Els hidrats de carboni són un extens grup de substàncies orgàniques que, juntament amb les proteïnes i els greixos, formen la base del cos humà i animal. Els hidrats de carboni estan presents a totes les cèl·lules del cos i fan una varietat de funcions. Petites molècules d'hidrats de carboni, representades principalment per la glucosa, poden moure's per tot el cos i realitzar una funció energètica. Les grans molècules d'hidrats de carboni no es mouen i fan principalment una funció de construcció. Dels aliments, una persona extreu només molècules petites, ja que només aquestes poden ser absorbides a les cèl·lules intestinals. Grans molècules d'hidrats de carboni que el cos ha de construir per si mateix. La totalitat de totes les reaccions per a la descomposició dels hidrats de carboni dels aliments en glucosa i la síntesi de noves molècules a partir d'aquesta, així com altres nombroses transformacions d'aquestes substàncies al cos, s'anomena metabolisme dels hidrats de carboni en bioquímica.
Classificació
Depenent de l'estructura, hi ha diversos grups d'hidrats de carboni.
Monosacàrids són petites molècules que no es descomponen al tracte digestiu. Aquests són la glucosa, la fructosa i la galactosa.
Els disacàrids són petites molècules d'hidrats de carboni que es descomponen en dos monosacàrids al tracte digestiu. Per exemple, lactosa - per a la glucosa i galactosa, sacarosa - per a la glucosa i la fructosa.
Els polisacàrids són molècules grans que consisteixen en centenars de milers de residus de monosacàrids (principalment glucosa) units entre si. Això és midó, glicogen de la carn.
Hidrats de carboni i dietes
El temps de descomposició dels polisacàrids a l'aparell digestiu és diferent, depenent de la seva capacitat de dissoldre's en aigua. Alguns polisacàrids es descomponen ràpidament als intestins. Aleshores, la glucosa obtinguda durant la seva descomposició entra ràpidament al torrent sanguini. Aquests polisacàrids s'anomenen "ràpids". Altres es dissolen pitjor en el medi aquàtic de l'intestí, de manera que es descomponen més lentament i la glucosa entra a la sang més lentament. Aquests polisacàrids s'anomenen "lents". Alguns d'aquests elements no es descomponen en absolut als intestins. S'anomenen fibra dietètica insoluble.
Normalment, amb el nom de "hidrats de carboni lents o ràpids" ens referim no als propis polisacàrids, sinó als aliments que els contenen en grans quantitats.
La llista d'hidrats de carboni, ràpids i lents, es presenta a la taula.
| Carbohidrats ràpids | Carbohidrats lents |
| patates fregides | Pa de segó |
| Pa blanc | Gras d'arròs sense processar |
| puré de patates | Pèsols |
| Mel | Farina de civada |
| Pastanaga | farinetes de fajol |
| Corn flakes | Pa de segó de sègol |
| Sucre | Suc de fruita acabat d'esprémer sense sucre |
| Muesli | Pasta integral |
| Xocolata | Mongetes vermelles |
| Patates bullides | Lactis |
| Bescuit | Fruites fresques |
| blat de moro | Xocolata amarga |
| Arròs blanc | Fructosa |
| Pa negre | Soja |
| Remolatxa | Verdures verdes, tomàquets, bolets |
| Plàtans | - |
| Jam | - |
Quan escolliu productes per a una dieta, un nutricionista sempre es basa en una llista d'hidrats de carboni ràpids i lents. El ràpid en combinació amb greixos en un producte o menjar condueix a la deposició de greix. Per què? El ràpid augment de la glucosa en sang estimula la producció d'insulina, que proporciona al cos una reserva de glucosa, inclosa la via per a la formació de greix a partir d'ella. Com a resultat, quan es mengen pastissos, gelats, patates fregides, s'engreixa molt ràpidament.
Digestió
Des del punt de vista de la bioquímica, el metabolisme dels hidrats de carboni té lloc en tres etapes:
- Digestió. Comença a la boca durant la mastega dels aliments.
- Metabolisme adequat dels hidrats de carboni.
