Контрольная работа по "Биологической химии"

Рисунок 6. Синтез кетоновых тел в митохондриях печени.

 

При высокой концентрации ацетил-КоА в митохондриях гепатоцитов происходит конденсация двух молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА. Присоединение ещё одной ацетильной группы приводит к 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА), который после отщепления ацетил-КоА превращается в ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) (цикл Линена). При восстановлении последней получается 3-гидроксибутират, а при неферментативном декарбоксиливании — ацетон. Все три соединения принято называть «кетоновыми телами», что не совсем правильно, поскольку в 3-гидроксимасляной кислоте отсутствует кетогруппа! 
Кетоновые тела поступают из печени в кровь, где они хорошо растворимы. Концентрация кетоновых тел в крови возрастает в фазе пострезорбции (фаза голодания). Наряду с жирными кислотами 3-гидроксибутират и ацетоацетат в этот период являются основными энергоносителями. Ацетон, не имеющий метаболической ценности, удаляется через лёгкие. После 1-2 недели голодания кетоновые тела начинают использоваться в качестве источника энергии нервными тканями. Однако при этом для обеспечения цитратного цикла необходимо минимальное количество глюкозы. 
Если биосинтез кетоновых тел превышает потребности организма, они накапливаются в крови (кетонемия) и, наконец, выводятся с мочой (кетонурия). Оба феномена наблюдаются во время длительного голодания (углеводная недостаточность) и при заболевании диабетом (Diabetes mellitis). Хотя 3-гидро-ксимасляная кислота является слабой кислотой (pKa примерно 4), возрастание концентрации кетоновых тел вызывает изменение pH в крови (кетоацидоз). Кетонурия и кетоацидоз могут быстро привести к электролитному сдвигу (нарушению ионного гомеостаза) и потери сознания (кетоацидозной коме) и, следовательно, опасны для жизни. Важная роль кетоновых тел заключается в поддержании энергетического гомеостаза. В крови здорового человека кетоновые тела содержатся лишь в очень небольших концентрациях (в сыворотке крови 0,03–0,2 ммоль/л). При патологических состояниях (у лиц с тяжелой формой сахарного диабета, при голодании, а также у животных с экспериментальным острым стрептозотоциновым или аллоксановым диабетом) концентрация кетоновых тел в сыворотке крови увеличивается и может достигать 16–20 ммоль/л. Многие ткани и органы, в частности мышечная ткань, находятся в состоянии энергетического голода (при недостатке инсулина глюкоза не может с достаточной скоростью поступать в клетку). В этой ситуации благодаря возбуждению метаболических центров в ЦНС импульсами с хе-морецепторов клеток, испытывающих энергетический голод, резко усиливаются липолиз и мобилизация большого количества жирных кислот из жировых депо в печень. В печени происходит интенсивное образование кетоновых тел. Периферические ткани при диабете и голодании сохраняют способность использовать кетоновые тела в качестве энергетического материала, однако ввиду необычно высокой концентрации кетоновых тел в притекающей крови мышцы и другие органы не справляются с их окислением и как следствие возникает кетонемия. Если при голодании кетонемия имеет доброкачественный характер и используется организмом для того что бы перейти на полноценное внутренне питание, то при сахарном диабете кетонемия указывает на декомпенсацию процесса.

 Следует подчеркнуть важную роль кетоновых тел в поддержании энергетического баланса. Кетоновые тела – поставщики «топлива» для мышц, почек и действуют, возможно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая чрезвычайную мобилизацию жирных кислот из жировых депо. Печень в этом смысле является исключением, она не использует кетоновые тела в качестве энергетического материала. 
Основным местом образования ацетоацетата и 3-гидроксибутирата служит печень. Из митохондрий печени эти соединения диффундируют в кровь и переносятся к периферическим тканям. Сердечная мышца и корковый слой почек предпочтительно используют в качестве «топлива» ацетоацетат, а не глюкозу. В противоположность этому глюкоза является главным «топливом» для мозга у лиц, получающих сбалансированную пищу. При голодании и диабете мозг адаптируется к использованию ацетоацетата. К кетоновым телам относят β-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон. Первые две молекулы могут окисляться в тканях, обеспечивая синтез АТФ. Ацетон образуется только при высоких концентрациях кетоновых тел в крови и, выделяясь с мочой, выдыхаемым воздухом и потом, позволяет организму избавляться от избытка кетоновых тел.

