Занятие 5 Строение и функции липидов организма человека

Занятие 5
Строение и функции липидов организма человека.
Переваривание и всасывание липидов в желудочно-кишечном тракте
Цель занятия: изучить строение и функции физиологически важных липидов; процессы
переваривания и всасывания липидов в желудочно-кишечном тракте, транспорт липидов
липопротеинами; освоить методы определения активности фосфолипазы панкреатического сока.
Вопросы для подготовки
1. Строение и функции основных липидов организма человека.
2. Переваривание жиров пищи под действием липазы панкреатического сока в желудочнокишечном тракте. Стадии переваривания триацилглицеринов.
3. Желчь, ее химический состав. Желчные кислоты, парные желчные кислоты. Роль желчных
кислот в переваривании липидов.
4. Переваривание фосфолипидов под действием фосфолипаз поджелудочной железы.
5. Всасывание продуктов липолиза в кишечнике. Роль желчных кислот в процессе всасывания.
6. Ресинтез триацилглицеринов в эпителии слизистой кишечника.
7. Строение липопротеинов (ЛП). Классификация и состав ЛП. Биологические функции
основных классов ЛП.
8. Образование хиломикронов крови и транспорт экзогенных липидов в организме человека.
Липопротеинлипаза.
9. Биосинтез ЛП и транспорт экзогенных липидов в кровяном русле.
10. Роль лецитинхолестеринацилтрансферазы (ЛХАТ) в процессах взаимопревращения ЛП.
Практическое задание
1. Написать формулу 1-пальмитоил-2-линолеоил-3-стеароилглицерина.
2. Написать формулу дипальмитоилфосфатидилхолина, основного компонента
сурфактанта – вещества, выстилающего легочные альвеолы и предотвращающего
слипание альвеол во время выдоха. Указать его отлтчие от фосфолипидов мембран.
3. Написать уравнение реакции полного гидролиза триацилглицерида (ТАГ), используя
общую формулу ТАГ, под действием панкреатической липазы.
4. Написать уравнение реакции гидролиза фосфатидилэтаноламина под действием
фосфолипазы А2.
5. Написать уравнение реакции активации пальмитиновой кислоты. Указать фермент.
6. Написать уравнение реакции ресинтеза трипальмитоилглицерина в энтероцитах.
7. Написать уравнение реакции, катализируемой ЛХАТ, продуктом которой является
линолеилхолестерин.
8. Заполнить таблицу 5.
Таблица 5. Состав и функции липопротеинов плазмы крови
Свойства
Хиломикроны
ЛПОНП
ЛПНП
ЛПВП
Содержание (в %):
ТАГ
фосфолипидов
холестерина
белков
Место синтеза
Функции
Лабораторная работа
1. Определение активности фосфолипазы панкреатического сока.
Принцип метода. Метод основан на обнаружении ортофосфорной кислоты,
образующейся при гидролизе фосфолипидов, по реакции с молибденовокислым аммонием.
Ход определения: опытную и контрольную пробы обработать, как указано ниже:
Опыт
Суспензия яичного желтка
5 капель
5% раствора панкреатина
2 капли
Вода дист.
–
Вода дист.
1,0 мл
Инкубировать в термостате при 37°С 30 мин
Молибденовокислый реактив
5 капель
1%-ный р-р аскорбиновой кислоты
5 капель
Степень окраски
Контроль
5 капель
–
2 капли
1,0 мл
5 капель
5 капель
Вывод: ___________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Контрольные задачи
1. У больного длительно нарушен отток желчи в просвет двенадцатиперстной кишки. При
обследовании обнаружено: повышенная кровоточивость, увеличение времени
тромбообразования. Объясните возможные причины этого явления. Для этого:
а) укажите, дефицит каких незаменимых факторов питания развилось у больного;
б) объясните биологические функции этих факторов;
в) объясните возможные причины нарушения свертывания крови.
2. Больному поставлен диагноз хронического панкреатита (воспаление и недостаточная
функция поджелудочной железы). Какие рекомендации по составу пищи необходимо дать
больному? Для ответа на этот вопрос:
а) напишите уравнения реакций, происходящие при переваривании компонентов пищи под
действием ферментов поджелудочной железы;
б) укажите возможные нарушения переваривания компонентов пищи и последствия этого
у данного пациента.
