Модуль III. Обмен и функции углеводов

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

к практическим занятиям

 

Модуль III. Обмен и функции углеводов

 

учебной дисциплины (модуля) «Биохимия»

                                                           

для специальности 060101  Лечебное дело

 

 

курс II  семестр 3

 

Составитель: Артюкова О.А., к.б.н., доцент Рецензент: Лемешко Т.Н., к.б.н., доцент

 

                                                                        

                                                                            

 

 

Владивосток – 2013 г.

Практическое занятие № 15

Тема: «Обмен и функции углеводов. Пути превращения глюкозы в клетках. Анаэробный и аэробный распад глюкозы, Регуляция этих процессов. Глюконеогенез» ( семинар)

Мотивация:   Научиться применять знания о свойствах углево­дов, их синтезе, метаболизме, о взаимосвязи этих процессов и механизмах регуляции при последующем изучении метаболизма органов и систем, а также для решения вопросов диагностики, профилактики и лечения болезней, связан­ных с нарушением обмена углеводов.  Знакомство с процессом гликолиза дает представление о возможностях энергетического обеспечения клеток в анаэробных условиях. Понимание значения аэробных процессов обмена глюкозы для энергообеспечения клеток различных органов позволяет понять механизмы нарушения функций  органов и систем при торможении этих процессов (гипогликемическая кома, ишемия и инфаркт миокарда и др.).

Общая цель: полученные по данной теме знания формируют общекультурные и профессиональные компетенции (ПК-3, ПК-15), необходимые  в последующем для изучения вопросов профессиональной направленности.

Конкретные цели и задачи. Сформировать знания   о структуре углеводов животных тканей и растительных углеводов пищи. Сформировать представление об особенностях переваривания углеводов, транспорта глюкозы в клетки.  Усвоить анаэробные процессы окисления глюкозы и их значение. Сформировать представление о путях превращения ПВК в клетках в зависимости от энергетического статуса и особенностей окислительного метаболизма клеток; о глюконеогенезе как  процессе поддержания уровня глюкозы крови. Изучить центральные пути метаболизма в связи с аэробной дихотомией глюкозы.

В результате изучения темы студенты должны:

 - иметь представление  о роли углеводов в метаболизме человека; о проявлении

нарушений переваривания и всасывания углеводов для понимания патогенеза ряда

заболеваний ЖКТ.

- знать строениеглюкозы, фруктозы, рибозы, гликогена; основные этапы

и последовательность реакций аэробного и анаэробного катаболизма глюкозы, энергетический баланс аэробного и анаэробного катаболизма глюкозы; основные этапы (схема и обходные реакции) глюконеогенеза и его физиологическую роль.

 - уметь объяснять особенности метаболизма глюкозы в разных тканях (органах); оценивать значение аэробного и анаэробного катаболизма глюкозы при разных физиологических состояниях организма; интерпретировать связь переключения процессов синтеза и распада глюкозы с ритмом питания и физической активностью; объяснять причины и последствия  лактатацидоза.

 - владеть медико-функциональным понятийным аппаратом (терминами):  гликолиз, глюконеогенез, лактатацидоз.

Этапы проведения занятия:

1. Вводная часть

2. Основная часть занятия: семинар                                                                                           

3. Заключительная часть занятия

Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний:

1. Углеводы. Строение основных моно-, олиго- и полисахаридов.

2. Общие пути обмена глюкозы в клетке.

3. Гликолиз: последовательность реакций. Гликолитическая  оксидоредукция.

Субстратное  фосфорилирование.

4. Ключевые реакции глюконеогенеза.  Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл.

5. Аллостерическая регуляция ферментов гликолиза и глюконеогенеза.

Роль фруктозо-2,6-бисфосфата.

Задания для контроля сформированности компетенций в учебное время:

1. Какие функции в организме выполняют углеводы?

2. Какова структура крахмала?

3. Какие типы связей встречаются в молекуле гликогена?

4. Дайте определение понятиям: гомополисахариды,  гетерополисахариды.

5. В каком отделе пищеварительного тракта, и под действием каких ферментов происходит переваривание углеводов? 

6. Какие углеводы стимулируют перистальтику желудочно-кишечного тракта? 

7. С недостатком, какого фермента связана непереносимость молока?

8. Почему дисбактериозы сопровождаются диареей?

9.  В чем сущность анаэробного окисления углеводов? Напишите словами схему анаэробного    окисления углеводов.

