Οι υδατάνθρακες είναι μια εκτεταμένη ομάδα οργανικών ουσιών που, μαζί με πρωτεΐνες και λίπη, αποτελούν τη βάση του ανθρώπινου και ζωικού σώματος. Οι υδατάνθρακες υπάρχουν σε κάθε κύτταρο του σώματος και επιτελούν ποικίλες λειτουργίες. Μικρά μόρια υδατανθράκων, που αντιπροσωπεύονται κυρίως από γλυκόζη, μπορούν να κινηθούν σε όλο το σώμα και να εκτελέσουν μια ενεργειακή λειτουργία. Τα μεγάλα μόρια υδατανθράκων δεν κινούνται και επιτελούν κυρίως δομική λειτουργία. Από τα τρόφιμα, ένα άτομο εξάγει μόνο μικρά μόρια, αφού μόνο αυτά μπορούν να απορροφηθούν στα κύτταρα του εντέρου. Μεγάλα μόρια υδατανθράκων το σώμα πρέπει να χτίσει μόνο του. Το σύνολο όλων των αντιδράσεων για τη διάσπαση των υδατανθράκων των τροφίμων σε γλυκόζη και τη σύνθεση νέων μορίων από αυτήν, καθώς και άλλες πολυάριθμες μετατροπές αυτών των ουσιών στο σώμα, ονομάζεται μεταβολισμός υδατανθράκων στη βιοχημεία.
Ταξινόμηση
Ανάλογα με τη δομή, υπάρχουν πολλές ομάδες υδατανθράκων.
Οι μονοσακχαρίτες είναι μικρά μόρια που δεν διασπώνται στον πεπτικό σωλήνα. Αυτά είναι γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη.
Οι δισακχαρίτες είναι μικρά μόρια υδατανθράκων που διασπώνται σε δύο μονοσακχαρίτες στην πεπτική οδό. Για παράδειγμα, λακτόζη - για τη γλυκόζη και τη γαλακτόζη, σακχαρόζη - για τη γλυκόζη και τη φρουκτόζη.
Οι πολυσακχαρίτες είναι μεγάλα μόρια που αποτελούνται από εκατοντάδες χιλιάδες υπολείμματα μονοσακχαριτών (κυρίως γλυκόζη) συνδεδεμένα μεταξύ τους. Αυτό είναι άμυλο, γλυκογόνο κρέατος.
Υδατάνθρακες και δίαιτες
Ο χρόνος διάσπασης των πολυσακχαριτών στην πεπτική οδό είναι διαφορετικός, ανάλογα με την ικανότητά τους να διαλύονται στο νερό. Ορισμένοι πολυσακχαρίτες διασπώνται γρήγορα στα έντερα. Στη συνέχεια, η γλυκόζη που λαμβάνεται κατά τη διάσπασή τους εισέρχεται γρήγορα στην κυκλοφορία του αίματος. Τέτοιοι πολυσακχαρίτες ονομάζονται "γρήγοροι". Άλλα διαλύονται χειρότερα στο υδάτινο περιβάλλον του εντέρου, με αποτέλεσμα να διασπώνται πιο αργά και η γλυκόζη εισέρχεται στο αίμα πιο αργά. Τέτοιοι πολυσακχαρίτες ονομάζονται «αργοί». Μερικά από αυτά τα στοιχεία δεν διασπώνται καθόλου στα έντερα. Ονομάζονται αδιάλυτες διαιτητικές ίνες.
Συνήθως, με την ονομασία «αργοί ή γρήγοροι υδατάνθρακες» δεν εννοούμε τους ίδιους τους πολυσακχαρίτες, αλλά τα τρόφιμα που τους περιέχουν σε μεγάλες ποσότητες.
