Метаболизм углеводов

Б Полисахариды

Полисахариды — или гликаны — состоят из моносахаридов, связанных между собой гликозидными связями. Полисахариды в отличие от белков и нуклеиовых кислот образуют разветвлённые и линейные полимерные структуры. Это связано с тем, что гликозидные связи могут образовываться между любыми гидроксильными группами моносахаридов.
Олигосахариды, содержащие три и более моносахаридных остатков, относительно редки и обнаруживаются чаще всего в клетках растений. Дисахариды — простейшие полисахариды — распространены гораздо больше. Многие из них образуются при расщеплении крупных полисахаридов.

Дисахарид лактоза содержится в молоке в концентрации 0–7%. Самым распространённым дисахаридом является сахароза (столовый сахар).

Рис. 1. Сахароза и лактоза

Примерами структурных полисахаридов являются целлюлоза и хитин. Клеточная стенка клеток растений содержит в качестве основного компонента целлюлозу. Это позволяет растениям выдерживать значительную разницу в осмотическом давлении между внеклеточной и внутриклеточной средой вплоть до 20 атм. Целлюлоза представляет собой линейный полимер длиной до 15 000 остатков D-глюкозы, связанных между собой с помощью β (1→4)-гликозидных связей.

1.3Переваривание углеводов пищи

Переваривание углеводов происходит в ротовой полости и тонком кишечнике. Переваривание происходит достаточно быстро и катализируется ферментами гликозидгидролазами (или гликозидазами), гидролизующими гликозидные связи.

в. α -Амилаза слюны;

г. α -Амилазаподжелудочной железы.

д. Мальтаза; е. Сахараза;

Нарушения

Более всего У.о. зависит от гормональной регуляции. Сахарный диабет является, к сожалению, самым распространённым заболеванием У.о.

Происходит он от недостаточной выработки инсулина. Для него характерно повышение уровня сахара в крови (гипергликемия) и выделение его с мочой (глюкозурия).

Вызывается это состояние недостатком выработки инсулина: глюкоза, вместо того, чтобы откладываться в виде гликогена в печени и мышцах, продолжает «плавать» в крови и избыток её выделяется с мочой. Клетки и органы её недополучают. А поскольку запасов её в организме совсем не делается, через короткое время в крови становится её слишком мало и может наступить диабетическая кома.

По сообщению ВОЗ примерно 90% всех случаев диабета — это диабет 2 типа. Он развивается при гиподинамии и избыточном весе. При нём инсулин может вырабатываться в достаточном количестве, но организм не может правильно его использовать.

Основные симптомы заболевания таковы:

• частое и обильное мочевыделение, даже по ночам;
• сильная жажда;
• постоянное чувство голода, несмотря на полноценное питание;
• необъяснимое похудение (характерно для диабета 1 типа).

Среди других признаков, которые проявляются не всегда, можно назвать нарушение зрения, заболевания кожи, зуд, мышечная слабость и др.

Раздельное питание

Совместимость продуктов

Сейчас публикуется довольно много статей и книг, не рекомендующих употреблять углеводы и белки в одном приеме пищи. На этом построена, в частности, так называемая система раздельного питания. Она была разработана в начале прошлого века американским доктором Хеем. В основе этой системы лежит разделение всех продуктов на «кислые» и «щелочные», высокобелковые и богатые углеводами. В особую группу выделена «нейтральная» пища, т.е. жиры, кисломолочные продукты, сыры, орехи, ягоды.

Хей советует на завтрак есть щелочную пищу (овощи и фрукты), на обед — белковую, а на ужин — углеводную. Продукты «нейтральной» группы разрешается сочетать с другими. Интервал между основными приемами пищи — минимум 4 ч, однако в промежутках разрешается потреблять овощи или фрукты. Вообще, в системе раздельного питания употребление белков (и особенно мяса) ограничивается.

Согласно заявлениям сторонников данной системы, она способствует нормализации обмена веществ, увеличению или уменьшению веса тела, а также помогает бороться с болезнями. Сам Хей якобы вылечился с ее помощью от гломерулонефрита. Однако для спортсменов раздельное питание вряд ли будет полезным. Следуя подобным советам, можно существенно затормозить рост спортивных результатов.

Развивающемуся организму прежде всего необходимо достаточное количество различных белков. Углеводы способствуют «сохранению» белка — он расходуется на построение мышечной ткани, а не как источник энергии. Белок же замедляет всасывание углеводов, снижая тем самым их гликемический индекс. В результате уровень сахара в крови остается более стабильным. Аналогичное взаимодействие наблюдается между жиром и белком.