10.  В чем сущность аэробного окисления углеводов?  Дайте характеристику этапов аэробного  окисления углеводов и его энергетическую ценность.

11.   Назовите источники, поддерживающие уровень  глюкозы в крови.

12. Почему процессы гликолиза и глюконеогенеза не могут идти с  одина­ковой

   скоростью?

13. Какой тип окисления глюкозы характерен для мышц в состоянии покоя?

14. Какой тип окисления глюкозы характерен для мозга?

15. Какую информацию может дать определение уровня  лактата в крови?

Этапы проведения занятия:

1. Вводная часть

2. Основная часть занятия: семинар                                                                                      

3. Заключительная часть занятия

Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний:

1. Метаболизм фруктозы и галактозы.

2. Синтез и распад гликогена. 

3. Ковалентная модификация и аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Гликогенозы.

4. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы. Образование восстановительных эквивалентов и рибозы.

5. Челночные механизмы переноса восстановительных эквивалентов из цитозоля в матрикс митохондрий.

 

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ВО ВНЕУЧЕБНОЕ ВРЕМЯ

I. Задания для самоконтроля подготовки к практическому занятию:   

 1. Выберите один неправильный ответ. Катаболизм глюкозы:

        а) может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях

        б) происходит в цитозоле и в митохондриях

        в) служит основным источником АТФ в мышцах при голодании

        г) промежуточные продукты используются в анаболических процессах

           д) максим. количество АТФ, образующееся при катаболизме 1 молекулы, равно 38 молям

2. Выберите неправильный ответ. Аэробный распад глюкозы служит источником:

        а) субстратов для синтеза аминокислот

        б) субстратов для синтеза ТАГ в печени

        в) АТФ для жизнедеятельности эритроцитов

        г) субстрата для синтеза НАДФ в жировой ткани

        д) субстратов для общего пути катаболизма

 3. Выберите неправильный ответ. Анаэробный гликолиз:

               а) служит основным поставщиком энергии для эритроцитов

               б) обеспечивает энергией мышцы при длительной работе

               в) происходит только при условии регенерации НАД⁺ с помощью пирувата

               г) обеспечивает окисление глюкозы и образование АТФ без О₂

               д) включает 2 реакции субстратного фосфорилирования

    4. Выберите правильные ответы. Глюконеогенез:

               а) поддерживает постоянный уровень глюкозы в крови

                  б) обеспечивает энергетические затраты клеток мозга

               в) включает обратимые реакции гликолиза

               г) использует 2 моля субстрата для синтеза 1 моля продукта

               д) использует 6 молей АТФ для синтеза 1 моля продукта 

 5. Источники атомов углерода для синтеза глюкозы является все соединения, кроме

      а) аланин                         б) аспартат

                в) ацетил-КоА                г) глицерол                   д) малат

6. Установите соответствие.

       А. Глюконеогенез в печени      1) ускоряется в абсортивном периоде

       Б. Распад гликогена в печени   2) образует глюкозу, не используя АТФ

       В. Оба                                           3) источник глюкозы для других органов

       Г. Ни один                                    4) обеспечивает глюкозой мозг при голодании

7. Пируват в глюконеогенезе:

               а) образуется из лейцина

               б) образуется из глицерина

               в) превращается в оксалоацетат

               г) подвергается окислительному декарбоксилированию

               д) превращается в лактат

8. Выберите неправильный ответ. Глюкозолактатный цикл Кори включает:

               а) образование лактата из глюкозы в мышцах

               б) превращение лактата в мышцах в глюкозу

               в) транспорт лактата из мышц в печень

               г) синтез глюкозы из лактата в печени

               д) поступление глюкозы из печени в кровь

9. Глюконеогенез активируется гормонами:

               а) глюкагоном                        б) тироксином

               в) адреналином                       г) инсулином                     д) кортизолом

        10. Пируваткарбоксилаза в качестве кофермента содержит:

               а) биотин                                б) фолат

               в) ТДФ                                    г) НАД+

 

II. Решить задачи:

Задача 1. При остром алкогольном отравлении нередко наблюдается гипогликемия и лактатацидоз. Укажите причину наблюдаемого симптома. Ответ аргументируйте, представив пути метаболизма глюкозы, скорость которых изменяется под влиянием алкоголя.

Задача 2. 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.

Задача 3. 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?

