Süsivesikud on ulatuslik orgaaniliste ainete rühm, mis koos valkude ja rasvadega moodustavad inimese ja looma keha aluse. Süsivesikud esinevad igas keharakus ja täidavad erinevaid funktsioone. Väikesed süsivesikute molekulid, mida esindab peamiselt glükoos, võivad liikuda kogu kehas ja täita energiafunktsiooni. Suured süsivesikute molekulid ei liigu ja täidavad peamiselt ehitusfunktsiooni. Inimene eraldab toidust ainult väikseid molekule, kuna ainult need saavad imenduda soolestiku rakkudesse. Suured süsivesikute molekulid peab keha ise üles ehitama. Kõikide toidusüsivesikute glükoosiks lagunemise ja sellest uute molekulide sünteesimise reaktsioonide kogumit, samuti nende ainete arvukaid muundumisi organismis nimetatakse biokeemias süsivesikute ainevahetuseks.
Klassifikatsioon
Sõltuv alt struktuurist on mitu süsivesikute rühma.
Monosahhariidid on väikesed molekulid, mis ei lagune seedetraktis. Need on glükoos, fruktoos, galaktoos.
Disahhariidid on väikesed süsivesikute molekulid, mis lagunevad seedetraktis kaheks monosahhariidiks. Näiteks laktoos – glükoosi ja galaktoosi jaoks, sahharoos – glükoosi ja fruktoosi jaoks.
Polüsahhariidid on suured molekulid, mis koosnevad sadadest tuhandetest omavahel seotud monosahhariidijääkidest (peamiselt glükoosist). See on tärklis, liha glükogeen.
Süsivesikud ja dieedid
Polüsahhariidide lagunemisaeg seedetraktis on erinev, olenev alt nende võimest lahustuda vees. Mõned polüsahhariidid lagunevad soolestikus kiiresti. Seejärel siseneb nende lagunemise käigus saadud glükoos kiiresti vereringesse. Selliseid polüsahhariide nimetatakse "kiireteks". Teised lahustuvad soolestiku veekeskkonnas halvemini, mistõttu lagunevad aeglasem alt ja glükoos siseneb verre aeglasem alt. Selliseid polüsahhariide nimetatakse "aeglasteks". Mõned neist elementidest ei lagune soolestikus üldse. Neid nimetatakse lahustumatuteks kiudaineteks.
Tavaliselt ei pea me nimetuse "aeglased või kiired süsivesikud" all silmas mitte polüsahhariide endid, vaid neid suures koguses sisaldavaid toite.
Süsivesikute loend – kiired ja aeglased, on toodud tabelis.
| Kiired süsivesikud | Aeglased süsivesikud |
| praetud kartul | kliileib |
| Leib | Töötlemata riisiterad |
| Kartulipüree | Herned |
| Kallis | Kaerahelbed |
| Porgand | Tatrapuder |
| Maisihelbed | Rukkikliidest leib |
| Suhkur | Värskelt pressitud puuviljamahl ilma suhkruta |
| Müsli | Täisterapasta |
| šokolaad | Punased oad |
| Keedukartul | Piimatooted |
| Biskviit | Värsked puuviljad |
| Maisi | Mõru šokolaad |
| Valge riis | Fruktoos |
| Must leib | Sojaoad |
| Peet | Rohelised köögiviljad, tomatid, seened |
| Banaanid | - |
| Jam | - |
Dieedi jaoks tooteid valides tugineb toitumisspetsialist alati kiirete ja aeglaste süsivesikute nimekirjale. Paast koos rasvadega ühes tootes või toidukorras põhjustab rasva ladestumist. Miks? Vere glükoosisisalduse kiire tõus stimuleerib insuliini tootmist, mis varustab keha glükoosivaruga, sealhulgas tee sellest rasva moodustumiseks. Selle tulemusena tuleb kooke, jäätist, praekartulit süües väga kiiresti kaalus juurde.
Seedimine
Biokeemia seisukoh alt toimub süsivesikute ainevahetus kolmes etapis:
- Seedimine. See algab suust toidu närimise ajal.
- Süsivesikute õige ainevahetus.
- Vahetuse lõpptoodete harimine.
