Углеводный обмен

Углеводы являются органическими, водорастворимыми веществами. Они состоят из углерода, водорода и кислорода, с формулой (CH₂O)_n, где ‘n’ может варьировать от 3 до 7. Углеводы содержатся главным образом в растительных продуктах (за исключением лактозы).

Исходя из химической структуры, углеводы делятся на три группы:

моносахариды
олигосахариды
полисахариды

Типы углеводов

Моносахариды

Моносахариды являются «основными единицами» углеводов. Число атомов углерода отличает эти основные единицы друг от друга. Суффикс «оза» используется для определения этих молекул в категорию сахаров:

триоза — моносахарид с 3 атомами углерода
тетроза — моносахарид с 4 атомами углерода
пентоза — моносахарид с 5 атомами углерода
гексоза — моносахарид с 6 атомами углерода
гептоза — моносахарид с 7 атомами углерода

В группу гексозы входят глюкоза, галактоза и фруктоза.

Глюкоза, также известный как сахар, содержащийся в крови, является тем сахаром, в который превращаются все другие углеводы в организме. Глюкоза может быть получена путем пищеварения или образована в результате глюконеогенеза.
Галактоза в свободном виде не встречается, а чаще в сочетании с глюкозой в молочном сахаре (лактозе).
Фруктоза, известная также как фруктовый сахар, является самым сладким из простых сахаров. Как и следует из названия, большое количество фруктозы содержится во фруктах. В то время как определенное количество фруктозы попадает непосредственно в кровь из пищеварительного тракта, в печени она рано или поздно превращается в глюкозу.

Олигосахариды

Олигосахариды состоят из 2–10 связанных между собой моносахаридов. Дисахариды, или двойные сахара, образуются из двух моносахаридов, связанных между собой.

Лактоза (глюкоза + галактоза) — единственный вид сахаров, который не встречается в растениях, а содержится в молоке.
Мальтоза (глюкоза + глюкоза) — встречается в пиве, крупах и прорастающих семенах.
Сахароза (глюкоза + фруктоза) — известный как столовый сахар, это наиболее распространенный дисахарид, поступающий в организм вместе с пищей. Он содержится в свекловичном сахаре, тростниковом сахаре, меде и кленовом сиропе.

Моносахариды и дисахариды образуют группу простых сахаров.

Полисахариды

Полисахариды образуются из 3 до 1000 моносахаридов, связанных между собой.

Типы полисахаридов:

Крахмал — растительная форма хранения углеводов. Крахмал существует в двух формах: амилозы или аминопектина. Амилоза представляет собой длинную неразветвленную цепь спирально закрученных молекул глюкозы, в то время как амилопектин — это сильно разветвленная группа связанных моносахаридов.
Пищевые волокна — это некрахмальный структурный полисахарид, который встречается в растениях и обычно трудно переваривается. Примерами пищевых волокон являются целлюлоза и пектин.
Гликоген — 100–30.000 соединенных вместе молекул глюкозы. Форма хранения глюкозы.

Переваривание и усвоение

Большинство углеводов мы потребляем в форме крахмала. Переваривание крахмала начинается во рту под действием амилазы слюны. Этот процесс переваривания с помощью амилазы продолжается в верхней части желудка, затем действие амилазы блокируется желудочной кислотой.

Процесс переваривания затем завершается в тонкой кишке с помощью амилазы поджелудочной железы. В результате расщепления крахмала амилазой образуются дисахарид мальтоза и короткие разветвленные цепочки глюкозы.

Эти молекулы, представленные теперь в форме мальтозы и коротких разветвленных цепочек глюкозы, далее будут расщеплены на отдельные молекулы глюкозы с помощью ферментов в клетках эпителия тонкой кишки. Те же процессы происходят при переваривании лактозы или сахарозы. В лактозе нарушена связь между глюкозой и галактозой, в результате чего образуются два отдельных моносахарида.

В сахарозе связь между глюкозой и фруктозой нарушена, в результате чего образуются два отдельных моносахарида. Отдельные моносахариды затем поступают через кишечный эпителий в кровь. При поглощении моносахаридов (таких, как декстроза, которая является глюкозой) переваривания не требуется, и всасываются они быстро.

Попав в кровь, эти углеводы, теперь в форме моносахаридов, используются по назначению. Поскольку фруктоза и галактоза в конечном итоге превращаются в глюкозу, далее я буду ссылаться на все переваренные углеводы, обозначая их как «глюкозу».

Усвоенная глюкоза

Усваиваясь, глюкоза является основным источником энергии (во время или сразу после приема пищи). Эта глюкоза катаболизируется клетками, чтобы получить энергию для образования АТФ. Глюкоза также может накапливаться в форме гликогена в мышцах и клетках печени. Но перед этим необходимо, чтобы глюкоза попала в клетки. Кроме того, глюкоза поступает в клетку различным образом в зависимости от типа клеток.

Чтобы усвоиться, глюкоза должна попасть в клетку. В этом ей помогают транспортеры (Glut-1, 2, 3, 4 и 5). В клетках, где глюкоза является основным источником энергии, например, в мозге, почках, печени и эритроцитах, поглощение глюкозы происходит свободно. Это означает, что глюкоза может поступить в эти клетки в любое время. В жировых клетках, сердце и скелетных мышцах, с другой стороны, поглощение глюкозы регулируется транспортером Glut-4. Их деятельность контролирует гормон инсулин. Реагируя на повышенный уровень глюкозы в крови, из бета-клеток поджелудочной железы высвобождается инсулин.

