24

Лабораторная работа № 5 Специфические свойства углеводов

Цель работы:

- изучить свойства моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов путём проведения окислительных, восстановительных, качественных реакций и гидролиза крахмала;

- познакомиться с химическим составом и нормами потребления углеводов с пищей;

- изучить особенности усвоения углеводов в организме человека;

- изучить возможности использования углеводов в пластическом и энергетическом обмене.

Углеводы – органические соединения, молекулы которых построены из атомов С, Н, О в соотношении 1:2:1. Общая формула(СН₂О)n, где n – 3 – 9 атомов углерода. Согласно Международной классификации, углеводы называются глицидами, однако такое название употребляется редко. В состав отдельных углеводов могут входить и другие химические элементы, например азот, сера, фосфор.Углеводы поступают в организм человека с пищей. В ее составе преобладает крахмал (им богаты хлеб, картофель, крупы), значительна доля сахарозы (сахар, все кондитерские изделия, выпечка), моносахариды поступают в меньшем количестве (глюкоза и фруктоза имеется в составе овощей, фруктов, меда). С молоком человек получает лактозу. Клетчатка, относящаяся к пищевым волокнам, поступает с растительной пищей. В животных продуктах углеводов содержится мало, но, при смешанном питании, они приносят нам до 14 г гликогена в сутки.

Углеводы составляют 50-60% пищевого рациона. При сбалансированном питании они должны поступать в организм в количестве 450-800 г или 8-11 г/кг в сутки. Пищевых волокон достаточно 25-30 г в сутки. При рациональном питании соотношение простых (моно – и дисахариды) и сложных (крахмал, клетчатка, гликоген) углеводов должно быть 35 : 65.

Пути превращения углеводов в органах пищеварения различны:

- моносахариды (глюкоза, фруктоза) не перевариваются и усваиваются без изменений.

- дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) в тонком кишечнике под воздействием ферментов (сахаразы, мальтазы и лактазы) превращаются в моносахариды: глюкозу, фруктозу и галактозу.

- полисахариды (крахмал, гликоген) сначала в ротовой полости (здесь работают ферменты амилаза и мальтаза), а затем в тонком кишечнике (здесь работают ферменты амилаза, мальтаза, декстриназы) превращаются в глюкозу. Клетчатка не переваривается, но способствует нормализации работы пищеварительного тракта и связывает в кишечнике токсические вещества.

Моносахариды, получившиеся при переваривании углеводов всасываются по типу активного транспорта в кровь. Среди них преобладает глюкоза.

Глюкоза – основной моносахарид, циркулирующий в крови и тканях организма человека. Физиологическая норма глюкозы в крови – 0,8 - 1,2 г/л (3,5 - 6,6 мм/л) (60-100 мг %). Постоянный уровень глюкозы в крови регулируется поджелудочной железой и печенью. Последняя может поглощать или выделять глюкозу в зависимости от ее концентрации в крови, в ответ на воздействие гормонов.

После еды в крови возникает гипергликемия, т.е. концентрация глюкозы становится выше 6,0 мМ\л. Если при этом человек находится в состоянии покоя и в кровь поступает гормон поджелудочной железы, в клетках тканей начинается синтез гликогена.

Он представляет собой сумму ферментативных реакций идущих с затратой энергии. На вовлечение одной молекулы глюкозы в процесс синтеза гликогена требуется три молекулы макроэргов (две молекулы АТФ и одна молекула УТФ). Поэтому мышечная работа никогда не может быть сопряжена с синтезом гликогена. Больше всего гликогена откладывается в клетках мышечной ткани и печени.

Таким образом, Избыток глюкозы, поступающий в организм, откладывается в виде запаса гликогена в печени и мышцах. Другие ткани человека и животных не содержат больших запасов гликогена, поэтому они усиленно извлекают глюкозу из крови. По мере убыли глюкозы в кровь происходит расщепление гликогена в печени – мобилизация гликогена до свободной глюкозы, которая поступает в кровяное русло. Этот процесс происходит при участии фермента глюкозо-6-фосфатазы, отнимающей от глюкозо-6-фосфатазы фосфорную кислоту.

