Раздел VII. Обмен и функция углеводов

Занятие № 19

 

ТЕМА. ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ УГЛЕВОДОВ. СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ И КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ.

Цель занятия: 1.Повторить физико-химические свойства и биологическую роль углеводов.

2.Изучить процессы переваривания и всасывания углеводов.

3.Ознакомиться с обменом гликогена.

4.Овладеть методами качественного и количественного определения глюкозы в моче.

Исходный уровень знаний:

- строение моносахаридов;

- строение и свойства олигосахаридов;

- строение и свойства крахмала, гликогена, целлюлозы;

- классификация и биологическая роль углеводов;

- классификация и номенклатура ферментов.

Содержание занятия.

I.2. Стереоизомерия моносахаридов.

Циклические формы моносахаров.

Реакции полуацетального гидроксила.

Реакции с участием карбоксильной группы.

Физико-химические свойства и биологическое значение мальтозы, сахарозы и лактозы.

Особенности строения и биологическая роль гомо- и гетерополисахаридов.

Переваривание и всасывание углеводов.

Синтез гликогена.

Гликогенолиз.

 

II.1. Работа № 1. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА САХАР

В МОЧЕ.

Для определения сахара в моче применяются качественные реакции Троммера, Фелинга, Ниландера, основанные на окислении свободной альдегидной группы углеводов (напр., глюкозы до глюконовой кислоты) и восстановления металлов (медь, висмут, и др.) из их окисных соединений. Эта реакция довольно быстро происходит при нагревании в щелочной среде. Восстановленная форма металлов окрашена в характерный цвет (напр., закись меди - в красный, висмут - в черный).

 

Химизм реакции Троммера см. ч.I, зан. №4, работа №1.

Проба с жидкостью Фелинга основана на том же принципе, что и реакция Троммера. Отличие и преимущество этой реакции заключается в том, что Фелинг предложил прибавлять сегнетову соль для связывания избытка гидрата окиси меди, из которого при нагревании образуется оксид меди (СuO) - осадок черного цвета, затемняющий реакцию при малых количествах глюкозы в исследуемом образце.

 

COONa COONa

| |

(CHOH)₂+ Cu(OH)₂ → (CHO)₂Cu + 2H₂O

| |

COOK COOK

 

Порядок выполнения работы.

а) Реакция Троммера.

К 5 кап. мочи прибавить 5 кап. 10% раствора едкого натрия и 5 кап. 1% раствора сернокислой меди, нагреть.

РЕЗУЛЬТАТ:

 

 

б) Реакция с жидкостью Фелинга.

К 20 кап. мочи прилить 10-20 кап. жидкости Фелинга и нагреть до кипения верхний слой жидкости.

РЕЗУЛЬТАТ:

 

 

РАБОТА № 2. ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ

САХА­РА В МОЧЕ.

Порядок выполнения работы.

Насыпать в пробирку небольшое количество порошка (состав: 1 часть сернокислой меди + 10 частей безводного углекислого натрия), прибавить несколько капель мочи, подогреть.

РЕЗУЛЬТАТ:

 

Э Т А Л О Н

 

Цвет раствора	Количество сахара
Синий	Отсутствует
Желто-зеленый	0,5% (5 г/л)
Коричнево-красный	1-2% (10-20 г/л)
Красный	свыше 2% (20 г/л)

 

ВЫВОД:

 

 

Клинико-диагностическое значение.

В норме сахар с мочой выделяется в ничтожно малых количествах и обычными методами не определяется.

Появление сахара в моче в количествах, которые можно определить обычными клиническими методами, носит название глюкозурии. Моча содержит, в основном, глюкозу и, реже, фруктозу и галактозу. Глюкозурия может быть функциональная (пищевая, эмоциональная) и патологическая (при заболевании почек, при сахарном диабете), когда в суточной моче может содержаться до 200-300 г глюкозы. Иногда глюкозурия наблюдается при беременности.

III.2.Контрольные вопросы.

Что является мономером крахмала и целлюлозы?

Какие виды амилаз вы знаете, где функционируют a и b-амилазы и как гидролизуют крахмал (гликоген)?

Что такое глюкозурия?

Когда отмечается физиологическая глюкозурия?

Какие заболевания сопровождаются глюкозурией?

 

Материал для самоподготовки. а)1 с. 319-327, 665-669; II, III.

