Раздел xi. регуляция обмена веществ

ИЕРАРХИЯ РЕГУЛЯТОРНОЙ СИСТЕМЫ

Занятие № 33

ТЕМА. ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ

ОБ­МЕНА ВЕЩЕСТВ. ПУТИ ГОРМОНАЛЬ-­

НОЙ РЕГУЛЯЦИИ НА КЛЕТОЧНОМ И

МЕЖ­ОР­ГАН­­­НОМ УРОВНЯХ.

Цель занятия: 1. Ознакомиться с классификацией гормонов.

2.Изучить роль отдельных гормонов в регуляции обмена веществ.

3.Овладеть методами качественного определения некоторых гормонов.

Исходный уровень знаний:

- общие понятия о гормонах, их биологическом значении;

- характеристика инкретов и секретов;

- симптомы некоторых эндокринных заболеваний.

Содержание занятия.

I.1. Контрольная работа.

СВОДНЫЕ ВОПРОСЫ К КОНТРОЛЬНОЙ

РАБОТЕ ПО РАЗДЕЛУ "ГОРМОНЫ"

1. Понятие о "гормонах", "эндокринных железах", "эндокринологии". Отличие эндокринных желез от экзокринных. Инкреты и секреты. Сходство и различие между гормонами, витаминами и ферментами. Возможные механизмы действия гормонов. Примеры.

2. Классификация и номенклатура гормонов. Примеры.

3. Гормоны, влияющие на обмен: белков; липидов; углеводов; водно-солевой; натриево-калиевый; фосфорно-кальциевый (перечислить).

4. Роль гипоталамуса в регуляции эндокринных функций. Структура и функция либеринов (рилизинг-факторов) и статинов.

5. Гормоны передней доли гипофиза (СТГ, ЛТГ, ФСГ, ЛТ, ТТГ, АКТГ, пролактин): химическая природа, биологическая роль. Принцип обратной связи на примере регуляции секреции ТТГ и АКТГ. Синдромы гипо- и гиперфункции передней доли гипофиза у взрослых и детей.

6. Гормоны задней доли гипофиза. Место их синтеза, строение, физиологические эффекты, синдромы недостаточности.

7. Гормоны, контролирующие пигментацию кожи человека. Структура и биологическая роль меланоцитстимулирующего гормона. Химическая природа и биологическая роль гормонов эпифиза. Регуляция суточных биоритмов организма.

8. Основные этапы синтеза йодированных гормонов щитовидной железы: тироксина (Т₄), трийодтиронина (Т₃), дийодтиронина (Т₂). Физиологические и биохимические эффекты тиреоидных гормонов. Механизм влияния тироксина на скорость биологического окисления. Заболевания, обусловленные нарушением функции щитовидной железы (у взрослых и детей).

9. Гормоны, регулирующие обмен кальция и фосфора в организме. Место синтеза, химическая природа и биологическая роль тиреокальцитонина. Строение и биологическое действие паратгормона. Основные симптомы гипо- и гиперпаратиреоза. Лечение паратиреоидной тетании.

10. Гормоны поджелудочной железы. Место синтеза, схема строения молекулы инсулина. Основные биохимические эффекты инсулина в процессе метаболизма. Химическая природа и биологическое действие глюкагона. Механизм действия гормонов на углеводный обмен. Сахарный диабет.

11. Биосинтез катехоламинов. Основные биохимические эффекты адреналина. Механизм действия катехоламинов на углеводный обмен. Образование парных соединений конечных продуктов распада катехоламинов с ФАФС.

12. Структура и биологическая роль глюкокортикоидов. Механизм действия на органический обмен. Инактивация гормонов.

13. Структура, механизм действия минералокортикоидов на водно-солевой обмен. Образование парного соединения 17-кетостероида с УДФГК.

14. Структура, место синтеза и физиологическое действие андрогенов.

15. Структура, место синтеза и физиологическое действие эстрогенов и прогестинов. Влияние их на метаболизм и изменение соотношения между ними в различные фазы менструального цикла.

16. Структура и биологическая роль важнейших тканевых гормонов (гормоноидов): ацетилхолина, серотонина, гистамина, ГАМК, простагландинов, 3',5'ц-АМФ.

II.1.Работа № 1. ЦВЕТНЫЕ РЕАКЦИИ НА ИНСУЛИН.

а) Биуретовая реакция (Пиотровского).

Принцип и порядок выполнения работы см. стр.10

РЕЗУЛЬТАТ:

б) Нингидриновая реакция.

