Ogljikovi hidrati so obsežna skupina organskih snovi, ki skupaj z beljakovinami in maščobami tvorijo osnovo človeškega in živalskega telesa. Ogljikovi hidrati so prisotni v vsaki celici telesa in opravljajo različne funkcije. Majhne molekule ogljikovih hidratov, ki jih predstavlja predvsem glukoza, se lahko premikajo po telesu in opravljajo energetsko funkcijo. Velike molekule ogljikovih hidratov se ne premikajo in opravljajo predvsem gradbeno funkcijo. Iz hrane človek izloči le majhne molekule, saj se le te lahko absorbirajo v črevesne celice. Velike molekule ogljikovih hidratov mora telo zgraditi samo. Skupnost vseh reakcij za razgradnjo ogljikovih hidratov hrane do glukoze in sintezo novih molekul iz nje ter druge številne pretvorbe teh snovi v telesu, se v biokemiji imenuje presnova ogljikovih hidratov.
Razvrstitev
Odvisno od strukture obstaja več skupin ogljikovih hidratov.
Monosaharidi so majhne molekule, ki se ne razgradijo v prebavnem traktu. To so glukoza, fruktoza, galaktoza.
Disaharidi so majhne molekule ogljikovih hidratov, ki se v prebavnem traktu razgradijo na dva monosaharida. Na primer, laktoza - za glukozo in galaktozo, saharoza - za glukozo in fruktozo.
Polisaharidi so velike molekule, sestavljene iz več sto tisoč monosaharidnih ostankov (predvsem glukoze), povezanih med seboj. To je škrob, mesni glikogen.
Ogljikovi hidrati in diete
Čas razgradnje polisaharidov v prebavnem traktu je različen, odvisno od njihove sposobnosti raztapljanja v vodi. Nekateri polisaharidi se v črevesju hitro razgradijo. Nato glukoza, pridobljena med njihovim razpadom, hitro vstopi v krvni obtok. Takšne polisaharide imenujemo "hitri". Drugi se slabše raztopijo v vodnem okolju črevesja, zato se počasneje razgrajujejo, glukoza pa počasneje vstopa v kri. Takšni polisaharidi se imenujejo "počasni". Nekateri od teh elementov se v črevesju sploh ne razgradijo. Imenujejo se netopne prehranske vlaknine.
Navadno pod imenom "počasni ali hitri ogljikovi hidrati" ne mislimo na same polisaharide, ampak na živila, ki jih vsebujejo v velikih količinah.
Seznam ogljikovih hidratov - hitrih in počasnih, je predstavljen v tabeli.
| hitri ogljikovi hidrati | počasni ogljikovi hidrati |
| ocvrt krompir | kruh z otrobi |
| Beli kruh | Nepredelana riževa zrna |
| pire krompir | grah |
| med | Ovsena kaša |
| korenček | ajdova kaša |
| koruzni kosmiči | kruh z rženimi otrobi |
| Sladkor | Sveže stisnjen sadni sok brez sladkorja |
| Muesli | polnozrnate testenine |
| čokolada | rdeči fižol |
| Kuhan krompir | mlečni izdelki |
| biskvit | Sveže sadje |
| koruza | grenka čokolada |
| Beli riž | fruktoza |
| črni kruh | soja |
| Pesa | Zelena zelenjava, paradižnik, gobe |
| Banane | - |
| Jam | - |
Pri izbiri izdelkov za dieto se nutricionist vedno zanaša na seznam hitrih in počasnih ogljikovih hidratov. Hitro v kombinaciji z maščobami v enem izdelku ali obroku vodi do odlaganja maščobe. zakaj? Hiter dvig glukoze v krvi spodbuja proizvodnjo inzulina, ki telesu zagotavlja zalogo glukoze, vključno s potjo za tvorbo maščobe iz nje. Posledično se pri uživanju peciva, sladoleda, ocvrtega krompirja zelo hitro pridobi na teži.
prebava
Z vidika biokemije poteka presnova ogljikovih hidratov v treh fazah:
- Prebava. Začne se v ustih med žvečenjem hrane.
