Тема 8. Обмен углеводов. Обмен липидов (2 часа).

Цели:

1. ознакомление с особенностями метаболизма углеводов и липидов

2. готовностью использовать основные методы защиты от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК-11) профиль подготовки: Физическая культура. Безопасность жизнедеятельности (очная и заочная форма обучения);

3. способностью использовать возможности образовательной среды для формирования универсальных видов учебной деятельности и обеспечения качества учебно-воспитательного процесса (ПК-5) профиль подготовки: Физическая культура. Безопасность жизнедеятельности (очная и заочная форма обучения).

Содержание: Основные углеводы, входящие в состав животных и растительных организмов. Биологические функции углеводов. Основные углеводы пищи, их переваривание в желудочно-кишечном тракте. Моносахариды - конечные продукты переваривания олиго - и полисахаридов, механизм их транспорта через клеточные мембраны. Пути превращения углеводов в тканях организма. Ключевая роль глюкозо-6-фосфата в метаболизме углеводов.

Основные пути катаболизма глюкозы. Анаэробный и аэробный гликолиз. Аэробное окисление глюкозы как основной путь катаболизма глюкозы у аэробных организмов, последовательность этапов, энергетический баланс, биологические функции и регуляция. Анаэробный гликолиз – центральный путь катаболизма глюкозы, последовательность реакций, регуляция. Переключение анаэробного пути распада углеводов на аэробный. Адаптивные перестройки на участках гликолиза. Роль глицератфосфатдегидрогеназы. Регуляция на уровне фосфоглицератов, фосфоенолпирувата и пирувата.

Пентозофосфатный путь. Окислительный и неокислительный этапы этого пути, последовательность реакций, характеристика ферментов. Взаимосвязь пентозофосфатного пути с гликолизом, его биологические функции, распространение в организме.

Анаболизм углеводов. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из аминокислот, глицерина и молочной кислоты. Обходные реакции необратимых стадий гликолиза. Биологическая роль и регуляция глюконеогенеза. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).

Обмен гликогена. Структура и свойства гликогена, роль как резервного полисахарида, Распад гликогена - гликогенолиз, его связь с гликолизом. Синтез гликогена. Взаимоотношения между ферментами синтеза и распада гликогена, механизм их регуляции. Роль адреналина и глюкагона в регуляции резервирования и мобилизации гликогена. Гликогенозы и агликогенозы. Роль различных путей обмена углеводов в регуляции уровня глюкозы в крови.

Важнейшие липиды животного и растительного происхождения, их структура, свойства, биологическая роль. Эссенциальные жирные кислоты: w-3 и w-6 кислоты как предшественники синтеза эйкозаноидов. Незаменимые факторы питания липидной природы. Резервные липиды, липиды мембран, транспортные липопротеины крови,

Катаболизм липидов. Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте. Желчные кислоты, их структура и биологическая роль в переваривание липидов. Панкреатическая и кишечная липаза, специфичность действия, активация. Нарушение переваривания и всасывания. Ресинтез липидов в кишечной стенке, транспорт ресинтезированных липидов, образование хиломикронов и липопротеинов очень низкой плотности (ЛОНП). Липопротеинлипаза, её роль.

Внутриклеточный метаболизм липидов. Тканевой липолиз, окисление глицерина и жирных кислот. Энергетика и регуляция b-окисление жирных кислот, локализация этого процесса в матриксе митохондрий. Транспорт ацильной группы в митохондрии, окисление ненасыщенных жирных кислот. Биосинтез и использование кетоновых тел в качестве источников энергии. Катаболизм фосфолипидов.

Анаболизм липидов. Биосинтез жирных кислот. Роль малонил~SКоА. Последовательность реакций синтеза жирных кислот при участии пальмитатсинтетазы, регуляция этого процесса. Представление о путях образования продуктов с более длинной углеродной цепью, ненасыщенных жирных кислот.

Биосинтез ацилглицеринов и глицерофосфолипидов. Фосфатидная кислота как общий предшественник в синтезе этих групп липидов. Регуляция обмена липидов. Физиологическая роль резервирования и мобилизации жиров в жировой ткани. Гормональная регуляция активности липазы. Нарушение этих процессов при ожирении.

Обмен стероидов. Холестерин, его структура, роль как предшественника других биологически важных стероидов. Биосинтез холестерина. Ацетил~SКоА как структурный предшественник холестерина. Включение холестерина в печени в ЛОНП, транспорт кровью. Превращение холестерина в желчные кислоты, их выведение из организма. Метаболизм арахидоновой кислоты и эйкозаноидов.

