Kolhydrater är en omfattande grupp organiska ämnen som tillsammans med proteiner och fetter utgör grunden för människo- och djurkroppen. Kolhydrater finns i varje cell i kroppen och utför en mängd olika funktioner. Små molekyler av kolhydrater, främst representerade av glukos, kan röra sig i hela kroppen och utföra en energifunktion. Stora molekyler av kolhydrater rör sig inte och utför främst en uppbyggande funktion. Från mat extraherar en person endast små molekyler, eftersom endast de kan absorberas i tarmcellerna. Stora molekyler av kolhydrater måste kroppen bygga upp sig själv. Helheten av alla reaktioner för nedbrytning av matkolhydrater till glukos och syntesen av nya molekyler därifrån, såväl som andra talrika omvandlingar av dessa ämnen i kroppen, kallas kolhydratmetabolism i biokemin.
Klassificering
Beroende på strukturen finns det flera grupper av kolhydrater.
Monosackarider är små molekyler som inte bryts ner i matsmältningskanalen. Dessa är glukos, fruktos, galaktos.
Disackarider är små kolhydratmolekyler som bryts ner till två monosackarider i matsmältningskanalen. Till exempel laktos - för glukos och galaktos, sackaros - för glukos och fruktos.
Polysackarider är stora molekyler som består av hundratusentals monosackarider (främst glukos) sammanlänkade. Det här är stärkelse, köttglykogen.
Kolhydrater och dieter
Nedbrytningstiden för polysackarider i matsmältningskanalen är olika beroende på deras förmåga att lösas upp i vatten. Vissa polysackarider bryts ner snabbt i tarmen. Sedan kommer glukosen som erhålls under deras sönderfall snabbt in i blodomloppet. Sådana polysackarider kallas "snabba". Andra löses upp sämre i tarmens vattenmiljö, så de bryts ner långsammare, och glukos kommer in i blodet långsammare. Sådana polysackarider kallas "långsamma". Vissa av dessa ämnen bryts inte ner i tarmarna alls. De kallas olösliga kostfibrer.
Vanligtvis menar vi under namnet "långsamma eller snabba kolhydrater" inte själva polysackariderna, utan livsmedel som innehåller dem i stora mängder.
Listan över kolhydrater - snabba och långsamma, presenteras i tabellen.
| Snabba kolhydrater | Långsamma kolhydrater |
| stekt potatis | Klidbröd |
| Vitt bröd | Obearbetade riskorn |
| potatismos | Ärtor |
| Honey | Havregrynsgröt |
| morötter | Bovetegröt |
| Corn flakes | Rågklibröd |
| Sugar | Färskpressad fruktjuice utan socker |
| müsli | Fullkornspasta |
| choklad | Röda bönor |
| Kokt potatis | Mejeri |
| Kex | Färsk frukt |
| Corn | Bitter choklad |
| White Rice | fruktos |
| svart bröd | Sojabönor |
| Beets | Gröna grönsaker, tomater, svamp |
| Bananer | - |
| Jam | - |
När man väljer produkter för en diet, förlitar sig en dietist alltid på en lista med snabba och långsamma kolhydrater. Snabbt i kombination med fett i en produkt eller måltid leder till avlagring av fett. Varför? Den snabba ökningen av blodsocker stimulerar produktionen av insulin, som förser kroppen med ett lager av glukos, inklusive vägen för bildning av fett från det. Som ett resultat, när man äter kakor, glass, stekt potatis, går vikten upp mycket snabbt.
Matsmältning
Från biokemins synvinkel sker metabolismen av kolhydrater i tre steg:
- Matsmältning. Det börjar i munnen när man tuggar mat.
- Rätt metabolism av kolhydrater.
- Utbildning av slutprodukter av utbyte.
Kolhydrater är grunden för människans kost. Enligt formelnrationell näring, i sammansättningen av mat bör de vara 4 gånger mer än proteiner eller fetter. Behovet av kolhydrater är individuellt, men i genomsnitt behöver en person 300-400 g per dag. Av dessa är cirka 80 % stärkelse i sammansättningen av potatis, pasta, spannmål och 20 % är snabba kolhydrater (glukos, fruktos).
Utbytet av kolhydrater i kroppen börjar också i munhålan. Här verkar salivenzymet amylas på polysackarider – stärkelse och glykogen. Amylas hydrolyserar (bryter ner) polysackarider till stora fragment - dextriner, som kommer in i magen. Det finns inga enzymer som verkar på kolhydrater, så dextriner i magen förändras inte på något sätt och passerar vidare längs matsmältningskanalen och kommer in i tunntarmen. Här verkar flera enzymer på kolhydrater. Bukspottkörteljuice amylas hydrolyserar dextriner till disackariden m altos.
Specifika enzymer utsöndras av cellerna i själva tarmen. Enzymet m altas hydrolyserar m altos till monosackariden glukos, laktas hydrolyserar laktos till glukos och galaktos och sukras hydrolyserar sackaros till glukos och fruktos. De resulterande monoserna absorberas från tarmarna in i blodet och går genom portvenen in i levern.