Из печени кетоновые тела поступают в кровь и с нею во все остальные органы и ткани, где они включаются в универсальный энергообразующий цикл — цикл трикарбоновых кислот, в котором окисляются до углекислоты и воды. Кетоновые тела используются также для синтеза холестерина, высших жирных кислот (жирные кислоты), фосфолипидов (липиды)  и  заменимых аминокислот (аминокислоты).

Утилизация происходит в митохондриях (кроме клеток печени).

Бета-гидроксибутират превращается в ацетоацетат, а ацетоацетат вступает в реакцию с промежуточным продуктом ЦТК - сукцинил-КоА.

Пути использования образовавшегося из кетоновых тел ацетилКоА зависят от функционального состояния клетки (энергетический заряд) и ее специфики. В ткани, которая получила этот ацетил-КоА, он может быть использован для разных целей, но чаще всего в ЦТК для получения энергии.

 

 

Задание 81.

Для чего больному атеросклерозом при выписке из больницы рекомендуют диету, стимулирующую отток желчи и усиление перистальтики кишечника?  

Решение:

Для того, чтобы снизить содержание холестерина в крови. В желчи содержатся желчные кислоты, на образование которых используется холестерин. Усиление перистальтики кишечника повышает потери желчных кислот, а следовательно, повысит использование холестерина на их синтез.

 

Задание 99.

В чем сходство и различие между гликолизом и глюконеогенезом.

Решение:

При окислении глюкозы в гликолизе образуется 2 АТФ, в гликогенолизе – 3 АТФ. Гликолиз протекает преимущественно в мышцах. Гликонеогенез протекает в основном в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой оболочке кишечника. 

Большинство стадий глюконеогенеза представляют собой обращение реакции гликолиза. Глюконеогенез в основном протекает по тому же пути, что и гликолиз, но в обратном направлении. Только три реакции гликолиза (гексокиназная, фосфофруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процесс глюконеогенеза на 3 этапах используются другие ферменты.

Три реакции гликолиза:

1. Глюкоза-˃глюкозо-6-фосфат;
2. Фруктозо-6-фосфат-˃фруктозо-1,6-дифосфат;
3. Фосфоеноилпируват-˃пируват

Эти реакции необратимы, и в обход реакций в глюконеогенезе протекают другие реакции с иной стехиметрией, катализируемые другими ферментами. Существуют четыре фермента, катализирующие реакции глюконеогенеза и не принимающие участие в гликолизе: пируваткарбоксилаза, фосфоеноилпируваткарбоксилаза, фруктозо-1,6-диосфотаза, глюкозо-6-фосфатаза. Они локализованы преимущественно в печени, где и происходит главным образом глюконеогенез. Между гликолизом, интенсивно протекающим в мышечной ткани при её активной деятельности, и глюконеогенезом, особенно характерным для печеночной ткани, существует тесная взаимосвязь. При максимальной активности мышц в результате усиления гликолиза образуется избыток молочной кислоты, диффундирующей в кровь, в печени значительная её часть превращается в глюкозу (глюконеогенез). Такая глюкоза затем может быть использована как энергетический субстрат, необходимый для деятельности мышечной ткани.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГОУ ВПО «КрасГМУ

имени проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого министерства

здравоохранения и социального развити Российсой Федерации»

Фармацевтический факультет

Заочная форма обучения

 

Кафедра биохимии с курсами медицинской,

Фармацевтической и токсикологической химии

 

 

Контрольная работа № 3

по биологической химии

Вариант № 45

 

 

 

Студентки 2 курса 261 группы заочной формы обучения

Красноярского государственного медицинского университета

Чава Натальи Анатольевны

№ зачетной книжки: 45

 

 

 

Обратный адрес: г. Красноярск,

                                           ул. Ломоносова 94/1-311

    

 Дата отправки: 21 апреля 2014 года.