Интерактивная форма Эвристическая беседа изучение пентозофосфатного пути

При освоении темы необходимо:

ответить на контрольные вопросы: см. Фонд оценочных средств. Обратить внимание на особенности обмена углеводов при физической нагрузке.

Гликолитический путь окисления углеводов в организме является основ­ным. В органах с периодической функцией (скелетных мышцах, нервной системе) он доминирует. Апотомический путь имеет существенное зна­чение лишь в некоторых органах и тканях с постоянной функцией (жировая ткань, печень, эритроциты, лимфатические узлы). Он также сопровождается процессом фосфорилирования. При апотомическом окислении одной молекулы глюкозы образуются 36 молекул АТФ.

Кроме того, при апотомическом окислении глюкозо-6-фосфата образуется в качестве одного из промежуточных продуктов рибозо-5-фосфат, который может быть использован для пластических целей.

Под действием солей желчных кислот происходит эмульгирова­ние жира, что обеспечивает возможность его ферментативного гидролиза. Липаза, содержащаяся в соке поджелудочной железы, выделяется в кишечник в неактивной форме; активация ее осуществляется солями желчных кислот. В этом состоит еще од­на их физиологическая роль.

Расщепление жиров под действием липазы происходит гидролитически. Образовавшийся глицерин хорошо растворим в воде и потому легко всасывается клетками эпителия слизистой оболочки кишечника. Всасывание нерастворимых в воде жирных кислот проходит сложнее. Нерастворимые жирные кислоты образуют комплексные соединения с желчными кислотами, причем на каждую молекулу жирной кислоты приходится несколько молекул желчных кислот (в соответствии 1:2 или 1:4). Эти соединения, называемые холеиновыми кислотами, растворимы в воде и поэтому всасываются без затруднений.

Внутри кишечных ворсинок холеиновые кислоты расщепляют­ся. Желчные кислоты поступают в кровь, доставляются в печень и снова переходят в состав желчи.

Этим и объясняется тот факт, что 30 г желчных кислот, выде­ляемых в среднем за сутки, достаточно для всасывания 50 г жир­ных кислот. Часть жира всасывается без предварительного гидролиза. Это связано, по-видимому, с высокой степенью диспергирования жира, что делает возможным всасывание его непосредственно в кишечные ворсинки. Расщепление фосфатидов, так же как и нейтральных жи­ров, происходит в кишечнике, где они гидролитически распадаются на свои компоненты: глицерин, жирные кислоты, фосфорную кислоту и азотистое основание.

Этот гидролиз осуществляется комплексом ферментов, получив­ших название фосфолипаз (или лецитиназ) А, В, С и D. Возможно также отщепление жирных кислот фосфатидов под влия­нием липазы поджелудочного сока. Все продукты гидролиза фос­фатидов всасываются кишечной стенкой. Фосфорная кислота всасывается в виде натриевых или калиевых, солей.

Свободный холестерин в кишечнике не подвергается ферментативным воздействиям. Так как он не растворим в воде, он всасывается после образования водорастворимых комплексов с желчными кислотами.

Эфиры холестерина в тонком кишечнике подвергаются гидролизу, катализируемому ферментом холестеразой, на холестерин и жирные кислоты.

Стерины растительного происхождения (фитостерины) в кишечнике почти не всасываются и удаляются из организма с испражнениями.

РЕСИНТЕЗ ЖИРОВ И ЛИПОИДОВ В СТЕНКЕ КИШЕЧНИКА

В клетках кишечной стенки из продуктов гидролиза жиров пищи происходит ресинтез жиров и липоидов, специфичных для данного вида животного. Этот ресинтез не является процессом, строго обратным гидролизу. В ресинтезе участвуют глицерофосфат и «активированные» формы жирных кислот и азотистых ос­нований. Эта активация происходит при участии АТФ, коэнзима А и цитидинтрифосфата.

Депонирование жира. Последуюшие превращения всосавше­гося жира исследовались с помощью меченых атомов. Было установлено, что большая часть жира после его всасывания откладывается в жировых депо организма в виде запасного жира: главным образом в подкожной клетчатке, брыжейке, сальнике. Количество запасного жира индивидуально и зависит от характера питания, образа жизни, состояния обмена веществ и т. д.

Жир, скапливающийся в жировых депо, специфичен для данного вида животных. Состав его непрерывно обновляется, но относительное постоянство питания человека и каждого вида жи­вотных обеспечивает однородность его состава. Однако, если скармливать животным, предварительно голодавшим, большое количество чужеродного жира, то небольшая его часть тоже может откладываться в жировых депо. Например, если собаке давать продолжительное время большие количества льняного масла, богатого ненасыщенными жирными кислотами, то можно обнаружить в составе ее жировых депо жир, гораздо более легкоплавкий, чем обычно. Давая собаке в тех же условиях конский-жир, богатый стеариновой кислотой, мы обнаружим в жировых депо жир с более высокой температурой плавления, чем обычно.

