Koolhydraten zijn een uitgebreide groep organische stoffen die samen met eiwitten en vetten de basis vormen van het menselijk en dierlijk lichaam. Koolhydraten zijn aanwezig in elke cel van het lichaam en vervullen verschillende functies. Kleine moleculen koolhydraten, voornamelijk vertegenwoordigd door glucose, kunnen door het lichaam bewegen en een energiefunctie vervullen. Grote moleculen koolhydraten bewegen niet en hebben vooral een opbouwende functie. Uit voedsel extraheert een persoon alleen kleine moleculen, omdat alleen deze in de darmcellen kunnen worden opgenomen. Grote moleculen koolhydraten moet het lichaam zelf opbouwen. De totaliteit van alle reacties voor de afbraak van voedselkoolhydraten tot glucose en de synthese van nieuwe moleculen daaruit, evenals andere talrijke transformaties van deze stoffen in het lichaam, wordt in de biochemie koolhydraatmetabolisme genoemd.
Classificatie
Afhankelijk van de structuur zijn er verschillende groepen koolhydraten.
Monosachariden zijn kleine moleculen die niet worden afgebroken in het spijsverteringskanaal. Dit zijn glucose, fructose, galactose.
Disacchariden zijn kleine koolhydraatmoleculen die in het spijsverteringskanaal worden afgebroken tot twee monosachariden. Bijvoorbeeld lactose - voor glucose en galactose, sucrose - voor glucose en fructose.
Polysachariden zijn grote moleculen die bestaan uit honderdduizenden monosacharideresiduen (voornamelijk glucose) die aan elkaar zijn gekoppeld. Dit is zetmeel, vleesglycogeen.
Koolhydraten en diëten
De afbraaktijd van polysachariden in het spijsverteringskanaal is anders, afhankelijk van hun vermogen om in water op te lossen. Sommige polysachariden breken snel af in de darmen. Dan komt de glucose die tijdens hun verval wordt verkregen snel in de bloedbaan. Dergelijke polysachariden worden "snel" genoemd. Anderen lossen slechter op in het aquatische milieu van de darm, waardoor ze langzamer afbreken en glucose langzamer in het bloed komt. Dergelijke polysachariden worden "langzaam" genoemd. Sommige van deze elementen worden in de darmen helemaal niet afgebroken. Ze worden onoplosbare voedingsvezels genoemd.
Meestal bedoelen we onder de naam "langzame of snelle koolhydraten" niet de polysachariden zelf, maar voedingsmiddelen die ze in grote hoeveelheden bevatten.
De lijst met koolhydraten - snel en langzaam, wordt weergegeven in de tabel.
| Snelle koolhydraten | Langzame koolhydraten |
| gebakken aardappelen | Zemelenbrood |
| Wit brood | Onbewerkte rijstkorrels |
| Aardappelpuree | Erwten |
| Honing | Havermout |
| Wortelen | Boekweitpap |
| Cornflakes | Roggezemelenbrood |
| Suiker | Vers geperst fruitsap zonder suiker |
| Muesli | Volkoren Pasta |
| Chocolade | Rode bonen |
| Gekookte aardappelen | Zuivel |
| Biscuit | Vers fruit |
| Maïs | Bittere chocolade |
| Witte Rijst | Fructose |
| Zwart brood | Sojabonen |
| Bieten | Groene groenten, tomaten, champignons |
| Bananen | - |
| Jam | - |
Bij het kiezen van producten voor een dieet vertrouwt een voedingsdeskundige altijd op een lijst met snelle en langzame koolhydraten. Snel in combinatie met vetten in één product of ma altijd leiden tot vetafzetting. Waarom? De snelle stijging van de bloedglucose stimuleert de productie van insuline, die het lichaam voorziet van een voorraad glucose, inclusief de weg voor de vorming van vet daaruit. Dientengevolge, bij het eten van cakes, ijs, gebakken aardappelen, wordt het gewicht zeer snel bereikt.
Spijsvertering
Vanuit het oogpunt van biochemie vindt het metabolisme van koolhydraten plaats in drie fasen:
- Spijsvertering. Het begint in de mond tijdens het kauwen van voedsel.
- Correct metabolisme van koolhydraten.
