otvety__tablitsa_Vlada

Билет 1

1. Поясните роль различных органов ( на примере печени и скелетных мышц) в обмене углеводов..

Печень — главный орган, в клетках которого происходят биохимические превращения продуктов пищеварительного гидролиза углеводов и превращение их в глюкозу — форму, доступную для клеток организма. Печень — депо углеводов, так как часть глюкозы хранится здесь в виде гликогена. Печень поддерживает содержание глюкозы в крови на постоянном уровне — в этом состоит глюкостатическая функция печени. Причем клетки печени способны реагировать на возникновение потребности в глюкозе и в клетках других органов. При голодании, после истощения запасов гликогена, процессы глюконеогенеза идут с максимальной интенсивностью, поддерживая уровень крови на постоянном уровне. При избытке глюкозы в печени происходит синтез гликогена из глюкозы — гликогенез. В среднем, запасы гликогена составляют около 5% веса печени, что у взрослого человека эквивалентно примерно 90 г глюкозы. При повышении потребности организма в глюкозе происходит распад гликогена печени — гликогенолиз. Печень — один из главных органов, где происходит процесс ферментативного синтеза глюкозы из углеводных и неуглеводных продуктов — глюконеогенез. В печени происходит гликолиз — ферментативный распад глюкозы с освобождением энергии и переводом ее в форму, доступную для организма — в АТФ. Регуляция метаболизма: глюкагон стимулирует распад гликогена, адреналин стимулирует выведение глюкозы в кровь, инсулин активирует гликогенсинтазу и ингибирует гликогенфосфорилазу, что приводит к синтезу гликогена.

Запас гликогена в мышце служит только для удовлетворения ее собственных потребностей, поэтому его концентрация в меньшей мере, чем в печени, изменяется при голодании и после приемов пищи концентрация гликогена в мышцах не достигает таких высоких значений. Содержание гликогена в мышце, находящейся в состоянии покоя и получающей достаточное количество питательных веществ, редко превышает 1 % от ее общего веса. Поскольку общая масса мышц в организме человека велика, суммарные запасы гликогена в мышцах примерно в 5 раз больше, чем в печени. Гликоген мышц невозможно использовать для восполнения уменьшенного уровня глюкозы в крови, так как в мышцах нет глюкозо-6-фосфатазы. В соответствии с этим обмен гликогена в мышцах представляет собой исключительно внутриклеточный процесс, изменяющийся в зависимости от собственных внутренних энергетических потребностей клетки.

Регуляция гликогенолиза и гликогенеза в мышце, находящейся в покое:

фосфорилаза b, как и в печени, не активна: в физиологических условиях активность этого фермента совершенно не изменяется при изменениях концентрации АТФ и АМФ в клетке. Катализируемое киназой фосфорилирование фосфорилазы с образованием фосфорилазы а представляет собой первичный этап активации, имеющий отношение к начальным стадиям самого процесса сокращения. Киназа фосфорилазы мышц активируется Са2+, концентрация которого в мышце в условиях покоя низка. Освобождение Са2+ служит пусковым механизмом сокращения мышцы и одновременно стимулирует образование фосфорилазы А из фосфорилазы В, а также превращение гликогенсинтетазы из формы I в форму D. Таким образом, сигнал, побуждающий мышцу к началу работы, служит одновременно стимулом для распада гликогена, обеспечивающего снабжение энергией. После прекращения стимула Са2+ удаляется из цитоплазмы, и благодаря действию фосфатаз гликогенолиз оказывается «выключенным», тогда как синтетаза превращается в более активную форму I. В дополнение к этой внутриклеточной регуляции посредством изменений концентрации Са2+ на гликоген мышц воздействует также внеклеточный агент

— адреналин, причем это воздействие опосредовано через аденилатциклазную систему; в противоположность печени мембрана мышечной клетки не имеет рецепторов для глюкагона. Циклаза мышц по сравнению с аналогичным ферментом печени более

чувствительна к адреналину, который служит сигналом общей тревоги. Повышение внутриклеточных концентраций циклического АМФ в результате активации аденилатциклазы приводит к превращению киназы фосфорилазы в такую форму, которая активна даже в присутствии очень низких концентраций Са2+. Таким образом, фосфорилаза В может быть активирована с образованием фосфорилазы А независимо от процессов, сопровождающих мышечное сокращение, чем обеспечивается постоянный, повышенный уровень образования глюкозо-6-фосфата для выработки энергии путем реакций гликолиза. В период пищеварения в состоянии покоя в мышцах также происходит синтез гликогена. Глюкоза поступает в мышечные клетки с помощью белковпереносчиков ГЛЮТ 4. Влияние инсулина на синтез гликогена в мышцах осуществляется также посредством дефосфорилирования гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.