 

Этапы проведения занятия:

1. Вводная часть

2. Основная часть занятия: лабораторно-практическое занятие.                                                   «Определение уровня глюкозы в сыворотке  глюкозооксидазным  методом, толерантность к глюкозе. Построение сахарной кривой»                                                                                                                                             

3. Заключительная часть занятия

Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний:

1. Регуляция уровня глюкозы в крови.
2. Источники глюкозы крови.
3. Почечный порог для глюкозы, глюкозурия.
4. Толерантность к глюкозе.

Ориентировочная основа деятельности студентов для проведения лабораторной работы: Определение содержания глюкозы в крови глюкозооксидазным методом

Принцип метода. Ферментативный метод определения глюкозы основан на действии глюкозооксидазы и предназначен для специфического определения глюкозы в биологических жидкостях в присутствии различных сахаров и других редуцирующих веществ неуглеводной природы. Глюкозооксидаза (КФ 1.1.3.4) относится к флавопротеинам (кофермент – ФАД). Глюкоза окисляется при действии фермента с образованием Н₂О₂ и глюконата. Возникшую перекись водорода определяют реакцией, катализируемой ферментом пероксидазой, с последующим окислительным азосочетанием производного фенола с 4-аминофеназоном (хромогенный кислородный акцептор). В ходе реакции образуются окрашенные в розовый цвет продукты. Количественное определение глюкозы заключается в измерении интенсивности окраски красителя и сравнении оптической плотности испытуемой пробы с окраской калибровочного раствора глюкозы.

Порядок выполнения работы:  

1). В пробирку №1 (опыт) вносят 0,01 мл сыворотки крови и 1 мл рабочего раствора

(ферментно - хромогенная смесь)

2). В пробирку №2 (контроль) вносят 0,01 мл стандартного раствора глюкозы

(концентрация глюкозы 10 ммоль/л) и 1 мл рабочего раствора

3) Пробирки перемешивают и инкубируют в термостате 30 минут при 37^оС

4) Измеряют оптическую плотность опытной пробы (А_опыта) и контроля (А_{контроля})

  на ФЭКе против Н₂О _дистил при длине волны 540 нм

5) Рассчитывают содержание глюкозы по формуле:

Глюкоза (ммоль/л) = (10×А_опыта): А_{контроля}

В выводах сопоставить величины нормального содержанию глюкозы в крови с данными, полученными в результате проделанной работы.

Клинико-диагностическое значение. Благодаря существованию сложных регуляторных механизмов, концентрация глюкозы в крови сохраняется относительно постоянной – 3.3-5.5 ммоль/л. Концентрация глюкозы в крови зависит от строгой регуляции интенсивности процессов распада и синтеза гликогена, глюконеогенеза, скорости всасывания глюкозы в ЖКТ и окисления ее в тканях с высвобождением энергии.

Гипогликемия – понижение содержания глюкозы в крови. Гипогликемия наблюдается при длительном голодании; сопровождает заболевания поджелудочной железы, опухолевый рост, тяжелые поражения печени, эндокринные нарушения; наблюдается при передозировке инсулина. При гипогликемии ниже 2.7 ммоль/л возникает риск развития гипогликемической комы.

Гипергликемия – повышенное содержание глюкозы в крови (более 6 ммоль/л). Физиологическая гипергликемия наблюдается после приема пищи, при эмоциональном стрессе. Гипергликемия сопровождает эндокринные нарушения (сахарный диабет, гипертиреоз), острый и хронический панкреатиты, заболевания печени, сердечно-сосудистые заболевания и др. При гипергликемии выше 22 ммоль/л развивается гипергликемическая кома.

Глюкозотолерантный тест

(метод  «сахарной нагрузки» или построение «сахарных кривых»)

Принцип метода: Глюкозотолерантный тест – оценка углеводного обмена, основанная на определении уровня глюкозы в крови натощак и после нагрузки. Тест позволяет выявлять скрытые формы сахарного диабета и нарушение толерантности к глюкозе.

Порядок выполнения работы:  

1. Первоначально определяют концентрацию глюкозы в крови натощак                    

Проведение глюкозотолерантного теста возможно только при условии, что результат исследования глюкозы натощак не превышает 6,7 ммоль/л. Подобное ограничение связано с повышением риска возникновения гипергликемической комы при нагрузке.

 2. Пациент употребляет около 75 г глюкозы, которая растворена  в  200 мл воды                    (из расчета 1 г/кг массы тела).

3. Через 30, 60, 90 и 120 минут после нагрузки проводят забор крови и определяют концентрацию глюкозы.

