Ogļhidrāti ir plaša organisko vielu grupa, kas kopā ar olb altumvielām un taukiem veido cilvēka un dzīvnieka ķermeņa pamatu. Ogļhidrāti atrodas katrā ķermeņa šūnā un veic dažādas funkcijas. Mazas ogļhidrātu molekulas, ko galvenokārt pārstāv glikoze, var pārvietoties pa visu ķermeni un veikt enerģijas funkciju. Lielas ogļhidrātu molekulas nepārvietojas un veic galvenokārt celtniecības funkciju. No pārtikas cilvēks ekstrahē tikai mazas molekulas, jo tikai tās var uzsūkties zarnu šūnās. Lielas ogļhidrātu molekulas ķermenim ir jāveido pašam. Visu reakciju kopums pārtikas ogļhidrātu sadalīšanai līdz glikozei un jaunu molekulu sintēzei no tās, kā arī daudzām citām šo vielu pārvērtībām organismā, bioķīmijā tiek saukta par ogļhidrātu metabolismu.
Klasifikācija
Atkarībā no struktūras ir vairākas ogļhidrātu grupas.
Monosaharīdi ir mazas molekulas, kas gremošanas traktā nesadalās. Tās ir glikoze, fruktoze, galaktoze.
Disaharīdi ir mazas ogļhidrātu molekulas, kas gremošanas traktā sadalās divos monosaharīdos. Piemēram, laktoze – glikozei un galaktozei, saharoze – glikozei un fruktozei.
Polisaharīdi ir lielas molekulas, kas sastāv no simtiem tūkstošu monosaharīdu atlieku (galvenokārt glikozes), kas savienotas kopā. Tā ir ciete, gaļas glikogēns.
Ogļhidrāti un diētas
Polisaharīdu sadalīšanās laiks gremošanas traktā ir atšķirīgs atkarībā no to spējas izšķīst ūdenī. Daži polisaharīdi ātri sadalās zarnās. Tad to sabrukšanas laikā iegūtā glikoze ātri nonāk asinsritē. Šādus polisaharīdus sauc par "ātriem". Citi sliktāk izšķīst zarnu ūdens vidē, tāpēc tie sadalās lēnāk, un glikoze lēnāk nonāk asinīs. Šādus polisaharīdus sauc par "lēniem". Daži no šiem elementiem zarnās vispār netiek sadalīti. Tās sauc par nešķīstošām uztura šķiedrām.
Parasti ar nosaukumu "lēnie vai ātrie ogļhidrāti" mēs domājam nevis pašus polisaharīdus, bet gan pārtikas produktus, kas tos satur lielos daudzumos.
Ogļhidrātu saraksts - ātri un lēni, ir parādīts tabulā.
| Ātri ogļhidrāti | Lēni ogļhidrāti |
| cepti kartupeļi | Kliju maize |
| B altmaize | Neapstrādāti rīsu graudi |
| Kartupeļu biezenis | Zirņi |
| Mīļais | Auzu pārslas |
| Burkāni | Griķu biezputra |
| Kukurūzas pārslas | Rudzu kliju maize |
| Cukurs | Svaigi spiesta augļu sula bez cukura |
| Muslis | Pilngraudu makaroni |
| šokolāde | Sarkanās pupiņas |
| Vārīti kartupeļi | Piena |
| Cepums | Svaigi augļi |
| Kukurūza | Rūgtā šokolāde |
| B altie rīsi | Fruktoze |
| Melnā maize | Sojas pupiņas |
| Bietes | Zaļie dārzeņi, tomāti, sēnes |
| Banāni | - |
| Iestrēgums | - |
Izvēloties produktus diētai, uztura speciālists vienmēr paļaujas uz ātro un lēno ogļhidrātu sarakstu. Ātra lietošana kopā ar taukiem vienā produktā vai ēdienreizē izraisa tauku nogulsnēšanos. Kāpēc? Straujais glikozes līmeņa paaugstināšanās asinīs stimulē insulīna ražošanu, kas nodrošina organismu ar glikozes krājumiem, tostarp tauku veidošanās ceļu no tā. Rezultātā, ēdot kūkas, saldējumu, ceptus kartupeļus, svars tiek pieņemts ļoti ātri.
Gremošana
No bioķīmijas viedokļa ogļhidrātu vielmaiņa notiek trīs posmos:
- Gremošana. Tas sākas mutē, košļājot pārtiku.
