ПРАКТИКУМ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ Часть 2
ПРАКТИКУМ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ Часть 2
В настоящем пособии представлен теоретический материал и лабораторные работы по биохимии пищеварения углеводов, липидов, белков. Практикум составлен с учетом специальности «зооинженер» и «ветеринар», но может быть полезен и для студентов других биологических специальностей. Пособие снабжено списком задач по биохимии для самостоятельной работы студентов зооветфакультета.
Для студентов специальности 310800 «Зоотехния» и 310700 «Вете-ринария»
Скачать:
Вложение | Размер |
---|---|
priktikum_po_biohimii_2.zip | 67.2 КБ |
Предварительный просмотр:
Министерство сельского хозяйства и продовольствия
Департамент кадровой политики
Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Кафедра химии
ПРАКТИКУМ
ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Часть 2
Методическое пособие
для зооветеринарного факультета
Волгоград 2004
Практикум по биологической химии (часть 2). Методическое пособие для зооветеринарного факультета./ Составили Храмов В.А., Комарова В.И.,
Спивак М.Е. — Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия.—Волгоград, 2004. — 32с.
В настоящем пособии представлен теоретический материал и лабораторные работы по биохимии пищеварения углеводов, липидов, белков. Практикум составлен с учетом специальности «зооинженер» и «ветеринар», но может быть полезен и для студентов других биологических специальностей. Пособие снабжено списком задач по биохимии для самостоятельной работы студентов зооветфакультета.
Для студентов специальности 310800 «Зоотехния» и 310700 «Вете-ринария»
Биохимия пищеварения
Переваривание и всасывание пищи (корма) – это многостадийный процесс, происходящий в органах пищеварительной системы животного. В ходе этого процесса пища механически дробится, измельчается, смачивается, смешивается со слизью и различными пищеварительными соками, содержащими ферменты. Под действием последних происходит гидролиз биополимеров корма (протеинов, полисахаридов, полинуклеотидов) с образованием простых низкомолекулярных веществ, которые всасываются эпителием тонкого кишечника. Гидролизу подвергаются также молекулы ацилглицеринов (жиров), дисахаридов (лактоза, сахароза) и.т.п. Моносахариды, жирные кислоты, аминокислоты, минеральные вещества всасываются в кишечнике в том виде, в каком содержится в пище.
Биохимические процессы в пищеварительном тракте имеют следующие особенности:
1) они протекают, главным образом, в анаэробных условиях;
2) по типу реакций это исключительно гидролитические процессы;
3) практически все реакции в пищеварительном тракте являются реакциями ферментативными (катализируются классом гидролаз);
4) пищеварительные гидролазы, как правило, синтезируются внутриклеточно в неактивной форме проферментов (зимогенов) и уже в просвете пищеварительного канала переходят в активное состояние под действием других специализированных ферментов, а также под действием желчи, HCl;
5) процессы пищеварения проходят в условиях перемещения пищевого комка (химуса) по пищеварительной трубке; скорость этого перемещения находятся под контролем гормонов, а также нервной системы;
6) в процессах пищеварения принимают определённое участие микроорганизмы, колонизирующие пищеварительный тракт. Особую роль играют микроорганизмы в пищеварении жвачных (рубцовое пищеварение).
Хотя корм (пища) представляет собой сложную смесь различных химических веществ, как биоорганических, так и минеральных, уместно рассмотреть биохимические процессы в желудочно – кишечном тракте раздельно для белков, жиров, углеводов.
Часть 1. ПЕРЕВАРИВАНИЕ ПРОТЕИНОВ (БЕЛКОВ)
Белки – биополимеры, состоящие из аминокислот, являются важнейшим пищевым субстратом, определяющим качество и ценность пищи. Оценка корма по количеству, так называемого, сырого протеина является совершенно недостаточной. Содержащиеся в каком - либо корме белки могут быть:
а) неперевариваемыми, т.е. негидролизуемыми пищеварительными ферментами ( кератины, составляющие основную массу перьев, рогов, кожи и т.п);
б) неполноценными, такие белки гидролизуются ферментами, но содержат мало, так называемых, незаменимых (эссенциальных) аминокислот.
Таблица 1
Аминокислотный состав некоторых пищевых белков
Аминокислота | Содержание в белках в г. на 100 г | |||
Коллаген | Кукуруза | БСА* | ФАО | |
Валин | 3,0 | 4,0 | 6,0 | 5,0 |
Лейцин | 3,5 | 21,1 | 12,3 | 7,0 |
Изолейцин | 2,0 | 5,0 | 2,6 | 4,0 |
Пролин | 15,0 | 10,5 | 4,7 | - |
Фенилаланин + тирозин | 2,5 | 12,5 | 11,7 | 6,0 |
Триптофан | 0,01 | 0,2 | 0,7 | 1,0 |
Треонин | 2,5 | 3,5 | 5,8 | 4,0 |
Метионин + цистин | 0,9 | 6,8 | 6,3 | 3,5 |
Аргинин | 9,0 | 1,7 | 5,9 | - |
Лизин | 5,5 | 0 | 12,8 | 5,5 |
*БСА – бычий сывороточный альбумин.
Сравнение аминокислотного состава отдельных белков с содержанием аминокислот в стандартном белке ФАО показывает явную неполноценность белка кукурузы зеина по лизину, триптофану, отчасти валину и треонину. Недостаточен по метионину и триптофану белок соединительной ткани коллаген. С другой стороны, альбумин сыворотки крови быка может рассматриваться как хороший полноценный пищевой белок, хотя в нём есть недостаток изолейцина и триптофана. В конечном счёте хороший пищевой белок должен отвечать двум требованиям: легко гидролизоваться пищеварительными ферментами и иметь аминокислотный состав, приближенный к составу стандартного белка ФАО. Желательно также чтобы он был дешёвым и доступным потребителю. Современная биохимия располагает необходимыми данными для оценки характеристик пищевых (кормовых) протеинов. С точки зрения структуры плохо усвояемыми являются белки с обилием дисульфидных связей, с преобладанием гидрофобных аминокислот, плохо растворимые в воде. Хуже усваиваются белки растительного и бактериального происхождения. Близкими к идеальным являются белки молока и мяса.
Процесс расщепления (гидролиза) белков можно представить в общем виде следующим образом:
R1-CO-NH-R2 + H2O → R1-COOH + NH2-R2,
где R1-CO и NH-R2 – полипептидные цепи, из которых состоит белок, связанные пептидной связью. Таких пептидных связей у белка, состоящего, скажем, из 200 аминокислотных остатков, будет ровно 199. Полный гидролиз такого белка должен привести к разрыву 199 пептидных связей и образованию 200 отдельных аминокислот. Скорость гидролиза пептидных связей определяется многими факторами: концентрацией протеолитического фермента, рН, температурой, концентрацией и аминокислотным составом белковых субстратов, наличием в пище ингибиторов.
