Carbohidrații sunt un grup extins de substanțe organice care, împreună cu proteinele și grăsimile, formează baza corpului uman și animal. Carbohidrații sunt prezenți în fiecare celulă a corpului și îndeplinesc o varietate de funcții. Moleculele mici de carbohidrați, reprezentate în principal de glucoză, se pot deplasa în tot corpul și pot îndeplini o funcție energetică. Moleculele mari de carbohidrați nu se mișcă și îndeplinesc în principal o funcție de construcție. Din alimente, o persoană extrage doar molecule mici, deoarece numai ele pot fi absorbite în celulele intestinale. Molecule mari de carbohidrați pe care organismul trebuie să le construiască singur. Totalitatea tuturor reacțiilor de descompunere a carbohidraților din alimente în glucoză și sinteza de noi molecule din aceasta, precum și alte numeroase transformări ale acestor substanțe în organism, se numește metabolismul carbohidraților în biochimie.
Clasificare
În funcție de structură, există mai multe grupuri de carbohidrați.
Monozaharidele sunt molecule mici care nu sunt descompuse în tractul digestiv. Acestea sunt glucoză, fructoză, galactoză.
Disaharidele sunt molecule mici de carbohidrați care sunt descompuse în două monozaharide în tractul digestiv. De exemplu, lactoză - pentru glucoză și galactoză, zaharoză - pentru glucoză și fructoză.
Polizaharidele sunt molecule mari formate din sute de mii de reziduuri de monozaharide (în principal glucoză) legate între ele. Acesta este amidon, glicogen din carne.
Carbohidrați și diete
Timpul de descompunere a polizaharidelor în tractul digestiv este diferit, în funcție de capacitatea acestora de a se dizolva în apă. Unele polizaharide se descompun rapid în intestine. Apoi, glucoza obținută în timpul degradarii lor intră rapid în fluxul sanguin. Astfel de polizaharide sunt numite „rapide”. Altele se dizolvă mai rău în mediul acvatic al intestinului, astfel încât se descompun mai încet, iar glucoza intră în sânge mai încet. Astfel de polizaharide sunt numite „lent”. Unele dintre aceste elemente nu sunt deloc descompuse în intestine. Se numesc fibre alimentare insolubile.
De obicei, sub denumirea de „carbohidrați lenți sau rapizi” ne referim nu la polizaharidele în sine, ci la alimentele care le conțin în cantități mari.
Lista carbohidraților - rapid și lenți, este prezentată în tabel.
| Carbohidrați rapizi | Carbohidrați lenți |
| cartofi prăjiți | Pâine cu tărâțe |
| Pâine albă | Boabe de orez neprelucrate |
| Piure de cartofi | Mazăre |
| Miere | Făină de ovăz |
| morcovi | terci de hrișcă |
| Fulgi de porumb | Pâine cu tărâțe de secară |
| Zahăr | Suc de fructe proaspăt stors, fără zahăr |
| Muesli | Paste integrale |
| Ciocolată | Fasole roșie |
| Cartofi fierti | Lactate |
| Biscuit | Fructe proaspete |
| Porumb | Ciocolată amară |
| Orez alb | Fructoză |
| Pâine neagră | Soia |
| Sfecla | Legume verzi, roșii, ciuperci |
| banane | - |
| Jam | - |
Când alege produse pentru o dietă, un nutriționist se bazează întotdeauna pe o listă de carbohidrați rapizi și lenți. Postul rapid în combinație cu grăsimi într-un singur produs sau masă duce la depunerea de grăsime. De ce? Creșterea rapidă a glicemiei stimulează producția de insulină, care oferă organismului un depozit de glucoză, inclusiv calea pentru formarea grăsimii din aceasta. Drept urmare, atunci când mănânci prăjituri, înghețată, cartofi prăjiți, se îngrașă foarte repede.
Digestie
Din punct de vedere al biochimiei, metabolismul carbohidraților are loc în trei etape:
- Digestia. Începe în gură în timpul mestecării alimentelor.
