 |
Лабораторные работы для выполнения
|
|
|
|
РАЗДЕЛ V. БИОХИМИЯ ВИТАМИНОВ И ГОРМОНОВ.
Витамины представляют собой группу веществ органической природы, необходимых для жизни и размножения организма. Они не синтезируются клетками человека, и поэтому должны поступать в организм с пищей. Недостаточное поступление отдельных витаминов или нарушение их обмена вызывает развитие специфических симптомокомплексов-гиповитаминозов, которые излечиваются введением недостающих витаминов. В последние годы описаны неизвестные ранее заболевания, клинические симптомы которых с проявлением тех или иных авитаминозов, и которые развиваются, несмотря на нормальную обеспеченность больного соответствующими витаминами. Как правило, подобные заболевания развиваются у детей и имеют врожденный характер. Причиной их является нарушение обмена и функций витаминов. В ряде случаев болезнь удается полностью или частично корригировать путем постоянного введения соответствующих витаминов в дозах, превышающих физиологическую потребность в 100-1000 раз. Изучение химической структуры, свойств, метаболизма и функций витаминов необходимо для решения вопросов о целесообразности лечебного назначения витаминов, их дозировке и методике применения при различных патологических процессах.
Гормоны представляют собой биоорганические соединения различной химической природы, структура которых обуславливает их специфическую активность системных регуляторов физиологических процессов. Главный и первичный объект действия гормонов – внутриклеточные обменные процессы. Обладая большой мощностью и широким спектром действия на обмен веществ, гормоны способны вторично изменять функцию и структуру клеток, тканей и других органов. Гормональная регуляция оказывает существенное, порой решающее, влияние на фундаментальные жизненные процессы: синтез нуклеиновых кислот и белков в клетках, их гипертрофию и гиперплазию. Нарушение функционирования того или иного звена эндокринной системы может значительно изменить нормальное течение этих процессов, приводя к глубокой патологии, часто несовместимой с жизнью. Изучение химической структуры и свойств гормонов позволяет понять механизмы реализации их биологических эффектов, а последнее, в свою очередь, создает рациональную основу для эффективного управления физиологическими функциями организма.
|
|
|
ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ РАЗДЕЛА: уметь использовать знания о структуре, свойстве, обмене и функции витаминов и гормонов для расшифровки биохимических механизмов некоторых заболеваний, возникающих в организме в результате нарушений обмена и функции витаминов и гормонов, знать биохимические основы применения витаминов и гормонов как лекарственных препаратов.
ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ РАЗДЕЛА.
Усвоить: современные представления о структуре, свойствах, обмене и функции витаминов;
– современные представления о причинах и механизме нарушения обмена и функций витаминов;
– биохимические основы применения витаминов в качеств лекарственных препаратов;
– современные представления о взаимосвязи структуры, метаболизма, механизма действия и функций гормонов;
Уметь: оценивать роль эндокринных механизмов в изменении обменных процессов у здорового человека и при различных формах патологии.