Характерна для аминогрупп, находящихся в a-по­ло­же­нии. Белки при кипячении с водным раствором нингидрина дают окрашенную форму, получившую название "сине-фиолетовый комплекс Руэмана".

Порядок выполнения работы.

К 5 кап. инсулина добавить 5 кап. 0,5% водного р-ра нингидрина и кипятить 1-2 мин.

РЕЗУЛЬТАТ:

в) Ксантопротеиновая реакция (Мульдера).

Доказывает присутствие в белке ароматических аминокислот (три, фен, тир). При обработке белка концентрированной азотной кислотой появляется желтое окрашивание (нитрование), которое при добавлении щелочи переходит в оранжевое.

Порядок выполнения работы.

К 5 кап. инсулина добавить 3 кап. концентрированной HNO₃ и осторожно прокипятить. После охлаждения добавить 10-15 кап. 10% р-ра NaOH.

РЕЗУЛЬТАТ:

Работа № 2. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА АДРЕНАЛИН.

Принцип метода.

Адреналин обладает слабощелочной реакцией, легко окисляется на воздухе с образованием адренохрома, вследствие чего раствор окрашивается в красный цвет. При взаимодействии с хлорным железом наблюдается зеленое окрашивание, которое в щелочной среде переходит в вишнево-красное. Реакция с хлорным железом характерна для пирокатехинового кольца, входящего в молекулу адреналина и норадреналина.

Порядок выполнения работы.

К 10 кап. р-ра адреналина прилить 1 кап. р-ра FeCl₃, отметить окраску. Затем добавить 3 кап. 10% р-ра NaOH.

РЕЗУЛЬТАТ:

Работа № 3. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА ТИРОКСИН.

Принцип метода.

При разрушении тиреоидина образуется йодид калия, из которого йод легко вытесняется йодатом калия. Вытеснение йода из соли йодистоводородной кислоты является окислительно-восстановительной реакцией. Выделившийся йод обнаруживают с помощью крахмала в кислой среде (синее окрашивание).

5KI + KIO₃ + 3H₂SO₄ -----> 3I₂ + 3K₂SO₄ + 3H₂O

Порядок выполнения работы.

К 24 кап. гидролизата тиреоидина прибавить 3 кап. 1% р-ра крахмала, 1 кап. фенолфталеина, затем 4 кап. йодата калия и 10-15 кап. 10% р-ра H₂SO₄.

РЕЗУЛЬТАТ:

Работа № 4. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ 17-КЕ­ТО­-

СТЕ­РОИДОВ В МОЧЕ (реакция ЦИМ­МЕР-­

МА­НА).

Принцип метода.

Основан на реакции 17-кетостероидов с m-динитробензолом в щелочной среде с образованием продуктов конденсации фиолетово-розового цвета. Интенсивность окраски пропорциональна количеству 17-кетостероидов в моче.

Порядок выполнения работы.

В сухую (!) пробирку отмерить 20 кап. мочи, прилить 30 кап. р-ра m-динитробензола, взболтать и добавить 6 кап. 10 % р-ра NaOH.

Развитие окраски наблюдать в течение 2 мин.

РЕЗУЛЬТАТ:

Работа № 5. КАЧЕСТВЕННАЯ РЕАКЦИЯ НА ФОЛЛИ-­

КУ­ЛИН.

Качественная реакция на фолликулин (эстрон) обусловлена образованием эфирного соединения с серной кислотой соломенно-желтого цвета с зеленой флюоресценцией.

Порядок выполнения работы.

К 2 кап. масляного р-ра фолликулина прилить 30 кап. концентрированной H₂SО₄.

РЕЗУЛЬТАТ:

III.2. Контрольные вопросы.

Какова химическая природа инсулина?

На чем основана качественная реакция на адреналин?

На каких особенностях строения молекулы тироксина основана качественная реакция?

Что представляют собой 17-кетостероиды?

Каково клиническое значение определения 17-кетостероидов в моче?

Материал для самоподготовки. а)1 с.2480-297.

II, III

Занятие № 34

КОЛЛОКВИУМ ПО РАЗДЕЛАМ "ОБМЕН

СЛОЖНЫХ БЕЛКОВ" , "ВЗАИМОСВЯЗЬ

И РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ"

Вопросы к коллоквиуму

1. Распад нуклеиновых кислот. Нуклеазы пищеварительного тракта и тканей.

2. Катаболизм пуриновых нуклеотидов: последовательность реакций, конечные продукты. Концентрация мочевой кислоты в крови. Подагра.