Источниками образования гликогена в печени, помимо глюкозы, могут служить глюкагенные аминокислоты, молочная кислота, глицерин. Источники и пути использования глюкозного пула крови представлены на рисунке.

В крови, кроме глюкозы, содержится также гликоген (16,2-38,7 мг/л), фруктоза (5,55-27,75 мкмоль/л), сиаловые кислоты в сыворотке (550-790 мг/л) и гликопротеиды (1,20-1,60 г/л).

Временное повышение глюкозы в крови после приема пищи, насыщенной углеводами, называется алиментарная или пищевая гипергликемия. Продолжается она 2-3 часа. У спортсменов перед стартом может наблюдаться гипергликемия. Это способствует выполнению кратковременных и ухудшает выполнение длительных нагрузок.

При снижении запасов гликогена в печени, что может быть вызвано напряженной мышечной деятельностью (стайерские нагрузки в легкой атлетике, конькобежном, лыжном, велосипедном спорте), голоданием, уровень глюкозы в крови снижается. При значениях глюкозы менее 3 мм\л, состояние организма характеризуется как гипогликемия. При этом начинается мобилизация гликогена печени. Это ферментативные реакции, в результате которых гликоген печени превращается в глюкозу и поступает в кровь. Мобилизация гликогена не требует затрат энергии и регулируется гормонами адреналином и глюкогоном.

Процессы синтеза и мобилизации гликогена, сменяя друг друга, в зависимости от состояния организма, позволяют поддерживать уровень глюкозы в пределах физиологической нормы.

Основное количество углеводов, поступающих в организм с пищей, используется в энергетическом обмене. При полном окислении 1г углеводов выделяется 4,1 ккал. Извлечение энергии из углеводов происходит во всех клетках организма, но для обеспечения мышечной работы используются только углеводы клеток скелетных мышц и печени. Окисление углеводов включает две основные фазы: бескислородную (анаэробную), которая происходит преимущественно в цитоплазме клеток скелетных мышц и аэробную, происходящую в митохондриях.

В анаэробном окислении могут участвовать глюкоза (процесс называется гликолиз) и гликоген мышц (процесс называется гликогенолиз). Схемы процессов:

гликолиз С₆Н₁₂О₆ 2С₃Н₆О₃ + 2 АТФ

глюкоза молочная кислота

гликогенолиз(С₆Н₁₀О₅)n 2С₃Н₆О₃ + 3АТФ + (С₆Н₁₀О₅)n-1 гликоген молочная кислота гликоген

Накопление молочной кислоты в клетке происходит при выполнении скоростно-силовой работы, что приводит как к угнетению самого процесса гликолиза, так и к сдвигу реакции среды в кислую сторону. Уменьшению этих сдвигов способствует выход молочной кислоты из клетки в кровь. При этом рН крови может снижаться до значений 7,0-6,8 (в физиологической норме рН крови 7,36-7,4). В организме формируется ацидоз и, как следствие, резко снижается активность ферментов и развивается утомление. Негативное воздействие молочной кислоты на организм, частично, смягчается работой буферных систем. После работы, в аэробных условиях, до 80% находящейся в крови молочной кислоты используется на синтез гликогена, а остальные 20% устраняются в процессе окисления до углекислого газа и воды и выводятся с потом и мочой.

Аэробное окисление углеводов – сложный, многостадийный процесс, приводящий к образованию углекислого газа и воды и выделению значительного количества энергии. В нем можно выделить следующие этапы:

- превращение молекулы глюкозы в две молекулы ПВК;

-превращение ПВК в Ацетил  КоА в цикле Кребса. Схема процесса:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ 6СО₂ + 6Н₂О + 38АТФ глюкоза Аэробное окисление молекулы глюкозы поставляет в организм в 19 раз больше энергии, чем гликолиз, а метаболиты – СО₂ и Н₂О не изменяют состояния внутренних сред.

Контрольные вопросы.

1.Какие углеводы поступают с пищей в организм человека?

2. Нормы потребления углеводов при рациональном питании?

3. Показатели, характеризующие уровень глюкозы в крови человека.

4. Условия, необходимые для синтеза и мобилизации гликогена.

5. Анаэробное окисление углеводов.

6. Аэробное окисление углеводов.