الكربوهيدرات هي مجموعة كبيرة من المواد العضوية التي تشكل ، مع البروتينات والدهون ، أساس جسم الإنسان والحيوان. توجد الكربوهيدرات في كل خلية من خلايا الجسم وتؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف. يمكن لجزيئات الكربوهيدرات الصغيرة ، التي يمثلها الجلوكوز بشكل أساسي ، أن تتحرك في جميع أنحاء الجسم وتقوم بوظيفة الطاقة. لا تتحرك الجزيئات الكبيرة من الكربوهيدرات وتؤدي وظيفة بناء بشكل أساسي. من الطعام ، يستخرج الشخص جزيئات صغيرة فقط ، حيث يمكن امتصاصها فقط في خلايا الأمعاء. جزيئات كبيرة من الكربوهيدرات يجب على الجسم أن يبني نفسه. مجموع جميع ردود الفعل لتحلل الكربوهيدرات الغذائية إلى الجلوكوز وتخليق جزيئات جديدة منه ، بالإضافة إلى التحولات العديدة الأخرى لهذه المواد في الجسم ، تسمى استقلاب الكربوهيدرات في الكيمياء الحيوية.
التصنيف
اعتمادًا على الهيكل ، هناك عدة مجموعات من الكربوهيدرات.
السكريات الأحادية هي جزيئات صغيرة لا تتحلل في الجهاز الهضمي. هذه هي الجلوكوز والفركتوز والجالاكتوز.
السكاريد عبارة عن جزيئات كربوهيدرات صغيرة يتم تقسيمها إلى نوعين من السكريات الأحادية في الجهاز الهضمي. على سبيل المثال ، اللاكتوز - للجلوكوز والجالاكتوز والسكروز - للجلوكوز والفركتوز.
السكريات عبارة عن جزيئات كبيرة تتكون من مئات الآلاف من بقايا السكاريد الأحادي (الجلوكوز بشكل أساسي) المرتبطة ببعضها البعض. هذا هو النشا واللحوم الجليكوجين.
الكربوهيدرات والوجبات الغذائية
يختلف وقت تحلل السكريات في الجهاز الهضمي ، اعتمادًا على قدرتها على الذوبان في الماء. تتحلل بعض السكريات بسرعة في الأمعاء. ثم يدخل الجلوكوز الذي تم الحصول عليه أثناء تسوسهم بسرعة إلى مجرى الدم. تسمى هذه السكريات "سريعة". يذوب البعض الآخر بشكل أسوأ في البيئة المائية للأمعاء ، لذلك يتحلل بشكل أبطأ ، ويدخل الجلوكوز إلى الدم بشكل أبطأ. تسمى هذه السكريات "بطيئة". بعض هذه العناصر لا تتحلل في الأمعاء على الإطلاق. يطلق عليهم الألياف الغذائية غير القابلة للذوبان.
عادة ، تحت اسم "الكربوهيدرات البطيئة أو السريعة" لا نعني السكريات نفسها ، ولكن نعني الأطعمة التي تحتوي عليها بكميات كبيرة.
قائمة الكربوهيدرات - سريعة وبطيئة ، معروضة في الجدول
| الكربوهيدرات السريعة | الكربوهيدرات البطيئة |
| بطاطس مقلية | خبز النخالة |
| الخبز الأبيض | حبوب الأرز غير المصنعة |
| بطاطس مهروسة | البازلاء |
| عسل | دقيق الشوفان |
| جزر | عصيدة الحنطة السوداء |
| رقائق الذرة | خبز نخالة الجاودار |
| سكر | عصير فواكه طازج بدون سكر |
| موسلي | المعكرونة الكاملة |
| شوكولاته | فاصوليا حمراء |
| بطاطس مسلوقة | ألبان |
| بسكويت | فواكه طازجة |
| ذرة | شوكولا مرة |
| الأرز الأبيض | الفركتوز |
| الخبز الأسود | فول الصويا |
| بنجر | خضروات خضراء ، طماطم ، فطر |
| الموز | - |
| جام | - |
عند اختيار منتجات لنظام غذائي ، يعتمد اختصاصي التغذية دائمًا على قائمة الكربوهيدرات السريعة والبطيئة. يؤدي الجمع السريع مع الدهون في منتج أو وجبة واحدة إلى ترسب الدهون. لماذا ا؟ يؤدي الارتفاع السريع في نسبة الجلوكوز في الدم إلى تحفيز إنتاج الأنسولين الذي يمد الجسم بمخزن الجلوكوز ، بما في ذلك مسار تكوين الدهون منه. نتيجة لذلك ، عند تناول الكعك ، والآيس كريم ، والبطاطا المقلية ، يزداد الوزن بسرعة كبيرة.
