Biochimia surselor alimentare ale carbohidraților. Carbohidrații sunt ușor de digerat. Principalele direcții de acțiune ale insulinei

15.06.2019

GUŞĂ

Carbohidrați ai țesuturilor și alimentelor - metabolism și funcții (biochimie)

Carbohidrații fac parte din organismele vii și, împreună cu proteinele, lipidele și acizii nucleici, determină specificitatea structurii și funcționării acestora. Carbohidrații sunt implicați în multe procese metabolice, dar mai presus de toate sunt principalii furnizori de energie. Ponderea carbohidraților reprezintă aproximativ 75% din masa rației alimentare zilnice și mai mult de 50% din cantitatea zilnică de calorii necesare. Carbohidrații pot fi împărțiți în 3 grupe principale în funcție de cantitatea de monomeri constituenți ai lor: monozaharide; oligozaharide; polizaharide.

După funcție, carbohidrații pot fi împărțiți condiționat în două grupuri:

1. Carbohidrați cu funcție predominant energetică. Acestea includ glucoză, glicogen, amidon.

2. Carbohidrați cu funcție predominant structurală. Acestea includ glicoproteinele, glicolipidele, glicozaminoglicanii și fibrele din plante.

Carbohidrații au o serie de funcții importante:

1. Energie.

2. Structurale - fac parte din membrane, glucozaminoglicanii sunt continuti in tesutul conjunctiv, pentozele fac parte din acizii nucleici.

3. Metabolice - compușii din alte clase pot fi sintetizați din carbohidrați - lipide, aminoacizi etc.

4. Protectoare – fac parte din imunoglobuline.

5. Receptor – fac parte din glicoproteine, glicolipide.

6. Specific - heparină etc.

Tabelul 16.1. Carbohidrați alimentari (300 - 500 g pe zi)

Fibrele alimentare (celuloza) sunt componente ale celulelor vegetale care nu sunt descompuse de enzimele corpului animal. Componenta principală a fibrelor alimentare este celuloza. Aportul zilnic recomandat de fibre este de cel puțin 25 g.

Rolul biologic al fibrei

1. Este utilizat de microflora intestinală și își menține compoziția normală.

2. Adsorb apa si o retine in cavitatea intestinala.

3. Crește volumul fecalelor.

4. Normalizează presiunea asupra peretelui intestinal.

5. Leagă unele substanțe toxice formate în intestin și, de asemenea, adsorb radionuclizi.

Digestia carbohidraților

Saliva conține enzima α-amilaza, care scindează legăturile α-1,4-glicozidice din moleculele de polizaharide.

Digestia cea mai mare parte a carbohidraților are loc în duoden sub acțiunea enzimelor sucului pancreatic - α-amilaza, amilo-1,6-glicozidaza și oligo-1,6-glicozidaza (dextrinaza terminală).

Enzimele care descompun legăturile glicozidice din dizaharide (disaharidaze) formează complexe enzimatice localizate pe suprafața exterioară a membranei citoplasmatice a enterocitelor.

Complexul de zahăr izomaltază - hidrolizează zaharoza și izomaltoza, scindând legăturile α-1,2 - și α-1,6-glicozidice. În plus, are activitate de maltază și maltotriază, hidrolizând legăturile α-1,4-glicozidice în maltoză și maltotrioză (trizaharidă formată din amidon).

Complexul de glicoamilază - catalizează hidroliza legăturilor α-1,4 dintre resturile de glucoză din olizaharide, acționând de la capătul reducător. De asemenea, scindează legăturile din maltoză, acționând ca maltaza.

Complexul de β-glicozidază (lactaza) - scindează legăturile β-1,4-glicozidice din lactoză.

Trehalaza este, de asemenea, un complex de glicozidază care hidrolizează legăturile dintre monomerii din trehaloză, o dizaharidă găsită în ciuperci. Trehaloza constă din două resturi de glucoză legate printr-o legătură glicozidică între primii atomi de carbon anomeri.

Absorbția monozaharidelor în intestin

Absorbția monozaharidelor din intestin are loc prin difuzie facilitată cu ajutorul proteinelor purtătoare speciale (transportatori). În plus, glucoza și galactoza sunt transportate la enterocite prin transport secundar-activ dependent de gradientul de concentrație al ionilor de sodiu. Proteinele transportoare dependente de gradientul Na + asigură absorbția glucozei din lumenul intestinal în enterocit împotriva gradientului de concentrație. Concentrația de Na + necesară pentru acest transport este asigurată de Na +, K + -ATPaza, care funcționează ca o pompă, pompând Na + din celulă în schimbul K +. Spre deosebire de glucoză, fructoza este transportată printr-un sistem care este independent de gradientul de sodiu. La diferite concentrații de glucoză în lumenul intestinal, „funcționează” diferite mecanisme de transport. Datorită transportului activ, celulele epiteliale intestinale pot absorbi glucoza la o concentrație foarte scăzută în lumenul intestinal. Dacă concentrația de glucoză în lumenul intestinal este mare, atunci aceasta poate fi transportată în celulă prin difuzie facilitată. Fructoza poate fi absorbită în același mod. Rata de absorbție a glucozei și galactozei este mult mai mare decât cea a altor monozaharide.

Transportul glucozei din sânge la celule

Absorbția glucozei de către celulele din fluxul sanguin are loc și prin difuzie facilitată. În consecință, viteza fluxului transmembranar de glucoză depinde doar de gradientul concentrației sale. Excepție fac celulele musculare și ale țesutului adipos, unde difuzia facilitată este reglată de insulină.

Transportatorii de glucoză (GLUT) se găsesc în toate țesuturile. Există mai multe varietăți de GLUT, acestea sunt numerotate în ordinea în care au fost găsite. Cele 5 tipuri de GLUT descrise au o structură primară și o organizare a domeniului similare. GLUT-1 asigură un flux constant de glucoză către creier. GLUT-2 se găsește în celulele organelor care eliberează glucoză în sânge (ficat, rinichi). Cu participarea GLUT-2, glucoza este transferată în sânge din enterocite și ficat. GLUT-2 este implicat în transportul glucozei către celulele β ale pancreasului. GLUT-3 se găsește în multe țesuturi și are o afinitate mai mare pentru glucoză decât GLUT-1. De asemenea, oferă un flux constant de glucoză către celulele nervoase și alte țesuturi. GLUT-4 este principalul transportator de glucoză către celulele musculare și adipoase. GLUT-5 se găsește în principal în celulele intestinului subțire. Funcțiile sale nu sunt bine cunoscute.

Toate tipurile de GLUT pot fi găsite atât în membrana plasmatică, cât și în veziculele citosolice. GLUT-4 (într-o măsură mai mică GLUT-1) se află aproape în întregime în citoplasma celulei. Efectul insulinei asupra acestor celule duce la deplasarea veziculelor care conțin GLUT către membrana plasmatică, fuziunea cu aceasta și încorporarea transportorilor în membrană. După aceea, este posibil transportul facilitat al glucozei în aceste celule. După o scădere a concentrației de insulină în sânge, transportatorii de glucoză se deplasează din nou în citoplasmă și fluxul de glucoză în celulă se oprește.

Glucoza trece în celulele hepatice cu participarea GLUT-2, indiferent de insulină. Deși insulina nu afectează transportul glucozei, ea îmbunătățește fluxul de glucoză în hepatocit în timpul digestiei într-un mod indirect, inducând sinteza glucokinazei și prin urmare accelerând fosforilarea glucozei.

Transportul glucozei din urina primară la celulele tubilor renali are loc prin transport secundar-activ. Din acest motiv, glucoza poate pătrunde în celulele tubulare chiar dacă concentrația sa în urina primară este mai mică decât în celule. Glucoza este reabsorbită din urina primară aproape complet (cu 99%) în partea terminală a tubilor.

Sunt cunoscute diverse tulburări în activitatea transportatorilor de glucoză. Un defect moștenit al acestor proteine poate sta la baza diabetului zaharat non-insulino-dependent.

