Определение уровня глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

Занятие №1.

Актуальность темы.

Углеводы широко распространены в природе. Они входят в состав живых организмов и вместе с белками, липидами

и нуклеиновыми кислотами определяют специфичность их строения и функционирования. Углеводы участвуют во

многих метаболических процессах и прежде всего они являются основными поставщиками энергии, выполняют

структурную роль. Из них в процессе метаболизма образуется большое число органических соединений, которые

служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов. Производные углеводов участвуют

в детоксикации ксенобиотиков и инактивации веществ эндогенного происхождения. Углеводы могут

синтезироваться с использованием других метаболитов: некоторых аминокислот, глицерина, молочной кислоты.

Учебные и воспитательные цели:

1. Общая цель занятия:

- привить знания о химическом строении и значении углеводов для жизнедеятельности организма.

2. Частные цели

- уметь определять глюкозу, фруктозу и крахмал в растительных продуктах качественными реакциями.

1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Понятие об углеводах, биологическая роль и химическое строение отдельных представителей

(моносахаридов, дисахаридов).

2.2. Протеогликаны, гликопротеины.

2.3. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте. Роль клетчатки. Непереносимость

углеводов. Мальабсорбция дисахаридов.

3. Лабораторно-практические работы:

3.1. Качественные реакции:

- на глюкозу – реакция Троммера, реакция Фелинга, реакция Ниландера;

- на фруктозу – реакция Селиванова.

3.2. Обнаружение глюкозы и фруктозы в объектах растительного происхождения.

Выходной контроль

4.1. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материал лекций.

5.2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004г., с. 169-187, 319-327,

357-359, 361-362

Основные вопросы темы

2.1. Понятие об углеводах, биологическая роль и химическое строение отдельных представителей

(моносахаридов, дисахаридов).

Углеводы вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами входят в состав живых организмов и определяют специфичность их строения и функционирования. На долю углеводов приходится около 75% массы пищевого рациона и более 50% от суточного количества необходимых калорий. Углеводы являются поставщиками энергии и выполняют структурную роль. Из углеводов в процессе метаболизма образуются вещества, которые служат исходными субстратами для синтеза липидов, аминокислот, нуклеотидов.

Углеводы – это альдегидо- или кетоноспирты.

Функции углеводов:

1. Энергетическая;

2. Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот, свободных мононуклеотидов (АТФ, ГТФ, цАМФ и др.), коферментов (НАД, НАДФ, ФАД);

3. Структурная: гликопротеины – коллаген; белки-рецепторы; гликокаликс, белки определяющие принадлежность к группе крови; факторы свертывания крови; ферменты, гормоны; гликозаминогликаны и др;

4. Защитная: иммуноглобулины, интерферон, муцины, фибриноген, гликозаминогликаны и др.;

5. Дезинтоксикационная - входят в состав ФАФС (фосфоаденозинфосфосульфат) и УДФГК (уридиндифосфоглюкуроновая кислота).

Суточная потребность – 500 грамм.

Классификация:

1. Моносахариды – производные многоатомных спиртов, содержащих альдегидную или кетонную группу. В

зависимости от количества углеродных атомов моносахариды делятся на:

Истинные:

- триозы

- тетрозы

- пентозы (рибоза, дезоксирибоза)

- гексозы (глюкоза, галактоза, фруктоза) и др.

Производные моносахаридов:

- уроновые кислоты – если вместо СН₂ОН группы в 6 положении – СООН группа (у глюкозы – глюкуроновая

кислота; у галактозы – галактоуроновая кислота). Они входят в состав гликозаминогликанов;

- аровые кислоты – если в 6 и 1 положениях – СООН группы (у глюкозы – глюкаровая, у галактозы –

галактаровая);

- аминосахара – если во 2 положении – NН₂группа (у глюкозы – глюкозамин, у галактозы – галактозамин). Они

входят в состав гликозамингликанов;

- N-гликозиды (рибоза, дезоксирибоза, соединенные с азотистым основанием в нуклеотиде - N-гликозидной

связью). Входят в состав РНК, ДНК, АТФ, НАД, ФАД и др.;

- фосфорные эфиры моносахаридов – замещение атомов Н на остатки фосфорной кислоты: глюкозо-6-фосфат;

фруктозо-1,6-дифосфат; рибозо-5-фосфат и др.

2. Олигосахариды (в их состав входят от 2 до 10 остатков моносахаридов)

Дисахариды:

- мальтоза состоит из 2 молекул α-Dглюкозы, соединенных α-1,4-гликозидной связью. Она имеет свободный

полуацетальный гидроксил, обладает восстанавливающими свойствами;

- лактоза (молочный сахар) состоит из β-Dгалактозы и α-Dглюкозы соединенные β-1,4-гликозидной связью.

Имеет свободный полуацетальный гидроксил и обладает восстанавливающими свойствами.

- сахароза состоит из α-Dглюкозы и β-Dфруктозы, соединенные α-1,2-гликозидной связью. Свободного

полуацетального гидроксила не имеет, поэтому не обладает восстанавливающими свойствами.