Таблица 12.2. Физиологическая роль, потребность организма и источник поступления витаминов
| Витамин | Суточная потребность взрослого человека | Основные источники | Физиологическая роль | Признаки недостаточности |
| А* (ретинол) | А,-0,9 мг, бета-каротин — 1,8 мг | Животные жиры, мясо, рыба, яйца, молоко | Необходим для синтеза зрительного пигмента родопсина; оказывает влияние на процессы роста, размножения, пролиферации и ороговения эпителия | Нарушаются функции сумеречного зрения, роста, развития и размножения. Развивается сухость поверхности конъюнктивы и роговицы, изъязвление роговицы |
| D (кальциферол) | 2,5 мкг | Печень и мясо млекопитающих, печень рыб, яйца | Необходим для всасывания из кишечника ионов кальция и для обмена в организме кальция и фосфора | Недостаточное поступление в детском возрасте приводит к развитию рахита, что проявляется нарушением окостенения и роста костей, их декаль-цификацией и размягчением |
| РР** (никотиновая кислота) | 150 мг | Мясо, печень, почки, рыба, дрожжи | Участвует в процессах клеточного дыхания (переносе водорода и электронов); регуляции секреторной и моторной функции желудочно-кишечного тракта | Воспаление кожи (пеллагра), расстройства желудочно-кишечного тракта (понос) |
| К (филлохиноны) | До 1 мг | Зеленые листья овощей, печень | Участвует в синтезе факторов свертывания крови, протромбина и др. | Замедленное свертывание крови, спонтанные кровотечения |
| Е (токоферолы) | 10-12 мг | Растительные масла, зеленые листья овощей, яйца | Антиоксидант (ингибитор окисления) | Четко определенных симптомов недостаточности у человека не описано |
| С (аскорбиновая кислота) | 50-100 мг | Свежие фрукты и растения (особенно шиповник, черная смородина, цитрусовые) | Участвует в гидрокси-лировании, образовании коллагена, включении железа в ферритин. Повышает устойчивость организма к инфекциям | Развивается цинга, проявлением которой являются кровоточивость десен, мелкие кровоизлияния в коже, поражение стенок кровеносных сосудов |
| В1 (тиамин) | 1,4-2,4 мг | Целые зерна, бобы, печень, почки, отруби, дрожжи | Участвует в энергетическом обмене (процессах декарбоксили-рования), является ко-ферментом пируват-карбоксилазы | Развивается заболевание бери-бери, сопровождающееся полиневритом, нарушением сердечной деятельности и функций желудочно-кишечного тракта |
| В2 (рибофлавин) | 2-3 мг | Зерновые, бобы, печень, молоко, дрожжи, яйца | Входит в состав флавиновых ферментов. Осуществляет перенос водорода и электронов | Поражение глаз (светобоязнь), поражение слизистой оболочки полости рта и языка |
| В3 (пантотеновая кислота) | 10 мг | Зерновые, бобы, картофель, печень, яйца, рыба | Перенос ацетильной группы (КоА) при синтезе жирных кислот, стероидов и других соединений | Общая слабость, головокружение, нейромоторные нарушения, воспаления кожи, поражения слизистых оболочек |
| В6 (пиридоксин) | 1,5-3 мг | Зерно, бобы, мясо, печень, дрожжи, рыба. Синтезируется микрофлорой кишечника | Кофермент трансам и-назы, декарбоксилазы, дегидратазы, десульфогидразы | Повышенная раздражительность, судороги, ги-похромная анемия. Играет важную роль в обмене аминокислот, белков и жиров, а также в процессах кроветворения |
| В12 (цианокобаламин) | 2 мкг | Печень, синтезируется микроорганизмами кишечника | Компонент ферментов метаболизма нуклеиновых кислот и метилирования. Необходим для гемопоэза | Злокачественная анемия |
| Фолиевая кислота | 400 мг | Зеленые листья, овощи, мясо, молоко, дрожжи. Синтезируется микроорганизмами кишечника | Необходима для синтеза пуринов и метионина и метаболизма одноуглеродных фрагментов молекул. Стимулирует процесс кроветворения | Анемия |
| Витамин H***(биотин) | 150— 200 мкг | Молоко, яичный желток, печень, синтезируется микроорганизмами кишечника | Кофермент дезаминаз, карбоксилаз, трансфераз, осуществляет перенос С02 | Дерматит (воспаление кожи) с гиперфункцией сальных желез |