3. Расщепление пиримидиновых оснований: последовательность реакций. Оротацидурия.

4. Биосинтез пуриновых нуклеотидов (происхождение частей пуринового ядра). Регуляция биосинтеза пуриновых нуклеотидов.

5. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов. Регуляция биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов.

6. Распад гема. Желчные пигменты, их образование, превращения и пути выведения из организма.

7. Нарушения обмена билирубина при желтухах: гемолитической, обтурационной, паренхиматозной.

8. Диагностическое значение определения желчных пигментов в крови и моче.

9. Синтез гема и гемоглобина. Регуляция этих процессов.

10. Обмен железа: особенности транспорта через кишечную стенку, депонирование, суточная потребность. Участие в этих процессах ферритина, трансферрина, гаптоглобина.

11. Единая схема взаимосвязи обмена основных веществ: белков, липидов и углеводов.

12. Ключевая роль ацетил-КоА. Изменение обмена веществ при голодании и ожирении. (Последствия голодания в раннем детском возрасте).

13. Сахарный диабет - пример взаимосвязи обменов.

14. Биосинтез заменимых аминокислот из углеводов.

15. Синтез глюкозы из аминокислот и глицерина. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Физиологическое значение регуляции глюконеогенеза из аминокислот и глицерина.

16. Взаимосвязь обмена жиров и углеводов: схема превращений и зависимость скорости превращения от ритма питания и состава пищи.

17. Основные механизмы регуляции обмена. Иерархия регуляторных систем. Гормональная регуляция как механизм межклеточной межорганной координации обмена веществ. Клетки-мишени и клеточные рецепторы гормонов. Механизм передачи сигнала в клетку.

18. Классификация гормонов по химическому строению и по биологическим функциям. Центральная регуляция эндокринной системы: роль тропных гормонов, либеринов, статинов. Заместительная терапия при гипофункции гормонов.

19. Регуляция обмена углеводов, химическая природа гормонов. Изменения гормонального статуса и метаболизма при голодании.

20. Регуляция обмена липидов, химическая природа этих гормонов. Изменение гормонального статуса и метаболизма при голодании.

21. Регуляция обмена аминокислот, химическая природа этих гормонов. Изменение гормонального статуса и метаболизма при голодании.

22. Регуляция концентрации глюкозы в крови. Причины возникновения гипо- и гипергликемии. Важнейшие изменения гормонального статуса и обмена веществ при сахарном диабете. Биохимические механизмы развития диабетической комы.

23. Регуляция обмена кальция и фосфатов. Роль паратгормона и кальцитонина. Витамин Д₃: строение и метаболизм. Гипо- и гиперкальциемии: причины возникновения и последствия.

24. Строение, синтез и метаболизм йодтиронинов. Влияние на обмен веществ. Гипо- и гипертиреозы: механизм возникновения и последствия. Заместительная терапия при гипопродукции гормонов.

25. Роль печени в обмене белков, липидов и углеводов.

26. Важнейшие механизмы обезвреживания веществ в печени: микросомальное окисление, реакции конъюгации. Обезвреживание чужеродных (фенол), лекарственных веществ, инактивация гормонов.

Занятие № 35

ТЕМА. БИОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КРОВИ И МОЧИ

ПО УРГЕНТНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ. РАБОТА В

ПЛАНЕ УИРС.

Цель занятия: 1.Ознакомиться с методами экспресс-диагностики отдельных компонентов сыворотки крови и мочи.

2.Приобрести навык комплексного исследования биопроб.

Исходный уровень знаний:

- химический состав крови;

- химический состав мочи.

Содержание занятия.

I.2. Небелковые азотистые компоненты крови.

Безазотистые органические компоненты крови.

Органические и минеральные компоненты мочи.

Патологические компоненты мочи.

II.1.Работа № 1. ИССЛЕДОВАНИЕ МОЧИ С ПОМОЩЬЮ

"pentaPHAN".

Диагностические полоски "pentaPHAN"("пентаФАН") имеют пять зон индикации, наклеенных на полимерную подложку. Реакции зон основаны на следующих принципах:

- кетоны (белый, с кремовым оттенком квадратик) - зона содержит щелочной нитропруссид, дающий с ацетоуксусной кислотой и ацетоном розовое, до темно-фиолетового окрашивание;

- восстанавливающие вещества (светло-желтый квадратик) - зона содержит кислотный буфер в смеси с фосфорномолибденовой кислотой, которая под действием сильных восстановителей (главным образом, аскорбиновой и гентизиновой кислот) превращается в молибденовый синий;

- глюкоза (ярко-желтый квадратик) - зона содержит ферменты глюкозооксидазу и пероксидазу, а также хромогенную систему, которая в присутствии глюкозы окисляется с образованием зеленых и даже синих продуктов;

- белок (светлый серо-зеленый квадратик) - зона содержит кислотный буфер в смеси со специальным индикатором, изменяющим свою окраску в присутствии белков от желтой через зеленую до синей;

- рН (оранжево-красный квадратик) - зона содержит смешанный кислотно-основной индикатор с переходом красной окраски через желтую и зеленую в синюю в интервале рН 5-9.

