Среда18 июля
Образование

Биохимия, обмен углеводов: понятие и значение

9 июля 2018

Углеводы – обширная группа органических веществ, которые вместе с белками и жирами составляют основу организма человека и животных. Углеводы присутствуют в каждой клетке организма, выполняют разнообразные функции. Небольшие молекулы углеводов, представленные, в основном, глюкозой, могут перемещаться по всему организму и выполнять энергетическую функцию. Крупные молекулы углеводов не перемещаются и выполняют, в основном, строительную функцию. Из пищи человек извлекает только мелкие молекулы, так как только они могут всосаться в клетки кишечника. Крупные же молекулы углеводов организму приходится строить самому. Совокупность всех реакций по расщеплению углеводов пищи до глюкозы и синтезу из нее новых молекул, а также другие многочисленные превращения этих веществ в организме, называют в биохимии обменом углеводов.

Классификация

В зависимости от строения, различают несколько групп углеводов.

Моносахариды – мелкие молекулы, которые не расщепляются в пищеварительном тракте. Это глюкоза, фруктоза, галактоза.

Классификация углеводов

Дисахариды – мелкие молекулы углеводов, которые в пищеварительном тракте расщепляются на два моносахарида. Например, лактоза – на глюкозу и галактозу, сахароза – на глюкозу и фруктозу.

Полисахариды – крупные молекулы, состоящие из сотен тысяч остатков моносахаридов (в основном, глюкозы), соединенных между собой. Это крахмал, гликоген мяса.

Углеводы и диеты

Время расщепления полисахаридов в пищеварительном тракте отличается, что зависит от их способности растворяться в воде. Одни полисахариды расщепляются в кишечнике быстро. Тогда глюкоза, полученная при их распаде, быстро попадает в кровь. Такие полисахариды называют «быстрыми». Другие хуже растворяются в водной среде кишечника, поэтому медленнее расщепляются, а глюкоза медленнее поступает в кровь. Такие полисахариды называют «медленными». Некоторые из этих элементов вообще не расщепляются в кишечнике. Их называют нерастворимыми пищевыми волокнами.

метаболизм углеводов

Обычно под названием «медленные или быстрые углеводы» имеются в виду не сами полисахариды, а продукты, которые их содержат в большом количестве.

Список углеводов – быстрых и медленных, представлен в таблице.

Быстрые углеводы Медленные углеводы
жареный картофель Хлеб с отрубями
Белый хлеб Необработанные зерна риса
Картофельное пюре Горох
Мед Овсяные хлопья
Морковь Гречневая каша
Кукурузные хлопья Ржаной хлеб с отрубями
Сахар Свежевыжатый фруктовый сок без сахара
Мюсли Макароны из муки грубого помола
Шоколад Красная фасоль
Вареный картофель Молочные продукты
Бисквит Свежие фрукты
Кукуруза Горький шоколад
Белый рис Фруктоза
Черный хлеб Соя
Свекла Зеленые овощи, помидоры, грибы
Бананы -
Джем -

При выборе продуктов для составления рациона диетолог всегда опирается на список быстрых углеводов и медленных. Быстрые в сочетании с жирами в одном продукте или приеме пищи приводят к отложению жира. Почему? Быстрое повышение содержания глюкозы в крови стимулирует выработку инсулина, который обеспечивает запас глюкозы в организме, включая и путь образования из нее жира. В результате при поедании пирожных, мороженого, жареной картошки вес набирается очень быстро.

Видео по теме

Переваривание

С точки зрения биохимии, обмен углеводов проходит в три этапа:

  • Пищеварение.Оно начинается еще в ротовой полости в процессе пережевывания пищи.
  • Собственно метаболизм углеводов.
  • Образование конечных продуктов обмена.

Углеводы – основа пищевого рациона человека. Согласно формуле рационального питания, в составе пищи их должно быть в 4 раза больше, чем белков или жиров. Потребность в углеводах индивидуальна, но, в среднем, человеку необходимо 300-400 г в сутки. Из них около 80% приходится на крахмал в составе картофеля, макарон, круп и 20% - на быстрые углеводы (глюкоза, фруктоза).