- Pravilna presnova ogljikovih hidratov.
- Izobraževanje končnih produktov menjave.
Ogljikovi hidrati so osnova človeške prehrane. Po formuliracionalna prehrana, v sestavi hrane mora biti 4-krat več kot beljakovin ali maščob. Potreba po ogljikovih hidratih je individualna, v povprečju pa človek potrebuje 300-400 g na dan. Od tega je približno 80 % škroba v sestavi krompirja, testenin, žit in 20 % hitrih ogljikovih hidratov (glukoza, fruktoza).
Izmenjava ogljikovih hidratov v telesu se začne tudi v ustni votlini. Tu deluje encim sline amilaza na polisaharide – škrob in glikogen. Amilaza hidrolizira (razgradi) polisaharide v velike fragmente - dekstrine, ki vstopijo v želodec. Ni encimov, ki delujejo na ogljikove hidrate, zato se dekstrini v želodcu na noben način ne spremenijo in prehajajo naprej po prebavnem traktu in vstopijo v tanko črevo. Tu na ogljikove hidrate deluje več encimov. Amilaza v soku trebušne slinavke hidrolizira dekstrine v disaharid m altozo.
Specifične encime izločajo celice samega črevesja. Encim m altaza hidrolizira m altozo v monosaharid glukozo, laktaza hidrolizira laktozo v glukozo in galaktozo, saharoza pa hidrolizira saharozo v glukozo in fruktozo. Nastale monoze se absorbirajo iz črevesja v kri in skozi portalno veno vstopijo v jetra.
Vloga jeter pri presnovi ogljikovih hidratov
Ta organ vzdržuje določeno raven glukoze v krvi zaradi reakcij sinteze in razgradnje glikogena.
Reakcije medsebojne pretvorbe monosaharidov potekajo v jetrih - fruktoza in galaktoza se pretvorita v glukozo, glukoza pa se lahko pretvori v fruktozo.
V tem organu potekajo reakcije glukoneogeneze -sinteza glukoze iz neogljikovih hidratov - aminokislin, glicerola, mlečne kisline. Prav tako nevtralizira hormon inzulin s pomočjo encima insulinaze.
presnova glukoze
Glukoza igra ključno vlogo v biokemiji presnove ogljikovih hidratov in v celotni presnovi telesa, saj je glavni vir energije.
Raven glukoze v krvi je konstantna vrednost in je 4 - 6 mmol/l. Glavni viri tega elementa v krvi so:
- Ogljikovi hidrati v hrani.
- Glikogen v jetrih.
- aminokisline.
Glukoza se v telesu porabi za:
- proizvodnja energije,
- Sinteza glikogena v jetrih in mišicah,
- sinteza aminokislin,
- sinteza maščob.
Naravni vir energije
Glukoza je univerzalni vir energije za vse telesne celice. Energija je potrebna za izgradnjo lastnih molekul, krčenje mišic, proizvodnjo toplote. Zaporedje reakcij pretvorbe glukoze, ki vodijo do sproščanja energije, se imenuje glikoliza. Reakcije glikolize lahko potekajo v prisotnosti kisika, takrat govorijo o aerobni glikolizi ali v pogojih brez kisika, potem je proces anaeroben.
Med anaerobnim procesom se ena molekula glukoze pretvori v dve molekuli mlečne kisline (laktat) in energija se sprosti. Anaerobna glikoliza zagotavlja malo energije: iz ene molekule glukoze se pridobita dve molekuli ATP - snovi, katere kemične vezi kopičijo energijo. Na ta način dobiteenergija se porabi za kratkotrajno delo skeletnih mišic - od 5 sekund do 15 minut, to je, medtem ko se mehanizmi za oskrbo mišic s kisikom nimajo časa vklopiti.