Ферменты, катализирующие реакции гидролиза белка относятся к классу гидролаз, подклассу пептидгидролаз (КФ 3.4.23). Вообще это очень большая группа ферментов, которую трудно чётко классифицировать, поскольку суммарная реакция для всех этих ферментов одинакова (она представлена выше), а субстратная специфичность их слабо выражена: большинство этих ферментов действуют на все денатурированные и многие нативные белки. Групповое название этих ферментов протеиназы или протеазы или пептидазы. Часто их называют также протеолитическими ферментами, т.е. расщепляющим протеины. Низкая специфичность пищеварительных протеиназ физиологически оправдана, поскольку в желудочно – кишечный тракт попадают разнообразные пищевые белки и все они должны гидролизоваться до аминокислот.
Процесс переваривания (гидролиза) белков начинается в желудке, клетки слизистой которого выделяют фермент пепсин. Последний выделяется клетками слизистой желудка в неактивной форме (пепсиноген), превращение профермента в активный пепсин происходит уже в просвете желудка (внеклеточно) под действием соляной кислоты желудочного сока. Соляная кислота, а также уже активные молекулы пепсина отщепляют от пепсиногена пептидный фрагмент, блокирующий активный центр пепсина, это можно выразить следующим образом:
Пепсиноген (Mr-40000D) → пепсин (Mr – 32700D) + пептид (Mr – 7300D)
Пепсин относится к, так называемым, кислым протеазам. Его оптимум
рН 1-3. В 1931 году Нортроп с сотрудниками получили пепсин в кристаллическом состоянии. К настоящему времени пепсин хорошо изучен. Это относительно небольшой белок (Mr – 33000), содержащий остаток фосфорной кислоты, т.е. фосфопротеин. В активном центре пепсина имеется остаток аспарагиновой кислоты, играющей важную роль в акте катализа. Пепсин расщепляет пептидные связи, преимущественно образованные ароматическими аминокислотами, а также лейцином.
Помимо пепсина в желудочном соке обнаружены протеазы гастриксин (КФ 3.4.23.3) и химозин (реннин) (КФ 3.4.23.4). Последний называют также сычужным ферментом. Он играет важную роль в пищеварении молодняка, т.к. катализирует процесс створаживания молока (превращение растворимого молочного казеиногена в казеин). Как ферментативный препарат химозин нашёл своё применение в изготовлении сыра.
Секреция желудочного сока контролируется вегетативной нервной системой, а также гормоном гастрином, который образуется в специализированных клетках слизистой желудка и поступает в кровь. По химической природе гастрин полипептид, состоящий из 17-34 аминокислот. Гастрин выполняет следующие функции: стимулирует секрецию пепсина и кислоты в желудке, усиливает моторику желудка, способствует росту слизистой желудка.
Выделение гастрина усиливается в ответ на раздражение n. vagus, механическое растяжение желудка, присутствие в желудке пищи, особенно пептидов и аминокислот, увеличение кальция в крови.
Помимо перечисленных ферментов и гормонов в желудочном соке содержатся мукопротеины (слизистые белки) (см. табл.2), предохраняющие слизистую от механических повреждений и активности ферментов. Кислая среда желудка и желудочные протеазы способствуют гибели попадающих с пищей и питьём бактерий (в том числе патогенных). Тем не менее в 1мл желудочного сока выявляется до 103 КОЕ (колониеобразующих единиц, т.е. бактерий) В сравнении, например с содержимым толстого кишечника, где эта величина равна 1012 , можно считать, что желудок почти стерилен, однако пилорический отдел желудка могут населять и часто обнаруживаются кислотоустойчивые геликобактерии, играющие важную роль в патогенезе язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки (duodenum). Таким образом язвенная болезнь может рассматриваться как инфекционное заболевание и в настоящее время лечится антибиотиками.
Слизистая желудка выделяет также, так называемый, внутренний фактор Кастла, гликопротеин без которого невозможно усвоение витамина В12 (цианкобаламина). Если по какой-то причине синтез этого внутреннего фактора нарушен, или после хирургического удаления желудка, развивается тяжёлый авитаминоз В12 (пернициозная анемия) даже при достаточном содержании витамина В12 в пище.
Таблица 2
Состав желудочного сока (человека)
Суточное количество | 2-3л |
Вода | 99,4% |
Плотность | 1,005-1,009 |
рН | 1,5-2,5 |
Соляная к-та | 2-5 г/л |
Муцины (слизь) | 0,6-2,5 г/л |
Пепсин (КФ 3.4.23) | ~1 мг/мл |
Азот аминокислот | 30-100 мг/л |
.
Процессы переваривания в тонком кишечнике
Функция желудка фактически состоит в накоплении пищи и подготовке пищевой кашицы к перевариванию в тонком кишечнике. Именно в duodenum (двенадцатиперстной кишке) и далее тонком кишечнике развёртываются основные процессы пищеварения и всасывания. Из желудка через привратник (pylorus) химус попадает в двенадцатиперстную кишку, в которую же через, так называемый, фатеров сосок поступает сок поджелудочной железы (панкреатический сок) и желчь. Поступившая в duodenum пищевая кашица тщательно перемешивается за счёт усиленной перистальтики кишечника и нейтрализуется щелочным панкреатическим соком (его рН 8,7-9,0) до значений рН 7,2 – 7,4; выделяющиеся при этом пузырьки СО2 дополнительно разрыхляют химус.
Панкреатический сок (табл. 3) содержит целый набор пищеварительных ферментов, выделяющихся экзокринными клетками поджелудочной железы в неактивной форме (проферменты); уже в просвете кишечника они активируются. Первые 4 фермента (табл.3) продолжают протеолиз, начатый в желудке пепсином. Все они выделяются в неактивной форме. Трипсин (КФ 3.4.21.4) активируется под действием протеиназы кишечного сока энтеропептидазы (КФ 3.4.21.9) (энтерокиназы); активированные молекулы трипсина в свою очередь активируют химотрипсин (КФ 3.4.21.4) и другие молекулы трипсиногена и карбоксипептидазы.
Таблица 3
Химический состав и ферменты сока поджелудочной железы
Суточное количество сока | 700 – 1500 мл. |
Плотность | 1,007 – 1,009 |
Сухой остаток | 1,3% |
Белки | 0,2% |
Ферменты | Трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза, липаза, и др. |
Как трипсин, так и химотрипсин, хорошо изученные и полученные в кристаллическом виде, простые белки. В активном центре их находится аминокислота серин, играющая важную роль в сорбции и гидролизе субстратов, т.е. эти ферменты относятся к сериновым протеиназам. Схема действия протеаз на полипептидную цепь:
NH2 – лей мет – арг гли фен сер – вал ала – СООН
1) аминопептидаза : 2) трипсин; 3) пепсин; 4) химотрипсин ;5) карбоксипептидаза
В конечном счёте последовательный протеолиз пищевых белков приводит к образованию совсем коротких олигопептидов, которые гидролизуются протеазами, выделяемыми непосредственно ворсинчатым эпителием тонкого кишечника, до отдельных аминокислот. Среди протеаз кишечного сока надо выделить энтеропептидазу, аминопептидазу (КФ 3.4.11.2), дипептидазы (КФ 3.4.13.11). Фактически пищеварение в желудочно – кишечном тракте идёт по двум механизмам:
а) люминальное (полостное) пищеварение осуществляется в просвете ЖК тракта при участии ферментов экзокринных желёз, перечисленных выше;
б) пристеночное (контактное) пищеварение проходит при контакте перевариваемых молекул с ферментами эпителия щёточной каймы тонкого кишечника. Продукты этого пищеварения всасываются через слизистую тонкого кишечника путём обычной диффузии или активным транспортом.