- Onderwijs van eindproducten van uitwisseling.
Koolhydraten vormen de basis van de menselijke voeding. Volgens de formulerationele voeding, in de samenstelling van voedsel zouden ze 4 keer meer moeten zijn dan eiwitten of vetten. De behoefte aan koolhydraten is individueel, maar gemiddeld heeft een persoon 300-400 g per dag nodig. Hiervan is ongeveer 80% zetmeel in de samenstelling van aardappelen, pasta, granen en 20% zijn snelle koolhydraten (glucose, fructose).
De uitwisseling van koolhydraten in het lichaam begint ook in de mondholte. Hier werkt het speekselenzym amylase in op polysachariden - zetmeel en glycogeen. Amylase hydrolyseert (breekt af) polysachariden in grote fragmenten - dextrines, die de maag binnenkomen. Er zijn geen enzymen die inwerken op koolhydraten, dus dextrines in de maag veranderen op geen enkele manier en gaan verder langs het spijsverteringskanaal en komen de dunne darm binnen. Hier werken verschillende enzymen in op koolhydraten. Pancreassap-amylase hydrolyseert dextrines tot de disaccharide m altose.
Specifieke enzymen worden uitgescheiden door de cellen van de darm zelf. Het enzym m altase hydrolyseert m altose tot het monosacharide glucose, lactase hydrolyseert lactose tot glucose en galactose, en sucrase hydrolyseert sucrose tot glucose en fructose. De resulterende monosen worden vanuit de darmen in het bloed opgenomen en komen via de poortader de lever binnen.
De rol van de lever in het koolhydraatmetabolisme
Dit orgaan handhaaft een bepaald glucosegeh alte in het bloed als gevolg van de reacties van synthese en afbraak van glycogeen.
Reacties van onderlinge omzetting van monosachariden vinden plaats in de lever - fructose en galactose worden omgezet in glucose en glucose kan worden omgezet in fructose.
Gluconeogenese-reacties vinden plaats in dit orgaan -synthese van glucose uit niet-koolhydraatprecursoren - aminozuren, glycerol, melkzuur. Het neutraliseert ook het hormoon insuline met behulp van het enzym insulinease.
Glucosemetabolisme
Glucose speelt een sleutelrol in de biochemie van het koolhydraatmetabolisme en in het algehele metabolisme van het lichaam, aangezien het de belangrijkste energiebron is.
Het glucosegeh alte in het bloed is een constante waarde en is 4 - 6 mmol/l. De belangrijkste bronnen van dit element in het bloed zijn:
- Voedsel koolhydraten.
- Lever glycogeen.
- Aminozuren.
Glucose wordt in het lichaam geconsumeerd voor:
- energieopwekking,
- Glycogeensynthese in de lever en spieren,
- synthese van aminozuren,
- vetsynthese.
Natuurlijke energiebron
Glucose is een universele energiebron voor alle lichaamscellen. Energie is nodig om je eigen moleculen te bouwen, spiercontractie, warmteontwikkeling. De opeenvolging van glucoseconversiereacties die leidt tot het vrijkomen van energie wordt glycolyse genoemd. Glycolysereacties kunnen plaatsvinden in aanwezigheid van zuurstof, dan spreken ze van aerobe glycolyse, of in zuurstofvrije omstandigheden, dan is het proces anaëroob.
Tijdens het anaërobe proces wordt één molecuul glucose omgezet in twee moleculen melkzuur (lactaat) en komt er energie vrij. Anaërobe glycolyse levert weinig energie op: uit één molecuul glucose worden twee ATP-moleculen verkregen - een stof waarvan de chemische bindingen energie accumuleren. Deze manier om te krijgenenergie wordt gebruikt voor kortetermijnwerk van skeletspieren - van 5 seconden tot 15 minuten, dat wil zeggen, terwijl de mechanismen voor het leveren van zuurstof aan spieren geen tijd hebben om in te schakelen.
Tijdens de reacties van aerobe glycolyse wordt één molecuul glucose omgezet in twee moleculen pyrodruivenzuur (pyruvaat). Het proces, rekening houdend met de energie die wordt besteed aan zijn eigen reacties, levert 8 ATP-moleculen op. Pyruvaat gaat verdere oxidatiereacties aan - oxidatieve decarboxylering en citraatcyclus (Krebs-cyclus, tricarbonzuurcyclus). Als gevolg van deze transformaties komen er per glucosemolecuul 30 ATP-moleculen vrij.