Мобилизация жира. Жир из жировых депо по мере надобности поступает в кровь. Этот процесс носит название мобилизации жира и происходит в тех случаях, когда организм испытывает повышенную потребность в источниках энергии, например при охлаждении или при длительной мышечной деятельности. Так, во­время бега на длинные дистанции, лыжных и велосипедных гонок и т. п. содержание жира в крови повышено. Особенно значительной мобилизация жира бывает при понижении в организме содержания основного источника энергии — углеводов. Примером этого может служить «голодная липемия», наблюдающаяся у людей и животных при длительном лишении их пищи.

Поступающий в кровь жир задерживается печенью и в ее клетках подвергается дальнейшим химическим превращениям. Кроме печени задерживать жир из крови могут легкие. Внутрь мышечных клеток нейтральный жир из крови проникать не может.

Тканевый липолиз. В тканях и органах животного организма обнаружены тканевые липазы, которые катализируют расщепление жира на глицерин и жирные кислоты. Наиболее высока активность липаз в печени, являющейся центральным местом химических превращений жиров; довольно высока активность липаз в легких; в мышцах она незначительна.

В отличие от липаз, содержащихся в пищеварительных соках, тканевые липазы активируются солями фосфорной кислоты. Есть данные о том, что в тканевом липолизе участвует АТФ и чторасщепление жиров в тканях происходит не только гидролитически, но и фосфоролитически, с образованием жирных кислот и фос-фоглицерина. В дальнейшем фосфоглицерин и жирные кислоты могут либо использоваться для синтеза фосфатидов, либо окисляться до СО₂ и Н₂О.

Окисление глицерина. Окисление глицерина начинается с его фосфорилирования, происходящего при участии АТФ. Образующийся при этом фосфоглицерин окисляется в фосфоглицериновый альдегид, являющийся промежуточным продуктом окисления углеводов. Отсюда и начинается общий путь химических превращений угле­водов и глицерина: или окисление фосфоглицерина до пировиноградной кислоты и затем, в цикле трикарбоновых кислот, доСО₂ и Н₂О, или синтез гликогена, который происходит благодаря обратимости отдельных звеньев гликолиза. Возможность синтеза гликогена из глицерина подтверждена опытами на животных, в пище которых углеводы были заменены глицерином. Глицерин, таким образом, является связующим звеном между обменом жиров и углеводным обменом. Наконец, фосфоглицерин может быть использован для синтеза фосфатидов, который происходит также главным образом в печени.

Окисление жирных кислот. Создание теории окисления жирных кислот связано с именем Кноопа. Эта теория получила назва­ние теории β-окисления и, несмотря на предложенные позднее другие теории (теория ω-окисления, перемежающе­гося окисления), является в настоящее время общепризнанной.

Согласно теории Кноопа, окисление жирных кислот состоит из последовательно сменяющих друг друга реакций дегидрогенирования и присоединения воды с окислением углеродного атома, который находится в р-положении по отношению к карбоксильной группе. В результате окисления проис­ходит последовательное отщепление от молекулы жирной кислоты соединения, содержащего два углеродных атома и, следовательно, постепенное укорочение жирной кислоты на два атома углерода. Это согласуется с тем фактом, что в организме встречаются только такие жирные кислоты, которые содержат четное число углеродных атомов.

Последующими исследованиями было установлено, что жирные кислоты до окисления активируются путем соединения с коэнзимом A (HS—КоА). Активация идет при участии АТФ, которая расщепляется на АМФ и пирофосфат:

Процесс активации жирной кислоты проходит в два этапа:

Образующийся при этом ацилкоэнзим А, обладающий макроэргической связью между карбоксилом кислоты и серой коэнзи-ма А, подвергается затем β-окислению. На последней стадии происходит разрыв углеродной цепи с образованием связанной с коэнзимом А уксусной кислоты (ацетилкоэнзим А) и укороченной на два углеродных атома активированной жирной кислоты (ацилкоэнзим А). Процесс β-окисления, происходящий в митохондриях клеток, катализируется специальными ферментами; переносчиками водорода на этапах дегидрогенизации являются никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД) и флавин-аденин-динуклеотид (ФАД). Образовавшийся в результате последовательного действия ферментов ацилкоэнзим А вновь подвергается окислению вплоть до образования бутирилкоэнзима А (продукта конденсации коэнзима А с масляной кислотой), который, в конечном итоге, окисляется до двух молекул ацетил-коэнзима А.