Углеводы. Углеводный обмен. Клинико-диагностическое значение определения глюкозы.

• Углеводы- общая характеристика

• Значение глюкозы, биологическая роль углеводов.

• Классификация

• Превращение углеводов в органах пищеварительной системы.

• Патология углеводного обмена

• Глюкозотолерантный тест (ГТТ)

• Анализ HbA1c (гликированный гемоглобин)

• Сахарный диабет

• Биосинтез и распад гликогена в тканях.

• Основные пути катаболизма глюкозы

• Гликогеновые болезни.

• Анаэробный гликолиз

• Аэробный гликолиз (гексозодифосфатный путь)

• Гексозомонофосфатный путь

• Глюконеогенез

1.Углеводы – это органические соединения, содержащие альдегидную или кето- группы, и являющиеся производными многоатомных спиртов, расщепляющиеся до моносахаридов.
Термин «углеводы» предложен в 1844г. К. Шмидтом, т.к. в то время полагали, что их общая формула представляет собой: Сх(Н2О) n – т.е. углерод + вода. Дальнейшие исследования показали, что это не так. Например: формула глюкозыС₆Н₁₂O₆.

В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Углеводы поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты, сладости. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.

Углеводы - главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. Больше половины энергии организм взрослых людей получает за счет углеводов. Конечные продукты обмена углеводов - углекислый газ и вода.

В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 0,11%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. В поддержании постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала -гликогена. Гликоген мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где он может накапливаться до 1-2%. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы сокращаются.

Концентрация глюкозы в кровив норме поддерживается на постоянном уровне и составляет 3,33 – 5,55 ммоль/л, что соответствует 80-100 мг в 100 мл, крови. Транспорт глюкозы в клетки носит характер облегченной диффузии, но во многих клетках регулируется гормоном поджелудочной железы инсулином (исключение – мозг и печень – здесь содержание глюкозы прямо пропорционально концентрации глюкозы в крови). Действие инсулина приводит к перемещению белков переносчиков из цитозоля в плазматическую мембрану. Затем с помощью этих белков глюкозы транспортируется в клетку по градиенту концентрации. Инсулин т.о. повышает проницаемость клеточной мембраны для глюкозы.
Если содержание глюкозы в крови увеличивается до 0,17%, то она начинает выводиться из организма с мочой.

Почему именно клетки головного мозга наиболее чувствительны к гипогликемии?Они получают энергию за счет аэробного окисления глюкозы и не способны:

1) накапливать глюкозу в значительных количествах;

2) синтезировать глюкозу;

3) метаболизировать другие субстраты, кроме глюкозы и кетоновых тел. Причем, последние удовлетворяют энергетические потребности мозга в незначительной степени;

4) извлекают в недостаточных количествах глюкозу из внеклеточной жидкости; инсулин не способствует поступлению глюкозы из внеклеточной жидкости в нейроны.

Обычно при употреблении большого количества углеводов в моче появляется сахар, и этим самым выравнивается содержание сахара в крови.

Однако в крови может быть и стойкое повышение содержания сахара, которое не выравнивается. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции (например, поджелудочной железы), что приводит к развитию заболевания сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность превращать сахар в гликоген и начинается усиленное выделение сахара с мочой.

2. Значение и биологическая роль углеводов:
1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ.
При окислении1 г углеводов до конечных продуктов (СО2 и Н2О) выделяется 4,1-ккал энергии. На долю углеводов приходится около 60-70 % всей суточной калорийности пищи. Суточная потребность в углеводах для взрослого человека в среднем массой 60-70 кг составляет около 400-500 г.
2. СТРУКТУРНАЯ.
Углеводы используется как строительный материал для образования структурных компонентов клеток (гликолипиды, гликопротеины, гетерополисахариды межклеточного вещества).
3.РЕЗЕРВНАЯ. Углеводы откладываются в клетках в виде резервного полисахарида гликогена.
4. ЗАЩИТНАЯ.
Гликопротеины принимают участие в образовании антител. Гиалуроновая кислота, входя в состав соединительной ткани, препятствует проникновению чужеродных веществ. Гетерополисахариды участвуют в образовании вязких секретов покрывающей слизистые оболочки дыхательных путей, мочевыводящих путей, пищеварительного тракта, предохраняя их от повреждений.
5. РЕГУЛЯТОРНАЯ.
Некоторые гормоны гипофиза, щитовидной железы являются гликопротеинами. Простаноиды и лейкотриены образуются из полиненасыщенных высших жирных кислот и являются регуляторами обмена веществ.
6. Участвуют в процессах узнавания клеток.
Важная роль при этом отводятся сиаловым кислотам и нейраминовой кислоте.
7. Гетерополисахариды входя в состав оболочек эритроцитов, определяют группы крови.
8. Участвуют в процессах свёртывания крови, входя в состав фибриногена и протромбина. Препятствуют свёртыванию крови, входя в состав гепарина.

Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.

Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозгзадерживает до 12% приносимой глюкозы, кишечник -9%, мышцы - 7%, почки - 5%. Селезенка и легкие почти совсем не потребляют глюкозу.

3. Классификация
Основными углеводами организма человека являются:
1. Моносахариды (глицеральдегид, диоксиацетон,эритроза, рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, ксилулоза, глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза, арабиноза и др.);
2. Олигосахариды (мальтоза, лактоза, сахароза);
3. Гомополисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка);
4. Гетерополисариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератансульфат, гепарин)

4. Превращение углеводов в пищеварительном тракте. Основными углеводами пищи для организма человека являются: крахмал, гликоген, сахароза, лактоза.
Переваривание углеводов в основном происходит в тонком кишечнике. Кратковременное воздействие амилазы слюны на крахмал пищи существенной роли не играет (РН оптимум для альфа-амилазы слюны находится в слабощелочной среде (рН = 7-8)), так как в просвете желудка кислая среда инактивирует этот фермент (В желудке среда резко кислая (рН=1,5-2,5), поэтому действие альфа-амилазы слюны внутри пищевого комка прекращается.). В тонком кишечнике крахмал под действием амилазы pancreas, выделяющегося в 12-перстную кишку с панкреатическим соком, расщепляется до мальтозы и изомальтозы. Выделяющийся панкреатический сок содержит бикарбонаты, которые принимают участие в нейтрализации кислого желудочного содержимого, создаётся слабощелочная среда (рН=8-9) — оптимальная для гликозидаз. Образующиеся катионы (Na+, K+) принимают участие в активации ферментов.
Эти дисахариды мальтозы, а также лактоза, расщепляются специфическими ферментами, продуцируемыми эпителием кишечника. Ферменты работают не в просвете кишечника, а на поверхности клеток (т.н.пристеночное пищеварение).мальтоза – является только временным продуктом гидролиза крахмала, т.к. она после всасывания в энтероцитах гидролизуется под действием мальтаз (изомальтаз) до глюкоз.
Проникновение моносахаридов через клеточные мембраны происходит путем облегченной диффузии при участии специальных транслоказ. Глюкоза и галактоза всасываются еще и путем активного транспорта за счет градиента ионов Na, создаваемого Na-K АТФ-азой. Это обеспечивает их всасывание даже при низкой концентрации в кишечнике. В составе пищи в организм человека поступают и дисахариды: лактозы и сахарозы, которые подвергаются гидролизу только в тонком кишечнике. В клетках кишечника, кроме мальтаз синтезируются лактазы и сахаразы, которые осуществляют гидролиз соответствующих дисаридов пищи с образованием глюкоз, галактоз, фруктоз.
Продукты полного гидролиза — моносахариды — всасываются в кровь и на этом завершается начальный этап обмена углеводов — пищеварение.
Значение клетчатки

С пищей в организм человека поступает клетчатка, которая в пищеварительном тракте не переваривается, поскольку отсутствуют бета -гликозидазы.
Однако биологическая роль клетчатки велика:

• Она формирует пищевой комок

• Продвигаясь по желудочно-кишечному тракту она раздражает слизистые оболочки усиливая сокоотделение

• Клетчатка усиливает перистальтику кишечника

• Нормализует кишечную микрофлору

• Достигая толстого отдела кишечника клетчатка под действием ферментов условно-патогенной микрофлоры подвергается брожению с образованием глюкозы, лактозы и газообразных веществ

Конечными продуктами переваривания, которые всасываются в кишечнике, являются гексозы: глюкоза, фруктоза, галактоза. Из этих простых сахаров глюкоза по своей распространенности в качестве углеводного компонента пищи намного превосходит все остальные.

Поскольку внутри клеток свободная глюкоза как таковая практически отсутствует, вся поглощаемая тканями глюкоза подвергается следующим основным метаболическим превращениям:

1) накопление в виде гликогена;

2) окисление через гликолиз (анаэробное окисление, или путь Эмбдена-Мейергофа) до пирувата и лактата;

3) окисление через цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) или в меньшей степени через пентозный цикл до СО2;