Занятие 6
Биосинтез и β-окисление жирных кислот. Образование кетоновых тел
Цель занятия: изучить последовательность катаболизма жирных кислот; процессы
биосинтеза и утилизации кетоновых тел; строение синтазы жирных кислот и
последовательность реакций их биосинтеза; изучить регуляцию обмена жирных кислот; освоить
метод определения кетоновых тел в моче.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Вопросы для подготовки
β-окисление жирных кислот. Последовательность реакций.
Общий энергетический эффект β-окисления насыщенных и ненасыщенных жирных кислот.
Синтез кетоновых тел в печени и использование во внепеченочных тканях.
Причины, приводящие к накоплению кетоновых тел в организме при патологии.
Строение ферментного комплекса синтазы жирных кислот.
Последовательность реакций биосинтеза жирных кислот.
Регуляция обмена жирных кислот.
Практическое задание
1. Написать уравнения реакций β-окисления жирных кислот. Назвать ферменты и
коферменты.
2. Объяснить, почему β-окисление жирных кислот может происходить только в аэробных
условиях.
3. Рассчитать выход АТФ при полном окислении 1 молекулы стеариновой и олеиновой
кислот до СО2 и Н2О.
4. Написать уравнения реакций синтезакетоновых тел, активации ацетоацетата и его
окисления. Назвать ферменты.
5. Написать уравнения реакций, составляющих цикл биосинтеза высших жирных кислот.
6. Написать суммарное уравнение биосинтеза стеариновой кислоты. Подсчитать
количество Ацетил-КоА, АТФ, НАДФН необходимое для ее синтеза.
7. Заполнить таблицу 6.
Таблица 6. Сравнение β-окисления и биосинтеза жирных кислот
Процессы
1. Локализация процесса
2. Исходный субстрат
3. Переносчик субстрата через мембрану
митохондрий
4. Коферменты ОВ реакций
5. Источник присоединяемого фрагмента
или отщепляемый фрагмент
6. Регуляторные ферменты
7. Регуляторные факторы:
− активаторы
−
− ингибиторы
8. Действие гормонов:
− инсулин
− глюкагон
− адреналин
β-окисление
Биосинтез
Лабораторная работа
1. Обнаружение кетоновых тел в моче (проба Легаля).
Принцип метода. Ацетон и ацетоуксусная кислота в щелочной среде образуют с
нитропруссидом натрия оранжево-красное окрашивание, которое после подкисления
реакционной среды ледяной уксусной кислотой меняет окраску на вишневую.
Ход работы: к 5 каплям профильтрованной мочи прибавить 5 капель 10% раствора NaOH
и 5 капель свежеприготовленного раствора нитропруссида натрия.
Наблюдения: ______________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Добавить в пробирку 10 капель ледяной уксусной кислоты.
Наблюдения: ______________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
П р и м е ч а н и е . Реакция не специфична. Кретинин мочи с нитропруссидом дает аналогичное
окрашивание, но в этом случае при добавлении концентрированной уксусной кислоты жидкость
не окрашивается в вишневый цвет.
Вывод: ___________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Контрольные задачи
1. У мальчика 4 лет снижена способность к выполнению физической работы. При
исследовании биоптата мышц обнаружено, что концентрация карнитина в ткани меньше
нормы в 4 раза. В цитозоле клеток мышц обнаружены вакуоли жира. Составьте схему
нарушенного метаболического пути. Объясните роль карнитина в этом процессе.
2. Почему при β-окислении высших жирных кислот образуется больше АТФ, чем при полном
окислении глюкозы (в расчете на 1 атом углерода)? Рассчитать количество моль АТФ,
которое может образоваться при полном окислении (до CO2 и Н2О) глюкозы и гексановой
кислоты (в расчете на 1 атом углерода).
3. Пальмитиновая кислота, меченная 14С в положении 9, окисляется в аэробных условиях. В
каком метаболите обнаружится 14С после полного окисления пальмитиновой кислоты и
одного оборота цикла Кребса? Написать уравнения реакций.
Занятие 7
Биосинтез триацилглицеридов и фосфолипидов.
Гомональная регуляция липидного обмена
Цель занятия: изучить процессы синтеза триацилглицеридов и фосфолипидов, найти
общие этапы синтеза липидов; изучить процесс липолиза и рассмотреть участие гормонов в
регуляции обмена триглицеридов.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Вопросы для подготовки
Тканевая локализация биосинтеза триацилглицеринов (ТАГ) и глицерофосфолипидов.
Синтез фосфатидных кислот как общая стадия синтеза триглицеридов и фосфолипидов.
Синтез триацилглицеринов, формы их транспорта в кровотоке, использование в организме.
Синтез глицерофосфолипидов из фосфатидной кислоты с использованием ЦТФ и ЦТФ-хо-лина.
