I carboidrati sono un vasto gruppo di sostanze organiche che, insieme a proteine e grassi, costituiscono la base del corpo umano e animale. I carboidrati sono presenti in ogni cellula del corpo e svolgono una varietà di funzioni. Piccole molecole di carboidrati, rappresentate principalmente dal glucosio, possono muoversi in tutto il corpo e svolgere una funzione energetica. Grandi molecole di carboidrati non si muovono e svolgono principalmente una funzione costruttiva. Dal cibo, una persona estrae solo piccole molecole, poiché solo loro possono essere assorbite nelle cellule intestinali. Grandi molecole di carboidrati che il corpo deve costruire da solo. La totalità di tutte le reazioni per la scomposizione dei carboidrati alimentari in glucosio e la sintesi di nuove molecole da esso, così come altre numerose trasformazioni di queste sostanze nel corpo, è chiamata metabolismo dei carboidrati in biochimica.
Classificazione
A seconda della struttura, ci sono diversi gruppi di carboidrati.
I monosaccaridi sono piccole molecole che non vengono scomposte nel tratto digestivo. Questi sono glucosio, fruttosio, galattosio.
I disaccaridi sono piccole molecole di carboidrati che vengono scomposte in due monosaccaridi nel tratto digestivo. Ad esempio, lattosio - per glucosio e galattosio, saccarosio - per glucosio e fruttosio.
I polisaccaridi sono grandi molecole costituite da centinaia di migliaia di residui di monosaccaridi (principalmente glucosio) collegati tra loro. Questo è amido, glicogeno della carne.
Carboidrati e diete
Il tempo di degradazione dei polisaccaridi nel tratto digestivo è diverso, a seconda della loro capacità di dissolversi in acqua. Alcuni polisaccaridi si decompongono rapidamente nell'intestino. Quindi il glucosio ottenuto durante il loro decadimento entra rapidamente nel flusso sanguigno. Tali polisaccaridi sono chiamati "veloci". Altri si dissolvono peggio nell'ambiente acquatico dell'intestino, quindi si decompongono più lentamente e il glucosio entra nel sangue più lentamente. Tali polisaccaridi sono chiamati "lenti". Alcuni di questi elementi non sono affatto scomposti nell'intestino. Sono chiamate fibre alimentari insolubili.
Di solito con il nome di "carboidrati lenti o veloci" non si intendono i polisaccaridi stessi, ma gli alimenti che li contengono in grandi quantità.
L'elenco dei carboidrati - veloci e lenti è presentato nella tabella.
| Carboidrati veloci | Carboidrati lenti |
| patate fritte | Pane di crusca |
| Pane bianco | Chicchi di riso non lavorati |
| Purè di patate | Piselli |
| Tesoro | Farina d'avena |
| Carote | Pasta di grano saraceno |
| Fiocchi di mais | Pane di crusca di segale |
| Zucchero | Succo di frutta appena spremuto senza zucchero |
| Muesli | Pasta Integrale |
| Cioccolato | Fagioli rossi |
| Patate lesse | Latticini |
| Biscotto | Frutta fresca |
| Mais | Cioccolato amaro |
| Riso bianco | Fruttosio |
| Pane nero | Soia |
| Barbabietole | Verdure verdi, pomodori, funghi |
| Banane | - |
| Marmellata | - |
Quando sceglie i prodotti per una dieta, un nutrizionista fa sempre affidamento su un elenco di carboidrati veloci e lenti. Il digiuno in combinazione con i grassi in un prodotto o pasto porta alla deposizione di grasso. Come mai? Il rapido aumento della glicemia stimola la produzione di insulina, che fornisce all'organismo una riserva di glucosio, compreso il percorso per la formazione di grasso da esso. Di conseguenza, quando si mangiano torte, gelati, patate fritte, il peso aumenta molto rapidamente.
Digestione
Dal punto di vista della biochimica, il metabolismo dei carboidrati avviene in tre fasi:
- Digestione Inizia in bocca durante la masticazione del cibo.
- Corretto metabolismo dei carboidrati.
- Educazione ai prodotti finali dello scambio.
