Sacharidy predstavujú rozsiahlu skupinu organických látok, ktoré spolu s bielkovinami a tukmi tvoria základ ľudského a zvieracieho tela. Sacharidy sú prítomné v každej bunke tela a vykonávajú rôzne funkcie. Malé molekuly sacharidov, reprezentované najmä glukózou, sa môžu pohybovať po tele a vykonávať energetickú funkciu. Veľké molekuly sacharidov sa nehýbu a plnia najmä stavebnú funkciu. Z potravy človek extrahuje iba malé molekuly, pretože len tie sa môžu vstrebať do črevných buniek. Veľké molekuly sacharidov si telo musí vybudovať samo. Súhrn všetkých reakcií na rozklad potravinových sacharidov na glukózu a syntézu nových molekúl z nej, ako aj ďalšie početné premeny týchto látok v tele, sa v biochémii nazýva metabolizmus sacharidov.
Klasifikácia
V závislosti od štruktúry existuje niekoľko skupín sacharidov.
Monosacharidy sú malé molekuly, ktoré sa nerozkladajú v tráviacom trakte. Sú to glukóza, fruktóza, galaktóza.
Disacharidy sú malé molekuly sacharidov, ktoré sa v tráviacom trakte rozkladajú na dva monosacharidy. Napríklad laktóza – pre glukózu a galaktózu, sacharóza – pre glukózu a fruktózu.
Polysacharidy sú veľké molekuly pozostávajúce zo stoviek tisícov monosacharidových zvyškov (hlavne glukózy) spojených dohromady. Toto je škrob, mäsový glykogén.
Sacharidy a diéty
Čas rozkladu polysacharidov v tráviacom trakte je rôzny v závislosti od ich schopnosti rozpúšťať sa vo vode. Niektoré polysacharidy sa v črevách rýchlo rozkladajú. Potom sa glukóza získaná počas ich rozpadu rýchlo dostane do krvného obehu. Takéto polysacharidy sa nazývajú "rýchle". Iné sa horšie rozpúšťajú vo vodnom prostredí čreva, preto sa pomalšie odbúravajú, glukóza sa do krvi dostáva pomalšie. Takéto polysacharidy sa nazývajú "pomalé". Niektoré z týchto prvkov sa v črevách vôbec nerozkladajú. Nazývajú sa nerozpustná vláknina.
Pod názvom „pomalé alebo rýchle sacharidy“zvyčajne nemáme na mysli samotné polysacharidy, ale potraviny, ktoré ich obsahujú vo veľkých množstvách.
Zoznam uhľohydrátov – rýchle a pomalé, je uvedený v tabuľke.
| Rýchle sacharidy | Pomalé sacharidy |
| vyprážané zemiaky | Otrubový chlieb |
| Biely chlieb | Nespracované zrná ryže |
| zemiaková kaša | Hrach |
| Med | Ovsené vločky |
| Mrkva | Pohánková kaša |
| Kukuričné vločky | Chlieb z žitných otrúb |
| Cukor | Čerstvo vylisovaná ovocná šťava bez cukru |
| Müsli | Celozrnné cestoviny |
| Čokoláda | Červená fazuľa |
| Varené zemiaky | Dairy |
| Sušienka | Čerstvé ovocie |
| Kukurica | Horká čokoláda |
| Biela ryža | Fruktóza |
| Čierny chlieb | Sójové bôby |
| Repa | Zelená zelenina, paradajky, huby |
| Banány | - |
| Jam | - |
Pri výbere produktov pre diétu sa odborník na výživu vždy spolieha na zoznam rýchlych a pomalých sacharidov. Rýchle v kombinácii s tukmi v jednom produkte alebo jedle vedú k ukladaniu tuku. prečo? Rýchly nárast glukózy v krvi stimuluje produkciu inzulínu, ktorý poskytuje telu zásobu glukózy, vrátane cesty na tvorbu tuku z nej. Výsledkom je, že pri jedení koláčov, zmrzliny, vyprážaných zemiakov sa hmotnosť priberá veľmi rýchlo.
Trávenie
Z pohľadu biochémie metabolizmus sacharidov prebieha v troch fázach:
- Trávenie. Začína v ústach počas žuvania jedla.
