کربوهیدرات ها گروه گسترده ای از مواد آلی هستند که همراه با پروتئین ها و چربی ها اساس بدن انسان و حیوان را تشکیل می دهند. کربوهیدرات ها در هر سلول بدن وجود دارند و وظایف مختلفی را انجام می دهند. مولکولهای کوچک کربوهیدرات‌ها که عمدتاً توسط گلوکز نشان داده می‌شوند، می‌توانند در سراسر بدن حرکت کنند و عملکرد انرژی را انجام دهند. مولکول های بزرگ کربوهیدرات ها حرکت نمی کنند و عمدتاً یک عملکرد ساختمانی را انجام می دهند. از غذا، فرد فقط مولکول های کوچکی را استخراج می کند، زیرا فقط آنها می توانند به سلول های روده جذب شوند. مولکول های بزرگ کربوهیدراتی که بدن باید خودش را بسازد. به مجموع تمام واکنش‌های تجزیه کربوهیدراتهای غذا به گلوکز و سنتز مولکولهای جدید از آن و همچنین سایر دگرگونی‌های متعدد این مواد در بدن، در بیوشیمی متابولیسم کربوهیدرات می‌گویند.
طبقه بندی
بسته به ساختار، چندین گروه کربوهیدرات وجود دارد.
مونوساکاریدها مولکول های کوچکی هستند که در دستگاه گوارش تجزیه نمی شوند. اینها گلوکز، فروکتوز، گالاکتوز هستند.
دی ساکاریدها مولکول های کربوهیدرات کوچکی هستند که در دستگاه گوارش به دو مونوساکارید تجزیه می شوند. به عنوان مثال، لاکتوز - برای گلوکز و گالاکتوز، ساکارز - برای گلوکز و فروکتوز.
پلی ساکاریدها مولکولهای بزرگی هستند که از صدها هزار باقیمانده مونوساکارید (عمدتاً گلوکز) به هم مرتبط شده اند. این نشاسته، گلیکوژن گوشت است.
کربوهیدرات ها و رژیم های غذایی
زمان تجزیه پلی ساکاریدها در دستگاه گوارش بسته به توانایی آنها در حل شدن در آب متفاوت است. برخی از پلی ساکاریدها به سرعت در روده تجزیه می شوند. سپس گلوکز حاصل از پوسیدگی آنها به سرعت وارد جریان خون می شود. چنین پلی ساکاریدهایی "سریع" نامیده می شوند. برخی دیگر در محیط آبی روده بدتر حل می شوند، بنابراین کندتر تجزیه می شوند و گلوکز کندتر وارد خون می شود. چنین پلی ساکاریدهایی "آهسته" نامیده می شوند. برخی از این عناصر به هیچ وجه در روده تجزیه نمی شوند. آنها فیبر غذایی نامحلول نامیده می شوند.
معمولاً، تحت نام "کربوهیدرات های آهسته یا سریع" منظور ما خود پلی ساکاریدها نیست، بلکه غذاهایی است که حاوی آنها در مقادیر زیاد هستند.
لیست کربوهیدرات ها - سریع و آهسته، در جدول ارائه شده است.
| کربوهیدراتهای سریع | کربوهیدرات آهسته |
| سیب زمینی سرخ شده | نان سبوس دار |
| نان سفید | دانه برنج فرآوری نشده |
| سیب زمینی پوره | نخود |
| عسل | جو دوسر |
| هویج | فرنی گندم سیاه |
| کرن فلکس | نان سبوس چاودار |
| قند | آب میوه تازه فشرده بدون شکر |
| Mousli | پاستای سبوس دار |
| شکلات | لوبیا قرمز |
| سیب زمینی آب پز | لبنیات |
| بیسکویت | میوه های تازه |
| ذرت | شکلات تلخ |
| برنج سفید | فرکتوز |
| نان سیاه | لوبیای سویا |
| چغندر | سبزیجات سبز، گوجه فرنگی، قارچ |
| موز | - |
| مربا | - |
هنگام انتخاب محصولات برای رژیم غذایی، یک متخصص تغذیه همیشه بر لیستی از کربوهیدرات های سریع و آهسته تکیه می کند. روزه در ترکیب با چربی ها در یک محصول یا وعده غذایی منجر به رسوب چربی می شود. چرا؟ افزایش سریع گلوکز خون، تولید انسولین را تحریک می کند، که بدن را با ذخیره گلوکز، از جمله مسیر تشکیل چربی از آن، فراهم می کند. در نتیجه هنگام خوردن کیک، بستنی، سیب زمینی سرخ شده وزن خیلی سریع افزایش می یابد.
