Занятие № 1. Интеграция обмена веществ и его регуляция. Общие свойства гормонов (семинар).

Цель занятия: Изучить узловые пункты взаимосвязи обмена углеводов, липидов и аминокислот, основные принципы интегрированной регуляции обмена веществ, закрепить знания о классификации гормонов, гормон-рецепторных взаимодействиях, особенностях молекулярных механизмов передачи регуляторных сигналов гормонов стероидной и белковой природы.

 

 

Студент должен
знать:	уметь:
1. Общие промежуточные продукты обмена углеводов, липидов, аминокислот и нуклеотидов, как пунктов взаимосвязи и переключения их метаболизма. 2. Пути использования аминокислот и глицерина для биосинтеза глюкозы и гликогена, аминокислот и глюкозы для образования липидов, глицерина и глюкозы для синтеза заменимых аминокислот. 3. Ключевые ферменты регуляции процессов гликолиза, глюконеогенеза, гексозомонофосфатного окисления глюкозы и β-окисления жирных кислот. 4. Принципы автономной саморегуляции ферментов, основные механизмы метаболических эффектов гормонов. 5. Молекулярные механизмы внутриклеточной передачи гормональных сигналов.	1.Используя схемы метаболических путей, объяснить пути переключения обмена углеводов, липидов и аминокислот. 2.Применяя знания о магистральных путях превращения белков, углеводов и липидов и их взаимосвязи, объяснить молекулярные механизмы нарушений метаболизма при голодании.

Содержание занятия. Студентам предстоит проверка выполнения заданий по самоподготовке к занятию, дать ответы на тесты контроля исходного уровня заний и вопросы преподавателя, решить ситуационные задачи, принять участие в научно-исследовательской конференции группы, заслушать и обсудить реферативные сообщения, рассмотреть узловые вопросы темы.

 

Методические указания к самоподготовке

Для понимания и освоения интеграции обмена веществ и взаимопревращении углеводов, липидов и аминокислот необходимо вспомнить магистральные пути превращений белков, аминокислот, липидов и углеводов, ключевые регуляторные ферменты их метаболизма. Необходимо также восстановить в памяти общие свойства ферментов.

Материал, рассматриваемый на данном семинарском занятии чрезвычайно важен для понимания адаптационных реакций изменения метаболизма клеток, тканей и организма в целом при различных физиологических и патологических состояниях.

Для успешного усвоения темы и активной работы на семинаре, выполните следующие задания:

 

 

№№	Задание	Методические указания к выполнению задания
1.	Вспомните пути метаболизма глюкозы в тканях.	1. Схематически представьте синтез гликогена из глюкозы и подчеркните ключевой фермент. 2. Напишите схему гликолиза и выделите ключевые ферменты. 3. Представьте схему пентозофрсфатного окисления глюкозы и выделите ключевые регуляторные ферменты окислительной и неокислительной фаз цикла. Подчеркните общие промежуточные продукты превращений глюкозы по гликолитическому и пентозофосфатному путям. 4. Охарактеризуйте роль метаболитов пентозофосфатного окисления в биосинтезе жирных кислот и нуклеотидов.
2.	Вспомните метаболизм глицерина и жирных кислот.	1. Напишите схему окисления глицерина. 2. Схематически представьте взаимопревращения глицерина и глюкозы друг в друга. 3. Ответьте, почему при недостаточной интенсивности пентозофосфатного окисления ингибируется синтез жирных кислот?
3.	Вспомните общие пути превращений аминокилот.	1. Напишите схему катаболизма аланина, цистеина, аспаргиновой и глутаминовой кислот. 2. Представьте схему синтеза глюкозы из аланина и аспаргиновой кислот. 3. Перечислите, какие аминокислоты являются кетогенными? 4. Подумайте, какие аминокислоты могут участвовать в биосинтезе нейтрального жира?
4.	Изучите взаимосвязь обмена углеводов, липидов, аминокислот и нуклеотидов.	1. Объясните ключевое значение цикла трикарбоновых кислот в реакциях взаимного переключения и связи обмена углеводов, глицерина, жирных кислот и аминокислот. 2. Какова роль процессов переаминирования в процессах превращений аминокислот в углеводы и липиды, и наоборот? 3. Объясните роль триозофосфатов во взаимосвязи метаболизма триаглицеридов, глицерофосфата, глюкозы и некоторых аминокислот. 4. Представьте схему участия глюкозы и некоторых аминокислот в биосинтезе пуриновых нуклеотидов.
5.	Изучите изменения обмена веществ при голодании.	1. Объясните, почему при голодании прежде всего мобилизуется гликоген печени. 2. Какова роль и значение глюконеогенеза при голодании? 3. Почему происходит при голодании мобилизация жира? Какие биохимические показатели крови и мочи характеризуют мобилизацию жира при голодании? 4. Опишите изменения в обмене белка и аминокислот при голодании. Каковы причины и последствия развития квашиоркора у детей? 5. Подумайте, всегда ли целесообразно лечение голоданием? Если нет, то почему?
6.	Вспомните принципы автономной саморегуляции ферментов.	1. Представьте графики изменения скорости ферментативной реакции при торможении избытком продукта, аллостерической активации субстратов. Приведите примеры. 2. Охарактеризуйте особенности регуляции мультэнзимных комплексов ключевым ферментом. Приведите примеры. 3. Объясните эффект Пастера. 4. Вспомните механизм дыхательного контроля в процессах окислительного фосфорилирования.
7.	Сформулируйте понятие «гормон», рассмотрите классификацию гормонов.	1. Сформулируйте современное понятие «гормон», подчеркнув основные отличительные особенности этой группы сигнальных молекул. 2. Перечислите эндокринные железы и продуцируемые ими гормоны. 3. Охарактеризуйте различия между системными гормонами и тканевыми гормонами. 4. Выделите основные группы гормонов по химической природе и приведите примеры. 5. Охарактеризуйте гормоны по влиянию на отдельные виды обмена (обмена белков, липидов, углеводов).
8.	Рассмотрите основные принципы действия гормонов на метаболизм клеток.	1. Выделите основные биологические функции гормонов. 2. Подчеркните особенности синтеза, транспорта, взаимодействия с клетками и основные эффекты гормонов: регуляцию активности белков, биогенеза и продолжительности их функционирования. 3. Охарактеризуйте понятие «клетка-мишень» и особенности гормон-рецепторных взаимодействий.
9.	Изучите молекулярные механизмы внутриклеточной передачи гормональных сигналов.	1. Охарактеризуйте рецепторные комплексы стероидных и белково-пептидных гормонов. 2. Выпишите схему действия на «клетки-мишени» стероидных гормонов и йодированных гормонов щитовидной железы. 3. Перечислите вторичные посредники передачи гормональных сигналов. 4. Выпишите схему действия гормонов через аденилатциклазную систему. 5. Выпишите схему передачи сигналов инозитолфосфатной системой.

