Hiilihydraatit ovat laaja ryhmä orgaanisia aineita, jotka yhdessä proteiinien ja rasvojen kanssa muodostavat ihmisen ja eläimen kehon perustan. Hiilihydraatteja on jokaisessa kehon solussa ja ne suorittavat erilaisia toimintoja. Pienet hiilihydraattimolekyylit, joita edustaa pääasiassa glukoosi, voivat liikkua koko kehossa ja suorittaa energiatoimintoa. Suuret hiilihydraattimolekyylit eivät liiku ja toimivat pääasiassa rakennustehtävässä. Ruoasta ihminen erottaa vain pieniä molekyylejä, koska vain ne voivat imeytyä suolistosoluihin. Suuria hiilihydraattimolekyylejä kehon on rakennettava itse. Kaikkia ruoan hiilihydraattien hajoamiseen glukoosiksi ja siitä uusien molekyylien synteesiin liittyvien reaktioiden kokonaisuutta sekä näiden aineiden muita lukuisia muunnoksia kehossa kutsutaan biokemiassa hiilihydraattiaineenvaihdunnaksi.
Luokittelu
Rakenteesta riippuen hiilihydraattiryhmiä on useita.
Monosakkaridit ovat pieniä molekyylejä, jotka eivät hajoa ruoansulatuskanavassa. Näitä ovat glukoosi, fruktoosi, galaktoosi.
Disakkaridit ovat pieniä hiilihydraattimolekyylejä, jotka hajoavat kahdeksi monosakkaridiksi ruoansulatuskanavassa. Esimerkiksi laktoosi - glukoosille ja galaktoosille, sakkaroosi - glukoosille ja fruktoosille.
Polysakkaridit ovat suuria molekyylejä, jotka koostuvat sadoista tuhansista toisiinsa liittyneistä monosakkariditähteistä (pääasiassa glukoosista). Tämä on tärkkelystä, lihaglykogeenia.
Hiilihydraatit ja ruokavaliot
Polysakkaridien hajoamisaika ruoansulatuskanavassa on erilainen riippuen niiden kyvystä liueta veteen. Jotkut polysakkaridit hajoavat nopeasti suolistossa. Sitten niiden hajoamisen aikana saatu glukoosi pääsee nopeasti verenkiertoon. Tällaisia polysakkarideja kutsutaan "nopeiksi". Toiset liukenevat huonommin suolen vesiympäristöön, joten ne hajoavat hitaammin ja glukoosi pääsee vereen hitaammin. Tällaisia polysakkarideja kutsutaan "hitaiksi". Jotkut näistä elementeistä eivät hajoa suolistossa ollenkaan. Niitä kutsutaan liukenemattomiksi ravintokuiduiksi.
Yleensä "hitaiden tai nopeiden hiilihydraattien" alla ei tarkoiteta itse polysakkarideja, vaan elintarvikkeita, jotka sisältävät niitä suuria määriä.
Hiilihydraattiluettelo - nopea ja hidas, on esitetty taulukossa.
| Nopeat hiilihydraatit | Hidat hiilihydraatit |
| paistetut perunat | Leseleipä |
| Valkoinen leipä | Jalostamattomat riisinjyvät |
| Perunamuusi | Herneet |
| Hunainen | Kaurapuuro |
| Porkkanat | Tattaripuuro |
| Maissihiutaleet | Ruisleseleipä |
| Sokeri | Tuorepuristettu hedelmämehu ilman sokeria |
| Musli | Täysjyväpasta |
| suklaa | Punaiset pavut |
| Keitetyt perunat | Meijeri |
| Keksi | Tuoreet hedelmät |
| Maissi | Karvas suklaa |
| Valkoinen riisi | Fruktoosi |
| Musta leipä | Soijapavut |
| juurikkaat | Vihreät vihannekset, tomaatit, sienet |
| Banaanit | - |
| Jam | - |
Valitessaan tuotteita ruokavalioon ravitsemusterapeutti luottaa aina nopeiden ja hitaiden hiilihydraattien luetteloon. Paasto yhdessä rasvojen kanssa yhdessä tuotteessa tai ateriassa johtaa rasvan kertymiseen. Miksi? Nopea verensokerin nousu stimuloi insuliinin tuotantoa, joka tarjoaa elimistölle glukoosivarastoja, mukaan lukien polun rasvan muodostumiseen siitä. Tämän seurauksena kakkuja, jäätelöä, paistettuja perunoita syödessä paino nousee hyvin nopeasti.
Ruoansulatus
Biokemian näkökulmasta hiilihydraattien aineenvaihdunta tapahtuu kolmessa vaiheessa:
- Ruoansulatus. Se alkaa suussa ruoan pureskelun aikana.
