Занятие № 2. Тканевое окисление глюкозы. Глюконеогенез (семинар).

Цель занятия. Сформировать и закрепить у студентов системные знания об основных путях метаболизма глюкозы, о клеточных и нейро-гуморальных механизмах регуляции углеводного обмена.

Студент должен
знать:	уметь:
1. Этапы, ключевые регуляторные ферменты, энергетическую эффективность анаэробного и аэробного дихотомического окисления глюкозы, спиртового брожения. 2. Этапы, ключевые регуляторные ферменты, биологическую роль глюконеогенеза. 3. Этапы, ключевые регулятор-ные ферменты, биологическую роль пентозофосфатного окис-ления глюкозы. 4. Особенности обмена галактозы и фруктозы в организме человека. 5. Основные механизмы кле-точной и нейро-гуморальной регуляции метаболизма углеводов.	1.Интерпретировать изменения обмена углеводов при развитии гипоксии в тканях, особенности окисления глюкозы в аэробных и анаэробных тканях. 2.Оценить роль и выраженность глюконеогенеза при некоторых физиологических и патологических состояниях. 3.Оценить роль и выраженность пентозофосфатного окисления глюкозы в физиологических условиях. 4. Интерпретировать сдвиги в обмене углеводов при изменениях гормонального статуса организма.

Содержание занятия. На данном семинарском занятии студентам предстоит пройти контроль выполнения задания по самоподготовке, ответить на контрольные тестовые задания и вопросы преподавателя, решить ситуационные задачи, заслушать и обсудить реферативные сообщения, рассмотреть узловые вопросы темы.

УИРС. Подготовка и обсуждение реферативных сообщений.

Методические указания к самоподготовке

Материал, рассматриваемый на данном семинарском занятии чрезвычайно важен, поскольку большинство заболеваний общего или местного характера протекает с дисбалансом обмена углеводов. Окисление углеводов покрывает более 50% энергетической потребности организма взрослого человека и более 30% - детей младшего возраста. Переключение с аэробного окисления глюкозы на анаэробный гликолиз - один из пусковых механизмов нарушения метаболизма при гипоксии, сопровождающей многие патологические процессы. Активация глюконеогенеза сопровождает интенсивную физическую нагрузку, сахарный диабет, голодание, является главной причиной развития гипергликемии при стероидном диабете. Детальное знание углеводного обмена в норме и патологии необходимо для будущего врача.

 

Для успешного усвоения материала и активной работе на семинаре, выполните следующие задания:

 