- Metabolismul corect al carbohidraților.
- Educația produselor finale de schimb.
Carbohidrații sunt baza dietei umane. Conform formuleinutriție rațională, în compoziția alimentelor ar trebui să fie de 4 ori mai multe decât proteinele sau grăsimile. Nevoia de carbohidrați este individuală, dar, în medie, o persoană are nevoie de 300-400 g pe zi. Dintre acestea, aproximativ 80% sunt amidon în compoziția cartofilor, pastelor, cerealelor și 20% sunt carbohidrați rapizi (glucoză, fructoză).
Schimbul de carbohidrați în organism începe și în cavitatea bucală. Aici, enzima salivară amilaza acționează asupra polizaharidelor - amidon și glicogen. Amilaza hidrolizează (descompune) polizaharidele în fragmente mari - dextrine, care intră în stomac. Nu există enzime care să acționeze asupra carbohidraților, așa că dextrinele din stomac nu se modifică în niciun fel și trec mai departe de-a lungul tubului digestiv, pătrunzând în intestinul subțire. Aici, mai multe enzime acționează asupra carbohidraților. Amilaza sucului pancreatic hidrolizează dextrinele în m altoză dizaharidă.
Enzimele specifice sunt secretate de celulele intestinului însuși. Enzima m altaza hidrolizează m altoza în monozaharidă glucoză, lactaza hidrolizează lactoza în glucoză și galactoză, iar zaharaza hidrolizează zaharoza în glucoză și fructoză. Monozele rezultate sunt absorbite din intestine în sânge și prin vena portă intră în ficat.
Rolul ficatului în metabolismul carbohidraților
Acest organ menține un anumit nivel de glucoză în sânge datorită reacțiilor de sinteză și de descompunere a glicogenului.
Reacțiile de interconversie a monozaharidelor au loc în ficat - fructoza și galactoza sunt transformate în glucoză, iar glucoza poate fi transformată în fructoză.
Reacțiile de gluconeogeneză au loc în acest organ -sinteza glucozei din precursori non-carbohidrați - aminoacizi, glicerol, acid lactic. De asemenea, neutralizează hormonul insulină cu ajutorul enzimei insulinază.
Metabolismul glucozei
Glucoza joacă un rol cheie în biochimia metabolismului carbohidraților și în metabolismul general al organismului, deoarece este principala sursă de energie.
Nivelul de glucoză din sânge este o valoare constantă și este de 4 - 6 mmol / l. Principalele surse ale acestui element în sânge sunt:
- Carbohidrați alimentari.
- glicogen hepatic.
- Aminoacizi.
Glucoza este consumată în organism pentru:
- generare de energie,
- Sinteza glicogenului în ficat și mușchi,
- sinteza aminoacizilor,
- sinteza grăsimilor.
Sursă naturală de energie
Glucoza este o sursă universală de energie pentru toate celulele corpului. Energia este necesară pentru a-ți construi propriile molecule, contracția musculară, generarea de căldură. Secvența reacțiilor de conversie a glucozei care duc la eliberarea de energie se numește glicoliză. Reacțiile de glicoliză pot avea loc în prezența oxigenului, apoi se vorbește de glicoliză aerobă, sau în condiții lipsite de oxigen, atunci procesul este anaerob.
În timpul procesului anaerob, o moleculă de glucoză este transformată în două molecule de acid lactic (lactat) și se eliberează energie. Glicoliza anaerobă oferă puțină energie: dintr-o moleculă de glucoză se obțin două molecule de ATP - o substanță ale cărei legături chimice acumulează energie. În acest fel de a obțineenergia este folosită pentru munca pe termen scurt a mușchilor scheletici - de la 5 secunde la 15 minute, adică în timp ce mecanismele de alimentare cu oxigen a mușchilor nu au timp să se pornească.