ГЕКСОКИНАЗА, фермент, катализирующий в присут. Mg2+ перенос фосфорильной группы с АТФ на глюкозу с образованием глюкозо-6-фосфата и АДФ. Имеет высокое сродство к глюкозе. (В печени глюкокиназа.)

ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТАЗА,фермент катализирующий дефосфорилирование гидролитическим путем. Превращение глюкозо-6-фосфата в глюкозу в печени, почках, кишечнике. Затем глюкоза транспортируется в кровь.

2.Анаэробный гликолиз

Гликолиз - это последовательность реакций, в результате которых глюкоза распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) (аэробный гликолиз) или две молекулы молочной кислоты (лактата) (анаэробный гликолиз).

C 6 H 12 O 6 + 2АДФ + 2 H 3 PO 4 →2 CH 3 CHOHCOOH + 2АТФ + H 2 O

I. Стадии:

1)Необратимая реакция фосфорилирования глюкозы и образования глюкозо-6-фосфата, катализируемая ферментом гексокиназой.

2)Обратимая реакция кето-альдольной изомеризации глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6- фосфат, катализируемая ферментом глюкозо-6-фосфатизомеразой.

3)Необратимая реакция фосфорилирования фруктозо-6-фосфата молекулой АТФ до фруктозо-1,6-дифосфата, катализируемая ферментом фосфофруктокиназой.

4)Обратимая реакция расщепления связи С-С во фруктозо-1,6- дифосфате на две триозы дигидрооксиацетон-3-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, катализируемые ферментом

альдолазой.

5)Обратимая реакция кето-альдольной изомеризации дигидроксиацетон-3-фосфата в глицеральдегид-3-фосфат, катализируемая ферментом триозофосфатизомеразой.

6)Обратимая реакция окисления глицероальдегид-3-фосфата до 1,3-фосфоглицерата, которая катализируется ферментом глицеральдегид-3-

фосфатдегидрогеназой.

7)Обратимая реакция субстратного фосфорилирования АДФ и образования АТФ, при которой происходит перенос богатого энергией фосфорильного остатка с 1,3- дифосфоглицерата на АДФ. Реакция катализируется фосфоглицераткиназой.

8)	Обратимая	реакция	изомериизации	3-фосфоглицерата	в
2-фосфоглицерат, катализируемая ферментом фосфоглицератмутазой.

9)Обратимая реакция енолизации, в процессе которой отщепление молекулы воды от 2- фосфоглицерата приводит к образованию макроэргической связи в фосфоеноилпирувате. Реакция катализируется ферментом енолазой.

10)Необратимая реакция субстратного фосфорилирования АДФ и образования АТФ, при которой происходит разрыв макроэргитечской связи и перенос фосфорильного остатка от фосфоэнолпирувата на АДФ. Катализируется эта реакция ферментом пируваткиназой.

11)Обратимая реакция восстановления пирувата до лактката происходит в анаэробных

условиях при участии фермента лактатдегидрогеназы, коферментом которой является восстановленная форма НАДН∙Н+

Энергетический эффект и биологическое значение анаэробного гликолиза

Энергетический эффект анаэробного гликолиза по сравнению с аэробным – небольшой: образование двух моль лактата из глюкозы сопровождается синтезом всего двух моль АТФ. Это объясняется тем, что восстановленная форма НАДН∙Н+, полученная при окислении глицероальдегидфосфата, не используется дыхательной цепью, а акцептируется пируватом. Анаэробный гликолиз является основным источником энергии для скелетных мышц в начальном периоде интенсивной работы, то есть в условиях, когда снабжение кислородом ограничено.Кроме того, зрелые эритроциты извлекают энергию за счет анаэробного окисления глюкозы, потому что не имеют митохондрий.

