БХ Тема 12

Тема12. Аеробне окислення глюкози. Пентозо-фосфатний шунт. Метаболізм фруктози та галактози.

Актуальність теми

Глюкоза - один із основних субстратів енергетичного обміну. Метаболізм більшості тканин організму підтримується за рахунок аеробного окиснення глюкози. Нервова тканина, серцевий м’яз, адаптовані до роботи в аеробних умовах, дуже чутливі до гіпоксії. В умовах нормального клітинного дихання аеробне окислювання глюкози є основним джерелом енергії для більшості тканин організму людини з погляду енергетичної цінності.

Разом із цим існує альтернативний механізм метаболізму глюкози - пентозофосфатний, у результаті функціонування якого утвориться інший тип метаболічної енергії - відновлений НАДФ+ (НАДФН), що використовується в різних реакціях відбудовного біосинтезу.

Мета заняття:

• уміти характеризувати біохімічні закономірності й етапи аеробного метаболізму глюкози.

• знати роль мультиферментного піруватдегідрогеназного комплексу для аеробного перетворення глюкози.

• уміти інтерпретувати механізм аеробного окислювання вуглеводів в організмі людини по проміжному продукті цього процесу для оцінки енергетичного забезпечення організму в нормі й патології.

• засвоїти послідовність ферментативних реакцій та значення пентозофосфатного шляху окиснення глюкози.

• оволодіти особливостями метаболічних шляхів перетворення фруктози і галактози в організмі людини, спадкові ензимопатії їх обміну.

• уміти визначати кількісний вміст пірувату в сечі.

Конкретні цілі:

• Характеризувати стадії аеробного окиснення глюкози та обчислювати енергетичний ефект кожної стадії.

• Аналізувати структурно-функціональні особливості і механізми регуляції пируват-дегідрогеназного мультиферментного комплексу.

• Характеризувати структуру і механізми функціонування човникових систем транспорту гліколітичного НАДН·Н+.

• Пояснювати молекулярні механізми ефекту Пастера.

• Трактувати біохімічні закономірності пентозофосфатний шлях окислення глюкози,

• Аналізувати метаболічні шляхи перетворення фруктози і галактози в організмі людини.

• Характеризувати спадкові ензимопатії альтернативних метаболічних шляхів перетворення вуглеводів.

Теоретичні питання

1. Етапи аеробного окиснення глюкози.

2. Окиснювальне декарбоксилування піровиноградної кислоти:

• будова мультиферментного піруватдегідрогеназного комплексу;

• особливості функціонування піруватдегідрогеназного комплексу;

• механізм реакції окисного декарбоксилування пірувату;

• роль вітамінів та коферментів у перетворенні пірувату в ацетил-КоА.

3. Човникові механізми переносу електронів від гліколітичного НАДН(Н+). з цитоплазми до мітохондрії

4. Порівняльна характеристика біоенергетики аеробного та анаеробного окиснення глюкози. Ефект Пастера-Мейєргофа.

5. Пентозофосфатний шлях (ПФШ) окиснення глюкози:

• схема реакцій окиснювальної та неокиснювальної стадій ПФШ;

• роль ферментів та коферментів у перебігу реакцій ПФШ;

• біологічне значення ПФШ.

• особливості функціонування у різних тканинах.

• порушення ПФШ в еритроцитах;

• ензимопатії глюкозо-6-фосфатдегідрогенази

6. Ферментативні реакції перетворення фруктози в організмі людини. Спадкові ензимопатії обміну фруктози.

7. Ферментативні реакції перетворення галактози в організмі людини. Спадкові ензимопатії обміну галактози.

8. Кількісне визначення піровиноградної кислоти в сечі й клініко-діагностичне значення.

Практична робота

Дослід 1. Кількісне визначення піровиноградної кислоти (ПВК) в сечі фотоколориметричним методом.

Принцип методу. Піровиноградна кислота (ПВК) з 2,4-динітрофенілгідразином (2,4 ДНФГ) в лужному середовищі утворює 2,4-динітрофенілгідразони піровиноградної кислоти коричнево-червоного забарвлення, інтенсивність якого пропорційна концентрації ПВК і визначається фотоколориметрично.

Хід роботи. Беруть 2 пробірки, в одну наливають 0,1мл сечі, в другу – 0,1мл розчину ПВК, а потім в обидві пробірки додають по 0,9 мл дистильованої води. Після цього вносять по 0,5мл 0,1 % р-ну 2,4- динітрофенілгідразину, змішують і на 20 хв ставлять в темне місце. Пізніше додають по 1 мл 12 % розчину гідроксиду натрію і через 10 хв колориметрують на ФЕКу проти контролю (води) при синьому світлофільтрі ( = 380 нм).

Розрахунок: Концентрацію ПВК вираховують за формулою.

ССТАНД.  АДОСЛ.  V

СДОСЛ. = ,

АСТАНД.  а

де:

ССТАНД – концентрація стандартного розчину ПВК;

С ДОСЛ – концентрація ПВК у сечі (мг/добу);

АДОСЛ – оптична густина досліджуваної проби;

АСТАНД – оптична густина стандарту;

V – добова кількість сечі;

а – 0,1 мл сечі, взятої для аналізу.

Порівняти отриманий результат з нормативними величинами. Зробити висновок.

Клініко-діагностичне значення. Піровиноградна кислота – один з центральних метаболітів вуглеводного обміну. Визначення її кількості в плазмі крові та сечі широко використовується з діагностичною метою в клінічній практиці.

У крові здорової людини міститься 45-115 мкмоль/л ПВК, з сечею за добу виділяється 15-25 мг ПВК. Вміст ПВК у крові (разом з молочною кислотою) підвищується при посиленій м’язовій праці, а також при деяких патологічних станах, що супроводжується судомами (тетанія, епілепсія, правець). Збільшується виділення ПВК з сечею при В1-вітамінній недостатності, серцевій недостатності, токсикозах, захворюваннях печінки, інсулінзалежному цукровому діабеті, діабетичному кетоацидозі, дихальному алкалозі, уремії, гепатоцеребральній дистрофії, гіперфункції гіпофізарно-адреналової і симпатико-адреналової систем, а також після введення камфори, стрихніну, адреналіну. До збільшення ПВК призводять токсична дія ацетилсаліцилової кислоти, отруєння ртуттю, миш’яком, сурмою.

Під впливом наркозу рівень ПВК у крові дещо знижується.

Література

Основна:

1. Губський Ю.І. Біологічна хімія. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. – 508 с.

2. Вороніна Л.Н., Десенко В.Ф., Мадієвська Н.Н. та ін. Біологічна хімія.- Харків.: Основа, 2000.- 608 с.

3. Гонський Я.І., Максимчук Т.П., Калинський М.І. Біохімія людини. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2002. – 744 с.

4. Скляров О.Я., Сергієнко О.О., Фартушок Н.В. та ін. Обмін вуглеводів. Біохімічні та клінічні аспекти. – Львів: Світ, 2004. – 111 с.

5. Лекції, які читаються на кафедрі.

Додаткова:

1. Страер Л. Биохимия. М.:Мир,1985 т.3.

2. А. Ленінджер Основи біохімії - М., Мир, 1985.- в 3-х томах.

3. Ангельскі С., Якубовскі З., Домінічак М., Клінічна біохімія.Сопот.,1998, 451с.

4. Строев Е.А., Биологическая химия.М.:Высшая школа,1986.- 479с