Біохімія, обмін вуглеводів: поняття та значення
Опубликованно 25.07.2018 09:32
Вуглеводи – велика група органічних речовин, які разом з білками і жирами складають основу організму людини і тварин. Вуглеводи присутні в кожній клітині організму, виконують різноманітні функції. Невеликі молекули вуглеводів, представлені в основному глюкозою, можуть переміщатися по всьому організму і виконувати енергетичну функцію. Великі молекули вуглеводів не переміщаються і виконують, в основному, будівельну функцію. З їжі людина отримує тільки дрібні молекули, так як тільки вони можуть всмоктатися в клітини кишечника. Великі ж молекули вуглеводів організму доводиться будувати самому. Сукупність всіх реакцій по розщепленню вуглеводів їжі до глюкози і синтезу з неї нових молекул, а також інші численні перетворення цих речовин в організмі, називають біохімії обміном вуглеводів. Класифікація
В залежності від будови, розрізняють кілька груп вуглеводів.
Моносахариди – дрібні молекули, які не розщеплюються в травному тракті. Це глюкоза, фруктоза, галактоза.
Дисахариди – дрібні молекули вуглеводів, які в травному тракті розщеплюються на два моносахариду. Наприклад, лактоза – на глюкозу і галактозу, сахароза – на глюкозу і фруктозу.
Полісахариди – великі молекули, що складаються із сотень тисяч залишків моносахаридів (в основному, глюкози), сполучених між собою. Це крохмаль, глікоген м'яса. Вуглеводи і дієти
Час розщеплення полісахаридів в травному тракті відрізняється, що залежить від їх здатності розчинятися у воді. Одні полісахариди розщеплюються в кишечнику швидко. Тоді глюкоза, отримана при їх розпаді, швидко потрапляє у кров. Такі полісахариди називають «швидкими». Інші гірше розчиняються у водному середовищі кишечника, тому розщеплюються повільніше, а глюкоза повільніше надходить у кров. Такі полісахариди називають «повільними». Деякі з цих елементів взагалі не розщеплюються в кишечнику. Їх називають нерозчинними харчовими волокнами.
Зазвичай під назвою «повільні або швидкі вуглеводи» маються на увазі не самі полісахариди, а продукти, які їх містять у великій кількості.
Список вуглеводів – швидких і повільних, представлений в таблиці. Швидкі вуглеводи Повільні вуглеводи смажена картопля Хліб з висівками Білий хліб Необроблені зерна рису Картопляне пюре Горох Мед Вівсяні пластівці Морква Гречана каша Кукурудзяні пластівці Житній хліб з висівками Цукор Свіжовичавлений фруктовий сік без цукру Мюслі Макарони з борошна грубого помелу Шоколад Червона квасоля Варену картоплю Молочні продукти Бісквіт Свіжі фрукти Кукурудза Гіркий шоколад Білий рис Фруктоза Чорний хліб Соя Буряк Зелені овочі, помідори, гриби Банани - Джем -
При виборі продуктів для складання раціону дієтолог завжди спирається на список швидких і повільних вуглеводів. Швидкі в поєднанні з жирами в одному продукті або прийомі їжі призводять до відкладення жиру. Чому? Швидке підвищення вмісту глюкози в крові, стимулює вироблення інсуліну, який забезпечує запас глюкози в організмі, включаючи і шлях освіти з неї жиру. В результаті при поїданні тістечок, морозива, смаженої картоплі вага набирається дуже швидко. Перетравлювання
З точки зору біохімії, обмін вуглеводів проходить в три етапи: Травлення.Воно починається ще в ротовій порожнині в процесі пережовування їжі. Власне метаболізм вуглеводів. Утворення кінцевих продуктів обміну.
Вуглеводи – основа харчового раціону людини. Згідно з формулою раціонального харчування, в складі їжі їх має бути в 4 рази більше, ніж білків або жирів. Потреба у вуглеводах індивідуальна, але, в середньому, людині необхідно 300-400 г в добу. З них близько 80% доводиться на крохмаль у складі картоплі, макаронів, круп і 20% - на швидкі вуглеводи (глюкоза, фруктоза).
Обмін вуглеводів в організмі також починається в ротовій порожнині. Тут на полісахариди – крохмаль і глікоген діє фермент амілаза слини. Амілаза гідролізує (розщеплює) полісахариди на великі осколки – декстрини, які потрапляють в шлунок. Тут немає ферментів, що діють на вуглеводи, тому декстрини в шлунку ніяк не змінюються і проходять далі по травному тракту, потрапляючи в тонкий кишечник. Тут на вуглеводи діє кілька ферментів. Амілаза панкреатичного соку гідролізує декстрини до дисахарида мальтози.
Специфічні ферменти клітини секретують самого кишечника. Фермент мальтаза гідролізує мальтозу до моносахариду глюкози, лактаза – лактозу до глюкози та галактози, сахараза – сахарозу до глюкози і фруктози. Отримані монозы всмоктуються з кишечника в кров і по ворітній вені потрапляють в печінку. Роль печінки в обміні вуглеводів
Цей орган забезпечує підтримку певного рівня глюкози в крові за рахунок реакцій синтезу і розпаду глікогену.
У печінки йдуть реакції взаємоперетворень моносахаридів – фруктоза і галактоза перетворюються в глюкозу, а глюкоза може перетворитися у фруктозу.
В цьому органі йдуть реакції глюконеогенезу – синтезу глюкози з невуглеводних попередників - амінокислот, гліцерину, молочної кислоти. Також тут нейтралізується гормон інсулін за допомогою ферменту инсулиназы. Метаболізм глюкози
Глюкоза грає ключову роль в біохімії обміну вуглеводів і в загальному метаболізмі організму, оскільки вона є головним джерелом енергії.
Рівень глюкози в крові є постійною величиною і становить 4 – 6 ммоль/л. Основними джерелами цього елемента в крові є: Вуглеводи їжі. Глікоген печінки. Амінокислоти.
Витрачається глюкоза в організмі на: освіта енергії, синтез глікогену в печінці і м'язах, синтез амінокислот, синтез жирів. Природний джерело енергії
Глюкоза – універсальне джерело енергії для всіх клітин організму. Енергія необхідна для побудови власних молекул, скорочення м'язів, вироблення тепла. Послідовність реакцій перетворення глюкози, що призводять до виділення енергії, називають гліколізом. Реакції гліколізу можуть йти в присутності кисню, тоді говорять про аеробному гліколізі, або в безкисневих умовах, тоді процес є анаеробним.
В ході анаеробного процесу одна молекула глюкози перетворюється в дві молекули молочної кислоти (лактату) і виділяється енергія. Анаеробний гліколіз дає мало енергії: з однієї молекули глюкози виходить дві молекули АТФ – речовини, хімічні зв'язки якого акумулюють енергію. Цей спосіб отримання енергії використовується для короткочасної роботи скелетних м'язів – від 5 секунд до 15 хвилин, тобто в той час, поки механізми постачання м'язів киснем не встигають включитися.
В ході реакцій аеробного гліколізу одна молекула глюкози перетворюється в дві молекули піровиноградної кислоти (пірувату). Процес з урахуванням витрат енергії на власні реакції дає 8 молекул АТФ. Піруват вступає в подальші реакції окислення - окислювальне декарбоксилювання і цитратный цикл (цикл Кребса, цикл трикарбонових кислот). У результаті цих перетворень на молекулу глюкози виділиться 30 молекул АТФ. Обмін глікогену
Функція глікогену – запасання глюкози в клітинах живого організму. Цю ж функцію в рослинних клітинах виконує крохмаль. Глікоген іноді називають тваринним крохмалем. Обидві речовини є полісахаридами, побудованими з багаторазово повторюваних залишків глюкози. Молекула глікогену більш розгалужена і компактна, ніж молекула крохмалю.
Процеси обміну в організмі вуглеводу глікогену особливо інтенсивно відбуваються у печінці і скелетних м'язах.
Синтезується глікоген протягом 1-2 годин після їжі, коли рівень глюкози в крові високий. Для утворення молекули глікогену потрібний праймер – затравка, що складається з кількох залишків глюкози. До кінця праймера послідовно приєднуються нові залишки у вигляді УТФ-глюкози. Коли ланцюжок виростає на 11-12 залишків, до неї приєднується бічний ланцюг з 5-6 таких же фрагментів. Тепер у ланцюжки, що йде від праймера, є два кінця – дві точки росту молекули глікогену. Ця молекула буде багаторазово подовжуватися і гілкуватися до тих пір, поки зберігається висока концентрація глюкози в крові.
Між прийомами їжі глікоген розпадається (глікогеноліз), звільняючи глюкозу.
Отримана при розпаді глікогену печінки, вона йде в кров і використовується для потреб всього організму. Глюкоза, отримана при розпаді глікогену в м'язах, витрачається на потреби тільки м'язів.
Утворення глюкози з невуглеводних попередників - глюконеогенез
Організму вистачає енергії, запасеної у вигляді глікогену, тільки на кілька годин. Через добу голодування цієї речовини в печінці не залишається. Тому при безвуглеводних дієтах, повному голодуванні або при тривалій фізичній роботі нормальний рівень глюкози в крові підтримується за рахунок її синтезу з невуглеводних попередників – амінокислот, гліцерину молочної кислоти. Всі ці реакції протікають, в основному, в печінці, а також в нирках і слизової кишечника. Таким чином, процеси обміну вуглеводів, жирів і білків тісно переплетені між собою.
Із амінокислот і гліцерину синтезується глюкоза при голодуванні. В умовах відсутності їжі білки розпадаються тканин до амінокислот, жири – до жирних кислот і гліцерину.
Із молочної кислоти синтезується глюкоза після інтенсивного фізичного навантаження, коли вона накопичується у великих кількостях в м'язах і печінці в ході анаеробного гліколізу. З м'язів молочну кислоту переноситься в печінку, де з неї синтезується глюкоза, яка знову повертається в працюючий м'яз. Регуляція вуглеводного обміну
Цей процес здійснюється нервовою системою, ендокринною системою (гормонами) і на внутрішньоклітинному рівні. Завдання регулювання – забезпечити стабільний рівень глюкози в крові. З гормонів, що регулюють процеси обміну вуглеводів, головними є інсулін і глюкагон. Вони виробляються в підшлунковій залозі.
Основне завдання інсуліну в організмі – зниження рівня глюкози в крові. Досягти цього можна двома шляхами: збільшивши проникнення глюкози з крові в клітини організму і посиливши в них її використання. Інсулін забезпечує проникнення глюкози в клітини певних тканин – м'язової та жирової. Їх називають инсулинзависимыми. В мозок, лімфатичну тканину, еритроцити глюкоза потрапляє без участі інсуліну. Інсулін посилює використання глюкози клітинами шляхом: Активації ферментів гліколізу (глюкокінази, фосфофруктокиназа, пируваткиназа). Активації синтезу глікогену (за рахунок посилення перетворення глюкози в глюкозо-6-фосфат і стимуляції глікогенсинтази). Гальмування ферментів глюконеогенезу (пируваткарбоксилаза, глюкозо-6-фосфатаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа). Посилення включення глюкози в пентозофосфатный цикл.
Всі інші гормони, що регулюють вуглеводний обмін – це глюкагон, адреналін, глюкокортикоїди, тироксин, гормон росту, АКТГ. Вони збільшують вміст глюкози в крові. Глюкагон активує розпад глікогену в печінці і синтез глюкози з неуглеводистых попередників. Адреналін активує розпад глікогену в печінці і м'язах. Порушення обміну. Гіпоглікемія
Найпоширенішими порушеннями обміну вуглеводів є гіпо - і гіперглікемії.
Гіпоглікемія – стан організму, викликане низьким рівнем глюкози в крові (нижче 3,8 ммоль/л). Причинами можуть бути: зниження надходження цієї речовини в кров з кишечника або печінки, підвищення його використання тканинами. До гіпоглікемії можуть призвести: Патології печінки – порушення синтезу глікогену або синтезу глюкози з невуглеводних попередників. Вуглеводне голодування. Тривале фізичне навантаження. Патології нирок – порушення зворотного всмоктування глюкози з первинної сечі. Порушення травлення – патології розщеплення вуглеводів їжі або процесу всмоктування глюкози. Патології ендокринної системи – надлишок інсуліну або нестача гормонів щитовидної залози, глюкокортикоїдів, гормону росту (СТГ), глюкагону, катехоламінів.
Крайній прояв гіпоглікемії - гіпоглікемічна кома, яка найчастіше розвивається у хворих на цукровий діабет I типу при передозуванні інсуліну. Низький вміст глюкози в крові призводить до кисневого й енергетичного голодування мозку, що викликає характерні симптоми. Відрізняється надзвичайно швидким розвитком – якщо не вжити потрібних дій протягом декількох хвилин, людина втратить свідомість і може загинути. Зазвичай пацієнти з цукровим діабетом вміють розпізнавати ознаки падіння глюкози в крові і знають, що потрібно зробити – випити склянку солодкого соку або з'їсти солодку булочку. Гіперглікемія
Ще одним видом порушення вуглеводного обміну є гіперглікемія – стан організму, викликаний стійким високим вмістом глюкози в крові (вище 10 ммоль/л). Причинами можуть бути: патології ендокринної системи. Найчастіша причина гіперглікемії – цукровий діабет. Розрізняють цукровий діабет I і II типу. У першому випадку причина хвороби - дефіцит інсуліну, викликаний ураженням клітин підшлункової залози, які секретують цей гормон. Ураження залози найчастіше має аутоімунний характер. Цукровий діабет II типу розвивається при нормальній виробленню інсуліну, тому називається інсуліннезалежний; але інсулін не виконує свою функцію – не проводить глюкозу в клітини м'язової та жирової тканин. неврози, стреси активують вироблення гормонів – адреналіну, глюкокортикоїдів, щитовидної залози, які посилюють розпад глікогену і синтез глюкози з невуглеводних попередників печінки, гальмують синтез глікогену; патології печінки; переїдання.
У біохімії обмін вуглеводів – одна з найбільш цікавих і гарних тем для вивчення і досліджень. Автор: Світлана Шукшина 9 Липня, 2018
Категория: Студентам