74

Методическое пособие по биохимии

Для студентов стоматологического факультета

Часть2

Тема: Обмен и функции липидов (занятия 19-22)

Цель: Изучить биологическую роль липидов, их метаболизм и регуляцию метаболизма для понимания механизмов приспособления организма к изменяющимся условиям, для характеристики нормы и патологии, для обоснования профилактических мероприятий. Научиться определять в биологических жидкостях содержание некоторых липидов, их метаболитов и энзимов, характеризующих состояние липидного обмена.

­Значение темы: Липиды – органические соединения, разнообразные по химическому строению, но обладающие общим для них физическим свойством – гидрофобностью. Липиды тканей выполняют разнообразные жизненноважные функции. Нарушения их метаболизма обусловливают многие распространенные заболевания. В связи с этим надо знать источники липидов в питании, суточную потребность в них, механизмы переваривания и всасывания, транспорта в крови, их особенностях, связанных с гидрофобностью, метаболизм и регуляции метаболизма

Липиды представляют собой наиболее концентрированный источник энергии для организма, высвобождая при окислении в два раза больше энергии - 9,1 ккал ( в пересчете на 1 г), чем углеводы и белки, обеспечивая от одной трети общей калорийности средней диеты человека.

Для оптимального роста и нормального функционирования организму человека требуются жирорастворимые витамины и ненасыщенные высшие жирные кислоты /ВЖК/, в том числе полиеновые кислоты, которые являются субстратом для синтеза эйкозаноидов – высокоактивных регуляторов клеточных функций; фосфолипиды, гликолипиды, холестерин как компоненты клеточных мембран. Этим определяется незаменимость липидов как компонентов пищи.

Экзогенные липиды подвергаются ферментативному гидролизу в желудочно-кишечном тракте /ЖКТ/, главным образом, в двенадцатиперстной кишке. Их переваривание нуждается в предварительном эмульгировании. Основные эмульгаторы - желчные кислоты с выраженными амфифильными свойствами.

Желчные кислоты необходимы и для всасывания гидрофобных продуктов переваривания.

Особенностью превращений экзогенных липидов в жкт является их специфический ресинтез в стенках кишечника.

Гидрофобностью липидов обусловлено образование транспортных форм; знание механизмов их взаимопревращения важно для понимания нарушений обмена липидов.

ЗАНЯТИЕ 19. Биологическая роль липидов. Превращения в желудочно-кишечном тракте. Транспортные формы.

Цель: Изучить биологическую роль липидов в организме человека, исходя из химического строения и физико-химических свойств, их источники в питании, механизмы переваривания и всасывания, их возможные нарушения. Изучить строение и классификацию транспортных форм.

Студент должен знать:

1. Строение липидов тканей человека, их классификацию и функции.

2. Строение, номенклатуру, биологические функции эссенциальных жирных кислот, их роль как предшествеников синтеза эйкозаноидов, суточную потребность, источники липидов в питании.

3. Основные этапы превращений липидов в желудочно-кишечном тракте, роль желчных кислот, их строение, происхождение и значение, а также причины, признаки и последствия нарушений переваривания и всасывания (стеатореи).

4. Ресинтез липидов в клетках кишечника.

5. Образование транспортных форм липидов в стенке кишечника, их транспорт к тканям; свойства липопротеинлипазы, локализацию, значение; понятия «гиперхиломикронемия», «гипертриацилглицеролемия».

6. Состав и строение транспортных липопротеинов крови, функции апопро­теинов.

Студент должен уметь:

1. Дифференцировать по биохимическим показателям тип стеатореи (гепатогенная, панкреатическая и энтерогенная стеаторея).

2. Экспериментально сравнить степень эмульгирования липидов различными эмульгаторами.

Студент должен получить представление :

1. О роли эйкозаноидов в развитии воспалительного процесса и аллергических реакций

2. О молекулярных механизмах патогенеза семейной гиперхиломикронемии, гипертриглицеролемии, характерные проявления этих заболеваний.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1. Химическое строение соединений, относящихся к классу липидов. Структурные формулы высших жирных кислот, три-, ди- и моноацилглицеридов, фосфатидилхолина, фосфатидилсерина, фосфатидилэтаноламина, холестерола.

