Angliavandeniai – tai didelė grupė organinių medžiagų, kurios kartu su b altymais ir riebalais sudaro žmogaus ir gyvūnų kūno pagrindą. Angliavandeniai yra kiekvienoje kūno ląstelėje ir atlieka įvairias funkcijas. Mažos angliavandenių molekulės, kurias daugiausia sudaro gliukozė, gali judėti visame kūne ir atlikti energetinę funkciją. Didelės angliavandenių molekulės nejuda ir atlieka daugiausia statybinę funkciją. Iš maisto žmogus išskiria tik mažas molekules, nes tik jos gali būti absorbuojamos į žarnyno ląsteles. Dideles angliavandenių molekules organizmas turi pasigaminti pats. Visų maisto angliavandenių skaidymo į gliukozę ir naujų molekulių iš jos sintezės reakcijų visuma, taip pat daugybė kitų šių medžiagų transformacijų organizme, biochemijoje vadinama angliavandenių apykaita.
Klasifikacija
Priklausomai nuo struktūros, yra keletas angliavandenių grupių.
Monosacharidai yra mažos molekulės, kurios nėra skaidomos virškinamajame trakte. Tai gliukozė, fruktozė, galaktozė.
Disacharidai yra mažos angliavandenių molekulės, kurios virškinamajame trakte suskaidomos į du monosacharidus. Pavyzdžiui, laktozė – gliukozei ir galaktozei, sacharozė – gliukozei ir fruktozei.
Polisacharidai yra didelės molekulės, susidedančios iš šimtų tūkstančių tarpusavyje sujungtų monosacharidų likučių (daugiausia gliukozės). Tai krakmolas, mėsos glikogenas.
Angliavandeniai ir dietos
Polisacharidų skilimo laikas virškinamajame trakte yra skirtingas, priklausomai nuo jų gebėjimo ištirpti vandenyje. Kai kurie polisacharidai greitai skyla žarnyne. Tada jų irimo metu gauta gliukozė greitai patenka į kraują. Tokie polisacharidai vadinami „greitais“. Kiti prasčiau tirpsta žarnyno vandens terpėje, todėl lėčiau irsta, o gliukozė lėčiau patenka į kraują. Tokie polisacharidai vadinami „lėtaisiais“. Kai kurie iš šių elementų visiškai nesuskaidomi žarnyne. Jie vadinami netirpiomis maistinėmis skaidulomis.
Paprastai pavadinimu „lėti arba greiti angliavandeniai“turime omenyje ne pačius polisacharidus, o maisto produktus, kuriuose jų yra dideliais kiekiais.
Angliavandenių sąrašas – greitas ir lėtas, pateiktas lentelėje.
| Greiti angliavandeniai | Lėti angliavandeniai |
| keptos bulvės | Sėlenų duona |
| B alta duona | Neperdirbti ryžių grūdai |
| Bulvių košė | Žirniai |
| Brangusis | Avižiniai dribsniai |
| Morkos | Grikių košė |
| Kukurūzų dribsniai | Ruginių sėlenų duona |
| Cukrus | Šviežiai spaustos vaisių sultys be cukraus |
| Muslis | Viso grūdo makaronai |
| Šokoladas | Raudonosios pupelės |
| Virtos bulvės | Pieno produktai |
| Sausainis | Švieži vaisiai |
| Kukurūzai | Kartus šokoladas |
| B altieji ryžiai | Fruktozė |
| Juoda duona | Sojos pupelės |
| Burokėliai | Žalios daržovės, pomidorai, grybai |
| Bananai | - |
| Jam | - |
Rinkdamas produktus dietai, mitybos specialistas visada remiasi greitų ir lėtųjų angliavandenių sąrašu. Pasninkas kartu su riebalais viename produkte ar valgyje sukelia riebalų nusėdimą. Kodėl? Spartus gliukozės kiekio kraujyje padidėjimas skatina insulino gamybą, kuris aprūpina organizmą gliukozės atsargomis, įskaitant riebalų susidarymo iš jos kelią. Dėl to valgant pyragus, ledus, keptas bulves svoris priauga labai greitai.
Virškinimas
Biochemijos požiūriu angliavandenių apykaita vyksta trimis etapais:
- Virškinimas. Prasideda burnoje kramtant maistą.
- Tinkama angliavandenių apykaita.