Схема переваривания углеводов

Обмен углеводов в организме также начинается в ротовой полости. Здесь на полисахариды – крахмал и гликоген действует фермент слюны амилаза. Амилаза гидролизует (расщепляет) полисахариды на крупные осколки – декстрины, которые попадают в желудок. Здесь нет ферментов, действующих на углеводы, поэтому декстрины в желудке никак не изменяются и проходят дальше по пищеварительному тракту, попадая в тонкий кишечник. Здесь на углеводы действует несколько ферментов. Амилаза панкреатического сока гидролизует декстрины до дисахарида мальтозы.

Специфические ферменты секретируют клетки самого кишечника. Фермент мальтаза гидролизует мальтозу до моносахарида глюкозы, лактаза – лактозу до глюкозы и галактозы, сахараза – сахарозу до глюкозы и фруктозы. Полученные монозы всасываются из кишечника в кровь и по воротной вене попадают в печень.

Роль печени в обмене углеводов

Этот орган обеспечивает поддержание определенного уровня глюкозы в крови за счет реакций синтеза и распада гликогена.

В печени идут реакции взаимопревращений моносахаридов – фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу, а глюкоза может превратиться во фруктозу.

В этом органе идут реакции глюконеогенеза – синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников - аминокислот, глицерина, молочной кислоты. Также здесь нейтрализуется гормон инсулин с помощью фермента инсулиназы.

Метаболизм глюкозы

Глюкоза играет ключевую роль в биохимии обмена углеводов и в общем метаболизме организма, поскольку она является главным источником энергии.

Превращения глюкозы

Уровень глюкозы в крови является постоянной величиной и составляет 4 – 6 ммоль/л. Основными источниками этого элемента в крови являются:

  • Углеводы пищи.
  • Гликоген печени.
  • Аминокислоты.

Расходуется глюкоза в организме на:

  • образование энергии,
  • синтез гликогена в печени и мышцах,
  • синтез аминокислот,
  • синтез жиров.

Природный источник энергии

Глюкоза – универсальный источник энергии для всех клеток организма. Энергия необходима для построения собственных молекул, сокращения мышц, выработки тепла. Последовательность реакций превращения глюкозы, приводящих к выделению энергии, называют гликолизом. Реакции гликолиза могут идти в присутствии кислорода, тогда говорят об аэробном гликолизе, или в бескислородных условиях, тогда процесс является анаэробным.

В ходе анаэробного процесса одна молекула глюкозы превращается в две молекулы молочной кислоты (лактата) и выделяется энергия. Анаэробный гликолиз дает мало энергии: из одной молекулы глюкозы получается две молекулы АТФ – вещества, химические связи которого аккумулируют энергию. Этот способ получения энергии используется для кратковременной работы скелетных мышц – от 5 секунд до 15 минут, то есть в то время, пока механизмы снабжения мышц кислородом не успевают включиться.

В ходе реакций аэробного гликолиза одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата). Процесс с учетом трат энергии на собственные реакции дает 8 молекул АТФ. Пируват вступает в дальнейшие реакции окисления - окислительное декарбоксилирование и цитратный цикл (цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот). В результате этих превращений на молекулу глюкозы выделится 30 молекул АТФ.

Обмен гликогена

Функция гликогена – запасание глюкозы в клетках животного организма. Эту же функцию в растительных клетках выполняет крахмал. Гликоген иногда называют животным крахмалом. Оба вещества являются полисахаридами, построенными из многократно повторяющихся остатков глюкозы. Молекула гликогена более разветвленная и компактная, чем молекула крахмала.

Гранулы гликогена

Процессы обмена в организме углевода гликогена особенно интенсивно идут в печени и скелетных мышцах.

Гликоген синтезируется в течение 1-2 часов после еды, когда уровень в крови глюкозы высок. Для образования молекулы гликогена нужен праймер – затравка, состоящая из нескольких остатков глюкозы. К концу праймера последовательно присоединяются новые остатки в виде УТФ-глюкозы. Когда цепочка вырастает на 11-12 остатков, к ней присоединяется боковая цепь из 5-6 таких же фрагментов. Теперь у цепочки, идущей от праймера, есть два конца – две точки роста молекулы гликогена. Эта молекула будет многократно удлиняться и ветвиться до тех пор, пока сохраняется высокая концентрация в крови глюкозы.

Между приемами пищи гликоген распадается (гликогенолиз), освобождая глюкозу.

Полученная при распаде гликогена печени, она идет в кровь и используется для нужд всего организма. Глюкоза, полученная при распаде гликогена в мышцах, тратится на нужды только мышц.