Что такое медленные углеводы

Углеводы необходимы для правильной работы человеческого организма, т.к. являются основным источником энергии. Их недостаток приводит к большим проблемам со здоровьем и обменом веществ: быстрой утомляемости, нехватке энергии, перепадам настроения, задержке умственной деятельности, плохой насыщаемости и чувству холода.
По скорости усвоения углеводы делятся на быстрые (простые) и медленные (сложные).

В чем польза

Во время еды пища, попадая в желудок, подвергается переработке, и полученные вещества попадают в кровь. Уровень сахара увеличивается.
Главным показателем при этом служит гликемический индекс () — условная величина, используемая для сравнения скорости усвоения углеводов. всех продуктов соотносят с этим параметром у глюкозы, который принят за 100 условных единиц. Чем выше индекс, тем быстрее и больше поднимается уровень сахара в крови. Активизируется выработка инсулина для направления энергии в нужный участок организма.

Гликемический индекс — показатель влияния углеводов на изменение уровня глюкозы в крови.

Резкие скачки глюкозы неблагоприятно влияют на здоровье, поскольку ведут к неравномерной работе поджелудочной железы. Кроме того, излишки образующихся триглицеридов откладываются в жировых клетках.

Сложные углеводы расщепляются медленнее, обеспечивая постепенное поступление глюкозы в кровь. Благодаря этому устраняется отрицательное воздействие быстрых углеводов.

Виды

Основными представителями сложных углеводов являются:

• крахмал;
• гликоген;
• пищевые волокна (клетчатка);
• мальтодекстрин.

Крахмал — это сложный углевод, который состоит из большого количества молекул сахара.
Крупы, горох, фасоль, кукуруза, картофель включают крахмалистые соединения. Поскольку молекула крахмала состоит из длинной цепочки связанных между собой моносахаридов, ее переработка в глюкозу происходит медленно.

Гликоген — это особое вещество, сохраняемое в организме как резерв для выработки глюкозы. При необходимости печень расщепляет его молекулу, часть которой поддерживает уровень сахара в крови.

Клетчатка служит для нормализации деятельности желудочно-кишечного тракта, очищает ЖКТ от ненужных веществ.

Из мальтодекстрина производят промышленные спортивные добавки.

Расщепление углеводов

Основные полисахариды пищи имеют растительное (крахмал, состоящий из амилозы и амилопектина) и животное происхождение (гликоген). Переваривание углеводов начинается в ротовой полости под действием фермента слюны α -амилазы(КФ 3.2.1.1), которая лишь частично гидролизует полисахариды, разрывая α(1→4)- гликозидные связи.

В природе существуют α(1→4)- и β (1→4)-гликозидазы, но у человека отсутствуют вторые, поэтому он не способен усваивать углеводы, содержащие β (1→ 4)-гликозидные связи (например, целлюлозу). Разветвленные полисахариды амилопектин и гликоген содержат α(1→6)-гликозидные связи, которые и обеспечивают их ветвление. α-Амилаза не гидролизует эти связи.

Продуктами действия α-амилазы на полисахариды являются короткие разветвленные и неразветвленные олигосахариды — декстрины. Дисахариды, содержащиеся в пище, не расщепляются α-амилазой.

Вусловиях кислой среды желудка переваривание углеводов подавляется, поскольку оптимум pH для α-амилазы лежит в пределах 6,7–7,0. Амилаза нуждается в ионах хлора Cl– и кальция Ca2 .

БПереваривание углеводов в тонком кишечнике

Вдвенадцатиперстной кишке кислая реакция содержимого желудка нейтрализуется бикарбонатами, секретируемыми поджелудочной железой. Переваривание углеводов возобновляется уже под действием α-амилазы поджелудочной железы (панкреатическая α -амилаза). Оставшиеся полисахаридные цепочки гидролизуются до олигосахаридов.

Слюнная и панкреатическая α -амилазыимеют общие свойства и существуют в нескольких изоферментных формах, которые можно разделить с помощью электрофореза. При заболеваниях поджелудочной железы α -амилазапопадает в кровь. Определение её содержания и изоферментной структуры используется в диагностике.