Med reakcijami aerobne glikolize se ena molekula glukoze pretvori v dve molekuli piruvične kisline (piruvat). Proces ob upoštevanju energije, porabljene za lastne reakcije, daje 8 molekul ATP. Piruvat vstopi v nadaljnje oksidacijske reakcije – oksidativno dekarboksilacijo in citratni cikel (Krebsov cikel, cikel trikarboksilne kisline). Kot rezultat teh transformacij se bo sprostilo 30 molekul ATP na molekulo glukoze.
izmenjava glikogena
Naloga glikogena je shranjevanje glukoze v celicah živalskega organizma. Škrob opravlja enako funkcijo v rastlinskih celicah. Glikogen včasih imenujemo živalski škrob. Obe snovi sta polisaharida, zgrajena iz množično ponavljajočih se ostankov glukoze. Molekula glikogena je bolj razvejana in kompaktna kot molekula škroba.
Procesi presnove ogljikovih hidratov glikogena v telesu so še posebej intenzivni v jetrih in skeletnih mišicah.
Glikogen se sintetizira v 1-2 urah po obroku, ko je raven glukoze v krvi visoka. Za tvorbo molekule glikogena je potreben temeljni premaz - seme, sestavljeno iz več ostankov glukoze. Novi ostanki v obliki UTP-glukoze so zaporedno pritrjeni na konec temeljnega premaza. Ko veriga naraste za 11-12 ostankov, se ji pridruži stranska veriga 5-6 istih fragmentov. Zdaj ima veriga, ki prihaja iz temeljnega premaza, dva konca - dve točki rastimolekule glikogena. Ta molekula se bo večkrat podaljšala in razvejala, dokler bo ostala visoka koncentracija glukoze v krvi.
Med obroki se glikogen razgradi (glikogenoliza), pri čemer se sprosti glukoza.
Pridobljeni z razgradnjo jetrnega glikogena, gre v kri in se uporablja za potrebe celotnega organizma. Glukoza, pridobljena z razgradnjo glikogena v mišicah, se uporablja samo za potrebe mišic.
Tvorba glukoze iz prekurzorjev brez ogljikovih hidratov - glukoneogeneza
Telo ima dovolj energije, shranjene v obliki glikogena le za nekaj ur. Po dnevu stradanja ta snov ne ostane v jetrih. Zato se pri dietah brez ogljikovih hidratov, popolnem stradanju ali pri dolgotrajnem fizičnem delu ohranja normalna raven glukoze v krvi zaradi njene sinteze iz predhodnikov brez ogljikovih hidratov - aminokislin, mlečnokislinskega glicerola. Vse te reakcije se pojavljajo predvsem v jetrih, pa tudi v ledvicah in črevesni sluznici. Tako so procesi presnove ogljikovih hidratov, maščob in beljakovin tesno prepleteni.
Iz aminokislin in glicerola se glukoza sintetizira med stradanjem. V pomanjkanju hrane se tkivne beljakovine razgradijo na aminokisline, maščobe v maščobne kisline in glicerol.
Iz mlečne kisline se glukoza sintetizira po intenzivni vadbi, ko se med anaerobno glikolizo kopiči v velikih količinah v mišicah in jetrih. Iz mišic se mlečna kislina prenese v jetra, kjer se iz nje sintetizira glukoza, ki se vrne v delovnomišica.
Uravnavanje presnove ogljikovih hidratov
Ta proces izvajajo živčni sistem, endokrini sistem (hormoni) in na znotrajcelični ravni. Naloga regulacije je zagotoviti stabilno raven glukoze v krvi. Od hormonov, ki uravnavajo presnovo ogljikovih hidratov, sta glavna inzulin in glukagon. Proizvajajo se v trebušni slinavki.
Glavna naloga inzulina v telesu je znižanje ravni glukoze v krvi. To je mogoče doseči na dva načina: s povečanjem prodiranja glukoze iz krvi v celice telesa in s povečanjem njene uporabe v njih.
- Inzulin zagotavlja prodiranje glukoze v celice določenih tkiv – mišic in maščob. Imenujejo se odvisne od insulina. Glukoza vstopi v možgane, limfno tkivo, rdeče krvne celice brez sodelovanja inzulina.