| Витамин | Функции | Важнейшие источники | РСНПдля взрослых | Симптомы длительного дефицита | Токсические эффекты передозировки |
| B1 Тиамин | Способствует превращению в энергию углеводов, жиров и белков. | Печень, свинина, устрицы, хлеб и крупы из цельного зерна, обогащенные крупы и хлеб, горох, орехи. | 1,1-1,5 мг | Умеренные: депрессия, утомление, желудочно-кишечные расстройства, мышечные судороги. Тяжелые: болезнь бери-бери (поражение центральной нервной системы, параличи, атрофия мышц, сердечная недостаточность). | Аллергические реакции. |
| B2 Рибофлавин | Участвует во всех видах обменных прцессов. Особенно важную роль играет в обеспечении зрительных функций, нормального состояния кожи и слизистых оболочек, синтезе гемоглобина. | Печень, мясо, молочные продукты, яйца, темно-зеленые овощи, хлеб из цельного зерна и крупы, орехи; также образуется в кишечнике. | 1,3-1,7 мг | Язвы во рту, на языке и в горле; сухая, потрескавшаяся кожа; анемия; депрессия; задержка роста, кожные болезни. | При здоровых почках интоксикация при передозировке маловероятна. |
| B3, PP Ниацин (никотиновая кислота) | Освобождение энергии из всех пищевых веществ, содержащих калории; синтез белков и жиров. | Печень, домашняя птица, мясо, яйца, хлеб из цельного зерна, крупы, орехи и бобовые (горох, бобы, соя), пивные дрожжи, рыба. | 15-19 мг | Нарушения нервной системы, бред, головные боли. Тяжелая форма – пеллагра (проявляется в виде сыпи, поносов, бессонницы, спутанности сознания; возможна смерть). | Раздражение слизистой желудка, покраснение лица, шеи и ладоней, нарушение функций печени, желутуха; диабет. |
| В6 Пиридоксин | Участвует в процессах углеводного обмена, синтезе гемоглобина и полиненасыщенных жирных кислот. Регуляция активности нервной системы; регенерация эритроцитов; образование антител. | Все пищевые продукты, богатые белком, бананы, некоторые овощи, хлеб из цельного зерна, крупы, зеленые овощи, рыба, печень, мясо, домашняя птица, орехи, чечевица. | 1,6-2,0 мг | Обычно слабо выраженные и трудно идентефицируемые. Умеренные: сыпь, поражения слизистой рта. Тяжелые: тошнота, рвота, анемия, нервные расстройства. | Токсичен при дозах более 100 РСНП. Вызывает поражения нервов; в зависимости от степени передозировки – онемение или покалывание в конечностях, трудности с ходьбой, плохая координация. |
| В12 Кобаламин Цианкобаламин | Способствует образованию эритроцитов; рост и деятельность нервной системы. | Печень, почки, мясо, рыба, яйца, молочные продукты, дрожжи, сыр. | 6,0 мкг | Умеренные: утомляемость, слабость, потеря веса, покалывание в конечностях; язвы на языке. Тяжелые: слабые иммунные ответы, паралич; возможна анемия с летальным исходом. | В настоящее время неизвестны, но при совместном приеме с большими дозами витамина С вызывает носовые и ушные кровотечения. |
| В9, Вс Фолацин (фолиевая кислота) | Способствует образованию нуклеиновых кислот и клеточному делению; образование эритроцитов; развитие плода. | Печень, темно-зеленые овощи, проростки пшеницы, бобовые, апельсины и апельсиновый сок, рыба, мясо, молоко, домашняя птица, яйца. | 180-200 мкг | Анемия, язвы во рту и в горле, ревматоидный артрит, инфекции, диарея, токсемия при беременности. Дефицит часто отмечается у алкоголиков. | У некоторых эпилептиков возможны судороги.Длительное значительное превышение доз может вызвать опасное накопление кристаллов фолацина. |
| Витамин Н Биотин | Способствует освобождению энергии из соединений, содержащих калории. | Широко встречаются в разных продуктах: яйца, печень, темно-зеленые овощи, арахис, бурый рис, почки, соевые бобы. Вырабатывается кишечной микрофлорой. | 300-100 мкг | Дефицит этого витамина встречается крайне редко.Сыпь, язвы на языке, мышечные боли, бессонница, тошнота, потеря аппетита, утомляемость, депрессия. | В настоящее время неизвестны |