Большая часть энергетических затрат организма обеспечивается расщеплением углеводов, содержащихся в пище — хлебе, картофеле и сахаре. Наиболее распространенными видами сахара, получаемыми из пищи, являются глюкоза, фруктоза и галактоза. Они переносятся в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу.

Клетки получают энергию из глюкозы путем расщепления ее в вещество, называемое пировиноградной кислотой. Энергия, высвобождающаяся при этом процессе, временно накапливается как высокоэнергетическое соединение — АТФ.

Расщепление углеводов и их переваривание в организме

После того, как питательные вещества прошли через ротовую полость, в желудке начинается переваривание углеводов. При пережевывании пищи происходит ее смешение со слюной, отличающейся содержанием пищеварительного фермента амилазы, которую выделяют околоушные железы. С помощью данного фермента крахмал приобретает форму небольших глюкозных полимеров, а также дисахарида мальтозы. Поскольку пища во рту находится не долго, до акта ее глотания происходит процесс гидролиза 7 % крахмала.

Обмен углеводов в организме человека и их переваривание продолжается не только в желудке, но и во всем теле еще на протяжении часа. Это происходит до того момента, пока желудочный секрет не перемешается с употребленной пищей, после чего соляная кислота желудочного секрета блокирует активность амилазы слюны.

Физиология

Расщепление сложных углеводов пищи начинается в ротовой полости под действием ферментов амилазы и мальтазы слюны. Оптимальная активность этих ферментов проявляется в щелочной среде. Амилаза расщепляет крахмал и гликоген, а мальтаза — мальтозу. При этом образуются более низкомолекулярные углеводы — декстрины, частично — мальтоза и глюкоза.

В желудке расщепление углеводов пищи не происходит, так как отсутствуют специфические ферменты гидролиза углеводов, а кислая среда желудочного сока (рН 1,5—2,5) подавляет активность ферментов слюны. В тонком кишечнике происходит основной распад углеводов пищи. В двенадцатиперстной кишке под действием фермента амилазы сока поджелудочной железы сложные углеводы постепенно расщепляются до дисахаридов.

Основными факторами, необходимыми для расщепления жира в пищеварительном тракте, являются: наличие ферментов, расщепляющих жиры, и условий для проявления их оптимальной активности (рН); наличие эмульгаторов для перевода жира в мелко раздробленное (эмульгированное) состояние. Такими эмульгаторами являются желчные кислоты (которые образуются в печени из холестерина и поступают в кишечник с желчью).

В ротовой полости необходимые условия отсутствуют, поэтому химическое расщепление жиров не происходит. В желудке имеется липаза с очень низкой активностью. Связано это с тем, что очень кислая среда в желудке (рН 1,5—2,5) подавляет активность липазы (рН 7,8—8,1), а также отсутствуют эмульгаторы. Следовательно, расщепляться могут только уже эмульгированные жиры, которые содержатся в молоке и яичном желтке.

Основной гидролиз нейтральных жиров пищи происходит в тонком кишечнике под воздействием активных липаз. Среда в кишечнике слабощелочная, т. е. оптимальная для проявления активности липазы, поступающей сюда с соком поджелудочной железы.

Белки пищи в ротовой полости не расщепляются, так как слюна не содержит гидролитических ферментов.

Химическое расщепление белков начинается в желудке под воздействием протеолитических ферментов (пептидгидролаз), которые расщепляют пептидные связи между аминокислотами.

Эти ферменты образуются клетками слизистой оболочки желудка, тонкого кишечника и поджелудочной железы в неактивной форме. Такая форма ферментов предотвращает самопереваривание белков в клетках, где они синтезируются, и стенок желудочно-кишечного тракта (специально для тех, кто все еще бредит мыслями о том, что во время голодания желудок переваривает сам себя).

В желудке переваривание белков происходит при участии фермента желудочного сока пепсина, который образуется из неактивного пепсиногена под воздействием соляной кислоты. Пепсин проявляет максимальную ферментативную активность в сильно кислой среде при рН 1—2. Кроме того, под воздействием соляной кислоты происходит набухание и частичная денатурация белков, что приводит к увеличению поверхности соприкосновения фермента с белками.

фенола, крезола, индола, сероводорода, меркаптанов и др. Такое превращение аминокислот в толстом кишечнике называется гниением белков. Токсические вещества всасываются в кровь и доставляются в печень, где подвергаются обезвреживанию. Весь процесс переваривания белков в желудочно-кишечном тракте занимает в среднем 8—12 ч после принятия пищи.