هضم
از دیدگاه بیوشیمی، متابولیسم کربوهیدرات ها در سه مرحله انجام می شود:
- هضم. هنگام جویدن غذا از دهان شروع می شود.
- متابولیسم مناسب کربوهیدرات ها.
- آموزش محصولات نهایی مبادله.
کربوهیدرات ها اساس رژیم غذایی انسان هستند. طبق فرمولتغذیه منطقی، در ترکیب غذا باید 4 برابر بیشتر از پروتئین یا چربی باشد. نیاز به کربوهیدرات فردی است، اما، به طور متوسط، یک فرد به 300-400 گرم در روز نیاز دارد. از این تعداد، حدود 80 درصد نشاسته در ترکیب سیب زمینی، ماکارونی، غلات و 20 درصد کربوهیدرات های سریع (گلوکز، فروکتوز) هستند.
تبادل کربوهیدرات ها در بدن نیز از حفره دهان آغاز می شود. در اینجا، آنزیم بزاقی آمیلاز روی پلی ساکاریدها - نشاسته و گلیکوژن - عمل می کند. آمیلاز پلی ساکاریدها را به قطعات بزرگ - دکسترین ها که وارد معده می شوند - هیدرولیز می کند (تجزیه می کند). هیچ آنزیمی وجود ندارد که روی کربوهیدرات‌ها اثر بگذارد، بنابراین دکسترین‌های معده به هیچ وجه تغییر نمی‌کنند و بیشتر در طول دستگاه گوارش عبور می‌کنند و وارد روده کوچک می‌شوند. در اینجا چندین آنزیم روی کربوهیدرات ها عمل می کنند. آمیلاز آب پانکراس دکسترین ها را به دی ساکارید مالتوز هیدرولیز می کند.
آنزیم های خاص توسط سلول های خود روده ترشح می شود. آنزیم مالتاز، مالتوز را به گلوکز مونوساکارید، لاکتاز هیدرولیز لاکتوز به گلوکز و گالاکتوز و ساکاراز هیدرولیز ساکارز به گلوکز و فروکتوز می کند. مونوزهای حاصل از روده ها به خون جذب شده و از طریق سیاهرگ باب وارد کبد می شوند.
نقش کبد در متابولیسم کربوهیدرات
این اندام به دلیل واکنش های سنتز و تجزیه گلیکوژن سطح معینی از گلوکز را در خون حفظ می کند.
واکنش های تبدیل مونوساکاریدها در کبد انجام می شود - فروکتوز و گالاکتوز به گلوکز تبدیل می شوند و گلوکز می تواند به فروکتوز تبدیل شود.
واکنش های گلوکونئوژنز در این اندام انجام می شود -سنتز گلوکز از پیش سازهای غیر کربوهیدرات - اسیدهای آمینه، گلیسرول، اسید لاکتیک. همچنین با کمک آنزیم انسولیناز، هورمون انسولین را خنثی می کند.
متابولیسم گلوکز
گلوکز نقش کلیدی در بیوشیمی متابولیسم کربوهیدرات و در متابولیسم کلی بدن دارد زیرا منبع اصلی انرژی است.
