2 курс / Биохимия / Углеводный обмен

МЕДИЦИНСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Кафедра биологической и общей химии

ХИМИЯ И ОБМЕН УГЛЕВОДОВ. РЕГУЛЯЦИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА. ГОРМОНЫ

Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по биологической химии

для студентов лечебного факультета

Под редакцией проф. В.А. Дадали, доц. Ж.В. Антоновой,

доц. Р.Н. Павловой

Санкт-Петербург Издательство СЗГМУ им. И.И. Мечникова

2013

Тема 1. ПЕРЕВАРИВАНИЕ УГЛЕВОДОВ В ЖЕЛУДОЧНОКИШЕЧНОМ ТРАКТЕ. ОБМЕН ГЛИКОГЕНА. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ АМИЛАЗЫ В МОЧЕ

Место проведения: кафедра биохимии. Продолжительность занятия – 180 мин.

Цель занятия: систематизировать знания о процессе переваривания углеводов в желудочно-кишечном тракте и причинах нарушения этого процесса, об обмене гликогена (синтезе и распаде), причинах возникновения гликогенозов; познакомиться с использованием нагрузочных тестов в диагностике нарушений обмена углеводов; обсудить диагностическое значение исследования амилазы в различных биологических субстратах; освоить метод определения активности амилазы в моче.

Конкретные задачи.

Студент должен знать:

–классификацию, строение и свойства углеводов;

–последовательность переваривания углеводов в желудочно-ки- шечном тракте (промежуточные и конечные продукты переваривания, специфичность действия ферментов и локализация их в пищеварительных соках);

–этапы синтеза и распада гликогена, регуляцию этих процессов и их нарушения, типы гликогенозов. Диагностическое значение исследования активности амилазы.

Студент должен уметь:

–писать формулы моно-, ди- и полисахаридов и указывать ферменты перевариваривания, использовать знания о нагрузочных тестах, применяемых для выявления нарушений переваривания и всасывания углеводов в желудочно-кишечном тракте;

–писать этапы синтеза и распада гликогена в различных тканях и объяснять их регуляцию;

–определять активность амилазы в биологических жидкостях, оценивать результаты определения активности амилазы в крови и моче.

Студент должен владеть:

–алгоритмом работы на ФЭКе;

3

– информацией об изменениях биохимических показателей с учетом знания механизмов развития патологий, возникающих при недостатке или избытке основных компонентов пищи, при нарушениях переваривания и всасывания, нарушений обмена гликогена.

Мотивация. Знания и навыки, приобретенные на занятии, необходимы для понимания механизмов развития патологических состояний, развивающихся при нарушении переваривания углеводов, недостаточности ферментов, наследственных заболеваниях – гликогенозах, заболеваниях поджелудочной железы и слюнных желез.

Изучение темы должно способствовать формированию общекультурных (ОК-5) и профессиональных (ПК-9, ПК-15) компетенций.

Задание для самоподготовки: изучить рекомендуемую литературу, используя вопросы для самоподготовки.

Рекомендуемая литература

Основная

Березов, Т.Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. – М. :

Медицина, 2000. – С. 169–186, 319–327, 361–362.

Биохимия : учебник для вузов / под ред. проф. Е.С. Северина. – М. :

ГЭОТАР-МЕД, 2003. – С. 298–333; То же. – 2011. – С. 293–328.

Химия и обмен углеводов. Регуляция углеводного обмена. Гормоны : учеб- но-методическое пособие к практическим занятиям по биологической химии /

под ред. проф. В.А. Дадали, доц. Ж.В. Антоновой, доц. Р.Н. Павловой. –

СПб., 2013.

Дополнительная

Долгов, В.В. Лабораторная диагностика нарушений обмена углеводов, сахарный диабет : учебное пособие / В.В. Долгов [и др.]. – М. : Лахема, 2000. – 63 с.

Лабораторные методы исследования в клинике : справочник / под ред. проф. В.В. Меньшикова. – М. : Медицина, 2002. – С. 191–192.

