Ugljeni hidrati su opsežna grupa organskih supstanci koje zajedno sa proteinima i mastima čine osnovu ljudskog i životinjskog organizma. Ugljikohidrati su prisutni u svakoj ćeliji tijela i obavljaju različite funkcije. Mali molekuli ugljikohidrata, predstavljeni uglavnom glukozom, mogu se kretati po cijelom tijelu i obavljati energetsku funkciju. Velike molekule ugljikohidrata se ne kreću i obavljaju uglavnom funkciju izgradnje. Iz hrane čovjek izdvaja samo male molekule, jer se samo oni 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 ovih supstanci u tijelu, u biohemiji se naziva metabolizam ugljikohidrata.
Klasifikacija
U zavisnosti od strukture, postoji nekoliko grupa ugljenih hidrata.
Monosaharidi su mali molekuli koji se ne razgrađuju u probavnom traktu. To su glukoza, fruktoza, galaktoza.
Disaharidi su mali molekuli ugljikohidrata koji se razlažu na dva monosaharida u probavnom traktu. Na primjer, laktoza - za glukozu i galaktozu, saharoza - za glukozu i fruktozu.
Polisaharidi su veliki molekuli koji se sastoje od stotina hiljada monosaharidnih ostataka (uglavnom glukoze) povezanih zajedno. Ovo je skrob, mesni glikogen.
Ugljeni hidrati 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 dobijena tokom njihovog raspadanja brzo ulazi u krvotok. Takvi polisaharidi se nazivaju "brzi". Drugi se lošije otapaju u vodenoj sredini crijeva, pa se sporije razgrađuju, a glukoza sporije ulazi u krv. Takvi polisaharidi se nazivaju "spori". Neki od ovih elemenata se uopće ne razgrađuju u crijevima. Zovu se nerastvorljiva dijetalna vlakna.
Obično, pod nazivom "spori ili brzi ugljikohidrati" ne mislimo na same polisaharide, već na hranu koja ih sadrži u velikim količinama.
Lista ugljenih hidrata - brzih i sporih, predstavljena je u tabeli.
| Brzi ugljikohidrati | Spori ugljeni hidrati |
| prženi krompir | hleb od mekinja |
| Beli hleb | Neprerađena zrna pirinča |
| Pire krompir | grašak |
| Honey | Ovsene pahuljice |
| Šargarepe | Kaša od heljde |
| Corn flakes | Hleb od raženih mekinja |
| šećer | Svježe iscijeđeni voćni sok bez šećera |
| Musli | Tjestenina od integralnog brašna |
| čokolada | Crveni pasulj |
| Kuvani krompir | mliječni proizvodi |
| Biskvit | Svježe voće |
| kukuruz | gorka čokolada |
| Bela riža | fruktoza |
| Crni hljeb | Soja |
| Cvekla | Zeleno povrće, paradajz, pečurke |
| Banane | - |
| Jam | - |
Prilikom odabira proizvoda za dijetu, nutricionist se uvijek oslanja na listu brzih i sporih ugljikohidrata. Post u kombinaciji sa mastima u jednom proizvodu ili obroku dovodi do taloženja masti. Zašto? Brzi porast glukoze u krvi stimulira proizvodnju inzulina, koji tijelu osigurava zalihe glukoze, uključujući i put za stvaranje masti iz nje. Kao rezultat toga, kada jedete kolače, sladoled, prženi krompir, dobijate na težini veoma brzo.
Probava
S tačke gledišta biohemije, metabolizam ugljenih hidrata odvija se u tri faze:
- Probava. Počinje u ustima tokom žvakanja hrane.
- Pravilan metabolizam ugljikohidrata.
- Obrazovanje krajnjih proizvoda razmjene.
Ugljeni hidrati su osnova ljudske ishrane. Prema formuliracionalna prehrana, u sastavu hrane treba ih biti 4 puta više od proteina ili masti. Potreba za ugljikohidratima je individualna, ali u prosjeku čovjeku treba 300-400 g dnevno. Od toga, oko 80% je skrob u sastavu krompira, testenine, žitarica i 20% su brzi ugljeni hidrati (glukoza, fruktoza).
Razmjena ugljikohidrata u tijelu također počinje u usnoj šupljini. Ovdje enzim pljuvačke 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 ni na koji način ne mijenjaju i prolaze dalje kroz probavni trakt, ulazeći u tanko crijevo. Ovdje nekoliko enzima djeluje na ugljikohidrate. Amilaza soka pankreasa hidrolizira dekstrine u disaharid m altozu.