Digestia și absorbția carbohidraților

Patologia digestiei și absorbției carbohidraților se poate baza pe două tipuri de cauze:

1. Defecte ale enzimelor implicate în hidroliza glucidelor din intestin.

2. Tulburări de absorbție a produselor de digestie a carbohidraților în celulele mucoasei intestinale.

În ambele cazuri, apare diareea osmotică, care este cauzată de dizaharide neclivate sau monozaharide neabsorbite. Termenul „malabsorbție” se referă la absorbția insuficientă a alimentelor cu carbohidrați digerați. Dar, deoarece manifestările clinice ale digestiei și absorbției insuficiente sunt similare, termenul de „malabsorbție” se referă la ambele tipuri de tulburări.

Metabolismul fructozei

O cantitate semnificativă de fructoză, care se formează în timpul descompunerii zaharozei, înainte de a intra în sistemul venei porte, este transformată în glucoză deja în celulele intestinale. O altă parte a fructozei este absorbită de proteina purtătoare, adică. prin difuzie facilitată.

Există două căi posibile pentru conversia fructozei, principala fiind fosforilarea acesteia la primul atom de carbon de către enzima fructokinaza pentru a forma fructoză-1-fosfat.

A doua modalitate de transformare a fructozei este fosforilarea celui de-al șaselea atom de carbon de către hexokinază pentru a forma fructoză-6-fosfat, care este apoi izomerizat în glucoză-6-fosfat. Cu toate acestea, afinitatea pentru glucoză în hexokinază este de 20 de ori mai mare decât pentru fructoză, deci acest proces este slab.

Tulburările ereditare ale metabolismului fructozei sunt posibile din cauza defectelor a două enzime.

1. Fructozuria esențială se observă cu un defect al fructokinazei hepatice. Fosforilarea fructozei este afectată, care se manifestă prin creșterea conținutului de fructoză în sânge (fructozemie) și excreția acesteia în urină (fructozurie). Boala este asimptomatică.

2. Intoleranța ereditară la fructoză este o consecință a unui defect determinat genetic în enzima aldolază fructoză-1-fosfat. Se manifestă prin convulsii, vărsături, hipoglicemie, leziuni hepatice, renale și cerebrale. Fatal. Hipoglicemia este o consecință a inhibării de către fructoză-1-fosfat, acumulând în sânge și țesuturi, enzime de fosforilază, aldolază, fructoză-1,6-difosfat, fosfoglucomutaza, care perturbă aprovizionarea cu energie a celulelor.

Metabolismul galactozei

Galactoza se formează în intestin ca urmare a hidrolizei lactozei.

Tulburarea metabolismului galactozei se manifestă printr-o boală ereditară - galactozemie. Este o consecință a unui defect congenital al enzimei hexozo-1-fosfat-uridililtransferaza. Galactozemia se manifestă la scurt timp după naștere, de îndată ce bebelușul începe să primească lapte, sub formă de vărsături, diaree, deshidratare, scădere în greutate, icter. Concentrația de galactoză și galactoză-1-fosfat crește în sânge, urină și țesuturi. La scurt timp după naștere, cataracta cristalinului, hepatomegalie, leziuni renale și cerebrale, se dezvoltă, în cazuri severe, moartea este posibilă.

În cazuri mult mai rare, cauza dezvoltării galactozemiei poate fi defecte ereditare ale altor enzime ale metabolismului galactozei - galactokinaza și UDP-glucoză-4-epimeraza. Manifestările clinice ale acestor defecte sunt mai puțin pronunțate.

Metabolismul lactozei

Lactoza, o dizaharidă care se găsește numai în lapte, este compusă din galactoză și glucoză. Lactoza este sintetizată numai de celulele secretoare ale glandelor de mamifere în timpul alăptării. Este prezent în lapte într-o cantitate de 2% până la 6%, în funcție de specia de mamifere.

Sinteza lactozei se bazează pe glucoză și UDP-galactoză. Datorită acțiunii reversibile a enzimei UDP-glucoză-4-epimeraza are loc interconversia:

UDP-glucoză ↔ UDP-galactoză.

lactoza sintetaza

UDP-galactoză + glucoză → lactoză + UDP.

Lactoza sintetaza este formată din două subunități: catalitică și modificatoare. Subunitatea modificatoare este α-lactalbumina.

Tulburările digestiei lactozei în intestin pot fi ereditare și dobândite. Deficitul ereditar de lactază este relativ rar. După administrarea de lapte, vărsături, diaree, crampe abdominale și dureri, se observă flatulență. Simptomele apar imediat după naștere. Al doilea tip al acestei patologii este deficitul de lactază datorat scăderii exprimării genei enzimei în ontogeneză. Tipic pentru adulți și copii mai mari. Este o consecință a scăderii cantității de lactază asociată cu vârsta. Simptomele intoleranței la lapte sunt similare cu forma moștenită a deficienței de lactoză. În plus, este izolat deficitul de lactază de natură secundară, care poate fi cauzat de boli intestinale, intervenții chirurgicale gastrointestinale.

Carbohidrații reprezintă un grup mare 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, în principal glucoza, pot călători în tot corpul și pot îndeplini funcții energetice. Moleculele mari de carbohidrați nu se mișcă și în principal îndeplinesc o funcție de construcție. O persoană extrage doar molecule mici din alimente, deoarece numai ele pot fi absorbite în celulele intestinale. Organismul trebuie să construiască singur molecule mari de carbohidrați. Setul tuturor reacțiilor pentru descompunerea carbohidraților din alimente în glucoză și sinteza de noi molecule din aceasta, precum și numeroase alte transformări ale acestor substanțe în organism, se numesc metabolismul carbohidraților în biochimie.

Clasificare

În funcție de structură, se disting mai multe grupe de carbohidrați.

Monozaharidele sunt molecule mici care nu sunt descompuse în tractul digestiv. Acestea sunt glucoza, fructoza, galactoza.

Dizaharidele sunt molecule mici de carbohidrați care sunt descompuse în două monozaharide în tractul digestiv. De exemplu, lactoza - pentru glucoza si galactoza, zaharoza - pentru glucoza si fructoza.

Polizaharidele sunt molecule mari formate din sute de mii de reziduuri de monozaharide (în principal glucoză) legate între ele. 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 sunt descompuse rapid în intestin. Apoi, când se degradează, intră rapid în sânge. Astfel de polizaharide sunt numite „rapide”. Altele se dizolvă mai rău în mediul apos al intestinului, prin urmare se descompun mai lent, 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, denumirea de „carbohidrați lenți sau rapizi” nu înseamnă polizaharidele în sine, ci alimentele care le conțin în cantități mari.

Lista carbohidraților - rapid și lent, este prezentată în tabel.

Carbohidrați rapizi	Carbohidrați lenți
cartofi prăjiți	Pâine de tărâțe
pâine albă	Boabele de orez neprelucrate
Piure de cartofi	Mazăre
Miere	Cereale
Morcov	Hrişcă
Fulgi de porumb	Pâine cu tărâțe de secară
Zahăr	Suc de fructe proaspat stors fara zahar
Muesli	Paste integrale
Ciocolată	fasole roșie
Cartofi fierți	Lactate
Biscuit	Fructe proaspete
Porumb	ciocolată amară
orez alb	Fructoză
Paine neagra	Soia
Sfeclă	Legume verzi, rosii, ciuperci
Banane	-
Gem	-

Atunci când alege alimente care să compună o dietă, un nutriționist se bazează întotdeauna pe o listă de carbohidrați rapizi și lenți. Postul atunci când este combinat cu grăsimi într-un singur aliment sau masă duce la depunerea grăsimilor. De ce? Creșterea rapidă a glucozei din sânge stimulează producția de insulină, care asigură organismului un aport de glucoză, inclusiv modul în care formează grăsime. Ca 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 procesului de mestecare a alimentelor.
Metabolismul propriu-zis al carbohidraților.
Formarea produselor finite de schimb.