В анаэробных условиях большое количество пировиноградной кислоты превращается в молочную кислоту, которая легко диффундирует во внеклеточное пространство и даже внутрь некоторых менее активных клеток. Если кислород вновь становится доступным после периода анаэробного метаболизма, молочная кислота быстро превращается в пировиноградную кислоту, НАД-Н и Н+. Большие количества этих веществ окисляются, образуя значительное количество АТФ. Избыток АТФ может явиться причиной того, что более 75% пировиноградной кислоты вновь превращается в глюкозу. Большая часть этих превращений осуществляется в печени, но в небольших количествах может происходить и в других тканях.

3.Охарактеризуйте процессы превращения фруктозы в глюкозу

Значительное количество фруктозы, образующееся при расщеплении сахарозы, прежде чем поступить в систему воротной вены, превращается в глюкозу уже в клетках кишечника. Другая часть фруктозы всасывается с помощью белка-переносчика, т.е. путѐм облегчѐнной диффузии.

Метаболизм фруктозы начинается с реакции фосфорилирования (реакция 1), катализируемой фруктокиназой с образованием фруктозо-1-фосфата. Фермент обнаружен

впечени, а также в почках и кишечнике. Этот фермент обладает абсолютной специфичностью, поэтому инсулин не влияет на его активность. Последнее обстоятельство объясняет, почему уровень выведения фруктозы в моче у больных сахарным диабетом и здоровых не отличается. Фруктозо-1-фосфат не может превращаться во фруктозо-6-фосфат из-за отсутствия соответствующего фермента. Вместо этого фруктозо-1-фосфат далее расщепляется фруктозо-1-фосфатальдолазой (альдолаза В) на глицеральдегид и дигидроксиацетон-3-фосфат (реакция 2). Последний является промежуточным продуктом гликолиза и образуется в ходе реакции, катализируемой фруктозо-1,6-бисфосфосфатальдолазой (альдолаза А). Глицеральдегид может включаться

вгликолиз после его фосфорилирования с участием АТФ (реакция 3). Две молекулы триозофосфатов либо распадаются по гликолитическому пути, либо конденсируются с образованием фруктозо-1,6-бисфосфата и далее участвуют в глюконеогенезе (реакции 8, 7, 5, 9). Фруктоза в печени включается главным образом во второй путь. Часть дигидроксиацетон-3-фосфата может восстанавливаться до глицерол-3-фосфата и участвовать в синтезе триацилглицеролов.

Недостаточность фруктокиназы клинически не проявляется. Фруктоза накапливается в крови и выделяется с мочой, где еѐ можно обнаружить лабораторными методами. Очень важно не перепутать эту безвредную аномалию с сахарным диабетом.

Наследственная непереносимость фруктозы, возникающая при генетически обусловленном дефекте фруктозо-1-фосфатальдолазы, не проявляется, пока ребѐнок питается грудным молоком, т.е. пока пища не содержит фруктозы. Симптомы возникают, когда в рацион добавляют фрукты, соки, сахарозу. Рвота, боли в животе, диарея, гипогликемия и даже кома и судороги возникают через 30 мин после приѐма пищи, содержащей фруктозу. У маленьких детей и подростков, продолжающих принимать фруктозу, развиваются хронические нарушения функций печени и почек. Непереносимость фруктозы - достаточно частая аутосомно-рецессивная форма патологии.

Дефект альдолазы фруктозе-1-фосфата сопровождается накоплением фруктозе-1-фосфата, который ингибирует активность фосфоглюко-мутазы, превращающей глюкозо-1-фосфат в глюкозо-6-фосфат и обеспечивающей включение продукта гликогенфосфорилазной реакциив метаболизм. Поэтому происходит торможение распада гликогена на стадии образования глюкозо-1 -фосфата, в результате чего развивается гипогликемия. Как следствие, ускоряется мобилизация липидов и окисление жирных кислот. Следствием ускорения окисления жирных кислот и синтеза кетоновых тел, замещающих энергетическую функцию глюкозы, может быть метаболический ацидоз, так как кетоновые тела являются кислотами и при высоких концентрациях снижают рН крови.

Результатом торможения гликогенолиза и гликолиза является снижение синтеза АТФ. Кроме того, накопление фосфорилированной фруктозы ведѐт к нарушению обмена неорганического фосфата и гипофосфатемии.