În timpul reacțiilor de glicoliză aerobă, o moleculă de glucoză este transformată în două molecule de acid piruvic (piruvat). Procesul, ținând cont de energia cheltuită pentru propriile reacții, dă 8 molecule de ATP. Piruvatul intră în reacții de oxidare ulterioare - decarboxilarea oxidativă și ciclul citratului (ciclul Krebs, ciclul acidului tricarboxilic). Ca rezultat al acestor transformări, vor fi eliberate 30 de molecule de ATP per moleculă de glucoză.
Schimb de glicogen
Funcția glicogenului este stocarea glucozei în celulele unui organism animal. Amidonul îndeplinește aceeași funcție în celulele vegetale. Glicogenul este uneori numit amidon animal. Ambele substanțe sunt polizaharide construite din reziduuri de glucoză care se repetă și se multiplică. Molecula de glicogen este mai ramificată și mai compactă decât molecula de amidon.
Procesele de metabolizare din organism a glicogenului carbohidrat sunt deosebit de intense la nivelul ficatului și mușchilor scheletici.
Glicogenul este sintetizat în decurs de 1-2 ore după masă, când nivelurile de glucoză din sânge sunt ridicate. Pentru formarea unei molecule de glicogen, este necesar un primer - o sămânță constând din mai multe reziduuri de glucoză. Noile reziduuri sub formă de UTP-glucoză sunt atașate secvenţial la capătul primerului. Când lanțul crește cu 11-12 reziduuri, se alătură un lanț lateral de 5-6 fragmente din aceleași. Acum, lanțul care vine de la grund are două capete - două puncte de creșteremolecule de glicogen. Această moleculă se va alungi și se va ramifica în mod repetat atâta timp cât rămâne o concentrație mare de glucoză în sânge.
Între mese, glicogenul se descompune (glicogenoliza), eliberând glucoză.
Obținut din descompunerea glicogenului hepatic, intră în sânge și este folosit pentru nevoile întregului organism. Glucoza obținută din descompunerea glicogenului în mușchi este folosită numai pentru nevoile mușchilor.
Formarea glucozei din precursori non-carbohidrați - gluconeogeneză
Corpul are suficientă energie stocată sub formă de glicogen doar pentru câteva ore. După o zi de foame, această substanță nu rămâne în ficat. Prin urmare, cu diete fără carbohidrați, înfometare completă sau în timpul muncii fizice prelungite, nivelul normal de glucoză din sânge este menținut datorită sintezei sale din precursori non-carbohidrați - aminoacizi, glicerol acid lactic. Toate aceste reacții apar în principal în ficat, precum și în rinichi și mucoasa intestinală. Astfel, procesele de metabolism al carbohidraților, grăsimilor și proteinelor sunt strâns legate între ele.
Din aminoacizi și glicerol, glucoza este sintetizată în timpul înfometării. În absența alimentelor, proteinele tisulare se descompun în aminoacizi, grăsimile în acizi grași și glicerol.
Din acidul lactic, glucoza este sintetizata dupa efort intens, cand se acumuleaza in cantitati mari in muschi si ficat in timpul glicolizei anaerobe. Din mușchi, acidul lactic este transferat în ficat, unde este sintetizată glucoza, care este returnată la funcționare.mușchi.
Reglarea metabolismului carbohidraților
Acest proces este realizat de sistemul nervos, sistemul endocrin (hormoni) și la nivel intracelular. Sarcina reglementării este de a asigura un nivel stabil de glucoză în sânge. Dintre hormonii care reglează metabolismul carbohidraților, principalii sunt insulina și glucagonul. Sunt produse în pancreas.
Sarcina principală a insulinei în organism este de a scădea nivelul glucozei din sânge. Acest lucru se poate realiza în două moduri: prin creșterea pătrunderii glucozei din sânge în celulele corpului și prin creșterea utilizării acesteia în acestea.
- Insulina asigură pătrunderea glucozei în celulele anumitor țesuturi – mușchi și grăsimi. Ele sunt numite dependente de insulină. Glucoza pătrunde în creier, în țesutul limfatic, în celulele roșii din sânge fără participarea insulinei.