2. Эссенциальные жирные кислоты (w-3 и w-6 класса).

3. Физико-химические свойства липидов. Понятие «амфифильность».

4. Анатомия и физиология отделов желудочно-кишечного тракта

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1. Дайте определение термина «липиды». Классификация липидов.

2.Вспомните из курса органической химии и запишите общую формулу высших жирных кислот. Запомните,что полиеновые-эссенциальные кислоты делят на две группы- ω -3 и ω -6 – в зависимости от положения первой двойной связи по отношению к концевой метильной группе. Эти кислоты являются предшественниками эйкозаноидов и в организме не синтезируются.

Закончите заполнение таблицы: Строение жирных кислот

Название кислоты	Сn : m	ω	Структура кислот
Насыщенные:
пальмитиновая	16:0
стеариновая	18:0
Ненасыщенные (моноеновые)
олеиновая	18:1 Δ 9
Ненасыщенные (полиеновые)
линолевая	18:2 Δ9,12	6
линоленовая	18:3 Δ9,12,15	3
арахидоновая	20:4 Δ5,8,11,14	6

* Сn : m –число углерода (n) и число двойных связей (m) в молекуле;

ω- (6,3)- номер углеродного атома, у которого находится первая двойная связь, считая от ω (последнего т.е.метильного)атома углерода

*звездочкой отметьте эссенциальные (несинтезируемые в организме)жирные кислоты

2. Закончите заполнение таблицы: Строение и функции основных липидов человека

Класс липидов	Схема строения или структурная формула	Функция	Преимущественная локализация в организме
Триацилглицерины
Глицерофосфолипиды: Фосфотидилхолин Фосфотидилэтаноламин фосфотидилсерин	В таблице запишите общую структурную формулу. Чем отличаются представители?
Сфингофосфолипиды – сфингомиелины	Сфингозин │ │ Р жирная │ кислота холин
Гликолипиды: А. цереброзиды, если углевод-моносахарид; Б. ганглиозиды, если углеводы сложного состава (например, ацетилнейраминовая кислота)	цереброзид │ │ углевод жирная кис-та
Стероиды: Холестерин и его производные

*Отметьте на схемах строения гидрофильную и гидрофобную части молекул. Сравните степень растворимости этих соединений.

3. Запишите важнейшие пищевые источники липидов. Суточную потребность. Калорийность жира.

4. С физиологических позиций липиды организма подразделяют на категории: структурные и резервные. Запишите представителей этих категорий и их функции.

5. Заполните таблицу: Этапы переваривания и всасывания жира

Локализация процесса	Название процесса	Условия, необ- ходимые	Результат процесса
Полость 12-перс-тной кишки	А.Эмульгирование Б. В.	Желчные кисло-ты и их соли	Липидные мицеллы с увеличения контактной поверхности с ферментом
Слизистая оболочка тонкой кишки	А Б.
Кровь

6. В соответствии с таблицей выполните следующие задания:

а. Назовите желчные кислоты, изучите их структуру, происхождение и биологическое значение;

б. Нарисуйте схему эмульгирования жира желчными кислотами;

в. Составьте схему (с использованием структурных формул) переваривания нейтрального жира до конечных продуктов;

г. Назовите соединения, обеспечивающие всасывание гидрофобных продуктов гидролиза;

д. Назовите транспортные формы, образующиеся в слизистой оболочке кишечника. Изучите по учебнику их строение.

7. Определите понятие «Стеаторея». Причины ее возникновения.

8. Заполните дифференциальную таблицу.

Тип стеатореи	Причины	Цвет кала	В кале изменено содержание

9. Назовите транспортные формы липидов, переносимые кровью. Изучите по учебнику строение, относительное процентное соотношение составляющих; назовите компоненты, которые составляют внутреннее ядро, наружную часть; назовите место образование всех липопротеинов.

10. Назовите роль липопротеинлипазы.

Аудиторная работа

Лабораторная работа.

1. Эмульгирование липидов является необходимым условием их ферментативного расщепления в пищеварительном тракте. Основной фактор, обеспечивающий эмульгирование в ЖКТ, - желчные кислоты, которые являются поверхностно-активными веществами. Менее активны в этом отношении мыла и углекислый натрий, участвующий в образовании мыл.