Инсулин связывается с рецептором на мембране клетки, которая, с помощью различных механизмов, приводит к транслокации рецепторов Glut-4 из внутриклеточных хранилищ к клеточной мембране, позволяя глюкозе попасть в клетку. Сокращение скелетных мышц также усиливает транслокацию транспортера Glut-4.

При сокращении мышц высвобождается кальций. Это увеличение концентрации кальция стимулирует транслокацию рецепторов GLUT-4, способствуя поглощению глюкозы при недостатке инсулина.

Хотя эффекты инсулина и физической нагрузки на транслокацию Glut-4 являются аддитивными, они независимы. Оказавшись в клетке, глюкоза может быть использована для удовлетворения энергопотребностей или синтезирована в гликоген и сохранена для дальнейшего использования. Глюкоза также может быть преобразована в жир и храниться в жировых клетках.

Попав в печень, глюкоза может быть использована для удовлетворения энергетических потребностей печени, сохранена в виде гликогена или преобразована в триглицериды для хранения в виде жира. Глюкоза является предшественником фосфата глицерина и жирных кислот. Печень преобразует избыток глюкозы в фосфат глицерина и жирные кислоты, которые затем соединяются для синтеза триглицеридов.

Некоторые из этих образованных триглицеридов хранятся в печени, но большинство из них вместе с белками переходят в липопротеины и секретируется в кровь.

Липопротеины, которые содержат намного больше жира, чем белка, называют липопротеинами очень низкой плотности (ЛОНП). Эти ЛОНП затем транспортируется через кровь в жировую ткань, где будут храниться как триглицериды (жиры).

Накопленная глюкоза

В организме глюкоза хранится в виде полисахарида гликогена. Гликоген состоит из сотен связанных друг с другом молекул глюкозы и хранится в мышечных клетках (около 300 граммов) и печени (около 100 граммов).

Накопление глюкозы в виде гликогена называется гликогенезом. Во время гликогенеза молекулы глюкозы поочередно добавляются в существующую молекулу гликогена.

Количество запасенного в организме гликогена определяется потреблением углеводов; у человека на низкоуглеводной диете гликогена будет меньше, чем у человека на диете с высоким содержанием углеводов.

Для использования накопленного гликогена он должен быть расщеплен на отдельные молекулы глюкозы в ходе процесса, который называемый гликогенолизом (лиз = расщепление).

Значение глюкозы

Для нормального функционирования глюкоза необходима нервной системе и головному мозгу, поскольку мозг использует его в качестве основного источника топлива. При недостаточном обеспечении глюкозой в качестве источника энергии мозг может также использовать кетоны (побочные продукты неполного распада жиров), но это скорее рассматривается как запасной вариант.

Скелетные мышцы и все другие клетки используют глюкозу для своих энергетических потребностей. Когда в организм с пищей не поступает необходимое количество глюкозы, в ход идет гликоген. После того, как запасы гликогена будут исчерпаны, организм вынужден найти способ, чтобы получить больше глюкозы, что достигается путем глюконеогенеза.

Глюконеогенезом является формирование новой глюкозы из аминокислот, глицерина, лактаты или пирувата (всех неглюкозных источников). Для того чтобы получить аминокислоты для глюконеогенеза, может быть катаболизирован мышечный белок. При обеспечении необходимым количеством углеводов глюкоза служит «сберегателем белка» и может предотвратить расщепление мышечного белка. Поэтому спортсменам так важно употреблять достаточное количество углеводов.

Хотя для углеводов не существует определенной нормы потребления, считается, что 40–50% потребляемых калорий должно поставляться углеводами. Для спортсменов это предполагаемая норма составляет 60%.

Как и по многим другим вопросам, люди продолжают спорить по поводу необходимого организму количества углеводов. Для каждого человека оно должно определяться с учетом разнообразных факторов, включая: тип тренировок, интенсивность, продолжительность и частоту, общее количество потребляемых калорий, цели тренировок и желаемый результат с учетом конституции тела.

Краткие выводы и заключение

Углеводы = (CH2O)n, где n варьирует от 3 до 7.
Моносахариды являются «основными единицами» углеводов
Олигосахариды состоят из 2–10 связанных между собой моносахаридов
Дисахариды, или двойные сахара, образуются из двух моносахаридов, связанных между собой, к дисахаридам относится сахароза, лакроза и галактоза.
Полисахариды образуются из 3 до 1000 моносахаридов, связанных между собой; к ним относятся крахмал, пищевые волокна и гликоген.
В результате расщепления крахмала образуется мальтоза и короткие разветвленные цепочки глюкозы.
Чтобы усвоиться, глюкоза должна попасть в клетку. Это осуществляется транспортерами глюкозы.
Гормон инсулин регулирует работу транспортеров Glut-4.
Глюкоза может быть использована для образования АТФ, сохранена в форме гликогена или жира.
Рекомендуемая норма потребления углеводов — 40–60% от общего числа калорий.