Carbohidrații sunt baza dietei umane. Conform formulei de nutriție rațională, în compoziția alimentelor ar trebui să existe de 4 ori mai multe decât proteine sau grăsimi. Nevoia de carbohidrați este individuală, dar, în medie, o persoană are nevoie de 300-400 g pe zi. Dintre acestea, aproximativ 80% este amidon în compoziția cartofilor, pastelor, cerealelor și 20% - carbohidrați rapizi (glucoză, fructoză).

Metabolismul carbohidraților 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 la maltoză dizaharidă.

Celulele intestinului însuși sunt secretate. Enzima maltaza hidrolizează maltoza în glucoză monozaharidă, lactază - lactoză în glucoză și galactoză, zaharoza - zaharoză în glucoză și fructoză. Monozele rezultate sunt absorbite din intestin în sânge și prin vena portă intră în ficat.

Rolul ficatului în metabolismul carbohidraților

Acest organ asigură menținerea unui anumit nivel de glucoză în sânge prin reacțiile de sinteză și descompunere a glicogenului.

În ficat au loc reacții de interconversie a monozaharidelor - fructoza și galactoza sunt transformate în glucoză, iar glucoza poate fi transformată în fructoză.

În acest organ au loc reacțiile de gluconeogeneză - sinteza glucozei din precursori non-carbohidrați - aminoacizi, glicerol, acid lactic. Tot aici se neutralizeaza hormonul insulina cu ajutorul enzimei insulinaza.

Metabolismul glucozei

Glucoza joacă un rol cheie în biochimia metabolismului carbohidraților și în metabolismul general al organismului, deoarece este principala sursă de energie.

Nivelul glucozei din sânge este constant și este de 4 - 6 mmol / l. Principalele surse ale acestui element în sânge sunt:

Carbohidrați alimentari.
Glicogenul 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 vă construi propriile molecule, contracția musculară și producerea 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, atunci vorbim de glicoliză aerobă, sau în condiții anoxice, atunci procesul este anaerob.

În timpul procesului anaerob, o moleculă de glucoză este transformată în două molecule de acid lactic (lactat) și este eliberată 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. Această metodă de obținere a energiei este utilizată 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 consumul de energie 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 urmare a acestor transformări, sunt eliberate 30 de molecule de ATP per moleculă de glucoză.

Metabolismul glicogenului

Funcția glicogenului este de a stoca glucoza în celulele unui organism animal. Amidonul îndeplinește aceeași funcție în celulele vegetale. Glicogenul este uneori denumit amidon animal. Ambele substanțe sunt polizaharide construite din reziduuri repetitive de glucoză. Molecula de glicogen este mai ramificată și mai compactă decât molecula de amidon.

Procesele metabolice ale glicogenului carbohidrat din organism sunt intense în special în ficat și mușchii 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 - un primer format din mai multe reziduuri de glucoză. Noile reziduuri sub formă de UTP-glucoză sunt atașate secvenţial la capătul primerului. Când lanțul crește 11-12 reziduuri, este atașat un lanț lateral de 5-6 fragmente din aceleași. Acum, lanțul care se extinde de la primer are două capete - două puncte de creștere ale moleculei de glicogen. Această moleculă se va lungi și ramifica de multe ori atâta timp cât rămâne o concentrație mare de glucoză în sânge.

Intre mese, glicogenul se descompune (glicogenoliza) pentru a elibera glucoza.

Obținut în timpul descompunerii glicogenului hepatic, intră în fluxul sanguin și este utilizat pentru nevoile întregului organism. Glucoza, obținută din descompunerea glicogenului în mușchi, este cheltuită doar 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 post, această substanță nu rămâne în ficat. Prin urmare, cu diete fără carbohidrați, înfometare completă sau muncă fizică prelungită, nivelul normal de glucoză din sânge este menținut datorită sintezei sale din precursori non-carbohidrați - aminoacizi, glicerina acidului 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.

Glucoza este sintetizată din aminoacizi și glicerină în timpul postului. În absența alimentelor, țesuturile la aminoacizi, grăsimile la acizi grași și glicerina.

Din acidul lactic, glucoza este sintetizată după o activitate fizică intensă, când se acumulează în cantități mari în mușchi și ficat în timpul glicolizei anaerobe. Din mușchi, acidul lactic este transferat în ficat, unde din acesta este sintetizată glucoza, care este returnată mușchilor care lucrează.

Reglarea metabolismului carbohidraților

Acest proces este realizat de sistemul nervos, sistemul endocrin (hormoni) si la nivel intracelular. Sarcina reglementării este de a asigura un nivel stabil de glucoză din sânge. Dintre hormonii care reglează metabolismul carbohidraților, principalii sunt insulina și glucagonul. Ele sunt produse în pancreas.

Sarcina principală a insulinei în organism este de a reduce nivelul de glucoză 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 intră în creier, țesut limfatic, eritrocite fără participarea insulinei.
Insulina îmbunătățește utilizarea glucozei de către celule prin:

Activarea enzimelor glicolizei (glucokinaza, fosfofructokinaza, piruvat kinaza).
Activarea sintezei glicogenului (prin îmbunătățirea conversiei glucozei în glucoză-6-fosfat și stimularea glicogen sintetazei).
Inhibarea enzimelor gluconeogenezei (piruvat carboxilază, glucozo-6-fosfatază, fosfoenolpiruvat carboxikinaza).
Întărirea includerii glucozei în ciclul pentozo-fosfatului.

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 precursori non-carbohidrați. Epinefrina activează descompunerea glicogenului în ficat și mușchi.

Tulburări de schimb. Hipoglicemie

Cele mai frecvente tulburări ale metabolismului carbohidraților sunt hipoglicemia și hiperglicemia.

Hipoglicemia este o afecțiune a organismului cauzată de un nivel scăzut al glucozei din sânge (sub 3,8 mmol/l). Motivele pot fi: o scădere a fluxului acestei substanțe în sânge din intestine sau ficat, o creștere a utilizării acesteia de către țesuturi. Hipoglicemia poate fi cauzată de:

Patologia ficatului - o încălcare a sintezei glicogenului sau a sintezei glucozei din precursori non-carbohidrați.
Foamete de carbohidrați.
Patologia rinichilor - afectarea reabsorbției glucozei din urina primară.
Tulburări digestive - 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 (STH), glucagon, catecolamine.

O manifestare extremă a hipoglicemiei este coma hipoglicemică, care se dezvoltă cel mai adesea la pacienții cu diabet zaharat de tip I cu o supradoză 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, persoana își va pierde cunoștința și poate muri. De obicei, pacienții cu diabet sunt capabili să recunoască semnele unei scăderi a glicemiei și să știe ce să facă - să bea un pahar de suc dulce sau să mănânce un rulou dulce.

Hiperglicemie

Un alt tip de tulburare a metabolismului carbohidraților este hiperglicemia - o afecțiune a organismului cauzată de un nivel ridicat persistent de glucoză din sânge (peste 10 mmol / l). Motivele pot fi:

patologia sistemului endocrin. Cea mai frecventă cauză a hiperglicemiei este diabetul zaharat. Distingeți diabetul zaharat de tip I și de tip II. În primul caz, cauza bolii este deficitul de insulină cauzat de deteriorarea celulelor pancreasului 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 este numit non-insulino-dependent; dar insulina nu își îndeplinește funcția - nu conduce glucoza în celulele musculare și ale țesutului adipos.
nevrozele, 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;
patologia ficatului;
binge eating.

În biochimie, metabolismul carbohidraților este unul dintre cele mai interesante și ample subiecte de studiu și cercetare.

Digestia proteinelor

Enzimele proteolitice implicate în digestia proteinelor și peptidelor sunt sintetizate și eliberate în cavitatea tractului digestiv sub formă de zimogeni, sau zimogeni. Zimogenii sunt inactivi și nu își pot digera propriile proteine. Enzimele proteolitice sunt activate în lumenul intestinal, unde acţionează asupra proteinelor alimentare.

În sucul gastric uman, există două enzime proteolitice - pepsină și gastrixină, care sunt foarte asemănătoare ca structură, ceea ce indică formarea lor dintr-un precursor comun.