- Hiilihydraattien oikea aineenvaihdunta.
- Vaihdon lopputuotteiden koulutus.
Hiilihydraatit ovat ihmisen ruokavalion perusta. Kaavan mukaanjärkevä ravitsemus, ruoan koostumuksessa niitä tulisi olla 4 kertaa enemmän kuin proteiineja tai rasvoja. Hiilihydraattien tarve on yksilöllinen, mutta keskimäärin ihminen tarvitsee 300-400 g päivässä. Näistä noin 80 % on tärkkelystä perunoissa, pastassa, viljassa ja 20 % on nopeita hiilihydraatteja (glukoosi, fruktoosi).
Hiilihydraattien vaihto kehossa alkaa myös suuontelosta. Täällä syljen amylaasientsyymi vaikuttaa polysakkarideihin - tärkkelys ja glykogeeni. Amylaasi hydrolysoi (hajota) polysakkaridit suuriksi fragmenteiksi - dekstriineiksi, jotka joutuvat mahalaukkuun. Hiilihydraatteihin vaikuttavia entsyymejä ei ole, joten mahalaukun dekstriinit eivät muutu millään tavalla ja kulkeutuvat edelleen ruoansulatuskanavaa pitkin ohutsuoleen. Täällä useat entsyymit vaikuttavat hiilihydraatteihin. Haimamehun amylaasi hydrolysoi dekstriinit disakkaridim altoosiksi.
Spesifisiä entsyymejä erittävät itse suolen solut. Entsyymi m altaasi hydrolysoi m altoosin monosakkaridiglukoosiksi, laktaasi hydrolysoi laktoosin glukoosiksi ja galaktoosiksi ja sakkaroosi hydrolysoi sakkaroosin glukoosiksi ja fruktoosiksi. Tuloksena olevat monoosit imeytyvät suolistosta vereen ja porttilaskimon kautta maksaan.
Maksan rooli hiilihydraattiaineenvaihdunnassa
Tämä elin ylläpitää tietyn glukoositason veressä glykogeenin synteesi- ja hajoamisreaktioiden ansiosta.
Monosakkaridien muuntumisreaktiot tapahtuvat maksassa - fruktoosi ja galaktoosi muuttuvat glukoosiksi ja glukoosi fruktoosiksi.
Tässä elimessä tapahtuu glukoneogeneesireaktioita -glukoosin synteesi ei-hiilihydraattien esiasteista - aminohapot, glyseroli, maitohappo. Se myös neutraloi insuliinihormonia insuliinin entsyymin avulla.
Glukoosiaineenvaihdunta
Glukoosilla on keskeinen rooli hiilihydraattiaineenvaihdunnan biokemiassa ja kehon yleisessä aineenvaihdunnassa, koska se on tärkein energianlähde.
Veren glukoositaso on vakioarvo ja se on 4-6 mmol/l. Tämän alkuaineen tärkeimmät lähteet veressä ovat:
- Ruoan hiilihydraatteja.
- Maksan glykogeeni.
- Aminohapot.
Glukoosia kuluu elimistössä:
- energiantuotanto,
- Glykogeenisynteesi maksassa ja lihaksissa,
- aminohappojen synteesi,
- rasvasynteesi.
Luonnollinen energianlähde
Glukoosi on universaali energianlähde kaikille kehon soluille. Energiaa tarvitaan omien molekyylien rakentamiseen, lihasten supistumiseen ja lämmöntuotantoon. Energian vapautumiseen johtavaa glukoosin konversioreaktioiden sarjaa kutsutaan glykolyysiksi. Glykolyysireaktiot voivat tapahtua hapen läsnä ollessa, silloin ne puhuvat aerobisesta glykolyysistä tai hapettomissa olosuhteissa, jolloin prosessi on anaerobinen.
Anaerobisen prosessin aikana yksi glukoosimolekyyli muuttuu kahdeksi maitohappomolekyyliksi (laktaatti) ja energiaa vapautuu. Anaerobinen glykolyysi antaa vähän energiaa: yhdestä glukoosimolekyylistä saadaan kaksi ATP-molekyyliä - aine, jonka kemialliset sidokset keräävät energiaa. Tällä tavalla saaenergiaa käytetään lyhytaikaiseen luurankolihasten työhön - 5 sekunnista 15 minuuttiin, eli kun lihaksien hapensyöttömekanismit eivät ehdi kytkeytyä päälle.
