Основные углеводы животных и их биологическая роль
Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70%-80% массы сухого вещества клеток.Вживотном организме на их долю приходится всего около 2% массы тела, однако и здесь их роль не менее важна.
Углеводы способны откладываться в виде крахмала в растениях и гликогена в организме животных и человека.Эти запасы расходуются по мере надобности.В организме человека углеводы откладываются в основном в печени и мышцах, которые являются его депо.
Рассмотрим основные функции углеводов
1.Энергетическая функция.Углеводы являются одним из основных источников энергии для организма,обеспечивая не менее 60% энергозатрат.Для деятельности мозга,клеток крови,мозгового вещества почек практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы.
2.Пластическая(структурная)функция. Во всех клетках организма обнаруживаются углеводы и их производные. Они входят в состав биологических мембран и органелл клетки. Моносахариды рибоза и дезоксирибоза являются структурными компонентами нуклеиновых кислот. Входят в состав сложных белков – гликопротеинов и гликолипидов.
3.Защитная функция. Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными (мукополисахаридами и др.). Они защищают внутренние стенки полых органов ЖКТ, воздухоносных путей и др., от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов. Активное производное глюкозы – УДФ-глюкуроновая кислота способна в печени связывать токсические соединения, в частности свободный билирубин. Образующийся при этом диглюкуронид билирубина является достаточно гидрофильным соединением, легко выводимым с желчью из организма.
4.Регуляторная функция. Пища человека содержит значительное количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя т. о. в перистальтики кишечника.
5.Резервная функция. Углеводы способны откладываться в виде гликогена. Эти запасы расходуются по мере надобности. В организме человека углеводы откладываются в основном в печени и мышцах, которые являются его депо. Так, в печени гликоген может накапливаться до 20% от массы ткани. Содержание его при голодании снижается до 0,2%.
6. Рецепторная . Углеводы – составная часть многочисленных антител, обеспечивающих функцию узнавания ими своих антигенов; входя в состав внешней поверхности клеток, они распознают «своего» и «чужого»; будучи составной частью рецепторов гормонов и нейромедиаторов, участвуют в регуляции жизнедеятельности клеток.
7. Анаболическая. Углеводы основной источник для синтеза жирных кислот; образующиеся при распаде кетокислоты необходимы для синтеза гликогенных аминокислот. В организме многих животных из углеводов может синтезироваться витамин С.
К основным углеводам человека относятся:
из полисахаридов:
гликоген
глюкозамингликаны
из дисахаридов:
лактоза
из моносахаридов:
глюкоза
фруктоза
галактоза
рибоза
дезоксирибоза
из нуклеозиддифосфат-сахаров:
УДФ-глюкоза
УДФ-галактоза
УДФ-глюкуронат
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПУТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ГЛЮКОЗЫ В ОРГАНИЗМЕ
Всосавшиеся моносахариды через систему воротной вены поступают в печень. Большая часть глюкозы подвергается фосфорилированию с образованием глюкозо-6-фосфата (активная форма),который включается в различные метаболические процессы. Избыток глюкозы откладывается в печени про запас в форме гликогена.
Часть глюкозы, не задерживаясь в печени, попадает в общий кровоток, откуда поступает в различные органы и ткани, где используется с пластической или энергетической целью в зависимости от обменной ситуации.
Моносахариды используются ради энергии, подвергаясь многоступенчатому ферментативному распаду.
Продукты распада углеводов ацетил-КоА дегидроксиацетонфосфат (особенно при избыточном поступлении углеводов) идут на синтез липидов, пентозы на синтез нуклеотидов, ДНК и РНК, кетокислоты на синтез соответствующих аминокислот.
Моносахариды используются на синтез других углеводов, углеводных компонентов, составных частей гликопротеинов, протеогликанов, гликолипидов.
Этот материал может быть выражен в виде следующей схемы.
П Е Р Е В А Р И В А Н И Е У Г Л Е В О Д О В
Переваривание углеводов пищи заключается в ферментативном гидролитическом расщеплении поли- и дисахаридов до моносахаридов. Организм человека не вырабатывает ферментов, способных расщеплять клетчатку.