Pepsină se formează sub forma unei proenzime – pepsinogen – în celulele principale ale mucoasei gastrice. Au fost identificați mai mulți pepsinogeni similari structural, din care se formează mai multe varietăți de pepsină: pepsină I, II (IIa, IIb), III. Pepsinogenii sunt activați de acidul clorhidric, secretat de celulele parietale ale stomacului, și autocatalitic, adică cu ajutorul moleculelor de pepsină formate.

Pepsinogenul are o greutate moleculară de 40 000. Lanțul său polipeptidic include pepsină (greutate moleculară 34 000); un fragment dintr-un lanț polipeptidic, care este un inhibitor de pepsină (greutate moleculară 3100) și o polipeptidă reziduală (structurală). Inhibitorul de pepsină are proprietăți foarte bazice, deoarece constă din 8 resturi de lizină și 4 resturi de arginină. Activarea constă în scindarea a 42 de resturi de aminoacizi de la capătul N-terminal al pepsinogenului; mai întâi, polipeptida reziduală este scindată și apoi inhibitorul de pepsină.

Pepsina se referă la carboxiproteinaze care conțin reziduuri de aminoacizi dicarboxilici în centrul activ cu un pH optim de 1,5-2,5.

Substratul pepsinei sunt proteine - fie native, fie denaturate. Acestea din urmă sunt mai ușor de hidrolizat. Denaturarea proteinelor alimentare este asigurată prin gătit sau prin acțiunea acidului clorhidric. Trebuie remarcate următoarele funcțiile biologice ale acidului clorhidric:

activarea pepsinogenului;
crearea unui pH optim pentru acțiunea pepsinei și a gastrixinei în sucul gastric;
denaturarea proteinelor alimentare;
acțiune antimicrobiană.

Din efectul denaturant al acidului clorhidric si actiunea digestiva a pepsinei, proteinele intrinseci ale peretilor stomacului sunt protejate de secretia mucoasa ce contine glicoproteine.

Pepsina, fiind o endopeptidază, scindează rapid în proteine legăturile peptidice interne formate de grupările carboxil ale aminoacizilor aromatici - fenilalanină, tirozină și triptofan. Enzima mai lentă hidrolizează legăturile peptidice dintre leucină și aminoacizii dicarboxilici de tipul: în lanțul polipeptidic.

Gastrixină este aproape de pepsină în greutate moleculară (31.500). pH-ul său optim este de aproximativ 3,5. Gastrixina hidrolizează legăturile peptidice formate din aminoacizi dicarboxilici. Raportul pepsină/gastrixină din sucul gastric este de 4: 1. Cu boala ulcerului peptic, raportul se modifică în favoarea gastrixinei.

Prezența a două proteinaze în stomac, dintre care pepsina acționează într-un mediu puternic acid, iar gastrixină într-un mediu acidic, permite organismului să se adapteze mai ușor la obiceiurile nutriționale. De exemplu, alimentația cu lapte vegetal neutralizează parțial mediul acid al sucului gastric, iar pH-ul favorizează acțiunea digestivă nu a pepsinei, ci a gastrixinei. Acesta din urmă descompune legăturile din proteinele alimentare.

Pepsina și gastrixina hidrolizează proteinele într-un amestec de polipeptide (numite și albumoze și peptone). Profunzimea digestiei proteinelor în stomac depinde de durata prezenței alimentelor în acesta. Aceasta este de obicei o perioadă scurtă, astfel încât majoritatea proteinelor sunt descompuse în intestine.

Enzime proteolitice intestinale. Enzimele proteolitice intră în intestin din pancreas sub formă de zoenzime: tripsinogen, chimotripsinogen, procarboxipeptidaze A și B, proelastaza. Activarea acestor enzime are loc prin proteoliza parțială a lanțului lor polipeptidic, adică fragmentul care maschează centrul activ al proteinazelor. Formarea tripsinei este un proces cheie în activarea tuturor proenzimelor (Fig. 1).

Tripsinogenul, care provine din pancreas, este activat de enterokinază sau enteropeptidază, care este produsă de mucoasa intestinală. Enteropeptidaza este, de asemenea, secretată ca un precursor de kinazogen care este activat de proteaza biliară. Enteropeptidaza activată transformă rapid tripsinogenul în tripsină, tripsina efectuează autocataliză lentă și activează rapid toți ceilalți precursori inactivi ai proteazelor sucului pancreatic.

Mecanismul de activare a tripsinogenului este hidroliza unei legături peptidice, ducând la eliberarea hexapeptidei N-terminale, numită inhibitor de tripsină. În plus, tripsina, ruperea legăturilor peptidice din proenzimele rămase, determină formarea de enzime active. În acest caz, se formează trei tipuri de chimotripsină, carboxipeptidazele A și B și elastaza.

Proteinazele intestinale hidrolizează legăturile peptidice ale proteinelor alimentare și polipeptidelor formate după acțiunea enzimelor gastrice pentru a elibera aminoacizi. Tripsina, chimotripsinele, elastaza, fiind endopeptidaze, contribuie la ruperea legăturilor peptidice interne, scindând proteinele și polipeptidele în fragmente mai mici.

Tripsina hidrolizează legăturile peptidice formate în principal din grupările carboxil ale lizinei și argininei; este mai puțin activă în raport cu legăturile peptidice formate de izoleucină.
Chimotripsinele sunt cele mai active în raport cu legăturile peptidice, în formarea cărora sunt implicate tirozina, fenilalanina, triptofanul. În ceea ce privește specificitatea acțiunii, chimotripsina este similară cu pepsina.
Elastaza hidrolizează acele legături peptidice din polipeptidele în care se află prolina.
Carboxipeptidaza A aparține enzimelor care conțin zinc. Acesta scindează aminoacizii aromatici și alifatici C-terminal din polipeptide, în timp ce carboxipeptidaza B scindează doar reziduurile de lizină și arginină C-terminale.

Enzimele care hidrolizează peptidele sunt prezente și în mucoasa intestinală și, deși pot fi secretate în lumen, funcționează în principal intracelular. Prin urmare, hidroliza peptidelor mici are loc după ce acestea intră în celule. Printre aceste enzime se numără leucina aminopeptidaza, care este activată de zinc sau mangan, precum și de cisteină și eliberează aminoacizi N-terminali, precum și dipeptidaze, care hidrolizează dipeptidele în doi aminoacizi. Dipeptidazele sunt activate de ionii de cobalt, mangan și cisteină.

O varietate de enzime proteolitice duce la degradarea completă a proteinelor în aminoacizi liberi, chiar dacă proteinele nu au fost expuse anterior la pepsină din stomac. Prin urmare, pacienții după o intervenție chirurgicală pentru îndepărtarea parțială sau completă a stomacului își păstrează capacitatea de a asimila proteinele alimentare.

Mecanismul de digestie a proteinelor complexe

Porțiunea proteică a proteinelor complexe este digerată în același mod ca și proteinele simple. Grupările lor protetice sunt hidrolizate în funcție de structură. Componentele glucide și lipidice, după scindarea lor din partea proteică, sunt hidrolizate de enzimele amilolitice și lipolitice. Grupul porfirinei de cromoproteine nu este scindat.

De interes este procesul de scindare a nucleoproteinelor, care sunt bogate în unele produse alimentare. Componenta de acid nucleic este separată de proteină în mediul acid al stomacului. În intestin, polinucleotidele sunt hidrolizate de nucleazele intestinale și pancreatice.

ARN-ul si ADN-ul sunt hidrolizate de enzimele pancreatice - ribonucleaza (RNaza) si dezoxiribonucleaza (DNaza). RNaza pancreatică are un pH optim de aproximativ 7,5. Se scindează legăturile internucleotide interne din ARN. Acest lucru are ca rezultat fragmente de polinucleotide mai scurte și 2,3-nucleotide ciclice. Legăturile fosfodiester ciclice sunt hidrolizate de aceeași RNază sau fosfodiesterază intestinală. ADNza pancreatică hidrolizează legăturile internucleotide din ADN-ul furnizat cu alimente.

