Биохимия углеводов в организме человека

1. Общие свойства углеводов

Углеводы - группа органических веществ общей формулы - Cm H2n On.

Формально Cm(H2O)n - соединение углерода и воды. Осюда и название: угле- воды.

Основные функции углеводов:

1) энергетическая (при окислении простых сахаров, в первую очередь, глюкозы организм получает основную часть необходимой ему энергии);

2) запасающая (такие полисахариды, как крахмал и глюкоген, играют роль источников глюкозы, высвобождая ее по мере необходимости);

3) опорно-строительная (из хитина, например, построен панцирь насекомых).

Углеводы делят на простые или моносахариды, не способные к гидролизу, и сложные углеводы, гидрализующиеся на ряд простых. По числу атомов углерода углеводы делят на тетрозы, пентозы, гексозы и т.д., а по химическому строению - это многоатомные альдегидо- и кетоноспирты - альдозы и кетозы.

Наибольшее значение для питаания имеют гекзозы. Сложные углеводы по количеству получающихся при гидролизации простых углеводов делят на дисахариды, трисахариды и т.д. и полисахариды, дающие при гидролизе много атомов простых углеводов. Полисахариды делят на гомополисахариды, которые дают при гидролизе один вид простых углеводов и гетеросахариды, которые дают при гидролизе смесь простых углеводов и их производных.

2. Свойства моносахаридов

Моносахариды - бесцветные кристаллические вещества, хорошо рстворимые в воде, плохо - в спирте, нерастворимые в эфире. Моносахариды - основной источник энергии в организме человека.

Самый важный моносахарид - глюкоза. Название произошло от греческого - glykys - сладкий. Химическая формула - C6H12O6. Молекулы глюкозы выполняют роль биологического топлива в одном из важнейших энергегетических процессов в организме - в процессе гликолиза. В пентозном цикле глюкоза окисляется до

СО2 и воды, генерируя энергию для некоторых реакций. В природе встречается

D - глюкоза.

Глюкоза очень легко окисляется оксидами и гидроксидами тяжелых металлов. Полное окисление глюкозы идет по уравнению:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6 H2O + 686 ккал.

Значительная часть выделенной энергии аккумулируется в АТФ. Постоянный источник глюкозы в организме - гликоген. В растворах глюкоза существует в виде пяти таутомерных форм - ?- и ?-глюкоприраноз с шестичленным кольцом, ?- и ?-глюкофураноз с пятичленным кольцом, а также в виде открытой формы со свободной альдегидной группой. ?- и ?-формы отличаются простраственным расположением полуацетального гидроксида.

Недостаток глюкозы вызывает ацидоз и кетоз. Избыток - диабет. Норма содержания в крови - 0,1%.

3. Свойства дисахаридов

Основным представителем дисахаридов является сахароза. Молекула сахарозы состоит из остатков молекулы D-глюкозы и D-фруктозы. Химическая формула - C12H22O11. Сахароза - один из главных углеводов в организме человека, бесцветное кристаллическое вещество. При температуре выше 200є C разлагается с образованием так называемых карамелей. Сахароза не растворима в неполярных органических растворителях, в абсолютном метаноле и этаноле, умеренно растворима в атилацетате, анилине, в водных растворах метанола и этанола. Хорошо растворима в воде. Сахароза не обладает редуцентными свойствами, поэтому она устойчива к действию щелочей, но гидрализуется под влиянием кислот и ферментов сахараз с образованием D- глюкозы и D- фруктозы. Со щелочным металлами образует сахараты. Сахароза является одним из основных дисахаридов. Она гидролизуется HCl желудочного сока и сахаразой слизистой оболочкой тонкой кишки человека.

Сахароза входит в состав сахара (99,75%), используемого для придания пище сладкого вкуса. Сахарозу также называют свекловичным сахаром.

Другой представитель дисахаридов - лактоза (молочный сахар). Она состоит из остатков гелактозы и глюкозы. Лактоза - важная составная часть молока млекопитающих и человека. Образуется в процессе лактации в молочной железе из глюкозы и является для новорожденных ее источником. Лактоза облегчает всасывание кальция их кишечника. Содержание лактозы в женском молоке - 7 г/ 100 мл. В молоке коров и коз - 4,5г/100 мл.

4. Свойства полисахаридов

Основным источником полисахаридов является крахмал. Крахмал - основной резервный полисахарид растений. Образуется в клеточных органеллах зеленых листьев в результате процесса фотосинтеза. Крахмал является основной частью важнейших продуктов питания. Конечные продукты ферментативного расщепления

- глюкозо - один- фосфат - представляет собой важнейшие субстраты как энергетического обмена, так и синтетических процессов. Химическая формула крахмала - (C6H10O5)n. Переваривание крахмала в пищеварительном тракте осуществляется при помощи ?-амилазы слюны, дисахааридаз и глюкоамилаз щеточной каймы слизистой оболочки тонкой кишки. Глюкоза, являющаяся конечным продуктом распада пищевого крахмала, всасывается в тонкой кишке.

Калорийность крахмала - 4,2 ккал/г.

Целлюлоза. Химическая формула целлюлозы (C6H10O5)n, такая же как и у крахмала. Цепи целлюлозы построены в основном из элементарных звеньев ангидро- D-глюкозы, соединенных между собой 1,4 - ?-глюкозидными связями.

Целлюлоза, содержащаяся в пище, является одним из основных балластных веществ, или пищевых волокон, играющих чрезвычайно важную роль в нормальном питании и пищеварении. Эти волокна не перевариваются в желудочно-кишечном тракте, но способствуют его нормальному функционированию. Они адсорбируют на себе некоторые токсины, препятствуют их всасыванию в кишечник.

5. Углеводный обмен

Углеводный обмен представляет собой совокупность процессов превращений углеводов в организме человека и животных.

Процесс превращений углеводов начинается с переваривания их в ротовой полости, где происходит частичное расщепление крахмала под действием фермента слюны - амилазы. В основном углеводы перевариваются и всасываются в тонком кишечнике и затем с током крови разносятся в ткани и органы, а основная часть их, главным образом глюкоза, накапливается в печени в виде гликогена. Глюкоза с кровью поступает в те органы и ткани, где возникает потребность в ней, причем скорость проникновения глюкозы в клетки определяется проницаемостью клеточных оболочек. В клетки печени глюкоза проникает свободно, в клетки мышечной ткани проникновение глюкозы связано с затратой энергии; во время мышечной работы проницаемость клеточной стенки значительно возрастает. В клетках глюкоза претерпевает процесс превращений на молекулярном уровне в процессе биологического окисления с накоплением энергии.

При окислении глюкозы в пентозном (аэробном) цикле образуется восстановленный никотинамид-адениннуклеотидфосфат, необходимый для восстановительных синтезов. Кроме того промежуточные продукты этого цикла являются материалом для синтеза многих важных соединений.

Регуляция углеводного обмена в основном осуществляется гормонами и центральной нервной системой. О состоянии углеводного обмена можно судить по содержанию сахара в крови (в норме 70-120 мг%). При сахарной нагрузке эта величина возрастает, но затем быстро достигает нормы. Нарушения углеводного обмена возникают при различных заболеваниях. Так, при недостатке инсулина наступает сахарный диабет, а понижение активности одного из ферментов углеводного обмена - мышечной фосфорилазы - ведет к мышечной дистрофии.