- Pareiza ogļhidrātu vielmaiņa.
- Maiņas galaproduktu izglītošana.
Ogļhidrāti ir cilvēka uztura pamatā. Pēc formulasracionāls uzturs, pārtikas sastāvā tiem vajadzētu būt 4 reizes vairāk nekā olb altumvielām vai taukiem. Vajadzība pēc ogļhidrātiem ir individuāla, taču vidēji dienā cilvēkam nepieciešami 300-400 g. No tiem apmēram 80% ir ciete kartupeļu, makaronu, graudaugu sastāvā un 20% ir ātrie ogļhidrāti (glikoze, fruktoze).
Ogļhidrātu apmaiņa organismā sākas arī mutes dobumā. Šeit siekalu enzīms amilāze iedarbojas uz polisaharīdiem – cieti un glikogēnu. Amilāze hidrolizē (sašķeļ) polisaharīdus lielos fragmentos – dekstrīnās, kas nonāk kuņģī. Nav enzīmu, kas iedarbojas uz ogļhidrātiem, tāpēc dekstrīni kuņģī nekādā veidā nemainās un iziet tālāk pa gremošanas traktu, nonākot tievajās zarnās. Šeit vairāki fermenti iedarbojas uz ogļhidrātiem. Aizkuņģa dziedzera sulas amilāze hidrolizē dekstrīnus par disaharīdu m altozi.
Īpašus enzīmus izdala pašas zarnas šūnas. Enzīms m altāze hidrolizē m altozi par monosaharīdu glikozi, laktāze hidrolizē laktozi par glikozi un galaktozi, bet saharāze hidrolizē saharozi par glikozi un fruktozi. Iegūtās monozes no zarnām uzsūcas asinīs un caur vārtu vēnu nonāk aknās.
Aknu loma ogļhidrātu metabolismā
Šis orgāns uztur noteiktu glikozes līmeni asinīs glikogēna sintēzes un sadalīšanās reakciju dēļ.
Aknās notiek monosaharīdu savstarpējās konversijas reakcijas - fruktoze un galaktoze tiek pārvērsta glikozē, bet glikoze var pārvērsties par fruktozi.
Šajā orgānā notiek glikoneoģenēzes reakcijas -glikozes sintēze no ne-ogļhidrātu prekursoriem - aminoskābēm, glicerīna, pienskābes. Tas arī neitralizē hormona insulīnu ar enzīma insulināzes palīdzību.
Glikozes vielmaiņa
Glikozei ir galvenā loma ogļhidrātu metabolisma bioķīmijā un kopējā organisma vielmaiņā, jo tā ir galvenais enerģijas avots.
Glikozes līmenis asinīs ir nemainīga vērtība un ir 4–6 mmol/l. Galvenie šī elementa avoti asinīs ir:
- Pārtikas ogļhidrāti.
- Aknu glikogēns.
- Aminoskābes.
Glikoze organismā tiek patērēta:
- enerģijas ražošana,
- Glikogēna sintēze aknās un muskuļos,
- aminoskābju sintēze,
- tauku sintēze.
Dabisks enerģijas avots
Glikoze ir universāls enerģijas avots visām ķermeņa šūnām. Enerģija ir nepieciešama, lai izveidotu savas molekulas, muskuļu kontrakciju, siltuma veidošanos. Glikozes konversijas reakciju secību, kas izraisa enerģijas izdalīšanos, sauc par glikolīzi. Glikolīzes reakcijas var notikt skābekļa klātbūtnē, tad tās runā par aerobo glikolīzi vai bezskābekļa apstākļos, tad process ir anaerobs.
Anaerobā procesa laikā viena glikozes molekula tiek pārvērsta divās pienskābes (laktāta) molekulās un tiek atbrīvota enerģija. Anaerobā glikolīze nodrošina maz enerģijas: no vienas glikozes molekulas tiek iegūtas divas ATP molekulas - viela, kuras ķīmiskās saites uzkrāj enerģiju. Šis veids, kā iegūtenerģija tiek izmantota īslaicīgam skeleta muskuļu darbam - no 5 sekundēm līdz 15 minūtēm, tas ir, kamēr muskuļu piegādes mehānismiem ar skābekli nav laika ieslēgties.
