Практическое занятие №4. Задание к занятию №4.

Тема: Обмен и функции углеводов.

Учебные и воспитательные цели:

3. Общая цель занятия:

- научить использовать знания о биохимических аспектах галактоземии, фруктоземии, сахарном диабете

в практической деятельности врача.

2. Частные цели:

- уметь определять уровень глюкозы в крови натощак и после сахарной нагрузки.

1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

1.3. Реферативные сообщения.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Взаимопревращения моносахаридов. Причины галактоземии, фруктоземии.

2.2. Пентозофосфатный путь превращений глюкозы. Окислительные реакции (до стадии рибулозо-5-фосфата).

Распространение и физиологическое значение.

2.3. Влияние этилового алкоголя на обмен углеводов.

2.4. Сахарный диабет, биохимическая характеристика патогенеза.

2.5. Проба на толерантность к глюкозе.

3. Лабораторно-практические работы:

3.1 . Определение глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra натощак и после сахарной нагрузки.

4. Выходной контроль

4.1. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материал лекций.

5.2. Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: «Высшая школа», 1989г., с.254-260.

5.3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 1990г., с. 244-251, 567.

5.4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004г., с. 335-338, 353-357,

359-361.

5.5. Кушманова О.Д., Ивченко Г.М. Руководство к занятиям по биологической химии М., 1983, раб. 50.

2. Основные вопросы темы

2.1. Взаимопревращения моносахаридов. Причины галактоземии, фруктоземии.

Метаболизм фруктозы и галактозы включает пути использования их для синтеза других веществ

(гетерополисахаридов, лактозы) и участие в энергообеспечении организма. Всосавшись в желудочно-кишечном

тракте, фруктоза в мышечной ткани, в почках, в жировой ткани проходит главный путь.

Фруктоза

АТФ

гексокиназа

АДФ

Фруктозо-6-фосфат глюкозо-6-фосфат глюкоза

АТФ

6-фруктокиназа Н₂О Н₃РО₄

АДФ

Фруктозо-1,6-бисфосфат

Глицеральдегидтрифосфат

Гликолиз

В печени же существует другой путь превращения фруктозы:

АТФ АДФ

Фруктоза фруктозо-1-фосфат

фруктокиназа

расщепляется

диоксиацетонфосфат + Д - глицероальдегид

киназа

глицероальдегид-3-фосфат

по пути гликолиза

Фруктозурия – отсутствует фермент фруктокиназа, которая в печени катализирует превращения фруктозы во фруктозо-1-фосфат. Это приводит к фруктоземии и очень быстро фруктоза появляется в моче – фруктозурия, т.к. для фруктозы почечный порог равен 0,73 ммоль/л. Вследствие того, что фруктоза входит в состав дисахарида сахарозы, то после приема пищи содержащей её также наблюдается тошнота, рвота, понос, боли в животе, приступы судорог.

Галактоза образуется в кишечнике в результате гидролиза лактозы. Всосавшаяся галактоза в печени проходит следующий путь:

Галактоза

АТФ

галактокиназа

АДФ

Галактозо-1-фосфат

+ УДК-глюкоза

УДФ-галактоза уридилтрансфераза

Глюкозо-1-фосфат

УДФ-глюкоза

Глюкозо-6-фосфат гликолиз

Гликоген - Н₃РО₄

Глюкоза

Галактоземия – наследственное заболевание, связанное с отсутствием фермента – галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы, который катализирует превращения галактозо-1-фосфат в глюкозо-1-фосфат. Это приводит к накоплению в крови, в моче галактозы и галактозо-1-фосфат, галактитола, которые оказывают токсическое действие на клетки печени, головного мозга, глаз. После приема молока (галактоза входит в состав лактозы) у ребенка наблюдаются: рвота, тошнота, понос, боли в животе. Если не исключить молоко из рациона ребенка это приводит к катаракте, циррозу печени и селезенки, замедлению психического развития.

Лечение галактоземии и фруктозурии: исключить из рациона ребенка продукты, содержащие галактозу и

фруктозу.

2.2. Пентозофосфатный путь превращений глюкозы. Окислительные реакции (до стадии рибулозо-5-фосфата).

Распространение и физиологическое значение.

Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы. Это путь окисления глюкозы путем укорочения углеродной цепочки на один углеродный атом. Пентозофосфатный путь не приводит к синтезу АТФ.

В пентозофосфатном пути различают два этапа:

Окислительный путь включает две реакции дегидрирования с участием кофермента НАДФ и реакцию декарбоксилирования. В результате образуется НАДФН₂ и пентозы (рибозро-5-фосфат).

Неокислительный путь служит для синтеза пентоз. Реакции этого пути обратимы, поэтому из пентоз могут образовываться гексозы. Промежуточные продукты (фруктозо-6-фосфат, глицеро-альдегид-3-фосфат) могут включаться в пути аэробного и анаэробного окисления. Знать химизм окислительного этапа.

Таким образом, в результате пентозофосфатного пути окисления глюкозы образуются пентозы, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), коферментов (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД), а также восстановленная форма НАДФ, водороды которого необходимы для восстановительных синтезов (синтез высших жирных кислот, холестерола, гормонов коры надпочечников, половых гормонов, провитаминов группы Д, желчных кислот), участвует в обезвреживании лекарственных веществ и ядов в печени. Этот путь окисления функционирует в печени, в жировой ткани, молочной железе, коре надпочечников, а также в быстро растущих, регенерирующихся тканях.

2.3. Влияние этилового спирта на углеводный обмен.

Катаболизм этанола осуществляется главным образом в печени (75-98%). Основную роль в метаболизме этанола играет цинксодержащий фермент НАД⁺- зависимый фермент – алкогольдегидрогеназа, локализующийся в цитозоле и митохондриях печени (95%). В ходе реакции происходит дегидрирование этанола, образуются ацетальдегид и восстановленный НАДН. Алкогольдегидрогеназа катализирует обратимую реакцию, направление которой зависит от концентрации ацетальдегида и соотношения НАДН/НАД⁺ в клетке.

_{дегидрогеназа дегидрогеназа}

С₂Н₅ОН → Н₃С-СОН → СН₃СООН → Н₃СОSKoA → ЦТК

^{НАД → НАДН}₂ ^{НАД → НАДН}₂

этанол ацетальдегид уксусная кислота ацетил КоА

При употреблении большого количества спирта количество НАД уменьшается, а НАДН₂ увеличивается. Это приводит к уменьшению ПВК – основной предшественник образования глюкозы → гипогликемия, особенно когда запасы гликогена в печени и мышцах невелики (употребление алкоголя натощак, после физической нагрузки, у хронических алкоголиков); блокируется синтез глюкозы из лактата и аминокислот (глюконеогенез). Гипогликемия сказывается на функции мозга и может быть причиной потери сознания при алкогольном отравлении. Алкоголь не содержит витаминов. Алкоголики получают основную массу калорий со спиртом, в котором нет витамина В₁. Характерная для них недостаточность тиамина проявляется в синдроме Вернике - Корсакова, сопровождается расстройствами функций нервной системы, психозами, потерей памяти (причина – сочетание недостатка тиамина и снижение активности тиаминзависимого фермента транскетолазы).

2.4. Сахарный диабет, биохимическая характеристика патогенеза.

Это заболевание, возникающее вследствие абсолютного или относительного дефицита инсулина. Сахарный диабет (СД) классифицируют с учетом различия генетических факторов и клинического течения на две основные формы: диабет I типа – инсулинзависимый (ИЗСД), и диабет II типа – инсулиннезависимый (ИНСД).

ИЗСД – заболевание, вызванное разрушением β-клеток островков Лангерханса поджелудочной железы, вследствие аутоиммунных реакций, вирусных инфекций (вирус оспы, краснухи, кори, эпидемический паротит, аденовирус). При СД снижено соотношение инсулин/глюкагон. При этом ослабевает стимуляция процессов депонирования гликогена и жиров, и усиливается мобилизация энергоносителей. Печень, мышцы и жировая ткань даже после приема пищи функционируют в режиме постабсорбтивного состояния.

Гипергликемия – повышение конц. глюкозы в крови.

