Основные углеводы организма человека, классификация, биологическая роль. Переваривание и всасывание углеводов в органах пищеварительной системы.
Углеводы - это полиоксикарбонильные соединения и их производные.
Основными углеводами организма человека являются:1.) Моносахариды (глицеральдегид,диоксиацетон, эритроза, рибоза, дезоксирибоза,рибулоза, ксилулоза, глюкоза, галактоза, фруктоза,манноза, арабиноза и др.);
2.) Олигосахариды (дисахариды: мальтоза, лактоза, сахароза);
3.) Гомополисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка (целлюлоза));
4.) Гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гепарин). Биологическая роль углеводов:1.) Энергетическая. При окислении 1г углеводов до конечных продуктов (СО2 и Н2О) выделяется 4,1ккал энергии. На долю углеводов приходится около 60-70% всей суточной калорийности пищи. 2.) Структурная. Углеводы используется как строительный материал для образования структурных компонентов клеток (гликолипиды, гликопротеины, гетерополисахариды межклеточного вещества). 3.) Резервная. Углеводы откладываются в клетках в виде резервного полисахарида гликогена. 4.) Защитная. Гиалуроновая кислота, входя в состав соединительной ткани, препятствует проникновению чужеродных веществ. Гетерополисахариды участвуют в образовании вязких секретов покрывающей слизистые оболочки дыхательных путей, мочевыводящих путей, пищеварительного тракта, предохраняя их от повреждений. 5.) Регуляторная. Некоторые гормоны гипофиза являются гликопротеинами. 6.) Сигнальная. Участвуют в процессах узнавания клеток. Важная роль при этом отводится сиаловым кислотам и нейраминовой кислоте. 7.) Специфичность. Благодаря колоссальному потенциальному структурному разнообразию углеводов, их полимеры могут быть весьма эффективными носителями информации. В расчете на единицу веса углеводы способны содержать больше информации, чем нуклеиновые кислоты или белки. Моносахариды могут, таким образом, служить буквами в словаре биологической специфичности; считывание углеводных "слов" основано на вариабельности моносахаридных субъединиц, различиях в связях между ними и наличии или отсутствии точек ветвления. Гетерополисахариды, входя в состав оболочек клеток, придают им специфичность, например, определяют группы крови. 8.) Участие в процессах свёртывания крови (входят в состав фибриногена и протромбина). Препятствуют свёртыванию крови, входя в состав гепарина.
Роль углеводов в питании:• Потребность в углеводах для взрослого человека массой 60-70 кг составляет 400-500 г/сут. • Основными углеводами пищи для организма человека являются: крахмал, гликоген, сахароза, лактоза. • Большая часть углеводов поступает с растительной пищей. • Среди пищевых углеводов преобладает крахмал. • Крахмал состоит из линейного полисахарида – амилозы и разветвленного – амилопектина. • Остатки глюкозы в амилозе связаны α-1,4-гликозидной связью. • В амилопектине в точках ветвления - α-1,6-гликозидная связь.
Переваривание углеводов в пищеварительном тракте: • Основными углеводами пищи для организма человека являются: крахмал, гликоген, сахароза, лактоза. • Поступивший с пищей крахмал (гликоген) в ротовой полости подвергается гидролизу под действием альфа-амилазы слюны, которая относится к эндоамилазам. Он расщепляет альфа (1,4)-гликозидные связи в структуре крахмала. • рН оптимум для альфа-амилазы слюны находится в пределах рН = 6,8-7,2. Поскольку пища в ротовой полости находится недолго, то крахмал переваривается лишь частично. Его гидролиз завершается образованием амилодекстринов. • Далее пища поступает в желудок. Слизистой оболочкой желудка гликозидазы не вырабатываются. В желудке среда резко кислая(рН=1,5-2,5), поэтому действие альфа-амилазы слюны внутри пищевого комка прекращается. Однако в более глубоких слоях действие фермента продолжается, и крахмал успевает пройти следующую стадию гидролиза, с образованием эритродекстринов. • Основным местом переваривания крахмала служит тонкий отдел кишечника. • В переваривании крахмала принимает участие фермент альфа-амилаза, вырабатываемый в поджелудочной железе. • Выделяющийся панкреатический сок содержит бикарбонаты, которые принимают участие в нейтрализации кислого желудочного содержимого, создаётся слабощелочная среда (рН=8-9) - оптимальная для гликозидаз. • Альфа-амилаза завершает разрыв внутренних альфа(1,4)-гликозидных связей с образованием мальтоз (изомальтоз).
Ферменты, расщепляющие гликозидные связи в дисахаридах, образуют ферментативные комплексы на поверхности энтероцитов: - сахаразо-изомальтазный(гидролиз альфа – 1,6 и альфа – 1,2, альфа 1,4 –гликозидных связей в изомальтозе,сахарозе, мальтозе, соотвественно);- гликоамилазный(гидролиз альфа 1,4 –гликозидных связей,экзогликозидаза);- β-гликозидазный(бета 1,4 –гликозидных связей в лактозе).
• Продукты полного гидролиза - моносахариды - всасываются в кровь и на этом завершается начальный этап обмена углеводов - пищеварение.
Биологическая роль клетчатки.С пищей в организм человека поступаетклетчатка, которая в пищеварительном трактене переваривается, поскольку отсутствуют бета-гликозидазы. Однако биологическая роль клетчатки велика:1.) Она формирует пищевой комок;2.) Продвигаясь по желудочно-кишечному тракту, она раздражает слизистые оболочки усиливаясокоотделение;3.) Клетчатка усиливает перистальтику кишечника; 4.) Нормализует кишечную микрофлору.Достигая толстого отдела кишечника клетчаткапод действием ферментов условно-патогенноймикрофлоры подвергается брожению собразованием глюкозы, лактозы и газообразныхвеществ.
Гидролиз крахмала:
| х |
| n |
| + |
| сахароза |
| +Н2О |
| +Н2О |
| α-амилаза |
| х |
| n |
Растительные продукты также могут служить источниками пектинов – кислых полисахаридов, образованных остатками, главным образом, галактуроновой кислоты. Пектиновые вещества обладают всеми свойствами, присущими клетчатке, но, кроме этого, способны активно адсорбировать различные химические соединения, в том числе токсины, тяжелые металлы, радиоактивные вещества, и ускорять их выведение из организма. Это свойство пектиновых веществ используется при лечебно-профилактическом питании. Пектины способствуют заживлению слизистой оболочки кишечника при ее повреждении.
Конечные продукты переваривания углеводов: глюкоза, галактоза, фруктоза и т.д. При низкой концентрации в полости кишечника всасывание моносахаридов (глюкозы и галактозы) эпителиальными клетками осуществляется вторично активным транспортом с участием Na,K-АТФазы (натрий поступает в клетку по градиенту концентрации, одновременно моносахариды – против градиента концентрации). Концентрация Na+, необходимая для этого транспорта, обеспечивается Nа+,К+-АТФ-азой, которая работает как насос, откачивая из клетки Na+ в обмен на К+.
Всасывание моносахаридов в кишечнике: -кроме того, при высокой концентрации в кишечнике всасывание моносахаридов происходит путём облегчённой диффузии с помощью специальных белков-переносчиков (транспортёров).-в отличие от глюкозы и галактозы, фруктоза транспортируется только путем облегченной диффузии.-скорость всасывания глюкозы и галактозы выше, чем других моносахаридов.-выход глюкозы из клетки в межклеточное пространство и далее кровь происходит благодаря простой и облегченной диффузии.
Транспорт глюкозы из крови в клетки: -из крови внутрь клеток глюкоза попадает при помощи облегченной диффузии – по градиенту концентрации с участием белков-переносчиков (глюкозных транспортеров "ГлюТ").-различают 5 видов транспортеров глюкозы: ГлюТ 1, ГлюТ 2, ГлюТ 3, ГлюТ 4, ГлюТ 5.-глюкозные транспортеры расположены на мембранах всех клеток.-в мышцах и жировой ткани находится ГлюТ 4, только эти транспортеры являются чувствительными к влиянию инсулина – при действии инсулина на клетку они поднимаются к поверхности мембраны и переносят глюкозу внутрь. Данные ткани получили название инсулинзависимых.-некоторые ткани совершенно нечувствительны к действию инсулина, их называют инсулиннезависимыми. К ним относятся нервная ткань, стекловидное тело, хрусталик, сетчатка, клубочковые клетки почек, эндотелиоциты, семенники и эритроциты.-часть клеток занимает промежуточное положение, т.е. на их мембранах находятся ГлюТ 4 и другие типы транспортеров.
• ГЛЮТ-1 обеспечивает стабильный поток глюкозы в мозг; • ГЛЮТ-2 обнаружен в клетках органов, выделяющих глюкозу в кровь. Именно при участии ГЛЮТ-2 глюкоза переходит в кровь из энтероцитов и печени. ГЛЮТ-2 участвует в транспорте глюкозы в β-клетки поджелудочной железы; • ГЛЮТ-3 обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе. Он также обеспечивает постоянный приток глюкозы к клеткам нервной и других тканей; • ГЛЮТ-4 - главный переносчик глюкозы в клетки мышци жировой ткани; • ГЛЮТ-5 встречается, главным образом, в клетках тонкого кишечника. Его функции известны недостаточно.