Всасыванию (абсорбции) продуктов пищеварения способствует чрезвычайно развитая ворсинчатая поверхность тонкого кишечника: при общей длине кишечной трубки около 6 м её общая площадь у взрослого человека составляет более 16,5 м2 (некоторые авторы, правда, приводят цифру 7,5м2). Столь развитая поверхность абсорбирует основную массу образовавшихся аминокислот, и даже некоторые олигопептиды. Невсосавшиеся аминокислоты и пептиды поступают, через илеоцекальный клапан, в первый отдел толстого кишечника, слепую кишку.
Толстый кишечник млекопитающих населён громадным количеством микроорганизмов (фекальная флора). Выделено более 400 видов бактерий, главным образом, анаэробов. В результате биохимической деятельности этих микробов попавшая в толстый кишечник часть аминокислот подвергается дальнейшей деградации с образованием более простых продуктов. Другая часть аминокислот используется бактериями для биосинтеза своих собственных белков.
Рассмотрим типичный процесс микробной деградации двух аминокислот (цистеина и триптофана):
а) CH2SH-CHNH2-COOH → CH2SH-CH2NH2 → CH3CH2SH → CH3SH → H2S
-СО2 -NH3 -CH4 -CH4
Цистеин цистамин этилмеркаптан
б) Триптофан → триптамин → этилиндол → скатол → индол
Последовательность реакций может быть и другая, однако в конечном счёте в результате микробной деградации образуются также вещества как сероводород, индол, скатол, аммиак, метан, диоксид углерода. Многие из образовавшихся газов обладают отталкивающим запахом (сероводород, индол, скатол) и, главное, являются токсинами для организма. Поэтому усиленный распад аминокислот в толстом кишечнике может быть причиной самоотравления организма. Такого самоотравления не происходит, поскольку всасывание из толстого кишечника происходит в весьма ограниченном масштабе, кроме того всосавшиеся всё же токсины обезвреживаются в печени. В последней имеется, по крайней мере, три механизма обезвреживания кишечных токсинов: окисление при участии цитохромов (например, сероводород окисляется до сульфатов), орнитиновый цикл для обезвреживания аммиака, образование коньюгатов с глюкуроновой и активной серной кислотой (ФАФС). Так, например, поступивший в печень индол при участии ФАФС превращается в нетоксичную индоксилсерную кислоту (индикан) и выводится с мочой. Образовавшиеся из тирозина фенол и крезол обезвреживаются таким же образом.
У травоядных животных относительно ядовитая бензойная кислота обезвреживается в почках путём соединения с глицином и образованием гиппуровой кислоты, у птиц вместо глицина используется орнитин (образуется орнитуровая кислота).
Естественно, что гнилостные процессы в толстом кишечнике происходят у животных, потребляющих высокопротеинную пищу (птицы, свиньи и т.п.). Относительно малопротеиновый, но высокоуглеводный корм жвачных стимулирует в толстом кишечнике процессы брожения.
Часть 2. ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ ЛИПИДОВ.
Пищевой рацион должен содержать липиды из расчета 1,5 г на 1 кг массы тела, что составляет для 70-килограммового человека около 100г липидов в сутки. Примерно 1/4 всех липидов пищевого рациона должны составлять липиды растительного происхождения, т.е. растительные масла. По сравнению с липидами животного происхождения они содержат больше ненасыщенных жирных кислот, кроме того, они содержат больше токоферола. Липиды нельзя исключить из пищевого рациона, поскольку вместе с ними поступают, во-первых, эссенциальные полиненасыщенные высшие жирные кислоты и, во-вторых, жирорастворимые витамины.
Таблица. 4
Триацилглицерины продуктов растительного и животного происхождения,
г/100 г продукта
Продукты | Содержание триацилглицеринов |
говядина | 14,88 |
баранина | 15,30 |
свинина | 32,00 |
оливковое масло | 99,00 |
подсолнечное масло | 99,20 |
маргарин | 81,40 |
Суточная потребность в липидах составляет 50— 100 г. Основная масса липидов представлена триацилглицеринами, т.е. жирами (табл. 4). Однако в пище присутствуют и другие липиды: фосфолипиды, холестерин (табл. 5).
Таблица 5
Липиды молока и яиц, г/100 г продукта
Показатели | Яйцо куриное (целое) | Молоко коровье |
Триацилглицерины | 7,05 | 3,50 |
Фосфолипиды | 3,39 | 0,03 |
Холестерин | 0,57 | 0,01 |
Сумма липидов | 11,50 | 3,60 |
В желудке имеется фермент липаза (КФ 3.1.1.3), способный катализировать расщепление триацилглицеринов (ТАГ). Но липаза желудка практически не активна из-за низких значений рН желудочного содержимого.
У взрослого человека основным местом переваривания липидов является тонкий кишечник. В 12-перстной кишке (duodenum) пищевая кашица подвергается воздействию желчи и сока поджелудочной железы. Поскольку жиры нерастворимы в водных средах, а липаза желудочного сока будучи белком, нерастворима в жирах, то гидролиз проходит на поверхности раздела этих фаз, и, таким образом, скорость переваривания зависит от площади поверхности. На первом этапе происходит эмульгирование жира — превращение крупных липидных частиц в более мелкие. Происходит этот процесс благодаря:
1) перистальтике кишечника, способствующей перемешиванию и эмульгированию жировых капель;
2) выделению углекислого газа, который образуется в результате реакции нейтрализации гидрокарбонатов кишечного сока кислым содержимым желудка:
HCl + NaHCO3 → NaCl + H2O + CO2
3) желчным кислотам, снижающим поверхностное натяжение.
Желчные кислоты синтезируются в клетках печени (гепатоцитах) из холестерина. В основе их структуры лежит стерановое (циклопентанпергидрофенантреновое) кольцо (рис.1). В нейтральной или слабощелочной среде просвета кишечника желчные кислоты, в основном, таурохолевая и гликохолевая являются амфифильными и эмульгирующими агентами.
Желчные кислоты покрывают поверхность жировой капли в виде монослоя. При этом наружу направлены полярные части молекул желчных кислот. В результате поверхность частицы приобретает суммарный электрический заряд, который будет одноименным у всех других эмульсионных частиц.
В силу электростатического взаимодействия между отдельными частицами возникает отталкивание, что стабилизирует эмульсию.