- Inzulin poveča porabo glukoze v celicah z:
- Aktivacija encimov glikolize (glukokinaza, fosfofruktokinaza, piruvat kinaza).
- Aktivacija sinteze glikogena (zaradi povečane pretvorbe glukoze v glukozo-6-fosfat in stimulacije glikogen sintaze).
- Zaviranje encimov glukoneogeneze (piruvat karboksilaza, glukoza-6-fosfataza, fosfoenolpiruvat karboksikinaza).
- Povečajte vgradnjo glukoze v cikel pentoznega fosfata.
Vsi drugi hormoni, ki uravnavajo presnovo ogljikovih hidratov, so glukagon, adrenalin, glukokortikoidi, tiroksin, rastni hormon, ACTH. Povečajo raven glukoze v krvi. Glukagon aktivira razgradnjo glikogena v jetrih in sintezo glukoze iz neogljikovih hidratovpredhodniki. Adrenalin aktivira razgradnjo glikogena v jetrih in mišicah.
Kršitve menjave. Hipoglikemija
Najpogostejše motnje presnove ogljikovih hidratov so hipo- in hiperglikemija.
Hipoglikemija je stanje telesa, ki ga povzroča nizka raven glukoze v krvi (pod 3,8 mmol/l). Razlogi so lahko: zmanjšanje vnosa te snovi v kri iz črevesja ali jeter, povečanje njegove uporabe v tkivih. Hipoglikemija lahko povzroči:
- Patologija jeter - motena sinteza glikogena ali sinteza glukoze iz predhodnikov brez ogljikovih hidratov.
- stradanje z ogljikovimi hidrati.
- Dolgotrajna telesna aktivnost.
- Patologije ledvic - motena reabsorpcija glukoze iz primarnega urina.
- Prebavne motnje - patologije razgradnje ogljikovih hidratov hrane ali proces absorpcije glukoze.
- Patologije endokrinega sistema - presežek inzulina ali pomanjkanje ščitničnih hormonov, glukokortikoidov, rastnega hormona (GH), glukagona, kateholaminov.
Ekstremna manifestacija hipoglikemije je hipoglikemična koma, ki se najpogosteje razvije pri bolnikih s sladkorno boleznijo tipa I ob prevelikem odmerku insulina. Nizka glukoza v krvi vodi v kisikovo in energijsko stradanje možganov, kar povzroča značilne simptome. Zanj je značilen izjemno hiter razvoj - če v nekaj minutah ne sprejmete potrebnih ukrepov, bo oseba izgubila zavest in lahko umre. Običajno so bolniki s sladkorno boleznijo sposobni prepoznati znake padca ravni glukoze.kri in veš, kaj storiti - spij kozarec sladkega soka ali pojej sladko žemljico.
hiperglikemija
Druga vrsta motenj presnove ogljikovih hidratov je hiperglikemija - stanje telesa, ki ga povzroča vztrajno visoka raven glukoze v krvi (nad 10 mmol/l). Razlogi so lahko:
- patologija endokrinega sistema. Najpogostejši vzrok hiperglikemije je diabetes mellitus. Razlikovati med sladkorno boleznijo tipa I in tipa II. V prvem primeru je vzrok bolezni pomanjkanje inzulina zaradi poškodbe celic trebušne slinavke, ki izločajo ta hormon. Poraz žleze je najpogosteje avtoimunske narave. Sladkorna bolezen tipa II se razvije z normalno proizvodnjo insulina, zato se imenuje neodvisna od insulina; vendar insulin ne opravlja svoje funkcije – ne prenaša glukoze v celice mišičnega in maščobnega tkiva.
- nevroza, stres aktivirajo proizvodnjo hormonov - adrenalina, glukokortikoidov, ščitnice, ki povečajo razgradnjo glikogena in sintezo glukoze iz neogljikovih hidratov predhodnikov v jetrih, zavirajo sintezo glikogena;
- patologija jeter;
- prenajedanje.
V biokemiji je presnova ogljikovih hidratov ena najbolj zanimivih in obsežnih tem za študij in raziskovanje.