Süsivesikud on inimese toitumise aluseks. Vastav alt valemileratsionaalne toitumine, toidu koostises peaks neid olema 4 korda rohkem kui valke või rasvu. Süsivesikute vajadus on individuaalne, kuid keskmiselt vajab inimene 300-400 g päevas. Neist umbes 80% on tärklis kartulite, pasta, teraviljade koostises ja 20% on kiired süsivesikud (glükoos, fruktoos).
Süsivesikute vahetus kehas algab ka suuõõnes. Siin toimib süljeensüüm amülaas polüsahhariididele – tärklisele ja glükogeenile. Amülaas hüdrolüüsib (lagustab) polüsahhariidid suurteks fragmentideks – dekstriiniks, mis sisenevad makku. Puuduvad ensüümid, mis toimiksid süsivesikutele, mistõttu dekstriinid maos ei muutu kuidagi ja liiguvad mööda seedekulglat edasi, sisenedes peensoolde. Siin toimivad mitmed ensüümid süsivesikutele. Pankrease mahla amülaas hüdrolüüsib dekstriine disahhariidiks m altoosiks.
Spetsiifilisi ensüüme eritavad soolestiku rakud ise. Ensüüm m altaas hüdrolüüsib m altoosi monosahhariidiks glükoosiks, laktaas hüdrolüüsib laktoosi glükoosiks ja galaktoosiks ning sahharaas hüdrolüüsib sahharoosi glükoosiks ja fruktoosiks. Tekkivad monoosid imenduvad soolestikust verre ja sisenevad portaalveeni kaudu maksa.
Maksa roll süsivesikute ainevahetuses
See organ säilitab glükogeeni sünteesi- ja lagunemisreaktsioonide tõttu veres teatud glükoositaseme.
Monosahhariidide vastastikuse muundumise reaktsioonid toimuvad maksas – fruktoos ja galaktoos muudetakse glükoosiks ning glükoos võib muutuda fruktoosiks.
Selles elundis toimuvad glükoneogeneesi reaktsioonid -glükoosi süntees mittesüsivesikute lähteainetest - aminohapped, glütserool, piimhape. Samuti neutraliseerib see hormooninsuliini ensüümi insulinaasi abil.
Glükoosi metabolism
Glükoos mängib võtmerolli süsivesikute ainevahetuse biokeemias ja organismi üldises ainevahetuses, kuna see on peamine energiaallikas.
Glükoosi tase veres on konstantne väärtus ja on 4–6 mmol/l. Selle elemendi peamised allikad veres on:
- Toidu süsivesikud.
- Maksa glükogeen.
- Aminohapped.
Glükoosi tarbitakse kehas:
- energia tootmine,
- Glükogeeni süntees maksas ja lihastes,
- aminohapete süntees,
- rasvasüntees.
Looduslik energiaallikas
Glükoos on universaalne energiaallikas kõikidele keharakkudele. Energiat on vaja oma molekulide ehitamiseks, lihaste kokkutõmbumiseks, soojuse tekitamiseks. Glükoosi muundamisreaktsioonide järjestust, mis viivad energia vabanemiseni, nimetatakse glükolüüsiks. Glükolüüsi reaktsioonid võivad toimuda hapniku juuresolekul, siis räägitakse aeroobsest glükolüüsist või hapnikuvabades tingimustes, siis on protsess anaeroobne.
Anaeroobse protsessi käigus muudetakse üks glükoosi molekul kaheks piimhappe (laktaadi) molekuliks ja energia vabaneb. Anaeroobne glükolüüs annab vähe energiat: ühest glükoosi molekulist saadakse kaks ATP molekuli – ainet, mille keemilised sidemed koguvad energiat. See viis saadaenergiat kasutatakse skeletilihaste lühiajaliseks tööks – 5 sekundist 15 minutini, st samal ajal kui lihaseid hapnikuga varustavad mehhanismid ei jõua sisse lülituda.
Aeroobse glükolüüsi reaktsioonide käigus muundatakse üks glükoosi molekul kaheks püroviinamarihappe (püruvaadi) molekuliks. Protsess, võttes arvesse enda reaktsioonidele kuluvat energiat, annab 8 ATP molekuli. Püruvaat siseneb edasistesse oksüdatsioonireaktsioonidesse – oksüdatiivsesse dekarboksüülimisse ja tsitraaditsüklisse (Krebsi tsükkel, trikarboksüülhappe tsükkel). Nende transformatsioonide tulemusena vabaneb glükoosimolekuli kohta 30 ATP molekuli.
