Carbohydrate là một nhóm rộng rãi các chất hữu cơ, cùng với protein và chất béo, tạo nên cơ sở của cơ thể người và động vật. Carbohydrate có trong mọi tế bào của cơ thể và thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Các phân tử nhỏ của carbohydrate, đại diện chủ yếu là glucose, có thể di chuyển khắp cơ thể và thực hiện chức năng năng lượng. Các phân tử lớn của cacbohydrat không di chuyển và chủ yếu thực hiện chức năng xây dựng. Từ thức ăn, một người chỉ chiết xuất các phân tử nhỏ, vì chỉ chúng mới có thể được hấp thụ vào các tế bào ruột. Các phân tử lớn của carbohydrate mà cơ thể phải tự tạo ra. Tổng số của tất cả các phản ứng để phân hủy carbohydrate thực phẩm thành glucose và tổng hợp các phân tử mới từ nó, cũng như nhiều quá trình biến đổi khác của các chất này trong cơ thể, được gọi là quá trình chuyển hóa carbohydrate trong sinh hóa.
Phân loại
Tùy thuộc vào cấu trúc, có một số nhóm cacbohydrat.
Monosaccharide là các phân tử nhỏ không bị phân hủy trong đường tiêu hóa. Đây là glucose, fructose, galactose.
Disaccharides là các phân tử carbohydrate nhỏ được chia thành hai monosaccharide trong đường tiêu hóa. Ví dụ: lactose - cho glucose và galactose, sucrose - cho glucose và fructose.
Polysaccharide là những phân tử lớn bao gồm hàng trăm nghìn monosaccharide gốc (chủ yếu là glucose) liên kết với nhau. Đây là tinh bột, glycogen thịt.
Carbohydrate và chế độ ăn kiêng
Thời gian phân hủy của polysaccharid trong đường tiêu hóa là khác nhau, tùy thuộc vào khả năng hòa tan trong nước của chúng. Một số polysaccharid bị phân hủy nhanh chóng trong ruột. Sau đó, glucose thu được trong quá trình phân hủy của chúng nhanh chóng đi vào máu. Các polysaccharid như vậy được gọi là "nhanh". Những chất khác hòa tan kém hơn trong môi trường nước của ruột, vì vậy chúng phân hủy chậm hơn, và glucose đi vào máu chậm hơn. Các polysaccharid như vậy được gọi là "chậm". Một số nguyên tố này hoàn toàn không bị phân hủy trong ruột. Chúng được gọi là chất xơ không hòa tan.
Thông thường, dưới cái tên "carbohydrate chậm hoặc nhanh", chúng tôi muốn nói không phải là bản thân polysaccharide, mà là thực phẩm có chứa chúng với số lượng lớn.
Danh sách carbohydrate - nhanh và chậm, được trình bày trong bảng.
| Carbs nhanh | Carbs chậm |
| khoai tây chiên | Bánh mì cám |
| Bánh mì trắng | Hạt gạo chưa qua chế biến |
| Khoai tây nghiền | Đậu Hà Lan |
| Em ơi | Bột yến mạch |
| Cà rốt | Cháo kiều mạch |
| Bắp rang | Bánh mì cám lúa mạch |
| Đường | Nước ép trái cây tươi không đường |
| Muesli | Pasta nguyên cám |
| Sôcôla | Đậu đỏ |
| Khoai luộc | Sữa |
| Bánh quy | Trái cây tươi |
| Bắp | Sô cô la đắng |
| Gạo trắng | Fructose |
| Bánh mì đen | Đậu nành |
| Củ cải | Rau xanh, cà chua, nấm |
| Chuối | - |
| Kẹt | - |
Khi chọn sản phẩm cho chế độ ăn kiêng, chuyên gia dinh dưỡng luôn dựa vào danh sách các loại carbohydrate nhanh và chậm. Kết hợp nhanh với chất béo trong một sản phẩm hoặc bữa ăn dẫn đến sự lắng đọng chất béo. Tại sao? Sự gia tăng nhanh chóng của glucose trong máu sẽ kích thích sản xuất insulin, cung cấp cho cơ thể một kho dự trữ glucose, bao gồm cả con đường hình thành chất béo từ đó. Kết quả là khi ăn bánh ngọt, kem, khoai tây chiên thì tăng cân rất nhanh.
Tiêu hóa
Theo quan điểm của hóa sinh, quá trình chuyển hóa carbohydrate diễn ra trong ba giai đoạn:
- Tiêu hóa. Nó bắt đầu trong miệng khi nhai thức ăn.