Марри, Р. Биохимия человека ; т. 1 / Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Ро-

дуэлл. – М. : Мир, 1993. – С. 108–112.

Медведев, В.В. Клиническая лабораторная диагностика : справочник для врачей / В.В. Медведев, Ю.З. Волчек. – СПб. : Гиппократ, 1995. – С. 66–67, 108, 132, 138–139.

Вопросы для самоподготовки

1. Гидролитическое расщепление углеводов в желудочно-кишечном тракте, предшествующее всасыванию углеводов из кишечника. Его роль.

4

2.Ферменты, гидролизующие гликозидные связи сахаров, их локализация в соках желудочно-кишечного тракта, связи, ими расщепляемые. Участие конкретных ферментов в гидролизе конкретных поли- и дисахаридных молекул. Причины отсутствия гидролиза клетчатки. Последовательность действия отдельных ферментов.

3.В какой форме происходит всасывание углеводов в кишечнике?

4.Этапы синтеза и распада гликогена в тканях (писать реакции).

5.Каковы особенности обмена гликогена в мышцах по сравнению с печенью?

Пример входного контроля

1.Написать фрагмент структуры амилопектина.

2.Этапы распада гликогена.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Определение активности амилазы мочи по методу Смита–Ро в модификации Уголева

Принцип метода. Метод основан на определении количества крахмала, расщепляемого амилазой, которое определяется по изменению интенсивности синего окрашивания крахмала в присутствии йода.

Ход определения. Отмеривают 1 мл фосфатного буфера (рН 7,2) и 1 мл 0,15 % раствора крахмала, перемешивают встряхиванием и добавляют 0,5 мл мочи, разведенной в R раз. Параллельно исследуют контрольную пробу, содержащую 0,5 мл воды вместо мочи (остальные реактивы те же).

Опытные и контрольные пробы инкубируют в термостате при температуре 38° С в течение 20 мин. После извлечения из термостата, быстро для прекращения реакции, добавляют в опытную и контрольную пробы 1 мл 1 н. соляной кислоты, по 4 мл дистиллированной воды и по 0,2 мл 0,25 % раствора йода. Пробирки встряхивают, образовавшуюся синюю окраску фотометрируют против воды при красном светофильт-

ре (640 нм).

Расчет

1.Оптическую плотность контрольной пробы, содержащей нерасщепленный крахмал, принимают за 100 %.

2.Выразить в процентах количество нерасщепленного крахмала в опытной пробе по формуле:

5

Х = D2 ∙ 100 / D1,

где D1 – оптическая плотность контрольной пробы; D2 – оптическая плотность опытной пробы.

3. Количество расщепленного крахмала выразить в процентах:

Y=100 % – Х.

4. Рассчитывают амилазную активность, которая выражается в условных единицах, по формуле:

А (усл. ед.) = Y ∙ Р / t,

где Y – количество расщепленного крахмала, %; Р – степень разведения мочи (например, 40, то есть разведение 1:40); t – время – продолжительность инкубации в минутах (20 мин).

Примечание. При высокой амилазной активности производится разведение мочи в 100, 200 раз и более. Норма 15–50 усл. ед.

Вывод: _____________________________________________.

Клинико-диагностическое значение метода определения активности амилазы в разных биологических субстратах

-Амилаза (КФ 3.2.1.1) синтезируется слюнными железами и панкреатической железой. Небольшая активность фермента, синтезирующегося в лизосомах, отмечается также в других органах.

Разделение амилазы крови методом гель-фильтрации на ДЭАЭсефадексе выявило 2 изофермента -амилазы: S-тип – слюнная и Р- тип – панкреатическая. Содержание изоферментов в сыворотке крови: 70 % – тип S и 30 % – Р-тип.

В моче содержится 70 % Р-типа, так как молекулярная масса Р-типа-амилазы 48 000 достаточно мала и она фильтруется почками значительно легче.

Диагностическое значение

1.Слюна. Выявление патологий, сопровождающихся поражением слюнных желез.