молекула гликогена

Образование глюкозы из неуглеводных предшественников - глюконеогенез

Организму хватает энергии, запасенной в виде гликогена, только на несколько часов. Через сутки голодания этого вещества в печени не остается. Поэтому при безуглеводных диетах, полном голодании или при длительной физической работе нормальный уровень глюкозы в крови поддерживается за счет ее синтеза из неуглеводных предшественников – аминокислот, глицерина молочной кислоты. Все эти реакции протекают, в основном, в печени, а также в почках и слизистой кишечника. Таким образом, процессы обмена углеводов, жиров и белков тесно переплетены между собой.

Из аминокислот и глицерина глюкоза синтезируется при голодании. В условиях отсутствия еды распадаются белки тканей до аминокислот, жиры – до жирных кислот и глицерина.

Из молочной кислоты глюкоза синтезируется после интенсивной физической нагрузки, когда она накапливается в больших количествах в мышцах и печени в ходе анаэробного гликолиза. Из мышц молочная кислота переносится в печень, где из нее синтезируется глюкоза, которая вновь возвращается в работающую мышцу.

Регуляция углеводного обмена

Этот процесс осуществляется нервной системой, эндокринной системой (гормонами) и на внутриклеточном уровне. Задача регуляции – обеспечить стабильный уровень глюкозы в крови. Из гормонов, регулирующих процессы обмена углеводов, главными являются инсулин и глюкагон. Они вырабатываются в поджелудочной железе.

быстрые и медленные углеводы

Основная задача инсулина в организме – снижение уровня глюкозы в крови. Добиться этого можно двумя путями: увеличив проникновение глюкозы из крови в клетки организма и усилив в них ее использование.

  1. Инсулин обеспечивает проникновение глюкозы в клетки определенных тканей – мышечной и жировой. Их называют инсулинзависимыми. В мозг, лимфатическую ткань, эритроциты глюкоза попадает без участия инсулина.
  2. Инсулин усиливает использование глюкозы клетками путем:
  • Активации ферментов гликолиза (глюкокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа).
  • Активации синтеза гликогена (за счет усиления превращения глюкозы в глюкозо-6-фосфат и стимуляции гликогенсинтазы).
  • Торможения ферментов глюконеогенеза (пируваткарбоксилаза, глюкозо-6-фосфатаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа).
  • Усиления включения глюкозы в пентозофосфатный цикл.

Все остальные гормоны, регулирующие углеводный обмен – это глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды, тироксин, гормон роста, АКТГ. Они увеличивают содержание глюкозы в крови. Глюкагон активирует распад гликогена в печени и синтез глюкозы из неуглеводистых предшественников. Адреналин активирует распад гликогена в печени и мышцах.

Нарушения обмена. Гипогликемия

Самыми распространенными нарушениями обмена углеводов являются гипо- и гипергликемии.

Глюкоза в крови

Гипогликемия – состояние организма, вызванное низким уровнем глюкозы в крови (ниже 3,8 ммоль/л). Причинами могут быть: снижение поступление этого вещества в кровь из кишечника или печени, повышение его использования тканями. К гипогликемии могут привести:

  • Патологии печени – нарушение синтеза гликогена или синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников.
  • Углеводное голодание.
  • Длительная физическая нагрузка.
  • Патологии почек – нарушение обратного всасывания глюкозы из первичной мочи.
  • Нарушения пищеварения – патологии расщепления углеводов пищи или процесса всасывания глюкозы.
  • Патологии эндокринной системы – избыток инсулина или недостаток гормонов щитовидной железы, глюкокортикоидов, гормона роста (СТГ), глюкагона, катехоламинов.

Крайнее проявление гипогликемии - гипогликемическая кома, которая чаще всего развивается у больных сахарным диабетом I типа при передозировке инсулина. Низкое содержание глюкозы в крови приводит к кислородному и энергетическому голоданию мозга, что вызывает характерные симптомы. Отличается чрезвычайно быстрым развитием – если не предпринять нужных действий в течение нескольких минут, человек потеряет сознание и может погибнуть. Обычно пациенты с сахарным диабетом умеют распознавать признаки падения глюкозы в крови и знают, что нужно предпринять – выпить стакан сладкого сока или съесть сладкую булочку.