الهضم
من وجهة نظر الكيمياء الحيوية ، يتم استقلاب الكربوهيدرات على ثلاث مراحل:
- الهضم: يبدأ في الفم أثناء مضغ الطعام
- التمثيل الغذائي السليم للكربوهيدرات.
- تعليم المنتجات النهائية للتبادل
الكربوهيدرات هي أساس النظام الغذائي للإنسان. حسب الصيغةالتغذية العقلانية ، في تكوين الطعام يجب أن تكون 4 مرات أكثر من البروتينات أو الدهون. إن الحاجة إلى الكربوهيدرات فردية ، ولكن في المتوسط يحتاج الشخص إلى 300-400 جرام يوميًا. من بين هؤلاء ، حوالي 80٪ عبارة عن نشاء في مكونات البطاطس والمعكرونة والحبوب و 20٪ من الكربوهيدرات السريعة (الجلوكوز والفركتوز).
يبدأ أيضًا تبادل الكربوهيدرات في الجسم في تجويف الفم. هنا ، يعمل إنزيم الأميليز اللعابي على السكريات - النشا والجليكوجين. يتحلل الأميليز (يتحلل) السكريات إلى أجزاء كبيرة - الدكسترينات ، التي تدخل المعدة. لا توجد إنزيمات تعمل على الكربوهيدرات ، لذلك لا يتغير الدكسترين في المعدة بأي شكل من الأشكال ويمر أكثر على طول الجهاز الهضمي ، ويدخل الأمعاء الدقيقة. هنا ، تعمل العديد من الإنزيمات على الكربوهيدرات. عصير البنكرياس الأميليز يتحلل الدكسترين إلى مالتوز ثنائي السكاريد.
إنزيمات معينة تفرزها خلايا الأمعاء نفسها. يقوم إنزيم المالتاز بتحليل المالتوز إلى الجلوكوز أحادي السكاريد ، ويحلل اللاكتاز اللاكتوز إلى الجلوكوز والجالاكتوز ، ويحلل السكروز السكروز إلى الجلوكوز والفركتوز. الأحاديات الناتجة يتم امتصاصها من الأمعاء إلى الدم ومن خلال الوريد البابي تدخل الكبد.
دور الكبد في استقلاب الكربوهيدرات
يحافظ هذا العضو على مستوى معين من الجلوكوز في الدم بسبب تفاعلات تخليق وانهيار الجليكوجين.
تحدث تفاعلات التحويل البيني للسكريات الأحادية في الكبد - يتم تحويل الفركتوز والجالاكتوز إلى جلوكوز ، ويمكن تحويل الجلوكوز إلى سكر الفواكه.
تحدث تفاعلات استحداث السكر في هذا العضو -تخليق الجلوكوز من السلائف غير الكربوهيدراتية - الأحماض الأمينية ، الجلسرين ، حمض اللاكتيك. كما أنه يحيد هرمون الأنسولين بمساعدة إنزيم الأنسولين.
التمثيل الغذائي للجلوكوز
يلعب الجلوكوز دورًا رئيسيًا في الكيمياء الحيوية لعملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات وفي التمثيل الغذائي العام للجسم ، حيث إنه المصدر الرئيسي للطاقة.