Glycogeenuitwisseling
De functie van glycogeen is de opslag van glucose in de cellen van een dierlijk organisme. Zetmeel vervult dezelfde functie in plantencellen. Glycogeen wordt ook wel dierlijk zetmeel genoemd. Beide stoffen zijn polysachariden die zijn opgebouwd uit meervoudig herhalende glucoseresten. Het glycogeenmolecuul is meer vertakt en compacter dan het zetmeelmolecuul.
De processen van metabolisme in het lichaam van koolhydraatglycogeen zijn bijzonder intensief in de lever en skeletspieren.
Glycogeen wordt binnen 1-2 uur na een ma altijd gesynthetiseerd wanneer de bloedglucosespiegels hoog zijn. Voor de vorming van een glycogeenmolecuul is een primer nodig - een zaadje dat bestaat uit verschillende glucoseresten. Nieuwe residuen in de vorm van UTP-glucose worden achtereenvolgens aan het uiteinde van de primer gehecht. Wanneer de keten met 11-12 residuen groeit, voegt een zijketen van 5-6 van dezelfde fragmenten zich eraan toe. Nu heeft de ketting die uit de primer komt twee uiteinden - twee groeipuntenglycogeen moleculen. Dit molecuul zal zich herhaaldelijk verlengen en vertakken zolang er een hoge concentratie glucose in het bloed aanwezig is.
Tussen de ma altijden wordt glycogeen afgebroken (glycogenolyse), waardoor glucose vrijkomt.
Verkregen door de afbraak van leverglycogeen, gaat het in het bloed en wordt het gebruikt voor de behoeften van het hele organisme. Glucose verkregen door de afbraak van glycogeen in de spieren wordt alleen gebruikt voor de behoeften van de spieren.
Vorming van glucose uit niet-koolhydraatprecursoren - gluconeogenese
Het lichaam heeft maar een paar uur genoeg energie opgeslagen in de vorm van glycogeen. Na een dag van verhongering blijft deze stof niet in de lever achter. Daarom wordt bij koolhydraatvrije diëten, volledige uithongering of tijdens langdurig lichamelijk werk het normale glucosegeh alte in het bloed gehandhaafd vanwege de synthese ervan uit niet-koolhydraatvoorlopers - aminozuren, melkzuurglycerol. Al deze reacties komen voornamelijk voor in de lever, maar ook in de nieren en het darmslijmvlies. De processen van metabolisme van koolhydraten, vetten en eiwitten zijn dus nauw met elkaar verweven.
Van aminozuren en glycerol wordt glucose gesynthetiseerd tijdens hongersnood. Bij afwezigheid van voedsel worden weefseleiwitten afgebroken tot aminozuren, vetten tot vetzuren en glycerol.
Van melkzuur wordt glucose gesynthetiseerd na intensieve inspanning, wanneer het zich tijdens anaërobe glycolyse in grote hoeveelheden ophoopt in de spieren en lever. Vanuit de spieren wordt melkzuur overgebracht naar de lever, waar er glucose uit wordt gesynthetiseerd, die wordt teruggegeven aan de werkingspier.
Regulering van het koolhydraatmetabolisme
Dit proces wordt uitgevoerd door het zenuwstelsel, het endocriene systeem (hormonen) en op intracellulair niveau. De taak van de regulering is om te zorgen voor een stabiel glucosegeh alte in het bloed. Van de hormonen die het koolhydraatmetabolisme reguleren, zijn de belangrijkste insuline en glucagon. Ze worden geproduceerd in de alvleesklier.
De belangrijkste taak van insuline in het lichaam is het verlagen van de bloedglucosespiegels. Dit kan op twee manieren worden bereikt: door de penetratie van glucose uit het bloed in de lichaamscellen te vergroten en door het gebruik ervan daarin te vergroten.
- Insuline zorgt voor de penetratie van glucose in de cellen van bepaalde weefsels - spieren en vet. Ze worden insulineafhankelijk genoemd. Glucose komt de hersenen, het lymfeweefsel en de rode bloedcellen binnen zonder de deelname van insuline.
