Джефферсон - Сборник упражнений и задач - 2000 / Student Guide5

32	Глава 5: Предварительные сведения о распределении и утилизации источников энергии

ГЛАВА 5

Предварительные сведения о распределении и утилизации источников энергии в различных тканях организма

Резюме главы

В этой главе описываются механизмы транспорта и распределения пищевых молекул и их регуляция. Рассматривается запасание молекул пищевых продуктов в условиях, когда они поступают в избытке, превышающем потребности организма в данный момент, при этом подчеркиваются различия между запасанием сахаров, липидов и белков. Сравнение потребности в энергии пяти основных тканей - печени, скелетных мышц, головного мозга, жировой ткани и клеток крови служит примером различных взаимоотношений между этими тканями. Обсуждается реакция организма в условиях голодания по сравнению с запасанием пищевых молекул, а также комплементарные взаимосвязи между метаболическими потребностями пяти типов клеток. Изложена роль гормонов глюкагона, инсулина и адреналина в регуляции обмена пищевых продуктов, а также при диабете.

Цели урока

♦Четыре специфических цели обмена веществ.

♦Формы запасания сахаров, жиров и белков.

♦Относительные количества каждого из трех классов запасаемых молекул пищи.

♦Обсуждается потребность в энергии каждой из пяти основных групп тканей.

♦Сопоставление изменений, происходящих в условиях голодания и избыточного приема пищи.

♦Особая потребность в энергии головного мозга и эритроцитов.

♦Обсуждение взаимосвязи метаболизма пяти типов клеток.

♦Роль гормонов глюкагона, инсулина и адреналина в регуляции обмена пищевых молекул.

♦Роль кетоновых тел в системной реакции при голодании и диабете.

♦Влияние на систему отсутствия инсулина, вызванного диабетом.

Глава 5: Предварительные сведения о распределении и утилизации источников энергии	33

Прогулка по главе

Цель метаболизма

В общем плане метаболизм направлен на достижение четырех специфических целей: окисление

....................(1) для получения энергии; превращение молекул-предшественников в новый

строительный материал для клетки; выведение	..................(2) продуктов и, в некоторых случаях,
генерации ………...........(3).

Системы сохранения энергии

Необходимость запасания организмом молекул пищевых продуктов для их утилизации в промежутках между приемами пищи привела к формированию многих специфических систем.

Глюкоза (моносахарид) запасается в виде гигантского полимера ....................		(4). Количество
запасаемого гликогена.....................	(5). Жиры запасаются в виде капелек или глобул в		......................(6)

ткани, выполняющей специализированную в этом плане функцию. В отличие от гликогена,

количество запасаемых жиров.....................	(7). Аккумулирование энергии в жирах имеет много
преимуществ, поскольку эти наиболее высоко..................		(8) молекулы способны высвобождать

больше энергии на единицу массы; даже глюкоза, избыток которой откладывается в виде запасов

гликогена, может превращаться и храниться в виде ................	(9). Интересно, что у человека
отсутствует прямое превращение жирных кислот обратно в ..................	(10).

Ответы: (1) пищевых продуктов; (2) шлаковых; (3) тепла; (4) гликогена; (5) ограничено; (6) жировой;

(7) не ограничено; (8) восстановленные; (9) жиров; (10) глюкозу.

Аминокислоты

У животных аминокислоты не запасаются, если не считать яиц и молока, которые имеют специализированную запасающую функцию. Аминокислоты, поглощаемые в избытке, сразу же превращаются в другие молекулы. Заполните приведенный ниже рисунок, показывающий разветвление путей обмена аминокислот.

Несмотря на большое разнообразие, все аминокислоты содержат NH2-группу, которая может быть удалена и использована для синтеза мочевины, а С-Н-остов в дальнейшем может быть расщеплен (до СО2 + Í2О) или использован в качестве предшественников для анаболического синтеза соединений других классов пищевых продуктов. Важным аспектом запасания аминокислот является то, что белки, синтезированные для определенных целей (как, например, мышечные), в случае острой потребности организма в аминокислотах могут быть использованы для синтеза другого белка.

34	Глава 5: Предварительные сведения о распределении и утилизации источников энергии

Заполните следующее

Различия между типами тканей

Печень играет ключевую роль в регуляции уровня			.................(1) в крови. Запасов глюкозы хватает
примерно на...........	(2) часа. После этого белки в ходе глюконеогенеза превращаются в глюкозу
для снабжения энергией		...................(3) и эритроцитов, которые не способны использовать жирные
кислоты непосредственно. Тем не менее, в условиях голодания из				......................(4) образуются

кетоновые тела, которые могут частично удовлетворять потребность головного мозга в энергии. Головной мозг не имеет значительных резервов энергии и использует глюкозу как первичный энергетический источник. Эта потребность имеет первостепенное значение для организма, поскольку в отсутствии энергии функция головного мозга значительно нарушается. Клетки скелетных ............……...(5) являются основными потребителями энергии и могут утилизировать большинство типов энергетических источников. Жировые клетки запасают ...........(6) либо непосредственно используя свободные жирные кислоты (СЖК), либо после их образования из глюкозы. Остаток глицерина молекулы триацилглицерина, необходимый для запасания жирных кислот, образуется из ..................(7). Подобно головному мозгу эритроциты могут использовать только глюкозу. Клетки пяти типов взаимосвязаны в их способности мобилизовать топливо, сохраненное в клетках одного типа, для использования клетками другого.