Регуляция обмена ТАГ и глицерофосфолипидов; липотропные факторы.
Депонирование ТАГ. Гормональная регуляция депонирования ТАГ.
Мобилизация ТАГ. Гормональная регуляция мобилизации ТАГ.
Практическое задание
1. Написать уравнения реакций биосинтеза ТАГ глицеролфосфатным путем; показать два
способа синтеза глицерол-3-фосфата в печени и жировой ткани.
2. Сравните особенности биосинтеза ТАГ в различных тканях, заполнив таблицу 7.
Таблица 7. Способы синтеза ТАГ
Ткань
1. Слизистая оболочка тонкой кишки
2. Печень
3. Жировая ткань
Исходные субстраты синтеза
3. Написать уравнения реакций биосинтеза фосфатидилхолина, фосфатидилсерина и
фосфатидилинозитола.
4. Составить схемы действия инсулина, адреналина и глюкагона на жировую клетку.
Лабораторная работа
1. Определение содержания общих липидов в сыворотке крови
Принцип метода: ненасыщенные липиды и жирные кислоты, фосфолипиды и холестерин
после гидролиза серной кислотой взаимодействуют с фосфованилиновым реактивом с
образованием продукта, окрашенного в розовый цвет.
Реактивы: реактив № 1 – стандартный раствор, содержащий 8 г/л липидов, реактив
№ 2 – фосфованилиновый реактив (ванилин 10 млмоль/л, ортофосфорная кислота 11,5 моль/л).
Ход работы: обработать пробирки, как указано в протоколе. Результаты опыта занести в
протокол. Концентрацию общих липидов в сыворотке крови рассчитать по формуле:
C опыта =
Eоп ⋅ С ст
,
Eст
где Сопыта – содержание общих липидов в сыворотке крови; Еоп – оптическая плотность опытной
пробы; Ест – оптическая плотность стандартного раствора; Сст – содержание общих липидов в
стандартном растворе (8 г/л).
Результаты сравнить с нормальными показателями, сделать вывод.
Схема протокола
Опыт (Еоп)
Стандарт (Ест)
Контроль
Сыворотка крови
0,02 мл
–
–
Реактив № 1
–
0,02 мл
–
H2SO4 (конц.)
1,5 мл
1,5 мл
–
Нагревать при 100°С 15 мин, охладить под струей воды, затем две чистые пробирки
промаркировать «опыт» и «стандарт» и продолжить работу
Гидролизат
0,2 мл
0,2 мл
–
H2SO4 (конц)
–
–
0,2 мл
Реактив № 2
3 мл
3 мл
3 мл
Перемешать, выдержать 40–50 мин при 20°С, повторно осторожно перемешать
и измерить оптическую плотность опыта и стандарта против контроля
при длине волны 540 нм, кювета 5 мм.
Оптическая
плотность
Концентрация
общих липидов
Вывод: ___________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Нормальные величины содержания общих липидов в сыворотке крови 4-8 г/л.
Концентрация общих липидов в сыворотке крови увеличивается (гиперлипемия) при сахарном
диабете до 10–20 г/л, липоидном нефрозе, циррозе печени, ожирении, атеросклерозе,
ишемической болезни сердца, гипотиреозе, панкреатите.
Контрольные задачи
1. Составьте схемы обмена ТАГ у двух людей: один поужинал и лег отдохнуть, а другой
вместо ужина совершает получасовую пробежку. Составьте схемы соответствующих
метаболических путей. Объясните действие гормонов, активирующих эти пути.
2. Яд некоторых змей содержит фосфолипазу С. При укусе такой змеи у человека
развивается гемолиз эритроцитов. Объясните, почему это происходит? Напишите уравнение
реакции, происходящей в организме под действием змеиного яда.
3. Расчитайте число молекул АТФ, образующихся при окислении 1 молекулы
трипальмитоилглицерола. Для этого:
а) напишите реакцию гидролиза этого соединения;
б) рассчитайте число молекул АТФ, образующихся при окислении 1 молекулы пальмитата до
СО2 и Н2О;
в) запишите реакции катаболизма глицерола (Глицерол → Глицерол-3-фосфат →
Дигидроксиацетонфосфат → Глицеральдегидфосфат) и схему дальнейшего окисления
глицеральдегидфосфата до СО2 и Н2О;
г) рассчитайте количество АТФ, синтезируемое при окислении 1 молекулы глицерола до СО2 и
Н2О;
д) рассчитайте суммарный выход АТФ при окислении 1 молекулы трипальмитоилглицерола.
