Sacharidy jsou rozsáhlou skupinou organických látek, které spolu s bílkovinami a tuky tvoří základ lidského a zvířecího těla. Sacharidy jsou přítomny v každé buňce těla a plní různé funkce. Malé molekuly sacharidů, reprezentované především glukózou, se mohou pohybovat po těle a plnit energetickou funkci. Velké molekuly sacharidů se nepohybují a plní především stavební funkci. Z potravy člověk získává pouze malé molekuly, protože pouze ty mohou být absorbovány do střevních buněk. Velké molekuly sacharidů si tělo musí vytvořit samo. Souhrn všech reakcí pro rozklad potravinových sacharidů na glukózu a syntézu nových molekul z ní, stejně jako další četné přeměny těchto látek v těle, se v biochemii nazývá metabolismus sacharidů.
Klasifikace
V závislosti na struktuře existuje několik skupin sacharidů.
Monosacharidy jsou malé molekuly, které se nerozkládají v trávicím traktu. Jedná se o glukózu, fruktózu, galaktózu.
Disacharidy jsou malé molekuly sacharidů, které se v trávicím traktu rozkládají na dva monosacharidy. Například laktóza – pro glukózu a galaktózu, sacharóza – pro glukózu a fruktózu.
Polysacharidy jsou velké molekuly skládající se ze stovek tisíc monosacharidových zbytků (hlavně glukózy) spojených dohromady. Toto je škrob, masový glykogen.
Sacharidy a diety
Doba rozkladu polysacharidů v trávicím traktu je různá v závislosti na jejich schopnosti rozpouštět se ve vodě. Některé polysacharidy se ve střevech rychle rozkládají. Pak se glukóza získaná při jejich rozpadu rychle dostává do krevního oběhu. Takové polysacharidy se nazývají "rychlé". Jiné se hůře rozpouštějí ve vodním prostředí střeva, takže se odbourávají pomaleji, glukóza se do krve dostává pomaleji. Takové polysacharidy se nazývají "pomalé". Některé z těchto prvků se ve střevech vůbec nerozkládají. Říká se jim nerozpustná vláknina.
Pod názvem „pomalé nebo rychlé sacharidy“obvykle nemáme na mysli samotné polysacharidy, ale potraviny, které je obsahují ve velkém množství.
Seznam sacharidů – rychlé a pomalé, je uveden v tabulce.
| Rychlé sacharidy | Pomalé sacharidy |
| smažené brambory | Trubkový chléb |
| Bílý chléb | Nezpracovaná zrna rýže |
| bramborová kaše | Hrach |
| Med | Ovesná kaše |
| Mrkev | Pohanková kaše |
| Kukuřičné vločky | Chléb z žitných otrub |
| Cukr | Čerstvě vymačkaná ovocná šťáva bez cukru |
| Müsli | Celozrnné těstoviny |
| Čokoláda | Červené fazole |
| Vařené brambory | Dairy |
| Sušenka | Čerstvé ovoce |
| Kukuřice | Horká čokoláda |
| Bílá rýže | Fruktóza |
| Černý chléb | Sójové boby |
| řepa | Zelená zelenina, rajčata, houby |
| Banány | - |
| Jam | - |
Při výběru produktů pro dietu se odborník na výživu vždy spoléhá na seznam rychlých a pomalých sacharidů. Rychlé v kombinaci s tuky v jednom produktu nebo jídle vedou k ukládání tuku. Proč? Rychlý vzestup glukózy v krvi stimuluje tvorbu inzulinu, který poskytuje tělu zásobu glukózy včetně cesty pro tvorbu tuku z ní. Výsledkem je, že při konzumaci dortů, zmrzliny, smažených brambor velmi rychle přibývá na váze.
Trávení
Z hlediska biochemie probíhá metabolismus sacharidů ve třech fázích:
- Zažívání. Začíná v ústech při žvýkání jídla.