- Správny metabolizmus sacharidov.
- Vzdelávanie koncových produktov výmenou.
Sacharidy sú základom ľudskej stravy. Podľa vzorcaracionálnej výživy, v zložení potravín by ich malo byť 4x viac ako bielkovín či tukov. Potreba sacharidov je individuálna, no v priemere človek potrebuje 300 – 400 g denne. Z toho asi 80 % tvoria škroby v zložení zemiaky, cestoviny, obilniny a 20 % sú rýchle sacharidy (glukóza, fruktóza).
Výmena sacharidov v tele začína aj v ústnej dutine. Tu pôsobí slinný enzým amyláza na polysacharidy – škrob a glykogén. Amyláza hydrolyzuje (rozkladá) polysacharidy na veľké fragmenty – dextríny, ktoré sa dostávajú do žalúdka. Neexistujú žiadne enzýmy, ktoré by pôsobili na sacharidy, takže dextríny v žalúdku sa nijako nemenia a prechádzajú ďalej tráviacim traktom a vstupujú do tenkého čreva. Tu na sacharidy pôsobí niekoľko enzýmov. Amyláza pankreatickej šťavy hydrolyzuje dextríny na disacharid m altózu.
Špecifické enzýmy sú vylučované bunkami samotného čreva. Enzým m altáza hydrolyzuje m altózu na monosacharid glukózu, laktáza hydrolyzuje laktózu na glukózu a galaktózu a sacharóza hydrolyzuje sacharózu na glukózu a fruktózu. Výsledné monózy sa vstrebávajú z čriev do krvi a cez portálnu žilu vstupujú do pečene.
Úloha pečene v metabolizme sacharidov
Tento orgán udržiava určitú hladinu glukózy v krvi vďaka reakciám syntézy a rozkladu glykogénu.
Reakcie vzájomnej premeny monosacharidov prebiehajú v pečeni – fruktóza a galaktóza sa premieňajú na glukózu a glukóza sa môže premieňať na fruktózu.
Reakcie glukoneogenézy prebiehajú v tomto orgáne -syntéza glukózy z nesacharidových prekurzorov - aminokyselín, glycerolu, kyseliny mliečnej. Neutralizuje tiež hormón inzulín pomocou enzýmu inzulínázy.
Glukózový metabolizmus
Glukóza hrá kľúčovú úlohu v biochémii metabolizmu uhľohydrátov a celkovom metabolizme organizmu, keďže je hlavným zdrojom energie.
Hladina glukózy v krvi je konštantná a je 4 - 6 mmol/l. Hlavnými zdrojmi tohto prvku v krvi sú:
- Potravinové sacharidy.
- Pečeňový glykogén.
- Aminokyseliny.
Glukóza sa v tele spotrebuje na:
- generácia energie,
- Syntéza glykogénu v pečeni a svaloch,
- syntéza aminokyselín,
- syntéza tukov.
Prírodný zdroj energie
Glukóza je univerzálnym zdrojom energie pre všetky bunky tela. Energia je potrebná na stavbu vlastných molekúl, svalovú kontrakciu, tvorbu tepla. Postupnosť reakcií premeny glukózy vedúcich k uvoľneniu energie sa nazýva glykolýza. Glykolýzne reakcie môžu prebiehať v prítomnosti kyslíka, potom sa hovorí o aeróbnej glykolýze, alebo v podmienkach bez kyslíka, vtedy je proces anaeróbny.
Počas anaeróbneho procesu sa jedna molekula glukózy premení na dve molekuly kyseliny mliečnej (laktát) a uvoľní sa energia. Anaeróbna glykolýza poskytuje málo energie: z jednej molekuly glukózy sa získajú dve molekuly ATP – látky, ktorej chemické väzby akumulujú energiu. Týmto spôsobom sa dostaneteenergia sa využíva na krátkodobú prácu kostrového svalstva – od 5 sekúnd do 15 minút, to znamená, že mechanizmy na zásobovanie svalov kyslíkom sa nestihnú zapnúť.