Ход работы: В пять пробирок внести по 0,5 мл растительного масла, добавить в первую пробирку 2 мл дистиллированной воды, во вторую – 2 мл желчи, в третью – 2 мл 1% р-ра мыла, в четвертую – 2 мл 1% р-ра углекислого натрия. Встряхнуть до образования эмульсии, определить время, необходимое для расслоения эмульсии.

Результаты работы представить в виде таблицы. Сравните степень эмульгирования липида различными эмульгаторами.

2. Качественная реакция на желчные кислоты. Принцип метода: желчные кислоты (в присутствии серной кислоты) дают пурпурное окрашивание с оксиметилфурфуролом, который образуется из фруктозы, входящей в состав сахарозы.

Ход работы: на сухое предметное стекло, помещенное на лист белой бумаги, нанести 1 каплю разведенной в 2 раза водой желчи и 1 каплю 20% раствора сахарозы, смешать. Рядом на стекло нанести 3 капли концентрированной сер­ной кислоты так, чтобы капли сливались. Через некоторое время в месте сли­яния капель развивается красное окрашивание, переходящая при стоянии в красно-фиолетовое (пурпуровое).

Проконтролируйте усвоение материала:

1. Найти среди перечисленных жирных кислот ненасыщенные. Подобрать для каждой из них соответствующее обозначение (найти соответствие):

1. Пальмитиновая а. 16:0

2. Олеиновая б. 18: 0

3. Стеариновая в. 18:1 D 9

4. Линолевая г. 20: 4 D 5,8,11,14

5. Линоленовая д. 18: 2 D 9,12

6. Арахидоновая е. 18: 3 D9,12,15

2. Установить соответствие (подберите к каждому типу липидов и их производных (1 – 5) соответствующую специфическую функцию (а – д):

1. Триацилглицериды а. Источники энергии,структурные элементы

2. ВЖК б. Источники энергии, запасная форма

3.Простагландины в. Регуляторы тонуса гладкой мускулатуры

4. Сфингомиелины г. Структурный компонент

5. Таурохолевая кислота е. Эмульгатор

3. Выбрать из перечисленного ниже то, что необходимо для переваривания липидов в тонком кишечнике: а) рН-7,2; б) соли желчных кислот; в) холестерин; г) панкреатическая липаза; д) жирорастворимые витамины; е)липопро­теид­липа­за

4. Выбрать из перечисленных ниже обязательные условия (или вещество), необходимые для активации липазы: а) холестерин; б) белок;

В) желчные кислоты; г) жирорастворимые витамины; д) рН –7,2

5. Выбрать процессы, протекающие с участием желчных кислот: а) активация панкреатической липазы; б) всасывание гидрофобных продуктов переваривания в слизистую кишечника; в) эмульгирование жира; г) всасывание глицерина

6. Мицеллы желчи, образующиеся в желчном пузыре, содержат в своем составе желчные кислоты, фосфолипиды и холестерин в соотношении 12,5 : 2,5 : 1.0. При нарушении этого соотношения могут образовываться желчные камни, содержащие холестерин. Объясните, какую функцию выполняют желчные кислоты.

7. Выберите липопротеины, образующиеся в слизистой тонкой кишки:

а) хиломикроны; б) ЛПОНП; в) ЛНП; г) ЛВП

8. Какие последствия (из перечисленных) может иметь нарушение всасывания жиров: а) стеаторея; б) гиповитаминоз Д; в) гиповитаминоз К; г) гипо­витаминоз С; д) нарушение синтеза насыщенных ЖК; е) нарушение синтеза простагландинов.

9. Выберите причины нарушения переваривания и всасывания липидов:

а. Недостаточность секреции соляной кислоты

б. Снижение активности липопротеидлипазы

в. Недостаточность секреции желчи

г. Нарушение синтеза панкреатической липазы

д. Нарушение секреции трипсина

10. Расположите в правильной последовательности этапы ассимилирования пищевых липидов в организме:

а. Образование ХМ, б. Ресинтез ТАГ; в. Транспорт кровью;

г. Всасывание; д. Эмульгирование;

е. Ферментативный гидролиз жира; ж. Образование смешанных мицелл

Сравните Ваши ответы с эталонными. Выясните причину ошибочного ответа. Оцените работу в процентах положительных ответов.

