, появление)

1. Концентрация сахара в крови

2. Содержание кетоновых тел в крови

3. То же – в моче

4. Содержание триглицеридов в крови

5. Содержание холестерола в крови

6. Содержание лактата в крови

7. Характер гликемической кривой (вос­ходящая часть, верхний предел, нисходя­щая часть, нижний предел)

8. Осмотическое давление плазмы

9. Объем крови (плазмы)





16. Механизм образования кетоновых тел при сахарном диабете.

17. Назвать кетоновые тела, место их образования и биологическое значение.

18. Перечислить ситуации, при которых усилено образование кетоновых тел.

19. Чем обусловлены врожденные пороки метаболизма?

  1. Молекулярный дефект – следствие ....................................(одно слово).

  2. Наиболее частая форма мутаций у человека – .................. .............(одно слово) – известна под названием ..................................................(одно слово).

  3. Назвать совокупность общих признаков (синдром) нарушения всасывания сахаров.


^ ОСТАВИТЬ ТОЛЬКО ВЕРНЫЕ УТВЕРЖДЕНИЯ:


23. Первичный дефект всасывания глюкозы обусловлен нарушением транс­портных систем эпителия слизистой тонкого кишечника и проявляется синдромом нарушения всасывания сахаров, обезвоживанием, гиперглике­мией после введения с пищей глюкозы, после введения с пищей фруктозы, отсутствием гипергликемии после введения с пищей галактозы, снятием син­дрома при кормлении фруктозой.

24. Недостаточность лактазы проявляется усилением симптоматики при на­грузке лактозой, ростом гликемии при нагрузке лактозой, при нагрузке глю­козой, диета без сахарозы устраняет симптомы, диета без лактозы устраняет симптомы; кал с низким рН, реакция кала – щелочная.

25. Недостаточность сахаразы-изомальтазы проявляется диареей, отставанием в росте, усилением симптомов после принятия в пищу молока, крахмала, ос­новной реакцией кала, отсутствием в эпителии тонкого кишечника изомаль­тазы, сахаразы и лактазы.

26. Галактоземия связана с нарушением превращений галактозы на уровне ре­акции, катализируемой: 1) фосфогалактокиназой, 2) галактозо-1-фосфатури­динтрансферазой, 3) галактозо-УДФ-эпимеразой (подчеркнуть).

27. Перечислить биохимические признаки дефицита галактокиназы и галак­тозо-1-фосфатуридинтрансферазы.

28. С чем связаны нарушения углеводного обмена при накоплении галактозо-1-фосфата? Галактозы?

29. Чем обусловлена эссенциальная фруктозурия?

30. Назвать блок, вызывающий наследственную непереносимость фруктозы.

31. Перечислить признаки этого заболевания.

32. Гликогенозы - заболевания, обусловленные энзимдефектом, ведущим к накоплению избытка ................................... или появлению..... ....необычной структуры (вписать недостающее).

33. Известны 6 типов гликогенозов, отличающихся .................... (вписать одно слово).

34. Составить таблицу:

1856020791890228.html
1856078476899545.html
1856296656722787.html
1856399556054448.html
1856557921229461.html