| В5 Пантотеновая кислота | Освобождение энергии; образование холестерина. | Широко встречается в растительных и животных продуктах. Печень, хлеб из цельного зерна и крупы. | 5-10 мг | У людей, придерживающихся натуральной диеты, до сих пор не отмечались.Возможны нарушения центральной нервной системы. | Диарея и задержка воды. |
| С Аскорбиновая кислота | Антиоксидант; способствует заживлению ран и противодействует инфекциям; образование соединительной ткани; повышает абсорбцию железа.Играет важную роль в образовании межклеточных структур. | Плоды цитрусовых, дыни, помидоры, смородина, картофель, свежие, особенно темно-зеленые овощи. | 60 мг | Умеренные: беспокойство, распухание или кровоточивость десен, кровоизлияния, боль в суставах, потеря энергии, анемия. Тяжелые: цинга (кровоточивость десен, плохое заживление ран, потери зубов, плохое состояние кожи, раздражительность, психозы). В общем случае возможна повышенная подверженность инфекциям. | В случае разовой большой передозировки возможны диарея, метеоризм, боли в области живота, тошнота, рвота. Длительный прием больших доз препаратов витамина С может привести к образованию почечных камней, потере эритроцитов, изменениям костного мозга. |
| РСНП – рекомендуемые суточные нормы потребления;мкг – микрограммы; мг – миллиграммы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Жирорастворимые витамины | |||||
| Витамин | Функции | Важнейшие источники | РСНП для взрослых | Симптомы длительного дефицита | Токсические эффекты передозировки |
| А ретинол, бета-каротин | Нормальное зрение (особенно ночное); образование клеток (например, кожи); увеличивает сопротивляемость инфекциям.Необхдим для жизнедеятельности всех эпителиальнфх клеток и для роста костей | Богатые жиром и обогащенные молочные продукты, печень, желтые овощи и овощи с темно-зелеными листьтьями, рыбий жир, морковь. | 800-1000 мкг 2640-3300 ME | Плохое ночное зрение, (куриная слепота), сухая кожа, сухая конъюнктива глаза, ухудшение зрения.Ороговения эпителия, нарушения роста, снижение иммунитета. | Кровоточивость десен, головные боли, тошнота, сухость кожи, диарея, депрессия.У беременных женщин возможны самопроизвольные аборты и пороки развития плода. Возможен эффект накопления при постоянной малой передозировке. |
| D эргокальциферол | Способствует абсорбции и утилизации кальция и фосфора; росту костей; нервно-мышечной активности. | Обогащенное молоко, говяжья печень, печень трески, рыба, рыбий жир, яичный желток.Образуется в коже при воздействии солнечного света. | 5-10 мкг 400 ME | У детей – деформация костей (рахит).У взрослых – размягчение костей остеомаляция), ломкость костей (остеопороз). | Нарушения в работе сердца, утрата эластичности стенками артерий. У детей возможны задержки в развитии. |
| Е альфа-токоферон | Антиоксидант, защищающий клеточную мембрану от повреждений; образование и защита эритроцитов, мышц и других тканей. | Почти во всех растительных продуктах, особенно в растительных маслах. Рыбий жир, печень, хлеб из цельного зерна, орехи | 10 мг (12-15 ME) | Нарушения метаболизма в мышцах и проницаемости сосудов. У здоровых людей отмечаются редко; у слабых детей возможна анемия и атрофия мышц. В случае сильного дефицита – нервные растройства, вялость, депрессия. | Истощение запасов витамина А, у анемичных детей возможны болезни крови.Сверхдозы более 1000 МЕ вызывают нарушения в работе пищеварительной и нервной систем. |
| филлохинон | Свертывание крови; образование костей. | Овощи с зелеными листьями; горох, люцерна. Образуется в кишечнике у человека. | 65-80 мкг | Ухудшение свертывания крови и образовавания костей (в особенности у некоторых новорожденных); спонтанные кровотечения, кровоизлияния. | Редки, так как в поступающих в продажу поливитаминах отсутствует.Потеря эритроцитов; желтуха; есть риск мозговых расстройств. |
| РЭ – ретиноловые эквиваленты;ME – международные единицы; мкг – микрограммы; ТЭ – альфа-токофероловые эквиваленты. |
Тема 5.1. Общая витаминология. Обмен и функции витаминов В1, В2, В3
Вопросы для самоподготовки.
