Обмен углеводов

К углеводам относятся многоатомные спирты, содержащие альдегидную или кетогруппу.

Различают углеводы простые и сложные.

Простые углеводы не распадаеются под действием воды. К ним относятся глицериновый альдегид, диоксиацетон, эритроза, рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза и т.д.

Сложные углеводы распадаются под действием воды на простые углеводы. Сложные разделяют на

- олигосахариды, которые распадаются на 2-10 остатков простых сахаров

- полисахариды, которые распадаются с образованием более 10 остатков простых сахаров.

К олигосахаридам относятся

- лактоза – состоит из остатков глюкозы и галактозы, является молочным сахаром

- мальтоза – состоит из остатков глюкозы, образуется при распаде крахмала

- сахароза – состоит из остатков глюкозы и фруктозы, является свекловичным и тростниковым сахаром

К полисахаридам относятся

- гликоген – состоит из остатков глюкозы, является запасной формой углеводов в организме, его основные запасы – в печени и мышцах

- крахмал – состоит из остатков глюкозы, является питательным веществом

- хондроитинсульфат – входит в состав хрящей, сухожилий, суставов

- гиалуроновая кислота – входит в состав сухожилий, пуповины, роговицы глаза

- гепарин – вещество, снижающее свертывание крови

Функции углеводов в организме – энергетическая, рецепторная, иммунная, входят в состав соединительной ткани.

Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте

Расщепление крахмала начинается в ротовой полости под действием фермента амилазы слюны. При этом крахмал расщепляется на фрагменты. Эти фрагменты поступают в желудок, где их распад не происходит, т.к. в желудке рН 1,5-2,0, при этом амилаза не может расщеплять фрагменты крахмала. Далее фрагменты крахмала поступают в 12-типерстную кишку, куда из поджелудочной железы поступает фермент амилаза. Под действием амилазы фрагменты крахмала расщепляются на мальтозу и изомальтозу. Мальтоза и изомальтоза поступают в нижележащие отделы тонкого кишечника, где расщепляются до глюкозы под действием ферментов мальтазы и изомальтазы. Таким образом, при полном распаде крахмала в желудочно-кишечном тракте образуется глюкоза. Глюкоза всасывается стенками кишечника в кровь и из крови поступает в органы. В мозг и печень глюкоза поступает с помощью специальных переносчиков, в мышцы и жировую ткань – с помощью инсулина. В клетках органов глюкоза используется как источник энергии, из нее образуется гликоген и жиры.

Распад глюкозы в клетке с целью получения энергии

Г люкоза образуется в результате распада гликогена. Сначала глюкоза подвергается распаду в цитоплазме до пировиноградной кислоты - пирувата в анаэробных условиях (в отсутствие кислорода). Этот процесс называется гликолитическое расщепление глюкозы. Пируват в анаэробных условиях превращается в лактат: 2 пируват+2НАДН2+ 2АДФ+2фосфат 2лактат+2НАД+ 2АТФ . Фермент этой реакции – лактатдегидрогеназа.

В аэробных условиях (в присутствии кислорода) пируват поступает из цитоплазмы в матрикс митохондрий, где вступает в процесс окислительного декарбоксилирования. Этот процесс осуществляется при участии пируватдегидрогеназного комплекса, который включает 3 фермента и пять коферментов. В состав коферментов входят витамины: тиамин, липоевая кислота, пантотеновая кислота, рибофлавин, никотинамид. В результате окислительного декарбоксилирования пирувата образуется ацетил-коэнзим А, углекислый газ и НАДН.

Ацетил-коэнзим А поступает в цикл Кребса, который протекает в матриксе митохондрий, в аэробных условиях. В этом процессе участвуют витамины: рибофлавин, никотинамид. В результате окисления ацетил-коэнзима А в цикле Кребса образуются углекислый газ, НАДН2, ФАДН2, ГТФ (АТФ). НАДН2, ФАДН2 поступают в дыхательную цепь митохондрий (во внутренней мембране митохондрий), где образуется АТФ и вода. Вода и углекислый газ – являются конечными продуктами полного распада глюкозы в аэробных условиях. Таким образом, результатом окисления глюкозы является образование энергии.

Глюконеогенез

Глюконеогенез – это синтез глюкозы из пирувата, лактата, метаболитов цикла Кребса, глицерина, аминокислот. Протекает сначала в митохондриях, затем в цитоплазме. Для процесса необходим витамин – биотин.

Регуляция уровня глюкозы в крови

Гормон инсулин вырабатывается в поджелудочной железе. Он способствует снижению уровня глюкозы в крови. После еды в норме уровень глюкозы в крови повышается, в результате ее всасывания в кишечнике. Далее выбрасывается инсулин в кровь из поджелудочной железы. Инсулин способствует поступлению глюкозы из крови в клетки мышц и жировой ткани. В результате уровень глюкозы в крови снижается. При недостатке выработки инсулина поджелудочной железой развивается сахарный диабет, при этом поступление глюкозы в клетки снижено, и уровень глюкозы в крови повышен. У больных сахарным диабетом снижается количество гликогена, они страдают от недостатка углеводных источников энергии. Поэтому наблюдается распад жиров и белков для получения энергии.