4. Результаты определения используются дл построения гликемическихкривых:

У здорово­го человека после приема глюкозы на­блюдается увеличение ее содержания в крови, которое между 30-й и 60-й минутой достигает максимальной ве­личины. Затем начинается снижение и к 120-й минуте содержание глюкозы достигает исходного уровня, отмечавшегося натощак или с небольшими отклонениями в сторону, как повышения, так и снижения. Через 3 ч со­держание сахара в крови достигает исходной цифры. У больных сахарным диабетом отмечается повы­шенный исходный уровень глюкозы и высокая гипергликемия (свыше 8 ммоль/л) уже через час после сахарной нагрузки. Уровень глюкозы остается высоким (свыше 6 ммоль/л) в течение всего второго часа и к концу исследования (через 3 ч) не возвращается к исходному уровню. Одновременно отмечается глюкозурия.

Время

Этапы проведения занятия:

1. Вводная часть

2. Основная часть занятия: семинар, учебная конференция по темам модуля III

3. Заключительная часть занятия

Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний:

 

1. Обмен глюкозы, нарушения обмена.
2. Сахарный диабет.

Рекомендуемые темы для выполнения СРС во внеучебное время                     (доклады, рефераты, презентации):

1.  Наследственные нарушения обмена углеводов.

2.  Сахарный диабет.

3. Особенности углеводного обмена в детском возрасте.

4. Применение некрахмальных полисахаридов растительного и животного

происхождения (хитозан, микрокристаллическая целлюлоза,пектины, альгинаты)

в качестве энтеросорбентов

5.  Лабораторная диагностика нарушений углеводного обмена при сахарном диабете.

6.  Состояние углеводного обмена в условиях  гипоксии.

7.  Особенности анаэробного окисления глюкозы у микроорганизмов (брожение)

8. Влияние этилового спирта (алкоголя) на обмен углеводов в организме человека

9.  Генетические нарушения метаболизма гликогена.

10. Значение гликолиза в эмбриогенезе и развитии плода.

11. Нарушение метаболизма при избыточном углеводном питании

12. Особенности обмена углеводов при гиподинамии и в процессе активной физической

деятельности (спорт).

13. Опыт использования низкоуглеводных диет для коррекции массы тела  

  («кремлевская диета»).

14. Применение растворов глюкозы для парентерального питания

Для подготовки докладов, рефератов студентами обязательно использовать монографии, журнальные статьи, в том числе, иностранные источники, а также Интернет-ресурсы (http://www.biblioclub.ru/. http://www.studmedlib.ru/ и др.). Поиск литературы осуществляется студентом самостоятельно с помощью каталогов научной библиотеки, библиографических справочников, электронной библиотеки

 

Этапы проведения занятия:

1. Вводная часть

2. Основная часть занятия:  тест-контроль,

                                          собеседование (коллоквиум) по темам модуля   III

3. Заключительная часть занятия

Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний:

1. Углеводы. Строение основных моно-, олиго- и полисахаридов.

2. Общие пути обмена глюкозы в клетке.

3. Синтез и распад гликогена. Ковалентная модификация и аллостерическая      регуляция гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Гликогенозы.

4. Гликолиз: последовательность реакций. Гликолитическая оксидоредукция. Субстратное фосфорилирование.

5. Ключевые реакции глюконеогенеза. Аллостерическая регуляция ферментов гликолиза и глюконеогенеза. Роль фруктозо-2,6-бисфосфата.

6. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы. Образование восстановительных эквивалентов и рибозы.

7. Челночные механизмы переноса восстановительных эквивалентов из цитозоля                     в матрикс митохондрий.

8. Метаболизм фруктозы и галактозы.

9. Регуляция уровня глюкозы в крови. Источники глюкозы крови.

10. Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл.

11. Почечный порог для глюкозы, глюкозурия.

12. Толерантность к глюкозе.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

к практическим занятиям

 

Модуль III. Обмен и функции углеводов

 

учебной дисциплины (модуля) «Биохимия»

                                                           

для специальности 060101  Лечебное дело

 

 

курс II  семестр 3

 

Составитель: Артюкова О.А., к.б.н., доцент Рецензент: Лемешко Т.Н., к.б.н., доцент

 

                                                                        

                                                                            

 

 

Владивосток – 2013 г.