 

Занятие № 2О

 

ТЕМА. ГЛИКОЛИЗ, ГЛИКОГЕНОЛИЗ, ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА. ОБНАРУЖЕНИЕ ПРОДУКТОВ ГЛИКОЛИЗА В БИОЛОГИ-ЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ.

 

Цель занятия: 1.Изучить анаэробный и основной аэробный путь окисления глюкозы.

2.Ознакомиться с методами качественного опре-деления продуктов гликолиза и витамина В₁.

Исходный уровень знаний:

- строение и физико-химические свойства основных углеводов;

- всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте;

- обмен гликогена;

- цикл трикарбоновых кислот;

- классификация и номенклатура ферментов;

- витамины В₁, В₂, В₃, РР, липоевая кислота.

Содержание занятия.

I.2. Гликолиз: локализация в клетке, химизм, ферменты, коферменты, физиологическое значение, энергетическая ценность.

Сходство и различие гликолиза и гликогенолиза, а также гликолиза и спиртового брожения.

Глюконеогенез: химизм, ферменты, биологическая роль.

Дихотомический путь окисления глюкозы: этапы, локализация в клетке, химизм, ферменты, коферменты, энергетическая ценность.

 

II.1. Работа № 1. ИЗУЧЕНИЕ ВЕЩЕСТВ, ОБРАЗУЮ­ЩИХ-

СЯ В ПРОЦЕССЕ ГЛИКОЛИЗА.

а) Открытие триозофосфатов.

Принцип метода.

В процессе гликолиза образуются различные промежуточные фосфорилированные продукты (фосфорные эфиры гексоз, триоз и т.п.). Принцип метода определения фосфора заключается в образовании комплексной фосфорномолибденовой кислоты, которую затем восстанавливают гидрохиноном в молибденовую синь.

Порядок выполнения работы.

 

Реактивы (мл)	Опыт	Контроль
Безбелковый фильтрат	0,5	0,5
2N pаствоp NaОН	0,5	-
Дистиллированная вода	-	0,5
	Смешать и оставить при комнатной температуре на 15 мин.
Молибденовый реактив	0,5	0,5
2N pаствоp HCl	0,5	0,5
1% раствор гидрохинона	0,5	0,5
	Смешать и оставить при комнатной температуре на 5 мин.
20% NaHSO3	0,2	0,2

 

РЕЗУЛЬТАТ:

 

б) Открытие фруктозодифосфата при помощи реакции Селиванова.

Принцип метода и химизм реакции.

Из фруктозы при нагревании с крепкой соляной кислотой образуется оксиметилфурфурол, который дает с резорцином продукт конденсации вишнево-красного цвета.

 

HOCH₂ О CH₂OH -3H₂O O

| H HO | HOH₂C- -C=O

H | | OH H

OH H

Порядок выполнения работы.

В пробирку внести 0,5 мл реактива Селиванова, хорошо перемешать с 0,5 мл безбелкового фильтрата, слегка подогреть на плитке. Окраска зависит от концентрации фруктозодифосфата.

РЕЗУЛЬТАТ:

 

 

в) Открытие молочной кислоты.

Принцип метода и химизм реакции.

Молочная кислота в присутствии фенолята железа (реактив Уффельмана), окрашенного в фиолетовый цвет, образует лактат железа желто-зеленого цвета.

3 -OH + FeCl₃ (C₆H₅O)₃Fe + 3HCl

фенолят железа

COOH COO Fe

| |

(C₆H₅O)₃Fe + 3HCOH HCOH + 3 C₆H₅OH

| |

CH₃ CH_{3 3}

лактат железа

 

Порядок выполнения работы.

В пробирку налить 1 мл приготовленного ex tempore реактива Уффельмана (смесь 20 кап. 1% раствора фенола и 2 кап 1% раствора хлорного железа), прибавить 0,5 мл безбелкового фильтрата мышц.

РЕЗУЛЬТАТ:

 

 

Работа № 2. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА ВИТАМИН В₁.

Витамин В₁ еще называется тиамин, т.к. в своей структуре содержит серу и азот. Тиаминпирофосфат участвует в окислительном декарбоксилировании a-кетокислот и в транскетолазной реакции, входя в состав ферментов.

Недостаток витамина В₁ в пище вызывает поражение периферической нервной системы, известное под названием "бери-бери". При этом накапливаются пировиноградная кислота и другие a-кетокислоты.

Принцип метода.