Levers roll i kolhydratmetabolismen
Detta organ upprätthåller en viss nivå av glukos i blodet på grund av reaktionerna av syntes och nedbrytning av glykogen.
Reaktioner av interomvandling av monosackarider äger rum i levern - fruktos och galaktos omvandlas till glukos, och glukos kan omvandlas till fruktos.
Glukoneogenesreaktioner äger rum i detta organ -syntes av glukos från icke-kolhydratprekursorer - aminosyror, glycerol, mjölksyra. Det neutraliserar även hormonet insulin med hjälp av enzymet insulinas.
Glukosmetabolism
Glukos spelar en nyckelroll i kolhydratmetabolismens biokemi och i kroppens övergripande metabolism, eftersom det är den huvudsakliga energikällan.
Nivåen av glukos i blodet är ett konstant värde och är 4 - 6 mmol/l. Huvudkällorna för detta element i blodet är:
- Matkolhydrater.
- Leverglykogen.
- Aminosyror.
Glukos konsumeras i kroppen för:
- energigenerering,
- Glykogensyntes i levern och musklerna,
- syntes av aminosyror,
- fettsyntes.
Naturlig energikälla
Glukos är en universell energikälla för alla kroppsceller. Energi behövs för att bygga dina egna molekyler, muskelkontraktion, värmealstring. Sekvensen av glukosomvandlingsreaktioner som leder till frigöring av energi kallas glykolys. Glykolysreaktioner kan ske i närvaro av syre, då talar man om aerob glykolys, eller under syrefria förhållanden, då är processen anaerob.
Under den anaeroba processen omvandlas en molekyl glukos till två molekyler mjölksyra (laktat) och energi frigörs. Anaerob glykolys ger lite energi: från en molekyl glukos erhålls två molekyler ATP - ett ämne vars kemiska bindningar ackumulerar energi. Detta sätt att fåenergi används för kortvarigt arbete av skelettmuskler - från 5 sekunder till 15 minuter, det vill säga medan mekanismerna för att förse musklerna med syre inte hinner slå på.
Under reaktionerna av aerob glykolys omvandlas en molekyl glukos till två molekyler pyrodruvsyra (pyruvat). Processen, med hänsyn till den energi som spenderas på sina egna reaktioner, ger 8 ATP-molekyler. Pyruvat går in i ytterligare oxidationsreaktioner - oxidativ dekarboxylering och citratcykel (Krebs-cykel, trikarboxylsyracykel). Som ett resultat av dessa transformationer kommer 30 ATP-molekyler att frigöras per glukosmolekyl.
Glykogenutbyte
Glykogens funktion är att lagra glukos i cellerna i en djurorganism. Stärkelse utför samma funktion i växtceller. Glykogen kallas ibland för animalisk stärkelse. Båda ämnena är polysackarider uppbyggda av multipla återkommande glukosrester. Glykogenmolekylen är mer grenad och kompakt än stärkelsemolekylen.
Processerna för metabolism i kroppen av kolhydratglykogen är särskilt intensiva i levern och skelettmusklerna.
Glykogen syntetiseras inom 1-2 timmar efter en måltid när blodsockernivåerna är höga. För bildandet av en glykogenmolekyl behövs en primer - ett frö som består av flera glukosrester. Nya rester i form av UTP-glukos fästs sekventiellt till änden av primern. När kedjan växer med 11-12 rester förenas en sidokedja på 5-6 av samma fragment. Nu har kedjan som kommer från primern två ändar - två tillväxtpunkterglykogenmolekyler. Denna molekyl kommer upprepade gånger att förlängas och förgrena sig så länge som en hög koncentration av glukos i blodet finns kvar.
Mellan måltiderna bryts glykogen ned (glykogenolys), vilket frigör glukos.
Erhålls från nedbrytningen av leverglykogen, går in i blodet och används för hela organismens behov. Glukos som erhålls från nedbrytningen av glykogen i musklerna används endast för musklernas behov.
Bildning av glukos från icke-kolhydratprekursorer - glukoneogenes
Kroppen har bara tillräckligt med energi lagrad i form av glykogen under några timmar. Efter en dag av svält finns inte detta ämne kvar i levern. Därför, med kolhydratfria dieter, fullständig svält eller under långvarigt fysiskt arbete, bibehålls den normala nivån av glukos i blodet på grund av dess syntes från icke-kolhydratprekursorer - aminosyror, mjölksyraglycerol. Alla dessa reaktioner förekommer huvudsakligen i levern, såväl som i njurarna och tarmslemhinnan. Således är processerna för metabolism av kolhydrater, fetter och proteiner nära sammanflätade.
Från aminosyror och glycerol syntetiseras glukos under svält. I frånvaro av mat bryts vävnadsproteiner ner till aminosyror, fetter till fettsyror och glycerol.