- Insulina îmbunătățește utilizarea glucozei de către celule prin:
- Activarea enzimelor de glicoliză (glucokinaza, fosfofructokinaza, piruvat kinaza).
- Activarea sintezei glicogenului (datorită conversiei crescute a glucozei în glucozo-6-fosfat și stimulării glicogen sintetazei).
- Inhibarea enzimelor gluconeogenezei (piruvat carboxilază, glucozo-6-fosfatază, fosfoenolpiruvat carboxikinaza).
- Crește încorporarea glucozei în ciclul pentozei fosfat.
Toți ceilalți hormoni care reglează metabolismul carbohidraților sunt glucagonul, adrenalina, glucocorticoizii, tiroxina, hormonul de creștere, ACTH. Acestea cresc nivelul de glucoză din sânge. Glucagonul activează descompunerea glicogenului în ficat și sinteza glucozei din non-carbohidrațipredecesorii. Adrenalina activează descompunerea glicogenului în ficat și mușchi.
Încălcări ale schimbului. Hipoglicemie
Cele mai frecvente tulburări ale metabolismului carbohidraților sunt hipoglicemia și hiperglicemia.
Hipoglicemia este o stare a organismului cauzată de un nivel scăzut al glucozei din sânge (sub 3,8 mmol/l). Motivele pot fi: o scădere a aportului acestei substanțe în sânge din intestin sau ficat, o creștere a utilizării acesteia de către țesuturi. Hipoglicemia poate duce la:
- Patologia ficatului - deteriorarea sintezei glicogenului sau a sintezei glucozei din precursori non-carbohidrați.
- Infometare de carbohidrați.
- Activitate fizică prelungită.
- Patologii ale rinichilor - afectarea reabsorbției glucozei din urina primară.
- Tulburări de digestie - patologii ale defalcării carbohidraților din alimente sau ale procesului de absorbție a glucozei.
- Patologii ale sistemului endocrin - exces de insulină sau lipsă de hormoni tiroidieni, glucocorticoizi, hormon de creștere (GH), glucagon, catecolamine.
Manifestarea extremă a hipoglicemiei este coma hipoglicemică, care se dezvoltă cel mai adesea la pacienții cu diabet zaharat de tip I cu supradozaj de insulină. Scăderea glicemiei duce la lipsa de oxigen și energie a creierului, ceea ce provoacă simptome caracteristice. Se caracterizează printr-o dezvoltare extrem de rapidă - dacă acțiunile necesare nu sunt luate în câteva minute, o persoană își va pierde cunoștința și poate muri. De obicei, pacienții diabetici sunt capabili să recunoască semnele unei scăderi a nivelului de glucoză.sânge și știi ce să faci - bea un pahar de suc dulce sau mănâncă o chiflă dulce.
Hiperglicemie
Un alt tip de tulburare a metabolismului carbohidraților este hiperglicemia - o stare a organismului cauzată de un nivel crescut persistent al glicemiei (peste 10 mmol/l). Motivele pot fi:
- patologia sistemului endocrin. Cea mai frecventă cauză a hiperglicemiei este diabetul zaharat. Distingeți diabetul de tip I și diabetul de tip II. În primul caz, cauza bolii este deficitul de insulină cauzat de deteriorarea celulelor pancreatice care secretă acest hormon. Înfrângerea glandei este cel mai adesea de natură autoimună. Diabetul zaharat de tip II se dezvoltă cu producție normală de insulină, de aceea se numește non-insulinodependent; dar insulina nu își îndeplinește funcția - nu transportă glucoza în celulele musculare și ale țesutului adipos.
- nevroza, stresul activează producția de hormoni - adrenalină, glucocorticoizi, glanda tiroidă, care cresc descompunerea glicogenului și sinteza glucozei din precursori non-carbohidrați în ficat, inhibă sinteza glicogenului;
- patologie hepatică;
- supraalimentare.
În biochimie, metabolismul carbohidraților este unul dintre cele mai interesante și ample subiecte de studiu și cercetare.