Занятие 8
Функции и обмен холестерина. Образование и транспорт липопротеинов.
Нарушение транспорта ЛП. Дислипопротеинемии.
Биохимические основы развития атеросклероза
Цель занятия: изучить строение, функции и биосинтез холестерина; ознакомиться с
основными нарушениями транспорта ЛП и биохимическими механизмами развития
атеросклероза; освоить методы определения содержания холестерина в сыворотке крови.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Вопросы для подготовки
Строение и биологические функции холестерина.
Последовательность реакций биосинтеза холестерина.
Дислипопротеинемии (ДЛП). Классификация по Фридриксону (ВОЗ). Атерогенные и
неатерогенные типы ДЛП.
Биохимические механизмы развития атеросклероза. Взаимодействие нативных и
модифицированных ЛП с клеткой и его значение в атерогенезе.
Основные факторы риска развития атеросклероза. Артериальная гипертензия. Ожирение.
Курение. Гиподинамия. Сахарный диабет. Генетические факторы.
Оценка вероятности развития атеросклероза на основании определения липидного спектра
плазмы крови. Коэффициент атерогенности.
Практическое задание
1. Написать уравнения реакций биосинтеза холестерина из ацетил-КоА, назвать ферменты.
2. Назвать регуляторный фермент синтеза холестерина и описать способы регуляции его
активности.
3. Рассчитать количество моль ацетил-КоА, АТФ и НАДФН, которое необходимо для
синтеза 1 моль холестерина.
4. Рассчитать коэффициент атерогенности для пациента, в крови которого содержание
общего холестерина составляет 6,5 ммоль/л, если количество холестерола в ЛПВП составляет
1,3 ммоль/л. Сделайте вывод о предрасположенности к атеросклерозу данного пациента.
Лабораторная работа
Энзиматическое определение содержания общего холестерина в сыворотке крови.
Принцип метода: при гидролизе эфиров холестерина холестеролэстеразой образуется
свободный холестерин. Образовавшийся и имеющийся в крови свободный холестерин
окисляется кислородом воздуха под действием холестеролоксидазы с образованием
эквимолярного количества перекиси водорода. Под действием пероксидазы перекись водорода
окисляет хромогенные субстраты с образованием окрашенного продукта. Интенсивность
окраски пропоруиональна концентрации холестерина в пробе.
Ход работы: Обработать пробирки, как указано в протоколе. Результаты опыта занести в
схеме протокола.
Схема протокола
1.
Опыт (Еоп)
Стандарт (Ест)
Контроль
Сыворотка крови
0,02 мл
–
–
Стандартный раствор
–
0,02 мл
–
холестерина
Вода дистиллированная
–
–
0,02 мл
Реагент (ферменты,
2 мл
2 мл
2 мл
хромоген, буфер)
Перемешать, выдержать 5-10 минут при комнатной температуре, измерить оптическую
плотность опыта и стандарта против воды при длине волны 490 нм.
Оптическая плотность
Концентрация
холестерина
Концентрацию холестерина рассчитать по формуле
Cопыта =
Eоп ⋅ С ст ,
E ст
где Сопыта – содержание холестерина в сыворотке крови; Еоп – оптическая плотность опытной
пробы; Ест – оптическая плотность стандартного раствора; Сст – содержание холестерина в
стандартном растворе.
Вывод: ___________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Контрольные задачи
1. У кого синтез эндогенного холестерина протекает с большей скоростью: у вегетарианцев
или у людей, рацион которых включает много мяса, молока, яиц? Ответ обоснуйте, используя
схему регуляции синтеза холестерола.
2. В крови двух пациентов содержание общего холестерола составляет 6,2 ммоль/л. Можно
ли говорить о равной предрасположенности этих людей к атеросклерозу? Какой показатель
целесообразно рассчитать для ответа на поставленный вопрос? Сделайте вывод о
предрасположенности к атеросклерозу, если известно, что у пациента А количество холестерола
в ЛПВП составляет 1,2 ммоль/л, а у пациента Б количество холестерола в ЛПВП составляет 1,6
ммоль/л.
3. В результате специальной диеты и интенсивных физических упражнений, регулярно
выполняемых в течение 2 месяцев, в крови пациентов из задачи 2 концентрация холестерина в
ЛПВП увеличилась приблизительно на 15%, а концентрация общего холестерина уменьшилась
на 0,6 ммоль/л. Способствуют ли такие изменения уменьшению риска развития атеросклероза?
Ответ подтвердите расчетами.