I carboidrati sono alla base della dieta umana. Secondo la formulanutrizione razionale, nella composizione del cibo dovrebbero essere 4 volte più di proteine o grassi. Il fabbisogno di carboidrati è individuale, ma, in media, una persona ha bisogno di 300-400 g al giorno. Di questi, circa l'80% sono amido nella composizione di patate, pasta, cereali e il 20% sono carboidrati veloci (glucosio, fruttosio).
Lo scambio di carboidrati nel corpo inizia anche nella cavità orale. Qui, l'enzima salivare amilasi agisce sui polisaccaridi: amido e glicogeno. L'amilasi idrolizza (scompone) i polisaccaridi in grandi frammenti - destrine, che entrano nello stomaco. Non ci sono enzimi che agiscono sui carboidrati, quindi le destrine nello stomaco non cambiano in alcun modo e passano ulteriormente lungo il tubo digerente, entrando nell'intestino tenue. Qui, diversi enzimi agiscono sui carboidrati. L'amilasi del succo pancreatico idrolizza le destrine nel disaccaride m altosio.
Enzimi specifici sono secreti dalle cellule dell'intestino stesso. L'enzima m altasi idrolizza il m altosio in glucosio monosaccaride, la lattasi idrolizza il lattosio in glucosio e galattosio e la sucrasi idrolizza il saccarosio in glucosio e fruttosio. I monosi risultanti vengono assorbiti dall'intestino nel sangue e attraverso la vena porta entrano nel fegato.
Il ruolo del fegato nel metabolismo dei carboidrati
Questo organo mantiene un certo livello di glucosio nel sangue a causa delle reazioni di sintesi e scomposizione del glicogeno.
Nel fegato avvengono reazioni di interconversione dei monosaccaridi: il fruttosio e il galattosio vengono convertiti in glucosio e il glucosio può essere convertito in fruttosio.
Le reazioni di gluconeogenesi hanno luogo in questo organo -sintesi di glucosio da precursori non carboidrati - aminoacidi, glicerolo, acido lattico. Neutralizza anche l'ormone insulina con l'aiuto dell'enzima insulinasi.
Metabolismo del glucosio
Il glucosio svolge un ruolo chiave nella biochimica del metabolismo dei carboidrati e nel metabolismo generale del corpo, in quanto è la principale fonte di energia.
Il livello di glucosio nel sangue è un valore costante ed è compreso tra 4 e 6 mmol / l. Le principali fonti di questo elemento nel sangue sono:
- Carboidrati alimentari.
- Glicogeno epatico.
- Aminoacidi.
Il glucosio viene consumato nel corpo per:
- generazione di energia,
- Sintesi del glicogeno nel fegato e nei muscoli,
- sintesi di aminoacidi,
- sintesi dei grassi.
Fonte di energia naturale
Il glucosio è una fonte universale di energia per tutte le cellule del corpo. L'energia è necessaria per costruire le proprie molecole, contrazione muscolare, generazione di calore. La sequenza delle reazioni di conversione del glucosio che portano al rilascio di energia è chiamata glicolisi. Le reazioni di glicolisi possono avvenire in presenza di ossigeno, quindi si parla di glicolisi aerobica, oppure in condizioni di assenza di ossigeno, quindi il processo è anaerobico.
Durante il processo anaerobico, una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di acido lattico (lattato) e viene rilasciata energia. La glicolisi anaerobica fornisce poca energia: da una molecola di glucosio si ottengono due molecole di ATP, una sostanza i cui legami chimici accumulano energia. In questo modo per ottenerel'energia viene utilizzata per il lavoro a breve termine dei muscoli scheletrici - da 5 secondi a 15 minuti, cioè, mentre i meccanismi per fornire ossigeno ai muscoli non hanno il tempo di attivarsi.
Durante le reazioni di glicolisi aerobica, una molecola di glucosio viene convertita in due molecole di acido piruvico (piruvato). Il processo, tenendo conto dell'energia spesa per le proprie reazioni, fornisce 8 molecole di ATP. Il piruvato entra in ulteriori reazioni di ossidazione: decarbossilazione ossidativa e ciclo del citrato (ciclo di Krebs, ciclo dell'acido tricarbossilico). Come risultato di queste trasformazioni, verranno rilasciate 30 molecole di ATP per molecola di glucosio.