Specifične enzime luče ćelije samog crijeva. Enzim m altaza hidrolizira m altozu u monosaharid glukozu, laktaza hidrolizira laktozu do glukoze i galaktoze, a saharoza hidrolizira saharozu do glukoze i fruktoze. Nastale monoze se apsorbuju iz crijeva u krv i kroz portalnu venu ulaze u jetru.
Uloga jetre u metabolizmu ugljikohidrata
Ovaj organ održava određeni nivo glukoze u krvi zbog reakcija sinteze i razgradnje glikogena.
Reakcije interkonverzije monosaharida odvijaju se u jetri - fruktoza i galaktoza se pretvaraju u glukozu, a glukoza se može pretvoriti u fruktozu.
U ovom organu se odvijaju reakcije glukoneogeneze -sinteza glukoze iz neugljikohidratnih prekursora - aminokiselina, glicerola, mliječne kiseline. Takođe neutrališe hormon insulin uz pomoć enzima insulinaze.
Metabolizam glukoze
Glukoza igra ključnu ulogu u biohemiji metabolizma ugljikohidrata i u cjelokupnom metabolizmu tijela, jer je glavni izvor energije.
Nivo 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 ćelije. Energija je potrebna za izgradnju vlastitih molekula, kontrakciju mišića, stvaranje topline. Slijed reakcija konverzije glukoze koje dovode do oslobađanja energije naziva se glikoliza. Reakcije glikolize se mogu odvijati u prisustvu kiseonika, tada govore o aerobnoj glikolizi, ili u uslovima bez kiseonika, tada je proces anaeroban.
Tokom anaerobnog procesa, jedan molekul glukoze se pretvara u dva molekula mliječne kiseline (laktat) i energija se oslobađa. Anaerobna glikoliza daje malo energije: iz jednog molekula glukoze dobijaju se dva molekula ATP-a - supstance čije hemijske veze akumuliraju energiju. Ovako da dobijeteenergija se koristi za kratkotrajan rad skeletnih mišića - od 5 sekundi do 15 minuta, odnosno dok mehanizmi za snabdevanje mišića kiseonikom nemaju vremena da se uključe.
Tokom reakcija aerobne glikolize, jedan molekul glukoze se pretvara u dva molekula pirogrožđane kiseline (piruvat). Proces, uzimajući u obzir energiju utrošenu na vlastite reakcije, daje 8 ATP molekula. Piruvat ulazi u dalje reakcije oksidacije - oksidativna dekarboksilacija i citratni ciklus (Krebsov ciklus, ciklus trikarboksilne kiseline). Kao rezultat ovih transformacija, 30 ATP molekula će se osloboditi po molekulu glukoze.
razmjena glikogena
Funkcija glikogena je skladištenje glukoze u ćelijama životinjskog organizma. Škrob obavlja istu funkciju u biljnim stanicama. Glikogen se ponekad naziva životinjski skrob. Obje supstance su polisaharidi izgrađeni od višestruko ponavljajućih ostataka glukoze. Molekul glikogena je razgranatiji i kompaktniji od molekule škroba.
Procesi metabolizma ugljikohidratnog glikogena u tijelu posebno su intenzivni u jetri i skeletnim mišićima.
Glikogen se sintetiše u roku od 1-2 sata nakon obroka kada je nivo glukoze u krvi visok. Za formiranje molekule glikogena potreban je prajmer - sjeme koje se sastoji od nekoliko ostataka glukoze. Novi ostaci u obliku UTP-glukoze se uzastopno pričvršćuju na kraj prajmera. Kada lanac naraste za 11-12 ostataka, pridružuje mu se bočni lanac od 5-6 istih fragmenata. Sada lanac koji dolazi iz prajmera ima dva kraja - dvije tačke rastamolekule glikogena. Ovaj molekul će se više puta izduživati 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 dobijena razgradnjom glikogena u mišićima koristi se samo za potrebe mišića.
Formiranje glukoze iz neugljikohidratnih prekursora - glukoneogeneza
Tijelo ima dovoljno energije pohranjene u obliku glikogena samo nekoliko sati. Nakon jednog dana gladovanja, ova supstanca ne ostaje u jetri. Stoga se dijetama bez ugljikohidrata, potpunim izgladnjivanjem ili tokom dužeg fizičkog rada održava normalan nivo glukoze u krvi zahvaljujući njenoj sintezi iz neugljikohidratnih prekursora - aminokiselina, mliječne kiseline glicerola. Sve ove reakcije se 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 sintetiše tokom gladovanja. U nedostatku hrane, proteini tkiva se razlažu na aminokiseline, masti na masne kiseline i glicerol.