- Galutinių mainų produktų švietimas.
Angliavandeniai yra žmogaus mitybos pagrindas. Pagal formulęracionali mityba, maisto sudėtyje jų turėtų būti 4 kartus daugiau nei b altymų ar riebalų. Angliavandenių poreikis yra individualus, tačiau vidutiniškai žmogui reikia 300-400 g per dieną. Iš jų apie 80 % yra bulvių, makaronų, grūdų sudėtyje esantis krakmolas ir 20 % yra greitieji angliavandeniai (gliukozė, fruktozė).
Angliavandenių mainai organizme taip pat prasideda burnos ertmėje. Čia seilių fermentas amilazė veikia polisacharidus – krakmolą ir glikogeną. Amilazė hidrolizuoja (suskaido) polisacharidus į didelius fragmentus – dekstrinus, kurie patenka į skrandį. Angliavandenius veikiančių fermentų nėra, todėl dekstrinai skrandyje niekaip nesikeičia ir prasiskverbia toliau virškinamuoju traktu, patekę į plonąją žarną. Čia angliavandenius veikia keli fermentai. Kasos sulčių amilazė hidrolizuoja dekstrinus į disacharidą m altozę.
Konkrečius fermentus išskiria pačios žarnyno ląstelės. Fermentas m altazė hidrolizuoja m altozę į monosacharidą gliukozę, laktazė hidrolizuoja laktozę į gliukozę ir galaktozę, o sacharozė hidrolizuoja sacharozę į gliukozę ir fruktozę. Susidariusios monozės absorbuojamos iš žarnyno į kraują ir per vartų veną patenka į kepenis.
Kepenų vaidmuo angliavandenių apykaitoje
Šis organas palaiko tam tikrą gliukozės kiekį kraujyje dėl glikogeno sintezės ir skilimo reakcijų.
Monosacharidų tarpusavio konversijos reakcijos vyksta kepenyse – fruktozė ir galaktozė virsta gliukoze, o gliukozė gali virsti fruktoze.
Šiame organe vyksta gliukoneogenezės reakcijos –gliukozės sintezė iš ne angliavandenių pirmtakų – aminorūgščių, glicerolio, pieno rūgšties. Jis taip pat neutralizuoja hormono insuliną, padedamas fermento insulinazės.
Gliukozės metabolizmas
Gliukozė vaidina pagrindinį vaidmenį angliavandenių apykaitos biochemijoje ir bendrai organizmo medžiagų apykaitai, nes ji yra pagrindinis energijos š altinis.
Gliukozės kiekis kraujyje yra pastovus ir yra 4–6 mmol/l. Pagrindiniai šio elemento š altiniai kraujyje yra:
- Maisto angliavandeniai.
- Kepenų glikogenas.
- Amino rūgštys.
Gliukozė organizme suvartojama:
- energijos generavimas,
- Glikogeno sintezė kepenyse ir raumenyse,
- aminorūgščių sintezė,
- riebalų sintezė.
Natūralus energijos š altinis
Gliukozė yra universalus energijos š altinis visoms kūno ląstelėms. Energija reikalinga savo molekulėms kurti, raumenų susitraukimui, šilumos generavimui. Gliukozės konversijos reakcijų, dėl kurių išsiskiria energija, seka vadinama glikolize. Glikolizės reakcijos gali vykti esant deguoniui, tada jos kalba apie aerobinę glikolizę arba be deguonies, tada procesas yra anaerobinis.
Anaerobinio proceso metu viena gliukozės molekulė paverčiama dviem pieno rūgšties (laktato) molekulėmis ir išsiskiria energija. Anaerobinė glikolizė suteikia mažai energijos: iš vienos gliukozės molekulės gaunamos dvi ATP molekulės – medžiaga, kurios cheminiai ryšiai kaupia energiją. Tokiu būdu gautienergija sunaudojama trumpalaikiam griaučių raumenų darbui – nuo 5 sekundžių iki 15 minučių, tai yra, tuo tarpu raumenų aprūpinimo deguonimi mechanizmai nespėja įsijungti.