3. Полисахариды:

- гомополисахариды (крахмал, клетчатка, гликоген);

- гетерополисахариды (гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды).).

2.2. Протеогликаны, гликопротеины.

Протеогликаны – это сложные белки, состоящие из белков и углеводов. Углеводы, входящие в состав

протеогликанов называются глкозаминргликанами.

Классификация гликозаминогликанов:

1. гиалуроновая кислота

2. хондроитин-4-сульфат

3. хондроитин-6-сульфат

4. дерматансульфат

5. кератансульфат

6. гепарин.

Они широко распространены в организме человека: кожа, сухожилия, хрящи, кости, синовиальная жидкость,

стекловидное тело, роговица, пупочный канатик, слизистые рта, носа, бронхов, кровеносных сосудов.

Функции гликозаминогликанов:

1. защитно-механическая;

2. гиалуроновая кислота является «биологическим цементом» т.е. заполняя межклеточное вещество, укрепляет соединительную ткань, тем самым препятствует проникновению в организм болезнетворных микроорганизмов;

3. обладают высокой гидрофильность, т.е. удерживают воду и катионы, принимая участие в регуляции водно-солевого обмена;

4. обладают высокой вязкостью – участвуют в формировании пищевого комка, облегчая процессы проглатывания;

5. гепарин – естественный антикоагулянт (предотвращает процессы свертывания крови).

Строение гликозаминогликанов:

1. в структуру мономера гиалуроновой кислоты входят: глюкуроновая кислота, соединенная с N-

ацетилглюкозамином;

2. в структуру мономера гепарина входят: глюкуроновая кислота, N-ацетилглюкозамин и 2 остатка серной

кислоты.

2.3. Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте. Роль клетчатки. Непереносимость

углеводов. Мальабсорбция дисахаридов.

Попадая в желудочно-кишечный тракт, углеводы под действием ферментов распадаются на моносахариды и всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны этих клеток (путем облегченной диффузии и активного транспорта).

В ротовой полости пища измельчается при пережевывании, смачиваясь при этом слюной, рН которой равна 6,8. Под влиянием α-амилазы слюны (эндоамилаза) происходит расщепление в крахмале α-1,4-гликозидных связей. Она не расщепляет α-1,6-гликозидные связи в крахмале, поэтому крахмал переваривается лишь частично с образованием крупных фрагментов – декстринов и небольшого количества мальтозы. α-амилаза не гидролизует гликозидные связи в дисахаридах.

В желудке действие амилазы слюны прекращается, т.к. рН желудочного сока равен 1,5-2,5. Однако, внутри

пищевого комка активность амилазы может некоторое время сохранятся, пока рН не изменится в кислую

сторону.

В 12-перстной кишке рН равна 7,5-8,0. Из поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Этот фермент также является эндогликозидазой т.к. расщепляет α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах. Продукты переваривания: олигосахариды, содержащие 3-8 остатков глюкозы, мальтоза, изомальтоза – дисахарид, состоящий из 2 молекул α-Dглюкозы, соединенных α-1,6-гликозидной связью. Дальнейшее их переваривание происходит в нижних отделах тонкого кишечника под действием мальтазы, изомальтазы. Дисахариды пищи сахароза и лактоза также расщепляются в тонком кишечнике сахаразой и лактазной (полостное пищеварение).

Процесс переваривания заканчивается на поверхности эпителиальных клеток кишечника (мембранное,

пристеночное пищеварение). Эпителиальные клетки покрыты микроворсинками, над которыми располагается

волокнистая сеть - гликокаликс (гликопротеин). В нем располагаются ферменты гидролизующие мальтозу,

сахарозу, лактозу, которые не расщепилисьв полости кишечника.

Скорость всасывания моносахаридов различна, глюкоза и галактоза всасываются быстрее, чем другие

моносахариды. Транспорт моносахаридов в клетке слизистой оболочке кишечника может осуществляться

различными способами: путем облегченной диффузии и активного транспорта. При высокой концентрации

глюкозы в просвете кишечника она транспортируется в клетку путем облегченной диффузии. При низкой

концентрации – глюкоза всасывается путем активного транспорта.

Механизм активного транспорта.

Глюкоза и Nа⁺ соединяются с разными участками белка-переносчика. При этом Nа⁺ поступает в клетку по градиенту концентрации и одновременно транспортируется глюкоза против градиента концентрации. Чем больше градиент Nа⁺, тем больше поступления глюкозы в энтероциты. Если концентрация Nа⁺ уменьшается, транспорт глюкозы снижается. Свободная энергия, необходимая для активного транспорта образуется благодаря гидролизу АТФ, связанному с натриевым насосом, который «откачивает» из клетки Nа⁺ в обмен на К⁺. Глюкоза соединяется с другим белком-переносчиком путем облегченной диффузии всасывается в кровь.

Роль клетчатки.

1. раздражая нервные окончания слизистой оболочки кишечника, усиливает перистальтику кишечника;

2. увеличивает секрецию кишечного сока;

3. способствует формированию каловых масс;

4. адсорбирует холестерол;

5. адсорбирует тяжелые металлы, радионуклиды;

6. подвергаясь в кишечнике спиртовому брожению, подавляет размножение гнилостных бактерий.