Glükogeenivahetus
Glükogeeni funktsioon on glükoosi säilitamine loomorganismi rakkudes. Tärklis täidab taimerakkudes sama funktsiooni. Glükogeeni nimetatakse mõnikord loomseks tärkliseks. Mõlemad ained on polüsahhariidid, mis on ehitatud korduvatest glükoosijääkidest. Glükogeeni molekul on hargnenud ja kompaktsem kui tärklise molekul.
Süsivesikute glükogeeni organismis toimuvad ainevahetusprotsessid eriti intensiivselt maksas ja skeletilihastes.
Glükogeen sünteesitakse 1-2 tunni jooksul pärast sööki, kui vere glükoosisisaldus on kõrge. Glükogeeni molekuli moodustamiseks on vaja praimerit - mitmest glükoosijäägist koosnevat seemet. Uued jäägid UTP-glükoosi kujul kinnitatakse järjestikku praimeri otsa. Kui ahel kasvab 11-12 jäägi võrra, liitub sellega külgahel, mis koosneb 5-6 samast fragmendist. Nüüd on krundist tuleval kettil kaks otsa - kaks kasvupunktiglükogeeni molekulid. See molekul pikeneb ja hargneb korduv alt, kuni veres püsib kõrge glükoosikontsentratsioon.
Toidukordade vahel glükogeen laguneb (glükogenolüüs), vabastades glükoosi.
Saadud maksa glükogeeni lagunemisel, läheb see verre ja seda kasutatakse kogu organismi vajadusteks. Lihastes glükogeeni lagundamisel saadud glükoosi kasutatakse ainult lihaste vajaduste rahuldamiseks.
Glükoosi moodustumine mittesüsivesikutest lähteainetest – glükoneogenees
Kehal on glükogeeni kujul talletatud energiat piisav alt vaid mõneks tunniks. Pärast ööpäevast nälgimist see aine maksa ei jää. Seetõttu säilib süsivesikutevaba dieedi, täieliku nälgimise või pikaajalise füüsilise töö korral veres normaalne glükoosi tase tänu selle sünteesile mittesüsivesikute lähteainetest - aminohapetest, piimhappeglütseroolist. Kõik need reaktsioonid esinevad peamiselt maksas, samuti neerudes ja soole limaskestas. Seega on süsivesikute, rasvade ja valkude ainevahetusprotsessid tihed alt läbi põimunud.
Aminohapetest ja glütseroolist sünteesitakse nälgimise ajal glükoosi. Toidu puudumisel lagunevad koevalgud aminohapeteks, rasvad rasvhapeteks ja glütserooliks.
Piimhappest sünteesitakse glükoos pärast intensiivset treeningut, kui see koguneb anaeroobse glükolüüsi käigus suurtes kogustes lihastesse ja maksa. Lihastest kandub piimhape maksa, kus sellest sünteesitakse glükoos, mis suunatakse tagasi tööorganitesse.lihased.
Süsivesikute ainevahetuse reguleerimine
Seda protsessi viivad läbi närvisüsteem, endokriinsüsteem (hormoonid) ja intratsellulaarsel tasandil. Reguleerimise ülesanne on tagada stabiilne glükoosisisaldus veres. Süsivesikute ainevahetust reguleerivatest hormoonidest on peamised insuliin ja glükagoon. Neid toodetakse kõhunäärmes.
Insuliini põhiülesanne organismis on vere glükoosisisalduse alandamine. Seda on võimalik saavutada kahel viisil: suurendades glükoosi tungimist verest keharakkudesse ja suurendades selle kasutamist neis.
- Insuliin tagab glükoosi tungimise teatud kudede – lihaste ja rasva – rakkudesse. Neid nimetatakse insuliinisõltuvateks. Glükoos siseneb ajju, lümfikoesse, punastesse verelibledesse ilma insuliini osaluseta.