- Správný metabolismus sacharidů.
- Vzdělávání koncových produktů výměny.
Sacharidy jsou základem lidské stravy. Podle vzorceracionální výživy, ve složení potravin by jich mělo být 4x více než bílkovin či tuků. Potřeba sacharidů je individuální, ale v průměru člověk potřebuje 300-400 g denně. Z toho asi 80 % tvoří škrob ve složení brambory, těstoviny, cereálie a 20 % jsou rychlé sacharidy (glukóza, fruktóza).
Výměna sacharidů v těle začíná také v dutině ústní. Slinný enzym amyláza zde působí na polysacharidy – škrob a glykogen. Amyláza hydrolyzuje (rozkládá) polysacharidy na velké fragmenty – dextriny, které se dostávají do žaludku. Neexistují žádné enzymy, které by působily na sacharidy, takže dextriny v žaludku se nijak nemění a procházejí dále trávicím traktem a vstupují do tenkého střeva. Zde na sacharidy působí několik enzymů. Amyláza pankreatické šťávy hydrolyzuje dextriny na disacharid m altózu.
Specifické enzymy jsou vylučovány buňkami samotného střeva. Enzym m altáza hydrolyzuje m altózu na monosacharid glukózu, laktáza hydrolyzuje laktózu na glukózu a galaktózu a sacharóza hydrolyzuje sacharózu na glukózu a fruktózu. Výsledné monózy se vstřebávají ze střev do krve a přes portální žílu vstupují do jater.
Úloha jater v metabolismu sacharidů
Tento orgán udržuje určitou hladinu glukózy v krvi díky reakcím syntézy a rozkladu glykogenu.
Reakce vzájemné přeměny monosacharidů probíhají v játrech – fruktóza a galaktóza se přeměňují na glukózu a glukóza může být přeměněna na fruktózu.
V tomto orgánu probíhají reakce glukoneogeneze -syntéza glukózy z nesacharidových prekurzorů - aminokyselin, glycerolu, kyseliny mléčné. Neutralizuje také hormon inzulín pomocí enzymu insulinázy.
Glukózový metabolismus
Glukóza hraje klíčovou roli v biochemii metabolismu sacharidů a v celkovém metabolismu těla, protože je hlavním zdrojem energie.
Hladina glukózy v krvi je konstantní hodnota a je 4 - 6 mmol/l. Hlavní zdroje tohoto prvku v krvi jsou:
- Potravinové sacharidy.
- Jaterní glykogen.
- Aminokyseliny.
Glukóza se v těle spotřebovává pro:
- generace energie,
- Syntéza glykogenu v játrech a svalech,
- syntéza aminokyselin,
- syntéza tuků.
Přirozený zdroj energie
Glukóza je univerzálním zdrojem energie pro všechny tělesné buňky. Energie je potřebná pro stavbu vlastních molekul, svalovou kontrakci, tvorbu tepla. Sled reakcí přeměny glukózy vedoucí k uvolnění energie se nazývá glykolýza. Reakce glykolýzy mohou probíhat v přítomnosti kyslíku, pak se mluví o aerobní glykolýze nebo v podmínkách bez kyslíku, pak je proces anaerobní.
Během anaerobního procesu se jedna molekula glukózy přemění na dvě molekuly kyseliny mléčné (laktát) a uvolní se energie. Anaerobní glykolýza poskytuje málo energie: z jedné molekuly glukózy se získávají dvě molekuly ATP – látky, jejíž chemické vazby akumulují energii. Tímto způsobem se dostaneteenergie se využívá pro krátkodobou práci kosterních svalů - od 5 sekund do 15 minut, to znamená, že se mechanismy pro zásobování svalů kyslíkem nestihnou zapnout.