Aerobinės glikolizės metu viena gliukozės molekulė paverčiama dviem piruvo rūgšties (piruvato) molekulėmis. Procesas, atsižvelgiant į savo reakcijoms sunaudotą energiją, suteikia 8 ATP molekules. Piruvatas įsitraukia į tolimesnes oksidacijos reakcijas – oksidacinį dekarboksilinimą ir citrato ciklą (Krebso ciklas, trikarboksirūgšties ciklas). Dėl šių transformacijų vienoje gliukozės molekulėje išsiskirs 30 ATP molekulių.
Glikogeno mainai
Glikogeno funkcija yra gliukozės saugojimas gyvūnų organizmo ląstelėse. Krakmolas atlieka tą pačią funkciją augalų ląstelėse. Glikogenas kartais vadinamas gyvuliniu krakmolu. Abi medžiagos yra polisacharidai, sukurti iš daug kartų pasikartojančių gliukozės likučių. Glikogeno molekulė yra šakotesnė ir kompaktiškesnė nei krakmolo molekulė.
Apykaitos procesai angliavandenių glikogeno organizme ypač intensyvūs kepenyse ir griaučių raumenyse.
Glikogenas sintetinamas per 1-2 valandas po valgio, kai gliukozės kiekis kraujyje yra didelis. Glikogeno molekulės susidarymui reikalingas gruntas - sėkla, susidedanti iš kelių gliukozės likučių. Nauji likučiai UTP-gliukozės pavidalu nuosekliai pritvirtinami prie grunto galo. Kai grandinė paauga 11-12 likučių, prie jos prisijungia 5-6 tų pačių fragmentų šoninė grandinė. Dabar grandinė, einanti iš grunto, turi du galus – du augimo taškusglikogeno molekulės. Ši molekulė nuolat pailgės ir šakos tol, kol kraujyje išliks didelė gliukozės koncentracija.
Tarp valgymų glikogenas skyla (glikogenolizė), išskiria gliukozę.
Gaujamas suskaidžius kepenų glikogeną, patenka į kraują ir naudojamas viso organizmo poreikiams tenkinti. Gliukozė, gaunama skaidant glikogeną raumenyse, naudojama tik raumenų poreikiams tenkinti.
Gliukozės susidarymas iš ne angliavandenių pirmtakų – gliukoneogenezė
Kūnas turi pakankamai energijos, saugomos glikogeno pavidalu kelioms valandoms. Po paros badavimo šios medžiagos kepenyse nelieka. Todėl laikantis be angliavandenių dietų, visiško bado ar ilgai dirbant fizinį darbą normalus gliukozės kiekis kraujyje palaikomas dėl jos sintezės iš ne angliavandenių pirmtakų – amino rūgščių, pieno rūgšties glicerolio. Visos šios reakcijos dažniausiai pasireiškia kepenyse, taip pat inkstuose ir žarnyno gleivinėje. Taigi angliavandenių, riebalų ir b altymų apykaitos procesai yra glaudžiai susiję.
Iš aminorūgščių ir glicerolio badaujant susintetinama gliukozė. Trūkstant maisto audinių b altymai skyla į aminorūgštis, riebalai – į riebalų rūgštis ir glicerolį.
Iš pieno rūgšties gliukozė sintetinama po intensyvaus fizinio krūvio, kai anaerobinės glikolizės metu jos kaupiasi dideli kiekiai raumenyse ir kepenyse. Iš raumenų pieno rūgštis pernešama į kepenis, kur iš jų sintetinama gliukozė, kuri grąžinama į darbinę sistemą.raumenys.
Angliavandenių apykaitos reguliavimas
Šį procesą vykdo nervų sistema, endokrininė sistema (hormonai) ir tarpląsteliniu lygiu. Reguliavimo uždavinys – užtikrinti stabilų gliukozės kiekį kraujyje. Iš angliavandenių apykaitą reguliuojančių hormonų pagrindiniai yra insulinas ir gliukagonas. Jie gaminami kasoje.
Pagrindinė insulino užduotis organizme yra sumažinti gliukozės kiekį kraujyje. Tai galima pasiekti dviem būdais: padidinus gliukozės prasiskverbimą iš kraujo į kūno ląsteles ir padidinus jos naudojimą jose.
- Insulinas užtikrina gliukozės prasiskverbimą į tam tikrų audinių – raumenų ir riebalų – ląsteles. Jie vadinami priklausomi nuo insulino. Gliukozė patenka į smegenis, limfinį audinį, raudonuosius kraujo kūnelius nedalyvaujant insulinui.