- Educació dels productes finals d'intercanvi.
Els hidrats de carboni són la base de la dieta humana. Segons la fórmulanutrició racional, en la composició dels aliments haurien de ser 4 vegades més que proteïnes o greixos. La necessitat d'hidrats de carboni és individual, però, de mitjana, una persona necessita 300-400 g per dia. D'aquests, al voltant del 80% són midons en la composició de patates, pasta, cereals i un 20% són hidrats de carboni ràpids (glucosa, fructosa).
L'intercanvi d'hidrats de carboni al cos també comença a la cavitat bucal. Aquí, l'enzim salival amilasa actua sobre els polisacàrids: midó i glicogen. L'amilasa hidrolitza (descompon) els polisacàrids en grans fragments: dextrines, que entren a l'estómac. No hi ha enzims que actuïn sobre els hidrats de carboni, de manera que les dextrines de l'estómac no canvien de cap manera i passen més enllà per l'aparell digestiu, entrant a l'intestí prim. Aquí, diversos enzims actuen sobre els hidrats de carboni. L'amilasa del suc pancreàtic hidrolitza les dextrines a la m altosa disacàrid.
Els enzims específics són secretats per les cèl·lules del propi intestí. L'enzim m altasa hidrolitza la m altosa al monosacàrid glucosa, la lactasa hidrolitza la lactosa a glucosa i galactosa i la sacarasa hidrolitza la sacarosa a glucosa i fructosa. Les monosis resultants s'absorbeixen dels intestins a la sang i a través de la vena porta entren al fetge.
El paper del fetge en el metabolisme dels carbohidrats
Aquest òrgan manté un cert nivell de glucosa a la sang a causa de les reaccions de síntesi i descomposició del glicogen.
Les reaccions d'interconversió de monosacàrids tenen lloc al fetge: la fructosa i la galactosa es converteixen en glucosa i la glucosa es pot convertir en fructosa.
Les reaccions de gluconeogènesi tenen lloc en aquest òrgan -síntesi de glucosa a partir de precursors no hidrats de carboni: aminoàcids, glicerol, àcid làctic. També neutralitza l'hormona insulina amb l'ajuda de l'enzim insulinasa.
Metabolisme de la glucosa
La glucosa té un paper clau en la bioquímica del metabolisme dels hidrats de carboni i en el metabolisme global del cos, ja que és la principal font d'energia.
El nivell de glucosa a la sang és un valor constant i és de 4 a 6 mmol / l. Les principals fonts d'aquest element a la sang són:
- Hidrats de carboni dels aliments.
- Glucogen hepàtic.
- Aminoàcids.
La glucosa es consumeix al cos per:
- generació d'energia,
- Síntesi de glicogen al fetge i als músculs,
- síntesi d'aminoàcids,
- síntesi de greixos.
Font natural d'energia
La glucosa és una font universal d'energia per a totes les cèl·lules del cos. Es necessita energia per construir les teves pròpies molècules, contracció muscular, generació de calor. La seqüència de reaccions de conversió de glucosa que condueixen a l'alliberament d'energia s'anomena glucòlisi. Les reaccions de glicòlisi poden tenir lloc en presència d'oxigen, llavors parlen de glucòlisi aeròbica, o en condicions sense oxigen, aleshores el procés és anaeròbic.
Durant el procés anaeròbic, una molècula de glucosa es converteix en dues molècules d'àcid làctic (lactat) i s'allibera energia. La glucòlisi anaeròbica proporciona poca energia: d'una molècula de glucosa s'obtenen dues molècules d'ATP, una substància els enllaços químics de la qual acumulen energia. Aquesta manera d'aconseguirL'energia s'utilitza per al treball a curt termini dels músculs esquelètics, de 5 segons a 15 minuts, és a dir, mentre que els mecanismes per subministrar oxigen als músculs no tenen temps d'activar-se.