- Chuyển hóa thích hợp carbohydrate.
- Giáo dục các sản phẩm cuối cùng của trao đổi.
Carbohydrate là cơ sở của chế độ ăn uống của con người. Theo công thứcdinh dưỡng hợp lý, trong thành phần thức ăn chúng phải nhiều hơn 4 lần so với chất đạm hoặc chất béo. Nhu cầu về carbohydrate là riêng lẻ, nhưng trung bình một người cần 300-400 g mỗi ngày. Trong đó, khoảng 80% là tinh bột trong thành phần của khoai tây, mì ống, ngũ cốc và 20% là carbohydrate nhanh (glucose, fructose).
Quá trình trao đổi carbohydrate trong cơ thể cũng bắt đầu trong khoang miệng. Tại đây, enzym amylase của nước bọt hoạt động trên polysaccharid - tinh bột và glycogen. Amylase thủy phân (phân hủy) polysaccharid thành các đoạn lớn - dextrin, đi vào dạ dày. Không có enzym hoạt động trên carbohydrate, vì vậy dextrin trong dạ dày không thay đổi theo bất kỳ cách nào và đi xa hơn theo đường tiêu hóa, đi vào ruột non. Ở đây, một số enzym hoạt động trên carbohydrate. Amylase nước tụy thủy phân dextrin thành disaccharide m altose.
Các enzym cụ thể được tiết ra bởi chính các tế bào của ruột. Enzyme m altase thủy phân m altose thành glucose monosaccharide, lactase thủy phân lactose thành glucose và galactose, và sucrase thủy phân sucrose thành glucose và fructose. Các monose kết quả được hấp thụ từ ruột vào máu và qua tĩnh mạch cửa vào gan.
Vai trò của gan trong chuyển hóa carbohydrate
Cơ quan này duy trì một lượng glucose nhất định trong máu do các phản ứng tổng hợp và phân hủy glycogen.
Phản ứng chuyển đổi giữa các monosaccharide diễn ra trong gan - fructose và galactose được chuyển thành glucose, và glucose có thể chuyển thành fructose.
Phản ứng tạo gluconeogenesis diễn ra trong cơ quan này -tổng hợp glucose từ các tiền chất không phải carbohydrate - axit amin, glixerol, axit lactic. Nó cũng vô hiệu hóa hormone insulin với sự trợ giúp của enzyme insulinase.
Chuyển hóa glucose
Glucose đóng một vai trò quan trọng trong sinh hóa của quá trình chuyển hóa carbohydrate và trong quá trình trao đổi chất tổng thể của cơ thể, vì nó là nguồn năng lượng chính.
Mức glucose trong máu là một giá trị không đổi và là 4 - 6 mmol / l. Các nguồn chính của nguyên tố này trong máu là:
- Carbohydrate thực phẩm.
- Glycogen gan.
- Axit amin.
Glucose được tiêu thụ trong cơ thể để:
- tạo năng lượng,
- Tổng hợp glycogen trong gan và cơ,
- tổng hợp các axit amin,
- tổng hợp chất béo.
Nguồn năng lượng tự nhiên
Glucose là nguồn năng lượng chung cho tất cả các tế bào cơ thể. Năng lượng là cần thiết để xây dựng các phân tử của riêng bạn, co cơ, sinh nhiệt. Chuỗi phản ứng chuyển đổi glucose dẫn đến giải phóng năng lượng được gọi là quá trình đường phân. Các phản ứng đường phân có thể diễn ra với sự có mặt của oxy, sau đó chúng nói về quá trình đường phân hiếu khí, hoặc trong điều kiện không có oxy, sau đó quá trình này là kỵ khí.
Trong quá trình kỵ khí, một phân tử glucose được chuyển thành hai phân tử axit lactic (lactate) và năng lượng được giải phóng. Đường phân kỵ khí cung cấp ít năng lượng: từ một phân tử glucose, người ta thu được hai phân tử ATP - một chất mà các liên kết hóa học sẽ tích lũy năng lượng. Cách này để có đượcnăng lượng được sử dụng cho hoạt động ngắn hạn của cơ xương - từ 5 giây đến 15 phút, trong khi các cơ chế cung cấp oxy cho cơ không có thời gian để bật.