- Insulinas pagerina ląstelių gliukozės naudojimą:
- Glikolizės fermentų (gliukokinazės, fosfofruktokinazės, piruvatkinazės) aktyvinimas.
- Glikogeno sintezės aktyvinimas (dėl padidėjusio gliukozės pavertimo gliukozės-6-fosfatu ir glikogeno sintazės stimuliavimo).
- Gliukoneogenezės fermentų (piruvato karboksilazės, gliukozės-6-fosfatazės, fosfoenolpiruvato karboksikinazės) slopinimas.
- Padidinkite gliukozės įtraukimą į pentozės fosfato ciklą.
Visi kiti hormonai, reguliuojantys angliavandenių apykaitą, yra gliukagonas, adrenalinas, gliukokortikoidai, tiroksinas, augimo hormonas, AKTH. Jie padidina gliukozės kiekį kraujyje. Gliukagonas aktyvina glikogeno skaidymą kepenyse ir gliukozės sintezę iš ne angliavandeniųpirmtakai. Adrenalinas aktyvina glikogeno skaidymą kepenyse ir raumenyse.
Keitų pažeidimai. Hipoglikemija
Dažniausi angliavandenių apykaitos sutrikimai yra hipo- ir hiperglikemija.
Hipoglikemija – tai organizmo būklė, kurią sukelia mažas gliukozės kiekis kraujyje (mažiau nei 3,8 mmol/l). Priežastys gali būti šios: sumažėjęs šios medžiagos patekimas į kraują iš žarnyno ar kepenų, padidėjęs jos suvartojimas audiniuose. Hipoglikemija gali sukelti:
- Kepenų patologija – sutrikusi glikogeno sintezė arba gliukozės sintezė iš ne angliavandenių pirmtakų.
- Angliavandenių badas.
- Ilgalaikis fizinis aktyvumas.
- Inkstų patologijos – sutrikusi gliukozės reabsorbcija iš pirminio šlapimo.
- Virškinimo sutrikimai – maisto angliavandenių skilimo ar gliukozės pasisavinimo proceso patologijos.
- Endokrininės sistemos patologijos – insulino perteklius arba skydliaukės hormonų, gliukokortikoidų, augimo hormono (GH), gliukagono, katecholaminų trūkumas.
Ypatingas hipoglikemijos pasireiškimas yra hipoglikeminė koma, kuri dažniausiai išsivysto pacientams, sergantiems I tipo cukriniu diabetu ir perdozavus insulino. Mažas gliukozės kiekis kraujyje sukelia deguonies ir energijos badą smegenyse, o tai sukelia būdingus simptomus. Jai būdingas itin spartus vystymasis – jei per kelias minutes nebus imtasi reikiamų veiksmų, žmogus neteks sąmonės ir gali mirti. Paprastai diabetu sergantys pacientai gali atpažinti gliukozės kiekio sumažėjimo požymius.kraują ir žinoti, ką daryti – išgerti stiklinę saldžių sulčių ar suvalgyti saldžią bandelę.
Hiperglikemija
Kitas angliavandenių apykaitos sutrikimo tipas yra hiperglikemija – organizmo būklė, kurią sukelia nuolat aukštas gliukozės kiekis kraujyje (virš 10 mmol/l). Priežastys gali būti šios:
- endokrininės sistemos patologija. Dažniausia hiperglikemijos priežastis yra cukrinis diabetas. Atskirkite I ir II tipo diabetą. Pirmuoju atveju ligos priežastis – insulino trūkumas, atsiradęs dėl šį hormoną išskiriančių kasos ląstelių pažeidimo. Liaukos pralaimėjimas dažniausiai yra autoimuninis. II tipo cukrinis diabetas išsivysto esant normaliai insulino gamybai, todėl vadinamas nuo insulino nepriklausomu; bet insulinas neatlieka savo funkcijos – jis neperneša gliukozės į raumenų ir riebalinio audinio ląsteles.
- neurozė, stresas suaktyvina hormonų – adrenalino, gliukokortikoidų, skydliaukės – gamybą, kurie didina glikogeno skaidymą ir gliukozės sintezę iš ne angliavandenių pirmtakų kepenyse, stabdo glikogeno sintezę;
- kepenų patologija;
- persivalgymas.
Biochemijoje angliavandenių apykaita yra viena įdomiausių ir plačiausių studijų ir tyrimų temų.