Durant les reaccions de la glucòlisi aeròbica, una molècula de glucosa es converteix en dues molècules d'àcid pirúvic (piruvat). El procés, tenint en compte l'energia gastada en les seves pròpies reaccions, dóna 8 molècules d'ATP. El piruvat entra en altres reaccions d'oxidació: descarboxilació oxidativa i cicle del citrat (cicle de Krebs, cicle de l'àcid tricarboxílic). Com a resultat d'aquestes transformacions, s'alliberaran 30 molècules d'ATP per molècula de glucosa.
Intercanvi de glicogen
La funció del glicogen és l'emmagatzematge de glucosa a les cèl·lules d'un organisme animal. El midó fa la mateixa funció a les cèl·lules vegetals. El glicogen de vegades s'anomena midó animal. Ambdues substàncies són polisacàrids construïts a partir de residus de glucosa que es repeteixen múltiples. La molècula de glicogen és més ramificada i compacta que la molècula de midó.
Els processos de metabolisme del glicogen d'hidrats de carboni al cos són especialment intensius al fetge i als músculs esquelètics.
El glicogen es sintetitza en 1-2 hores després d'un àpat quan els nivells de glucosa en sang són alts. Per a la formació d'una molècula de glicogen, es necessita un imprimador: una llavor que consta de diversos residus de glucosa. Els nous residus en forma de UTP-glucosa s'uneixen seqüencialment a l'extrem de l'encebador. Quan la cadena creix 11-12 residus, s'hi uneix una cadena lateral de 5-6 fragments dels mateixos. Ara la cadena que prové de la imprimació té dos extrems: dos punts de creixementmolècules de glucogen. Aquesta molècula s'allargarà i ramificarà repetidament mentre quedi una concentració elevada de glucosa a la sang.
Entre els àpats, el glicogen es descompon (glicogenòlisi), alliberant glucosa.
S'obté de la degradació del glicogen hepàtic, passa a la sang i s'utilitza per a les necessitats de tot l'organisme. La glucosa obtinguda de la descomposició del glucogen als músculs només s'utilitza per a les necessitats dels músculs.
Formació de glucosa a partir de precursors no hidrats de carboni - gluconeogènesi
El cos només té prou energia emmagatzemada en forma de glucogen durant unes hores. Després d'un dia de fam, aquesta substància no roman al fetge. Per tant, amb dietes sense carbohidrats, inanició completa o durant un treball físic prolongat, es manté el nivell normal de glucosa a la sang a causa de la seva síntesi a partir de precursors no hidrats de carboni: aminoàcids, glicerol àcid làctic. Totes aquestes reaccions es produeixen principalment al fetge, així com als ronyons i la mucosa intestinal. Així, els processos de metabolisme dels hidrats de carboni, greixos i proteïnes estan estretament entrellaçats.
A partir dels aminoàcids i el glicerol, la glucosa es sintetitza durant la fam. En absència d'aliments, les proteïnes dels teixits es descomponen en aminoàcids, els greixos en àcids grassos i glicerol.
A partir de l'àcid làctic, la glucosa es sintetitza després d'un exercici intens, quan s'acumula en grans quantitats als músculs i al fetge durant la glucòlisi anaeròbica. Des dels músculs, l'àcid làctic es transfereix al fetge, on se'n sintetitza glucosa, que es torna al funcionament.múscul.
Regulació del metabolisme dels carbohidrats
Aquest procés el duu a terme el sistema nerviós, el sistema endocrí (hormones) i a nivell intracel·lular. La tasca de la regulació és garantir un nivell estable de glucosa a la sang. De les hormones que regulen el metabolisme dels hidrats de carboni, les principals són la insulina i el glucagó. Es produeixen al pàncrees.
La principal tasca de la insulina al cos és reduir els nivells de glucosa en sang. Això es pot aconseguir de dues maneres: augmentant la penetració de la glucosa de la sang a les cèl·lules del cos i augmentant el seu ús en elles.
- La insulina assegura la penetració de la glucosa a les cèl·lules de determinats teixits: músculs i greixos. S'anomenen dependents de la insulina. La glucosa entra al cervell, al teixit limfàtic i als glòbuls vermells sense la participació d'insulina.