Она обусловлена снижением скорости использования глюкозы тканями вследствие недостатка инсулина или снижения биологического действия инсулина в тканях-мишенях. При дефиците инсулина уменьшается количество белков-переносчиков глюкозы (ГЛЮТ-4) на мембранах инсулинзависимых клеток (жировой ткани мышц). В мышцах и печени глюкоза не депонируется в виде гликогена. В жировой ткани уменьшается скорость синтеза и депонирования жиров. Активируется глюконеогенез из аминокислот, глицерола и лактата.

Глюкозурия – выделение глюкозы с мочой.

В норме проксимальные канальцы почек реабсорбируют всю глюкозу, если ее уровень не превышает 8,9 ммоль/л. Повышение концентрации глюкозы в крови превышает концентрационный почечный порог, что становится причиной появления ее в моче.

Кетонемия – повышение концентрации в крови кетоновых тел.

Жиры не депонируются, а ускоряется их катаболизм. Повышается концентрация неэтерифицированных жирных кислот, которые захватывает печень и окисляет их до ацетил – КоА. Ацетил-КоА превращается в β-гидроксимасляную и ацетоуксусную кислоты. В тканях происходит декарбоксилирование ацетоацетата до ацетона, поэтому от больных исходит его запах. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови (выше 20 мг/л) приводит к кетонурии. Накопление кетоновых тел снижает буферную емкость крои и вызывает ацидоз.

Дефицит инсулина приводит к снижению скорости синтеза белков и усилению их распада. Это вызывает повышение концентрации аминокислот в крови, которые дезаминируются в печени. Образующийся при этом аммиак вступает в орнитиновый цикл, что приводит к увеличению концентрации мочевины в крови и моче – азотемия.

Полиурия – повышенное мочеотделение (3-4л в сутки и выше), т.к. глюкоза повышает осмотическое давление.

Полидипсия – постоянная жажда, сухость во рту, вследствие потери воды.

Полифагия – испытывают голод, часто едят, но теряют в массе тела, т.к. глюкоза не является источником энергии - «голод среди изобилия».

ИНСД – возникает в результате относительного дефицита инсулина вследствие:

- нарушения секреции инсулина

- нарушения превращения проинсулина в инсулин

- повышения катаболизма инсулина

-дефекта рецептора инсулина, повреждения внутриклеточных посредников инсулинового сигнала.

Поражает людей старше 40 лет, характеризуется высокой частотой семейных форм. Главная причина поздних осложнений сахарного диабета – гипергликемия, которая приводит к повреждению кровеносных сосудов и нарушению функций различных тканей и органов. Одним из основных механизмов повреждения тканей при сахарном диабете является гликозилирование белков, приводящее к изменению их конформации и функций. Макроангиопатии проявляются в поражении крупных и средних сосудов сердца, мозга, нижних конечностей (гангрена). Микроангиопатия является результатом повреждения капилляров и мелких сосудов и проявляется в форме нефро-, нейро- и ретинопатии. В возникновении микроангиопатий определенную роль играет гликозилирование белков, что приводит к возникновению нефропатии (нарушение функции почек) и ретинопатии (вплоть до потери зрения).

Коллаген составляет основу базальных мембран капилляров. Повышенное содержание гликозилированного коллагена ведет к уменьшению его эластичности, растворимости, к преждевременному старению, развитию контрактур. В почках такие изменения приводят к запустению клубочков и хронической почечной недостаточности.

Гликозилированные липопротеины, накапливаясь в сосудистой стенке, приводят к развитию гиперхолестеринемии и липидной инфильтрации. Они служат основой атером, происходит нарушение сосудистого тонуса, что приводит к атеросклерозу.

2.5. Проба на толерантность к глюкозе.

После приема пищи концентрация глюкозы может достигать 300-500 мг/дл и сохраняется на высоком уровне в постабсорбтивном периоде, т.е. снижается толерантность к глюкозе и наблюдается в случаях скрытой формы сахарного диабета. В этих случаях у людей отсутствуют клинические симптомы, характерные для СД, а концентрация глюкозы натощак соответствует норме.

Для выявления скрытой формы сахарного диабета проводится оральный тест на толерантность к глюкозе. Для этого определяют натощак содержание глюкозы в крови. После этого исследуемый получает нагрузку глюкозой из расчета 1г на кг массы, затем каждые 30 минут в течение 3-х часов определяют уровень глюкозы в крови. Результаты представляют в виде кривой.