Produsele hidrolizei polinucleotidelor - mononucleotidele sunt expuse acțiunii enzimelor peretelui intestinal: nucleotidaza și nucleozidaza:

Aceste enzime au specificitate relativă de grup și hidrolizează atât ribonucleotidele și ribonucleozidele, cât și dezoxiribonucleotidele și dezoxiribonucleozidele. Nucleozidele, bazele azotate, riboza sau deoxiriboza, H3PO4 sunt absorbite.

Cei mai importanți compuși chimici ai organismelor vii sunt carbohidrații. Sunt larg răspândite în natură, în lumea vegetală constituie 70-80% pe bază de substanță uscată, la animale conținutul este mult mai mic - 2% din greutatea corporală.

Rolul lor este extrem de important, ceea ce este confirmat de diferitele funcții îndeplinite de carbohidrați...

Energia este principalul tip de combustibil celular, principala sursă de energie pentru organism. Carbohidrații sunt principala sursă de energie pentru organism, furnizând 60% din aceasta. Pentru activitatea creierului, glucoza este singurul furnizor de energie. Plastic - fac parte din membranele celulelor și formațiunilor subcelulare, sunt conținute în toate organele și țesuturile. Funcția nutrienților de rezervă: carbohidrații au capacitatea de a se acumula în organism sub formă de amidon la plante și de glicogen (ficat, mușchi) la animale.

Funcția de protecție - secrețiile vâscoase secretate de diferite glande protejează pereții organelor goale de deteriorarea mecanică și pătrunderea bacteriilor patogene.

Funcția de reglare - un carbohidrat precum fibrele este implicat în motilitatea intestinală.

O funcție specifică este conducerea impulsurilor nervoase, formarea de anticorpi.

Prin natura lor chimică, carbohidrații sunt substanțe organice formate din carbon, oxigen și hidrogen într-un raport de 1: 2: 1. Ele sunt împărțite în:

- monozaharide - zaharuri simple, formate dintr-o molecula. Printre acestea se numără trioze, tetroze, pentoze, hexoze;
- oligozaharide - molecule care conţin de la 2 până la 10 resturi de monozaharide legate prin legături glicozidice (zaharoză);
- polizaharide - glucide cu greutate moleculară mare, formate dintr-un număr mare de monozaharide (amidon, glicogen).

Polizaharidele sunt împărțite în homo- și hetero-polizaharide:

- Homopolizaharidele contin un singur tip de monozaharide;
- Heteropolizaharidele sunt complexe de diferite tipuri de monozaharide și derivații acestora (de exemplu, mucopolizaharide).

Din punct de vedere al scopului funcțional, polizaharidele pot fi împărțite și în structurale (celuloză) și de rezervă (amidon, glicogen).

Să aruncăm o privire mai atentă la aceste grupuri...

Cei mai simpli carbohidrați cu semnificație biologică includ zaharuri simple sau monozaharide cu formula C6H12O6, de exemplu, glucoză și fructoză.

Aceste două zaharuri simple diferă ușor în aranjarea atomilor lor constituenți, iar această diferență provoacă o oarecare diferență în proprietățile lor chimice.

Compușii cu aceeași formulă moleculară, dar cu aranjament diferit al atomilor se numesc izomeri.

Această structură internă a moleculei este reflectată folosind formule structurale, în care atomii sunt reprezentați prin simbolurile lor (C, H, O, etc.), iar legăturile chimice, sau forțele care țin atomii împreună, sunt reprezentate prin linii care leagă simbolurile.

Proprietățile unui compus depind de conformația sa, adică de structura sa spațială (moleculele au o structură tridimensională).

În soluție, moleculele de glucoză și alte zaharuri simple nu sunt întinse în lanțuri drepte, ci pliate în inele plate formate prin unirea a doi atomi de carbon neadiacenți printr-un atom de oxigen.

Glucoza este singura monozaharidă conținută în organismul nostru în orice cantitate semnificativă. Toți ceilalți carbohidrați pe care îi consumăm sunt transformați în glucoză în ficat.

Glucoza este o parte absolut esențială a sângelui. În mod normal, conținutul său în sângele și țesuturile mamiferelor este de aproximativ 0,1% în greutate. O ușoară creștere a glucozei în organism nu dăunează mult, în timp ce o scădere a acesteia crește excitabilitatea unor celule cerebrale, astfel încât acestea încep să răspundă la stimuli foarte slabi. Impulsurile primite de la aceste celule de catre muschi pot provoca convulsii, inconstienta si chiar moartea.

Glucoza este esentiala pentru metabolismul celulelor creierului si pentru aceasta este necesar un anumit nivel al continutului acesteia in sange. Concentrația adecvată a glucozei în sânge este menținută printr-un mecanism extrem de complex care implică sistemul nervos, ficatul, pancreasul, glandele pituitare și suprarenale.

Oligozaharide - conțin de la 2 până la 10 reziduuri de monozaharide legate prin legături glicozidice.

Moleculele de dizaharide au formula generală C12H22O11, ele sunt, parcă, compuse din două molecule de monozaharide, combinate ca urmare a eliminării unei molecule de apă. Zahărul din trestie și sfeclă sunt zaharoză - combinația unei molecule de glucoză cu o moleculă de fructoză. Sunt cunoscute și alte dizaharide, toate având aceeași formulă, dar diferă prin aranjarea atomilor în moleculă și, în legătură cu aceasta, prin unele proprietăți chimice și fizice. Maltoza, sau zahărul din malț, este compusă din două molecule de glucoză, lactoza (zahărul din lapte) care se găsește în laptele tuturor mamiferelor este formată dintr-o moleculă de glucoză și o moleculă de galactoză.

Aceste zaharuri diferă semnificativ în gradul de dulceață. Cel mai dulce zahăr comun este fructoza. Este de peste 10 ori mai dulce decât zahărul cel mai puțin dulce, lactoza. Zaharoza ocupă o poziție intermediară. Zaharina este o substanță sintetică care este mult mai dulce decât oricare dintre zaharuri; se folosește dacă este necesar pentru a da alimentelor un gust dulce fără a utiliza zahăr, precum și pentru pacienții cu diabet zaharat.

Polizaharide.

Carbohidrații, care au cele mai mari molecule, sunt polizaharide, inclusiv amidonul și celuloza, ale căror molecule sunt compuse dintr-un număr mare de grupe monozaharide, fie legate într-un singur lanț drept lung (amilază), fie formând o structură ramificată (amilopectină). Numărul de molecule de zahăr conectate într-o moleculă de amidon nu este cunoscut cu exactitate, nu este același în diferite molecule, așa că formula amidonului poate fi scrisă astfel: (C6H10O5).

Enzimele speciale - amilazele - hidrolizează amidonul și polizaharidele, împărțindu-le mai întâi în lanțuri mai scurte de zaharuri simple și apoi în monozaharide libere.

Aceste enzime catalizează reacții în care moleculele de apă par să se acopere între reziduurile de monozaharide, rupând legăturile anhidride. Amidonurile diferă prin numărul și tipul grupelor de monozaharide și sunt componente comune atât ale celulelor vegetale, cât și ale celulelor animale.

Amidonul animal - glicogen, se deosebește de amidonul vegetal prin ramificarea extrem de puternică a moleculei și solubilitatea ridicată în apă. Plantele stochează carbohidrați sub formă de amidon, animalele sub formă de glicogen; este imposibil să se acumuleze glucoză ca atare, deoarece moleculele sale mici ar difuza în afara celulelor. Amidonul și moleculele de glicogen mai mari și mai puțin solubile nu trec prin membrana plasmatică. La oameni și la alte animale superioare, glicogenul se acumulează în principal în ficat și mușchi.

Patru enzime, care acționează într-o anumită secvență, transformă cu ușurință glicogenul hepatic în glucoză, care este apoi livrată de sânge în alte părți ale corpului. Celulele majorității plantelor au pereți exteriori puternici din celuloză, o polizaharidă insolubilă a cărei moleculă, ca și amidonul, este compusă din multe molecule de glucoză. Cu toate acestea, într-o moleculă de amidon, moleculele succesive de glucoză sunt legate prin legături glicozidice, în timp ce într-o moleculă de celuloză sunt legate prin legături glicozidice și nu sunt scindate de enzimele care digeră amidonul.