مستوى الجلوكوز في الدم ثابت وهو 4-6 مليمول / لتر. المصادر الرئيسية لهذا العنصر في الدم هي:
- كربوهيدرات غذائية.
- الجليكوجين في الكبد.
- أحماض أمينية.
يستهلك الجلوكوز في الجسم من أجل:
- توليد الطاقة
- تخليق الجليكوجين في الكبد والعضلات
- توليف الأحماض الأمينية ،
- تخليق الدهون.
مصدر طبيعي للطاقة
الجلوكوز هو مصدر عالمي للطاقة لجميع خلايا الجسم. الطاقة مطلوبة لبناء الجزيئات الخاصة بك ، وتقلص العضلات ، وتوليد الحرارة. يسمى تسلسل تفاعلات تحويل الجلوكوز التي تؤدي إلى إطلاق الطاقة بتحلل السكر. يمكن أن تحدث تفاعلات تحلل السكر في وجود الأكسجين ، ثم يتحدثون عن تحلل هوائي ، أو في ظروف خالية من الأكسجين ، فإن العملية تكون لا هوائية.
أثناء العملية اللاهوائية ، يتم تحويل جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من حمض اللاكتيك (اللاكتات) ويتم إطلاق الطاقة. يوفر تحلل السكر اللاهوائي القليل من الطاقة: من جزيء جلوكوز واحد ، يتم الحصول على جزيئين من ATP - وهي مادة تعمل روابطها الكيميائية على تجميع الطاقة. بهذه الطريقة للحصول علىتُستخدم الطاقة للعمل قصير المدى للعضلات الهيكلية - من 5 ثوانٍ إلى 15 دقيقة ، أي ، في حين أن آليات إمداد العضلات بالأكسجين ليس لديها وقت لتشغيلها.
أثناء تفاعلات التحلل الهوائي ، يتم تحويل جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك (البيروفات). تعطي العملية ، مع الأخذ في الاعتبار الطاقة المستهلكة في تفاعلاتها ، 8 جزيئات ATP. يدخل البيروفات في تفاعلات أكسدة أخرى - نزع الكربوكسيل المؤكسد ودورة السترات (دورة كريبس ، دورة حمض الكربوكسيل). نتيجة لهذه التحولات ، سيتم إطلاق 30 جزيء ATP لكل جزيء جلوكوز.
تبادل الجليكوجين
وظيفة الجليكوجين هي تخزين الجلوكوز في خلايا كائن حي. يؤدي النشا نفس الوظيفة في الخلايا النباتية. يطلق على الجليكوجين أحيانًا اسم النشا الحيواني. كلتا المادتين عبارة عن عديدات سكريات مبنية من مضاعفة بقايا الجلوكوز. جزيء الجليكوجين أكثر تشعبًا ودمجًا من جزيء النشا.
عمليات التمثيل الغذائي في الجسم للكربوهيدرات الجليكوجين مكثفة بشكل خاص في الكبد وعضلات الهيكل العظمي.
يتم تصنيع الجليكوجين في غضون ساعة إلى ساعتين بعد تناول الوجبة عندما تكون مستويات الجلوكوز في الدم مرتفعة. لتشكيل جزيء الجليكوجين ، هناك حاجة إلى مادة أولية - بذرة تتكون من عدة بقايا جلوكوز. يتم إرفاق المخلفات الجديدة في شكل جلوكوز UTP بشكل تسلسلي بنهاية التمهيدي. عندما تنمو السلسلة بمقدار 11-12 من المخلفات ، تنضم إليها سلسلة جانبية من 5-6 من نفس الأجزاء. الآن السلسلة القادمة من التمهيدي لها طرفان - نقطتا نموجزيئات الجليكوجين. سوف يستطيل هذا الجزيء ويتفرع بشكل متكرر طالما بقي تركيز عالٍ من الجلوكوز في الدم.
بين الوجبات ، يتحلل الجليكوجين (تحلل الجليكوجين) ، ويطلق الجلوكوز.