Для пополнения внутриклеточного фосфата ускоряется распад адениловых нуклеотидов. Продукты распада этих нуклеотидов включаются в катаболизм, проходя стадии образования гипоксантина, ксантина и, наконец, мочевой кислоты. Повышение

количества мочевой кислоты и снижение экскреции уратов в условиях метаболического ацидоза проявляются в виде гипер-урикемии. Следствием гиперурикемии может быть подагра даже в молодом возрасте.

Неактивный	Блокируемая	Локализация	Клинические проявления
фермент	реакция	фермента	и лабораторные данные
Фруктокиназа	Фруктоза + АТФ →	Печень	Фруктоземия,
	Фруктозе-1-фосфат	Почки	фруктозурия
	+ АДФ	Энтероциты
Фруктозе-1-	Фруктозе-1-фосфат	Печень	Рвота, боли в животе,
фосфатальдолаза	→		диарея, гипогликемия,
	Дигидроксиацетон-		Гипофосфатемия,
	3 -фосфат +		фруктоземия,
	Глицеральдегид		гиперурикемия, хроническая
			недостаточность функций
			печени, почек.

Билет №2

1. Классифицируйте углеводы по структуре и функциям. Напишите строение основных представителей углеводов: моносахаридов (триозы, пентозы, гексозы), ди- и полисахаридов. Где используются углеводы в медицине?

Углеводы имеют общую формулу Cm(H2O)n . Их можно разделить по количеству составляющих компонентов на 3 основные группы.

1. Моносахариды – производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от положения карбонильной группы делятся на:

Альдозы – содержат функциональную альдегидную группу -НС=О

Кетозы – содержать кетонную группу >С=О

Являются простыми углеводами, так как не гидролизуются при переваривании.

В пище человека (фрукты, мѐд, соки) содержится небольшое количество моносахаридов, в основном глюкоза и фруктоза.

Основные представители:

2. Олигосахариды содержат несколько (от 2 до 10) остатков моносахаридов, соединенных гликозидной связью. Дисахариды наиболее распространенные олигосахариды.

Олигосахариды делятся на: восстанавливающие и невосстанавилающие. К ним относятся:

Сахароза – дисахарид, состоящий из α-D-глюкозы и β-D-фруктозы, соединѐнных α,β-1,2- гликозидной связью. В сахарозе обе аномерные ОН-группы остатков глюкозы и фруктозы участвуют в образовании гликозидной связи. Следовательно, сахароза не относится к восстанавливающим сахарам. Сахароза - растворимый дисахарид со сладким вкусом. Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свѐкла, сахарный тростник. Последнее объясняет возникновение тривиального названия сахарозы - "тростниковый сахар".

Лактоза – молочный сахар; важнейший дисахарид молока млекопитающих. В коровьем молоке содержится до 5% лактозы, в женском молоке - до 8%. В лактозе аномерная ОНгруппа первого углеродного атома остатка D-галактозы связана β-гликозидной связью с четвѐртым углеродным атомом D-глюкозы (β-1,4-связь). Поскольку аномерный атом углерода остатка глюкозы не участвует в образовании гликозидной связи, следовательно, лактоза относится к восстанавливающим сахарам.

Мальтоза поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал, например, солод, пиво. Мальтоза также образуется при расщеплении крахмала в кишечнике. Мальтоза состоит из двух остатков D-глюкозы, соединѐнных α-1,4- гликозидной связью.

Изомальтоза – промежуточный продукт, образующийся при расщеплении крахмала в кишечнике. Состоит из двух остатков D-глюкозы, но соединены эти моносахариды α-1,6- гликозидной связью.

3. Полисахариды

Структурные различия между полисахаридами определяются:

строением моносахаридов, составляющих цепь;

типом гликозидных связей, соединяющих мономеры в цепи;

последовательностью остатков моносахаридов в цепи.

Взависимости от строения остатков моносахаридов полисахариды можно разделить на

гомополисахариды (все мономеры идентичны) и гетерополисахариды (мономеры различны). Оба типа полисахаридов могут иметь как линейное расположение мономеров, так и разветвлѐнное.