Мальабсорбция – группа заболеваний, связанная с нарушением:

1. переваривания углеводов в ЖКТ (дефект ферментов);

2. нарушение всасывания продуктов распада моносахаридов.

Примером первой группы заболеваний является лактазная недостаточность (дисахаридазная).

У детей различают 2 формы:

- транзиторная (до года жизни), связанная с незрелостью фермента лактазы;

- генетическая – мутация гена, ответственного за синтез фермента лактазы.

У взрослых:

- дефект лактазы вследствие экспрессии гена лактазы возрастного характера, при этом непереносимость молока у лиц африканского и азиатского происхожде6ния. Средняя частота данной формы в странах Европы – 7-12%, в Китае 80%, в отдельных районах Африки – 97% (исторически сложившийся рацион питания);

- приобретенного характера- при кишечных заболеваниях (гастриты, колиты, энтериты). Как известно, активность лактазы ниже, чем других дисахаридаз, поэтому понижение её активности становится более заметным.

Проявление во всех случаях: осмотическая диарея, которую вызывают нерасщепленные дисахариды и невсосавшиеся моносахариды, поступающие в дистальные отделы кишечника, изменяют осмотическое давление, частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами, с образованием кислот, газов, усиливается приток воды в кишечник, увеличивается объем кишечного содержимого, увеличивается перистальтика, появляются метеоризм и боли.

3. Лабораторно-практические работы:

3.1. Качественные реакции:

- на глюкозу – реакция Троммера, реакция Фелинга, реакция Ниландера;

- на фруктозу – реакция Селиванова.

РЕАКЦИЯ ТРОММЕРА:

К 10 каплям 1% раствора глюкозы прибавить 5 капель 10% раствора NaOH и 2 капли 1% CuSO₄ нагревают до

кипения. Образуется осадок желтого цвета СuOH или кирпично-красного цвета Cu₂O.

РЕАКЦИЯ ФЕЛИНГА:

К 10 каплям 1% раствора глюкозы прибавить 5 капель реактива Фелинга-1 и 5 капель реактива Фелинга-2,

нагреть до кипения. Образуется осадок кирпично-красного цвета- Cu₂O.

РЕАКЦИЯ НИЛАНДЕРА:

В пробирку наливают 10 капель 1% раствора глюкозы. Прибавляют 5 капель реактива Ниландера, кипятят 1-2

минуты. Образуется осадок черного цвета (восстановление висмута).

РЕАКЦИЯ СЕЛИВАНОВА:

В пробирку наливают 10 капель реактива Селиванова, добавляют 1-2 капли раствора фруктозы и нагревают до

кипения. Наблюдается красное окрашивание.

3.2. Обнаружение глюкозы и фруктозы в объектах растительного происхождения.

Углеводы моркови. В пробирку помещают 1 г. мелко нарезанной моркови, добавляют 2 мл воды и

встряхивают 2 мин. Надосадочную жидкость разливают поровну в 2 пробирки.

В одной пробирке открывают глюкозу реакцией Фелинга, в другой – фруктозу – с помощью реакции

Селиванова.

Реакция Фелинга – в 1-ю пробирку прибавляют 3 капли реактива Фелинга-1 и 3 капли реактива Фелинга-2.

Жидкость нагревают до кипения. Выпадает осадок кирпично-оранжевого цвета закиси меди.

Реакция Селиванова – во 2-ю пробирку добавляют 20 капель реактива Селиванова. Жидкость нагревают до

кипения, развивается красное окрашивание.

Углеводы меда. В 2 пробирки отмеривают по 6 капель раствора меда. В одну пробирку прибавляют 3 капли

реактива Фелинга-1 и 3 капли реактива Фелинга-2. Пробирку нагревают до кипения. Во 2-ю пробирку

прибавляют 20 капель реактива Селиванова и нагревают до кипения.

Открытие крахмала в картофеле. На срез картофеля наносят 2-3 капли раствора J₂. Наблюдают появление

синего окрашивания.

Занятие №2.

Учебные и воспитательные цели:

Общая цель занятия:

- знать основы метаболизма глюкозы в организме.

Частные цели занятия:

- иметь представление о методах определения глюкозы в крови;

- уметь определять уровень глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Общая схема источников и путей использования глюкозы в организме.

2.2. Аэробный распад – основной путь катаболизма глюкозы у человека. Физиологическое значение.

2.3. Анаэробный распад глюкозы. Биологическая роль. Эффект Пастера.

2.4. Глюконеогенез и его значение. Регуляция.

2.5. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).

3. Лабораторно-практическая работа:

3.1. Определение глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

Выходной контроль

4.1. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материал лекций.

5.2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004г., с. 327-334, 338-353,

359-362.

Основные вопросы темы

2.1. Общая схема источников и путей использования глюкозы в организме

2.2. Аэробный распад – основной путь катаболизма глюкозы у человека. Физиологическое значение.

АЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ – процесс окисления глюкозы до СО₂ и Н₂О, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции находятся в цитозоле клетки.

