Обмен+углеводов.+Патохимия.+2011

13.Из приведенного ниже перечня выберите продукты реакции, которые образуются под воздействием 3 ФГА дегидрогеназы: (2 ответа)

A.НАДН2

B.1,3 ФГК

C.2,3 ФГК

D.3 ФГК

14.Из приведенного ниже перечня выберите кофермент, который восстанавливается в реакции гликолитической оксидоредукции:

A.ФАМН

B.НАД+

C.ФАД

D.НАДФ+

15.Из приведенного ниже перечня выберите общий энергетический баланс аэробного гликолиза:

A.2АТФ

B.8АТФ

C.6АТФ

D.4АТФ

16.Из приведенного ниже перечня выберите отрицательные модуляторы гексокиназы:

A.Глюкозо 6 ф

B.АТФ

C.Фруктоза 6 ф

D.АДФ

17.Из приведенного ниже перечня выберите положительный модулятор пируватдегидрогеназного комплекса: (2 ответа)

A.HSKoA

B.НАДН2

C.НАД+

D.АТФ

61

18.Из приведенного ниже перечня выберите, в каких органах преобладает малат аспартатный челнок: (2 ответа)

A.Сердце

B.Костный мозг

C.Жировая ткань

D.Почки

19.Из приведенного ниже перечня выберите количество АТФ, которое синтезируется при переносе гликолитического водорода в ЦОФ глицерофосфатной челночной системой:

A.2

B.4

C.3

D.7

20.Из приведенного перечня выберите ферменты, которые конкурируют между собой за общие метаболиты аэробного и анаэробного пути расщепления глюкозы при реализации эффекта Пастера: (3 ответа)

A.ПВК ДГ

B.ЛДГ

C.малатдегидрогеназа

D.Пируватдекарбоксилаза

E.ПВК карбоксилаза

5. ДИДАКТИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА №3 «ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ШУНТ И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ. РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА УГЛЕВОДОВ»

5.1.УЧЕБНОЕ ЗАДАНИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ № 3

1.Тема занятия: Пентозофосфатный шунт и глюконеогенез, регуляция обмена углеводов.

2.Учебная цель занятия: Знакомство с пентозофосфатным путем обмена моносахаридов, глюконеогенезом, уровнями и механизмами регуляции обмена углеводов.

3.Задачи занятия:

1.Получить представления о возрастных и тканевых особенностях функционирования реакций пентозофосфатного шунта и глюконеогенеза, об их интеграции с другими видами обмена, о номенклатуре и классификации ферментов катализирующих эти процессы и их коферментном составе, об уровнях и механизмах регуляции обмена углеводов.

2.Подробно разобрать регуляцию и написание ключевых реакции глюконеогенеза и окислительной стадии пентозофосфатного шунта.

3.Ознакомиться с распространенными ферментопатиями пентозофосфатного шунта, глюконеогенеза и обмена фруктозы.

4.Научиться самостоятельно выполнять исследование содержания глюкозы в сыворотке крови – ключевого диагностического показателя углеводного обмена.

По теме занятия студент должен знать механизмы пентозофосфатного шунта,

глюконеогенеза, регуляции обмена углеводов и содержания глюкозы в крови.

По теме занятия студент должен уметь воспроизводить последовательность реакций окислительной стадии пентозофосфатного шунта, глюконеогенеза, предсказывать метаболические последствия нарушений этих путей, количественно определять содержание глюкозы в сыворотке крови, вносить результаты анализа в протокол и делать заключение о состоянии углеводного обмена в организме.

4. Продолжительность занятия в академических часах: 3

63

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ

I.Пентозофосфатный шунт (ПФШ).

1.Схема, биологическое значение, локализация ферментов в клетке, тканевые особенности функционирования, регуляция.

2.Реакции ПФШ до пентозофосфатов (стадия окисления), использование пентозофосфатов в шунтировании гликолиза (неокислительная стадия) схематично.

3.Витамин В1: химическая природа и структура, источники для организма, механизм действия, метаболическая роль; причины, биохимические нарушения и клинические проявления гиповитаминоза.

II.Глюконеогенез (ГНГ).

1.Схема, субстраты, локализация ферментов в клетке, тканевая специфичность, значение.

2.Реципрокная регуляция глюконеогенеза и гликолиза: механизмы, роль гормонов (адреналина, глюкокортикоидов, глюкагона, инсулина и др.).

3.Ключевые (необратимые) реакции глюконеогенеза, номенклатура ферментов, их классификация, регуляция, значение.

III. Уровни и механизмы регуляции обмена углеводов (центральный, межорганный, метаболический клеточный). Цикл Кори (глюкозо лактатный цикл): механизм, значение.

IV. Возрастные особенности ПФШ и ГНГ, значение.

5.2. МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Работа № 1. Определение содержания глюкозы в сыворотке крови.

Принцип метода: Глюкоза при нагревании с о толуидином в растворе уксусной кислоты дает зеленое окрашивание, интенсивность которого пропорциональна содержанию глюкозы.