В щелочной среде тиамин с диазореактивом образует сложное комплексное соединение оранжевого цвета (диазореакция).

 

Порядок выполнения работы.

К диазореактиву, состоящему из 5 кап. 1% раствора сульфаниловой кислоты и 5 кап. 5% раствора нитрата натрия, добавить 1-2 кап. 5% раствора тиамина, затем по стенке пробирки осторожно наслоить 5-7 кап. 10% раствора бикарбоната натрия. На границе раздела жидкостей отметить появление цветного кольца.

РЕЗУЛЬТАТ:

 

III.2. Контрольные вопросы.

Какие реакции гликолиза являются эндэргоническими?

Какие реакции гликолиза являются экзэргоническими?

Каков энергетический эффект гликолиза (исчисляемый в молекулах АТФ)?

Каков КПД гликолиза?

Какие триозофосфаты образуются в процессе гликолиза?

Указать качественную реакцию на триозофосфаты.

Указать качественную реакцию на фруктозу.

На чем основано качественное определение тиамина?

Каков принцип метода определения молочной кислоты?

 

Материал для самоподготовки. а) 1. с.327-345; II, III

 

Занятие № 21

 

ТЕМА. ПУТИ АЭРОБНОГО ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ. РЕГУЛЯЦИЯ И НАРУШЕНИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ.

 

Цель занятия: 1.Изучить аэробные пути окисления глюкозы.

2. Ознакомиться с регуляцией и патологией углеводного обмена.

3.Овладеть методом количественного определения глюкозы крови.

Исходный уровень знаний:

- химия моносахаридов;

- анаэробное окисление глюкозы в организме;

- регуляция активности ферментов;

- пиридинзависимые оксидоредуктазы.

Содержание занятия.

I.2. Цикл трикарбоновых кислот.

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы: локализация в клетке, химизм окислительной ветви, ферменты, энергетическая ценность, биологическое значение.

Взаимосвязь дихотомического и апотомического путей окисления глюкозы.

Регуляция углеводного обмена: роль ЦНС, желез внутренней секреции, ц-АМФ.

Патология углеводного обмена: причины, симптоматика, примеры энзимопатий.

"Сахарные" кривые, диагностическое значение.

 

II.1. Лабораторная работа. ОРТОТОЛУИДИНОВЫЙ МЕТОД

КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ.

Принцип метода и химизм реакции.

Глюкоза при нагревании с ортотолуидином в растворе уксусной кислоты образует комплекс сине-зеленого цвета, интенсивность которого прямо пропорциональна концентрации глюкозы и определяется на фотоэлектроколориметре.

 

-NH₂ + O=C-H H₂O + -N=C-H

| │ │ │

CH₃ R CH₃ R

Влияние инсулина на содержание глюкозы в крови.

Инсулин вырабатывается поджелудочной железой и вызывает снижение уровня глюкозы в крови. Препарат инсулина применяется при лечении сахарного диабета. Особенно чувствительна к снижению уровня сахара в крови ЦНС, т.к. глюкоза является для нее основным источником энергии. Снижение сахара в крови ниже 2,77 ммоль/л (50 мг%) вызывает судороги и может привести к смерти.

Под влиянием инсулина стимулируется синтез гликогена в печени и мышцах, тормозится распад гликогена, глюкоза превращается в липиды, увеличивается проницаемость глюкозы через клеточные мембраны в мышечной и жировой ткани, стимулируется активность гексокиназы (фермент гликолиза), активируется цикл Кребса.

 

Влияние адреналина на содержание глюкозы в крови.

Адреналин вырабатывается мозговым веществом надпочечников, в высоких концентрациях является сильным ядом. При введении адреналина содержание глюкозы в крови увеличивается, развивается гипергликемия и, если уровень ее достигает 8,88 ммоль/л (160 мг%), появляется глюкозурия. Увеличение содержания глюкозы в крови под действием адреналина объясняется, в первую очередь, усилением в печени распада гликогена до глюкозы.

 

Порядок выполнения работы.

Определив содержание глюкозы в нескольких пробах крови ортотолуидиновым методом, надо сделать вывод о том, в каком случае кровь получена от интактного животного, после введения кролику инсулина либо адреналина.