Počas reakcií aeróbnej glykolýzy sa jedna molekula glukózy premení na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej (pyruvátu). Proces, berúc do úvahy energiu vynaloženú na vlastné reakcie, dáva 8 molekúl ATP. Pyruvát vstupuje do ďalších oxidačných reakcií - oxidačnej dekarboxylácie a citrátového cyklu (Krebsov cyklus, cyklus trikarboxylových kyselín). V dôsledku týchto transformácií sa na jednu molekulu glukózy uvoľní 30 molekúl ATP.
Výmena glykogénu
Funkciou glykogénu je ukladanie glukózy v bunkách živočíšneho organizmu. Škrob plní rovnakú funkciu v rastlinných bunkách. Glykogén sa niekedy nazýva živočíšny škrob. Obe látky sú polysacharidy vytvorené z viacnásobne sa opakujúcich zvyškov glukózy. Molekula glykogénu je rozvetvenejšia a kompaktnejšia ako molekula škrobu.
Procesy metabolizmu sacharidového glykogénu v tele sú obzvlášť intenzívne v pečeni a kostrových svaloch.
Glykogén sa syntetizuje do 1-2 hodín po jedle, keď sú hladiny glukózy v krvi vysoké. Na vytvorenie molekuly glykogénu je potrebný primer - zárodok pozostávajúci z niekoľkých zvyškov glukózy. Nové zvyšky vo forme UTP-glukózy sú postupne pripojené ku koncu primeru. Keď reťazec narastie o 11-12 zvyškov, pripojí sa k nemu bočný reťazec 5-6 rovnakých fragmentov. Teraz má reťaz pochádzajúca zo základného náteru dva konce - dva body rastumolekuly glykogénu. Táto molekula sa bude opakovane predlžovať a vetviť, pokiaľ v krvi zostane vysoká koncentrácia glukózy.
Medzi jedlami sa glykogén rozkladá (glykogenolýza), pričom sa uvoľňuje glukóza.
Získaný rozkladom pečeňového glykogénu sa dostáva do krvi a využíva sa pre potreby celého organizmu. Glukóza získaná rozkladom glykogénu vo svaloch sa využíva len pre potreby svalov.
Tvorba glukózy z nesacharidových prekurzorov - glukoneogenéza
Telo má dostatok energie uloženej vo forme glykogénu len na niekoľko hodín. Po dni hladovania táto látka nezostáva v pečeni. Preto sa pri bezsacharidových diétach, úplnom hladovaní alebo pri dlhšej fyzickej práci udržiava normálna hladina glukózy v krvi vďaka jej syntéze z nesacharidových prekurzorov – aminokyselín, kyseliny mliečnej, glycerolu. Všetky tieto reakcie sa vyskytujú najmä v pečeni, ako aj v obličkách a črevnej sliznici. Procesy metabolizmu sacharidov, tukov a bielkovín sú teda úzko prepojené.
Z aminokyselín a glycerolu sa glukóza syntetizuje počas hladovania. Pri nedostatku potravy sa tkanivové bielkoviny rozkladajú na aminokyseliny, tuky na mastné kyseliny a glycerol.
Z kyseliny mliečnej sa glukóza syntetizuje po intenzívnom cvičení, keď sa počas anaeróbnej glykolýzy hromadí vo veľkom množstve vo svaloch a pečeni. Zo svalov sa kyselina mliečna prenáša do pečene, kde sa z nej syntetizuje glukóza, ktorá sa vracia do pracovnéhosval.
Regulácia metabolizmu sacharidov
Tento proces vykonáva nervový systém, endokrinný systém (hormóny) a na intracelulárnej úrovni. Úlohou regulácie je zabezpečiť stabilnú hladinu glukózy v krvi. Z hormónov, ktoré regulujú metabolizmus uhľohydrátov, sú hlavnými inzulín a glukagón. Vyrábajú sa v pankrease.
Hlavnou úlohou inzulínu v tele je znižovať hladinu glukózy v krvi. To možno dosiahnuť dvoma spôsobmi: zvýšením prieniku glukózy z krvi do buniek tela a zvýšením jej využitia v nich.
- Inzulín zabezpečuje prienik glukózy do buniek určitých tkanív – svalov a tukov. Nazývajú sa inzulín-dependentné. Glukóza vstupuje do mozgu, lymfatického tkaniva, červených krviniek bez účasti inzulínu.