1. Дайте определение витаминам, как классу биологически активных соединений.
2. Назовите основные признаки витаминов.
3. Перечислите водорастворимые витамины. Укажите их буквенные обозначения.
4. Перечислите жирорастворимые витамины. Укажите их буквенные обозначения.
5. Назовите витамин В1?
6. Назовите витамин В2?
7. Назовите витамин В3?
8. Назовите витамин В5? Перечислите химические соединения, относящиеся к группе витамина В5.
9. Назовите витамин В6? Перечислите химические соединения, относящиеся у группе витамина В6.
10. Назовите витамин В7?
11. Назовите витамин В9?
12. Назовите витамин В12?
13. Назовите витамин С?
14. Назовите витамин А?
15. Назовите витамин D?
16. Назовите витамин К?
17. Назовите витамин Е?
18. Перечислите вещества, относящиеся к витаминоподобным соединениям.
19. Назовите функции жирорастворимых витаминов.
20. Назовите функции водорастворимых витаминов.
21. Составьте схему обмена водорастворимых витаминов в организме.
22. Укажите на схеме этапы, на которых возможно возникновение метаболических блоков.
23. Назовите биохимические признаки, характеризующие наличие блоков на каждом этапе обмена водорастворимых витаминов.
24. Укажите принципы биохимической диагностики нарушений обмена и функций витаминов на каждом из этих этапов.
25. Укажите принципы коррекции нарушений обмена и функций витаминов.
26. Что такое авитаминоз?
27. Что такое гиповитаминоз?
28. Причины возникновения гипо- и авитаминозов.
29. Назовите методы профилактики гипо- и авитаминозов.
30. Назовите тесты, используемые для определения обеспеченности организма витаминами.
31. Что такое состояние гипервитаминоза?
32. Назовите принципы витаминотерапии.
33. Назовите соединения, относящиеся к антивитаминам.
34. Назовите соединения, относящиеся к антиметаболитам витаминов. Приведите их классификацию.
35. Назовите коферментные формы тиамина.
36. Напишите уравнения реакций, для катализа которых необходима активная форма тиамина.
37. Назовите ферменты, катализирующие эти реакции.
38. Назовите биохимические признаки, по которым можно распознать недостаточность или нарушение функций тиамина.
39. Назовите аминокислоты, обмен которых будет преимущественно нарушен при дефиците в пище (или нарушении функции) тиамина.
40. Назовите фермент и его коферменты, осуществляющие окислительное декарбоксилированиеα-кетокислот.
41. Назовите причины возникновения заболевания «моча с запахом кленового сиропа».
42. Назовите ферментный комплекс, участвующий в этом процессе.
43. Назовите причины и биохимические признаки при блокировании пируватдегидрогеназной реакции.
44. Назовите причины и биохимические признаки тиаминзависимоголактацидоза.
45. Назовите коферментные формы рибофлавина. Какая из них является основной?
46. Назовите основные биологические функции активных форм рибофлавина.
47. Напишите конкретные примеры реакций, для которых необходима активная форма рибофлавина. Назовите ферменты, катализирующие эти реакции.
48. Напишите уравнения химических реакций, протекающих с участием ФАД-зависимых дегидрогеназ при окислении жирных кислот.
49. Напишите уравнения химических реакций, протекающих с участием ФАД-зависимых дегидрогеназ в цикле трикарбоновых кислот.
50. Назовите коферментную форму пантотеновой кислоты.
51. Напишите конкретные примеры реакций, для которых необходима активная форма пантотеновой кислоты. Назовите ферменты, катализирующие эти реакции.