Aerobisen glykolyysin reaktioiden aikana yksi glukoosimolekyyli muuttuu kahdeksi pyruviinihappomolekyyliksi (pyruvaatti). Prosessi, ottaen huomioon sen omiin reaktioihin kulutetun energian, antaa 8 ATP-molekyyliä. Pyruvaatti osallistuu lisähapetusreaktioihin - oksidatiiviseen dekarboksylaatioon ja sitraattikiertoon (Krebsin sykli, trikarboksyylihapposykli). Näiden muutosten seurauksena 30 ATP-molekyyliä vapautuu per glukoosimolekyyli.
Glykogeeninvaihto
Glykogeenin tehtävänä on varastoida glukoosia eläinorganismin soluihin. Tärkkelys suorittaa saman tehtävän kasvisoluissa. Glykogeeniä kutsutaan joskus eläintärkkelykseksi. Molemmat aineet ovat polysakkarideja, jotka on rakennettu moninkertaisesti toistuvista glukoositähteistä. Glykogeenimolekyyli on haaroittuneempi ja kompaktimpi kuin tärkkelysmolekyyli.
Hiilihydraattiglykogeenin aineenvaihduntaprosessit ovat erityisen intensiivisiä maksassa ja luustolihaksissa.
Glykogeeni syntetisoituu 1-2 tunnin kuluessa aterian jälkeen, kun verensokeritaso on korkea. Glykogeenimolekyylin muodostamiseksi tarvitaan aluke - siemen, joka koostuu useista glukoositähteistä. Uudet jäännökset UTP-glukoosin muodossa kiinnittyvät peräkkäin alukkeen päähän. Kun ketju kasvaa 11-12 jäännöksellä, siihen liittyy 5-6 saman fragmentin sivuketju. Nyt pohjamaalista tulevalla ketjulla on kaksi päätä - kaksi kasvupistettäglykogeenimolekyylit. Tämä molekyyli pidentyy ja haarautuu toistuvasti niin kauan kuin veressä on korkea glukoosipitoisuus.
Aterioiden välillä glykogeeni hajoaa (glykogenolyysi) vapauttaen glukoosia.
Saadaan maksan glykogeenin hajoamisesta, se menee vereen ja sitä käytetään koko organismin tarpeisiin. Lihasten glykogeenin hajoamisesta saatua glukoosia käytetään vain lihasten tarpeisiin.
Glukoosin muodostuminen ei-hiilihydraattisista esiasteista - glukoneogeneesi
Kehossa on tarpeeksi energiaa, joka on varastoitunut glykogeenin muodossa vain muutamaksi tunniksi. Päivän nälänhädän jälkeen tämä aine ei jää maksaan. Siksi hiilihydraattittomilla ruokavalioilla, täydellisellä nälällä tai pitkäaikaisen fyysisen työn aikana veren normaali glukoositaso säilyy sen synteesin ansiosta ei-hiilihydraattien esiasteista - aminohapoista, maitohappoglyserolista. Kaikki nämä reaktiot esiintyvät pääasiassa maksassa sekä munuaisissa ja suoliston limakalvoissa. Siten hiilihydraattien, rasvojen ja proteiinien aineenvaihduntaprosessit kietoutuvat tiiviisti yhteen.
Aminohapoista ja glyserolista syntetisoituu glukoosia nälänhädän aikana. Ruoan puuttuessa kudosproteiinit hajoavat aminohapoiksi, rasvat rasvahapoiksi ja glyseroliksi.
Maitohaposta glukoosia syntetisoituu intensiivisen harjoittelun jälkeen, kun sitä kertyy suuria määriä lihaksiin ja maksaan anaerobisen glykolyysin aikana. Lihaksista maitohappo siirtyy maksaan, jossa siitä syntetisoituu glukoosia, joka palautetaan työskentelyyn.lihas.
Hiilihydraattiaineenvaihdunnan säätely
Tämän prosessin suorittaa hermosto, endokriiniset järjestelmä (hormonit) ja solunsisäisellä tasolla. Säätelyn tehtävänä on varmistaa vakaa verensokeritaso. Hiilihydraattiaineenvaihduntaa säätelevistä hormoneista tärkeimmät ovat insuliini ja glukagoni. Niitä tuotetaan haimassa.
Insuliinin päätehtävä kehossa on alentaa verensokeria. Tämä voidaan saavuttaa kahdella tavalla: lisäämällä glukoosin tunkeutumista verestä kehon soluihin ja lisäämällä sen käyttöä niissä.
- Insuliini varmistaa glukoosin tunkeutumisen tiettyjen kudosten – lihasten ja rasvan – soluihin. Niitä kutsutaan insuliiniriippuvaiksi. Glukoosi pääsee aivoihin, imusolmukkeisiin, punasoluihin ilman insuliinin osallistumista.