Během reakcí aerobní glykolýzy se jedna molekula glukózy přemění na dvě molekuly kyseliny pyrohroznové (pyruvátu). Proces, který bere v úvahu energii vynaloženou na vlastní reakce, dává 8 molekul ATP. Pyruvát vstupuje do dalších oxidačních reakcí - oxidační dekarboxylace a citrátového cyklu (Krebsův cyklus, cyklus trikarboxylových kyselin). V důsledku těchto transformací se na molekulu glukózy uvolní 30 molekul ATP.
Glykogenová výměna
Funkcí glykogenu je ukládání glukózy v buňkách živočišného organismu. Škrob plní stejnou funkci v rostlinných buňkách. Glykogen se někdy nazývá živočišný škrob. Obě látky jsou polysacharidy vytvořené z mnohonásobně se opakujících zbytků glukózy. Molekula glykogenu je rozvětvenější a kompaktnější než molekula škrobu.
Procesy metabolismu v těle uhlohydrátového glykogenu jsou zvláště intenzivní v játrech a kosterních svalech.
Glykogen se syntetizuje během 1-2 hodin po jídle, když jsou hladiny glukózy v krvi vysoké. Pro vytvoření molekuly glykogenu je zapotřebí primer - semeno skládající se z několika glukózových zbytků. Nové zbytky ve formě UTP-glukózy jsou postupně připojeny ke konci primeru. Když se řetězec rozroste o 11-12 zbytků, připojí se k němu postranní řetězec 5-6 stejných fragmentů. Nyní má řetězec vycházející z primeru dva konce - dva body růstumolekuly glykogenu. Tato molekula se bude opakovaně prodlužovat a větvit, dokud v krvi zůstane vysoká koncentrace glukózy.
Mezi jídly se glykogen rozkládá (glykogenolýza), čímž se uvolňuje glukóza.
Získává se rozkladem jaterního glykogenu, dostává se do krve a využívá se pro potřeby celého organismu. Glukóza získaná štěpením glykogenu ve svalech se využívá pouze pro potřeby svalů.
Tvorba glukózy z nesacharidových prekurzorů - glukoneogeneze
Tělo má dostatek energie uložené ve formě glykogenu pouze na několik hodin. Po dni hladovění tato látka nezůstává v játrech. Proto se při bezsacharidových dietách, úplném hladovění nebo při delší fyzické práci udržuje normální hladina glukózy v krvi díky její syntéze z nesacharidových prekurzorů – aminokyselin, kyseliny mléčné glycerolu. Všechny tyto reakce probíhají především v játrech, dále v ledvinách a střevní sliznici. Procesy metabolismu sacharidů, tuků a bílkovin jsou tedy úzce propojeny.
Z aminokyselin a glycerolu se glukóza syntetizuje během hladovění. V nepřítomnosti potravy se tkáňové bílkoviny rozkládají na aminokyseliny, tuky na mastné kyseliny a glycerol.
Z kyseliny mléčné se glukóza syntetizuje po intenzivním cvičení, kdy se během anaerobní glykolýzy hromadí ve velkém množství ve svalech a játrech. Ze svalů se kyselina mléčná přenáší do jater, kde se z ní syntetizuje glukóza, která se vrací zpět do prac.sval.
Regulace metabolismu sacharidů
Tento proces je prováděn nervovým systémem, endokrinním systémem (hormony) a na intracelulární úrovni. Úkolem regulace je zajistit stabilní hladinu glukózy v krvi. Z hormonů, které regulují metabolismus sacharidů, jsou hlavními inzulin a glukagon. Jsou produkovány ve slinivce břišní.
Hlavním úkolem inzulínu v těle je snižovat hladinu glukózy v krvi. Toho lze dosáhnout dvěma způsoby: zvýšením pronikání glukózy z krve do buněk těla a zvýšením jejího využití v nich.
- Inzulin zajišťuje průnik glukózy do buněk určitých tkání – svalů a tuku. Říká se jim závislé na inzulínu. Glukóza vstupuje do mozku, lymfatické tkáně, červených krvinek bez účasti inzulinu.