Scambio di glicogeno
La funzione del glicogeno è la conservazione del glucosio nelle cellule di un organismo animale. L'amido svolge la stessa funzione nelle cellule vegetali. Il glicogeno è talvolta chiamato amido animale. Entrambe le sostanze sono polisaccaridi costruiti da residui di glucosio moltiplicati e ripetuti. La molecola di glicogeno è più ramificata e compatta della molecola di amido.
I processi di metabolismo del glicogeno carboidrati nel corpo sono particolarmente intensi nel fegato e nei muscoli scheletrici.
Il glicogeno viene sintetizzato entro 1-2 ore dopo un pasto quando i livelli di glucosio nel sangue sono alti. Per la formazione di una molecola di glicogeno è necessario un primer: un seme costituito da diversi residui di glucosio. Nuovi residui sotto forma di UTP-glucosio vengono attaccati in sequenza all'estremità del primer. Quando la catena cresce di 11-12 residui, si unisce una catena laterale di 5-6 degli stessi frammenti. Ora la catena proveniente dal primer ha due estremità: due punti di crescitamolecole di glicogeno. Questa molecola si allungherà e si ramificherà ripetutamente finché rimane un' alta concentrazione di glucosio nel sangue.
Tra i pasti, il glicogeno si scompone (glicogenolisi), rilasciando glucosio.
Ottenuto dalla scomposizione del glicogeno epatico, va nel sangue e viene utilizzato per i bisogni dell'intero organismo. Il glucosio ottenuto dalla scomposizione del glicogeno nei muscoli viene utilizzato solo per i bisogni dei muscoli.
Formazione di glucosio da precursori non carboidrati - gluconeogenesi
Il corpo ha abbastanza energia immagazzinata sotto forma di glicogeno solo per poche ore. Dopo un giorno di fame, questa sostanza non rimane nel fegato. Pertanto, con diete prive di carboidrati, fame completa o durante un lavoro fisico prolungato, il livello normale di glucosio nel sangue viene mantenuto grazie alla sua sintesi da precursori non carboidrati: aminoacidi, glicerolo dell'acido lattico. Tutte queste reazioni si verificano principalmente nel fegato, nonché nei reni e nella mucosa intestinale. Pertanto, i processi di metabolismo di carboidrati, grassi e proteine sono strettamente intrecciati.
Dagli aminoacidi e dal glicerolo, il glucosio viene sintetizzato durante la fame. In assenza di cibo, le proteine dei tessuti si scompongono in aminoacidi, i grassi in acidi grassi e glicerolo.
Dall'acido lattico, il glucosio viene sintetizzato dopo un intenso esercizio fisico, quando si accumula in grandi quantità nei muscoli e nel fegato durante la glicolisi anaerobica. Dai muscoli, l'acido lattico viene trasferito al fegato, da cui viene sintetizzato il glucosio, che viene restituito al lavoromuscolo.
Regolazione del metabolismo dei carboidrati
Questo processo è svolto dal sistema nervoso, dal sistema endocrino (ormoni) ea livello intracellulare. Il compito della regolazione è garantire un livello stabile di glucosio nel sangue. Tra gli ormoni che regolano il metabolismo dei carboidrati, i principali sono l'insulina e il glucagone. Sono prodotti nel pancreas.
Il compito principale dell'insulina nel corpo è abbassare i livelli di glucosio nel sangue. Questo può essere ottenuto in due modi: aumentando la penetrazione del glucosio dal sangue nelle cellule del corpo e aumentandone l'uso in esse.
- L'insulina assicura la penetrazione del glucosio nelle cellule di alcuni tessuti: muscoli e grasso. Sono chiamati insulino-dipendenti. Il glucosio entra nel cervello, nel tessuto linfatico, nei globuli rossi senza la partecipazione dell'insulina.