Выделяют 2 этапа:

1. Подготовительный – глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 молекулы фосфотриоз. Используются 2 молекулы АТФ.

2. Этап, сопряженный с синтезом АТФ. Фосфотриозы превращяются в ПВК, которая далее окисляется до СО₂ и Н₂О (ЦТК). Таким образом, выход АТФ – 38 молекул.

Основное физиологическое значение – использование энергии, которая освобождается в этом процессе для синтеза АТФ. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений (фр-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат участвуют в образовании рибозо-5-фосфата – структурного компонента нуклеозидов; 3-фосфоглицерат включается в синтез аминокислот: серин, глицин, цистеин). Являются субстратами для НАД-зависимых дегидрогеназ дых. цепи (глицеральдегид -3-фосфат, пируват, изоцитрат, α-кетоглутарат, малат). В печени и жировой ткани ацетил-КоА, образующийся из ПВК, используется как субстрат при биосинтезе жирных кислот, холестерина.

В₁ недостаточность – известно что это водорастворимый витамин – тиамин – антиневритный, входит в состав как минимум 3 ферментов. Например, в виде ТДФ участвует в пируватдегидрогеназном комплексе (окисление ПВК до ацетил КоА). При его отсутствии из ацетил-КоА, в частности не образуется ацетилхолин, вследствии чего, возникают полиневриты, в основе которых лежат дегенеративные изменения нервов, затем паралич (Бери-бери), нарушения со стороны сердечно-сосудистой деятельности – нарушения ритма сердца, увеличения его размеров, боли, со стороны ЖКТ – снижение кислотности, потеря аппетита, атония кишечника.

2.3.Анаэробный распад глюкозы. Биологическая роль. Эффект Пастера.

АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ – процесс расщепления глюкозы с образованием конечного продукта лактата. Он протекает без использования кислорода и поэтому не зависит от работы митохондриальной дыхательной цепи. АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования (2 АТФ). Протекает в мышцах, в первые минуты мышечной работы, в эритроцитах (в которых отсутствуют митохондрии), а также в разных органах в условиях ограниченного снабжения их кислородом, в том числе в опухолевых клетках. Этот процесс служит показателем повышенной скорости деления клеток при недостаточной обеспеченности их системой кровеносных сосудов.

Сходство анаэробного и аэробного гликолиза заключается в том, что до стадии образования ПВК эти процессы протекают одинаково при участии тех же ферментов.

СН₃ ЛДГ СН₃

Глюкоза С=О 2 Н-С-ОН

СООН СООН

ПВК 2 НАДН₂ 2НАД лактат

Энергетический баланс анаэробного окисления глюкозы: образование 2 АТФ.

Основное физиологическое значение – использование энергии, которая освобождается в этом процессе для синтеза АТФ. Метаболиты гликолиза используются для синтеза новых соединений (фр-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат участвуют в образовании рибозо-5-фосфата – структурного компонента нуклеозидов; 3-фосфоглицерат включается в синтез аминокислот: серин, глицин, цистеин).

ЭФФЕКТ ПАСТЕРА. Заключается в угнетении дыханием (О₂) анаэробного гликолиза, т.е. происходит переключение с аэробного гликолиза на анаэробное окисление. Если ткани снабжены О₂, то 2НАДН₂, образовавшийся в процессе центральной реакции оксидоредукции, окислится в дыхательной цепи, поэтому ПВК не превращается в лактат, а в ацетил-КоА, который вовлекается в ЦТК.

2.3. Глюконеогенез и его значение.

Это процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Процесс протекает в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой кишечника. Эти ткани могут обеспечивать синтез 80-100 г глюкозы в сутки.

Первичные субстраты – лактат, аминокислоты, глицерол. Их включение в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма:

лактат – постоянно;

глицерол – высвобождается при гидролизе жиров в период голодания или при длительной физической нагрузке;

аминокислоты – образуются в результате распада мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе.

Если гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях. Процесс идет обратно анаэробному гликолизу за исключением 3-х необратимых реакций:

1. Пируваткиназная – образование фосфоенолпирувата из ПВК происходит в ходе 2-х реакций, первая из кот. протекает в митохондриях. ПВК транспортируется в матрикс митохондрий и там карбоксилируется с образованием оксалацетата (ЩУК). Фермент-пируваткарбоксилаза, коферментом которым является биотин. Реакция протекает с использование АТФ. Затем оксалацетат (в цитозоле) превращается в фосфоенолпируват входе реакции, катализируемой фосфоенолпируваткарбоксилазой – ГТФ-зависимым ферментом (-СО₂, ГТФ → ГДФ).

2. Фосфофруктокиназная: ФР-1,6-дифосфат →Фр-6-фосфат под действием фермента фруктозо-1,6-бифосфатаза.

3. Гексокиназная: Гл-6-фосфат→ Глюкоза под действием фермента Гл-6-фосфатазы.

ЗНАЧЕНИЕ – поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок.

РЕГУЛЯЦИЯ: инсулин – тормозит синтез ферментов; глюкокортикоиды – индуцируют синтез ферментов; СТГ – повышает активность ферментов глюконеогенеза.