52. Назовите основные биологические функции пантотеновой кислоты.
53. Назовите кофермент, необходимый для ацетилирования лекарственных веществ в печени.
54. Как можно распознать недостаточность пантотеновой кислоты в организме?
Вопросы, задачи и упражнения для самоконтроля.
1. Назовите причину и предложите способ лечения в каждом из следующих случаев:
1.нормальное содержание витаминов в пищевых продуктах, сниженное содержание витаминов в крови;
2.нормальное содержание витаминов в крови, сниженное содержание активной формы витамины в клетках;
3.нормальное содержание активной формы витамина в клетках, сниженная активность витаминзависимогофермента в этих же клетках;
4.константа Михаэлиса для субстрата повышена, а для активной формы витамина нормальная;
5.константа Михаэлиса для субстрата нормальная, а для активной формы фермента повышена.
2. Какой терапевтический подход оправдан в следующих ситуациях:
| 1. диетотерапия; 2. диетотерапия в сочетании с введением витаминов; 3. витаминотерапия. | а) апофермент нормальный, но нарушено его взаимодействие с коферментом; б) апофермент нормальный и не изменено его взаимодействие с коферментом, но содержание последнего в клетках недостаточно; в) апофермент отсутствует; г) апофермент сохраняет частичную активность, но последняя зависит от кофермента. |
Примечание: укажите, в каком случае лечение может ограничиться применением физиологических доз витаминов, и в каком – нужнамегавитаминотерапия.
3. В крови больного обнаружено повышенное содержание лактата, пирувата и аланина. Обсудите возможные причины этих биохимических нарушений. Какие исследования нужно провести для уточнения причины?
4. Заполните таблицу. Укажите витамин-зависимые ферменты в соответствующих графах каждого из биохимических процессов. Если такие ферменты отсутствуют, то поставьте знак «–».
| Основные биохимические процессы | Ферменты, активность которых зависит от витаминов | ||
| В1 | В2 | В3 | |
| ЦТК | |||
| гликолиз | |||
| пентозофосфатный путь | |||
| β-окисление | |||
| синтез жирных кислот | |||
| дезаминирование аминокислот |
5. Описано врожденное заболевание, для которого характерно повышение концентрации пирувата, лактата, аланина в крови, ацидоз и гипогликемия. Внутримышечное введение ребенку больших доз тиаминхлорида приводило к снижению концентрации пирувата, лактата и аланина в крови, полностью корригировало ацидоз и частично – гипогликемию. Попытки лечить больного биотином оказались неэффективными. Обсудите возможные причины указанных биохимических нарушений и механизм их коррекции.
6. Укажите соответствие:
биохимические реакции, в катализе которых принимают участи е:
| 1. тиамин; 2. рибофлавин; 3. пантотеновая кислота. | а) пируват ацетил-КоА; б) α-кетоглутаратсукцинил-КоА; в) глутаминовая к-та α-кетоглутарат + аммиак; г) жирная кислота ацил-КоА. |
7. Укажите соответствие:
активные формы витаминов:
| 1. В1; 2. В2; 3. В3. | а) коэнзим А; б) НАД; в) ТГФК; г) ТДФ; д) ТТФ; е) ФАД. |
8. Укажите биохимические реакции, в катализе которых принимают участие:
| 1. тиамин; 2. рибофлавин; 3. пантотеновая кислота. | а) ацетоацетил-КоА 2 ацетил-КоА; б) α-кетоизовалератизобутирил-КоА; в) синтез гема; г) пируватоксалоацетат; д) сукцинатфумарат; е) ацил-КоАеноил-КоА, |
9. Заполните таблицу.
| № | Витамин | Активные формы | Примеры биохимических реакций | Гиповитаминоз | |
| Клинические симптомы | Биохимические симптомы | ||||
| В1 | |||||
| В2 | |||||
| В3 |
К оглавлению раздела
Лабораторная работа
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ
|
|
|