Депо гликогена

Одни из депо гликогена является печень, но печень – не единственное место, где накапливается гликоген. Так же его довольно много в скелетных мышцах, при сокращении которых активируется фермент фосфорилаза, что приводит к интенсивному расщеплению гликогена. Согласитесь, в современном мире организм любого человека могут подстерегать непредвиденные обстоятельства, который, скорее всего потребуют колоссальных энергозатрат, а потому, чем гликогена больше, тем лучше

Можно сказать даже больше – гликоген настолько важен, что синтезируется даже из неуглеводных продуктов, которые содержат молочную, пировиноградную кислоту, гликогенные аминокислоты (аминокислоты — основные составляющие белков, гликогенные — значит, что в ходе биохимических процессов из них могут получатся углеводы), глицерол и многие другие. Конечно, в этом случае гликоген будет синтезироваться с большими затратами энергии и в небольших количествах.

Как уже отмечалось выше, уменьшение количества глюкозы в крови вызывает у организма достаточно серьезную реакцию. А потому печень целенаправленно регулирует количество глюкозы в крови и при необходимости прибегает к гликогенолизу. Гликогенолиз (мобилизация, распад гликогена) осуществляется при недостаточном количестве глюкозы в крови, которое может быть вызвано голоданием, тяжелой физической работой или сильными стрессами. Он начинается с того что печень, при помощи фермента фосфоглюкомутазы расщепляет гликоген до глюкозо-6-фосфатов. Далее фермент глюкозо-6-фосфатаза окисляет и их. Свободная глюкоза легко проникает через мембраны гепатоцитов (клеток печени) в кровяное русло, таким образом, ее количество в крови увеличивается. Ответной реакцией на скачок уровня глюкозы, является высвобождение инсулина поджелудочной железой. Если при высвобождении инсулина уровень глюкозы не упал, поджелудочная будет секретировать его до тех пор, пока это не произойдет.

И, напоследок, немного о фактов о самом инсулине (потому как нельзя говорить об углеводном обмене, не затронув эту тему):

— инсулин переносит глюкозу через мембраны клеток, так называемых инсулинзависимых тканей (жировой, мышечной и мембраны клеток печени)

— инсулин является стимулятором синтеза гликогена в печени и мышцах, жиров — печени и жировых тканях, белков — в мышцах и других органах.

— недостаточная секреция инсулина клетками островковой ткани поджелудочной железы может привести к гипергликемии с последующей гликозурией (сахарным диабетом);

— гормонами — антагонистами инсулина являются глюкагон, адреналин, норадреналин, кортизол и прочие кортикостероиды.

В Пристеночное пищеварение или гидролиз олиго- и дисахаридазами

Олигосахариды, образовавшиеся при расщеплении полисахаридов α-амила- зой, и дисахариды пищи подвергаются дальнейшему гидролизу под действием олиго- и дисахаридаз, встроенных в мембраны энтероцитов. Продуктами этого гидролиза являются моносахариды, которые затем транспортируются через мембрану в цитозоль энтероцитов (этот процесс называется всасыванием).

Олигосахаридазы — это крупные гликопротеины (массой свыше 200 кДа), пронизывающие мембрану энтероцитов. Активные центры этих ферментов направлены

Избыток углеводов

Перебарщивать с «углями» тоже нельзя, особенно с простыми. Злоупотребление ими стимулирует бродильные процессы в кишечнике, провоцирует угревую сыпь и аллергию. А также, способствует преждевременному старению кожи и внутренних органов.

Повышенное содержание глюкозы в крови вызывает резкий выброс инсулина. Данный гормон транспортирует глюкозу куда надо, но ее избыток организм откладывает про запас в виде жира. Если вы будете превышать рекомендуемую суточную калорийность белками или жирами, вы неизбежно поправитесь.

Но углеводы в организме человека чуть более коварны. Регулярное злоупотребление сахарами приводит к тому, что чувствительность клеток к инсулину снижается. В результате вес набирается еще быстрее, а сбрасываться будет тяжелее. А если продолжать углеводную «перегрузку», можно заполучить сахарный диабет.

Исследования показали, что люди, которые переедают свою норму калорий углеводами, более склонны к отложению жира на животе и внутри брюшной полости. Те же, кто превышал калорийность всеми нутриентами одинаково, показали более равномерное распределение жира на теле. Большое количество жира в области живота – прямая предпосылка к развитию болезней сердца, а посему есть повод задуматься.