 

Реактивы (мл)	Центрифужные пробирки
	Контроль
3% раствор ТХУ	0,9	0,9	0,9	0,9
стандартный раствор глюкозы	0,1	-	-	-
сыворотка № 1	-	0,1	-	-
сыворотка № 2	-	-	0,1	-
сыворотка № 3	-	-	-	0,1
Центрифугировать 10 мин. при 3000 об./мин.
	Сухие пробирки
Ортотолуидиновый реактив	4,5	4,5	4,5	4,5
Надосадочная жидкость из соответствующей пробирки	0,5	0,5	0,5	0,5
Поместить точно на 8 мин. в кипящую водяную баню. Затем охладить до комнатной температуры.

 

Измерить оптическую плотность против воды в кювете на 10 мм с красным светофильтром (620 нм).

РАСЧЕТ:

 

, где

 

С_оп - концентрация глюкозы в крови в пробе;

С_ст - концентрация глюкозы в стандартной пробе;

Е_оп - оптическая плотность пробы;

Е_ст - оптическая плотность стандарта глюкозы.

 

Коэффициент пересчета в единицы СИ (ммоль/л) равен 0,0555.

 

Нормальное содержание глюкозы в сыворотке крови человека, определяемое данным методом, колеблется в пределах 3,33-5,55 ммоль/л (60-100 мг%).

РЕЗУЛЬТАТЫ:

 

 

ВЫВОД:

 

 

III.2. Контрольные вопросы.

Какие гормоны и почему могут стимулировать гипер-гликемию?

Какие гормоны и почему вызывают гипогликемию?

При какой концентрации глюкозы в крови появляется глюкозурия?

Каков характер "сахарной" кривой у здорового человека и больного сахарным диабетом?

 

Материал для самоподготовки. а)1. с.345-362, 267-272; II, III

 

Занятие № 22

 

КОЛЛОКВИУМ ПО РАЗДЕЛУ

"ОБМЕН И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ"

 

Вопросы к коллоквиуму.

1. Основные углеводы пищи. Общая характеристика и классификация углеводов. Биологическая роль в организме.

2. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-ки-шечном тракте (особенности углеводного обмена у детей).

3. Глюкоза - важнейший метаболит углеводного обмена. Общая схема источников и путей расходования глюкозы в организме.

4. Структура, свойства, распространение гликогена в тканях как резервного полисахарида. Физиологическое значение мобилизации гликогена, механизм.

5. Биосинтез гликогена и его физиологическое значение. Гликогенозы и агликогенозы.

6. Роль гормонов (адреналина, глюкагона, инсулина), ц-АМФ и протеинкиназ в биосинтезе и мобилизации гликогена.

7. Представления о строении и функциях гликозаминогликанов. Роль гиалуроновой и хондроитинсерной кислот в нормальном функционировании межклеточного вещества и развитии патологических состояний. Значение гепарина в медицинской практике.

8. Последовательность реакций анаэробного распада глюкозы (гликолиз) и гликогена (гликогенолиз). Дальнейшая судьба молочной кислоты.

9. Физиологическое значение гликолиза и его энергетическая ценность. Роль анаэробного распада глюкозы в мышцах.

10. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты.

11. Участие витаминов в процессе образования активного ацетата.

12. Этапы основного аэробного (дихотомического) пути окисления глюкозы, его распространение в организме человека и физиологическое значение.

13. Цикл трикарбоновых кислот: последовательность реакций и характеристика ферментов.

14. Физиологическая роль цикла трикарбоновых кислот. Аллостерический механизм регуляции цикла лимонной кислоты.

15. Энергетический баланс дихотомического пути окисления глюкозы в тканях.

16. Пентозофосфатный (апотомический) путь превращения глюкозы, физиологическое значение. Химизм окислительной ветви и энергетический баланс.

17. Взаимосвязь дихотомического и апотомического путей окисления глюкозы. Соотношение анаэробного и аэробного путей распада глюкозы при мышечной работе и их роль в организме.

18. Глюконеогенез: химизм реакций, характеристика ферментов, биологическая роль.

19. Аллостерические механизмы регуляции гликолиза и глюконеогенеза (АТФ, АДФ, АМФ, НАД, НАДН⁺ как аллостерические эффекторы).

20. Взаимосвязь гликолиза и глюконеогенеза.

21. Нейрогуморальная регуляция углеводного обмена. Наследственные нарушения углеводного обмена.

22. Роль инсулина в поддержании постоянного уровня сахара в крови. Сахарные кривые, их диагностическое значение.