2.4. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).

ЦИКЛ КОРИ.

(взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени).

Схема:

ЗНАЧЕНИЕ:

1. Регуляция постоянного уровня глюкозы в крови.

2. Обеспечивает утилизацию лактата.

3. Предотвращает накопление лактата (снижение рН - лактоацидоз).

4. Экономичное использование углеводов организмом.

5. Регуляция обмена углеводов осуществляется на уровне тканей – кровь, печень, мышцы.

3. Лабораторно-практическая работа:

Определение уровня глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

3.1. Ознакомление студентов с работой глюкометра «One Touch» ultra.

Измерение содержания сахара в пробе крови с помощью глюкометра происходит посредством электрического сигнала, который возникает при взаимодействии иммобилизованного на тест-полоске фермента (оксидазы глюкозы) с субстратом (глюкозой), находящемся в исследуемой капле крови. Глюкометр позволяет определить уровень глюкозы в крови в диапазоне 1,1-33,3 ммоль/л.

а) Кодирование прибора необходимо выполнять перед первым использованием прибора. Войдите в режим кодирования. Введите тест-полоску (обозначение «Ш») в прибор. На экране появляются все его сегменты, затем появляется номер кода. Сравните номер кода на флаконе тест-полосок. Если номера совпадают, можно приступать к проведению анализа, а если не совпадают, то нажмите кнопку «С», пока номер не совпадет. После этого появляется символ «капля крови». Прибор готов к проведению анализа.

3.2. Определение уровня глюкозы в крови у студентов с помощью глюкометра «One Touch» ultra. Проведение анализа. Подведите каплю крови на пальце руки к зоне теста на верхней части тест-полоски и удерживайте ее в таком положении до полного заполнения капилляра. На экране появляется отчет в течение 5 секунд, после чего обозначается величина уровня глюкозы в ммоль/л. После удаления тест-полоски изображение на экране прибора гаснет и он готов к следующему проведению анализа.

Ход работы: Вымойте руки теплой водой с мылом и тщательно высушите. Обработайте палец руки ватой, смоченной в этиловом спирте и подсушите его. Стерильным скарификатором проколите кожу пальца и выдавите из него капельку крови, которую введите в капилляр тест-полоски. Затем обработайте место прокола ватой, смоченной в этиловом спирте.

Вывод: полученное показание сравнить с нормой глюкозы в крови. Норма - 3,3-5,5 ммоль/л. Если уровень глюкозы выше 5,5 ммоль/л – гипергликемия, если ниже 3,3 ммоль/л – гипогликемия

Занятие №3.

Учебные и воспитательные цели:

1. Общая цель занятия:

- знать биохимические аспекты гликогенозов, сахарного диабета.

2. Частные цели:

- уметь определять уровень глюкозы в крови натощак и после сахарной нагрузки.

1. Входной контроль знаний:

1.1. Тесты.

1.2. Устный опрос.

1.3. Реферативные сообщения.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Пентозофосфатный путь превращений глюкозы. Окислительные реакции (до стадии рибулозо-5-фосфата).

Распространение и физиологическое значение.

2.2. Влияние этилового алкоголя на обмен углеводов

2.3. Гликоген – свойства, биосинтез и мобилизация гликогена. Регуляция процессов.

2.4. Гликогенозы.

2.5. Содержание глюкозы в крови. Гипо-, гипергликемия, глюкозурия и причины их возникновения.

2.6. Сахарный диабет, биохимическая характеристика патогенеза. Механизм действия инсулина.

3. Лабораторно-практическая работа:

3.1. Определение глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra натощак и после сахарной нагрузки.

Выходной контроль

4.1. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материал лекций.

5.2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: «Медицина», 2004г., с. 335-338, 353-357,

359-361.

Основные вопросы темы

2.1.Пентозофосфатный путь превращений глюкозы. Окислительные реакции (до стадии рибулозо-5-фосфата).

Распространение и физиологическое значение.

Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы. Это путь окисления глюкозы путем укорочения углеродной цепочки на один углеродный атом. Пентозофосфатный путь не приводит к синтезу АТФ.

В пентозофосфатном пути различают два этапа:

Окислительный путь включает две реакции дегидрирования с участием кофермента НАДФ и реакцию декарбоксилирования. В результате образуется НАДФН₂ и пентозы (рибозро-5-фосфат).

Неокислительный путь служит для синтеза пентоз. Реакции этого пути обратимы, поэтому из пентоз могут образовываться гексозы. Промежуточные продукты (фруктозо-6-фосфат, глицеро-альдегид-3-фосфат) могут включаться в пути аэробного и анаэробного окисления. Знать химизм окислительного этапа.

Таким образом, в результате пентозофосфатного пути окисления глюкозы образуются пентозы, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), коферментов (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД), а также восстановленная форма НАДФ, водороды которого необходимы для восстановительных синтезов (синтез высших жирных кислот, холестерола, гормонов коры надпочечников, половых гормонов, провитаминов группы Д, желчных кислот), участвует в обезвреживании лекарственных веществ и ядов в печени. Этот путь окисления функционирует в печени, в жировой ткани, молочной железе, коре надпочечников, а также в быстро растущих, регенерирующихся тканях.