Trong các phản ứng của đường phân hiếu khí, một phân tử glucose được chuyển thành hai phân tử axit pyruvic (pyruvate). Quá trình này, có tính đến năng lượng dành cho các phản ứng của chính nó, tạo ra 8 phân tử ATP. Pyruvate tham gia vào các phản ứng oxy hóa tiếp theo - quá trình khử carboxyl oxy hóa và chu trình citrate (chu trình Krebs, chu trình axit tricarboxylic). Kết quả của những biến đổi này, 30 phân tử ATP sẽ được giải phóng trên mỗi phân tử glucose.
Trao đổi glycogen
Chức năng của glycogen là lưu trữ glucose trong tế bào của động vật. Tinh bột thực hiện chức năng tương tự trong tế bào thực vật. Glycogen đôi khi được gọi là tinh bột động vật. Cả hai chất đều là polysaccharid được xây dựng từ các gốc glucose lặp đi lặp lại nhiều lần. Phân tử glycogen có nhiều nhánh và nhỏ gọn hơn so với phân tử tinh bột.
Quá trình chuyển hóa glycogen carbohydrate trong cơ thể đặc biệt tập trung ở gan và cơ xương.
Glycogen được tổng hợp trong vòng 1-2 giờ sau bữa ăn khi lượng glucose trong máu cao. Để hình thành phân tử glycogen, cần có một đoạn mồi - một hạt gồm nhiều gốc glucose. Các chất cặn mới ở dạng UTP-glucose được gắn tuần tự vào phần cuối của mồi. Khi chuỗi phát triển thêm 11-12 phần dư, một chuỗi bên gồm 5-6 đoạn giống nhau sẽ tham gia vào nó. Bây giờ chuỗi đến từ mồi có hai đầu - hai điểm tăng trưởngphân tử glycogen. Phân tử này sẽ nhiều lần kéo dài và phân nhánh miễn là nồng độ glucose cao trong máu vẫn còn.
Giữa các bữa ăn, glycogen bị phá vỡ (glycogenolysis), giải phóng glucose.
Thu được từ sự phân hủy glycogen gan, nó đi vào máu và được sử dụng cho nhu cầu của toàn bộ cơ thể. Glucose thu được từ sự phân hủy glycogen trong cơ bắp chỉ được sử dụng cho nhu cầu của cơ bắp.
Hình thành glucose từ các tiền chất không phải carbohydrate - gluconeogenesis
Cơ thể chỉ có đủ năng lượng được lưu trữ dưới dạng glycogen trong vài giờ. Sau một ngày bị bỏ đói, chất này không tồn tại trong gan. Do đó, với chế độ ăn không có carbohydrate, bỏ đói hoàn toàn, hoặc trong thời gian làm việc thể lực kéo dài, mức bình thường của glucose trong máu được duy trì do tổng hợp của nó từ các tiền chất không phải carbohydrate - axit amin, axit lactic glycerol. Tất cả những phản ứng này xảy ra chủ yếu ở gan, cũng như ở thận và niêm mạc ruột. Do đó, các quá trình chuyển hóa carbohydrate, chất béo và protein được kết hợp chặt chẽ với nhau.
Từ axit amin và glycerol, glucose được tổng hợp trong quá trình đói. Khi thiếu thức ăn, các protein trong mô sẽ phân hủy thành axit amin, chất béo thành axit béo và glycerol.
Từ axit lactic, glucose được tổng hợp sau khi tập thể dục cường độ cao, khi nó tích tụ với số lượng lớn trong cơ và gan trong quá trình đường phân yếm khí. Từ các cơ, axit lactic được chuyển đến gan, nơi tổng hợp glucose từ đó trở lại hoạt động.cơ.
Điều hòa chuyển hóa carbohydrate
Quá trình này được thực hiện bởi hệ thống thần kinh, hệ thống nội tiết (hormone) và ở cấp độ nội bào. Nhiệm vụ của điều hòa là đảm bảo mức độ ổn định của glucose trong máu. Trong số các hormone điều hòa chuyển hóa carbohydrate, những hormone chính là insulin và glucagon. Chúng được sản xuất trong tuyến tụy.
Nhiệm vụ chính của insulin trong cơ thể là làm giảm lượng đường trong máu. Điều này có thể đạt được bằng hai cách: bằng cách tăng sự thâm nhập của glucose từ máu vào các tế bào của cơ thể và bằng cách tăng cường sử dụng glucose trong chúng.
- Insulin đảm bảo sự thâm nhập của glucose vào tế bào của một số mô - cơ và mỡ. Chúng được gọi là phụ thuộc insulin. Glucose đi vào não, mô bạch huyết, tế bào hồng cầu mà không cần sự tham gia của insulin.
