Тема 9. углеводный и липидный обмен

Цель занятия: закрепить теоретические сведения об углеводном и липидном обмене и их регуляции.

Задачи занятия:

1. Экспериментально доказать повышение содержания ацетона при нарушениях углеводного и жирового обмена.

2. Определить повышение ацетоуксусной кислоты при данных нарушениях обмена.

Теоретические сведения

Углеводный обмен

Углеводный обмен – совокупность процессов превращения в организме человека углеводов и углеводсодержащих биополимеров. Углеводы входят в состав клеток всех живых организмов и выполняют разнообразные функции. В питании человека они являются одним из важнейших компонентов наряду с белками и жирами.

Условно углеводы делят на три большие группы:

- моносахариды (простые сахара),

- олигосахариды,

- полисахариды (сложные сахара).

Моносахариды имеют наименьший молекулярный вес. Олигосахариды состоят из небольшого числа моносахаридов, связанных между собой в виде цепочек. Полисахариды состоят из очень большого числа моносахаридов, которые могут образовывать несколько более длинных цепочек.

Отдельно рассматривают группу биополимеров, молекулы которых содержат наряду с олисахаридной или полисахаридной цепью белковые, липидные и другие компоненты.

Синтез и превращения глюкозы в организме

Одним из наиболее важных углеводов является глюкоза. Она образуется из гликогена и углеводов пищи, а также из различных неуглеводных веществ. Этот процесс носит название глюконеогенеза и играет важную роль в поддержании гомеостаза (постоянства химического состава внутренней среды организма). Глюконеогенез происходит, главным образом, в печени. Содержание глюкозы в крови в норме составляет 3,3–5,3 ммоль/л, после приёма пищи уровень глюкозы начинает увеличиваться спустя 10–15 мин, достигая через 1 ч 8,9–9,9 ммоль/л, затем по прошествии 2–2,5 ч возвращается к исходному.

Синтез и распад гликогена

Гликоген является главным резервным полисахаридом в организме человека и состоит из молекул глюкозы, соединённых в цепочки. Избыточное количество глюкозы в крови приводит к усилению синтеза гликогена, который затем откладывается в печени. Распад гликогена происходит при дефиците глюкозы, например, при голодании. Таким образом поддерживается постоянная концентрация глюкозы в крови.

Во время мышечной работы наблюдаются значительные изменения уровня глюкозы в крови. Кратковременная напряжённая работа приводит к гипергликемии (повышению уровня глюкозы в крови), а длительная работа (если спортсмену не вводят углеводные растворы) приводит к гипогликемии (снижению уровня глюкозы в крови).

Углеводный обмен регулируется эндокринной системой: целый ряд гормонов способствует повышению содержания глюкозы в крови, и только один гормон – инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой, снижает уровень глюкозы в крови путём усиления синтеза гликогена в печени, торможения глюконеогенеза и улучшения усвоения глюкозы клетками органов и тканей. 1 ЕД инсулина утилизирует 5 г глюкозы.

В моче здорового человека глюкоза практически отсутствует. Однако если уровень глюкозы в крови > 6,68 ммоль/л, часть её попадает в мочу.

Кетоновые тела(синацетоновые тела) – это группа органических соединений, являющихся продуктами неполного расщепления белков, жиров и углеводов в процессе обмена веществ. К кетоновым телам относят оксимасляную, ацетоуксусную кислоты и ацетон. В крови здорового человека содержится 0,2–2,5 мг/мл кетоновых тел. Кетоновые тела синтезируются в печени, оттуда они поступают в кровь, а с ней – во все остальные органы И ткани, где они в СОСТАВЕ клеткахОК включаются в универсальный энергообразующий цикл – цикл трикарбоновых кислот, в котором кетоновые тела окисляются до углекислоты и воды.

При голодании, однообразном безуглеводистом питании и при дефиците инсулина в организме химические реакции цикла трикарбоновых кислот подавляются, и все метаболические ресурсы организма превращаются в глюкозу крови. В этих условиях увеличивается синтез кетоновых тел. При повышении содержания кетоновых тел в крови они начинают выводиться с мочой и с выдыхаемым воздухом в виде ацетона.

Липидный обмен

Липидный обмен – совокупность процессов переваривания и всасывания нейтральных жиров (триглицеридов) в желудочно-кишечном тракте, процессов промежуточного обмена жиров и жирных кислот, а также выведение жиров и продуктов их обмена из организма.

Понятия «жировой обмен» и «липидный обмен» часто используются как синонимы, так как входящие в состав тканей жиры и жироподобные соединения объединяются под общим названием «липиды».

Основная часть пищевых жиров подвергается расщеплению в верхних отделах тонкой кишки под действием фермента липазы поджелудочной железы и всасывается в кровь. Через два часа после приёма пищи развивается алиментарная гиперлипемия, характеризующаяся повышением концентрации триглицеридов в крови и появлением в ней хиломикронов. Последние представляют собой комплексы триглицеридов, синтезированных в клетках кишечной стенки, и холестерина. Пик алиментарной гиперлипемии отмечается через 4–6 часов после приёма жирной пищи, а через 10–12 часов содержание жира в сыворотке крови возвращается к норме.