2.Сыворотка или плазма крови. Активность фермента амилазы увеличивается в крови при цитозе клеток поджелудочной железы или слюнных желез. Можно определить общую активность и соотношение S- и Р-типов. Гиперамилаземия может наблюдаться при остром панкреатите – значительное повышение активности фермента в плазме

6

крови; вирусном гепатите, раке поджелудочной железы, поражении слюнных желез, почечной недостаточности, холецистите, перитоните, ожогах, остром аппендиците, применении некоторых фармакологических препаратов: кортикостероидов, салицилатов, тетрациклина, фуросемида, гистамина.

3. Панкреатический и кишечный сок.

Диагностика поли- и дисахаридазной недостаточности основана в первую очередь на клинических проявлениях, а также на определении активности ферментов дисахаридаз в биоптатах слизистой оболочки тонкой кишки, определении лактозы, сахарозы в кале, снижении рН кала, проведении нагрузочных тестов.

4. Моча. Определяется преимущественно Р-тип -амилазы. Гиперамилазурия имеет место при остром панкреатите, вирусном

гепатите, раке поджелудочной железы, желчнокаменной болезни, некрозе панкреатической железы. При острой патологии поджелудочной железы нарастание амилазурии «запаздывает» по сравнению с амилаземией примерно на 6 ч. Имеются данные, что при тяжелом течении панкреатита у части больных активность амилазы мочи может оставаться нормальной, в то время как активность амилазы крови повышается.

Нагрузочные тесты

1. Диагностика нарушения переваривания дисахаридов.

Натощак перорально, предварительно растворив в воде, назначают последовательно (из расчета 1 г/кг массы тела) один из дисахаридов: сахарозу, мальтозу, лактозу. При этом регистрируют концентрацию в крови глюкозы в динамике: до приема дисахарида и через 1 и 2 ч после приема дисахарида. У здоровых людей через 1 ч после введения углеводов наблюдается увеличение уровня глюкозы в сыворотке крови на 1–1,5 ммоль/л. Тест считается положительным при отсутствии увеличения. При некоторых заболеваниях нагрузка с помощью углеводов вызывает диарею, боль в области живота, метеоризм. Нерасщепленная лактоза (или другой дисахарид) поступает в толстую кишку, где расщепляется бактериями до органических кислот и углекислого газа. Повышение концентрации лактозы и органических кислот увеличивает осмолярность в просвете кишки, нарастает секреция жидкости, объем химуса, увеличивается моторика кишечника, развивается диарея. Диагностика дисахаридазной недостаточности проводится также путем оп-

7

ределения активности ферментов-дисахаридаз в биоптатах слизистой оболочки тонкой кишки, определения лактозы, сахарозы в кале, определения рН кала (при патологии рН снижается). В то же время ионы водорода, образующиеся при расщеплении органических кислот, способны поступать в кровоток. В удаление избытка ионов водорода включаются легкие, состояние проявляется увеличением концентрации водорода в конденсатах выдыхаемого воздуха (этот тест широко распространен в США).

Для диагностики всасывания моносахаридов перорально по той же схеме назначают глюкозу, галактозу, фруктозу. При нарушении всасывания уровень этих моносахаридов в крови по сравнению с исходным не повышается.

2. Диагностика гликогенозов:

а) тест с глюкагоном. Натощак в/в или в/м вводят глюкагон (до 2,8 мг) или адреналин (до 1,0 мг) и регистрируют в динамике (до введения и через 30 мин после введения) содержание глюкозы в сыворотке крови. У здоровых людей наблюдается увеличение. У больных увеличения не происходит (положительный тест);

б) ишемический тест диагностики гликогенозов мышечной ткани. Физическое упражнение с ишемией проводится натощак следующим образом: накладывают две манжеты от манометра на среднюю треть плеча и на нижнюю треть предплечья. Нагнетают воздух до 200 мм рт. ст. Кровь из кубитальной вены первый раз забирается до работы и до нагнетания воздуха в манжету, находящуюся на плече. Через 2 мин после работы (45 с сжимания груши от манометра кистью) манжету, находящуюся на плече, снимают и на протяжении 10–15 мин повторно отбирают кровь из кубитальной вены. В обеих пробах крови измеряют концентрацию глюкозы и лактата. У здоровых людей на фоне снижения вдвое концентрации глюкозы наблюдается увеличение лактата на 3,3–5,5 ммоль/л. У больных на фоне незначительного уменьшения концентрации глюкозы увеличение лактата происходит

лишь на 0,55–1,1 ммоль/л (положительная проба).