Порядок выполнения работы.

Полоску погрузить в исследуемую мочу и немедленно вынуть. Непосредственно после погружения полоски отсчитать величину рН, сравнив зоны индикации для рН с соответствующей цветной шкалой.

Примерно через 30 с после погружения аналогично оценить пробу на восстанавливающие в-ва: если последние содержатся в моче в незначительном количестве (цвет квадратика как "1" на эталоне), в течение 30-60 с оценить тест на глюкозу; если содержание восстанавливающих в-в в пределах "1"-"2", количество глюкозы определить через 1-2 мин после погружения; при содержании восстанавливающих в-в свыше "2" нельзя дать надежную оценку пробы на глюкозу, в этом случае надо повторить пробу не ранее чем через 10 час после последнего приема аскорбиновой кислоты.

Пробы на белок и кетоны оценить спустя 1 мин после обмакивания полоски.

Количественная оценка:

Показатели	«0»	«1»	«2»	«3»	«4»
Кетоны (ммоль/л)	<0,3	1,5	2,9	7,3	>14,7
Восстанавл. в-ва (мг/л)	<30				>600
Глюкоза (ммоль/л)	<1,3	2,78	5,55	16,7	>83,3
Белок (г/л)	<0,1	0,3	1,0	3,0	>10,0
рН

РЕЗУЛЬТАТЫ:

ВЫВОД:

Работа № 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЧЕВИНЫ В КРОВИ С

ПО­МОЩЬЮ "УРЕАТЕСТ".

Реактивная бумага "Уреатест" применяется для экспресс-определения содержания мочевины в сыворотке крови и представляет собой полоски хроматографической бумаги размером 120х10 мм, пропитанные растворами фермента и индикатора. Зоны их нанесения разделены красной парафиновой полосой. При определении полоску следует держать за свободный конец.

- непропитанный конец бумаги

- парафиновая полоска

- красная парафиновая полоска

- зона фермента (место нанесения сыворотки

крови)

Принцип метода.

Метод основан на специфическом действии фермента уреазы расщеплять мочевину с выделением аммиака. Выделившийся аммиак окрашивает индикатор в голубой цвет. Высота окрашенной зоны в мм пропорциональна концентрации мочевины в мг%, что определяется по кривой на графике. Пределы определения - от 20 до 250 мг%.

мм

50

40

30

20

10

30 60 90 120 150 180 210 240 мг%

Порядок выполнения работы.

Сыворотку крови развести дистиллированной водой 1:1. На конец бумажки, пропитанный ферментом, на расстоянии 3 мм от красной парафиновой полосы мерной пипеткой нанести 0,03 см³ разведенной сыворотки крови. Быстро внести полоску в чистую сухую пробирку, плотно закрыть пробкой и оставить на 20 мин при 37⁰С в термостате или на 30 мин при 20⁰С.

Измерить высоту индикаторной зоны, окрашенной в голубой цвет.

По приложенному графику (см. выше) найти содержание мочевины в мг%, соответствующее результатам измерения в мм.

В случае использования крови или неразбавленной сыворотки крови результат надо делить на 2.

РЕЗУЛЬТАТ:

ВЫВОД:

Работа № 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ МОЧИ С ПО-­

МО­ЩЬЮ "ГЛЮКОТЕСТ".

Порядок выполнения работы.

Полностью смочить в моче желтую полоску реактивной бумаги. Поместить бумажку на пластмассовую пластинку и выдержать около 2 мин. (По истечении 6 месяцев со дня выпуска длительность выдержки увеличить на 5-1О мин). Сравнить изменившуюся окраску желтой полоски с цветной шкалой.

Примечания. Для исследования использовать свеженабранную мочу, взятую до приема пищи.

На точность анализа отрицательно влияет присутствие в моче аскорбиновой кислоты.

Не дотрагиваться пальцами до желтой полоски реактивной бумаги.

Беречь от солнечных лучей и влаги!