- La insulina millora l'ús de la glucosa per part de les cèl·lules per:
- Activació dels enzims de la glucòlisi (glucocinasa, fosfofructocinasa, piruvat quinasa).
- Activació de la síntesi de glicogen (a causa de l'augment de la conversió de la glucosa en glucosa-6-fosfat i l'estimulació de la glicogen sintasa).
- Inhibició dels enzims de la gluconeogènesi (piruvat carboxilasa, glucosa-6-fosfatasa, fosfoenolpiruvat carboxicinasa).
- Incrementar la incorporació de glucosa al cicle de la pentosa fosfat.
Totes les altres hormones que regulen el metabolisme dels hidrats de carboni són el glucagó, l'adrenalina, els glucocorticoides, la tiroxina, l'hormona del creixement i l'ACTH. Augmenten els nivells de glucosa en sang. El glucagó activa la descomposició del glicogen al fetge i la síntesi de glucosa a partir dels no hidrats de carbonipredecessors. L'adrenalina activa la degradació del glucogen al fetge i als músculs.
Infraccions d'intercanvi. Hipoglucèmia
Els trastorns més comuns del metabolisme dels hidrats de carboni són la hipoglucèmia i la hiperglucèmia.
La hipoglucèmia és un estat del cos causat per nivells baixos de glucosa en sang (per sota de 3,8 mmol/l). Els motius poden ser: una disminució de la ingesta d'aquesta substància a la sang des de l'intestí o el fetge, un augment del seu ús pels teixits. La hipoglucèmia pot provocar:
- Patologia hepàtica: alteració de la síntesi de glucogen o de la síntesi de glucosa a partir de precursors no hidrats de carboni.
- Inanició de carbohidrats.
- Activitat física prolongada.
- Patologies dels ronyons: alteració de la reabsorció de glucosa de l'orina primària.
- Trastorns de la digestió: patologies de la descomposició dels hidrats de carboni dels aliments o el procés d'absorció de glucosa.
- Patologies del sistema endocrí: excés d'insulina o manca d'hormones tiroïdals, glucocorticoides, hormona del creixement (GH), glucagó, catecolamines.
La manifestació extrema de la hipoglucèmia és el coma hipoglucèmic, que sovint es desenvolupa en pacients amb diabetis mellitus tipus I amb una sobredosi d'insulina. La glucosa en sang baixa provoca una inanició d'oxigen i energia del cervell, que provoca símptomes característics. Es caracteritza per un desenvolupament extremadament ràpid: si no es prenen les accions necessàries en pocs minuts, una persona perdrà el coneixement i pot morir. Normalment, els pacients diabètics són capaços de reconèixer signes de caiguda dels nivells de glucosa.sang i saber què fer: beu un got de suc dolç o menja un pa dolç.
Hiperglucèmia
Un altre tipus de trastorn del metabolisme dels hidrats de carboni és la hiperglucèmia, un estat del cos causat per un nivell de glucosa en sang elevat persistentment (per sobre de 10 mmol/l). Els motius poden ser:
- patologia del sistema endocrí. La causa més freqüent d'hiperglucèmia és la diabetis mellitus. Distingir entre diabetis tipus I i tipus II. En el primer cas, la causa de la mal altia és la deficiència d'insulina causada pel dany a les cèl·lules pancreàtiques que secreten aquesta hormona. La derrota de la glàndula és més sovint de naturalesa autoimmune. La diabetis mellitus tipus II es desenvolupa amb una producció normal d'insulina, per tant s'anomena no insulinodependent; però la insulina no fa la seva funció: no transporta glucosa a les cèl·lules del múscul i del teixit adipós.
- neurosi, l'estrès activen la producció d'hormones: adrenalina, glucocorticoides, glàndula tiroide, que augmenten la descomposició del glucogen i la síntesi de glucosa a partir de precursors no hidrats de carboni al fetge, inhibeixen la síntesi de glucogen;
- patologia hepàtica;
- menjar en excés.
En bioquímica, el metabolisme dels hidrats de carboni és un dels temes més interessants i extensos per a l'estudi i la investigació.