Η λίστα των υδατανθράκων - γρήγοροι και αργοί, παρουσιάζεται στον πίνακα.
| Γρήγοροι υδατάνθρακες | Αργοί υδατάνθρακες |
| τηγανητές πατάτες | Πίτουρο ψωμί |
| Λευκό ψωμί | Μη επεξεργασμένοι κόκκοι ρυζιού |
| Πουρές πατάτας | Μπιζέλια |
| Μέλι | Πλιγούρι βρώμης |
| Καρότα | κουάκερ φαγόπυρου |
| Corn flakes | Ψωμί από πίτουρο σίκαλης |
| Ζάχαρη | Φρεσκοστυμμένος χυμός φρούτων χωρίς ζάχαρη |
| Μούσλι | Ζυμαρικά ολικής αλέσεως |
| Σοκολάτα | Κόκκινα φασόλια |
| Πατάτες βραστές | Γαλακτοκομικά |
| Μπισκότο | Φρέσκα φρούτα |
| Καλαμπόκι | Πικρή σοκολάτα |
| Λευκό ρύζι | Φρουκτόζη |
| Μαύρο ψωμί | Σόγια |
| Τευτάρια | Πράσινα λαχανικά, ντομάτες, μανιτάρια |
| Μπανάνες | - |
| μαρμελάδα | - |
Όταν επιλέγει προϊόντα για δίαιτα, ένας διατροφολόγος βασίζεται πάντα σε μια λίστα με γρήγορους και αργούς υδατάνθρακες. Η νηστεία σε συνδυασμό με τα λίπη σε ένα προϊόν ή γεύμα οδηγεί στην εναπόθεση λίπους. Γιατί; Η ταχεία αύξηση της γλυκόζης στο αίμα διεγείρει την παραγωγή ινσουλίνης, η οποία παρέχει στο σώμα μια αποθήκη γλυκόζης, συμπεριλαμβανομένης της οδού για το σχηματισμό λίπους από αυτήν. Ως αποτέλεσμα, όταν τρώτε κέικ, παγωτό, τηγανητές πατάτες, κερδίζετε βάρος πολύ γρήγορα.
Digestion
Από τη σκοπιά της βιοχημείας, ο μεταβολισμός των υδατανθράκων γίνεται σε τρία στάδια:
- Πέψη. Ξεκινά από το στόμα κατά τη μάσηση της τροφής.
- Σωστός μεταβολισμός των υδατανθράκων.
- Εκπαίδευση τελικών προϊόντων ανταλλαγής.
Οι υδατάνθρακες αποτελούν τη βάση της ανθρώπινης διατροφής. Σύμφωνα με τον τύποορθολογική διατροφή, στη σύνθεση των τροφίμων θα πρέπει να είναι 4 φορές περισσότερες από τις πρωτεΐνες ή τα λίπη. Η ανάγκη για υδατάνθρακες είναι ατομική, αλλά, κατά μέσο όρο, ένα άτομο χρειάζεται 300-400 g την ημέρα. Από αυτά, περίπου το 80% είναι άμυλο στη σύνθεση πατάτας, ζυμαρικών, δημητριακών και το 20% είναι γρήγοροι υδατάνθρακες (γλυκόζη, φρουκτόζη).
Η ανταλλαγή υδατανθράκων στο σώμα ξεκινά επίσης από τη στοματική κοιλότητα. Εδώ, το ένζυμο αμυλάση του σάλιου δρα στους πολυσακχαρίτες - άμυλο και γλυκογόνο. Η αμυλάση υδρολύει (διασπά) τους πολυσακχαρίτες σε μεγάλα θραύσματα - δεξτρίνες, που εισέρχονται στο στομάχι. Δεν υπάρχουν ένζυμα που δρουν στους υδατάνθρακες, επομένως οι δεξτρίνες στο στομάχι δεν αλλάζουν με κανέναν τρόπο και περνούν περαιτέρω κατά μήκος του πεπτικού σωλήνα, εισχωρώντας στο λεπτό έντερο. Εδώ, πολλά ένζυμα δρουν στους υδατάνθρακες. Η αμυλάση του παγκρεατικού χυμού υδρολύει τις δεξτρίνες στον δισακχαρίτη μαλτόζη.