Ответы: (1) глюкозы; (2) 24; (3) головного мозга; (4) жирных кислот; (5) мышц; (6) жир; (7) глюкозы.

Глава 5: Предварительные сведения о распределении и утилизации источников энергии

35

Заполните следующее

Гормоны

Запасание и использование источников энергии (топлива) должны быть скоординированы между различными типами тканей таким образом, чтобы при соответствующих условиях организм сумел

найти его сам. .........................	(1) играют огромную роль в передаче этой информации.
Высвобождение инсулина ………………….(2) сигнализирует о том, что........................		(3) время, и
что избыток топлива должен быть	.........................(4) для последующего использования. Глюкагон,
высвобождается поджелудочной железой и сигнализирует о ..................		(5) уровне топлива,

доступного для клеток в виде сахара крови. Первой системной реакцией на глюкагон является

высвобождение глюкозы из гликогена в .........................		(6), однако спустя 24 часа, после истощения
этих ресурсов, начинают использоваться запасы жиров в..........................			(7) ткани и некоторые
мышцы начинают .......................	(8) белки и высвобождать ....................		(9). В этих условиях
концентрация кетоновых тел ......................	(10).
В случае диабета у больного имеется дефицит ......................		(11) и, вдобавок к недостатку запасов

гликогена, мышечные клетки не используют глюкозу в качестве источника энергии, поскольку в этом случае .......................(12) глюкозы клетками является инсулин-зависимым. Крайне высокий уровень кетоновых тел может достигаться в результате образования большого количества

36	Глава 5: Предварительные сведения о распределении и утилизации источников энергии
......................	(13), мобилизуемых из жировой ткани. Адреналин играет роль в ситуациях, когда

критическое обстоятельство (борьба или бегство) требует быстрой мобилизации энергетических ресурсов. …..................(14), высвобождающийся из нервных окончаний, стимулирует как печень, так и жировую ткань, способствуя тем самым большему снабжению энергией.

Ответы: (1) Гормоны; (2) поджелудочной железой; (3) подошло; (4) запасен; (5) низком; (6) печени;

(7) жировой ткани; (8) расщеплять; (9) аминокислоты; (10) повышается; (11) инсулина; (12) поглощение; (13) жирных кислот; (14) Адреналин.

Обзор вопросов в конце главы 5

∙“Сбережение” сахаров, таких как глюкоза, спасает от многих проблем, поскольку процесс превращения мономеров глюкозы в гликоген требует затрат энергии. Однако, этого не

происходит, т.к. Н2О довольно легко проникает через мембрану и клетка должна сохранять равновесие в содержании отдельных частиц, растворенных на единицу объема (осмомоляльность) между внутренней и наружной поверхностями. Многие мономеры глюкозы могут быть сохранены в виде единого полимера гликогена.

∙Осмотическое давление соответствует силе, генерируемой молекулами воды, пытающимися проникнуть через мембрану. Слишком высокое давление, создаваемое движущимися внутрь клетки молекулами воды, будет вызывать ее разрыв. Слишком низкое давление молекул воды, движущихся наружу, будет приводить к сморщиванию клетки. Для того, чтобы клетки сохраняли достаточное количество глюкозы в мономерной форме, им пришлось бы иметь существенно большие размеры.

∙ТАГ представляют собой более богатую, более компактную форму запасания энергии. Поскольку жиры сливаются в капельки, не содержащие воду, в этом случае проблемы с осмотическим

давлением, (как при других формах запасания энергии пищевых продуктов) не существует.

∙ Глюкоза → жирные кислоты.	Да, через ацетил-СоА.
Жирные кислоты → глюкоза.	Нет, поскольку ацетил-СоА не может быть превращен в

пируват.

Особый случай сохранения белка в материнском молоке удовлетворяет дополнительные потребности для развития новорожденного.

∙Печень играет главную роль в запасании и мобилизации глюкозы. Существуют три главные последовательности реакций с участием глюкозы: запасание и высвобождение мономера, синтез мономера и превращение глюкозы в жир.

∙Головной мозг использует глюкозу только для образования энергии.

∙Главные метаболические характеристики жировых клеток состоят в запасании и высвобождении жира.

Глава 5: Предварительные сведения о распределении и утилизации источников энергии

37

∙Эритроциты используют глюкозу и сходны с тканью головного мозга в плане энергетического метаболизма.

∙Основной гормональный контроль потока пищи осуществляется инсулином, глюкагоном и адреналином.

Дополнительные вопросы к главе 5

1.Назовите пять типов тканей, описанных в этой главе, и сравните их в соответствии с ролью в энергетическом обмене.

2.Почему термин “кетоновые тела” неправилен?

3.В каком смысле метаболизм пищи является окислительной реакцией?

4.Какие обстоятельства вынуждают организм окислять пищевые продукты для образования тепла?

5.Какие молекулы запасаются в жировых клетках?

6.Что происходит с теми аминокислотами, которые поглощаются организмом в избытке, превышающем потребности синтеза клеточных белков?

7.В чем различия между глюкагоном и гликогеном?

8.Каковы метаболические изменения при экстремальной ситуации типа бегства или борьбы?