Все нагрузочные тесты назначают после предварительной постановки диагноза при наличии соответствующей клинической и морфологической картины для уточнения диагноза.

В случае противопоказаний тесты не применяются. В ряде случаев окончательный диагноз выставляется только после определения в биоптате активности соответствующих ферментов.

8

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

1.ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ АКТИВНОСТИ АМИЛАЗЫ В КРОВИ И МОЧЕ НЕОБХОДИМО ДЛЯ

а) диагностики заболеваний поджелудочной железы б) оценки процессов переваривания углеводов в) оценки энергетического обмена в тканях г) оценки процессов всасывания углеводов

2.ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕВАРИВАНИЯ УГЛЕВОДОВ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПУТЕМ

а) исследования активности фермента амилазы в крови и моче б) исследования активности ферментов, расщепляющих ди- и поли-

сахариды в кишечном и поджелудочном соках в) исследования активности тканевых ферментов г) определения уровня глюкозы в моче

3.БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕВАРИВАНИЯ СЛОЖНЫХ ПОЛИСАХАРИДНЫХ И ДИСАХАРИДНЫХ МОЛЕКУЛ

а) создать большую концентрацию моносахаридов в просвете кишечника

б) превратить сложные полисахаридные молекулы в простые моносахариды, используемые тканями

в) убрать видовую специфичность биополимеров г) оценить работу эндокринной системы

4.ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЙ СОК НЕ СОДЕРЖИТ ФЕРМЕНТОВ, ПЕРЕВАРИВАЮЩИХ УГЛЕВОДЫ

а) слюна б) поджелудочный сок

в) желудочный сок г) кишечный сок

5.ДЕЙСТВИЕ АДРЕНАЛИНА НА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ЧЕРЕЗ ФЕРМЕНТЫ

а) гексокиназу б) фосфорилазу

в) фосфоглюкомутазу г) глюкозо-6-фосфатазу д) лактатдегидрогеназу

9

6.ДЕЙСТВИЕ ГЛЮКАГОНА НА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ЧЕРЕЗ ФЕРМЕНТЫ

а) гексокиназу б) фосфорилазу

в) фосфоглюкомутазу г) глюкозо-6-фосфатазу д) лактатдегидрогеназу

7. ФЕРМЕНТЫ ПЕРЕВАРИВАНИЯ УГЛЕВОДОВ ОТНОСЯТСЯ К КЛАССУ

ВЫБЕРИТЕ ВСЕ ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

8. ДЛЯ ВСАСЫВАНИЯ ГЛЮКОЗЫ ТРЕБУЮТСЯ

а) переносчики б) затрата АТФ

в) изменение осмотического давления г) образование мицелл

9. ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ГЛИКОГЕНА В МЫШЦАХ

а) запасы гликогена служат источником глюкозы для всего организма б) запасы гликогена используются для энергетических затрат только

самой тканью в) регулирует распад гликогена адреналин

г) регулируют распад гликогена адреналин и глюкагон

10. ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ГЛИКОГЕНА В ПЕЧЕНИ

а) способность синтезировать гликоген при избыточном токе глюкозы в крови

б) способность быстро превращать гликоген в глюкозо-1-фосфат в) запасы гликогена служат источником глюкозы для всего орга-

низма г) запасы гликогена используются для энергетических затрат только

самой тканью д) способность синтезировать гликоген независимо от количества

поступающей глюкозы в ткань

11.ДЕЙСТВИЕ ИНСУЛИНА НА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ЧЕРЕЗ ФЕРМЕНТЫ

а) гексокиназу б) фосфорилазу

10