Ειδικά ένζυμα εκκρίνονται από τα ίδια τα κύτταρα του εντέρου. Το ένζυμο μαλτάση υδρολύει τη μαλτόζη προς τον μονοσακχαρίτη γλυκόζη, η λακτάση υδρολύει τη λακτόζη σε γλυκόζη και γαλακτόζη και η σακχαράση υδρολύει τη σακχαρόζη σε γλυκόζη και φρουκτόζη. Οι μονόζες που προκύπτουν απορροφώνται από τα έντερα στο αίμα και μέσω της πυλαίας φλέβας εισέρχονται στο ήπαρ.
Ο ρόλος του ήπατος στο μεταβολισμό των υδατανθράκων
Αυτό το όργανο διατηρεί ένα ορισμένο επίπεδο γλυκόζης στο αίμα λόγω των αντιδράσεων σύνθεσης και διάσπασης του γλυκογόνου.
Αντιδράσεις αλληλομετατροπής μονοσακχαριτών λαμβάνουν χώρα στο ήπαρ - η φρουκτόζη και η γαλακτόζη μετατρέπονται σε γλυκόζη και η γλυκόζη μπορεί να μετατραπεί σε φρουκτόζη.
Οι αντιδράσεις γλυκονεογένεσης λαμβάνουν χώρα σε αυτό το όργανο -σύνθεση γλυκόζης από μη υδατάνθρακες πρόδρομες ουσίες - αμινοξέα, γλυκερίνη, γαλακτικό οξύ. Εξουδετερώνει επίσης την ορμόνη ινσουλίνη με τη βοήθεια του ενζύμου ινσουλινάση.
Μεταβολισμός γλυκόζης
Η γλυκόζη παίζει βασικό ρόλο στη βιοχημεία του μεταβολισμού των υδατανθράκων και στο γενικό μεταβολισμό του σώματος, καθώς είναι η κύρια πηγή ενέργειας.
Το επίπεδο γλυκόζης στο αίμα είναι σταθερή τιμή και είναι 4 - 6 mmol/l. Οι κύριες πηγές αυτού του στοιχείου στο αίμα είναι:
- Υδατάνθρακες τροφίμων.
- Ηπατικό γλυκογόνο.
- Αμινοξέα.
Η γλυκόζη καταναλώνεται στον οργανισμό για:
- παραγωγή ενέργειας,
- Σύνθεση γλυκογόνου στο ήπαρ και τους μύες,
- σύνθεση αμινοξέων,
- σύνθεση λίπους.
Φυσική πηγή ενέργειας
Η γλυκόζη είναι μια παγκόσμια πηγή ενέργειας για όλα τα κύτταρα του σώματος. Απαιτείται ενέργεια για να χτίσετε τα δικά σας μόρια, μυϊκή σύσπαση, παραγωγή θερμότητας. Η αλληλουχία των αντιδράσεων μετατροπής της γλυκόζης που οδηγεί στην απελευθέρωση ενέργειας ονομάζεται γλυκόλυση. Οι αντιδράσεις γλυκόλυσης μπορούν να γίνουν παρουσία οξυγόνου, μετά μιλούν για αερόβια γλυκόλυση ή σε συνθήκες χωρίς οξυγόνο, τότε η διαδικασία είναι αναερόβια.
Κατά τη διάρκεια της αναερόβιας διαδικασίας, ένα μόριο γλυκόζης μετατρέπεται σε δύο μόρια γαλακτικού οξέος (γαλακτικό) και απελευθερώνεται ενέργεια. Η αναερόβια γλυκόλυση παρέχει λίγη ενέργεια: από ένα μόριο γλυκόζης, λαμβάνονται δύο μόρια ATP - μια ουσία της οποίας οι χημικοί δεσμοί συσσωρεύουν ενέργεια. Αυτός ο τρόπος για να πάρειΗ ενέργεια χρησιμοποιείται για βραχυπρόθεσμη εργασία των σκελετικών μυών - από 5 δευτερόλεπτα έως 15 λεπτά, δηλαδή, ενώ οι μηχανισμοί τροφοδοσίας των μυών με οξυγόνο δεν έχουν χρόνο να ενεργοποιηθούν.
Κατά τις αντιδράσεις της αερόβιας γλυκόλυσης, ένα μόριο γλυκόζης μετατρέπεται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος (πυρουβικό). Η διαδικασία, λαμβάνοντας υπόψη την ενέργεια που δαπανάται στις δικές της αντιδράσεις, δίνει 8 μόρια ATP. Το πυροσταφυλικό εισέρχεται σε περαιτέρω αντιδράσεις οξείδωσης - οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση και κύκλος κιτρικών (κύκλος Krebs, κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος). Ως αποτέλεσμα αυτών των μετασχηματισμών, θα απελευθερωθούν 30 μόρια ATP ανά μόριο γλυκόζης.
ανταλλαγή γλυκογόνου
Η λειτουργία του γλυκογόνου είναι η αποθήκευση της γλυκόζης στα κύτταρα ενός ζωικού οργανισμού. Το άμυλο εκτελεί την ίδια λειτουργία στα φυτικά κύτταρα. Το γλυκογόνο ονομάζεται μερικές φορές ζωικό άμυλο. Και οι δύο ουσίες είναι πολυσακχαρίτες κατασκευασμένοι από πολλαπλασιαζόμενα υπολείμματα γλυκόζης. Το μόριο γλυκογόνου είναι πιο διακλαδισμένο και συμπαγές από το μόριο του αμύλου.
Οι διεργασίες του μεταβολισμού στο σώμα του γλυκογόνου των υδατανθράκων είναι ιδιαίτερα έντονες στο ήπαρ και τους σκελετικούς μύες.
Το γλυκογόνο συντίθεται εντός 1-2 ωρών μετά το γεύμα όταν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα είναι υψηλά. Για το σχηματισμό ενός μορίου γλυκογόνου, χρειάζεται ένα αστάρι - ένας σπόρος που αποτελείται από πολλά υπολείμματα γλυκόζης. Νέα υπολείμματα με τη μορφή UTP-γλυκόζης συνδέονται διαδοχικά στο άκρο του εκκινητή. Όταν η αλυσίδα μεγαλώσει κατά 11-12 υπολείμματα, μια πλευρική αλυσίδα 5-6 από τα ίδια θραύσματα ενώνεται. Τώρα η αλυσίδα που προέρχεται από το αστάρι έχει δύο άκρα - δύο σημεία ανάπτυξηςμόρια γλυκογόνου. Αυτό το μόριο θα επιμηκύνεται και θα διακλαδίζεται επανειλημμένα όσο παραμένει υψηλή συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα.
Μεταξύ των γευμάτων, το γλυκογόνο διασπάται (γλυκογονόλυση), απελευθερώνοντας γλυκόζη.
Λαμβάνεται από τη διάσπαση του ηπατικού γλυκογόνου, εισέρχεται στο αίμα και χρησιμοποιείται για τις ανάγκες ολόκληρου του οργανισμού. Η γλυκόζη που λαμβάνεται από τη διάσπαση του γλυκογόνου στους μύες χρησιμοποιείται μόνο για τις ανάγκες των μυών.
Σχηματισμός γλυκόζης από μη υδατάνθρακες πρόδρομες ουσίες - γλυκονεογένεση
Το σώμα έχει αποθηκευμένη αρκετή ενέργεια με τη μορφή γλυκογόνου μόνο για μερικές ώρες. Μετά από μια μέρα ασιτίας, αυτή η ουσία δεν παραμένει στο συκώτι. Ως εκ τούτου, με δίαιτες χωρίς υδατάνθρακες, πλήρη πείνα ή κατά τη διάρκεια παρατεταμένης σωματικής εργασίας, διατηρείται το φυσιολογικό επίπεδο γλυκόζης στο αίμα λόγω της σύνθεσής της από μη υδατάνθρακες πρόδρομες ουσίες - αμινοξέα, γλυκερίνη γαλακτικού οξέος. Όλες αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν κυρίως στο ήπαρ, καθώς και στα νεφρά και στον εντερικό βλεννογόνο. Έτσι, οι διαδικασίες του μεταβολισμού των υδατανθράκων, των λιπών και των πρωτεϊνών είναι στενά αλληλένδετες.
Από τα αμινοξέα και τη γλυκερόλη, η γλυκόζη συντίθεται κατά τη διάρκεια της ασιτίας. Ελλείψει τροφής, οι πρωτεΐνες των ιστών διασπώνται σε αμινοξέα, τα λίπη σε λιπαρά οξέα και γλυκερόλη.
Από το γαλακτικό οξύ, η γλυκόζη συντίθεται μετά από έντονη άσκηση, όταν συσσωρεύεται σε μεγάλες ποσότητες στους μύες και στο συκώτι κατά την αναερόβια γλυκόλυση. Από τους μύες, το γαλακτικό οξύ μεταφέρεται στο ήπαρ, όπου συντίθεται γλυκόζη από αυτό, η οποία επιστρέφει στην εργασίαμυς.
Ρύθμιση μεταβολισμού υδατανθράκων
Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται από το νευρικό σύστημα, το ενδοκρινικό σύστημα (ορμόνες) και σε ενδοκυτταρικό επίπεδο. Το καθήκον της ρύθμισης είναι να εξασφαλίσει ένα σταθερό επίπεδο γλυκόζης στο αίμα. Από τις ορμόνες που ρυθμίζουν τον μεταβολισμό των υδατανθράκων, οι κυριότερες είναι η ινσουλίνη και η γλυκαγόνη. Παράγονται στο πάγκρεας.
Το κύριο καθήκον της ινσουλίνης στο σώμα είναι να μειώσει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους: αυξάνοντας τη διείσδυση της γλυκόζης από το αίμα στα κύτταρα του σώματος και αυξάνοντας τη χρήση της σε αυτά.
- Η ινσουλίνη διασφαλίζει τη διείσδυση της γλυκόζης στα κύτταρα ορισμένων ιστών - μυών και λίπους. Ονομάζονται ινσουλινοεξαρτώμενοι. Η γλυκόζη εισέρχεται στον εγκέφαλο, στον λεμφικό ιστό, στα ερυθρά αιμοσφαίρια χωρίς τη συμμετοχή ινσουλίνης.
- Η ινσουλίνη ενισχύει τη χρήση της γλυκόζης από τα κύτταρα κατά:
- Ενεργοποίηση των ενζύμων γλυκόλυσης (γλυκοκινάση, φωσφοφρουκτοκινάση, πυροσταφυλική κινάση).
- Ενεργοποίηση σύνθεσης γλυκογόνου (λόγω αυξημένης μετατροπής της γλυκόζης σε 6-φωσφορική γλυκόζη και διέγερση της συνθάσης γλυκογόνου).
- Αναστολή των ενζύμων γλυκονεογένεσης (πυροσταφυλική καρβοξυλάση, γλυκόζη-6-φωσφατάση, φωσφοενολοπυροσταφυλική καρβοξυκινάση).
- Αυξήστε την ενσωμάτωση γλυκόζης στον κύκλο της φωσφορικής πεντόζης.
Όλες οι άλλες ορμόνες που ρυθμίζουν τον μεταβολισμό των υδατανθράκων είναι η γλυκαγόνη, η αδρεναλίνη, τα γλυκοκορτικοειδή, η θυροξίνη, η αυξητική ορμόνη, η ACTH. Αυξάνουν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα. Η γλυκαγόνη ενεργοποιεί τη διάσπαση του γλυκογόνου στο ήπαρ και τη σύνθεση της γλυκόζης από μη υδατάνθρακεςπροκατόχους. Η αδρεναλίνη ενεργοποιεί τη διάσπαση του γλυκογόνου στο ήπαρ και τους μύες.
Παραβάσεις συναλλάγματος. υπογλυκαιμία
Οι πιο συχνές διαταραχές του μεταβολισμού των υδατανθράκων είναι η υπο- και η υπεργλυκαιμία.
Η υπογλυκαιμία είναι μια κατάσταση του σώματος που προκαλείται από χαμηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα (κάτω από 3,8 mmol/l). Οι λόγοι μπορεί να είναι: η μείωση της πρόσληψης αυτής της ουσίας στο αίμα από το έντερο ή το συκώτι, η αύξηση της χρήσης της από τους ιστούς. Η υπογλυκαιμία μπορεί να οδηγήσει σε:
- Παθολογία του ήπατος - εξασθενημένη σύνθεση γλυκογόνου ή σύνθεση γλυκόζης από πρόδρομες ουσίες που δεν περιέχουν υδατάνθρακες.
- Η πείνα από υδατάνθρακες.
- παρατεταμένη σωματική δραστηριότητα.
- Παθολογίες των νεφρών - διαταραχή της επαναρρόφησης της γλυκόζης από τα πρωτογενή ούρα.
- Πεπτικές διαταραχές - παθολογίες της διάσπασης των υδατανθράκων των τροφών ή της διαδικασίας απορρόφησης γλυκόζης.
- Παθολογίες του ενδοκρινικού συστήματος - περίσσεια ινσουλίνης ή έλλειψη θυρεοειδικών ορμονών, γλυκοκορτικοειδών, αυξητικής ορμόνης (GH), γλυκαγόνης, κατεχολαμινών.
Η ακραία εκδήλωση της υπογλυκαιμίας είναι το υπογλυκαιμικό κώμα, το οποίο αναπτύσσεται συχνότερα σε ασθενείς με σακχαρώδη διαβήτη τύπου Ι με υπερβολική δόση ινσουλίνης. Η χαμηλή γλυκόζη στο αίμα οδηγεί σε οξυγόνο και ενεργειακή πείνα του εγκεφάλου, η οποία προκαλεί χαρακτηριστικά συμπτώματα. Χαρακτηρίζεται από εξαιρετικά γρήγορη ανάπτυξη - εάν δεν γίνουν οι απαραίτητες ενέργειες μέσα σε λίγα λεπτά, ένα άτομο θα χάσει τις αισθήσεις του και μπορεί να πεθάνει. Τυπικά, οι διαβητικοί ασθενείς είναι σε θέση να αναγνωρίσουν σημάδια πτώσης των επιπέδων γλυκόζης.αίμα και ξέρετε τι να κάνετε - πιείτε ένα ποτήρι γλυκό χυμό ή φάτε ένα γλυκό ψωμάκι.
Υπεργλυκαιμία
Ένας άλλος τύπος διαταραχής του μεταβολισμού των υδατανθράκων είναι η υπεργλυκαιμία - μια κατάσταση του σώματος που προκαλείται από επίμονα υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα (πάνω από 10 mmol/l). Οι λόγοι μπορεί να είναι:
- παθολογία του ενδοκρινικού συστήματος. Η πιο κοινή αιτία υπεργλυκαιμίας είναι ο σακχαρώδης διαβήτης. Διάκριση μεταξύ διαβήτη τύπου Ι και τύπου ΙΙ. Στην πρώτη περίπτωση, η αιτία της νόσου είναι η ανεπάρκεια ινσουλίνης που προκαλείται από βλάβη στα παγκρεατικά κύτταρα που εκκρίνουν αυτή την ορμόνη. Η ήττα του αδένα έχει τις περισσότερες φορές αυτοάνοση φύση. Ο σακχαρώδης διαβήτης τύπου II αναπτύσσεται με φυσιολογική παραγωγή ινσουλίνης, επομένως ονομάζεται μη ινσουλινοεξαρτώμενος. αλλά η ινσουλίνη δεν εκτελεί τη λειτουργία της - δεν μεταφέρει γλυκόζη στα κύτταρα του μυός και του λιπώδους ιστού.
- νεύρωση, στρες ενεργοποιούν την παραγωγή ορμονών - αδρεναλίνη, γλυκοκορτικοειδή, θυρεοειδής αδένας, που αυξάνουν τη διάσπαση του γλυκογόνου και τη σύνθεση της γλυκόζης από μη υδατάνθρακες πρόδρομες ουσίες στο ήπαρ, αναστέλλουν τη σύνθεση γλυκογόνου.
- παθολογία του ήπατος;
- υπερφαγία.
Στη βιοχημεία, ο μεταβολισμός των υδατανθράκων είναι ένα από τα πιο ενδιαφέροντα και εκτενέστερα θέματα για μελέτη και έρευνα.