Используя учебник и конспекты лекций, выполните следующее:

1. У больного обнаружена стеаторея. Содержание желчных кислот в первой пробе при дуоденальном зондировании соответствует нормальному. Назовите возможные причины нарушения переваривания жиров и мероприятия для уточнения. Примечание: при дуоденальном зондировании получают последовательно три порции желчи, первая из них – содержимое 12-перстной кишки, вторая – содержимое желчного пузыря и третья – печеночная желчь.

2. Рассчитайте потребность в липидах (в граммах), если 60% энерготрат организма обеспечивается углеводами, а 18% - белками (общий уровень энерготрат обследуемого – 2500 ккал).

3. Энерготраты подопытного животного обеспечивались на 18 % белками, на 70% - углеводами и на 12% - жирами. Общий уровень энерготрат – 300 ккал. Как следует увеличить содержание липидов, чтобы сохранить энергетический баланс, если количество углеводов уменьшили в рационе в 2 раза?

4. Сколько липидов растительного и животного происхождения должен содержать рацион человека, если его энерготраты составляют 2500 ккал, а на долю энерготрат, обеспечиваемых липидами, приходится 22 % всей необходимой энергии.

5. Расположите в логической последовательности представленные ниже ключевые положения, характеризующие этапы превращений липидов в желудочно-кишечном тракте: ферментативный гидролиз экзогенных жиров (используйте название процесса), активация панкреатической липазы (впишите, чем она активируется), эмульгирование экзогенного жира (назовите эмульгаторы), экзогенные жиры пищи (назовите основные пищевые липиды), секреция панкреатической липазы в ЖКТ, образование продуктов гидролиза (назовите конкретные продукты), ресинтез жиров в слизистой оболочке тонкой кишки (напишите схему процесса в виде формул), образование смешанных мицелл в полости тонкой кишки (назовите компоненты мицелл и значение образования); образование транспортных форм экзогенных липидов (указать конкретные формы), гидролиз транспортных форм липопротеидлипазой, транспорт липидов в кровотоке.

Ответ построить в виде схемы, включающей этапы переваривания и всасывания жира, указания на локализацию процесса.

ЗАНЯТИЕ 20.Тема: Метаболизм триацилглицеридов в тканях.

Цель занятия. Изучить метаболизм ТАГ в тканях: пути образования и использования ацетил-КоА, а также регуляцию этих процессов. Научиться использовать эти знания для объяснения энергетической функции липидов; связывать обмен липидов с углеводным обменом и объяснить причины кетонемии и кетонурии при некоторых физиологических состояниях. Освоить технику расчета энергетического эффекта окисления три­ацилглицеридов. Овладеть методом качественного определения кетоновых тел в сыворотке и понимать клинико-диагностическое значение результатов.

Студент должен знать:

1.Тканевой липолиз: определение, химизм процесса, гормонозависимый фермент, конечные продукты, гормональную регуляцию мобилизации жира. Сравнить гликоген и жир как запасаемые энергоносители.

2. Окисление глицерина до конечных продуктов, химизм, энергетический эффект процесса.

3. b-окисление жирных кислот, локализацию, химизм, регуляцию и энергетический эффект.

4.Пути использования ацетил-КоА.

5.Механизм и локализацию образования кетоновых тел, регуляцию и биологическое значение.

6.Возможные причины кетоза (кетонемии и кетонурии), связь его с обменом углеводов.

7.Как инициируется перекисное окисление ненасыщенных жирных кислот.

8.Структура, состав и функции бурой жировой ткани

9.Химизм биосинтеза жирных кислот, связь процесса с окислением углеводов и регуляцию.

10. Химизм депонирования жира, связь с окислением углеводов и регуляцию, особенности биосинтеза жира в различных тканях, тип липопротеидов, транспортирующих жир из органа.

Студент должен уметь:

1. Связывать процессы мобилизации жира в тканях, синтез кетоновых тел с углеводным обменом.

2. Объяснить причину кетонемии при голодании, физической нагрузке и сахарном диабете.

3. Обнаружить кетоновые тела в биологической жидкости. Интерпретировать результаты.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1. Реакции радикального замещения. Цепные процессы.