Практическое занятие № 15

Тема: «Обмен и функции углеводов. Пути превращения глюкозы в клетках. Анаэробный и аэробный распад глюкозы, Регуляция этих процессов. Глюконеогенез» ( семинар)

Мотивация:   Научиться применять знания о свойствах углево­дов, их синтезе, метаболизме, о взаимосвязи этих процессов и механизмах регуляции при последующем изучении метаболизма органов и систем, а также для решения вопросов диагностики, профилактики и лечения болезней, связан­ных с нарушением обмена углеводов.  Знакомство с процессом гликолиза дает представление о возможностях энергетического обеспечения клеток в анаэробных условиях. Понимание значения аэробных процессов обмена глюкозы для энергообеспечения клеток различных органов позволяет понять механизмы нарушения функций  органов и систем при торможении этих процессов (гипогликемическая кома, ишемия и инфаркт миокарда и др.).

Общая цель: полученные по данной теме знания формируют общекультурные и профессиональные компетенции (ПК-3, ПК-15), необходимые  в последующем для изучения вопросов профессиональной направленности.

Конкретные цели и задачи. Сформировать знания   о структуре углеводов животных тканей и растительных углеводов пищи. Сформировать представление об особенностях переваривания углеводов, транспорта глюкозы в клетки.  Усвоить анаэробные процессы окисления глюкозы и их значение. Сформировать представление о путях превращения ПВК в клетках в зависимости от энергетического статуса и особенностей окислительного метаболизма клеток; о глюконеогенезе как  процессе поддержания уровня глюкозы крови. Изучить центральные пути метаболизма в связи с аэробной дихотомией глюкозы.

В результате изучения темы студенты должны:

 - иметь представление  о роли углеводов в метаболизме человека; о проявлении

нарушений переваривания и всасывания углеводов для понимания патогенеза ряда

заболеваний ЖКТ.

- знать строениеглюкозы, фруктозы, рибозы, гликогена; основные этапы

и последовательность реакций аэробного и анаэробного катаболизма глюкозы, энергетический баланс аэробного и анаэробного катаболизма глюкозы; основные этапы (схема и обходные реакции) глюконеогенеза и его физиологическую роль.

 - уметь объяснять особенности метаболизма глюкозы в разных тканях (органах); оценивать значение аэробного и анаэробного катаболизма глюкозы при разных физиологических состояниях организма; интерпретировать связь переключения процессов синтеза и распада глюкозы с ритмом питания и физической активностью; объяснять причины и последствия  лактатацидоза.

 - владеть медико-функциональным понятийным аппаратом (терминами):  гликолиз, глюконеогенез, лактатацидоз.

Этапы проведения занятия:

1. Вводная часть

2. Основная часть занятия: семинар                                                                                           

3. Заключительная часть занятия

Перечень контрольных вопросов для самоконтроля знаний:

1. Углеводы. Строение основных моно-, олиго- и полисахаридов.

2. Общие пути обмена глюкозы в клетке.

3. Гликолиз: последовательность реакций. Гликолитическая  оксидоредукция.

Субстратное  фосфорилирование.

4. Ключевые реакции глюконеогенеза.  Цикл Кори и глюкозо-аланиновый цикл.

5. Аллостерическая регуляция ферментов гликолиза и глюконеогенеза.

Роль фруктозо-2,6-бисфосфата.

Задания для контроля сформированности компетенций в учебное время:

1. Какие функции в организме выполняют углеводы?

2. Какова структура крахмала?

3. Какие типы связей встречаются в молекуле гликогена?

4. Дайте определение понятиям: гомополисахариды,  гетерополисахариды.

5. В каком отделе пищеварительного тракта, и под действием каких ферментов происходит переваривание углеводов? 

6. Какие углеводы стимулируют перистальтику желудочно-кишечного тракта? 

7. С недостатком, какого фермента связана непереносимость молока?

8. Почему дисбактериозы сопровождаются диареей?

9.  В чем сущность анаэробного окисления углеводов? Напишите словами схему анаэробного    окисления углеводов.

10.  В чем сущность аэробного окисления углеводов?  Дайте характеристику этапов аэробного  окисления углеводов и его энергетическую ценность.

11.   Назовите источники, поддерживающие уровень  глюкозы в крови.

12. Почему процессы гликолиза и глюконеогенеза не могут идти с  одина­ковой

   скоростью?

13. Какой тип окисления глюкозы характерен для мышц в состоянии покоя?

14. Какой тип окисления глюкозы характерен для мозга?

15. Какую информацию может дать определение уровня  лактата в крови?