يتم الحصول عليه من تحلل الجليكوجين في الكبد ، ويذهب إلى الدم ويستخدم لاحتياجات الكائن الحي بأكمله. الجلوكوز الناتج عن تكسر الجليكوجين في العضلات يستخدم فقط لاحتياجات العضلات.
تكوين الجلوكوز من السلائف غير الكربوهيدراتية - استحداث السكر
الجسم فقط لديه طاقة كافية مخزنة في شكل جليكوجين لبضع ساعات. بعد يوم من الجوع لا تبقى هذه المادة في الكبد. لذلك ، مع الأنظمة الغذائية الخالية من الكربوهيدرات ، أو الجوع الكامل ، أو أثناء العمل البدني المطول ، يتم الحفاظ على المستوى الطبيعي للجلوكوز في الدم بسبب توليفه من السلائف غير الكربوهيدراتية - الأحماض الأمينية ، حمض اللاكتيك الجلسرين. تحدث كل هذه التفاعلات بشكل رئيسي في الكبد ، وكذلك في الكلى والأغشية المخاطية المعوية. وهكذا ، فإن عمليات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات والدهون والبروتينات متشابكة بشكل وثيق.
من الأحماض الأمينية والجلسرين ، يتم تصنيع الجلوكوز أثناء الجوع. في حالة عدم وجود طعام ، تتفكك بروتينات الأنسجة إلى أحماض أمينية ، وتتحول الدهون إلى أحماض دهنية وغليسيرول.
من حمض اللاكتيك ، يتم تصنيع الجلوكوز بعد تمرين مكثف ، عندما يتراكم بكميات كبيرة في العضلات والكبد أثناء التحلل اللاهوائي. ينتقل حمض اللاكتيك من العضلات إلى الكبد ، حيث يتم تصنيع الجلوكوز منه ، ثم يعود إلى العمل.عضلة
تنظيم التمثيل الغذائي للكربوهيدرات
يتم تنفيذ هذه العملية من قبل الجهاز العصبي وجهاز الغدد الصماء (الهرمونات) وعلى المستوى داخل الخلايا. تتمثل مهمة التنظيم في ضمان مستوى ثابت من الجلوكوز في الدم. من بين الهرمونات التي تنظم استقلاب الكربوهيدرات أهمها الأنسولين والجلوكاجون. يتم إنتاجها في البنكرياس.
المهمة الرئيسية للأنسولين في الجسم هي خفض مستويات السكر في الدم. ويمكن تحقيق ذلك بطريقتين: عن طريق زيادة نفاذ الجلوكوز من الدم إلى خلايا الجسم وزيادة استخدامه فيها.
- الأنسولين يضمن تغلغل الجلوكوز في خلايا أنسجة معينة - العضلات والدهون. يطلق عليهم اسم يعتمد على الأنسولين. الجلوكوز يدخل المخ والأنسجة اللمفاوية وخلايا الدم الحمراء بدون مشاركة الأنسولين.
- الأنسولين يعزز استخدام الخلايا للجلوكوز من خلال:
- تفعيل إنزيمات تحلل السكر (جلوكوكيناز ، فسفوفركتوكيناز ، بيروفات كيناز).
- تنشيط تخليق الجليكوجين (بسبب زيادة تحويل الجلوكوز إلى جلوكوز 6 فوسفات وتحفيز سينثاز الجليكوجين).
- تثبيط إنزيمات استحداث السكر (بيروفات كاربوكسيلاز ، جلوكوز 6-فوسفاتاز ، فوسفوينول بيروفات كربوكسيكيناز).
- زيادة دمج الجلوكوز في دورة فوسفات البنتوز.
جميع الهرمونات الأخرى التي تنظم التمثيل الغذائي للكربوهيدرات هي الجلوكاجون ، والأدرينالين ، والقشرانيات السكرية ، وهرمون الغدة الدرقية ، وهرمون النمو ، و ACTH. تزيد من مستويات السكر في الدم. ينشط الجلوكاجون تكسير الجليكوجين في الكبد وتخليق الجلوكوز من غير الكربوهيدراتسلف. ينشط الأدرينالين تكسير الجليكوجين في الكبد والعضلات.