- Inzulín zvyšuje využitie glukózy bunkami:
- Aktivácia enzýmov glykolýzy (glukokináza, fosfofruktokináza, pyruvátkináza).
- Aktivácia syntézy glykogénu (v dôsledku zvýšenej premeny glukózy na glukóza-6-fosfát a stimulácie glykogénsyntázy).
- Inhibícia enzýmov glukoneogenézy (pyruvátkarboxyláza, glukóza-6-fosfatáza, fosfoenolpyruvátkarboxykináza).
- Zvýšte začlenenie glukózy do pentózofosfátového cyklu.
Všetky ostatné hormóny, ktoré regulujú metabolizmus uhľohydrátov, sú glukagón, adrenalín, glukokortikoidy, tyroxín, rastový hormón, ACTH. Zvyšujú hladinu glukózy v krvi. Glukagón aktivuje rozklad glykogénu v pečeni a syntézu glukózy z neuhľohydrátovpredchodcov. Adrenalín aktivuje rozklad glykogénu v pečeni a svaloch.
Porušenie burzy. Hypoglykémia
Najčastejšími poruchami metabolizmu sacharidov sú hypo- a hyperglykémia.
Hypoglykémia je stav organizmu spôsobený nízkou hladinou glukózy v krvi (pod 3,8 mmol/l). Dôvody môžu byť: zníženie príjmu tejto látky do krvi z čreva alebo pečene, zvýšenie jej využitia tkanivami. Hypoglykémia môže viesť k:
- Patológia pečene – porucha syntézy glykogénu alebo syntézy glukózy z nesacharidových prekurzorov.
- Sacharidový hlad.
- Predĺžená fyzická aktivita.
- Patológie obličiek – porucha reabsorpcie glukózy z primárneho moču.
- Poruchy trávenia – patológie rozkladu uhľohydrátov v potrave alebo proces absorpcie glukózy.
- Patológie endokrinného systému – nadbytok inzulínu alebo nedostatok hormónov štítnej žľazy, glukokortikoidov, rastového hormónu (GH), glukagónu, katecholamínov.
Extrémnym prejavom hypoglykémie je hypoglykemická kóma, ktorá sa najčastejšie rozvinie u pacientov s diabetes mellitus I. typu s predávkovaním inzulínom. Nízka hladina glukózy v krvi vedie k kyslíkovému a energetickému hladovaniu mozgu, čo spôsobuje charakteristické symptómy. Vyznačuje sa mimoriadne rýchlym vývojom – ak sa do niekoľkých minút nepodniknú potrebné opatrenia, človek stratí vedomie a môže zomrieť. Pacienti s cukrovkou sú zvyčajne schopní rozpoznať príznaky poklesu hladín glukózy.krv a vedieť, čo robiť – vypiť pohár sladkého džúsu alebo zjesť sladkú žemľu.
Hyperglykémia
Ďalším typom poruchy metabolizmu uhľohydrátov je hyperglykémia – stav organizmu spôsobený trvalo vysokou hladinou glukózy v krvi (nad 10 mmol/l). Dôvody môžu byť:
- patológia endokrinného systému. Najčastejšou príčinou hyperglykémie je diabetes mellitus. Rozlišujte medzi cukrovkou typu I a typu II. V prvom prípade je príčinou ochorenia nedostatok inzulínu spôsobený poškodením buniek pankreasu, ktoré vylučujú tento hormón. Porážka žľazy má najčastejšie autoimunitnú povahu. Diabetes mellitus typu II sa vyvíja s normálnou produkciou inzulínu, preto sa nazýva inzulín dependentný; ale inzulín neplní svoju funkciu – neprenáša glukózu do buniek svalového a tukového tkaniva.
- neuróza, stres aktivujú produkciu hormónov - adrenalínu, glukokortikoidov, štítnej žľazy, ktoré zvyšujú rozklad glykogénu a syntézu glukózy z nesacharidových prekurzorov v pečeni, inhibujú syntézu glykogénu;
- patológia pečene;
- prejedanie sa.
V biochémii je metabolizmus sacharidov jednou z najzaujímavejších a najrozsiahlejších tém na štúdium a výskum.