Från mjölksyra syntetiseras glukos efter intensiv träning, när det ackumuleras i stora mängder i muskler och lever under anaerob glykolys. Från musklerna överförs mjölksyra till levern, där glukos syntetiseras från den, som återförs till arbetet.muskel.
Reglering av kolhydratmetabolism
Denna process utförs av nervsystemet, det endokrina systemet (hormoner) och på intracellulär nivå. Regleringens uppgift är att säkerställa en stabil nivå av glukos i blodet. Av de hormoner som reglerar kolhydratmetabolismen är de främsta insulin och glukagon. De produceras i bukspottkörteln.
Insulins huvuduppgift i kroppen är att sänka blodsockernivåerna. Detta kan uppnås på två sätt: genom att öka penetrationen av glukos från blodet in i kroppens celler och genom att öka dess användning i dem.
- Insulin säkerställer att glukos tränger in i cellerna i vissa vävnader - muskler och fett. De kallas insulinberoende. Glukos kommer in i hjärnan, lymfvävnaden, röda blodkroppar utan medverkan av insulin.
- Insulin förbättrar cellernas användning av glukos genom:
- Aktivering av glykolysenzymer (glukokinas, fosfofruktokinas, pyruvatkinas).
- Aktivering av glykogensyntes (på grund av ökad omvandling av glukos till glukos-6-fosfat och stimulering av glykogensyntas).
- Hämning av glukoneogenesenzymer (pyruvatkarboxylas, glukos-6-fosfatas, fosfoenolpyruvatkarboxykinas).
- Öka inkorporeringen av glukos i pentosfosfatcykeln.
Alla andra hormoner som reglerar kolhydratmetabolismen är glukagon, adrenalin, glukokortikoider, tyroxin, tillväxthormon, ACTH. De ökar blodsockernivåerna. Glukagon aktiverar nedbrytningen av glykogen i levern och syntesen av glukos från icke-kolhydraterföregångare. Adrenalin aktiverar nedbrytningen av glykogen i levern och musklerna.
Börsöverträdelser. Hypoglykemi
De vanligaste störningarna i kolhydratmetabolismen är hypo- och hyperglykemi.
Hypoglykemi är ett tillstånd i kroppen som orsakas av låga blodsockernivåer (under 3,8 mmol/l). Orsakerna kan vara: en minskning av intaget av detta ämne i blodet från tarmen eller levern, en ökning av dess användning av vävnader. Hypoglykemi kan leda till:
- Leverpatologi - nedsatt glykogensyntes eller glukossyntes från icke-kolhydratprekursorer.
- Kolhydratsvält.
- Långvarig fysisk aktivitet.
- Njurarnas patologier - försämrad reabsorption av glukos från primär urin.
- Matsmältningsstörningar - patologier för nedbrytning av matkolhydrater eller processen för glukosabsorption.
- Patologier i det endokrina systemet - överskott av insulin eller brist på sköldkörtelhormoner, glukokortikoider, tillväxthormon (GH), glukagon, katekolaminer.
Den extrema manifestationen av hypoglykemi är hypoglykemisk koma, som oftast utvecklas hos patienter med typ I-diabetes mellitus med en överdos av insulin. Lågt blodsocker leder till syre- och energisvält i hjärnan, vilket ger karakteristiska symtom. Det kännetecknas av extremt snabb utveckling - om de nödvändiga åtgärderna inte vidtas inom några minuter kommer en person att förlora medvetandet och kan dö. Typiskt kan diabetespatienter känna igen tecken på sänkta glukosnivåer.blod och vet vad du ska göra - drick ett glas söt juice eller ät en söt bulle.
Hyperglykemi
En annan typ av störning i kolhydratmetabolism är hyperglykemi - ett tillstånd i kroppen som orsakas av en ihållande hög blodsockernivå (över 10 mmol/l). Orsakerna kan vara:
- patologi i det endokrina systemet. Den vanligaste orsaken till hyperglykemi är diabetes mellitus. Skilj mellan typ I och typ II diabetes. I det första fallet är orsaken till sjukdomen insulinbrist orsakad av skador på bukspottkörtelcellerna som utsöndrar detta hormon. Nederlaget för körteln är oftast autoimmun i naturen. Typ II diabetes mellitus utvecklas med normal insulinproduktion, därför kallas det icke-insulinberoende; men insulin utför inte sin funktion - det transporterar inte glukos in i cellerna i muskel- och fettvävnad.
- neuros, stress aktiverar produktionen av hormoner - adrenalin, glukokortikoider, sköldkörteln, som ökar nedbrytningen av glykogen och syntesen av glukos från icke-kolhydratprekursorer i levern, hämmar syntesen av glykogen;
- leverpatologi;
- äter för mycket.
Inom biokemi är kolhydratmetabolism ett av de mest intressanta och omfattande ämnena för studier och forskning.