سطح گلوکز خون یک مقدار ثابت است و ۴ تا ۶ میلی مول در لیتر است. منابع اصلی این عنصر در خون عبارتند از:
- کربوهیدرات های غذایی.
- گلیکوژن کبد.
- اسیدهای آمینه.
گلوکز در بدن برای: مصرف می شود
- تولید انرژی،
- سنتز گلیکوژن در کبد و عضلات،
- سنتز اسیدهای آمینه،
- سنتز چربی.
منبع طبیعی انرژی
گلوکز منبع انرژی جهانی برای تمام سلول های بدن است. انرژی برای ساختن مولکول های خود، انقباض ماهیچه ها، تولید گرما مورد نیاز است. توالی واکنش های تبدیل گلوکز که منجر به آزاد شدن انرژی می شود، گلیکولیز نامیده می شود. واکنش‌های گلیکولیز می‌توانند در حضور اکسیژن انجام شوند، سپس از گلیکولیز هوازی صحبت می‌کنند، یا در شرایط بدون اکسیژن، سپس فرآیند بی‌هوازی است.
در طول فرآیند بی هوازی، یک مولکول گلوکز به دو مولکول اسید لاکتیک (لاکتات) تبدیل می شود و انرژی آزاد می شود. گلیکولیز بی هوازی انرژی کمی را فراهم می کند: از یک مولکول گلوکز، دو مولکول ATP به دست می آید - ماده ای که پیوندهای شیمیایی آن انرژی را جمع می کنند. این راه برای به دست آوردنانرژی برای کار کوتاه مدت عضلات اسکلتی استفاده می شود - از 5 ثانیه تا 15 دقیقه، یعنی در حالی که مکانیسم های تامین اکسیژن عضلات زمان روشن شدن ندارند.
در طی واکنش های گلیکولیز هوازی، یک مولکول گلوکز به دو مولکول پیروویک اسید (پیرووات) تبدیل می شود. این فرآیند، با در نظر گرفتن انرژی صرف شده برای واکنش های خود، 8 مولکول ATP می دهد. پیرووات وارد واکنش های اکسیداسیون بیشتر می شود - دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو و چرخه سیترات (چرخه کربس، چرخه اسید تری کربوکسیلیک). در نتیجه این دگرگونی ها، 30 مولکول ATP در هر مولکول گلوکز آزاد می شود.
تبادل گلیکوژن
عملکرد گلیکوژن ذخیره گلوکز در سلول های موجودات حیوانی است. نشاسته همان عملکرد را در سلول های گیاهی انجام می دهد. گلیکوژن گاهی اوقات نشاسته حیوانی نامیده می شود. هر دو ماده پلی ساکارید هستند که از تکثیر باقی مانده های گلوکز ساخته شده اند. مولکول گلیکوژن نسبت به مولکول نشاسته منشعب تر و فشرده تر است.
فرایندهای متابولیسم در بدن گلیکوژن کربوهیدرات به ویژه در کبد و عضلات اسکلتی شدید است.
گلیکوژن در عرض 1-2 ساعت پس از غذا هنگامی که سطح گلوکز خون بالا است، سنتز می شود. برای تشکیل یک مولکول گلیکوژن، به یک آغازگر نیاز است - دانه ای متشکل از چندین باقی مانده گلوکز. باقی مانده های جدید به شکل UTP-گلوکز به طور متوالی به انتهای پرایمر متصل می شوند. هنگامی که زنجیره با 11-12 باقیمانده رشد می کند، یک زنجیره جانبی از 5-6 قطعه از همان قطعات به آن می پیوندد. اکنون زنجیره ای که از پرایمر می آید دو سر دارد - دو نقطه رشدمولکول های گلیکوژن تا زمانی که غلظت بالایی از گلوکز در خون باقی بماند، این مولکول به طور مکرر کشیده و منشعب می شود.