În celulă, carbohidrații joacă rolul unui „combustibil” ușor de mobilizat pentru a alimenta procesele metabolice cu energie. Glucoza este în cele din urmă descompusă în dioxid de carbon și apă odată cu eliberarea de energie.

Unii carbohidrați, combinându-se cu proteinele și lipidele, formează componentele structurale ale celulelor și membranelor acestora. Riboza și deoxiriboza, zaharurile care conțin 5 atomi de carbon fac parte din acizii ribonucleici (ARN) și dezoxiribonucleici (ADN).

Metabolismul carbohidraților în corpul uman constă în principal din următoarele procese:

1. Divizarea în tractul gastrointestinal la monozaharide, di- și polizaharide furnizate cu alimente. Absorbția în sânge în intestine;
2. Sinteza și descompunerea glicogenului (ficatul);
3. Defalcarea anaerobă a glucozei: glicoliză – fără consum de oxigen;
4. Interconversia hexozelor;
5. Metabolismul aerob al piruvatului - cu consum de oxigen, ciclul Krebs;
6. Gluconeogeneza - formarea carbohidraților din alimente necarbohidrate.

Să luăm în considerare etapele metabolismului carbohidraților.

Până la 90% din monozaharidele absorbite (în principal glucoza) prin capilarele vilozităților intestinale intră în sistemul circulator și sunt livrate la ficat cu flux sanguin prin vena portă, restul monozaharidelor intră în sistemul venos prin căile limfatice. .

În ficat, glucoza este transformată în glicogen. Datorită capacității de a stoca glicogen, sunt create condiții pentru acumularea unei rezerve normale de carbohidrați. Odată cu creșterea costurilor energetice în organism, ca urmare a excitației sistemului nervos central, are loc de obicei o creștere a defalcării glicogenului și a formării glucozei.

Cu lipsa de oxigen, carbohidrații se descompun după tipul anaerob, iar cu saturație în oxigen, după tipul aerob.

Glicoliza este descompunerea glucozei fără consumul de oxigen, un proces enzimatic complex care are loc în țesuturile oamenilor și animalelor. Ca rezultat, glucoza este transformată în acid lactic cu formarea de compuși ai fosforului bogat în energie - ATP:

Procesul de glicoliză este catalizat de 11 enzime și are loc în citoplasma celulei.

Semnificația biologică a glicolizei este formarea de compuși ai fosforului bogat în energie.

În prima etapă a glicolizei se consumă 2 molecule de ATP (1 și 3 reacții). În a doua etapă se formează 4 molecule de ATP (reacții fosfoglicerat kinazei și piruvat kinazei). Astfel, eficiența energetică a glicolizei este de 2 molecule de ATP per 1 moleculă de glucoză, modificarea energiei libere în timpul divizării unei molecule de glucoză (acid lactic de glucoză) este de aproximativ 0,4. În procesul de glicoliză, o serie de reacții secvențiale încep cu „activarea” glucozei. Interacțiunea glucozei cu ATP, care are ca rezultat formarea de glucoză-6-fosfat și ADP, este catalizată de enzima hexokinaza.

În acest caz, este transferată doar gruparea fosfat terminală a adenozin trifosfat și rămâne adenozin difosfat (ADP).

După această reacție pregătitoare, molecula este rearanjată cu formarea de fructoză-6-fosfat, apoi transferul celei de-a doua grupe fosfat cu formarea de fructoză-1,6-difosfat (fructoză cu grupări fosfat la 1 și 6 atomi de carbon) și ADP.

Fructoza-1,6-difosfat, este scindată de enzima aldolază în două zaharuri de carbon: 3-fosfoglicerol aldehidă și dioxiacetonă fosfat, care pot fi transformate unul în celălalt sub influența enzimei trioză fosfat izomeraza.

Aldehida 3-fosfoglicerol reacționează cu un compus care conține o grupare SH pentru a forma o grupare capabilă să doneze hidrogen moleculei NAD. Produsul acestei reacții, acidul fosfogliceric, legat de grupa SH a enzimei, reacţionează apoi cu fosfatul anorganic, formând acid 1,3-difosfogliceric și o enzimă liberă cu grupa SH. Un alt produs, acidul 3-fosfogliceric, este transformat în acid 2-fosfogliceric, după care are loc formarea de fosfat cu energie înaltă prin scindarea unei molecule de apă (deshidratare). Produsul acestei reacții, acidul fosforuvic, poate dona grupa sa fosfat moleculei ADP pentru a forma ATP și acid piruvic liber. Aceasta este a doua legătură fosfat de înaltă energie formată la nivelul substratului atunci când glucoza este transformată în acid piruvic. Din fiecare moleculă de glucoză se formează 2 molecule de aldehidă 3-fosfoglicerică și astfel, în procesul de transformare a glucozei în acid piruvic, se formează 4 legături de înaltă energie. Cu toate acestea, două dintre ele sunt utilizate în procesul în sine. Prin urmare, în final obținem 2 conexiuni de mare energie.

Reacțiile 1 și 3 limitează (determină) viteza de glicoliză, sunt inhibate de ATP.

În condiții anaerobe, în absența oxigenului, care servește drept acceptor final de electroni, reacțiile de transfer de electroni se opresc de îndată ce toți acceptorii intermediari trec în starea redusă, „acceptând” tot numărul posibil de electroni. Metabolismul glucozei în aceste condiții duce la acumularea acidului piruvic, care acceptă atomi de hidrogen din nucleotidele piridinice reduse cu formarea acidului lactic și a NAD+ oxidat; această reacție este catalizată de lactat dehidrogenaza, care acționează în sens invers. Ca urmare a conversiei glucozei în acid lactic, se formează 2 legături fosfat de mare energie și în acest fel celulele, chiar și în absența oxigenului, pot primi o cantitate mică de energie. În celulele de drojdie, acidul piruvic este transformat în acetaldehidă, care poate accepta atomi de hidrogen din NADH redus pentru a forma NAD + și alcool etilic.

Sinteza glicogenului din glucoză are loc în mai multe etape.

În primul rând, glucoza este fosforilată de ATP și transformată în glucoză-6-fosfat. Această reacție este catalizată de glucokinază.

În plus, glucoza-6-fosfatul este transformat în glucoză-1-fosfat (fosfoglucomutaza). Glucoza 1-fosfat reacționează cu uridin trifosfat (UTP) pentru a forma uridin fosfoglucoză. Reziduul de glucoză al glucozei UDP este utilizat pentru a prelungi molecula de glicogen, iar UDP-ul eliberat este fosforilat de ATP și transformat în UTP. Astfel, procesul de sinteză a glicogenului continuă cu cheltuirea energiei eliberate în timpul descompunerii ATP.

Calea de degradare predominantă este calea fosforolitică.

Glicogenoliza este descompunerea glicogenului în glucoză-6-fosfat, care poate fi implicat în procesul de glicoliză:

1) glicogenul se descompune în glucoză-1-fosfat. Cu participarea enzimei fosforilază;
2) În plus, glucoza-1-fosfat sub acțiunea fosfoglucomutazei este transformată în glucoză-6-fosfat, transformările ulterioare merg în două direcții.

Fructoza care intră în ficat este fosforilată de ATP cu participarea fructokinazei, ducând la formarea fructozei-1-fosfat, apoi, sub acțiunea aldolazei, este împărțită în două trioze și apoi transformată în acid piruvic.

Descompunerea și sinteza glicogenului în ficat, aceste 2 procese asigură constanta concentrației de zahăr din sânge.

Relația dintre sinteza și dezintegrare este reglată de calea neuro-umorală. ACTH, glucocorticoizii și insulina cresc glicogenul hepatic.