- Insuliini tehostaa solujen glukoosin käyttöä:
- Glykolyysientsyymien (glukokinaasi, fosfofruktokinaasi, pyruvaattikinaasi) aktivointi.
- Glykogeenisynteesin aktivointi (johtuen lisääntyneestä glukoosin muuttumisesta glukoosi-6-fosfaatiksi ja glykogeenisyntaasin stimulaatiosta).
- Glukoneogeneesientsyymien (pyruvaattikarboksylaasi, glukoosi-6-fosfataasi, fosfoenolipyruvaattikarboksikinaasi) esto.
- Lisää glukoosin sitoutumista pentoosifosfaattikiertoon.
Kaikki muut hormonit, jotka säätelevät hiilihydraattien aineenvaihduntaa, ovat glukagoni, adrenaliini, glukokortikoidit, tyroksiini, kasvuhormoni, ACTH. Ne lisäävät veren glukoosipitoisuutta. Glukagoni aktivoi glykogeenin hajoamisen maksassa ja glukoosin synteesiä ei-hiilihydraateistaedeltäjät. Adrenaliini aktivoi glykogeenin hajoamista maksassa ja lihaksissa.
Pörssirikkomukset. Hypoglykemia
Yleisimmät hiilihydraattiaineenvaihdunnan häiriöt ovat hypo- ja hyperglykemia.
Hypoglykemia on kehon tila, jonka aiheuttaa alhainen verensokeri (alle 3,8 mmol/l). Syyt voivat olla: tämän aineen saannin väheneminen vereen suolistosta tai maksasta, sen käytön lisääntyminen kudoksissa. Hypoglykemia voi johtaa:
- Maksan patologia - heikentynyt glykogeenisynteesi tai glukoosisynteesi muista kuin hiilihydraattien esiasteista.
- Hiilihydraattinälkä.
- Pitkäaikainen fyysinen aktiivisuus.
- Muuaissairaudet – glukoosin takaisinimeytymisen heikkeneminen primäärivirtsasta.
- Ruoansulatushäiriöt - ruoan hiilihydraattien hajoamisen tai glukoosin imeytymisprosessin patologiat.
- Umpieritysjärjestelmän sairaudet - ylimääräinen insuliini tai kilpirauhashormonien, glukokortikoidien, kasvuhormonin (GH), glukagonin, katekoliamiinien puute.
Hypoglykemian äärimmäinen ilmentymä on hypoglykeeminen kooma, joka kehittyy useimmiten tyypin I diabetes mellitusta sairastaville potilaille, joilla on insuliinin yliannostus. Alhainen verensokeri johtaa aivojen happi- ja energianälänhätään, mikä aiheuttaa tyypillisiä oireita. Sille on ominaista erittäin nopea kehitys - jos tarvittavia toimia ei tehdä muutamassa minuutissa, henkilö menettää tajuntansa ja voi kuolla. Tyypillisesti diabeetikot pystyvät tunnistamaan merkkejä glukoositason laskusta.verta ja tiedä mitä tehdä - juo lasillinen makeaa mehua tai syö makea pulla.
Hyperglykemia
Toinen hiilihydraattiaineenvaihdunnan häiriö on hyperglykemia – kehon tila, joka johtuu jatkuvasti korkeasta verensokeritasosta (yli 10 mmol/l). Syitä voivat olla:
- umpieritysjärjestelmän patologia. Yleisin hyperglykemian syy on diabetes mellitus. Erota tyypin I ja tyypin II diabetes. Ensimmäisessä tapauksessa taudin syy on insuliinin puute, joka johtuu tätä hormonia erittävien haimasolujen vaurioista. Rauhan vaurioituminen on useimmiten luonteeltaan autoimmuunista. Tyypin II diabetes kehittyy normaalin insuliinintuotannon yhteydessä, joten sitä kutsutaan ei-insuliiniriippuvaiseksi; mutta insuliini ei täytä tehtäväänsä - se ei kuljeta glukoosia lihas- ja rasvakudoksen soluihin.
- neuroosi, stressi aktivoivat hormonien tuotantoa - adrenaliini, glukokortikoidit, kilpirauhanen, jotka lisäävät glykogeenin hajoamista ja glukoosin synteesiä ei-hiilihydraattien esiasteista maksassa, estävät glykogeenin synteesiä;
- maksan patologia;
- yli syöminen.
Biokemiassa hiilihydraattiaineenvaihdunta on yksi mielenkiintoisimmista ja laajimmista tutkimus- ja tutkimusaiheista.