РЕЗУЛЬТАТ:

ВЫВОД:

Работа № 4. КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕ­-

МО­ГЛОБИНА, РАСТВОРЕННОГО В

ПЛАЗ­МЕ КРОВИ.

Принцип метода и химизм реакции см. на стр.93.

Порядок выполнения работы.

Реактивы (мл)	Опыт. (пробирка)	Контроль (пробирка)
Ацетатный буфер рН 4,6	4,0	4,0
0,3% р-р перекиси водорода	2,0	2,0
0,1% р-р бензидина	2,0	2,0
Плазма крови	0,04	-
Физиологический р-р	-	0,04

Через 3 мин растворы перелить в кюветы 10мм и фотометрировать при красном светофильтре (680 нм).

При наличии гемоглобина (т.е. при гемолизе) интенсивность голубой окраски нарастает в течение 4-5 мин, поэтому величину оптической плотности измеряют 2 раза и регистрируют максимальные показания. Спустя 5-6 мин после фотометрирования окраска приобретает лилово-буроватый оттенок и величина оптической плотности уменьшается.

Количество растворенного гемоглобина (в мг%) определяют по калибровочной кривой, построенной на основании величин оптической плотности, полученных при фотометрировании растворов с точно известным содержанием гемоглобина (калибровочная кривая приготовлена заранее).

РЕЗУЛЬТАТ:

ВЫВОД:

Клинико-диагностическое значение.

В норме в плазме крови содержатся следы растворенного гемоглобина в пределах 0,2-2,5 мг%.

Повышенное количество растворенного в плазме гемоглобина является признаком внутрисосудистого гемолиза эритроцитов. При воздействии некоторых промышленных токсических веществ на организм человека можно ожидать появления внутрисосудистого гемолиза. Так, например, при острой интоксикации анилином наблюдается увеличение количества растворенного в плазме крови гемоглобина до 5,7 мг%.

Работа в плане УИРС.

Студент получает пробирку с клиническим материалом (мочой) и анализирует содержимое на наличие белка, ацетона, крови и сахара.

РЕЗУЛЬТАТЫ:

ВЫВОД:

III.2. Контрольные вопросы.

Сколько в норме содержится гемоглобина в плазме крови?

Какие факторы влияют на уровень растворенного в плазме гемоглобина?

Сколько в норме содержится мочевины в сыворотке крови?

Когда появляется глюкозурия?

Когда отмечается протеинурия?

Когда появляется гематурия?

Когда отмечается ацетонурия?

Материал для самоподготовки. а)1 с.567-585, 608-

624.

II, III

Занятие № 36

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ЗАНЯТИЕ

Содержание занятия.

I.2. Работа с методическим материалом.

Ликвидация задолженностей, отработка занятий по текущему разделу.

Подведение итогов обучения по предмету: выставление общего зачета, заполнение зачетных книжек и индивидуальных карт.

П Е Р Е Ч Е Н Ь

лабораторных и клинико-лабораторных навыков,

получаемых студентами на кафедре биохимии

1. Навыки лабораторной и экспериментальной работы:

- с агрессивно действующими веществами.

- очистки веществ методами осаждения, диализа.

- работы с мерной стеклянной посудой, микропипетками, микробюреткой.

- на фотоэлектроколориметре.

- титрометрическое количественное определение с помощью индикаторов.

- на центрифуге.

- проведения хроматографического разделения исследуемых образцов.

- разделения белковых смесей на фракции.

-знакомство с принципами экспериментальной научной работы.

- ведение протокола анализа.

- статистическая обработка цифрового материала по результатам исследования.

- с научной литературой. Реферативные работы по теме "Синтез белка и его регуляция".

2. Клинико-лабораторные навыки:

- количественное и качественное определение углеводов, применяемое в клинико-биохимических исследованиях.

- определение амилазной активности мочи.

- количественное определение показателей липидного обмена крови (холестерина, триацилглицеринов).

- количественное определение каталазы крови.

- навык обнаружение белка в биологической жидкости.

- количественное определение общего белка в биопробах.

- обнаружение витаминов и гормонов в растворах.

- количественное определение общей кислотности, свободной и связанной соляной кислоты желудочного сока.

- обнаружение молочной кислоты и крови в биопробах.

- выявление гомогентизиновой и фенилпировиноградной кислот в моче.

- определение креатинина, мочевой кислоты и мочевины.

- количественное определение желчных пигментов и гемоглобина.

- знакомство с методами экспресс-диагностики некоторых показателей крови и мочи.