В соке поджелудочной железы (pancreas) липаза (КФ 3.1.1.3) присутствует в неактивной форме (профермент). В желчи содержится вещество невыясненной природы, которое активизирует и стабилизирует липазу. В присутствии желчи оптимум рН липазы смещается с 8 до 6, то есть до значения рН, которое бывает в верхнем отделе тонкого кишечника после приема жирной пищи. Активная липаза катализирует реакцию гидролиза ТАГ. Гидролиз сначала происходит в положении 1 или 3 (Сα). Полученные диацилглицерины гидролизуются до 2-моноацилглицеринов. Меньшая часть последних (40 %) подвергается дальнейшему гидролизу до глицерина (Сβ):
Олеостеаропальмитин олеостеарилглицерин
Стеарилглицерин глицерин.
В соке поджелудочной железы присутствуют и другие ферменты, способные расщеплять липиды: эстеразы — катализируют преимущественно гидролиз эфиров жирных кислот с короткой цепью. Расщепление фосфолипидов идет гидролитическим путем при участии ферментов фосфолипаз, поступающих в двенадцатиперстную кишку с соком поджелудочной железы. Фосфолипаза А1 (КФ 3.1.1.32) катализирует расщепление сложноэфирной связи между ацилом и первым атомом углерода глицерина. Фосфолипаза А2 (КФ 3.1.1.4)— катализирует гидролиз сложноэфирной связи между ацилом и вторым атомом углерода глицерина с образованием лизофосфатидилхолина.
Фосфолипаза С (КФ 3.1.4.3) катализирует гидролитический разрыв связи между третьим атомом углерода глицерина и остатком фосфорной кислоты, а фосфолипаза Д (КФ 3.1.4.4) ─ сложноэфирной связи между остатком фосфорной кислоты и остатком коламина. В результате действия этих четырех ферментов фосфолипиды расщепляются до свободных жирных кислот, глицерина, фосфорной кислоты и аминоспирта или его аналога, например, аминокислоты серина, однако часть фосфолипидов расщепляется при участии фосфолипазы А2 только до лизофосфолипидов и в таком виде может поступать в стенку кишечника. Сложные эфиры холестерина расщепляются в тонком кишечнике гидролитическим путем при участии фермента холестеринэстеразы (КФ 3.1.1.13) до жирной кислоты и свободного холестерина. Холестеринэстераза содержится в кишечном соке и соке поджелудочной железы. Из пищи человек усваивает холестерин, поступающий только с продуктами животного происхождения. Через слизистую кишечника (ворсинки) всасываются продукты гидролиза, а частично и нерасщепленные жиры.
Однако, как сказано выше, часть ТАГ распадается до моноацилглицеринов, которые составляют ¾ всех всасывающихся продуктов. Глицерин, как вещество, хорошо растворимое в воде, легко всасывается слизистой оболочкой кишечника. Всасывание моноацилглицеринов и жирных кислот происходит при участии желчных кислот через образование мицелл (холеиновых комплексов). Этот процесс основан на том же принципе, что и образование эмульсии: гидрофильные части (- СООН, -ОН жирных и желчных кислот) взаимодействуют с водной средой, выступая наружу; гидрофобные части остаются взаимосвязанными во внутренней части мицеллы. Но в мицелле нет обширной внутренней липидной фазы. Толщина всего агрегата соответствует размеру одной молекулы. Эти мицеллы на несколько порядков меньше, чем частицы в эмульсии. Последние достаточно велики и их можно обнаружить благодаря характерной молочной мутности, эмульсии. Мицеллярные суспензии прозрачны.
Мицеллы поступают в клетки слизистой кишечника (энтероциты). Здесь желчные кислоты высвобождаются, поступают в ток воротной вены и в печени снова входят в состав желчи. Часть желчных кислот не всасывается и выводится (0,2-0,5 г/сут). При нарушении желчеобразования всасывание продукцтов гидролиза жиров ухудшается; значительная их часть выводится (стеаторрея). Жирорастворимые витамины (ретинол, кальциферол, токоферол и др.) при этом тоже не всасываются, что приводит к развитию гипоавитаминозов. Жирные кислоты, освободившиеся в клетках слизистой кишечника, вновь превращаются в ТАГ данного вида животного. Исключение составляют жирные кислоты с относительно короткой углеродной цепью (С10 и короче, как в жирных кислотах, встречающихся в липидах молока). Они попадают непосредственно в кровь воротной вены, и, следовательно, в печень. Высшие жирные кислоты подвергаются процессам ресинтеза. Этот процесс является энергозависимым и катализируется трансацилазами, при участии АТФ и Коэнзима А.
R — COOH + АТФ → R — CO — S - КоА + АМФ + ФФ
Моноацилглицерин + R — CO — S - КоА → диацилглицерин + КоА-SH
Диацилглицерин + R — CO — S - КоА → триацилглицерин + КоА- SH
Вместе с холестерином ресинтезированный ТАГ проходит сквозь боковую поверхность клетки слизистой в виде довольно крупной липидной капли, окруженной тонким слоем белков и фосфолипидов. Тонкая липидная капля — хиломикрон, проникает в лимфатические сосуды, придавая лимфе после приема пищи характерный вид молока. Эта богатая жирами лимфа медленно продвигается по лимфатическим путям и по грудному протоку попадает в легочный круг кровообращения.
Ресинтез фосфолипидов в кишечной стенке. При поступлении в энтероциты лизофосфолипиды подвергаются ацилированию по второму атому углерода глицерола и превращаются в фосфолипиды. Клетки кишечника способны ресинтезировать фосфолипиды и из поступающих в них при пищеварении свободных жирных кислот, глицерола и аминоспиртов. Этот процесс можно разбить на три этапа:
а) образование диацилглицерина;
б) активация аминоспирта: аминоспирт, например, этаноламин подвергается при участии этаноламинкиназы энергозависимому фосфорилированиию:
NH2-CH2-CH2-OH + ATФ → NH2-CH2-CH2-O-PO3H2 + AДФ
затем при взаимодействии фосфорилированного аминоэтанола с ЦТФ идет образование активированной формы аминоспирта - ЦДФ-этаноламина:
NH2-CH2-CH2- O - Ф + ЦТФ → ЦДФ-этаноламин + пирофосфат
Реакция катализируется фосфоэтаноламинцитидилтрансферазой. Образовавшийся в ходе реакции пирофосфат расщепляется пирофосфатазой;
в) образование глицерофосфолипида. Реакция катализируется фосфоэтаноламин-диацилглицеролтрансферазой.
ЦДФ-этаноламин + диглицерин → фосфатидилэтаноламин + ЦМФ
С помощью подобного механизма может синтезироваться и фосфатидилхолин.
У жвачных желудок сложный, состоящий из нескольких камер: сетка, рубец, книжка, сычуг. В рубце происходит ферментация глицерина и гидрогенизация ненасыщенных жирных кислот. Жиры растительных кормов содержат до 77% ненасыщенных жирных кислот (олеиновой, линолевой и т.д.). В результате гидрогенизации резко возрастает количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой и стеариновой). Этот процесс оказывает благоприятное действие на жизнедеятельность микроорганизмов. В результате образуется меньше поверхностно-активных веществ, что способствует нормальному течению пищеварения.
Транспорт липидов в крови. Поскольку жиры и другие липиды нерастворимы или малорастворимы в воде и жидкостях организма, необходимы специальные механизмы для транспорта этих веществ кровью. Транспорт осуществляется в составе особых белков — липопротеинов. В крови обнаруживается несколько форм липопротеинов. Основные из них —хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности (ЛОНП); липопротеины низкой плотности (ЛНП); липопротеины высокой плотности (ЛВП). Их можно разделить методом ультрацентрифугирования, поскольку они различаются по плотности (табл. 6).
Таблица 6
Липопротеины крови человека
Липопротеины | Плотность, г/мл | Молекулярная масса | Диаметр, нм | Источник |
хиломикроны | 0,95 | 1-10 млрд | 30—500 | кишечник |
ЛОНП | 0,95—1,00 | 5—100 млн | 30—75 | печень |
ЛНП | 1,00—1,06 | 2—4 млн | 20—25 | ЛОНП |
ЛВП | 1,06—1,21 | 200—400 тыс | 10—15 | печень |
Также липопротеины различаются по электрофоретической подвижности. При рН 8,6 хиломикроны остаются на старте, ЛОНП мигрируют впереди фракции β-глобулинов крови, ЛНП — вместе с β-глобулинами, ЛВП — с α-глобулинами.
Строение липопротеинов. Липопротеины представляют собой сферические частицы диаметр которых уменьшается с увеличением плотности (табл. 6). Они состоят из ядра, включающего гидрофобные липиды (ТАГ, эфиры холестерина) и наружной части, содержащей фосфолипиды и свободный холестерин. Белковые компоненты (апопротеины) своими гидрофобными участками располагаются во внутренней части липопротеиновых частиц, а гидрофильными — преимущественно на поверхности.
Плотность и электрофоретическая подвижность липопротеинов прямо пропорциональны содержанию белков и обратно пропорциональны содержанию ТАГ (табл. 7).
Хиломикроны и ЛПОНП служат для транспорта жиров по кровеносному руслу, а ЛНП и ЛВП — для транспорта холестерина.
Жиры, синтезирующиеся в энтероцитах из продуктов переваривания, в этих же клетках включаются в хиломикроны. Жиры, синтезированные в печени из изначальных субстратов— уксусной кислоты, глицерина, упаковываются в ЛОНП и ЛВП. Печень выделяет в кровь 20—50 г жиров в сутки (в составе ЛОНП).
Таблица 7
Состав липопротеинов крови человека (%)
Липопротеины | Белки | Липиды | |||
ТАГ | Холестерин | Фосфолипиды | |||
эфиры | свободный | ||||
хиломикроны | 2 | 85 | 4 | 2 | 7 |
ЛОНП | 10 | 50 | 15 | 7 | 18 |
ЛНП | 25 | 7 | 40 | 7 | 21 |
ЛВП | 45 | 5 | 20 | 5 | 25 |
После приема пищи, особенно с высоким содержанием жира, содержание липопротеинов в крови повышается, причем настолько, что плазма крови становится белесоватой (липемия). Максимум концентрации липопротеинов наблюдается через 4—5 ч после приема пищи. За сутки по органам и тканям липопротеины разносят до 70— 150 г экзо- и эндогенных жиров. В эндотелии капилляров разных органов имеется фермент липопротеинлипаза (КФ 3.1.1.34). Она связана со внутренней поверхностью капилляров и непосредственно контактирует с кровью. Липопротеинлипаза имеет центр связывания липопротеинов и каталитический центр для гидролиза жиров. Продукты гидролиза поступают в клетки, где могут окисляться или участвовать в других метаболических превращениях. Уровень липопротеинлипазы в мышечной и жировой ткани колеблется таким образом, чтобы обеспечить максимальное поступление жирных кислот в клетки жировой ткани после приема пищи, а в клетки мышечной ткани между приемами пищи.
Депонирование и мобилизация жиров
На жиры приходится до 90% массы жировой ткани. Депонирование происходит в специализированных клетках — адипоцитах (липоцитах). Жир накапливается за счет двух источников: поступает из липопротеинов и образуется из глюкозы в самих жировых клетках. Мобилизация депонированных жиров происходит путем их гидролиза с участием липаз адипоцитов. Жирные кислоты поступают в кровь, где образуют нековалентные соединения с альбумином, и в такой форме транспортируются по кровеносному руслу. Глицерин транспортируется в растворенном состоянии и улавливается главным образом печенью.
У нормально упитанного человека жиры составляют около 15% массы тела. При полном голодании этот запас расходуется в течение 5—7 недель, то есть его хватает на значительно большее время, чем запасов гликогена. При нормальном питании одновременно и постоянно происходят депонирование и мобилизация жира с разными скоростями. Скорость высвобождения жирных кислот из жировой ткани регулируется рядом гормонов, которые воздействуют либо на скорость липолиза, либо на скорость образования ТАГ. Инсулин тормозит выход жирных кислот из жировой ткани. Усиливает процессы синтеза жирных кислот. Инсулин увеличивает количество липопротеинлипазы в жировой ткани и способствует депонированию липидов.
Активируют мобилизацию жиров адреналин, норадреналин, кортикостероиды, вазопрессин, соматотропин.
Часть 3. ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ УГЛЕВОДОВ
Углеводы составляют существенную часть пищевого рациона человека и животных. Растительные продукты содержат до 80% углеводов из расчета на сухое вещество (в основном это крахмал).
В животных продуктах углеводов около 2%. По пищевой ценности углеводы разделяют на усваиваемые и неусваиваемые. К усваиваемым углеводам относятся моно- и олигосахариды, крахмал, гликоген.
Табл. 8
Углеводы зерна и продуктов его переработки (в %)
Продукт | Крахмал | Сахара | Клетчатка, гемицеллюлоза и др. | Всего |
Пшеница | 52 – 55 | 2 – 3 | 8 – 14 | 60 – 70 |
Мука пшеничная | 67 – 68 | 1,7 – 1,8 | 0,1 – 0,2 | 73 – 74 |
Макароны | 62 – 69 | 1,7 – 4,6 | 0,1 – 0,2 | 72 – 75 |
Рис | 55 | 3 | 4 – 10 | 63 – 64 |
Гречиха | 63 – 64 | 2 | 1 – 2 | 67 – 68 |
Кукуруза | 57 | 2,5 – 3 | 6 – 10 | 67 – 70 |
Неусваиваемые – целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектин, гумми, слизи. Усваиваемые олиго-и полисахариды в пищеварительном тракте расщепляются до моносахаридов (глюкозы и др.) под действием ферментов, относящихся к классу гидролаз, подклассу гликозидаз (табл.9). Через слизистую кишечника углеводы всасываются только в виде моносахаридов. Лишь при значительном избытке в пище сахароза и лактоза могут в небольшом количестве всасываться в кишечнике, однако быстро выводятся с мочой в неизменном виде. Таким образом, моносахариды — единственная форма углеводов, способная всасываться и утилизироваться тканях организма.
Таблица 9
Ферменты – гликозидазы, действующие в ЖКТ животных
Фермент | Индивид. шифр | Субстрат | Источник |
– амилаза | 3.2.1.1 | Крахмал, гликоген | Слюна, секрет поджелудочной железы |
Олиго-1,6-гликозидаза (изомальтаза) | 3.2.1.10 | Изомальтоза | Секрет тонкого кишечника |
– глюкозидаза (мальтаза) | 3.2.1.20 | Мальтоза | Слюна, секрет тонкого кишечника |
– галактозидаза (лактаза) | 3.2.1.23 | Лактоза | Секрет тонкого кишечника |
Сахарозо--глюкозидаза (сахараза, инвертаза) | 3.2.1.48 | Сахароза | Секрет тонкого кишечника |
Ферменты – гликозидазы (КФ 3.2.1... ) образуются в специальных секреторных клетках пищеварительных желез и поступают в просвет пищеварительного тракта, смешиваясь со слюной и пищеварительными соками – секретами поджелудочной железы и тонкого кишечника.
Гидролиз крахмала и гликогена у моногастричных животных протекает
по схеме:
Основные процессы переработки пищи в ротовой полости – измельчение, смачивание слюной и набухание. В состав слюны входят муцины, смазывающие пищу, лизоцим (3.2.1.17), оказывающий бактерицидное действие (гидролизует мурамовую кислоту) и ферменты α-амилаза и мальтаза. α-Амилаза слюны гидролизует крахмал только тех пищевых продуктов, которые подверглись термической обработке. α-амилаза является эндоамилазой, беспорядочно разрывает α(1–4) связи внутри цепей амилозы, амилопектина и гликогена. (β-Амилаза, которая катализирует гидролиз предпоследней от невосстанавливающего конца α(1–4) связи, отщепляя мальтозу, содержится в семенах растений).
Из-за слишком короткого пребывания пищи во рту полного расщепления крахмала до глюкозы не происходит. Образуется смесь, главным образом состоящая из декстринов. Кроме того, многие виды животных (свиньи, КРС) содержат в слюне малоактивную амилазу.
Определенную роль в гидролизе поли- и дисахаридов играют ферменты бактерий ротовой полости. Пищевая кашица поступает по пищеводу в желудок. В желудке продолжается начавшийся в ротовой полости под влиянием амилазы слюны гидролиз крахмала. Продолжительность и интенсивность процесса зависит от того, как быстро пища пропитывается желудочным соком, т.к. соляная кислота инактивирует α-амилазу и мальтазу слюны. Обычно гликозидазы слюны действуют некоторое время после попадания пищи в желудок, находясь, например, внутри пищевых комков.
Из желудка пищевая масса, имеющая полужидкую консистенцию и кислую реакцию, поступает в тонкий кишечник, где активно продолжаются процессы ферментативного гидролиза полисахаридов. Поступающий в двенадцатиперстную кишку химус подвергается действию поджелудочного сока, желчи, а также сока бруннеровых и либеркюновых желез, находящихся в слизистой оболочке двенадцатиперстной кишки.
Секрет поджелудочной железы содержит α-амилазу, которая может расщеплять крахмал, не подвергавшийся термической обработке. Действие фермента возможно при нейтральном значении рН. В результате образуются олигосахариды: мальтоза (основной продукт) и изомальтоза.
Панкреатический сок содержит также фермент мальтазу, гидролизующий дисахарид мальтозу. Однако основная масса дисахаридов расщепляется ферментами, локализованными в наружном слое эпителиоцитов слизистой тонкого кишечника. Ферменты, действующие на поверхности слизистой оболочки тонкой кишки, имеют двоякое происхождение: частично адсорбированы из химуса (панкреатическая амилаза), а частично – ферменты – олигосахаридазы, которые синтезируются внутри кишечных клеток и перемещаются на поверхность мембран клеток слизистой кишечника.
Пристеночное пищеварение протекает по схемам:
Мальтоза + Н2О 2 D-глюкоза
Изомальтоза + Н2О 2 D-глюкоза
Сахароза + Н2О D-глюкоза + D-фруктоза
Лактоза + Н2О D-галактоза + D-глюкоза
Во взрослом организме после прекращения вскармливания молоком активность лактазы в кишечнике заметно снижается или полностью исчезает. Лактаза отсутствует у 15 % взрослых европейцев и 80 % восточных народностей, негров и индейцев. Часто непереносимость лактозы бывает приобретенной или временной, возникает при некоторых инфекционных и желудочно-кишечных заболеваниях. Негидролизованная лактоза сбраживается кишечной флорой в нижних отделах тонкого кишечника с образованием газов и кислот, вызывая метеоризм и диарею. Непереносимость лактозы наблюдается также у детей с генетическим дефектом лактазы.
Основная часть образовавшихся в тонком кишечнике моносахаридов всасывается в кровь, но часть глюкозы не всасывается, а поступает в толстый кишечник, где она является субстратом для кишечных бактерий. В результате процессов брожения в анаэробных условиях образуются органические кислоты (молочная, пропионовая, масляная и др.) и газы (диоксид углерода, метан).
Таким образом, в результате последовательного действия гликозидаз пищеварительного тракта углеводы гидролизуются до моносахаридов, которые всасываются в кровь. Через клеточные мембраны моносахариды проникают по механизму унипорта (облегченной диффузии), согласно которому только одно вещество переносится через биомембрану в одном направлении с помощью транспортных белков. Кроме того, для переноса глюкозы и галактозы существует еще активный транспорт по механизму симпорта (сопряженного переноса) за счет градиента концентрации ионов натрия, который создается Na+ / K+ – АТФ-азой (КФ 3.6.1.37). Этот механизм обеспечивает перенос моносахаридов против десятикратного градиента концентрации, что обеспечивает активный транспорт моносахаридов в кровь даже при низких концентрациях их в просвете кишечника. Это объясняет различную скорость всасывания моносахаридов: если принять скорость всасывания глюкозы за 100, для галактозы эта величина составит 110, фруктозы — 43, маннозы – 19.
Во время всасывания часть моносахаридов (фруктоза, галактоза, манноза) превращается в глюкозу:
Фруктоза + АТФ Фруктозо-6-фосфат+АДФ
Фруктозо-6-фосфат Глюкозо-6-фосфат
Глюкозо-6-фосфат + Н2О Глюкоза +Н3РО4
Превращение галактозы:
Галактоза + АТФ Галактозо-1-фосфат+АДФ
Галактозо-1-фосфат + УДФ –глюкоза
УДФ-галактоза + Глюкозо-1-фосфат
УДФ-галактоза УДФ –глюкоза
Свыше 90% всосавшихся углеводов по воротной вене поступает в печень, а остальное количество — по лимфатическим путям в кровеносную систему. Содержание глюкозы в крови животных различно (табл. 10). В крови человека концентрация глюкозы в норме составляет 3,5 — 5,5 ммоль/л.