 

 

Задание 6.

Гликогенные и кетогенные аминокислоты.

Решение:

Катаболизм всех аминокислот сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат.

Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК (α-КГ, сукцинил-КоА, фумарат) и образуют в конечном итоге оксалоацетат, могут использоваться в процессе глюконеогенеза. Такие аминокислоты относят к группе гликогенных аминокислот.

Некоторые аминокислоты в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (Лиз, Лей) или ацетил-КоА (Лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел. Такие аминокислоты называют кетогенными.

Ряд аминокислот используется и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел, так как в процессе их катаболизма образуются 2 продукта - определённый метаболит цитратного цикла и ацетоацетат (Три, Фен, Тир) или ацетил-КоА (Иле). Такие аминокислоты называют смешанными, или гликокетогенными.

Гликогенные аминокислоты: Аланин,Тирозин, Лейцин, Аспарагин, Аспартат,

Глицин, Глутамат, Глутамин, Пролин, Серин, Цистеин, Аргинин, Гистидин, Валин, Метионин, Треонин.

Кетогенные аминокислоты: Лейцин, Лизин.

 

Задание 14.

Образование  глутамина. Превращение глутамина в печени и в почках, судьба выделяющегося аммиака. Роль обмена глутамина в регуляции кислотно-щелочного равновесия организма.

Решение:

Образование глутамина из глутамата происходит во многих тканях, включая головной мозг:

 

Глутамин - нейтральное нетоксичное соединение, способное легко проходить через клеточные мембраны. В виде этой аминокислоты аммиак транспортируется в крови. В крови здоровых людей содержание глутамина существенно превышает содержание других аминокислот. Глутамин, помимо участия в синтезе белка, служит источником азота в биосинтезе гистидина, глюкозамина, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. С кровью глутамин поступает в печень и почки. Здесь он под действием фермента глутаминазы превращается в глутамат и аммиак.

В печени задерживается большое количество аммиака, что поддерживает низкое содержание его в крови. Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени путём синтеза мочевины. Аммиак связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата, при этом затрачиваются 2 молекулы АТФ. Реакция происходит в митохондриях гепатоцитов под действием фермента карбамоилфос-фатсинтетазы I. Карбамоилфосфатсинтетаза II локализована в цитозоле клеток всех тканей и участвует в синтезе гшримидиновых нуклеотидов. Карбамоилфосфат затем включается в орнитиновый цикл и используется для синтеза мочевины.

В почках  происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой (рис. 1). Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Na+ и К+, которые также могут использоваться для выведения анионов и утрачиваться. При алкалозе количество глутаминазы в почках снижается.

В почках образуется и выводится около 0,5 г солей аммония в сутки.

Рис. 1 Метаболизм амидного азота глутамина в почках.

Задание 26.

Аланин является заменимой аминокислотой. Напишите схему получения анилина из глюкозы. Почему в этой схеме будет использоваться глутаминовая кислота?

Решение:

 

 

 

 

В работающей мышце происходит образование анилина из пировиноградной кислоты путем трансаминирования с глутаматом:

 

 

 

 

 

 

 

 

Аланин поступает в кровь и затем поглощается печенью. В печени происходит обратная реакция, в результате которой образуется пируват, реализуемый в глюконеогенезе. Глюкоза может поступать  раотающую мышцу. Создается глюкозо-аланиновый цикл, который служит для переноса из мышц в печен пирувата и азота.