Iz mliječne kiseline, glukoza se sintetiše nakon intenzivnog vježbanja, kada se akumulira u velikim količinama u mišićima i jetri tokom anaerobne glikolize. Iz mišića se mliječna kiselina prenosi u jetru, gdje se iz nje sintetiše glukoza koja se vraća u radnimišić.
Regulacija metabolizma ugljikohidrata
Ovaj proces sprovodi nervni sistem, endokrini sistem (hormoni) i na intracelularnom nivou. Zadatak regulacije je osigurati stabilan nivo glukoze u krvi. Od hormona koji regulišu metabolizam ugljikohidrata, glavni su inzulin i glukagon. Proizvode se u pankreasu.
Glavni zadatak insulina u telu je da snizi nivo glukoze u krvi. To se može postići na dva načina: povećanjem prodiranja glukoze iz krvi u ćelije tijela i povećanjem njene upotrebe u njima.
- Inzulin osigurava prodiranje glukoze u ćelije određenih tkiva - mišića i masti. Nazivaju se inzulinsko zavisne. Glukoza ulazi u mozak, limfno tkivo, crvena krvna zrnca bez sudjelovanja inzulina.
- Inzulin poboljšava upotrebu glukoze od strane ćelija:
- 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 inkorporaciju glukoze u ciklus pentoza fosfata.
Svi ostali hormoni koji regulišu metabolizam ugljenih hidrata su glukagon, adrenalin, glukokortikoidi, tiroksin, hormon rasta, ACTH. Oni povećavaju nivo glukoze u krvi. Glukagon aktivira razgradnju glikogena u jetri i sintezu glukoze iz neugljikohidrataprethodnici. Adrenalin aktivira razgradnju glikogena u jetri i mišićima.
Kršenje razmjene. Hipoglikemija
Najčešći poremećaji metabolizma ugljikohidrata su hipo- i hiperglikemija.
Hipoglikemija je stanje organizma uzrokovano niskim nivoom glukoze u krvi (ispod 3,8 mmol/l). Razlozi mogu biti: smanjenje unosa ove tvari u krv iz crijeva ili jetre, povećanje njene upotrebe u tkivima. Hipoglikemija može dovesti do:
- Patologija jetre - poremećena sinteza glikogena ili sinteza glukoze iz prekursora bez ugljikohidrata.
- Gladanje ugljikohidratima.
- Produžena fizička aktivnost.
- Patologije bubrega - poremećena reapsorpcija glukoze iz primarnog urina.
- Poremećaji probave - patologije razgradnje ugljikohidrata hrane ili procesa apsorpcije glukoze.
- Patologije endokrinog sistema - višak insulina ili nedostatak hormona štitnjače, glukokortikoida, hormona rasta (GH), glukagona, kateholamina.
Ekstremna manifestacija hipoglikemije je hipoglikemijska koma, koja se najčešće razvija kod pacijenata sa dijabetes melitusom tipa I uz predoziranje insulinom. Nizak nivo glukoze u krvi dovodi do kisika i energetskog gladovanja mozga, što uzrokuje karakteristične simptome. Karakterizira ga izuzetno brz razvoj - ako se ne preduzmu potrebne radnje u roku od nekoliko minuta, osoba će izgubiti svijest i može umrijeti. Tipično, dijabetičari mogu prepoznati znakove pada nivoa glukoze.krv i znaj šta da radiš - popij čašu slatkog soka ili pojedi slatku lepinju.
Hiperglikemija
Druga vrsta poremećaja metabolizma ugljikohidrata je hiperglikemija - stanje organizma uzrokovano uporno visokim nivoom glukoze u krvi (iznad 10 mmol/l). Razlozi mogu biti:
- patologija endokrinog sistema. 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 je najčešće autoimune prirode. Dijabetes melitus tipa II razvija se uz normalnu proizvodnju inzulina, pa se naziva inzulinsko neovisan; ali insulin ne obavlja svoju funkciju - ne prenosi glukozu u ćelije mišića i masnog tkiva.
- neuroze, stres aktiviraju proizvodnju hormona - adrenalina, glukokortikoida, štitne žlezde, koji povećavaju razgradnju glikogena i sintezu glukoze iz neugljikohidratnih prekursora u jetri, inhibiraju sintezu glikogena;
- patologija jetre;
- prejedanje.
U biohemiji, metabolizam ugljikohidrata je jedna od najzanimljivijih i najopsežnijih tema za proučavanje i istraživanje.