بین وعده های غذایی، گلیکوژن تجزیه می شود (گلیکوژنولیز) و گلوکز آزاد می شود.
از تجزیه گلیکوژن کبد به دست می آید و وارد خون می شود و برای نیازهای کل ارگانیسم استفاده می شود. گلوکز حاصل از تجزیه گلیکوژن در ماهیچه ها فقط برای نیازهای ماهیچه ها استفاده می شود.
تشکیل گلوکز از پیش سازهای غیر کربوهیدرات - گلوکونئوژنز
بدن فقط برای چند ساعت انرژی کافی به شکل گلیکوژن ذخیره می کند. پس از یک روز گرسنگی، این ماده در کبد باقی نمی ماند. بنابراین، با رژیم های بدون کربوهیدرات، گرسنگی کامل یا در طول کار فیزیکی طولانی مدت، سطح طبیعی گلوکز در خون به دلیل سنتز آن از پیش سازهای غیر کربوهیدرات - اسیدهای آمینه، گلیسرول اسید لاکتیک حفظ می شود. همه این واکنش ها عمدتاً در کبد و همچنین در کلیه ها و مخاط روده رخ می دهد. بنابراین، فرآیندهای متابولیسم کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها و پروتئین‌ها از نزدیک در هم تنیده شده‌اند.
از اسیدهای آمینه و گلیسرول، گلوکز در هنگام گرسنگی سنتز می شود. در غیاب غذا، پروتئین‌های بافت به اسیدهای آمینه، چربی‌ها به اسیدهای چرب و گلیسرول تجزیه می‌شوند.
از اسید لاکتیک، گلوکز پس از ورزش شدید، زمانی که در طی گلیکولیز بی هوازی به مقدار زیاد در عضلات و کبد تجمع می یابد، سنتز می شود. از ماهیچه ها، اسید لاکتیک به کبد منتقل می شود، جایی که گلوکز از آن سنتز می شود و به کار باز می گردد.عضله.
تنظیم متابولیسم کربوهیدرات
این فرآیند توسط سیستم عصبی، سیستم غدد درون ریز (هورمون ها) و در سطح درون سلولی انجام می شود. وظیفه تنظیم اطمینان از سطح پایدار گلوکز در خون است. از بین هورمون هایی که متابولیسم کربوهیدرات را تنظیم می کنند، اصلی ترین آنها انسولین و گلوکاگون هستند. آنها در پانکراس تولید می شوند.
وظیفه اصلی انسولین در بدن کاهش سطح گلوکز خون است. از دو طریق می توان به این امر دست یافت: با افزایش نفوذ گلوکز از خون به سلول های بدن و افزایش استفاده از آن در آنها.
- انسولین نفوذ گلوکز را به سلول های بافت های خاص - ماهیچه ها و چربی ها تضمین می کند. آنها وابسته به انسولین نامیده می شوند. گلوکز بدون مشارکت انسولین وارد مغز، بافت لنفاوی، سلول‌های قرمز خون می‌شود.
- انسولین استفاده از گلوکز توسط سلول ها را افزایش می دهد:
- فعال شدن آنزیم های گلیکولیز (گلوکوکیناز، فسفوفروکتوکیناز، پیرووات کیناز).
- فعال شدن سنتز گلیکوژن (به دلیل افزایش تبدیل گلوکز به گلوکز-6-فسفات و تحریک گلیکوژن سنتاز).
- مهار آنزیم های گلوکونئوژنز (پیرووات کربوکسیلاز، گلوکز-6-فسفاتاز، فسفونول پیروات کربوکسی کیناز).
- افزایش ادغام گلوکز در چرخه پنتوز فسفات.