Adrenalina, glucagonul, hormonul de creștere hipofizar și tiroxina stimulează descompunerea glicogenului. carbohidrați anaerobi biologici

Mecanismul de acțiune al acestor hormoni nu este același...

Insulina inhibă glucoza-6-fosfataza, favorizând acumularea de glicogen.

Glucocorticoizii cresc indirect cantitatea de glicogen din ficat, ajutând la transformarea proteinelor și grăsimilor în carbohidrați.

ACTH stimulează sinteza glicogenului prin cortexul suprarenal.

Epinefrina și glucogonul provoacă descompunerea glicogenului prin activarea fosforilazei.

Hormonul de creștere al glandei pituitare reduce cantitatea de glicogen din ficat prin stimularea indirectă a secreției de glucogon de către pancreas.

Gluconeogeneza este sinteza glucozei din componente non-carbohidrate, cum ar fi acidul lactic sau acidul piruvic.

Curge în celulele ficatului și rinichilor.

Majoritatea reacțiilor de gluconeogeneză sunt inversări ale reacțiilor de glicoliză.

Procesul de oxidare al aminoacizilor începe cu dezaminarea lor, adică clivajul grupării amino.

Lanțul de carbon rămas suferă transformări ulterioare și în cele din urmă intră în ciclul Krebs.

Deci, de exemplu, alanina, după dezaminare dă acid piruvic. Acidul glutamic este ketoglutaric, iar acidul aspartic este oxaloacetic. Acești 3 aminoacizi sunt implicați direct în ciclul Krebs, alți aminoacizi, pe lângă reacția de dezaminare, trebuie să sufere mai multe reacții suplimentare înainte de a putea participa la ciclul Krebs.

Literatură

1. Metzler D. Biochimie. T. 1, 2, 3. „Lumea”, 2000.
2. Leinger D. Fundamentele Biochimiei. T. 1, 2, 3. „Lumea”, 2002.
3. Frimel G. Metode imunologice. M. „Medicina”, 2007.
4. Echipamente electronice medicale pentru îngrijirea sănătăţii, M., 2001.
5. Reznikov A.G. Metode de determinare a hormonilor. Kiev „Naukova Dumka”, 2000.
6. Bredikis Yu.Yu. Eseuri despre electronica clinică. M. „Medicina”, 1999.

sunt de acord

Cap departament prof., d.m.s.

Meshchaninov V.N.

_____''_____________ 2005

Cursul numărul 7 Tematica: Digestia și absorbția carbohidraților. Metabolismul glicogenului

Facultăți: tratament-și-profilactic, medico-profilactic, pediatrie. 2 curs.

Carbohidrați - substanțe cu formula generală C m (H 2 O) n, denumirea se bazează pe presupunerea că toate conțin 2 componente - carbon și apă (secolul XIX). După numărul de monomeri, toți carbohidrații sunt împărțiți în: mono-, di-, oligo- și polizaharide.

Funcțiile carbohidraților

Monozaharîndeplinesc funcția energetică (formarea ATP) și plastică (participă la formarea de mono-, di-, oligo-, polizaharide, aminoacizi, lipide, nucleotide). Sunt fragmente de glicolipide (cerebrozide). Derivații de glucoză, glucuronidele, sunt implicați în detoxifierea xenobioticelor și inactivarea substanțelor de origine endogenă.

dizaharideîndeplinește o funcție nutrițională (lactoză din lapte).

Oligozaharide sunt fragmente de glicoproteine (enzime, proteine transportoare, proteine receptor, hormoni), glicolipide (globozide, gangliozide).

Polizaharideîndeplinesc funcții de stocare (glicogen) și structurale (GAG), participă la proliferarea și diferențierea celulelor.

Carbohidrați alimentari, norme și principii de raționalizare a cerințelor nutriționale zilnice. Rolul biologic.

Hrana umana contine in principal polizaharide - amidon, celuloza (plante), intr-o cantitate mai mica - glicogen (animale). Plantele sunt o sursa de zaharoza, in special sfecla de zahar, trestia de zahar.Lactoza provine din laptele de mamifere (in laptele de vaca pana la 5% lactoza, in laptele uman - pana la 8%). Fructele, mierea, sucurile conțin cantități mici de glucoză și fructoză. Maltoza se găsește în malț, bere.

Carbohidrații din alimente sunt pentru organismul uman în principal o sursă de monozaharide, în principal glucoză. Unele polizaharide: celuloza, substanțele pectinice, dextranii, practic nu sunt digerate la om, îndeplinesc funcția de sorbent în tractul gastrointestinal (elimină colesterolul, acizii biliari, toxinele etc.), sunt necesare pentru a stimula motilitatea intestinală și formarea. a microflorei normale.

Carbohidrații sunt o componentă indispensabilă a alimentelor, ei reprezintă 75% din masa dietei și asigură mai mult de 50% din necesarul de calorii. La un adult, necesarul zilnic de carbohidrați este de 400 g/zi, pentru celuloză și pectină până la 10-15 g/zi. Se recomanda consumul de polizaharide mai complexe si mai putine monozaharide.

Digestia carbohidraților

Digestie este procesul de hidroliză a substanţelor la formele lor asimilabile. Digestia are loc: 1). Intracelular (în lizozomi); 2). Extracelular (în tractul gastrointestinal): a). cavitate (la distanță); b). parietal (de contact).

Digestia carbohidraților în gură(cavitate)

În cavitatea bucală, alimentele sunt zdrobite prin mestecare și umezite cu salivă. Saliva este 99% apă și are de obicei un pH de 6,8. Endoglicozidaza este prezentă în salivă α -amilaza ( α -1,4-glicozidaza), scindarea legăturilor interne α-1,4-glicozidice din amidon cu formarea de fragmente mari - dextrine și o cantitate mică de maltoză și izomaltoză. Necesită Cl - ion.

Digestia carbohidraților în stomac(cavitate)

Acțiunea amilazei salivare încetează într-un mediu acid (pH<4) содержимого желудка, однако, внутри пищевого комка активность амилазы может некоторое время сохраняться. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Digestia carbohidraților în intestinul subțire(cavitate si parietale)

În duoden, conținutul acid al stomacului este neutralizat de sucul pancreatic (pH 7,5-8,0 din cauza bicarbonaților). Cu sucul pancreasului, acesta intră în intestine pancreatic α - amilază ... Această endoglicozidază hidrolizează legăturile interne α-1,4-glicozidice din amidon și dextrine pentru a forma maltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,4-glicozidică), izomaltoză (2 reziduuri de glucoză legate printr-o legătură α-1,6-). legătură glicozidică) și oligozaharide care conțin 3-8 resturi de glucoză legate prin legături α-1,4- și α-1,6-glicozidice.

Digestia maltozei, izomaltozei și oligozaharidelor are loc sub acțiunea unor enzime specifice - exoglicozidaze, care formează complexe enzimatice. Aceste complexe sunt situate pe suprafața celulelor epiteliale ale intestinului subțire și efectuează digestia parietală.

Complexul de zahăr izomaltază constă din 2 peptide, are o structură de domeniu. Peptida citoplasmatică, transmembranară se formează din prima peptidă (fixează complexul pe membrana enterocitelor) și leagă domenii și subunitatea izomaltazei. Din al doilea, subunitatea zaharazei. Subunitatea zahărului hidrolizează legăturile α-1,2-glicozidice în zaharoză, izo subunitatea maltazei - legături α-1,6-glicozidice în izomaltoză, legături α-1,4-glicozidice în maltoză și maltotrioză. Există mult complex în jejun, mai puțin în părțile proximale și distale ale intestinului.

Complexul de glicoamilază conține două subunități catalitice cu ușoare diferențe în specificitatea substratului. Hidrolizează legăturile α-1,4-glicozidice în oligozaharide (de la capătul reducător) și în maltoză. Cea mai mare activitate este în părțile inferioare ale intestinului subțire.

complex de β-glicozidază (lactază) glicoproteina, hidrolizează legăturile β-1,4-glicozidice din lactoză. Activitatea lactază depinde de vârstă. La făt este crescută mai ales în etapele târzii ale sarcinii și se menține la un nivel ridicat până la vârsta de 5-7 ani. Apoi activitatea lactază scade, reprezentând 10% din nivelul de activitate tipic copiilor la adulți.

Trehalase complex de glicozidază, hidrolizează legăturile α-1,1-glicozidice dintre glucoză din trehaloză - dizaharidă fungică.

Digestia carbohidraților se termină cu formarea de monozaharide - în principal glucoză, se formează mai puțină fructoză și galactoză și cu atât mai puțin - manoză, xiloză și arabinoză.

Absorbția carbohidraților

Monozaharidele sunt absorbite de celulele epiteliale ale jejunului și ileonului. Transportul monozaharidelor în celulele mucoasei intestinale se poate realiza prin difuzie (riboză, xiloză, arabinoză), difuzie facilitată folosind proteine purtătoare (fructoză, galactoză, glucoză) și prin transport secundar activ (galactoză, glucoză). Transportul secundar activ al galactozei și glucozei din lumenul intestinal la enterocit este efectuat de simptomul cu Na +. Prin intermediul proteinei purtătoare, Na + se mișcă de-a lungul gradientului său de concentrație și poartă carbohidrații cu el împotriva gradientului lor de concentrație. Gradientul de concentrație Na + este creat de Na + / K + -ATPaza.

La o concentrație scăzută de glucoză în lumenul intestinal, aceasta este transportată în enterocit numai prin transport activ, la o concentrație mare - prin transport activ și difuzie facilitată. Viteza de absorbție: galactoză> glucoză> fructoză> alte monozaharide. Monozaharidele sunt eliberate din enterocite către capilarele sanguine prin difuzie facilitată prin proteinele purtătoare.

Digestie afectată și absorbție a carbohidraților

Se numește digestia și absorbția insuficientă a alimentelor digerate malabsorbție ... Există două tipuri de cauze ale malabsorbției carbohidraților:

1). Defecte ereditare și dobândite ale enzimelor implicate în digestie... Sunt cunoscute defecte ereditare ale complexului de lactază, α-amilază, zaharoză-izomaltază. Fără tratament, aceste patologii sunt însoțite de disbioză cronică și dezvoltarea fizică afectată a copilului.

Tulburările digestive dobândite pot fi observate în afecțiunile intestinale, precum gastrite, colite, enterite, după intervenții chirurgicale la nivelul tractului gastrointestinal.

Deficitul de lactază la adulți poate fi asociat cu o scădere a expresiei genei lactază, care se manifestă prin intoleranță la lapte - se observă vărsături, diaree, crampe și dureri abdominale, flatulență. Frecvența acestei patologii în Europa este de 7-12%, în China - 80%, în Africa - până la 97%.

2). Deteriorarea absorbției monozaharidelor în intestin.

Malabsorbția poate rezulta dintr-un defect al oricărei componente implicate în transportul monozaharidelor prin membrană. Sunt descrise patologii asociate cu un defect al proteinei transportoare de glucoză dependentă de sodiu.

Sindromul de malabsorbție este însoțit de diaree osmotică, peristaltism crescut, spasme, durere și flatulență. Diareea este cauzată de dizaharide neclivate sau monozaharide neabsorbite în intestinul distal, precum și de acizi organici formați de microorganisme în timpul descompunerii incomplete a carbohidraților.

Transportul glucozei din sânge la celule

Glucoza intră în celule din fluxul sanguin prin difuzie facilitată cu ajutorul proteinelor purtătoare – GLUTURI. Transportatorii de glucoză GLUT sunt bazați pe domenii și se găsesc în toate țesuturile. Există 5 tipuri de GLUTES:

GLUT-1 - în principal în creier, placentă, rinichi, intestin gros;

GLUT-2 - în principal în ficat, rinichi, celule β ale pancreasului, enterocite, este prezent în eritrocite. Are un Km mare;

GLUT-3 - în multe țesuturi, inclusiv creier, placentă, rinichi. Are o afinitate mai mare pentru glucoză decât GLUT-1;

GLUT-4 - dependent de insulină, în muşchi (scheletici, cardiaci), ţesutul adipos;

GLUT-5 - mult în celulele intestinului subțire, este un purtător de fructoză.

GLUTIILE, în funcție de tip, pot fi întâlnite în principal atât în membrana plasmatică, cât și în veziculele citosolice. Transferul transmembranar de glucoză are loc numai atunci când GLUT-urile sunt prezente în membrana plasmatică. Încorporarea GLUT în membrana din veziculele citosolice are loc sub acțiunea insulinei. Odată cu scăderea concentrației de insulină din sânge, acești GLUTI se mută din nou în citoplasmă. Țesuturile în care GLUT fără insulină se află aproape în întregime în citoplasma celulelor (GLUT-4 și într-o măsură mai mică GLUT-1) sunt dependente de insulină (mușchi, țesut adipos) și țesuturi în care GLUT-urile sunt localizate predominant în plasmă. membrana (GLUT- 3) - non-insulinodependenta.

Sunt cunoscute diverse nereguli în activitatea GLUT-urilor. Un defect moștenit al acestor proteine poate sta la baza diabetului zaharat non-insulino-dependent.

Metabolizarea monozaharidelor în celulă

După absorbția în intestin, glucoza și alte monozaharide intră în vena portă și mai departe în ficat. Monosaharidele din ficat sunt transformate în glucoză sau produse ale metabolismului acesteia. O parte din glucoză din ficat este depusă sub formă de glicogen, o parte merge la sinteza de noi substanțe, iar o parte prin fluxul sanguin este trimisă către alte organe și țesuturi. În același timp, ficatul menține concentrația de glucoză din sânge la un nivel de 3,3-5,5 mmol / l.

Fosforilarea și defosforilarea monozaharidelor

În celule, glucoza și alte monozaharide care utilizează ATP sunt fosforilate în esteri fosforici: glucoză + ATP → glucoză-6f + ADP. Pentru hexoze, această reacție ireversibilă este catalizată de enzima hexokinaza, care are izoforme: în mușchi - hexokinaza II, în ficat, rinichi și celulele β pancreatice - hexokinaza IV (glucokinaza), în celulele țesuturilor tumorale - hexokinaza III. . Fosforilarea monozaharidelor duce la formarea de compuși reactivi (reacție de activare), care nu pot părăsi celula deoarece nu există proteine purtătoare corespunzătoare. Fosforilarea reduce cantitatea de glucoză liberă din citoplasmă, ceea ce facilitează difuzia acesteia din sânge în celule.

Hexokinaza II fosforilează D-glucoza, iar cu o rată mai mică, alte hexoze. Cu o afinitate mare pentru glucoză (Km<0,1 ммоль/л), гексокиназаIIобеспечивает поступление глюкозы в ткани даже при низкой концентрации глюкозы в крови. Так как гексокиназаIIингибируется глюкозо-6-ф (и АТФ/АДФ), глюкоза поступает в клетку только по мере необходимости.

Glucokinaza (hexokinaza IV) are o afinitate scăzută pentru glucoză (Km - 10 mmol/l), este activă în ficat (și rinichi) cu o creștere a concentrației de glucoză (în timpul digestiei). Glucokinaza nu este inhibată de glucoză-6-fosfat, care permite ficatului să elimine excesul de glucoză din sânge fără restricții.

Glucozo-6-fosfataza catalizează scindarea ireversibilă a grupării fosfat printr-o cale hidrolitică în EPR: Glucoză-6-f + H 2 O → Glucoză + H 3 PO 4, este prezentă numai în ficat, rinichi și celulele epiteliale intestinale. Glucoza rezultată este capabilă să difuzeze din aceste organe în sânge. Astfel, glucoza-6-fosfataza hepatică și renală poate crește nivelul scăzut de glucoză din sânge.

Metabolismul glucozei-6-fosfat

Glucoza-6-f poate fi folosită de celulă în diferite transformări, dintre care principalele sunt: catabolismul cu formarea de ATP, sinteza glicogenului, lipidelor, pentozelor, polizaharidelor și aminoacizilor.