2.2. Влияние этилового спирта на углеводный обмен.

Катаболизм этанола осуществляется главным образом в печени (75-98%). Основную роль в метаболизме этанола играет цинксодержащий фермент НАД⁺- зависимый фермент – алкогольдегидрогеназа, локализующийся в цитозоле и митохондриях печени (95%). В ходе реакции происходит дегидрирование этанола, образуются ацетальдегид и восстановленный НАДН. Алкогольдегидрогеназа катализирует обратимую реакцию, направление которой зависит от концентрации ацетальдегида и соотношения НАДН/НАД⁺ в клетке.

_{дегидрогеназа дегидрогеназа}

С₂Н₅ОН → Н₃С-СОН → СН₃СООН → Н₃СОSKoA → ЦТК

^{НАД → НАДН}₂ ^{НАД → НАДН}₂

этанол ацетальдегид уксусная кислота ацетил КоА

При употреблении большого количества спирта количество НАД уменьшается, а НАДН₂ увеличивается. Это приводит к уменьшению ПВК – основной предшественник образования глюкозы → гипогликемия, особенно когда запасы гликогена в печени и мышцах невелики (употребление алкоголя натощак, после физической нагрузки, у хронических алкоголиков); блокируется синтез глюкозы из лактата и аминокислот (глюконеогенез). Гипогликемия сказывается на функции мозга и может быть причиной потери сознания при алкогольном отравлении. Алкоголь не содержит витаминов. Алкоголики получают основную массу калорий со спиртом, в котором нет витамина В₁. Характерная для них недостаточность тиамина проявляется в синдроме Вернике - Корсакова, сопровождается расстройствами функций нервной системы, психозами, потерей памяти (причина – сочетание недостатка тиамина и снижение активности тиаминзависимого фермента транскетолазы).

2.3. Гликоген – свойства, биосинтез и мобилизация гликогена.

Гликоген – животный крахмал, главный резервный гомополисахарид. Значительная часть глюкозы, поступающей в кровь, превращается в гликоген – запасный полисахарид, используемый в интервалах между приемами пищи в качестве источника глюкозы. Наибольшая концентрация гликогена обнаруживается в печени 2 – 6%, а в мышцах содержится 0,5 – 2%. В клетке гликоген находится не в растворенном состоянии, а в виде гранул. Гликоген имеет высокую молекулярную массу (1∙10⁶ - 2∙10⁸) и содержит до 1 млн. остатков глюкозы, соединенных 1,4 и 1,6 - гликозидными связями. Гликоген с йодом дает красно – бурое окрашивание.

Синтез гликогена.

Происходит тогда, когда после использования глюкозы остается её часть и она запасается в организме в виде

гликогена.

Фермент гликогенсинтаза участвует в образовании α-1,4-гликозидных связей, ветвящий фермент в образовании α-1,6-гликозидных связей. Образовавшиеся молекулы гликогена обладают низкой растворимостью и, следовательно, низким влиянием на осмотическое давление в клетке по сравнению с глюкозой, это объясняет то, что в клетке депонируется гликоген, а не глюкоза.

Распад гликогена.

Распад гликогена с образованием глюкозы происходит в период между приемами пищи, физической работе, при стрессе.

Пути мобилизации гликогена:

1. фосфоролитический.

2. амилолитический путь распада гликогена происходит при участии фермента амилазы.

Фосфоролитический путь – основной путь распада гликогена с образованием глюкозы:

В мышечной ткани нет фермента глюкозо-6-фосфатазы, поэтому гликоген мышц не распадается с

образованием глюкозы, а окисляется или аэробным или анаэробным путем с освобождением энергии. Через

10-18 часов после приема пищи запасы гликогена в печени значительно истощаются.

Регуляция уровня глюкозы в крови. Роль ЦНС, механизм действия инсулина, адреналина, глюкагона,

СТГ, глюкокортикоидов, тироксина и их влияние на состояние углеводного обмена.

Ведущее значение в регуляции углеводного обмена принадлежит центральной нервной системе. Снижение уровня глюкозы в крови приводит к повышенной секреции адреналина, глюкагона, которые, поступая в орган-мишень для этих гормонов (печень), узнаются рецепторами мембран клеток печени и активируют фермент мембраны аденилатциклазу, запуская механизм, приводящий к распаду гликогена с образованием глюкозы.

Схема механизма взаимодействия адреналина и глюкагона с клеткой:

Адреналин – повышает уровень глюкозы за счет активации фермента фосфорилазы (аденилатциклазная система), которая приводит к распаду гликогена с образованием глюкозы, блокирует фермент гликогенсинтазу, т.е. синтез гликогена.

Глюкагон – действует подобно адреналину, но плюс к этому активирует ферменты глюконеогенеза.

Глюкокортикоиды – повышают уровень глюкозы крови, являясь индукторами синтеза ферментов глюконеогенеза.