Переваривание углеводов начинается в ротовой полости под действием a-амилазы слюны. Крахмал частично расщепляется до декстринов и мальтозы. Этот процесс не играет важной роли в организме из-за кратковременности действия фермента на пищу.
В желудке вследствие отсутствия собственных гликозидаз переваривание углеводов под действием a-амилазы слюны возможно только в глубине пищевого комка.
Основное переваривание крахмала и гликогена происходит в просвете кишечника (полостное переваривание) под действием a-амилазы (разрывает 1Õ4-гликозидные связи с образованием декстринов и в дальнейшем – мальтозы) и амило-1,6-гликозидазы п/ж железы (места ветвления молекулы крахмала). Дисахариды гидролизуются в апикальных плазматических мембранах микроворсинок эпителия слизистой кишечника (мембранное пищеварение).
В результате отсутствия лактазы в кишечнике некоторые люди не могут «переносить» молоко и некислые молочные продукты: при их употреблении возникают боли в животе, метеоризм (вздутие) и понос. У грудных детей, как правило, лактаза имеется, но ко времени прекращения грудного вскармливания примерно у 15% европейцев и 80% жителей стран Востока, Азии, Африки активность фермента резко снижается. Этот генетический дефект связан с повреждением гена лактазы. Однако чаще непереносимость молока имеет приобретенный, временный характер. Она возникает при заболеваниях ЖКТ, а также при некоторых инфекционных и других болезнях. После выздоровления явления непереносимости проходят, и молоко вновь следует употреблять в пищу. Поскольку прекращение кормления младенца молоком может вызвать тяжелые нарушения питания с развитием дистрофии, в случае непереносимости можно рекомендовать кисломолочные продукты (в них под действием лактазы микроорганизмов лактоза расщепляется).
В С А С Ы В А Н И Е У Г Л Е В О Д О В
Основными продуктами гидролиза углеводов являются моносахариды. Их всасывание в кишечнике, так же как и транспорт через другие клеточные мембраны происходит посредством вторичного активного транспорта т.е. за счет использования электрохимического градиента на мембране ионов Na+, создаваемого Na+, K+ - АТФазой мембраны эпителия кишечника. При транспорте моносахаридов через мембрану эпителия кишечника ионов Na+ входит вместе с ним внутрь клетки с помощью специального белка переносчика (пермиазы) т.е. имеет место симпорт моносахаридов и ионов Na+.
Натрий вновь «откачивается» из клетки Na+,K+ - АТФазой, а моносахариды остаются внутри клетки.
Скорость всасывание отдельных моносахаридов неодинакова. Наиболее быстро всасывается галактоза, затем глюкоза. Фруктоза всасывается медленнее, чем галактоза и глюкоза.
Г Л И К О Г Е Н О В Ы Е Б О Л Е З Н И
Гликогеновыми болезнями называют наследственные нарушения обмена гликогена, обусловленные недостаточностью какого-либо фермента (энзимопатии), участвующих в этом процессе. Имеется две формы гликогеновых болезней - гликогенозы и агликогенозы
Гликогенозы - нарушение мобилизации гликогена и накопление его в клетках в больших количествах, что ведет к разрушению клеток.
Клинические симптомы это увеличение печени, мышечная слабость, гипогликемия натощак. Продолжительность жизни больных, как правило, уменьшена, нередко смерть наступает в раннем детстве
Если нарушен синтез гликогена (например, вследствие дефекта гликогенсинтетазы), то содержание гликогена в клетках понижено: эти формы гликогеновых болезней называют агликогенозами.
Клинические симптомы это резкая гипогликемия натощак ( по скольку нет запасов гликогена), особенно после ночного перерыва в кормлении. В результате гипогликемии могут возникать рвота, судороги, потеря сознания. Постоянное голодание мозга приводит к отставанию умственного развития. Обычно эти больные погибают в раннем детстве.
Частота гликогеновых болезней невелика - примерно 1:4000.