29.Общебиологические функции углеводов. Важнейшие углеводы, содержащиеся в тканях: моно- и олигосахариды, гликоген, гликозаминогликаны. Химический состав гликозаминогликанов, их структура, значение. Потребность в углеводах у детей разного возраста.

Содержание углеводов в организме и их биологические функции

Содержание углеводов в организме человека в среднем составляет около 2%. Наиболее высоко содержание углеводов в печени, соединительной ткани.

Углеводы выполняют в организме многочисленные функции.

1. Энергетическая: при окислении 1 грамма углеводов образуется 4,1 – 4,2 ккал.

2. Структурная функция: входят в состав клеточных мембран, рецепторов, межклеточного вещества соединительной ткани.

3. Входят в состав других важных для организма веществ (нуклеиновые кислоты, АТФ, НАД, ФАД и др.).

4. Вместе с белками в составе гликопротеидов выполняют специфические функции:

   • иммунная функция (иммуноглобулины);

   • транспортная функция (например, трансферрин, церулоплазмин);

   • ферментативная функция (например,холинэстераза);

   • рецепторная функция;

   • коммуникативная функция (межклеточные взаимодействия).

Классификация углеводов

По способности к гидролизу все углеводы делятся на три группы:

• моносахариды,

• олигосахариды,

• полисахариды (гомополисахариды, гетерополисахариды)

Моносахариды и их производные

По химической природе моносахариды являются альдегидо - или кетоспиртами. В зависимости от числа углеродных атомов выделяют триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы.

Наиболее распространёнными в организме пентозами являются рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, ксилулоза. Гексозы организма в основном представлены глюкозой, фруктозой, галактозой, маннозой.

Основными производными моносахаридов в тканях человека являются аминосахара, ацетиламиносахара, гексуроновые кислоты, гликозиды.

Аминосахара – производные моносахаридов, у которых ОН - группа во 2 положении замещена на аминогруппу.

Ацетиламиносахара – производные аминосахаров, у которых к аминогруппе присоединён остаток уксусной кислоты.

Гексуроновые кислоты – производные гексоз, у которых в 6-ом положении содержится СООН - группа.

О - гликозиды – производные циклических форм моносахаридов, у которых к гликозидному гидроксилу присоединён какой-либо спирт.

N-гликозиды – производные моносахаридов, в которых к полуацетальному гидроксилу присоединяется азотсодержащее вещество.

Олигосахариды

Олигосахариды представлены дисахаридами и смешанными олигосахаридами.

К наиболее распространённым дисахаридам относятся мальтоза (2 глюкозы), сахароза (глюкоза и фруктоза), лактоза (галактоза и глюкоза).

Лактоза - специфический дисахарид молока (в грудном молоке её содержится 6,5% или 65 г/л).

Смешанные олигосахариды представлены несколькими углеводами, соединёнными гликозидными связями. Чаще всего в их составе содержатся моносахариды манноза, фруктоза, нейраминовая кислота, галактоза. Олигосахариды в комплексе с белками определяют групповую специфичность крови, резус - фактор, входят в состав иммуноглобулинов, клеточных рецепторов, определяют межклеточные взаимодействия.

В грудном молоке присутствует большое количество специфичных олигосахаридов, например: фукозилактоза (фукоза, галактоза, глюкоза); лакто- N -тетраоза (галактоза, глюкоза, фукоза, N-ацетилглюкозамин), бифидус-фактор.

Полисахариды

Полисахариды представлены гомополисахаридами (состоят из одного вида моносахарида) и гетерополисахаридами (включают разные моносахара и их производные).

Гомополисахариды

Основными гомополисахаридами для организма являются крахмал (пищевой полисахарид) и гликоген (резервный полисахарид организма).

Н аиболее высокая концентрация гликогена находится в печени – 5%, в мышцах – 2%. Он состоит из цепей циклических форм глюкозы, соединенных 1,4-α-гликозидной связью, ветвящихся за счёт 1,6-альфа-гликозидных связей. Молекулярная масса гликогена высока, достигает 10⁷-10⁹ д. Биологическая роль гликогена: является резервным энергетическим материалом, который не связывает воду и очень легко может перейти в глюкозу.

Гетерополисахариды (гликозаминогликаны)

Гетерополисахариды гликозаминогликаны (ГАГ) – линейные неразветвлённые полисахариды, построенные из дисахаридных фрагментов, которые, в свою очередь, в свой состав включают гексуроновую кислоту и N - ацетилгексозаминсульфат.

В зависимости от состава дисахаридных фрагментов выделяют несколько видов ГАГ:

• гиалуроновая кислота;

• хондроитинсульфаты;

• кератансульфаты;

• гепарин, гепарансульфат.

Гиалуроновая кислота включает в свой состав глюкуроновую кислоту и N-ацетилглюкозамин. Её молекулярная масса достигает 10⁵-10⁷ д. Гиалуроновая кислота содержится в межклеточном веществе соединительной ткани, в синовиальной жидкости, в слизистых секретах. За счёт присутствия большого количества полярных групп гиалуроновая кислота очень гидрофильна (1 грамм её может связать до 500 мл воды). Биологическая роль:

• играет роль тканевого цемента, соединяет клетки, волокнистые структуры в единую ткань;

• участвует в водно-солевом обмене;

• определяет сосудисто-тканевую проницаемость;

• придаёт тургор ткани.

Хондроитинсульфаты содержат в своём составе глюкуроновую кислоту, N-ацетилгалактозаминсульфат. Они распространены в хрящевой ткани, коже, сухожилиях. Молекулярная масса их составляет 18-28 тысяч д. Выделяют несколько видов хондроитинсульфатов: хондроитин-4-сульфаты (остаток сульфата в N-ацетилгалактозамине находится в 4 положении), хондроитин-6-сульфаты (сульфат находится в 6 положении), дерматансульфаты (содержат идуроновую кислоту). Биологическая роль хондроитинсульфатов: структурные компоненты соединительной ткани.