Глюкагон вырабатывается поджелудочной железой. Этот гормон вызывает распад гликогена в печени до глюкозы, глюкоза поступает к кровь, и ее уровень в крови повышается. Затем эта глюкоза из крови поступает в мозг, сердце, почки, мышцы, где используется как источник энергии.

Кортизол коры надпочечников способствует синтезу глюкозы из аминокислот в печени, почках, в результате эта глюкоза выбрасывается в кровь, уровень глюкозы в крови повышается, и эта глюкоза поступает в жизненноважные органы.

При голоде в клетках снижается распад глюкозы и повышается ее синтез. Во время всасывания питательных веществ в кишечнике в клетках активируется окисление поступающей глюкозы. При этом образуются вещества, которые идут на синтез жиров.

Обмен липидов

Липиды – группа веществ, которые нерастворимы в воде. По строению липиды делят на простые и сложные. Простые липиды – жирные кислоты, воска, холестерол, триацилглицеролы. Жирные кислоты содержат карбоксильную группу; воска – простые эфиры спиртов и жирных кислот; холестерол содержит спиртовую группу. Триацилглицеролы состоят из спирта глицерина и жирных кислот.

Сложные липиды:

- фосфолипиды – состоят из глицерина, жирных кислот, фосфата, азотсодержащего вещества: холин, серин, этаноламин, также может содержаться инозитол.

- гликолипиды – состоят из липидной и углеводной части.

Функции липидов:

- энергетическая – выполняется триацилглицеролами

- входят в состав мембран – выполняется фосфолипидами и гликолипидами

- защитная – триацилглицеролы подкожно-жирового слоя защищают органы брюшной полости от внешних повреждений

- термоизоляционная – липиды сохраняют тепло в организме

- из холестерола образуются витамин Д, желчные кислоты, стероидные гормоны.

Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте

Процесс начинается в тонком кишечнике. Триацилглицеролы поступают в 12-ти перстную кишку. Туда же поступают желчные кислоты из печени, которые вызывают распад крупных жиров на более мелкие. Эти мелкие жиры могут расщепляться ферментом липазой, которая поступает в кишечник из поджелудочной железы. При этом липаза расщепляет триацилглицеролы на глицерин и жирные кислоты. Глицерин легко всасывается стенками тонкого кишечника в клетки тонкого кишечника, где используется на образование новых жиров. Жирные кислоты всасываются стенками тонкого кишечника с помощью желчных кислот. При этом жирные кислоты поступают в клетки тонкого кишечника, где идут на образование новых жиров.

Транспорт жиров в крови по органам осуществляют липопротеины (ЛП). ЛП – это сложные белки, они состоят из белковой и липидной частей. Различают следующие ЛП:

- хиломикроны – образуются в тонком кишечнике, переносят жиры из кишечника в печень и другие органы

- ЛП очень низкой плотности – образуются в печени, переносят жиры из печени в ткани

- ЛП низкой плотности - образуются в крови из ЛП очень низкой плотности, переносят холестерол из печени в ткани

- ЛП высокой плотности – образуются в печени, переносят лишний холестерол из тканей в печень, откуда холестерол выводится из организма.

Образование энергии при окислении триацилглицеролов

Сначала в цитоплазме клетки триацилглицеролы расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Глицерин окисляется с образованием пирувата, который идет на окислительное декарбоксилирование. В результате образуется ацетил-коэнзим А, который идет в цикл Кребса, где образуются углекислый газ, ГТФ, НАДН2, ФАДН2. НАДН2, ФАДН2 идут в дыхательную цепь митохондрий, где образуется вода, АТФ.

Жирные кислоты окисляются в митохондриях до ацетил-коэнзима А, который далее окисляется в цикле Кребса, где образуются углекислый газ, ГТФ, НАДН2, ФАДН2. НАДН2, ФАДН2 идут на дыхательную цепь митохондрий, где образуется вода, АТФ.

Образование новых жиров осуществляется из глицерина, сфингозина, жирных кислот, фосфата, холина, серина, этаноламина, инозитола.

Регуляция обмена липидов

Инсулин способствует синтезу жиров в жировой ткани из глюкозы.

Глюкагон, адреналин вызывают распад жиров для получения из жиров энергии.

Кетоновые тела

Кетоновые тела образуются из ацетил-коэнзима А, а ацетил-коэнзим А образуется при распаде жирных кислот. Кетоновые тела выполняют энергетическую функцию при сахарном диабете, голодании, физической работе.