Aerobās glikolīzes reakciju laikā viena glikozes molekula tiek pārveidota par divām pirovīnskābes (piruvāta) molekulām. Process, ņemot vērā savām reakcijām iztērēto enerģiju, dod 8 ATP molekulas. Piruvāts iesaistās tālākās oksidācijas reakcijās – oksidatīvā dekarboksilācijā un citrāta ciklā (Krebsa cikls, trikarbonskābes cikls). Šo transformāciju rezultātā katrā glikozes molekulā tiks atbrīvotas 30 ATP molekulas.
Glikogēna apmaiņa
Glikogēna funkcija ir glikozes uzglabāšana dzīvnieku organisma šūnās. Ciete veic tādu pašu funkciju augu šūnās. Glikogēnu dažreiz sauc par dzīvnieku cieti. Abas vielas ir polisaharīdi, kas veidoti no atkārtotiem glikozes atlikumiem. Glikogēna molekula ir sazarotāka un kompaktāka nekā cietes molekula.
Ogļhidrātu glikogēna organismā vielmaiņas procesi īpaši intensīvi notiek aknās un skeleta muskuļos.
Glikogēns tiek sintezēts 1-2 stundu laikā pēc ēšanas, kad glikozes līmenis asinīs ir augsts. Glikogēna molekulas veidošanai ir nepieciešams gruntējums - sēkla, kas sastāv no vairākiem glikozes atlikumiem. Jauni atlikumi UTP-glikozes veidā tiek secīgi pievienoti gruntskrāsas galam. Kad ķēde palielinās par 11-12 atlikumiem, tai pievienojas sānu ķēde no 5-6 vienādiem fragmentiem. Tagad ķēdei, kas nāk no grunts, ir divi gali - divi augšanas punktiglikogēna molekulas. Šī molekula atkārtoti pagarinās un sazarosies, kamēr asinīs saglabāsies augsta glikozes koncentrācija.
Starp ēdienreizēm glikogēns sadalās (glikogenolīze), izdalot glikozi.
Iegūst no aknu glikogēna sadalīšanās, tas nonāk asinīs un tiek izmantots visa organisma vajadzībām. Glikoze, kas iegūta, sadalot glikogēnu muskuļos, tiek izmantota tikai muskuļu vajadzībām.
Glikozes veidošanās no ne-ogļhidrātu prekursoriem - glikoneoģenēze
Ķermenim pietiek enerģijas, kas uzkrāta glikogēna veidā tikai dažām stundām. Pēc badošanās dienas šī viela aknās nepaliek. Tāpēc ar bezogļhidrātu diētām, pilnvērtīgu badu vai ilgstoša fiziska darba laikā tiek uzturēts normāls glikozes līmenis asinīs, pateicoties tās sintēzei no neogļhidrātu prekursoriem – aminoskābēm, pienskābes glicerīna. Visas šīs reakcijas galvenokārt rodas aknās, kā arī nierēs un zarnu gļotādās. Tādējādi ogļhidrātu, tauku un olb altumvielu vielmaiņas procesi ir cieši saistīti.
No aminoskābēm un glicerīna bada laikā tiek sintezēta glikoze. Pārtikas trūkuma gadījumā audu olb altumvielas sadalās aminoskābēs, tauki – taukskābēs un glicerīnā.
No pienskābes glikoze tiek sintezēta pēc intensīvas slodzes, kad anaerobās glikolīzes laikā tā lielos daudzumos uzkrājas muskuļos un aknās. No muskuļiem pienskābe tiek pārnesta uz aknām, kur no tām tiek sintezēta glikoze, kas tiek atgriezta darbā.muskuļi.
Ogļhidrātu vielmaiņas regulēšana
Šo procesu veic nervu sistēma, endokrīnā sistēma (hormoni) un intracelulārā līmenī. Regulēšanas uzdevums ir nodrošināt stabilu glikozes līmeni asinīs. No hormoniem, kas regulē ogļhidrātu vielmaiņu, galvenie ir insulīns un glikagons. Tie veidojas aizkuņģa dziedzerī.
Galvenais insulīna uzdevums organismā ir pazemināt glikozes līmeni asinīs. To var panākt divos veidos: palielinot glikozes iekļūšanu no asinīm ķermeņa šūnās un palielinot tās izmantošanu tajās.
- Insulīns nodrošina glikozes iekļūšanu noteiktu audu – muskuļu un tauku – šūnās. Tos sauc par insulīnatkarīgiem. Glikoze bez insulīna līdzdalības nonāk smadzenēs, limfātiskajos audos, sarkanajās asins šūnās.
- Insulīns uzlabo šūnu glikozes izmantošanu:
- Glikolīzes enzīmu (glikokināzes, fosfofruktokināzes, piruvāta kināzes) aktivizēšana.
- Glikogēna sintēzes aktivizēšana (sakarā ar palielinātu glikozes pārvēršanos par glikozes-6-fosfātu un glikogēna sintāzes stimulāciju).
- Glikoneoģenēzes enzīmu (piruvāta karboksilāzes, glikozes-6-fosfatāzes, fosfoenolpiruvāta karboksikināzes) inhibīcija.
- Palieliniet glikozes iesaistīšanos pentozes fosfāta ciklā.
Visi citi hormoni, kas regulē ogļhidrātu vielmaiņu, ir glikagons, adrenalīns, glikokortikoīdi, tiroksīns, augšanas hormons, AKTH. Tie palielina glikozes līmeni asinīs. Glikagons aktivizē glikogēna sadalīšanos aknās un glikozes sintēzi no ne-ogļhidrātiempriekšteči. Adrenalīns aktivizē glikogēna sadalīšanos aknās un muskuļos.
Maiņas pārkāpumi. Hipoglikēmija
Biežākie ogļhidrātu vielmaiņas traucējumi ir hipo- un hiperglikēmija.
Hipoglikēmija ir ķermeņa stāvoklis, ko izraisa zems glikozes līmenis asinīs (zem 3,8 mmol/l). Iemesli var būt: samazināta šīs vielas uzņemšana asinīs no zarnām vai aknām, palielināta tās lietošana audos. Hipoglikēmija var izraisīt:
- Aknu patoloģija - traucēta glikogēna sintēze vai glikozes sintēze no ne-ogļhidrātu prekursoriem.
- Ogļhidrātu bads.
- Ilgstošas fiziskās aktivitātes.
- Nieru patoloģijas - traucēta glikozes reabsorbcija no primārā urīna.
- Gremošanas traucējumi - pārtikas ogļhidrātu sadalīšanās vai glikozes uzsūkšanās procesa patoloģijas.
- Endokrīnās sistēmas patoloģijas - insulīna pārpalikums vai vairogdziedzera hormonu, glikokortikoīdu, augšanas hormona (GH), glikagona, kateholamīnu trūkums.
Galējā hipoglikēmijas izpausme ir hipoglikēmiskā koma, kas visbiežāk attīstās pacientiem ar I tipa cukura diabētu ar insulīna pārdozēšanu. Zems glikozes līmenis asinīs izraisa skābekļa un enerģijas badu smadzenēs, kas izraisa raksturīgus simptomus. To raksturo ārkārtīgi strauja attīstība – ja dažu minūšu laikā netiks veiktas nepieciešamās darbības, cilvēks zaudēs samaņu un var nomirt. Parasti diabēta pacienti spēj atpazīt glikozes līmeņa pazemināšanās pazīmes.asinis un zināt, ko darīt - izdzert glāzi saldas sulas vai apēst saldu bulciņu.
Hiperglikēmija
Cits ogļhidrātu vielmaiņas traucējumu veids ir hiperglikēmija – organisma stāvoklis, ko izraisa pastāvīgi augsts glikozes līmenis asinīs (virs 10 mmol/l). Iemesli var būt:
- endokrīno sistēmu patoloģija. Visbiežākais hiperglikēmijas cēlonis ir cukura diabēts. Atšķirt I un II tipa diabētu. Pirmajā gadījumā slimības cēlonis ir insulīna deficīts, ko izraisa aizkuņģa dziedzera šūnu bojājumi, kas izdala šo hormonu. Dziedzera sakāve visbiežāk ir autoimūna rakstura. II tipa cukura diabēts attīstās pie normālas insulīna ražošanas, tāpēc to sauc par insulīnneatkarīgu; bet insulīns nepilda savu funkciju – tas nenes glikozi muskuļu un taukaudu šūnās.
- neiroze, stress aktivizē hormonu - adrenalīna, glikokortikoīdu, vairogdziedzera - ražošanu, kas palielina glikogēna sadalīšanos un glikozes sintēzi no neogļhidrātu prekursoriem aknās, kavē glikogēna sintēzi;
- aknu patoloģija;
- pārēšanās.
Bioķīmijā ogļhidrātu vielmaiņa ir viena no interesantākajām un plašākajām studiju un pētniecības tēmām.