№ №	Задание	Указания к выполнению задания
1.	Изучите дихотомическое анаэробное окисление глюкозы.	1. Объясните происхождение термина “дихотомическое окисление”, значение терминов «гликолиз» и «гликогенолиз». 2. Напишите химизм отдельных фаз гликолиза с указанием ферментов. 3. Выделите I, II и III необратимые фазы гликолиза. Укажите, в каких фазах выделяется и поглощается АТФ. 4. Напишите обобщенное уравнение распада глюкозы до конечных продуктов гликолиза. 5. Подчеркните особенности течения гликолиза и укажите, почему гликолиз весьма экономичен. 6. Сформулируйте биологическое значение гликолиза и перечислите ткани, в которых интенсивно протекает гликолиз. 7. Дайте энергетическую характеристику гликогенолиза.
2.	Изучите спиртовое брожение.	1. Напишите IX и Х фазы спиртового брожения с указанием ферментов. 2. Представьте обобщенное уравнение распада глюкозы при спиртовом брожении с указанием количества образуемого АТФ.
3.	Изучите аэробное дихотомическое окисление глюкозы.	1. Схематически представьте гликолитическую фазу аэробного окисления глюкозы. 2. Напишите этапы окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. 3. Напишите химизм этапов цикла трикарбоновых кислот с указанием ферментов и обратимых реакций. 4. Какова судьба НАД×Н, образующегося в фазе гликолитической оксидоредукции, в аэробных условиях. Представьте объяснение и химизм реакции переноса восстановительных эквивалентов из цитоплазмы в митохондрии по глицерофосфатному челночному механизму. 5. Рассчитайте количество АТФ, которое может образоваться при аэробном окислении дихотомическим путем: глюкозы; глюкозо-6-фосфата; фруктозо-1,6-дифосфата.
4.	Изучите процессы глюконеогенеза.	1. Схематически представьте глюкозо-лактатный цикл Кори и поясните его физиологический смысл. 2. Напишите три необратимые фазы гликолиза и представьте реакции, позволяющие их обойти в ходе глюконеогенеза. Укажите ферменты. 3. Изобразите общую схему глюконеогенеза из аминокислот, глицерина и молочной кислоты. 4. Рассчитайте энергетические затраты (в АТФ) на синтез глюкозы из 2 молекул молочной кислоты. 5. В каких тканях протекает глюконеогенез и какова биологическая роль этого цикла?
5.	Изучите апотомическое (прямое) окисление глюкозы.	1. Выделите две основные фазы апотомического окисления глюкозы. 2. Напишите химизм реакций окислительной фазы. Укажите ферменты. 3. Схематически изобразите пути образования 5 молекул глюкозо-6-фосфата из 6 молекул пентозофосфатов в неокислительной фазе. 4. Выпишите ключевые ферменты окислительной и неокислительной фазы апотомического окисления глюкозы. 5. Какова биологическая роль прямого окисления глюкозы: 1…; 2…; 3…. 6. Найдите общие метаболиты апотомического и дихотомического окисления глюкозы. Поясните, почему прямое окисление глюкозы получило название пентозофосфатного шунта.
6.	Изучите особенности метаболизма в тканях галактозы и фруктозы.	1. Представьте путь превращений фруктозы с участием фруктокиназы и фруктозо-1-фосфатальдолазы. 2. Напишите основной метаболический путь превращений галактозы в глюкозо-6-фосфат с указанием ферментов. 3. Охарактеризуйте фруктозурию и галактоземию как энзимопатии.
7.	Изучите регуляцию обмена углеводов.	1. Охарактеризуйте филогенетически сложившиеся уровни регуляции обмена в организме животных и человека: клеточный, гуморальный, нервный. 2. Приведите примеры механизмов регуляции по принципу обратной аллостерической регуляции, регуляции при изменении концентрации субстрата и путем изменений концентрации фермента. 3. Представьте доказательства участия нервной системы в регуляции обмена углеводов. 4. Вспомните механизм саморегуляции уровня сахара крови. 5. Выпишите ключевые аллостерические регуляторные ферменты расщепления гликогена, гликолиза, глюконеогенеза, окислительной и неокислительной фаз апотомического окисления глюкозы. 6. Схематически представьте основные пункты действия на углеводный обмен глюкагона, адреналина, глюкокортикоидов, гормона роста и инсулина.

 

Примеры тестов контроля исходного уровня знаний

Вид 1. Для каждого вопроса выберите правильный ответ (ответы):

1.1. Коферментом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы является:

а) биотин

б) ТДФ

в) ФАД

г) НАД⁺

д) НАДФ⁺

1.2. Ферменты, катализирующие необратимые реакции гликолиза: …

а) гексокиназа

б) альдолаза

в) фосфофруктокиназа

г) енолаза

д) пируваткиназа

 

1.3. Реакцию гликолиза

глицероальдегид-3-фосфат→1,3-дифосфоглицерат

катализирует фермент:

а) пируваткиназа

б) фосфоглицеромутаза

в) триозофосфатизомераза

г) фосфоглицераткиназа

д) глицеральдегидфосфатдегидрогеназа

 

Вид 2. Для каждого вопроса, пронумерованного цифрой, подберите соответствующий ответ, обозначенный буквенным индексом. Один и тот же ответ может быть использован несколько раз.