Кератансульфаты содержат в своём составе N-ацетилглюкозаминсульфат, галактозу. С возрастом содержание кератансульфатов в межпозвоночных хрящах, в роговице возрастает.

Гепарин включает в свой состав глюкуронатсульфат (или идуронатсульфат), N-ацетилглюкозаминсульфат. Гепарин синтезируется в тучных клетках. Биологическая роль гепарина: является антикоагулянтом, структурным компонентом базальных мембран, активатором некоторых ферментов, выполняет дезинтоксикационную функцию.

Гликозаминогликаны чаще всего находятся в тканях не в свободном состоянии, а в составе протеогликанов.

Протеогликаны (ПГ) – это белковоуглеводные комплексы, в которых содержатся белки (<5%), а углеводная часть представлена гликозаминогликанами. В хрящевой ткани протеогликаны образуют особые структуры – протеогликановые агрегаты. Наиболее распространённым среди них является агрекан. Он имеет структуру, представленную на рисунке. Этот агрегат имеет молекулярную массу до 1 миллиарда д. Наряду большими агрегатами в соединительной ткани присутствуют малые протеогликановые агрегаты, например, бигликаны, в которые входят одна полипептидная цепь и две - три углеводные цепочки.

30.Роль углеводов в питании человека. Их переваривание, всасывание и транспорт в организме. Пути утилизации в тканях глюкозы, фруктозы, галактозы, маннозы. Фруктоземия. Галактоземия.  Особенности микробиологического статуса кишечника  грудного ребенка.  Бифидус- фактор

1. Переваривание и всасывание углеводов

Основными пищевыми углеводами являются крахмал и дисахариды. Для взрослых суточная потребность в углеводах составляет 400 - 600 г для детей - 12 г/кг.

В ротовой полости происходит частичное расщепление крахмала под действием α - амилазы слюны, которая расщепляет в крахмале внутренние 1,4 –α - гликозидные связи с образованием декстринов и очень небольшого количества мальтозы.

В желудке отсутствуют ферменты переваривания углеводов, а резко кислая среда ингибирует активность амилазы, поэтому переваривание продолжается только внутри пищевого комка.

Основное переваривание углеводов происходит в тонком кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы и слизистой кишечника. Наиболее активным ферментом, осуществлющим полостное переваривание углеводов, является панкреатическая α - амилаза, расщепляющая 1,4 –α -гликозидные связи до точек ветвления крахмала. Ответвления (1,6–α-гликозидные связи) расщепляется дополнительным ферментом 1,6–α -гликозидазой (изомальтазой), который вырабатывается слизистой кишечника.

Ферменты кишечника представлены α- гликозидазами и β - гликозидазами, осуществляющими пристеночное пищеварение углеводов. Основными кишечными ферментами являются:

• мальтаза (расщепляет 1,4 –альфа-гликозидные связи в дисахариде мальтозе),

• изомальтаза (расщепляет 1,6 - гликозидные связи в крахмале),

• сахараза (расщепляет 1, 2- α, β гликозидные связи в дисахариде сахарозе),

• лактаза (расщепляет 1,4- β-гликозидные связи в дисахариде лактозе),

• гетерогалактозидаза – расщепляет гликозидные связи смешанных олигосахаридов,

• β - галактозидаза с оптимумом рН 5.

Под действием перечисленных ферментов полисахариды и дисахариды расщепляются до моносахаридов.

1. Особенности переваривания углеводов в детском возрасте

• Снижена активность амилазы слюны (до 4-х лет).

• Преобладает пристеночное переваривание углеводов в тонком кишечнике.

• Выше активность лактазы.

• Постепенное повышение активности сахаразы с введением прикорма

• Снижена активность амилазы поджелудочной железы

1. Особенности микробиологического статуса кишечника грудного ребёнка

• Отсутствует гнилостная микрофлора.

• Преобладает бродильная микрофлора (кишечная палочка, ацидофильная флора, бифидофлора, субстратом для которой являются олигосахариды грудного молока).

2. Всасывание моносахаридов в кишечнике

В озможен как пассивный транспорт моносахаридов в случае высокой концентрации в кишечнике, так и активный транспорт с участием белков - переносчиков и одновременным всасыванием ионов Nа⁺, которые обеспечивают структурную перестройку транспортных белков. Обратный перенос ионов натрия осуществляется при участии калий - натриевого насоса (К,Na-АТФ-азы).

1. Особенности всасывания углеводов у детей

• Более быстрое всасывание углеводов (особенно глюкозы, галактозы)

• Могут всасываться декстрины и дисахариды

Всосавшиеся моносахариды по системе воротной вены поступают печень, где примерно половина всосавшихся углеводов депонируется в виде гликогена. Остальная их часть поступает в головной мозг, мышцы и другие ткани.

Утилизация фруктозы и её нарушения

Фруктоза поступает в организм с мёдом, фруктами и различно усваивается у детей и у взрослых людей.

У детей:

Возможны врожденные нарушения усвоения фруктозы у детей. Фруктозурия развивается при снижении активности кетогексокиназы. В этом случае фруктоза не переходит в последующие продукты, увеличивается её концентрация в крови, следовательно, увеличивается её выведение с мочой, так как порог почек для фруктозы невелик. Фруктоземия (непереносимость фруктозы) наблюдается при отсутствии фруктозо-1-фосфат-альдолазы. Проявлением её является поражением центральной нервной системы, печени.

У взрослого человека: