Метод реком ПЕД

План изучения темы:

1.Оксидазный вариант окисления веществ в тканях.

2.Дыхательная цепь. Компоненты дыхательной цепи.

3.Механизм синтеза АТФ (хемиосмотическая гипотеза).

4.Точки сопряжения окисления и фосфорилирования.

5.Коэффициент фосфорилирования.

6.Разобщение окисления и фосфорилирования.

7.Дыхательный контроль.

8.Другие варианты окисления веществ в тканях.

ИЗЛОЖЕНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Основной источник энергии для всех организмов на Земле — солнечное излучение (в результате реакций ядерного синтеза на Солнце). Под действием солнечной энергии путем фотосинтеза в клетках растений электроны в молекулах Н2О возбуждаются, т. е. переходят на более высокий энергетический уровень и включаются в состав белков, липидов, углеводов. В процессе распада белков, жиров и углеводов в организме животных совершается обратный переход электронов на более низкий энергетический уровень с образованием Н2О, что сопровождается высвобождением

такого же количества энергии. Следовательно,	основной	носитель	энергии —
электрон, а ее источник – Солнце.
Существуют различные формы энергии в природе (тепловая, химическая,
электрическая, механическая и др.), взаимосвязь	которых отражается		законами
термодинамики.
Условия, необходимые для сохранения	гомеостаза	живых	организмов

(постоянства внутренней среды) – это поступление в неё энергии, т.к. в тканях непрерывно совершаются процессы распада веществ, высвобождения и расхода энергии. В организм животных энергия поступает в форме белков, углеводов и липидов, катаболизм которых ведет к освобождению из них энергии и трансформации ее в энергию макроэргов (АТФ и др.), электрическую энергию, тепловую энергию, механическую, энергию химических связей и др.

Реакции рефосфорилирования АДФ и последующего использования АТФ в качестве источника энергии (дефосфорилирования) образуют цикл, который повторяется 2,5-3 тыс. раз в сутки. Существует 2 способа рефосфорилирования АДФ или синтеза АТФ: окислительное фосфорилирование, субстратное фосфорилирование. Основные субстраты для рефосфорилирования АДФ: окисление белков, жиров и углеводов в ходе их катаболизма в тканях.

Оксидазный путь окисления белков, липидов, углеводов (тканевое дыхание) – основной путь окисления в тканях у животных (используется около 90% кислорода, поступающего в клетки) и одновременно производства энергии (АТФ и тепла). Оксидазный путь окисления субстратов обеспечивается ферментами и коферментами дыхательной цепи. Из них формируется цепь переноса электронов, и кислород используется ими только в качестве акцептора электронов, а затем протонов. Компоненты дыхательной цепи (все они сложные белки, за исключением убихинона) являются энзимами и полипептидами, которые содержат в качестве простетической группы ряд коферментов и кофакторов, из которых формируются редокс-пары, расположенные в определенном порядке (в порядке возрастания их редокспотенциалов). Редокс-потенциал (окислительно-восстановительный потенциал) характеризует способность переносчика принимать или отдавать электроны.

Компоненты дыхательной цепи в митохондриях организованы в комплексы: четыре белковых комплекса (I, III, IV, V), встроенных во внутреннюю митохондриальную мембрану и две подвижные системы (молекулы-переносчики): –

61

убихинон (КоQ) и цитохромы с. Сукцинатдегидрогеназа из ЦТК рассматривается как комплекс II дыхательной цепи. Электроны и протоны, снимаемые с белков, липидов, углеводов (реакции дегидрирования), поступают в дыхательную цепь двумя путями:

1)при дегидрировании субстратов с помощью НАД-зависимых дегидрогеназ комплекс I переносит электроны и протоны через ФМН и FeS-белок на убихинон;

2)при окислении субстратов (сукцината) флавинзависимыми дегидрогеназами электроны и протоны переносятся на убихинон комплексом II, содержащим ФАДН2- дегидрогеназу и FeS-белок. Далее электроны попадают на убихинон и систему

цитохромов и только цитохром а3 (в составе цитохромоксидазы) может передать электроны на 1/2О2 с образованием ионов О-2, последние соединяются с протонами, снятыми с окисляемых субстратов через дегидрогеназы и KoQ. Образуется эндогенная или метаболическая вода (за сутки образуется 300 – 400 мл). Перенос электронов по дыхательной цепи сопровождается постепенным освобождением из них энергии, часть которой (~ 40%) используется на образование АТФ, а остальная энергия рассеивается в виде тепла (теплопродукция). Энергия электронов используется, прежде всего, для переноса протонов в межмембранное пространство митохондрий и формирования протонного градиента (электрохимического потенциала) на внутренней митохондриальной мембране. Образование АТФ сопряжено с обратным потоком протонов из межмембранного пространства в матрикс митохондрии. Однако мембрана митохондрий непроницаема для протонов. В митохондриях только АТФ-синтетаза (комплекс V) позволяет осуществить обратное движение протонов из межмембранного пространства в матрикс митохондрий, и этот же энзим катализирует образование АТФ. Таким образом, синтез АТФ сопряжен с окислением субстратов, а затем коферментов и кофакторов дыхательной цепи с участием кислорода. Поэтому процесс (окисления субстратов и фосфорилирования АДФ с образованием АТФ) получил название окислительного фосфорилирования. Сопряжение окисления и фосфорилирования (синтез АТФ) возможны только на 3 или 2 участках дыхательной цепи, где энергии выделяется в достаточном количестве для фосфорилирования АДФ и образования АТФ.

Если протоны поступают в межмембранное пространство через комплексы I, III и IV, то образуется 3 молекулы АТФ и коэффициент фосфорилирования (отношение

PO) = 3; если протоны поступают через комплексы II, III и IV, то образуется 2

молекулы АТФ и коэффициент фосфорилирования (PO) = 2. Коэффициент фосфорилирования (PO) – это количество неорганического фосфата, включенного в

2 или 3 молекулы АТФ в процессе переноса 2 e- на 1 атом кислорода. При некоторых условиях окисление, т.е. перенос электронов по дыхательной цепи, происходит, но без синтеза АТФ (фосфорилирования). Этот процесс называется разобщением окислительного фосфорилирования. Разобщители окислительного фосфорилирования (протонофоры, термогенины, свободные жирные кислоты и др.) способствуют расходованию электрохимического потенциала в обход АТФ-синтетазы и поэтому АТФ не образуется. В этих условиях дыхание усиливается, фосфорилирование подавляется (снижается образование АТФ), но увеличивается теплопродукция. Скорость образования АТФ зависит от энергетического состояния клеток, т.е. отношения: [АТФ] / [АДФ] * [Фн]. При использовании организмом энергии часть АТФ гидролизуется до АДФ и Фн, энергетический заряд клетки снижается. Повышение концентрации АДФ автоматически увеличивает скорость окислительного фосфорилирования и образования АТФ, т.е. с помощью АДФ контролируется дыхание митохондрий. Этот механизм регуляции энергетического обмена клетки получил

62

название дыхательный контроль. Увеличение содержания АДФ приводит к ускорению и дыхания, и фосфорилирования.

Кроме оксидазного, существуют другие варианты окисления веществ в тканях. Оксигеназный способ окисления субстратов катализируется энзимами моно- и диоксигеназами, которые включают один или 2 атома кислорода, соответственно, в субстрат. Таким способом окисляются желчные кислоты, стероидные гормоны, обезвреживаются чужеродные вещества в организме. В процессе перекисного окисления липидов (ПОЛ) реакционно-способные свободные радикалы окисляют ненасыщенные жирные кислоты, что приводит к образованию гидропероксидов липидов, спиртов, альдегидов, кетонов, малонового диальдегида. ПОЛ стимулирует обновление биологических мембран, выполняет бактерицидную функцию, но также активирует разрушение белков, углеводов, липидов, мембран. Антиоксидантные системы организма защищают клетки от ПОЛ. При пероксидазном окислении веществ образуется перекись водорода, которая обезвреживается ферментами каталазой или пероксидазой.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И ОСНАЩЕНИЕ

-иллюстрированная биохимия (метаболические карты);

-темы реферативных докладов;

-список литературы;

-сборники тестовых заданий и ситуационных задач с эталонами ответов;

-нагревательные приборы, посуда, реактивы.

ДИДАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ А. Задания в тестовой форме:

1.ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ И ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ПРОИСХОДИТ

1)в цитоплазме клетки

2)на внутренней мембране митохондрий

3)на внешней мембране митохондрий

4)в митохондриальном матриксе

5)в ядерных мембранах

2.МИКРОСОМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ – ЭТО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОРОДА

1)в биоэнергетических процессах

2)в пластических целях

3)для окисления стероидных гормонов

4)для окисления ксенобиотиков

5)для окислительной стадии обезвреживания продуктов гниения в печени

3.ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ИНГИБИРУЕТСЯ

1)2,4–динитрофенолом

2)цианидами

3)пуромицином

4)антимицином А

5)тироксином

Б. Ситуационные задачи:

1. В опыте in vitro изучали тканевое дыхание на препаратах изолированных митохондрий, наблюдая за тем, как изменится поглощение кислорода этими препаратами в зависимости от условий. Если к суспензии митохондрий, использующих в качестве единственного источника «топлива» пируват, добавить 0.01 М малоната

63

натрия, то дыхание резко снижается и накапливается один из промежуточных продуктов метаболизма.

А. Назовите промежуточный продукт, который накапливается в инкубационной

среде?

Б. Почему он накапливается?

В. Почему сокращается потребление кислорода?

Г. Сколько молей АТР могло бы образоваться в нормальных условиях при окислении 1 моля пирувата? Объясните ответ, используя метаболическую карту.

2. Существует 2 механизма синтеза АТФ: субстратное и окислительное фосфорилирование.

А. Какие из следующих утверждений правильно описывают механизм окислительного фосфорилирования?

1.Перенос протонов через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство митохондрий.

2.Энергия электронов, переносимых по ЦПЭ, трансформируется в энергию электрохимического градиента.

3.Однонаправленный транспорт ОН- в межмембранное пространство создает электрохимический градиент.

4.АТФаза осуществляет транспорт Н+ в межмембранное пространство.

5.Энергия электрохимического градиента используется для синтеза АТФ.

Б. Что такое субстратное фосфорилирование? Напишите уравнение реакции субстратного фосфорилирования (используя метаболическую карту).

3. 2,4-динитрофенол пытались использовать для борьбы с ожирением. А. На чем основывался этот выбор?

Б. В настоящее время подобные вещества уже не применяются в качестве лекарственных препаратов, так как известны случаи, когда их применение приводило к смертельному исходу. Почему прием таких препаратов может привести к гибели?

В. Программированный контроль знания темы: письменная контрольная работа по вопросам конечного уровня знаний по теме занятия.

Г. Вопросы для самоподготовки по теме 3:

1. Основные механизмы окисления веществ в тканях (оксидазный, оксигеназный, пероксидазный и перекисное окисление липидов).

2.Современные представления о биологическом окислении, особенности аэробного метаболизма. Роль кислорода.

3.Объясните схему организации дыхательной цепи (ферментные комплексы, коферменты). 4. Редокс-потенциалы и локализация компонентов дыхательной цепи.

5.Опишите формулы окисленных и восстановленных форм пиридинзависимых коферментов (НАД). Какая часть структуры НАД является акцептором (донором) в переносе электронов и протонов?

6.Опишите механизм действия пиридинзависимых дегидрогеназ (механизм действия НАД в окислительно-восстановительных реакциях).

7.Опишите формулы окисленных и восстановленных форм флавиновых коферментов (ФМН, ФАД). Какая часть структуры ФМН и ФАД является акцептором (донором) в переносе электронов и протонов (формулы)? Частью каких комплексов они являются?

8.Опишите механизм действия флавинзависимых дегидрогеназ (механизм действия ФАД и ФМН в окислительно-восстановительных реакциях).

9.Опишите формулу коэнзима Q (убихинон) и механизм его действия в окислительновосстановительных реакциях. Какова его роль в дыхательной цепи?

64

10.Цитохромная система (типы цитохромов) Химический состав и строение цитохромов. В какие комплексы входят цитохромы? Цитохромоксидаза. Функции цитохромов в дыхательной цепи.

11.Как происходит синтез эндогенной воды? Сколько ее образуется в сутки?

12.Сопряжение окисления и фосфорилирования. Точки сопряжения. Укороченный вариант цепи биологического окисления.

13.Объясните механизм окислительного фосфорилирования (хемиосмотическая гипотеза) и формирование электрохимического потенциала при переносе электронов по дыхательной цепи.

14.Разобщение окисления и фосфорилирования. Физиологическое и патологическое значение.

15.Коэффициент Р/О как показатель эффективности окислительного фосфорилирования.

16.Отношение АТФ/АДФ как регулятор окислительного фосфорилирования. Дыхательный контроль.

17.Гормоны и лекарственные вещества как разобщители (механизм их действия).

18.Оксигеназное окисление: механизм, ферменты, значение.

19.Пероксидазное окисление: механизм, ферменты, значение.

20.Перекисное окисление липидов: механизм, значение. Антиоксидантная защита клетки.

21.Возрастные особенности энергетического обмена

а) возрастные изменения основного обмена б) особенности терморегуляции у детей

Письменная контрольная работа по всему материалу 2 модуля:

-по теоретическим вопросам 2 модуля (смотри вопросы для самоподготовки к занятиям №№ 1-3);

-решение заданий в тестовой форме по темам модуля;

-решение ситуационных задач по темам модуля;

-прием у студентов практических навыков по выполненным лабораторным работам.

Собеседование с преподавателем по практическим работам, теоретическим вопросам, заданиям в тестовой форме и ситуационным задачам модуля. В результате собеседования выставляется итоговая оценка по всему материалу 2 модуля «Биологическое окисление. Биохимия питания».

ТЕМЫ РЕФЕРАТИВНЫХ ДОКЛАДОВ

1.Строение и обмен витамина А в организме. Витамин А и процессы фоторецепции.

2.Витамин D: строение, биологическая роль, недостаточность, роль в процессе минерализации костной ткани.

3.Биологическая роль витаминов Е и К в организме.

4.Витамины и иммунитет.

5.Ксенобиотики - разобщители окислительного фосфорилирования.

6.Нарушение обмена веществ при гипо- и гипероксии.

7.Повреждающее действие перекисного окисления липидов на мембрану. Защита от ПОЛ.

8.Гипоксия и нарушения биоэнергетики клетки.

9.Лекарственные препараты – доноры метаболической энергии, их применение в медицине.

10.Лекарственные вещества как разобщающие агенты.

11.Регуляторы перекисного окисления липидов – прооксиданты и антиоксиданты.

65

12.Антиоксиданты как лекарственные препараты

13.Гипервитаминозыудетей.

14.Врожденные нарушения обмена витамина В1.

15.Дефицит фолиевойкислоты уноворожденного.

16.Дефицит биотина удетей раннего возраста.

17.ВитаминЕпригипоксииноворожденных.

18.Комбинированныевитаминопрепараты.

19.Рациональное питание детей раннего возраста.

20.О возрастных особенностях энергетического обмена в митохондриях.

21.Возрастные изменения энергетического обмена и терморегуляции.

Эталоны ответов на задания в тестовой форме

№ тестового	Тема 1	Тема 2	Тема 3
задания
1	3,5	1,2,5	2
2	2	2,5	3,4,5
3	3	1	1,2,5

Эталоны ответов на ситуационные задачи Тема 1

1.Витамины А и D – жирорастворимые, они способны накапливаться в печени и жировой ткани организма; высокая же растворимость витаминов группы В приводит к их быстрому выведению из организма с мочой.

Витамин А:

1.Участвует в свето- и цветовосприятии.

2.Участвует в окислительно-восстановительных реакциях.

3.Участвует в синтезе гликопротеидов (компонентов мембран).

Витамин D3 участвует в образовании гормона (кальцитриол-1,25 (OH)2D3, 24,25 (OH)2D3) который:

1. Регулирует обмен Ca и Р в организме (повышает их содержание):

- стимулирует синтез белков, участвующих в транспорте Са и Р через мембраны клеток, в результате:

а) усиливается всасывание Са и Р через клетки слизистой оболочки кишечника; б) усиливается реабсорбция Са и Р через клетки канальцев почек;

2. Участвует в синтезе коллагена и остеокальцина (главного неколлагенового белка кости).

2. Витамин К (менахинон) может синтезироваться микрофлорой кишечника

Он активирует факторы свертывания крови (протромбин (II), проконвертин (VII), фактор Кристмаса (IX), фактор Стюарта-Прауэра (X)), путем -карбоксилирования остатков глутаминовой кислоты. В составе выше перечисленных факторов свертывания появляются дополнительные СОО–-группы, которые участвуют в связывании Са++. Через Са++ протромбин связывается с фосфолипидами мембран и расщепляется с образованием тромбина: запускается система свертывания крови с образованием фибринового сгустка.

Синтетический аналог витамина К - викасол (стимулирует свертывание крови). Антивитамин К - дикумарол (препятствует свертыванию крови - антикоагулянт).

3.β–каротин – предшественник вит. А (1-А) 7–дегидрохолестерин – предшественник вит. D3 (2-В)

Врастительных продуктах (морковь, томаты, перец и др.) содержится каротин, являющийся провитамином А. В слизистой оболочке кишечника и в клетках печени

66

содержится фермент каротиндиоксигеназа, превращающий каротин в активную форму

– витамин А.

Провитамин D3 – 7-дегидрохолестерин под действием УФ-лучей на кожу человека способен превращаться в холекальциферол (витамин D3). Из клеток кожи вит. D3 в комплексе с белком поступает в печень, где происходит гидроксилирование по 25му атому углерода с образованием кальцидиола (25(ОН)D3). Далее кальцидиол транспортируется в почки и гидроксилируется по 1-му углеродному атому с образованием кальцитриола (1,25 (ОН)2 D3). Это и есть активная форма витамина D3.

Тема 2

1.А. 1 – А; 2 – А, В; 3 – А, С, D; 4 – А.

В. А – 3 (окисление НАДН2 в дыхательной цепи), В – 2 (окисление ФАДН2 в дыхательной цепи), С – 3 (окисление НАДН2 в дыхательной цепи), Г – 3 (окисление НАДН2 в дыхательной цепи).

С. 1 – витамин В1 (тиамин), 2 – витамин В2 (рибофлавин), 3 – витамин В5 (никотинамид), 4 – витамин В3 (пантотеновая кислота).

2. А. 1. Использованием промежуточных продуктов (сукцинил-КоА, АТФ) для синтеза гема.

2. Образованием доноров водорода (НАДН2, ФАДН2) для цепи переноса электронов, что приводит к образованию 12 АТФ.

3. Использованием промежуточных продуктов (α-кетоглутарат, оксалоацетат) цикла для синтеза аминокислот.

4. Синтезом цитрата из ацетил-КоА и оксалоацетата.

5. Использованием промежуточных продуктов цикла (α-кетоглутарат, оксалоацетат и др.) для синтеза глюкозы.

Б. ЦТК – это последняя стадия катаболизма питательных веществ. В ЦТК окисляется общий метаболит ацетил-КоА, который образуется на 2-ой стадии катаболизма белков, углеводов и липидов. Окисление ацетил-КоА в ЦТК приводит к образованию 2СО2, 3НАДН2, 1ФАДН2, 1ГТФ.

3. Реакция декарбоксилирования α-кетокислоты – превращение α-кетоглутаровой кислоты в сукцинил-КоА.

А. Катализирует данную реакцию α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, включающий 5 коферментов: ТДФ, ФАД+, НАД+, НS-КоА, липоевая кислота. Витамины: витамин В1 (тиамин) -ТДФ, витамин В2 (рибофлавин) – ФАД+, витамин В5 (никотиновая кислота) – НАД+, витамин В3 (пантотеновая кислота) - НS-КоА, липоевая кислота.

В. Конечным акцептором водорода в этой реакции является НАД, т.е. образуется НАДН2. При окислении НАДН2 в дыхательной цепи образуется 3АТФ.

Тема 3

1.А. Сукцинат (НООС – СН2 – СН2 – СООН).

Б. Малонат натрия (НООС–СН2–СООН, структурный аналог), – конкурентный ингибитор сукцинатдегидрогеназы.

В. Происходит конкурентное ингибирование сукцинатдегидрогеназы, и поэтому тормозится образование фумарата, малата и других субстратов ЦТК – доноров протонов и электронов для дыхательной цепи. Указанные субстраты передают водород на НАД и ФАД, образующиеся при этом НАДН2 и ФАДН2 окисляются кислородом в дыхательной цепи.

	Дыхат. цепь
Г. 15 молей АТФ: пируват	ацетил-КоА = 1 НАДН2	3АТФ;
ЦТК	Дыхат. цепь
	67

ацетил-КоА2СО2 + ГТФ + 3 НАДН2 + ФАДН2 12АТФ

2. А. 1 - Перенос протонов через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство митохондрий необходим для формирования протонного градиента.

2 - Энергия электронов, переносимых по ЦПЭ, трансформируется в энергию электрохимического градиента за счет выталкивания протонов в межмембранное пространство.

5 - Далее энергия электрохимического градиента используется для синтеза АТФ: в ходе обратного транспорта протонов из межмембранного пространства в матрикс митохондрии активируется АТФ-синтетаза, катализирующая фосфорилирование АДФ с образованием АТФ.

Б. Субстратное фосфорилирование – это синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата за счет энергии макроэргических связей субстрата.

СООН		СООН
		│
СН2		СН2
		│
СН2 ГТФ		СН2
		│
		СООН
СО-SКоА

Сукцинил-КоА Сукцинат

3. А. 2,4-динитрофенол является разобщающим фактором окислительного фосфорилирования; под его влиянием усиливается катаболизм и, прежде всего, липидов.

Б. При разобщении снижается Р/О и наступает гипоэнергетическое состояние, которое небезопасно для здоровья человека.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Северин, Е.С. Биохимия: учебник / Е.С. Северин. – М.: ГОЭТАР-Медиа, 2005 – 779

с.: ил. С. 124-139, 264-296.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Иллюстрированная биохимия (обучающий вариант): учеб. пособие / под ред. Ю.Н. Боринского. - Тверь, 2004. – 212 с.

2.Иллюстрированная биохимия (экзаменационный вариант): учеб. пособие / под ред. Ю.Н. Боринского. - Тверь, 2004. – 162 с.

3.Лабораторные работы по биохимии: рабочая тетрадь для студентов педиатрического факультета / составители: Ю.Н. Боринский, М.Б. Белякова, Л.Я. Дьячкова, В.В. Жигулина, Г.М. Зубарева, Д.В. Лещенко, И.В. Наместникова. – Тверь: ТГМА, 2012. –

94с.

4.Задания в тестовой форме по биохимии: учебно-методическое пособие для студентов лечебного, стоматологического, фармацевтического, педиатрического факультетов / составители: Ю.Н. Боринский, Л.Я. Дьячкова, Д.В. Лещенко, М.Б. Белякова, В.В. Жигулина, И.В. Наместникова. – Тверь: ТГМА, 2012. – 91 с.

5.Ситуационные задания по биологической химии. Часть 1: учебно-методическое пособие для студентов лечебного, стоматологического, фармацевтического, педиатрического факультетов / составители: Ю.Н. Боринский, Л.Я. Дьячкова, Д.В. Лещенко, М.Б. Белякова, В.В. Жигулина, И.В. Наместникова. – Тверь: ТГМА, 2012. –

56с.

68

6.Гринстейн Б. Наглядная биохимия: пер. с анг. / Б. Гринстейн, А. Гринстейн. – М.: ГЭОТАР – Медиа, 2004. – 119 с.

7.Клиническая биохимия: учебное пособие. 3-е издание /под ред. В.А. Ткачука. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008.- 412 с.

8.Возрастнаябиохимия/подред.А.А. Даниловой. – СПб.: SOTIS, 2007.

9.Особенности обмена веществ у детей: учеб. пособие /твер. гос. мед акад. / составители Л.Я.,Дьячкова, Д.В.Лещенко, М.Б.Белякова, Ю.С.Апенченко. - Тверь: ТГМА, 2012 -

с.93

10.Безруких М.М., Сонькин В.Д., Фарбер Д.А. Возрастная физиология (физиология развития ребенка): –М:Академия,2003.– с.416.

МОДУЛЬ 3. ОБМЕН И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ Тема 1. Химия и функции углеводов. Переваривание углеводов

Цель: изучить состав и строение углеводов пищи, процессы переваривания и всасывания углеводов, их взаимопревращения, реакции и регуляцию распада и синтеза гликогена; освоить методы определения активности α-амилазы слюны и амилазы крови и мочи (диастазы), уметь интерпретировать результаты анализа в оценке состояния углеводного обмена и объяснять возможные причины его нарушения.

Основные термины:

Углеводы - органические соединения, состоящие из двух компонентов углерода и воды, элементарный состав выражается общей формулой См (Н2О)n.

Моносахариды - производные многоатомных спиртов, содержащие альдегидную -НС=О (альдозы) или кетонную >С=О (кетозы) группу.

Олигосахариды - содержат несколько (от 2 до 10) остатков моносахаридов, соединенных гликозидной связью.

Полисахариды - полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Гомополисахариды - все мономеры идентичны.

Гетерополисахариды - мономеры различны.

План изучения темы:

1.Строение углеводов.

2.Классификация. Основные углеводы пищи.

3.Переваривание и всасывание углеводов, локализация процесса на уровне ЖКТ, ферменты.

4.Взаимопревращения углеводов.

5.Синтез и распад гликогена, регуляция этих процессов.

6.Количественное определение амилазы слюны как метод оценки функции слюнных желез.

ИЗЛОЖЕНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Углеводы, наряду с белками и липидами, являются важнейшими компонентами клеток живых организмов. В них они выполняют весьма разнообразные и важные функции: энергетическую (служат источником макроэргических соединений и тепла), защитную (полисахариды входят в состав клеточных мембран, антител), структурную (участвуют в образовании тканевых, клеточных и субклеточных структур), используются для биосинтеза нуклеиновых кислот (рибоза и дезоксирибоза), липидов, белков и многих других биологически важных соединений.

69

Источником углеводов организма служат углеводы пищи, основным из которых является крахмал. Крахмал (полисахарид) - это основная форма депонирования углеводов растениями, образуется в них в результате фотосинтеза. Гликоген – форма депонирования углеводов в тканях животных. Лактоза (дисахарид) содержится в молоке, это основной углевод в питании грудных детей. В меде и фруктах содержатся моносахариды глюкоза и фруктоза. Норма углеводов в питании составляет 400-500 г.

Гидролиз (переваривание) крахмала и гликогена начинается в ротовой полости под влиянием амилазы слюны. Известны α,β,γ - формы амилазы слюны. Первая (α-амилаза) гидролизует внутренние связи в молекуле полисахаридов, образуя олигосахара. Вторая (β -амилаза), отщепляет с конца полисахарндной цепи молекулы мальтозы; γ -амилаза отщепляет от полисахарида молекулы глюкозы. Оптимум рН действия всех названных амилаз лежит в пределах 6,8—7,0. В желудке, где сильно кислая реакция среды, (рН 1,5—2,5), названные ферменты неактивны, и углеводы в нем не перевариваются. Лишь внутри пищевого комка амилаза слюны продолжает действовать. В 12-перстной кишке углеводы начинают интенсивно расщепляться, т. к. в этом отрезке кишечника значение рН среды нейтральное или даже слабо щелочное, и сюда дополнительно поступает α- амилаза поджелудочной железы. Гликозидные связи, находящиеся в точках ветвления гликогена и амилопектина (1—6 связи) гидролизуются; амило-1,6-глюкозидазой и олиго-1,6-глюкозидазой.

Если от гликогена в желудочно-кишечном тракте отщепляется мальтоза, то она под влиянием мальтазы расщепляется на 2 молекулы глюкозы.

Лактоза молока расщепляется под влиянием лактазы на глюкозу и галактозу.

Если с пищей попадает сахароза, то она под влиянием сахаразы расщепляется на молекулы фруктозы и глюкозы.

В конечном итоге все поступившие с пищей поли-, олиго- и дисахара гидролизуются (перевариваются) до моносахаров - преимущественно до глюкозы, фруктозы и галактозы. Далее все они при активном участии АТФ, ионов натрия, ферментов и других молекул переносятся из просвета кишечника в клетки слизистой оболочки (облегченная диффузия, симпорт).

Углеводы, которые не перевариваются в ЖКТ: клетчатка, пектины, лигнины. В ЖКТ нет ферментов, гидролизующих β-1-4-гликозидную связь. Биологическая роль клетчатки (целлюлозы): среда бактериальной флоры, стимулирует перистальтику кишечника, является основой фекалиев и адсорбентом различных токсинов.

Судьба всосавшихся моносахаров различна. Полагают, что более 90% их попадает в печень и там превращается в гликоген. В состав гликогена может включаться только глюкоза, а фруктоза и галактоза - нет. В связи с этим, последние в цитоплазме клеток кишечника изомеризуются и превращаются в глюкозу.

Пути, по которым начнутся дальнейшие превращения этих молекул, многочисленны: это аэробное и анаэробное окисление, использование их для биосинтеза заменимых аминокислот, гликозамигликанов, рибозы и дезоксирибозы, высших жирных кислот, гликогена; а также многих других важных для организма веществ.

Гликоген - основной резервный полисахарид в клетках животных. Остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1-4-гликозидными связями, в местах разветвления α-1-6- гликозидными связями. Гликоген депонируется главным образом в печени и скелетных мышцах. Гликоген синтезируется в период пищеварения (1-2 часа после приема углеводной пищи). Синтез гликогена идет с затратой энергии, сопряженной с расходованием АТФ и УТФ. Синтез гликогена стимулирует гормон инсулин.

Мобилизация гликогена происходит в период между приемами пищи, во время физической нагрузки и при стрессе. Этот процесс происходит в результате каскадного механизма активации фермента фосфорилазы b под действием гормона адреналина и

70