همه هورمون های دیگری که متابولیسم کربوهیدرات را تنظیم می کنند عبارتند از: گلوکاگون، آدرنالین، گلوکوکورتیکوئیدها، تیروکسین، هورمون رشد، ACTH. سطح گلوکز خون را افزایش می دهند. گلوکاگون تجزیه گلیکوژن در کبد و سنتز گلوکز از غیر کربوهیدرات را فعال می کند.پیشینیان آدرنالین تجزیه گلیکوژن در کبد و ماهیچه ها را فعال می کند.
تخلفات صرافی. هیپوگلیسمی
شایع ترین اختلالات متابولیسم کربوهیدرات هیپوگلیسمی و هیپرگلیسمی است.
هیپوگلیسمی حالتی از بدن است که به دلیل سطوح پایین گلوکز خون (زیر 3.8 میلی مول در لیتر) ایجاد می شود. دلایل ممکن است این باشد: کاهش دریافت این ماده به خون از روده یا کبد، افزایش استفاده از آن توسط بافت ها. هیپوگلیسمی می تواند منجر به:
- آسیب شناسی کبد - اختلال در سنتز گلیکوژن یا سنتز گلوکز از پیش سازهای غیر کربوهیدرات.
- گرسنگی کربوهیدرات.
- فعالیت بدنی طولانی مدت.
- آسیب شناسی کلیه - اختلال در بازجذب گلوکز از ادرار اولیه.
- اختلالات گوارشی - آسیب شناسی تجزیه کربوهیدرات های غذا یا فرآیند جذب گلوکز.
- آسیب شناسی سیستم غدد درون ریز - انسولین اضافی یا کمبود هورمون های تیروئید، گلوکوکورتیکوئیدها، هورمون رشد (GH)، گلوکاگون، کاتکول آمین ها.
تظاهرات شدید هیپوگلیسمی کمای هیپوگلیسمی است که اغلب در بیماران مبتلا به دیابت نوع I با مصرف بیش از حد انسولین ایجاد می شود. قند خون پایین منجر به گرسنگی اکسیژن و انرژی در مغز می شود که باعث علائم مشخصه می شود. با رشد بسیار سریع مشخص می شود - اگر اقدامات لازم در عرض چند دقیقه انجام نشود، فرد هوشیاری خود را از دست می دهد و ممکن است بمیرد. به طور معمول، بیماران دیابتی قادر به تشخیص علائم کاهش سطح گلوکز هستند.خون و بدانید چه باید بکنید - یک لیوان آب شیرین بنوشید یا یک نان شیرین بخورید.
هیپرگلیسمی
نوع دیگری از اختلال متابولیسم کربوهیدرات، هایپرگلیسمی است - حالتی از بدن که به دلیل بالا بودن مداوم سطح گلوکز خون (بیش از 10 میلی مول در لیتر) ایجاد می شود. دلایل ممکن است این باشد:
- آسیب شناسی سیستم غدد درون ریز. شایع ترین علت هیپرگلیسمی دیابت شیرین است. دیابت نوع I و II را تشخیص دهید. در حالت اول، علت بیماری کمبود انسولین ناشی از آسیب به سلول های پانکراس ترشح کننده این هورمون است. شکست غده اغلب در طبیعت خود ایمنی است. دیابت نوع دوم با تولید طبیعی انسولین ایجاد می شود، بنابراین به آن غیر وابسته به انسولین می گویند. اما انسولین عملکرد خود را انجام نمی دهد - گلوکز را به سلول های عضلانی و بافت چربی نمی برد.
- آسیب شناسی کبد؛
- پرخوری.
نوروزیس، استرس تولید هورمون‌ها را فعال می‌کند - آدرنالین، گلوکوکورتیکوئیدها، غده تیروئید، که باعث افزایش تجزیه گلیکوژن و سنتز گلوکز از پیش‌سازهای غیر کربوهیدراتی در کبد می‌شوند، سنتز گلیکوژن را مهار می‌کنند.
در بیوشیمی، متابولیسم کربوهیدرات یکی از جالب ترین و گسترده ترین موضوعات برای مطالعه و تحقیق است.