СТГ актвирует глюконеогенез, тироксин активирует инсулиназу, расщепляющую инсулин, влияет на всасывание глюкозы в кишечнике.

2.4. Гликогенозы

Гликогенозы (болезни накопления гликогена) обусловлены дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Например, болезнь Гирке связана с отсутствием фермента глюкозо-6-фосфатазы, при этом наблюдается избыточное накопление гликогена в печени, гипогликемия и ее последствия. Болезнь Мак-Ардла: причина - отсутствие фосфорилазы в мышечной ткани. При этом уровень глюкозы в крови в норме, но наблюдается слабость мышечной ткани и снижена способность выполнять физическую работу. Болезнь Андерсена связана с дефектом, ветвящего фермента, что приводит к накоплению гликогена в печени с очень длинными наружными и редкими точками ветвления, вследствие этого – желтуха, цирроз печени, печеночная недостаточность, летальный исход (неразветвленный гликоген разрушает гепатоциты).

2,5 Концентрация глюкозы в крови поддерживается в течение суток на постоянном уровне 3,5-6,0 ммоль/л. После приема пищи уровень глюкозы возрастает в течение часа до 8 ммоль/л, а затем возвращается к норме. В организме постоянный уровень глюкозы в крови поддерживается благодаря существованию нейрогуморальных механизмов. Основным показателем состояния углеводного обмена служит содержание глюкозы в крови и моче.

ГИПЕРГЛИКЕМИЯ- состояние, при котором уровень глюкозы выше нормы. Причины:

1. Физиологические - алиментарная, эмоциональная.

2. Патологические – сахарный диабет; стероидный диабет (Иценко-Кушинга) – гиперпродукция глюкокортикоидов коры надпочечников; гиперпродукция адреналина, глюкагона, СТГ тироксина.

ГИПОГЛИКЕМИЯ - состояние, при котором уровень глюкозы ниже нормы. Причины:

1. Сниженный выход глюкозы: заболевания печени, эндокринные заболевания (дефицит гормона роста, кортизола), наследственные метаболические нарушения (дефицит гликогенсинтетазы, галактоземия, непереносимость фруктозы, печеночные формы гликогенозов).

2. Увеличенная утилизации глюкозы: снижение запасов жиров (нарушение питания), нарушение окисления жирных кислот, гиперплазия β-кл. подж. железы, передозировка инсулина, болезнь Аддисона – гипопродукция глюкокортикоидов.

ГЛЮКОЗУРИЯ – появление сахара в моче. Если уровень глюкозы в крови составляет 8-10 ммоль/л, то нарушается

почечный порог для глюкозы и она появляется в моче. Причины:

1. физиологические:

- алиментарная глюкозурия

- глюкозурия беременных

- нейрогенная на почве стрессовых состояний

2. патологические:

- сахарный диабет

- острый панкреатит

- острые инфекционные заболевания

2.6. Сахарный диабет, биохимическая характеристика патогенеза.

Это заболевание, возникающее вследствие абсолютного или относительного дефицита инсулина.

Инсулин – единственный гормон, понижающий уровень глюкозы в крови. Механизм:

-повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы в клетках жировой и мышечной ткани, под его влиянием белки-транспортеры ГЛЮТ-4 перемешаются из цитоплазмы в мембрану клетки, где соединяются с глюкозой и транспортируют её во внутрь клетки;

-активирует гексокиназу, фруктокиназу, пируваткиназу (стимулирует гликолиз);

-активирует гликогенсинтетазу (стимулирует синтез гликогена);

-активирует дегидрогеназу пентозо-фосфатного пути;

-по механизму хронической регуляции является индуктором синтеза гексокиназы и репрессором синтеза ферментов глюконеогенеза (блокирует глюконеогенез);

-30% углеводов превращает в липиды;

-стимулирует ЦТК, активируя фермент синтетазу, которая катализирует реакцию взаимодействия ацетил-КоА с ЩУК;

Сахарный диабет (СД) классифицируют с учетом различия генетических факторов и клинического течения на две основные формы: диабет I типа – инсулинзависимый (ИЗСД), и диабет II типа – инсулиннезависимый (ИНСД).

ИЗСД – заболевание, вызванное разрушением β-клеток островков Лангерханса поджелудочной железы, вследствие аутоиммунных реакций, вирусных инфекций (вирус оспы, краснухи, кори, эпидемический паротит, аденовирус). При СД снижено соотношение инсулин/глюкагон. При этом ослабевает стимуляция процессов депонирования гликогена и жиров, и усиливается мобилизация энергоносителей. Печень, мышцы и жировая ткань даже после приема пищи функционируют в режиме постабсорбтивного состояния.

Гипергликемия – повышение конц. глюкозы в крови.

Она обусловлена снижением скорости использования глюкозы тканями вследствие недостатка инсулина или снижения биологического действия инсулина в тканях-мишенях. При дефиците инсулина уменьшается количество белков-переносчиков глюкозы (ГЛЮТ-4) на мембранах инсулинзависимых клеток (жировой ткани мышц). В мышцах и печени глюкоза не депонируется в виде гликогена. В жировой ткани уменьшается скорость синтеза и депонирования жиров. Активируется глюконеогенез из аминокислот, глицерола и лактата.