- Insulin tăng cường sử dụng glucose của các tế bào bằng cách:
- Kích hoạt các enzym đường phân (glucokinase, phosphofructokinase, pyruvate kinase).
- Kích hoạt tổng hợp glycogen (do tăng chuyển đổi glucose thành glucose-6-phosphate và kích thích glycogen synthase).
- Ức chế các enzym tạo gluconeogenesis (pyruvate carboxylase, glucose-6-phosphatase, phosphoenolpyruvate carboxykinase).
- Tăng cường kết hợp glucose vào chu trình pentose phosphate.
Tất cả các hormone khác điều chỉnh sự chuyển hóa carbohydrate là glucagon, adrenaline, glucocorticoid, thyroxine, hormone tăng trưởng, ACTH. Chúng làm tăng lượng đường trong máu. Glucagon kích hoạt sự phân hủy glycogen trong gan và tổng hợp glucose từ phi carbohydratecác bậc tiền bối. Adrenaline kích hoạt sự phân hủy glycogen trong gan và cơ.
Đổi hàng vi phạm. Hạ đường huyết
Các rối loạn chuyển hóa carbohydrate phổ biến nhất là hạ và tăng đường huyết.
Hạ đường huyết là tình trạng cơ thể sinh ra do lượng đường trong máu thấp (dưới 3,8 mmol / l). Các lý do có thể là: giảm lượng chất này vào máu từ ruột hoặc gan, sự gia tăng sử dụng chất này ở các mô. Hạ đường huyết có thể dẫn đến:
- Bệnh lý gan - suy giảm tổng hợp glycogen hoặc tổng hợp glucose từ các tiền chất không phải carbohydrate.
- Đói Carbohydrate.
- Hoạt động thể chất kéo dài.
- Bệnh lý của thận - tái hấp thu glucose từ nước tiểu bị suy giảm.
- Rối loạn tiêu hóa - bệnh lý phân hủy carbohydrate thực phẩm hoặc quá trình hấp thụ glucose.
- Bệnh lý của hệ thống nội tiết - thừa insulin hoặc thiếu hormone tuyến giáp, glucocorticoid, hormone tăng trưởng (GH), glucagon, catecholamine.
Biểu hiện cực đoan của hạ đường huyết là hôn mê do hạ đường huyết, thường phát triển nhất ở bệnh nhân đái tháo đường týp I dùng quá liều insulin. Đường huyết thấp dẫn đến não bị đói oxy và năng lượng, gây ra các triệu chứng đặc trưng. Nó được đặc trưng bởi sự phát triển cực kỳ nhanh chóng - nếu các hành động cần thiết không được thực hiện trong vòng vài phút, một người sẽ bất tỉnh và có thể tử vong. Thông thường, bệnh nhân tiểu đường có thể nhận ra các dấu hiệu của sự sụt giảm nồng độ glucose.máu và biết phải làm gì - uống một ly nước ngọt hoặc ăn một chiếc bánh mì ngọt.
Tăng đường huyết
Một loại rối loạn chuyển hóa carbohydrate khác là tăng đường huyết - một trạng thái của cơ thể gây ra bởi mức đường huyết cao liên tục (trên 10 mmol / l). Lý do có thể là:
- bệnh lý của hệ thống nội tiết. Nguyên nhân phổ biến nhất của tăng đường huyết là bệnh đái tháo đường. Phân biệt bệnh tiểu đường loại I và loại II. Trường hợp thứ nhất, nguyên nhân gây bệnh là do thiếu hụt insulin do tế bào tuyến tụy tiết ra hormone này bị tổn thương. Sự thất bại của tuyến thường là tự miễn dịch trong tự nhiên. Đái tháo đường týp II phát triển với quá trình sản xuất insulin bình thường, do đó nó được gọi là không phụ thuộc insulin; nhưng insulin không thực hiện chức năng của nó - nó không mang glucose vào các tế bào cơ và mô mỡ.
- rối loạn thần kinh, căng thẳng kích hoạt sản xuất hormone - adrenaline, glucocorticoid, tuyến giáp, làm tăng phân hủy glycogen và tổng hợp glucose từ các tiền chất không phải carbohydrate trong gan, ức chế tổng hợp glycogen;
- bệnh lý gan;
- ăn quá nhiều.
Trong hóa sinh, chuyển hóa carbohydrate là một trong những chủ đề thú vị và sâu rộng nhất để học tập và nghiên cứu.