Ход работы:

1. Центрифугирование.

В центрифужную пробирку внести 0,9 мл 3% р.–ра ТХУ и по стенке 0,1 мл крови, смешать и центрифугировать при 5 тыс. об/мин., полученный супернатант слить в чистую пробирку.

64

2. Проведение цветной реакции.

В три чистые, маркированные пробирки внести реагенты (табл. 5)

Пробирки плотно закрыть крышками из фольги и поставить точно на 8 минут в кипящую водяную баню, по истечении этого времени осторожно остудить под струей холодной воды и использовать для колориметрического анализа. Если жидкость после нагревания мутна, ее необходимо вновь центрифугировать.

3. Колориметрирование окрашенных растворов провести при длине волны 600 – 650 нм красном светофильтре в кюветах с ходом луча 10мм.

В нормальной капиллярной крови, взятой натощак, концентрация глюкозы находится в пределах: У детей 4,1 – 5,6 ммоль/л. У взрослых до 40 лет 3,3 – 5,5

ммоль/л. В 40 – 59 лет 4,1 – 5,9 ммоль/л. В 60 – 90 лет 4,4 – 6,4 ммоль/л.

Концентрация глюкозы в сыворотке крови определяется выше примерно на 0,5 ммоль/л.

Клинико диагностическое значение.

65

Концентрация глюкозы крови находится под контролем многих органов и систем и поэтому отражает их функциональное состояние, но в первую очередь функциональное состояние инсулярного аппарата и обмена инсулина, затем функциональное состояние эндокринных систем, вырабатывающих антиинсулярные гормоны и метаболизм этих гормонов. В меньшей степени уровень глюкозы отражает состояние внутренних органов, прежде всего печени и почек, а также глюкозозависимых (головной мозг), интенсивно гликолизирующих тканей (опухолевая, жировая) и др. Вот почему при патологических состояниях указанных органов и систем исследуется концентрация глюкозы крови как диагностического и прогностического биохимического показателя, помогающего уточнить или установить диагноз, проследить динамику течения болезни и эффективность лечения, документировать выписку больного.

5.3. ЛЕКЦИЯ № 3

Тема: Пентозофосфатный шунт и глюконеогенез, регуляция углеводного обмена.

Глюконеогенез (гнг)

Глюконеогенез – синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Основными субстратами глюконеогенеза являются лактат, глицерол, аминокислоты. Глюконеогенез является обратным процессом гликолиза, который протекает в цитоплазме и матриксе митохондрий. Необратимые реакции гликолиза (1, 3 и 10), катализируемые гексокиназами, фруктокиназами и пируваткиназами обходятся с участием 4 специфических ферментов глюконеогенеза: пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируват карбоксикиназы, фруктозо 1,6 фосфотазы и глюкозо 6 фосфотазы. Кроме того, в глюконеогенезе участвуют ферменты ЦТК, например, малат ДГ.

Реакции глюконеогенеза

1.Пируваткарбоксилаза (ПВК: СО2 синтетаза (АТФ→АДФ+Фн)) содержит биотин, находиться в митохондриях, превращает ПВК в ЩУК. Индуктор: глюкагон, адреналин, кортизол. Репрессор: инсулин. ( М) АМФ, (+М) АцетилКоА. Образующийся ЩУК проходит внутреннюю мембрану митохондрий в своей восстановленной (в виде малата) или аминоформе (в виде аспартата).

66

2.Фосфоенолпируваткарбоксикиназа (ГТФ: ЩУК 2 фосфотрансфераза

(декарбоксили рующая)) находиться в цитоплазме, превращает ЩУК

в ФЕП. Индуктор: глюкагон, адреналин, кортизол. Репрессор: инсулин.

3.Фруктозо 1,6 фосфотаза (Фруктозо 1,6дф: фосфо гидролаза) дефосфорилирует фруктозо 1,6дф. Индуктор: глюкагон, адреналин, кортизол. Репрессор: инсулин. ( М) АМФ, фруктозо 2,6дф. (+М) цитрат, жирные кислоты.

4.Глюкозо 6 фосфотаза (Глюкозо 6ф: фосфо гидролаза) дефосфорилирует глюкозо 6ф. Индуктор: глюкагон, адреналин, кортизол. Репрессор: инсулин.

Энергетический баланс глюконеогенеза

На образование 1 глюкозы из 2 лактатов требуется 6 АТФ: 2 АТФ для пируваткарбоксилазы, 2 ГТФ для ФЕПкарбоксикиназы, 2 АТФ для фосфоглицераткиназы. Обще уравнение глюконеогенеза:

2 лактат + 4 АТФ + 2 ГТФ + 4 Н2О → 1 глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 Фн

Регуляция глюконеогенеза

Регуляция глюконеогенеза осуществляется реципрокно с реакциями гликолиза (рис.7): активация глюконеогенеза, сопровождается ингибированием гликолиза и наоборот. Регуляция обмена глюкозы происходит с участием гормонов и метаболитов, которые изменяют активность и количество регуляторных ферментов гликолиза и глюконеогенеза. Инсулин индуцирует синтез ключевых ферментов гликолиза и репрессирует синтез ключевых ферментов глюконеогенеза. Глюкагон, кортизол и адреналин индуцирует синтез ключевых ферментов глюконеогенеза. Ключевые ферменты гликолиза активируют – АМФ, фруктозо 2,6дф, фруктозо 1,6дф, ингибируют – АТФ, НАДН2, цитрат, жирные кислоты, аланин, АцетилКоА, глюкагон, адреналин. Ключевые ферменты глюконеогенеза активируют – АцетилКоА, глюкагон, ингибируют – АМФ, фруктозо 2,6дф.

67

КРОВЬ глюкоза

НАДН2

1,3-ФГК

АДФ

ЦИТОПЛАЗМА фосфоглицераткиназа

АТФ

Рис.7. Регуляция глюконеогенеза

Тканевые особенности глюконеогенеза

В большинстве тканей глюконеогенеза нет.

Наибольшая активность глюконеогенеза отмечается в печени, меньше в почках и слизистой оболочке кишечника, в них может синтезироваться до 80 100г глюкозы в сутки. В этих органах глюконеогенез идет до конца с образованием

68

свободной глюкозы, которая может выходить из клеток, поддерживая гомеостаз глюкозы в крови. В норме гомеостаз глюкозы в крови обеспечивается глюконеогенезом печени до 80%, почек до 20%.

Небольшая активность глюконеогенеза наблюдается в мышечных тканях, однако из за отсутствия у них последних ферментов глюконеогенеза, вместо свободной глюкозы образуются только ее производные, которые не способны покинуть клетку. Таким образом, углеводы синтезируются в мышечных тканях только для собственных нужд. Например, в скелетных мышцах и жировой ткани нет глюкозо 6 фосфотазы, продукт глюконеогенеза – глюкозо 6ф. В миокарде и гладких мышцах нет фруктозо 1,6 дифосфотазы, продукт глюконеогенеза – фруктозо 1,6 дф.

Биологическое значение глюконеогенеза

Необходимость поддержание постоянного уровня глюкозы в крови связана с тем что, для многих тканей глюкоза является основным (нервная ткань), а для некоторых единственным (эритроциты) источником энергии. Потребность в синтезе глюкозы объясняется тем что, гликогенолиз печени может самостоятельно обеспечивать гомеостаз глюкозы в крови только в течение 8 12 часов, далее запас гликогена в течение суток почти полностью истощается. В условиях длительного голодания (больше суток) глюконеогенез является единственным источником глюкозы в организме.

Пентозофосфатный шунт (пфш)

Синонимы названия пентозофосфатного пути, встречающиеся в литературе

1.Пентозофосфатный шунт (гликолиза)

2.Пентозофосфатный цикл окисления глюкозы

3.Путь апотомического окисления глюкозы (гликолиз – дихотомическое окисление)

4.Путь прямого окисления глюкозы

5.Путь Эмбдена Меергофа Кребса

Пентозофосфатный шунт является альтернативным путем окисления глюкозы. Наиболее активен этот процесс в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, фагоцитирующих лейкоцитах, лактирующей молочной железе, семенниках. Протекает он в цитозоле без участия кислорода и состоит из 2 стадий окислительной и неокислительной. В окислительной стадии происходит восстановление НАДФН2, который используется: 1) для регенерации глутатиона в антиоксидантной системе; 2) для синтеза жирных кислот; 3) в оксигеназных реакциях с участием цитохрома Р450 при обезвреживании ксенобиотиков, метаболитов, синтезе холестерина,

69

стероидных гормонов и т.д. В неокислительной стадии образуются различные пентозы. Рибозо 5ф может использоваться для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

Тканевые особенности функционирования ПФШ

В зависимости от потребности ткани, пентозофосфатный процесс может протекать в виде метаболического цикла, пути или шунта начальных реакций гликолиза:

1.При ПФЦ или ПФШ в качестве продукта образуется только НАДФН2. Пентозы в этом случае не являются конечным продуктом, они превращаются в фосфогексозы, которые замыкают цикл, или уходят в гликолиз, завершая шунт. В жировой ткани, эритроцитах.

2.Продуктом ПФП являются НАДФН2 и пентозы. В печени, костном мозге.

3.В тканях, которые не испытывают потребность в НАДФН2, функционирует только неокислительная стадия ПФП, причем ее реакции идут в обратную сторону начиная с фруктозы 6ф до фосфопентоз. В мышцах.

Реакции окислительной стадии

Окислительная стадия ПФШ (пути, цикла) состоит из 3 необратимых реакций:

1)Глюкозо 6ф дегидрогеназа (глюкозо 6ф: НАДФ+ оксидоредуктаза). Ингибитор НАДФН2. Индуктор инсулин.

2) Глюконолактонгидратаза (6 фосфоглюконат: гидро лиаза).

70