Глюкозурия – выделение глюкозы с мочой.

В норме проксимальные канальцы почек реабсорбируют всю глюкозу, если ее уровень не превышает 8,9 ммоль/л. Повышение концентрации глюкозы в крови превышает концентрационный почечный порог, что становится причиной появления ее в моче.

Кетонемия – повышение концентрации в крови кетоновых тел.

Жиры не депонируются, а ускоряется их катаболизм. Повышается концентрация неэтерифицированных жирных кислот, которые захватывает печень и окисляет их до ацетил – КоА. Ацетил-КоА превращается в β-гидроксимасляную и ацетоуксусную кислоты. В тканях происходит декарбоксилирование ацетоацетата до ацетона, поэтому от больных исходит его запах. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови (выше 20 мг/л) приводит к кетонурии. Накопление кетоновых тел снижает буферную емкость крои и вызывает ацидоз.

Дефицит инсулина приводит к снижению скорости синтеза белков и усилению их распада. Это вызывает повышение концентрации аминокислот в крови, которые дезаминируются в печени. Образующийся при этом аммиак вступает в орнитиновый цикл, что приводит к увеличению концентрации мочевины в крови и моче – азотемия.

Полиурия – повышенное мочеотделение (3-4л в сутки и выше), т.к. глюкоза повышает осмотическое давление.

Полидипсия – постоянная жажда, сухость во рту, вследствие потери воды.

Полифагия – испытывают голод, часто едят, но теряют в массе тела, т.к. глюкоза не является источником энергии - «голод среди изобилия».

ИНСД – возникает в результате относительного дефицита инсулина вследствие:

- нарушения секреции инсулина

- нарушения превращения проинсулина в инсулин

- повышения катаболизма инсулина

-дефекта рецептора инсулина, повреждения внутриклеточных посредников инсулинового сигнала.

Поражает людей старше 40 лет, характеризуется высокой частотой семейных форм. Главная причина поздних осложнений сахарного диабета – гипергликемия, которая приводит к повреждению кровеносных сосудов и нарушению функций различных тканей и органов. Одним из основных механизмов повреждения тканей при сахарном диабете является гликозилирование белков, приводящее к изменению их конформации и функций. Макроангиопатии проявляются в поражении крупных и средних сосудов сердца, мозга, нижних конечностей (гангрена). Микроангиопатия является результатом повреждения капилляров и мелких сосудов и проявляется в форме нефро-, нейро- и ретинопатии. В возникновении микроангиопатий определенную роль играет гликозилирование белков, что приводит к возникновению нефропатии (нарушение функции почек) и ретинопатии (вплоть до потери зрения).

Коллаген составляет основу базальных мембран капилляров. Повышенное содержание гликозилированного коллагена ведет к уменьшению его эластичности, растворимости, к преждевременному старению, развитию контрактур. В почках такие изменения приводят к запустению клубочков и хронической почечной недостаточности.

Гликозилированные липопротеины, накапливаясь в сосудистой стенке, приводят к развитию гиперхолестеринемии и липидной инфильтрации. Они служат основой атером, происходит нарушение сосудистого тонуса, что приводит к атеросклерозу.

2.5. Проба на толерантность к глюкозе.

После приема пищи концентрация глюкозы может достигать 300-500 мг/дл и сохраняется на высоком уровне в постабсорбтивном периоде, т.е. снижается толерантность к глюкозе и наблюдается в случаях скрытой формы сахарного диабета. В этих случаях у людей отсутствуют клинические симптомы, характерные для СД, а концентрация глюкозы натощак соответствует норме.

Для выявления скрытой формы сахарного диабета проводится оральный тест на толерантность к глюкозе. Для этого определяют натощак содержание глюкозы в крови. После этого исследуемый получает нагрузку глюкозой из расчета 1г на кг массы, затем каждые 30 минут в течение 3-х часов определяют уровень глюкозы в крови. Результаты представляют в виде кривой.

3. Лабораторно-практическиая работа:

3.1. Определение глюкозы в крови с помощью глюкометра One Touch ultra.

Определить содержание глюкозы натощак у студента. Проведение анализа. Подведите каплю крови на пальце руки к зоне теста на верхней части тест-полоски и удерживайте ее в таком положении до полного заполнения капилляра. На экране появляется отчет в течение 5 секунд, после чего обозначается величина уровня глюкозы в ммоль/л. После удаления тест-полоски изображение на экране прибора гаснет и он готов к следующему проведению анализа.

Ход работы: Вымойте руки теплой водой с мылом и тщательно высушите. Обработайте палец руки ватой, смоченной в этиловом спирте и подсушите его. Стерильным скарификатором проколите кожу пальца и выдавите из него капельку крови, которую введите в капилляр тест-полоски. Затем обработайте место прокола ватой, смоченной в этиловом спирте.

2. Дать выпить сладкий чай.

3. Определить содержание глюкозы через 30 минут с момента принятия нагрузки.

4. Определить содержание глюкозы через 2,5 часа с момента принятия нагрузки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: