Ugljikohidrati su opsežna skupina organskih tvari koje zajedno s bjelančevinama i mastima čine osnovu ljudskog i životinjskog tijela. Ugljikohidrati su prisutni u svakoj stanici tijela i obavljaju različite funkcije. Male molekule ugljikohidrata, predstavljene uglavnom glukozom, mogu se kretati tijelom i obavljati energetsku funkciju. Velike molekule ugljikohidrata ne kreću se i obavljaju uglavnom graditeljsku funkciju. Iz hrane čovjek izdvaja samo male molekule, jer se samo one mogu apsorbirati u crijevne stanice. Velike molekule ugljikohidrata tijelo mora samo izgraditi. Ukupnost svih reakcija za razgradnju ugljikohidrata hrane do glukoze i sintezu novih molekula iz nje, kao i druge brojne transformacije tih tvari u tijelu, u biokemiji se naziva metabolizmom ugljikohidrata.
Klasifikacija
Ovisno o strukturi, postoji nekoliko skupina ugljikohidrata.
Monosaharidi su male molekule koje se ne razgrađuju u probavnom traktu. To su glukoza, fruktoza, galaktoza.
Disaharidi su male molekule ugljikohidrata koje se u probavnom traktu razgrađuju na dva monosaharida. Na primjer, laktoza - za glukozu i galaktozu, saharoza - za glukozu i fruktozu.
Polisaharidi su velike molekule koje se sastoje od stotina tisuća monosaharidnih ostataka (uglavnom glukoze) povezanih zajedno. Ovo je škrob, mesni glikogen.
Ugljikohidrati i dijeta
Vrijeme razgradnje polisaharida u probavnom traktu je različito, ovisno o njihovoj sposobnosti da se otapaju u vodi. Neki polisaharidi se brzo razgrađuju u crijevima. Tada glukoza dobivena tijekom njihovog propadanja brzo ulazi u krvotok. Takvi polisaharidi nazivaju se "brzi". Drugi se lošije otapaju u vodenom okolišu crijeva pa se sporije razgrađuju, a glukoza sporije ulazi u krv. Takvi polisaharidi nazivaju se "spori". Neki od tih elemenata se uopće ne razgrađuju u crijevima. Zovu se netopiva dijetalna vlakna.
Obično, pod nazivom "spori ili brzi ugljikohidrati" ne mislimo na same polisaharide, već na hranu koja ih sadrži u velikim količinama.
Popis ugljikohidrata - brzih i sporih, predstavljen je u tablici.
| Brzi ugljikohidrati | Sporo ugljikohidrate |
| prženi krumpir | kruh od mekinje |
| Bijeli kruh | Neprerađena zrna riže |
| pire krumpir | grašak |
| Honey | zobene pahuljice |
| mrkve | kaša od heljde |
| Corn flakes | kruh od raženih mekinja |
| šećer | Svježe cijeđeni voćni sok bez šećera |
| Muesli | Tjestenina od cjelovitog brašna |
| čokolada | Crveni grah |
| Kuhani krumpir | mliječni proizvodi |
| Biskvit | Svježe voće |
| kukuruz | gorka čokolada |
| Bijela riža | fruktoza |
| Crni kruh | soja |
| cikla | Zeleno povrće, rajčice, gljive |
| Banane | - |
| Jam | - |
Prilikom odabira proizvoda za dijetu, nutricionist se uvijek oslanja na popis brzih i sporih ugljikohidrata. Post u kombinaciji s mastima u jednom proizvodu ili obroku dovode do taloženja masti. Zašto? Brzi porast glukoze u krvi potiče proizvodnju inzulina, koji tijelu osigurava zalihu glukoze, uključujući i put za stvaranje masti iz nje. Kao rezultat toga, kada jedete kolače, sladoled, prženi krumpir, na težini se vrlo brzo dobiva.
Probava
Sa stajališta biokemije, metabolizam ugljikohidrata odvija se u tri faze:
- Probava. Počinje u ustima tijekom žvakanja hrane.
- Pravilan metabolizam ugljikohidrata.
- Obrazovanje krajnjih proizvoda razmjene.
Ugljikohidrati su osnova ljudske prehrane. Prema formuliracionalna prehrana, u sastavu hrane trebaju biti 4 puta više od proteina ili masti. Potreba za ugljikohidratima je individualna, ali u prosjeku čovjek treba 300-400 g dnevno. Od toga je oko 80% škrob u sastavu krumpira, tjestenine, žitarica i 20% su brzi ugljikohidrati (glukoza, fruktoza).
Izmjena ugljikohidrata u tijelu također počinje u usnoj šupljini. Ovdje enzim sline amilaza djeluje na polisaharide – škrob i glikogen. Amilaza hidrolizira (razgrađuje) polisaharide u velike fragmente – dekstrine, koji ulaze u želudac. Nema enzima koji djeluju na ugljikohidrate, pa se dekstrini u želucu nikako ne mijenjaju i prolaze dalje kroz probavni trakt, ulazeći u tanko crijevo. Ovdje nekoliko enzima djeluje na ugljikohidrate. Amilaza soka gušterače hidrolizira dekstrine u disaharid m altozu.
Specifične enzime luče stanice samog crijeva. Enzim m altaza hidrolizira m altozu u monosaharid glukozu, laktaza hidrolizira laktozu u glukozu i galaktozu, a saharaza hidrolizira saharozu u glukozu i fruktozu. Nastale monoze se apsorbiraju iz crijeva u krv i kroz portalnu venu ulaze u jetru.
Uloga jetre u metabolizmu ugljikohidrata
Ovaj organ održava određenu razinu glukoze u krvi zbog reakcija sinteze i razgradnje glikogena.
Reakcije međupretvorbe monosaharida odvijaju se u jetri - fruktoza i galaktoza se pretvaraju u glukozu, a glukoza se može pretvoriti u fruktozu.
Reakcije glukoneogeneze odvijaju se u ovom organu -sinteza glukoze iz neugljikohidratnih prekursora - aminokiselina, glicerola, mliječne kiseline. Također neutralizira hormon inzulin uz pomoć enzima inzulinaze.
Metabolizam glukoze
Glukoza igra ključnu ulogu u biokemiji metabolizma ugljikohidrata i u cjelokupnom metabolizmu tijela, jer je glavni izvor energije.
Razina glukoze u krvi je konstantna vrijednost i iznosi 4 - 6 mmol/l. Glavni izvori ovog elementa u krvi su:
- Ugljikohidrati u hrani.
- Glikogen jetre.
- Aminokiseline.
Glukoza se u tijelu troši za:
- generacija energije,
- Sinteza glikogena u jetri i mišićima,
- sinteza aminokiselina,
- sinteza masti.
Prirodni izvor energije
Glukoza je univerzalni izvor energije za sve tjelesne stanice. Energija je potrebna za izgradnju vlastitih molekula, kontrakciju mišića, stvaranje topline. Slijed reakcija pretvorbe glukoze koje dovode do oslobađanja energije naziva se glikoliza. Reakcije glikolize se mogu odvijati u prisutnosti kisika, tada govore o aerobnoj glikolizi, ili u uvjetima bez kisika, tada je proces anaeroban.
Tijekom anaerobnog procesa, jedna molekula glukoze se pretvara u dvije molekule mliječne kiseline (laktata) i energija se oslobađa. Anaerobna glikoliza daje malo energije: iz jedne molekule glukoze dobivaju se dvije molekule ATP-a – tvari čije kemijske veze akumuliraju energiju. Ovako da dobijeteenergija se koristi za kratkotrajan rad skeletnih mišića - od 5 sekundi do 15 minuta, odnosno dok se mehanizmi za opskrbu mišića kisikom nemaju vremena uključiti.
Tijekom reakcija aerobne glikolize, jedna molekula glukoze se pretvara u dvije molekule pirogrožđane kiseline (piruvat). Proces, uzimajući u obzir energiju utrošenu na vlastite reakcije, daje 8 ATP molekula. Piruvat ulazi u daljnje oksidacijske reakcije - oksidativna dekarboksilacija i citratni ciklus (Krebsov ciklus, ciklus trikarboksilne kiseline). Kao rezultat ovih transformacija, oslobodit će se 30 molekula ATP-a po molekuli glukoze.
razmjena glikogena
Funkcija glikogena je skladištenje glukoze u stanicama životinjskog organizma. Škrob obavlja istu funkciju u biljnim stanicama. Glikogen se ponekad naziva životinjski škrob. Obje tvari su polisaharidi izgrađeni od višestruko ponavljajućih ostataka glukoze. Molekula glikogena je razgranatija i kompaktnija od molekule škroba.
Procesi metabolizma ugljikohidratnog glikogena u tijelu posebno su intenzivni u jetri i skeletnim mišićima.
Glikogen se sintetizira unutar 1-2 sata nakon obroka kada je razina glukoze u krvi visoka. Za stvaranje molekule glikogena potreban je temeljni premaz - sjeme koje se sastoji od nekoliko ostataka glukoze. Novi ostaci u obliku UTP-glukoze su uzastopno pričvršćeni na kraj primera. Kada lanac naraste za 11-12 ostataka, pridružuje mu se bočni lanac od 5-6 istih fragmenata. Sada lanac koji dolazi iz temeljnog premaza ima dva kraja - dvije točke rastamolekule glikogena. Ova molekula će se više puta produljivati i granati sve dok ostaje visoka koncentracija glukoze u krvi.
Između obroka, glikogen se razgrađuje (glikogenoliza), oslobađajući glukozu.
Dobijen razgradnjom jetrenog glikogena, odlazi u krv i koristi se za potrebe cijelog organizma. Glukoza dobivena razgradnjom glikogena u mišićima koristi se samo za potrebe mišića.
Tvorba glukoze iz prekursora bez ugljikohidrata - glukoneogeneza
Tijelo ima dovoljno energije pohranjene u obliku glikogena samo nekoliko sati. Nakon dana gladovanja, ova tvar ne ostaje u jetri. Stoga se dijetama bez ugljikohidrata, potpunim izgladnjivanjem ili tijekom duljeg fizičkog rada održava normalna razina glukoze u krvi zbog njezine sinteze iz neugljikohidratnih prekursora – aminokiselina, mliječne kiseline glicerola. Sve se te reakcije javljaju uglavnom u jetri, kao iu bubrezima i crijevnoj sluznici. Tako su procesi metabolizma ugljikohidrata, masti i proteina usko isprepleteni.
Iz aminokiselina i glicerola, glukoza se sintetizira tijekom gladovanja. U nedostatku hrane, proteini tkiva se razgrađuju na aminokiseline, masti u masne kiseline i glicerol.
Iz mliječne kiseline, glukoza se sintetizira nakon intenzivnog vježbanja, kada se nakuplja u velikim količinama u mišićima i jetri tijekom anaerobne glikolize. Iz mišića se mliječna kiselina prenosi u jetru, gdje se iz nje sintetizira glukoza koja se vraća u radnimišić.
Regulacija metabolizma ugljikohidrata
Ovaj proces provodi živčani sustav, endokrini sustav (hormoni) i na unutarstaničnoj razini. Zadaća regulacije je osigurati stabilnu razinu glukoze u krvi. Od hormona koji reguliraju metabolizam ugljikohidrata, glavni su inzulin i glukagon. Proizvode se u gušterači.
Glavni zadatak inzulina u tijelu je snižavanje razine glukoze u krvi. To se može postići na dva načina: povećanjem prodiranja glukoze iz krvi u stanice tijela i povećanjem njezine upotrebe u njima.
- Inzulin osigurava prodiranje glukoze u stanice određenih tkiva – mišića i masti. Zovu se ovisne o inzulinu. Glukoza ulazi u mozak, limfno tkivo, crvena krvna zrnca bez sudjelovanja inzulina.
- Inzulin poboljšava upotrebu glukoze u stanicama:
- Aktivacija enzima glikolize (glukokinaza, fosfofruktokinaza, piruvat kinaza).
- Aktivacija sinteze glikogena (zbog povećane konverzije glukoze u glukoza-6-fosfat i stimulacije glikogen sintaze).
- Inhibicija enzima glukoneogeneze (piruvat karboksilaza, glukoza-6-fosfataza, fosfoenolpiruvat karboksikinaza).
- Povećajte ugradnju glukoze u ciklus pentoza fosfata.
Svi ostali hormoni koji reguliraju metabolizam ugljikohidrata su glukagon, adrenalin, glukokortikoidi, tiroksin, hormon rasta, ACTH. Oni povećavaju razinu glukoze u krvi. Glukagon aktivira razgradnju glikogena u jetri i sintezu glukoze iz neugljikohidrataprethodnici. Adrenalin aktivira razgradnju glikogena u jetri i mišićima.
Kršenja razmjene. Hipoglikemija
Najčešći poremećaji metabolizma ugljikohidrata su hipo- i hiperglikemija.
Hipoglikemija je stanje tijela uzrokovano niskom razinom glukoze u krvi (ispod 3,8 mmol/l). Razlozi mogu biti: smanjenje unosa ove tvari u krv iz crijeva ili jetre, povećanje njegove upotrebe u tkivima. Hipoglikemija može dovesti do:
- Patologija jetre - poremećena sinteza glikogena ili sinteza glukoze iz prekursora koji nisu ugljikohidrati.
- Gladanje ugljikohidratima.
- Produljena tjelesna aktivnost.
- Patologije bubrega - poremećena reapsorpcija glukoze iz primarnog urina.
- Probavni poremećaji - patologije razgradnje ugljikohidrata hrane ili procesa apsorpcije glukoze.
- Patologije endokrinog sustava - višak inzulina ili nedostatak hormona štitnjače, glukokortikoida, hormona rasta (GH), glukagona, kateholamina.
Ekstremna manifestacija hipoglikemije je hipoglikemijska koma, koja se najčešće razvija u bolesnika s dijabetesom melitusom tipa I uz predoziranje inzulinom. Niska razina glukoze u krvi dovodi do kisika i energetskog gladovanja mozga, što uzrokuje karakteristične simptome. Karakterizira ga iznimno brz razvoj - ako se u roku od nekoliko minuta ne poduzmu potrebne radnje, osoba će izgubiti svijest i može umrijeti. Obično dijabetičari mogu prepoznati znakove pada razine glukoze.krv i znajte što vam je činiti - popijte čašu slatkog soka ili pojedite slatku lepinju.
Hiperglikemija
Druga vrsta poremećaja metabolizma ugljikohidrata je hiperglikemija - stanje tijela uzrokovano stalno visokom razinom glukoze u krvi (iznad 10 mmol/l). Razlozi mogu biti:
- patologija endokrinog sustava. Najčešći uzrok hiperglikemije je dijabetes melitus. Razlikovati dijabetes tipa I i tipa II. U prvom slučaju uzrok bolesti je nedostatak inzulina uzrokovan oštećenjem stanica gušterače koje luče ovaj hormon. Poraz žlijezde najčešće je autoimune prirode. Dijabetes melitus tipa II razvija se s normalnom proizvodnjom inzulina, stoga se naziva neovisnim o inzulinu; ali inzulin ne obavlja svoju funkciju - ne prenosi glukozu u stanice mišića i masnog tkiva.
- neuroze, stres aktiviraju proizvodnju hormona - adrenalina, glukokortikoida, štitnjače, koji povećavaju razgradnju glikogena i sintezu glukoze iz neugljikohidratnih prekursora u jetri, inhibiraju sintezu glikogena;
- patologija jetre;
- prejedanje.
U biokemiji, metabolizam ugljikohidrata jedna je od najzanimljivijih i najopsežnijih tema za proučavanje i istraživanje.