- L'insulina migliora l'uso del glucosio da parte delle cellule di:
- Attivazione degli enzimi della glicolisi (glucochinasi, fosfofruttochinasi, piruvato chinasi).
- Attivazione della sintesi del glicogeno (dovuta all'aumentata conversione del glucosio in glucosio-6-fosfato e stimolazione della glicogeno sintasi).
- Inibizione degli enzimi della gluconeogenesi (piruvato carbossilasi, glucosio-6-fosfatasi, fosfoenolpiruvato carbossichinasi).
- Aumenta l'incorporazione di glucosio nel ciclo del pentoso fosfato.
Tutti gli altri ormoni che regolano il metabolismo dei carboidrati sono glucagone, adrenalina, glucocorticoidi, tiroxina, ormone della crescita, ACTH. Aumentano i livelli di glucosio nel sangue. Il glucagone attiva la scomposizione del glicogeno nel fegato e la sintesi del glucosio da non carboidratipredecessori. L'adrenalina attiva la disgregazione del glicogeno nel fegato e nei muscoli.
Violazione di Exchange. Ipoglicemia
I disturbi più comuni del metabolismo dei carboidrati sono ipo e iperglicemia.
L'ipoglicemia è uno stato del corpo causato da bassi livelli di glucosio nel sangue (inferiori a 3,8 mmol/l). I motivi possono essere: una diminuzione dell'assunzione di questa sostanza nel sangue dall'intestino o dal fegato, un aumento del suo utilizzo da parte dei tessuti. L'ipoglicemia può portare a:
- Patologia epatica - ridotta sintesi di glicogeno o sintesi di glucosio da precursori non carboidrati.
- Fame di carboidrati.
- Attività fisica prolungata.
- Patologie dei reni - alterato riassorbimento del glucosio dall'urina primaria.
- Disturbi della digestione - patologie della scomposizione dei carboidrati alimentari o del processo di assorbimento del glucosio.
- Patologie del sistema endocrino - eccesso di insulina o mancanza di ormoni tiroidei, glucocorticoidi, ormone della crescita (GH), glucagone, catecolamine.
La manifestazione estrema dell'ipoglicemia è il coma ipoglicemico, che si sviluppa più spesso in pazienti con diabete mellito di tipo I con un sovradosaggio di insulina. Un basso livello di glucosio nel sangue porta alla fame di ossigeno e di energia del cervello, che causa sintomi caratteristici. È caratterizzato da uno sviluppo estremamente rapido: se le azioni necessarie non vengono intraprese entro pochi minuti, una persona perderà conoscenza e potrebbe morire. Tipicamente, i pazienti diabetici sono in grado di riconoscere i segni di un calo dei livelli di glucosio.sangue e sai cosa fare: bevi un bicchiere di succo dolce o mangia un panino dolce.
Iperglicemia
Un altro tipo di disturbo del metabolismo dei carboidrati è l'iperglicemia, uno stato del corpo causato da un livello di glucosio nel sangue persistentemente alto (sopra 10 mmol/l). I motivi possono essere:
- patologia del sistema endocrino. La causa più comune di iperglicemia è il diabete mellito. Distinguere tra diabete di tipo I e di tipo II. Nel primo caso, la causa della malattia è la carenza di insulina causata dal danno alle cellule pancreatiche che secernono questo ormone. La sconfitta della ghiandola è molto spesso di natura autoimmune. Il diabete mellito di tipo II si sviluppa con normale produzione di insulina, pertanto è chiamato non insulino-dipendente; ma l'insulina non svolge la sua funzione - non trasporta il glucosio nelle cellule dei muscoli e del tessuto adiposo.
- nevrosi, lo stress attiva la produzione di ormoni - adrenalina, glucocorticoidi, tiroide, che aumentano la degradazione del glicogeno e la sintesi del glucosio dai precursori non carboidrati nel fegato, inibiscono la sintesi del glicogeno;
- patologia epatica;
- eccesso di cibo.
In biochimica, il metabolismo dei carboidrati è uno degli argomenti più interessanti ed estesi per lo studio e la ricerca.