2. Реакции элиминирования (дегидрирования).

3. Морфологические особенности бурого жира.

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1. Изобразите структурными формулами распад тканевого нейтрального жира (тканевой липолиз). Укажите ферменты.

Звездочкой* укажите регуляторный (гормонозависимый) фермент процесса.

2.Запишите активаторы и ингибиторы тканевого липолиза.

3. Запишите структурными формулами окисление глицерина до 3-фосфоглицеринового альдегида. Рассчитайте энергетический эффект полного окисления 1 моля глицерина. Уясните, что этот промежуточный продукт далее включается в первый этап окисления глюкозы.

4. Запишите структурными формулами бета-окисление высших жирных кислот с четным количеством углеродных атомов. Уясните, что конечный продукт –ацетилКоА - далее включается в цикл трикарбоновых кислот.

5. Рассчитайте энергетический эффект полного окисления жирной кислоты, имеющей в своем составе 16 углеродных атомов (пальмитиновая кислота).

6. Запишите соединения, которые относят к группе «кетоновые тела». Их значение в организме. Локализацию образования кетоновых тел.

7. Изобразите структурными формулами процесс образования кетоновых тел.

8. Дайте определение понятия «кетонемия», «кетонурия».Уясните,что при ускоренном окислении высших жирных кислот образуются кетоновые тела

9. Запишите возможные причины кетоза (кетонемии, кетонурии), связь его возникновения с обменом углеводов.

10. Изучите синтез жирных кислот. Определите (запишите) субстрат синтеза, значение пентозофосфатного пути для синтеза, локализацию процесса, ключевой фермент синтеза и его активатор; укажите связь этого процесса с метаболизмом глюкозы, использование ВЖК в организме.

Проверьте свои знания:

1. Какой из ферментов, катализирующих тканевой липолиз, является гормонозависимым: триацилглицеридлипаза, диацилглицеридлипаза, липопротеинлипаза.

2. Назовите гормоны, которые стимулируют мобилизацию депонированных жиров в:

постабсорбтивный период, в условиях голодания, физической нагрузки (несколько правильных ответов):

инсулин, глюкагон, адреналин, соматотропный гормон, кортизол.

3. Выберите из перечисленных ситуации, при которых мобилизацию депонированного жира стимулирует преимущественно глюкагон:

гипергликемия, физические нагрузки, постабсорбтивный период, голодание.

4. Назовите ткани или клетки, в которых невозможно окисление ВЖК:

клетки красных скелетных мышц, печень, почки, сердце, мозг, эритроциты. Ответ аргументировать.

Возможно ли ß-окисление ВЖК в анаэробных условиях? Ответ аргументировать.

5. Назовите из перечисленных соединения, которые относятся к кетоновым телам: ацетил-КоА, ацетоуксусная кислота, ß-гидро­кси­бу­тират, оксалоацетат, ацетон

6. Какие органы (ткани) из перечисленных могут использовать кетоновые тела в качестве источника энергии:

сердце, печень, мышцы, мозг, жировая ткань.

7. Выберите из перечисленных ситуации, при которых активируется синтез кетоновых тел:

повышена активность распада глюкозы, повышен уровень в крови инсулина; снижена активность реакций ЦТК, скорость ß-окисления снижена, скорость ß -окисления повышена, длительное голодание.

8. Какие из перечисленных метаболических путей связаны с синтезом ВЖК:

основной путь окисления углеводов, пентозо-фосфатный путь,

ß -окисление, липолиз депонированных жиров.

9. Назовите эффекторы, активирующие ацетилКоА-карбоксилазу - регуляторный фермент синтеза ВЖК.

глюкагон, адреналин, инсулин или цитрат.

9. Подберите правильные пары утверждений:

1. Процесс локализован в цитозоле; 2. Процесс локализован в митохондриях; 3. Один из ферментов процесса содержит биотин; 4. Один из ферментов процесса имеет кофермент НАДФ; 5.Процесс связан с синтезом АТФ.

А. бета-окисление; В. биосинтез ВЖК; С. оба процесса; Д. ни один

Сравнить ответы с эталонными. Выяснить причину ошибочного ответа.

Оценить работу в процентах положительных ответов.