انتهاكات الصرف. نقص السكر في الدم
الاضطرابات الأكثر شيوعًا في استقلاب الكربوهيدرات هي نقص السكر في الدم وارتفاع السكر في الدم.
نقص السكر في الدم هو حالة في الجسم ناتجة عن انخفاض مستويات السكر في الدم (أقل من 3.8 مليمول / لتر). قد تكون الأسباب: انخفاض في تناول هذه المادة في الدم من الأمعاء أو الكبد ، وزيادة في استخدامها من قبل الأنسجة. يمكن أن يؤدي نقص السكر في الدم إلى:
- أمراض الكبد - ضعف تخليق الجليكوجين أو تخليق الجلوكوز من السلائف غير الكربوهيدراتية.
- تجويع الكربوهيدرات
- نشاط بدني مطول
- أمراض الكلى - ضعف إعادة امتصاص الجلوكوز من البول الأولي.
- اضطرابات الهضم - أمراض تكسر الكربوهيدرات الغذائية أو عملية امتصاص الجلوكوز.
- أمراض جهاز الغدد الصماء - الأنسولين الزائد أو نقص هرمونات الغدة الدرقية ، القشرانيات السكرية ، هرمون النمو (GH) ، الجلوكاجون ، الكاتيكولامينات.
المظهر الشديد لنقص السكر في الدم هو غيبوبة نقص السكر في الدم ، والتي تحدث غالبًا في مرضى السكري من النوع الأول مع جرعة زائدة من الأنسولين. يؤدي انخفاض نسبة الجلوكوز في الدم إلى تجويع الأكسجين والطاقة في الدماغ ، مما يؤدي إلى ظهور أعراض مميزة. يتميز بتطور سريع للغاية - إذا لم يتم اتخاذ الإجراءات اللازمة في غضون بضع دقائق ، يفقد الشخص وعيه وقد يموت. عادة ، يمكن لمرضى السكري التعرف على علامات انخفاض مستويات الجلوكوز.الدم وتعرف ماذا تفعل - اشرب كوبًا من العصير الحلو أو أكل كعكة حلوة
ارتفاع السكر في الدم
نوع آخر من اضطرابات التمثيل الغذائي للكربوهيدرات هو ارتفاع السكر في الدم - حالة من الجسم ناتجة عن ارتفاع مستمر في مستوى السكر في الدم (فوق 10 مليمول / لتر). قد تكون الأسباب:
- أمراض جهاز الغدد الصماء. السبب الأكثر شيوعًا لفرط سكر الدم هو داء السكري. فرّق بين مرض السكري من النوع الأول والنوع الثاني. في الحالة الأولى ، يكون سبب المرض هو نقص الأنسولين الناتج عن تلف خلايا البنكرياس التي تفرز هذا الهرمون. غالبًا ما تكون هزيمة الغدة من المناعة الذاتية في الطبيعة. يتطور داء السكري من النوع الثاني مع إنتاج الأنسولين الطبيعي ، لذلك يطلق عليه غير المعتمد على الأنسولين ؛ لكن الأنسولين لا يؤدي وظيفته - فهو لا يحمل الجلوكوز إلى خلايا العضلات والأنسجة الدهنية.
- العصاب ، الإجهاد ينشط إنتاج الهرمونات - الأدرينالين ، القشرانيات السكرية ، الغدة الدرقية ، مما يزيد من تكسير الجليكوجين وتخليق الجلوكوز من السلائف غير الكربوهيدراتية في الكبد ، ويمنع تخليق الجليكوجين ؛
- أمراض الكبد ؛
- الإفراط في الأكل.
في الكيمياء الحيوية ، يعد التمثيل الغذائي للكربوهيدرات أحد أكثر الموضوعات إثارة للاهتمام وشمولية للدراسة والبحث.