Таблица 10
Содержание глюкозы в крови различных животных
Животное | Концентрация | Животное | Концентрация глюкозы, ммоль/л |
Лошадь | 3,33 – 6,11 | Кролик | 5,55 |
Корова | 2,22 – 6,11 | Курица | 7,21 – 14,43 |
Овца | 2,22 – 3,61 | Индейка | 7,21 – 11,65 |
Коза | 2,22 – 3,61 | Утка, гусь | 8,32 |
Особенности переваривания углеродов у жвачных животных. У человека и млекопитающих животных не синтезируются ферменты, гидролизующие целлюлозу. Между тем растительный корм жвачных состоит из сложной смеси гомополисахарида целлюлозы (клетчатки), пентозанов и гексозанов. Пищеварительный тракт жвачных животных приспособлен для симбиотического переваривания целлюлозы; их желудок состоит из четырех отделов: рубец, сетка, книжка и сычуг. Рубец – самый большой из отделов желудка жвачных (110-150л). Рубец вмещает до 90 кг корма (около 20% массы тела). В 1 г содержимого рубца находится до 1010 микроорганизмов. Микрофлора рубца представлена разнообразными микроорганизмами: целлюлотические, молочнокислые бактерии, стрептококки, клостридии и др., простейшие (около 100 видов инфузорий), а также низшие грибы (актиномицеты, плесени и др.). Количество бактерий и простейших зависит от состава кормов. Бактерии и простейшие рубца продуцируют ферменты, расщепляющие полисахариды кормов. Крахмал кормов гидролизуется ферментами стрептококков, инфузорий.
Синтезируемые Bact.cellulasaе ферменты целлюлаза (3.2.1.4) и целлобиаза (3.2.1.21) расщепляют клетчатку до глюкозы:
Целлюлоза +(-1) Н2О целллобиоза n глюкоза
Под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами рубца, глюкоза подвергается различным видам брожения с образованием летучих жирных кислот (ЛЖК): пропионовой, уксусной, масляной, а также молочной и пировиноградной кислот и газов (в норме метана 20-28 %, CO2 60-70%, NO2 и O2). За сутки в рубце КРС образуется 3000–7000 г, овцы 200–500г ЛЖК. Основная масса жирных кислот всасывается в кровь в преджелудках и других отделах пищеварительного тракта.
Часть из них используется микроорганизмами для синтеза аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, липидов и других веществ. Перевариваясь в нижележащих участках пищеварительного тракта, микроорганизмы обеспечивают организм-хозяин биологически важными соединениями, например, витаминами. За счет всосавшихся в преджелудках жирных кислот организм КРС может на 50-70 % удовлетворять свои энергетические потребности. При высоком содержании в рационе крахмала и моносахаридов бактериальное разложение клетчатки ухудшается, т.к. микроорганизмы начинают усваивать более доступный материал (крахмал). При поедании растительных кормов, хорошо подвергающихся бродильным процессам, из-за образования большого количества углекислого газа и метана в рубце наблюдается острая тимпания, что может привести к гибели животного.
Симбиотическое переваривание целлюлозы характерно также для нежвачных травоядных животных. Расщепление клетчатки у лошадей происходит под действием бактериальных ферментов в толстом отделе кишечника и в слепой кишке. У птиц семейства куриных для гидролиза и сбраживания целлюлозы имеются две слепые кишки.
У человека лишь небольшая часть целлюлозы может гидролизоваться под действием ферментов кишечной микрофлоры. Однако клетчатка в пище человека не бесполезна. Вместе с другими неусваиваемыми углеводами (пектинами, гемицеллюлозами) и соединениями полифенольной природы – лигнинами, она составляет так называемые пищевые волокна, чрезвычайно важные для пищеварения. Функции пищевых волокон — стимулируют моторную функцию кишечника, препятствуют всасыванию холестерина, нормализуют состав микрофлоры кишечника, подавляют гнилостные процессы, способствуют выведению из организма токсичных веществ и др.
Целлюлоза и гемицеллюлозы стимулируют перистальтику, а пектины способствуют выведению из организма токсичных веществ. Кроме того, пищевые волокна играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов и др.
Для человека суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г.
Таким образом, существует принципиальное различие между пищеварением моногастричных и жвачных (травоядных) животных. Если для первых клетчатка (основной компонент растительного корма) является неусваиваемым полисахаридом, жвачные за счет рубцового переваривания относительно легко утилизируют клетчатку. Это позволяет им удовлетворять свои пищевые потребности за счет сена, соломы, листьев и т.п.
Лабораторные работы
Работа 1. Обнаружение HCL и молочной кислотs в желудочном соке.
а) обнаружение соляной кислоты. К 5 мл профильтрованного желудочного сока добавить 2 капли 1% спиртового раствора диметилового желтого. При наличии HCl - ярко-красная окраска. HCl можно определить количественно, если титровать желудочный сок 0,1 н. NaOH до желто-розового цвета.
б) обнаружение молочной кислоты (реакция Берга). К 1мл желудочного сока добавить 1-2 капли FeCl3. В присутствии молочной кислоты проявляется желтое окрашивание.
Работа 2. Протеолитическая активность вытяжки поджелудочной железы.
К 0,1-0,2мл панкреатической вытяжки добавить 1 мл воды и 0,5-0,7мл свежего 0,1% раствора желатина. Инкубировать пробу при 370С в течение 20-30 мин. Затем добавить 0,2мл 0,5% раствора нингидрина и кипятить в течение 5-10мин. Образующееся синее окрашивание сравнить с контрольной пробой (с прокипяченной вытяжкой). Разница в окраске с нингидрином говорит о приросте в опытной пробе аминокислот, т.е. о протеолитической активности вытяжки.
Работа 3. Качественные реакции на желчные пигменты (Проба Гмелина). Налить в пробирку около одного миллилитра разбавленной желчи и осторожно, по стенке, подслоить равный объем концентрированной азотной кислотой. На границе жидкостей образуется осадок желчных кислот и белка и цветные кольца желчных пигментов. Характерно наличие зеленого, синего, фиолетового, красного, и желтого колец в указанной последовательности, что соответствует разным степеням окисления билирубина — желчного пигмента.
Работа 4. Реакция на желчные кислоты (реакция Петтенкофера). Налить в пробирку 2-3 мл разведенной желчи, прибавить к ней 1-2 капли раствора сахара и слегка встряхнуть. По стенке пробирки подслоить 1-2 мл концентрированной азотной кислоты. В месте соприкосновения с кислотой появляется пурпурно— красное окрашивание, которое при осторожном помешивании (при охлаждении) распространяется на все содержимое пробирки.
Работа 5. Понижение поверхностного натяжения желчными кислотами. В 3 пробирки налить разведенную желчь и воду как указано в таблице. Все пробирки поставить на 5 минут в холодную воду, затем на поверхность жидкости насыпать серу (порошок). Отметить скорость опускания серы в таблице. Сделать вывод о влиянии желчи на поверхностное натяжение.