- Inzulin zvyšuje využití glukózy buňkami:
- Aktivace enzymů glykolýzy (glukokináza, fosfofruktokináza, pyruvátkináza).
- Aktivace syntézy glykogenu (díky zvýšené přeměně glukózy na glukóza-6-fosfát a stimulaci glykogensyntázy).
- Inhibice enzymů glukoneogeneze (pyruvátkarboxyláza, glukóza-6-fosfatáza, fosfoenolpyruvátkarboxykináza).
- Zvyšte začlenění glukózy do pentózofosfátového cyklu.
Všechny ostatní hormony, které regulují metabolismus sacharidů, jsou glukagon, adrenalin, glukokortikoidy, tyroxin, růstový hormon, ACTH. Zvyšují hladinu glukózy v krvi. Glukagon aktivuje štěpení glykogenu v játrech a syntézu glukózy z nesacharidůpředchůdci. Adrenalin aktivuje rozklad glykogenu v játrech a svalech.
Porušení burzy. Hypoglykémie
Nejčastějšími poruchami metabolismu sacharidů jsou hypo- a hyperglykémie.
Hypoglykémie je stav těla způsobený nízkou hladinou glukózy v krvi (pod 3,8 mmol/l). Důvody mohou být: snížení příjmu této látky do krve ze střeva nebo jater, zvýšení jejího využití tkáněmi. Hypoglykémie může vést k:
- Patologie jater – narušená syntéza glykogenu nebo syntézy glukózy z nesacharidových prekurzorů.
- Sacharidové hladovění.
- Prodloužená fyzická aktivita.
- Patologie ledvin – porucha reabsorpce glukózy z primární moči.
- Poruchy trávení – patologie rozkladu potravinových sacharidů nebo proces absorpce glukózy.
- Patologie endokrinního systému – nadbytek inzulínu nebo nedostatek hormonů štítné žlázy, glukokortikoidů, růstového hormonu (GH), glukagonu, katecholaminů.
Extrémním projevem hypoglykémie je hypoglykemické kóma, které se nejčastěji rozvíjí u pacientů s diabetes mellitus I. typu s předávkováním inzulinem. Nízká hladina glukózy v krvi vede k nedostatku kyslíku a energie v mozku, což způsobuje charakteristické příznaky. Vyznačuje se extrémně rychlým vývojem – pokud se během pár minut neprovedou potřebné kroky, člověk ztratí vědomí a může zemřít. Pacienti s diabetem jsou typicky schopni rozpoznat známky poklesu hladiny glukózy.krev a vědět, co dělat – vypít sklenici sladkého džusu nebo sníst sladkou buchtu.
Hyperglykémie
Dalším typem poruchy metabolismu sacharidů je hyperglykémie – stav organismu způsobený trvale vysokou hladinou glukózy v krvi (nad 10 mmol/l). Důvody mohou být:
- patologie endokrinního systému. Nejčastější příčinou hyperglykémie je diabetes mellitus. Rozlišujte diabetes typu I a typu II. V prvním případě je příčinou onemocnění nedostatek inzulínu způsobený poškozením buněk slinivky břišní, které tento hormon vylučují. Porážka žlázy má nejčastěji autoimunitní povahu. Diabetes mellitus II. typu se vyvíjí s normální produkcí inzulinu, proto se nazývá inzulin dependentní; ale inzulin neplní svou funkci – nepřenáší glukózu do buněk svalů a tukové tkáně.
- neuróza, stres aktivují produkci hormonů - adrenalinu, glukokortikoidů, štítné žlázy, které zvyšují odbourávání glykogenu a syntézu glukózy z nesacharidových prekurzorů v játrech, inhibují syntézu glykogenu;
- patologie jater;
- přejídání.
V biochemii je metabolismus sacharidů jedním z nejzajímavějších a nejrozsáhlejších témat pro studium a výzkum.
