Задачи для самоподготовки:

1. Задача. Характерной особенностью обмена углеводов у детей является более высокий, чем у взрослых, уровень прямого окисления глюкозы в пентозофосфатном цикле. В чем заключается физиологическое значение этого процесса у детей?

2. Задача. У больного наблюдалась выраженная гипогликемия натощак. При исследовании биоптата печени оказалось, что синтез гликогена происходит, но образуются молекулы с короткими боковыми ветвями. Недостаточная активность какого фермента может быть причиной данной патологии? Ответ обоснуйте, написав схему мобилизации гликогена.

3. Задача. Человек совершает срочную физическую работу (например, убегает от опасности) через 30 минут после обеда, состоящего преимущественно из углеводов. В этой ситуации в скелетных мышцах происходит синтез гликогена или его распад? Укажите, какой гормон переключает пути обмена гликогена в описанной ситуации?

4. Задача. Через 2 недели после рождения ребенок потерял аппетит, стал вялым, у него появилась рвота, увеличилась печень и селезенка, возникла катаракта. Биохимическими методами выявлены: галактоземия, гипогликемия. Состояние ребенка улучшилось при переводе на специальную диету, исключающую молоко. Назовите данную патологию и укажите причины выявленных нарушений метаболизма.

5. Задача. На экзамене у студента содержание глюкозы в крови оказалось равным 7 ммоль/л. Какова нормальная концентрация глюкозы в крови? В чем причина развития гипергликемии у студента в данной ситуации?

6. Задача. При остром алкогольном отравлении нередко наблюдается гипогликемия. Укажите причину наблюдаемого симптома. Ответ аргументируйте, представив пути метаболизма глюкозы, скорость которых изменяется под влиянием алкоголя.

7. Задача. Гиповитаминоз В₁ часто наблюдается у больных алкоголизмом и является следствием нарушения питания (50% калорий они получают при окислении спирта). Симптомами дефицита витамина В₁ являются расстройства нервной системы, психозы, потеря памяти (синдром Вернике-Корсакова). Почему к дефициту витамина В₁ особенно чувствительны клетки нервной ткани?

8. Задача. Гипогликемия стимулирует секрецию глюкагона в α-клетках островков Лангерганса. Какие ткани являются мишенями для глюкагона? Каков механизм действия глюкагона в этих тканях? Как изменится концентрация глюкозы в крови при повышении секреции глюкагона?

9. Задача. Почему при наследственной недостаточности глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы наблюдается гемолиз эритроцитов и развитие гемолитической анемии, особенно под влиянием некоторых препаратов, способных повышать скорость образования токсических перекисей (например, противомалярийного лекарства - примахина), или при употреблении в пищу некоторых бобовых?

10. Задача. Решите задачу. Как было установлено, синдром Вернике-Корсакова, проявляющийся нарушением тонуса мышц конечностей, снижением умственной способности и дезориентацией, связан с нарушением прочной связи апофермента и кофермента в ферменте транскетолазе. Симптомы этого синдрома могут проявляться у алкоголиков вследствие снижения поступления в организм витамина. Назовите этот витамин и его коферментные формы. С какими ферментами кроме транскеталазы работает этот витамин?

Пример решения задач:

Задача. Из клеток печени двух крыс был выделен бифункциональный фермент (БИФ), в фосфорилированной и дефосфорилированной формах, имеющих разную ферментативную активность. Объясните особенности функционирования этого фермента. Какую роль играет БИФ в регуляции обмена углеводов в печени животных?

Алгоритм решения. Бифункци­ональный фермент (БИФ) катализирует прямую и обратную реакции образования фруктозо-2,6-бисфосфата путём фосфорилирования фруктозо-6-фосфата. Одна­ко превращение фруктозо-2,6-бисфосфата в фрук-тозо-6-фосфат не является обратимым процессом. Образование фруктозо-2,6-бисфосфата требует затрат АТФ, а при образовании фруктозо-6-фосфата из фруктозо-2,6-бисфосфата гидролитичес­ки отщепляется неорганический фосфат.

В реакции фосфорилирования фруктозо-6-фосфата фермент проявляет киназную актив­ность, а при дефосфорилировании образованного фруктозо-2,6-бисфосфата — фосфатазную. Это обстоятельство и определило название фермен­та «бифункциональный».

Киназная активность БИФ проявляется, ког­да фермент находится в дефосфорилированной форме (БИФ-ОН). Дефосфорилированная фор­ма БИФ характерна для абсорбтивного периода, когда инсулин/глюкагоновый индекс высокий. В этот период количество фруктозо-2,6-бисфос-фата увеличивается.

При низком инсулин-глюкагоновом индексе, характерном для периода длительного голодания, происходит фосфорилирование БИФ, и он фун­кционирует как фосфатаза. Результат — сниже­ние количества фруктозо-2,6-бисфосфата.

Киназную и фосфатазную реакции катализи­руют разные активные центры БИФ, но в каж­дом из двух состояний фермента (фосфорили-рованном и дефосфорилированном) один из активных центров ингибирован. Регуляторное влияние фруктозо-2,6-бисфосфата заключается в том, что он аллостерически активирует фосфофруктокиназу (фермент гликолиза). При этом фруктозо-2,6-бисфосфат снижает ингибирующее действие АТФ на этот фермент в абсорбтивном периоде и повышает его сродство к фруктозо-6-фосфату. В то же время фруктозо-2,6-бисфос-фат ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу (фер­мент глюконеогенеза). Итак, в абсорбтивном периоде уровень фруктозо-2,6-бисфосфата по­вышается, что приводит к активации фосфофруктокиназы и ускорению гликолиза. Результатом уменьшения количества фруктозо-2,6-бисфосфата в постабсорбтивном периоде будет снижение активности фосфофруктокиназы, замедление гликолиза и переключение гликолиза на глюконеогенез.