№ | Объем желчи, мл | Объем воды, мл | Скорость оседания серы |
1 | 10 | — | |
2 | 9 | 1 | |
3 | — | 10 |
Работа 6. Ферментативный гидролиз крахмала. В 4 пробирки налить по 2 мл 1% раствора крахмала. В первую и вторую пробирки добавить по 2 мл слюны, в третью и четвертую – по 2 мл 5% раствора панкреатина, причем слюну для второй пробирки и раствор панкреатина для четвертой предварительно прокипятить. (Вместо панкреатина можно использовать суспензию фестала или энзистала в физрастворе). Инкубировать все пробы при температуре 370С в течение 30 минут. Затем содержимое каждой пробирки разделить на 2 части. С первыми частями провести реакцию Троммера: добавить по 1 мл 10% раствора гидроксида натрия и по 0,2 мл 5% раствора сульфата меди, прокипятить.
Во вторые части добавить по 1 капле сильно разбавленного раствора иода в иодистом калии. Объяснить полученные результаты, привести схему ферментативного гидролиза крахмала.
Задачи по биологической химии (часть 2)
П-1. рН желудочного сока равен 2,0. Найти молярную концентрацию Н+ и ОН- ионов в этом соке.
П-2. При анацидном гастрите назначают раствор соляной кислоты как заместительную терапию. Вычислите массовую долю HCl , если рН желудочного сока равен 1.
П-3. Какие пептидные связи будут преимущественно гидролизоваться в гептапептиде метионил-аргинил-глицил-аланил-лизил-серин под действием трипсина? Под действием карбоксипептидазы?
П-4. Что такое проферменты? Объясните механизм активации трипсина.
П-5. Рассчитайте скор триптофана в белке кукурузы; в сывороточном альбумине (табл 1.). Оцените полноценность этих белков.
П-6. На основании таблицы 1 оцените потребность в лизине и метионине при биосинтезе белков коллагена и БСА.
П-7. Перечислить ферменты, содержащиеся в панкреатическом соке. Написать схематично реакцию, катализируемую рибонуклеазой.
П-8. Написать последовательность реакций бактериального разложения тирозина в толстом кишечнике. Какова дальнейшая судьба продуктов этих реакций?
П-9. Что такое внутренний фактор Кастла? К чему приводит недостаточный его биосинтез?
П-10. Особенности биохимических процессов в ЖКТ. Показать реакцию, катализируемую дипептидазами.
Л-1. Почему запасов липидов в организме хватает на месяц жизни без пищи, а углеводов —на сутки?
Л-2. Назовите этапы усвоения липидов в желудочно-кишечном тракте. Почему у детей процесс переваривания жира начинается в желудке, а у взрослых людей — в кишечнике?
Л-3. Что общего и в чем различие между эмульсионной и мицеллярной частицами, образующимися в процессе переваривания липидов.
Л-4. В какой форме липиды транспортируются в крови? Кратко охарактеризовать функции липопротеинов.
Л-5. Приблизительно одна треть жиров, получаемых с пищей, должна быть растительного происхождения. Назовите известные вам незаменимые факторы питания, которые содержатся в растительных маслах. Какие функции они выполняют?
Л-6. Какими методами разделяют липопротеины крови?
Л-7. У пациента натощак исследована сыворотка крови. Сыворотка молочного цвета и при ее охлаждении на ее поверхности всплыли белые жирные хлопья. Содержание триацилглицеринов составило 8 ммоль/л. Укажите возможные причины этого заболевания:
1-Недостаточная активность ЛП-липазы.
2-Недостаточная активность панкреатической липазы.
3-Дефект аполипопротеинов в составе хиломикронов.
4-Дефект аполипопротеинов в составе ЛВП.
5-Недостаточное поступление витаминов А,Д,Е,К.
Л-8. Укажите конечные продукты гидролиза лецитина. Напишите формулы этих продуктов.
У-1. Какие полисахариды будут являться субстратами для амилазы? Напишите реакцию гидролиза гликогена.
У-2. Где синтезируются ферменты мальтаза, изомальтаза, сахараза и лактаза; к какому классу и подклассу они относятся? Напишите реакцию, катализируемую сахаразой.
У-3. Какие из перечисленных полисахаридов усваиваются моногастричными животными : крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины, гликоген.
У-4. Какие полисахариды составляют пищевые волокна: крахмал, клетчатка, гемицеллюлоза, пектины, гликоген, хитин. В чем заключается их значение для организма?
У-5. Написать на выбор реакцию гидролиза дисахарида, катализируемую: изомальтазой, .мальтазой, сахаразой, лактазой.
У-6. Выберите процессы, происходящие при пищеварении:
1.Расщепление дисахаридов до моносахаридов
2.Окисление моносахаридов до CO2 и H2O
3.Спиртовое и молочнокислое брожение
4.Гидролиз полисахаридов до моносахаридов
У-7. С чем связана непереносимость некоторыми людьми свежего молока? Что такое β-гикозидаза?
У-8. Ферменты, гидролизующие клетчатку, вырабатываются:
1.Слизистой желудка
2.Слизистой тонкого кишечника
3.Бактериями толстой кишки
4.Микрофлорой рубца
Выбрать правильные положения, написать схему реакции.
У-9. К раствору, содержащему сахарозу, лактозу и крахмал, добавили сок поджелудочной железы и инкубировали при t = 40 ºС . Написать схему реакции.
Библиографический список
1. Алейникова Т.Л., Рубцова Г.В. Руководство к практическим занятиям по биохимии. М.: Высш. шк., 1988.
2. Анисимов А.А. и др. Основы биохимии. М.: Высш. шк., 1986.
3. Блинов В.А. Калюжный И.И. Основы клинической биохимии человека и животных. Саратов: Приволж. кн. изд-во, 1996.
4. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. Под ред. Северина Е.С. М.:ГЭОТАР-МЕД, 2002.
5. Климов А.Н. Никульчева Н.Г. Липиды, липопротеиды, атеросклероз. СПб.: Питер Пресс, 1995.
6. Кольман Я. Рём К.-Г. Наглядная биохимия. М.: Мир, 2000.
7. Малахов А.Г., Вишняков С.И. Биохимия сельскохозяйственных животных. М.: Колос, 1984.
8. Нормальная физиология. Под ред. Судакова К.В.М. Медицинское информационное агентство, 1999.
9. Пищевая химия. Под ред. Нечаева А.П. С-Петербург:ГИОРД, 2003.
10. Храмов В.А. Протеины. Ферменты. Волгоград, 1995.
11. Храмов В.А., Павловская М.М., Тырина С.М. Химия липидов. Волгоград, 1997.
В авторской редакции
Подписано к печати 17.05.04. Формат 60х84 1/16. Усл. печ. л. 1,86.
Tираж 100. Заказ 124. Типография Волгоградской государственной
сельскохозяйственной академии.
Адрес: 400002, Волгоград, ул. Институтская, 8, ВГСХА.