Взависимости от выполняемых ими функций полисахариды можно разделить на 3 основные группы:

резервные полисахариды, выполняющие энергетическую функцию

структурные полисахариды, обеспечивающие клеткам и органам механическую прочность

полисахариды, входящие в состав межклеточного матрикса, принимают участие в образовании тканей, а также в пролиферации и дифференцировке клеток, водорастворимы и сильно гидратированы

В пище человека в основном содержатся полисахариды растительного происхождения - крахмал, целлюлоза. В меньшем количестве поступает полисахарид животных - гликоген.

Крахмал – наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона. Это резервный полисахарид растений, содержащийся в наибольшем количестве (до 45% от массы сухого вещества) в зѐрнах злаков (пшеница, кукуруза, рис и др.), а также луковицах, стеблях и клубнях растений (в картофеле примерно 65%). Крахмал - разветвлѐнный полисахарид, состоящий из остатков глюкозы (гомогликан). Он находится в клетках растений в виде гранул, практически нерастворим в воде. Состоит из амилозы и амилопектина. Амилоза - неразветвлѐнный полисахарид, включающий 200-300 остатков глюкозы, связанных α-1,4-

гликозидной связью. Благодаря α-конфигурации глюкозного остатка, полисахаридная цепь имеет конформацию спирали. Синяя окраска при добавлении йода к раствору крахмала обусловлена наличием такой спирали. Амилопектин имеет разветвлѐнную структуру. В местах ветвления остатки глюкозы соединены α-1,6-гликозидными связями. Линейные участки содержат примерно 20-25 остатков глюкозы. При этом формируется древовидная структура, в которой имеется лишь одна аномерная ОН-группа. Крахмал - высокомолекулярное соединение, включающее сотни тысяч остатков глюкозы.

Целлюлоза (клетчатка) – основной структурный полисахарид растений. Это самое распространѐнное органическое соединение на земле. Доля целлюлозы в клеточных стенках растений составляет 40-50%. Линейный полисахарид гомогликан, построенный из остатков глюкозы, соединѐнных между собой β-1,4-гликозидными связями. Пищеварительная система человека не имеет ферментов, гидролизующих β-связи в полисахаридах. Поэтому целлюлоза - неиспользуемый углевод, но этот пищевой компонент необходим для нормального протекания переваривания.

Гликоген – полисахарид животных и человека. Так же, как крахмал в растениях, гликоген в клетках животных выполняет резервную функцию, но, так как в пище содержится лишь небольшое количество гликогена, он не имеет пищевого значения. Представляет собой структурный аналог крахмала, но имеет большую степень ветвления: примерно на каждые 10 остатков глюкозы приходится одна α-1,6-гликозидная связь.

По структуре углеводы можно раздели на:

1)Простые – полигидроксикарбонильные соединения, не способные при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы, к ним относятся моносахариды

2)Сложные - представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов, при гидролизе образующие простые углеводы, в зависимости от степени полимеризации их подразделяют на: низкомолекулярные (олигосахариды) и

высокомолекулярные (полисахариды)

В организме углеводы выполняют следующие функции:

Являются основным источником энергии в организме.

Обеспечивают все энергетические расходы мозга (мозг поглощает около 70% глюкозы, выделяемой печенью)

Участвуют в синтезе молекул АТФ, ДНК и РНК.

Регулируют обмен белков и жиров.

В комплексе с белками они образуют некоторые ферменты и гормоны, секреты слюнных и других образующих слизь желез, а также другие соединения.

Пищевые волокна улучшают работу пищеварительной системы и выводят из организма вредные вещества, пектины стимулируют пищеварение.

Применение углеводов в медицине

1)Парентеральное питание

Углеводы используются для парентерального питания в силу того, что они являются наиболее доступными источниками энергии для организма больного.

2)Диетическое питание

Взрослые люди, употребляющие в пищу много углеводов, как правило, обладают нормальным весом. Хотя избыточное потребление углеводов в рационе ведет к ожирению

3)Экспериментальная биология

Для хроматографии используются декстраны – резервный полисахарид дрожжей и бактерий, состоящий из остатков α-глюкозы. В декстранах основным типом связи является α-1,6-гликозидная, а в местах ветвления – α-1,2, α-1,3, α-1,4-гликозидные связи.