 

Примеры тестов контроля исходного уровня знаний

Вид 1. Тест 1. … метаболиты являются общими для гликолитического и пентозофосфатного окисления глюкозы.

1. Фруктозо-6-фосфат

2. Фруктозо-1,6-дифосфат

3. Диоксиацетонфосфат

4. Глицероальдегидфосфат

5. Фосфоенолпируват

 

Тест 2. Кетокислоты, участвующие в переаминировании аспаргиновой кислоты, - это ….

1. Пировиноградная кислота

2. Щавелевоуксусная кислота

3. Ацетоуксусная кислота

4. α-кетоглутаровая кислота

5. β-кетоглутаровая кислота

 

Вид 2. Тест 1. Соответствующий метаболический эффект оказывают гормоны…

А.Анаболический 1. Инсулин

Б. Катаболический 2. Адреналин

В. Гипергликемический 3. Глюкогон

Г. Гипогликемический 4. Соматотропин

5. Тестостерон

6. Кортизол

 

Тест 2. Подберите гормоны, относящиеся к соответствующей группе по химической природе.

А. Гликопротеин 1. Инсулин

Б. Пептид 2. Глюкогон

В. Протеин 3. Соматотропин

Г. Стероид 4. Лютеинизирующий гормон

Д. Производное аминокислоты 5. Фолликулостимулирующий гормон

6. Кортизол

7. Эстрадиол

8. Тироксин

9. Адреналин

 

Вид 3. Тест 1. Выберите правильную последовательность включения белков аденилатциклазной системы передачи гормонального сигнала.

А. Рецептор гормона → аденилатциклаза → G-белок → протеинкиназа→ фосфорилирование фермента.

Б. Рецептор гормона → G-белок → фосфорилирование фермента → протеинкиназа → аденилатциклаза.

В. Рецептор гормона → G-белок → аденилатциклаза → фосфорилирование фермента → протеинкиназа.

Г. Рецептор гормона → G-белок → аденилатциклаза → протеинкиназа → фосфорилирование фермента.

 

Тест 2. Выберите свойства, характерные для тканевых гормонов и нейромедиаторов.

1. Действуют при очень низких концентрациях; А. Только гормоны;

2. Взаимодействуют со специфическими рецепторами; Б. Только

3. Поступают в клетки-мишени из крови; медиаторы;

4. Секретируются специализированными С. Оба;

эндокринными клетками; Д. Ни те, ни другие;

5. Используются в качестве энергетического материала;

6. Обладают тканевой избирательностью действия;

7. Вызывают специфический спектр действия;

8. Обладают коротким периодом полужизни;

 

Вид 4. Тест 1. При голодании в течение 4-х дней развиваются кетономия, азотемия, азотурия и некоторое снижение уровня глюкозы, потому что на фоне недостаточности углеводов усиливается распад жира и жирных кислот, белков и окисление аминокислот.

 

Тест 2. При снижении пентозофосфатного окисления глюкозы в печени нарушается биосинтез жирных кислот, потому что в митохондриях недостаточно образуется восстановленный НАДФН.

 

Ситуационные задачи

Задача 1. Туристы, увлекающиеся экстремальными видами спорта в результате непредвиденных обстоятельств голодали в течение 6 дней. Ни у одного из них не развилась гликемическая кома. Они благополучно добрались до населенного пункта, где были обследованы. Уровень глюкозы у всех оказался на нижней границе нормы. Почему? Обоснуйте ответ, выполнив задания:

а) напишите схему процесса, активация которого поддерживает концентрацию глюкозы при длительном голодании;

б) перечислите соединения, являющиеся основными субстратами для этого процесса;

в) укажите ключевые регуляторные ферменты данного процесса.

 

Задача 2. По мере исчерпания запаса гликогена в организме усиливается катаболизм жиров. Однако «жиры сгорают в пламене углеводов». Подтвердите данный тезис. При этом представьте схему катаболизма жиров и углеводов, отражающую это положение.

 

Эталоны ответов на тесты

Вид 1. Тест 1. 1, 4. Тест 2. 2, 4.

Вид 2. Тест 1: А-1, 4, 5; Б-2, 3, 6; В-2, 3, 4, 6; Г-1.

Тест 2: А-4, 5; Б-2; В-1, 3; Г-6, 7; Д-8, 9.

Вид 3. Тест 1. – Г. Тест 2: 1-С; 2-С; 3-Д; 4-А; 5-Д; 6-С; 7-С; 8-С.

Вид 4. Тест 1. А (+, +, +). Тест 2. С (+, -, -).