- Insuliin suurendab rakkude glükoosi kasutamist:
- Glükolüüsi ensüümide (glükokinaas, fosfofruktokinaas, püruvaatkinaas) aktiveerimine.
- Glükogeeni sünteesi aktiveerimine (tänu glükoosi suurenenud muundamisele glükoos-6-fosfaadiks ja glükogeeni süntaasi stimuleerimisele).
- Glükoneogeneesi ensüümide (püruvaatkarboksülaas, glükoos-6-fosfataas, fosfoenoolpüruvaatkarboksükinaas) inhibeerimine.
- Suurendage glükoosi kaasamist pentoosfosfaadi tsüklisse.
Kõik teised hormoonid, mis reguleerivad süsivesikute ainevahetust, on glükagoon, adrenaliin, glükokortikoidid, türoksiin, kasvuhormoon, ACTH. Nad suurendavad vere glükoosisisaldust. Glükagoon aktiveerib glükogeeni lagundamist maksas ja glükoosi sünteesi mittesüsivesikutesteelkäijad. Adrenaliin aktiveerib glükogeeni lagundamist maksas ja lihastes.
Börsi rikkumised. Hüpoglükeemia
Sagedasemad süsivesikute ainevahetuse häired on hüpo- ja hüperglükeemia.
Hüpoglükeemia on organismi seisund, mille põhjustab madal veresuhkru tase (alla 3,8 mmol/l). Põhjused võivad olla: selle aine soolestikust või maksast verre sattumise vähenemine, kudede suurenenud kasutamine. Hüpoglükeemia võib põhjustada:
- Maksapatoloogia – glükogeeni süntees või glükoosi süntees mittesüsivesikutest lähteainetest.
- Süsivesikute nälg.
- Pikaajaline füüsiline aktiivsus.
- Neerude patoloogiad – primaarsest uriinist pärinev glükoosi tagasiimendumine.
- Seedimishäired – toidus sisalduvate süsivesikute lagunemise või glükoosi imendumise protsessi patoloogiad.
- Endokriinsüsteemi patoloogiad – insuliini liig või kilpnäärmehormoonide, glükokortikoidide, kasvuhormooni (GH), glükagooni, katehhoolamiinide puudumine.
Hüpoglükeemia äärmuslik ilming on hüpoglükeemiline kooma, mis areneb kõige sagedamini insuliini üleannustamise korral I tüüpi suhkurtõvega patsientidel. Madal veresuhkru tase põhjustab aju hapniku- ja energianälga, mis põhjustab iseloomulikke sümptomeid. Seda iseloomustab ülikiire areng – kui vajalikke toiminguid mõne minuti jooksul ei tehta, kaotab inimene teadvuse ja võib surra. Tavaliselt suudavad diabeediga patsiendid ära tunda glükoositaseme languse märke.verd ja tea, mida teha – joo klaas magusat mahla või söö magusat kuklit.
Hüperglükeemia
Teine süsivesikute ainevahetushäire tüüp on hüperglükeemia – organismi seisund, mis on põhjustatud püsiv alt kõrgest veresuhkru tasemest (üle 10 mmol/l). Põhjused võivad olla:
- endokriinsüsteemi patoloogia. Kõige tavalisem hüperglükeemia põhjus on suhkurtõbi. Eristage I ja II tüüpi diabeeti. Esimesel juhul on haiguse põhjuseks insuliinipuudus, mis on põhjustatud seda hormooni eritavate pankrease rakkude kahjustusest. Nääre kahjustus on enamasti autoimmuunne. II tüüpi suhkurtõbi areneb normaalse insuliini tootmisega, seetõttu nimetatakse seda insuliinisõltumatuks; kuid insuliin ei täida oma ülesannet – ta ei kanna glükoosi lihas- ja rasvkoe rakkudesse.
- neuroos, stress aktiveerivad hormoonide tootmist - adrenaliini, glükokortikoidid, kilpnääre, mis suurendavad glükogeeni lagunemist ja glükoosi sünteesi mittesüsivesikute lähteainetest maksas, pärsivad glükogeeni sünteesi;
- maksapatoloogia;
- ülesöömine.
Biokeemias on süsivesikute ainevahetus üks huvitavamaid ja ulatuslikumaid uurimis- ja uurimisteemasid.