2.1. Для каждого фермента найдите соответствующие реакции:

1. фосфофруктокиназа

2. гексокиназа

3. фосфогексоизомераза

4. фосфоглюкомутаза

5. глюкокиназа

А. фруктозо-1,6-дифосфат → ГАФ + ДОАФ

Б. глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ

В. фруктозо-6-фосфат + АТФ → фруктозо-1,6-дифосфат + АДФ

Г. глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат

Д. глюкозо-6-фосфат + Н₂О → глюкоза + Н₃РО₄

Е. глюкозо-6-фосфат → фруктозо-6-фосфат

Ж. фруктоза + АТФ → фруктозо-6-фосфат + АДФ

 

2.2. Установите соответствие:

1. продукт анаэробного гликолиза А. аланин

2.энергетическая эффективность Б. лактат

анаэробного гликолиза на 1 моль D- глюкозы В. глицерол

3. энергетическая эффективность Г. пируват

аэробного гликолиза на 1 моль D- глюкозы Д. 36 моль АТФ

4. субстрат глюконеогенеза Е. 38 моль АТФ

Ж 2 моля АТФ

 

Вид 3. Для каждого вопроса выберите сочетание правильных ответов.

3.1. Гипогликемическое действие оказывают:

1. тироксин

2. инсулин

3. соматотропин

4. эстрадиол

5. глюкагон

6. адреналин

7. тестостерон

 

3.2. Фруктозо-2,6-бифосфат в печени является ….

1. аллостерическим активатором фосфофруктокиназы

2. аллостерическим ингибитором фосфофруктокиназы

3. аллостерическим ингибитором фруктозодифосфатазы

4. аллостерическим активатором фруктозодифосфатазы

 

3.3. К тканям, в которых наиболее интенсивно протекает пентозофосфатный путь окисления глюкозы, относятся:

1. жировая ткань

2. печень

3. кора надпочечников

4. молочная железа в период лактации

5. эмбриональная ткань

 

3.4. Основное значение (роль) апотомического окисления глюкозы:

1. снабжение субстратом глюконеогенеза

2. синтез пентозофосфатов

3. образование лактата

4. образование НАДФН

5. синтез ацетил-КоА

 

3.5. Фосфорилирование остатков серина в каждой из субъединиц бифункционального фермента под действием протеинкиназы А приводит к ….

1. снижению киназной активности

2. повышению киназной активности

3. повышению бисфосфатазной активности

4. снижению бисфосфатазной активности

 

Вид 4. Для каждого вопроса определите:

1) верно или неверно каждое из приведенных утверждений; 2) если верны оба утверждения, имеется ли между ними причинная зависимость.

4.1. Пируват в процессе глюконеогенеза транспортируется в митохондрии и там карбоксилируется в оксалоацетат, потому что пируваткарбоксилаза содержится в митохондрии.

 

4.2. Фосфофруктокиназа ингибируется АМФ, потому что этот фермент катализирует наиболее медленную из всех реакций гликолиза.

Примеры ситуационных задач

Задача 1. Девочке в возрасте 5 лет необходимо было определить уровень глюкозы в крови для выявления сахарного диабета. Девочка перед проведением пробы в лаборатории очень волновалась, плакала. Содержание глюкозы в крови оказалось равным 7,0 ммоль/л. Можно ли утверждать после такого исследования, что у ребенка сахарный диабет?

Задача 2. У человека в первые минуты при выполнении интенсивной физической нагрузки сердечно-сосудистая и дыхательные системы не удовлетворяют резко возросшую потребность мышц в кислороде, но уже через 3-5 мин объем доставляемого в мышцы с кровью кислорода увеличивается приблизительно в 20 раз. Напишите суммарное уравнение процесса обмена глюкозы, обеспечивающего энергией основное время работы мышц бегуна на дистанции 5 км. Из специфического пути катаболизма глюкозы выпишите реакцию, в которой восстанавливается НАД⁺ и укажите механизм переноса водорода в митохондриальную дыхательную цепь.

Эталоны ответов на тесты

Вид 1. 1.1.- д, 1.2.- а, в, д, 1.3. – д.

Вид 2. 2.1. 1-В, 2-Б, Ж, 3-Е, 4-Г, 5-Б; 2.2. 1-Б, 2-Ж, 3-Д, Е, 4-А, Б, В, Г.

Вид 3. 3.1.- 2, 4; 3.2.- 1, 3; 3.3.- 1, 2, 3, 4, 5; 3.4 - 2, 4; 3.5.- 1, 3.

Вид 4. 4.1.- А (+, +, +); 4.2. D (-, +, -).