- Insuline verbetert het gebruik van glucose door cellen door:
- Activering van glycolyse-enzymen (glucokinase, fosfofructokinase, pyruvaatkinase).
- Activering van glycogeensynthese (door verhoogde omzetting van glucose in glucose-6-fosfaat en stimulering van glycogeensynthase).
- Remming van gluconeogenese-enzymen (pyruvaatcarboxylase, glucose-6-fosfatase, fosfoenolpyruvaatcarboxykinase).
- Verhoog de opname van glucose in de pentosefosfaatcyclus.
Alle andere hormonen die het koolhydraatmetabolisme reguleren zijn glucagon, adrenaline, glucocorticoïden, thyroxine, groeihormoon, ACTH. Ze verhogen de bloedsuikerspiegel. Glucagon activeert de afbraak van glycogeen in de lever en de synthese van glucose uit niet-koolhydraatvoorgangers. Adrenaline activeert de afbraak van glycogeen in de lever en spieren.
Exchange-schendingen. Hypoglykemie
De meest voorkomende aandoeningen van het koolhydraatmetabolisme zijn hypo- en hyperglykemie.
Hypoglykemie is een toestand van het lichaam die wordt veroorzaakt door lage bloedglucosewaarden (lager dan 3,8 mmol/l). De redenen kunnen zijn: een afname van de opname van deze stof in het bloed vanuit de darm of lever, een toename van het gebruik door weefsels. Hypoglykemie kan leiden tot:
- Leverpathologie - verminderde glycogeensynthese of glucosesynthese uit niet-koolhydraatprecursoren.
- Koolhydraten honger.
- Langdurige fysieke activiteit.
- Pathologieën van de nieren - verminderde reabsorptie van glucose uit primaire urine.
- Spijsverteringsstoornissen - pathologieën van de afbraak van voedselkoolhydraten of het proces van glucoseabsorptie.
- Pathologieën van het endocriene systeem - overmatige insuline of gebrek aan schildklierhormonen, glucocorticoïden, groeihormoon (GH), glucagon, catecholamines.
De extreme manifestatie van hypoglykemie is hypoglykemisch coma, dat zich meestal ontwikkelt bij patiënten met type I diabetes mellitus met een overdosis insuline. Een lage bloedglucose leidt tot zuurstof- en energiegebrek van de hersenen, wat karakteristieke symptomen veroorzaakt. Het wordt gekenmerkt door een extreem snelle ontwikkeling - als de nodige acties niet binnen een paar minuten worden ondernomen, verliest een persoon het bewustzijn en kan hij overlijden. Diabetische patiënten zijn doorgaans in staat om tekenen van een daling van de glucosespiegels te herkennen.bloed en weet wat je moet doen - drink een glas zoet sap of eet een zoet broodje.
Hyperglykemie
Een ander type koolhydraatmetabolismestoornis is hyperglykemie - een toestand van het lichaam veroorzaakt door een aanhoudend hoge bloedglucosespiegel (boven 10 mmol/l). Redenen kunnen zijn:
- pathologie van het endocriene systeem. De meest voorkomende oorzaak van hyperglykemie is diabetes mellitus. Maak onderscheid tussen type I en type II diabetes. In het eerste geval is de oorzaak van de ziekte insulinetekort veroorzaakt door schade aan de pancreascellen die dit hormoon afscheiden. De nederlaag van de klier is meestal auto-immuun van aard. Type II diabetes mellitus ontwikkelt zich bij normale insulineproductie, daarom wordt het niet-insulineafhankelijk genoemd; maar insuline vervult zijn functie niet - het transporteert geen glucose naar de cellen van spier- en vetweefsel.
- neurose, stress activeert de productie van hormonen - adrenaline, glucocorticoïden, schildklier, die de afbraak van glycogeen en de synthese van glucose uit niet-koolhydraatprecursoren in de lever verhogen, de synthese van glycogeen remmen;
- leverpathologie;
- teveel eten.
In de biochemie is het koolhydraatmetabolisme een van de meest interessante en uitgebreide onderwerpen voor studie en onderzoek.