Гипергликемия

Еще одним видом нарушения углеводного обмена является гипергликемия – состояние организма, вызванное стойким высоким содержанием глюкозы в крови (выше 10 ммоль/л). Причинами могут быть:

  • патологии эндокринной системы. Самая частая причина гипергликемии – сахарный диабет. Различают сахарный диабет I и II типа. В первом случае причина болезни - дефицит инсулина, вызванный поражением клеток поджелудочной железы, секретирующих этот гормон. Поражение железы чаще всего имеет аутоиммунный характер. Сахарный диабет II типа развивается при нормальной выработке инсулина, поэтому называется инсулиннезависимым; но инсулин не выполняет свою функцию – не проводит глюкозу в клетки мышечной и жировой тканей.
  • неврозы, стрессы активируют выработку гормонов – адреналина, глюкокортикоидов, щитовидной железы, которые усиливают распад гликогена и синтез глюкозы из неуглеводных предшественников в печени, тормозят синтез гликогена;
  • патологии печени;
  • переедание.

В биохимии обмен углеводов – одна из самых интересных и обширных тем для изучения и исследований.

Источник: fb.ru
Комментарии
Ваше имя:
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить

Похожие материалы
Заочное производство в гражданском процессе. Понятие и значение заочного производства Закон
Заочное производство в гражданском процессе. Понятие и значение заочного производства

Заочное производство в гражданском процессе существует достаточно давно. В юридических изданиях оно именуется упрощенной процедурой. В течение всего этого времени данный институт зарекомендовал себя как эффективный пр...

Понятие и значение объекта преступления. Классификация объектов преступления Закон
Понятие и значение объекта преступления. Классификация объектов преступления

Понятие и значение объекта преступления закреплено как в особенной, так и в общей части УК. Объект является одним из четырёх элементов квалификации преступления, а также позволяет определить уровень общественной опасн...

Интенциональность - это что такое? Эволюция понятия и значение Новости и общество
Интенциональность - это что такое? Эволюция понятия и значение

Еще философов древности интересовали вопросы о том, что именно движет людьми при совершении тех или иных поступков. Почему один человек направляет свое внимание и чувства на какой-либо объект, а другой – на сове...

Понятие и значение финансового контроля, его цели и задачи Образование
Понятие и значение финансового контроля, его цели и задачи

Значение финансового контроля переоценить сложно. Ведь он является одной из форм проверки законности денежного потока любого звена. Наличие такого понятия обусловлено тем, что денежным средствам в любом государстве пр...

Компаративистика - это что такое? Компаративистика: определение понятия и значение Образование
Компаративистика - это что такое? Компаративистика: определение понятия и значение

Компаративистика – это наука, изучающая процессы путем их сопоставления. Слово имеет латинские корни. В буквальном переводе компаративистика – это сравнение. Рассмотрим особенност...

Состав преступления: понятие и значение (виды) Образование
Состав преступления: понятие и значение (виды)

Практически вся жизнь современного человека регулируется правом, которое являет собой совокупность легализированных моральных норм. Этот факт во многом является позитивным, так как деятельность людей координируется до...

Заемные средства - понятие и значение Финансы
Заемные средства - понятие и значение

Плодотворная финансовая деятельность любого предприятия практически невозможна без привлечения заемного капитала со стороны. Заемные средства позволяют значительно расширить объем основной деятельности субъекта, ускор...

Понятие и значение криминалистической характеристики преступлений Закон
Понятие и значение криминалистической характеристики преступлений

Криминалистика – дисциплина, в рамках которой исследуется и обобщается опыт противодействия преступности, разрабатываются средства, методы, приемы расследования, раскрытия, предотвращения противоправных действий...

Что такое компромат: определение понятия и значение в жизни общества Образование
Что такое компромат: определение понятия и значение в жизни общества

Слово «компромат» достаточно активно употребляется как в разговорной речи, так и в СМИ. Был проведен социологический опрос, в ходе которого выяснилось, что большая часть российских граждан знакомо с этим п...

Что значит байтить? Определение понятия и значение в молодежном сленге, в рэпе и в онлайн-играх жанра МОВА Новости и общество
Что значит байтить? Определение понятия и значение в молодежном сленге, в рэпе и в онлайн-играх жанра МОВА

В современном русском языке есть слова, которые были специально придуманы людьми определенной возрастной или социальной группы и используются ими при общении друг с другом. Значение и смысл этих слов понятны только эт...