Печень и жировая ткань играют наиболее важную роль в дальнейших превращениях хиломикронов. В клетках печени имеются ферментные системы, которые катализируют окисление липидов с образованием энергии. В жировой ткани триглицериды хиломикронов подвергаются расщеплению под действием ферментов на поверхности жировых клеток. В результате образуются глицерин и жирные кислоты. После проникновения в жировые клетки жирные кислоты превращаются в метаболически активные формы и вступают в химические взаимодействия. В результате этого вновь синтезируются триглицериды, которые пополняют общий запас триглицеридов жировой ткани. Последние выполняют в обмене жиров такую же функцию, как гликоген печени в обмене углеводов. Триглицеридов жировой ткани взрослого человека достаточно, чтобы обеспечить 40-дневную потребность организма в энергии.

Триглицериды жировой ткани подвергаются расщеплению под действием ферментов – липаз. В результате образуется большое количество свободных жирных кислот, которые поступают в кровь и образуют комплексы с белками крови. Таким образом, жирные кислоты с кровью попадают в органы и ткани, где подвергаются окислению в цикле трикарбоновых кислот. Около 30 % жирных кислот задерживается в печени и окисляется там до кетоновых тел, наибольшая часть которых попадает с кровью в другие органы и ткани, где окисляются до углекислоты и воды.

В норме 5 % жиров выводятся из организма в неизменённом виде – в виде триглицеридов и жирных кислот через кожу (с секретом сальных и потовых желёз).

При длительной физической нагрузке в крови повышается уровень свободных жирных кислот. В этом выражается мобилизация жира из жировых депо для использования этого энергетического ресурса.

Материальное обеспечение

1. Нитропруссид натрия, 10% свежеприготовленный раствор.

2. Уксусная кислота, ледяная (хранят в тёмной склянке в холодильнике).

3. Едкий натр, 10% раствор.

4. Хлорное железо, 5% раствор.

5. Чашка Петри.

6. Моча, содержащая ацетон и ацетоуксусную кислоту.

Последовательность выполнения задания

1. Проба Легаля на ацетон. Ацетон и ацетоуксусная кислота в щелочной среде образуют с нитропруссидом натрия оранжево-красное окрашивание. После подкисления ледяной уксусной кислотой образуется соединение вишнёвого цвета. Для ПОЛУЧЕНИЯ этого СОЕДИНЕНИЯ на часовое стекло наливают 1 каплю мочи и 1 каплю свежеприготовленного нитропруссида натрия. Появляется оранжево-красное окрашивание. Добавляют 3 капли ледяной уксусной кислоты: появляется вишнёво-красное окрашивание Реакцию можно проводить также в пробирке.

2. Реакция Герхардта на ацетоуксусную кислоту. К 5 каплям мочи прибавляют по каплям 5%-й раствор хлорного железа:, при этом выпадает осадок FePCU. При наличии ацетоуксусной кислоты от дальнейшего прибавления хлорного железа появляется вишнёво-красное окрашивание.

Протокол выполнения задания

1. Сделать пробу Легаля на ацетон.

2. Выполнить реакцию Герхардта на ацетоуксусную кислоту.

3. Сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Дать определение ПОНЯТИЯ «углеводный обмен».

2. Каково строение углеводов?

3. Что такое глюконеогенез?

4. Что представляет собой гликоген?

5. Какова роль гликогена в углеводном обмене?

6. Как осуществляется регуляция углеводного обмена?

7. Какие изменения углеводного обмена происходят при физических нагрузках?

8. Что такое кетоновые тела?

9. В каких случаях усиливается синтез кетоновых тел?

10. Каким образом кетоновые тела выводятся из организма?

11. Дать определение липидного обмена.

12. Как происходит переваривание пищевых жиров?

13. Какова роль печени в липидном обмене?

14. Какова роль жировой ткани в липидном обмене?

15. Какие вещества являются конечными продуктами липидного обмена?

Задачи

1. Содержание глюкозы в моче составляет 20 мг/мл. При этом за сутки выделено 2 л мочи. Какую дозу инсулина следует назначить (ЕД/сут).

2. Содержание глюкозы в моче составляет 24 мг/мл. Количество суточной мочи – 2,5 л. Как изменится содержание глюкозы в моче после введения инсулина в дозе 10 ЕД/сут?

3. Содержание кетоновых тел в крови – 0,032 мг/мл. Каким образом изменится при этом рН крови?

4. Общее содержание липидов в крови натощак составляет 5,5 г/л. Каково их содержание через 12 часов после приема пищи?

5. Содержание глюкозы в крови спортсмена после нагрузки составляет 2,8 ммоль/л. Каким будет содержание глюкозы после применения углеводсодержащихся напитков?

Тесты

1. Простыми углеводами называют

а) моносахариды;

б) олигосахариды;

в) полисахариды.

2. Глюконеогенез – ЭТО…

а) образование глюкозы из других веществ;

б) превращение глюкозы в другие вещества;

в) обмен глюкозы.

3. Образование гликогена обусловлено…

а) дефицитом глюкозы в организме;

б) избытком глюкозы в организме;