Kohlenhydrate sind eine umfangreiche Gruppe organischer Substanzen, die zusammen mit Proteinen und Fetten die Grundlage des menschlichen und tierischen Körpers bilden. Kohlenhydrate sind in jeder Zelle des Körpers vorhanden und erfüllen eine Vielzahl von Funktionen. Kleine Kohlenhydratmoleküle, die hauptsächlich durch Glukose repräsentiert werden, können sich im ganzen Körper bewegen und eine Energiefunktion erfüllen. Große Kohlenhydratmoleküle bewegen sich nicht und erfüllen hauptsächlich eine Aufbaufunktion. Aus der Nahrung extrahiert eine Person nur kleine Moleküle, da nur sie in die Darmzellen aufgenommen werden können. Große Kohlenhydratmoleküle muss der Körper selbst aufbauen. Die Gesamtheit aller Reaktionen zum Abbau von Kohlenhydraten der Nahrung zu Glukose und der Synthese neuer Moleküle daraus sowie weiterer zahlreicher Umwandlungen dieser Stoffe im Körper bezeichnet man in der Biochemie als Kohlenhydratstoffwechsel.
Klassifizierung
Je nach Struktur gibt es mehrere Gruppen von Kohlenhydraten.
Monosaccharide sind kleine Moleküle, die im Verdauungstrakt nicht abgebaut werden. Dies sind Glucose, Fructose, Galactose.
Disaccharide sind kleine Kohlenhydratmoleküle, die im Verdauungstrakt in zwei Monosaccharide zerlegt werden. Zum Beispiel Laktose – für Glukose und Galaktose, Saccharose – für Glukose und Fruktose.
Polysaccharide sind große Moleküle, die aus Hunderttausenden von Monosaccharidresten (hauptsächlich Glucose) bestehen, die miteinander verbunden sind. Das ist Stärke, Fleischglykogen.
Kohlenhydrate und Diäten
Die Abbauzeit von Polysacchariden im Verdauungstrakt ist unterschiedlich, je nach Wasserlöslichkeit. Einige Polysaccharide werden im Darm schnell abgebaut. Dann gelangt die während ihres Zerfalls gewonnene Glukose schnell in den Blutkreislauf. Solche Polysaccharide werden "schnell" genannt. Andere lösen sich in der aquatischen Umgebung des Darms schlechter auf, sodass sie langsamer abgebaut werden und Glukose langsamer ins Blut gelangt. Solche Polysaccharide werden "langsam" genannt. Einige dieser Elemente werden im Darm überhaupt nicht abgebaut. Sie werden unlösliche Ballaststoffe genannt.
Normalerweise meinen wir unter "langsamen oder schnellen Kohlenhydraten" nicht die Polysaccharide selbst, sondern Lebensmittel, die diese in großen Mengen enth alten.
Die Liste der Kohlenhydrate – schnell und langsam – ist in der Tabelle dargestellt.
| Schnelle Kohlenhydrate | Langsame Kohlenhydrate |
| Bratkartoffeln | Kleiebrot |
| Weißbrot | Unverarbeitete Reiskörner |
| Kartoffelpüree | Erbsen |
| Schatz | Haferflocken |
| Karotten | Buchweizenbrei |
| Cornflakes | Roggenkleiebrot |
| Zucker | Frisch gepresster Fruchtsaft ohne Zucker |
| Müsli | Vollkornnudeln |
| Schokolade | Rote Bohnen |
| Gekochte Kartoffeln | Milchprodukte |
| Keks | Frisches Obst |
| Mais | Bitterschokolade |
| Weißer Reis | Fructose |
| Schwarzbrot | Sojabohnen |
| Rüben | Grünes Gemüse, Tomaten, Pilze |
| Bananen | - |
| Jam | - |
Bei der Auswahl von Produkten für eine Diät verlässt sich ein Ernährungsberater immer auf eine Liste mit schnellen und langsamen Kohlenhydraten. Schnell in Kombination mit Fetten in einem Produkt oder einer Mahlzeit führen zur Ablagerung von Fett. Wieso den? Der schnelle Anstieg des Blutzuckerspiegels regt die Produktion von Insulin an, das dem Körper einen Vorrat an Glukose bereitstellt, einschließlich des Wegs für die Bildung von Fett daraus. Dadurch nimmt man beim Essen von Kuchen, Eis, Bratkartoffeln sehr schnell zu.
Verdauung
Aus biochemischer Sicht erfolgt der Kohlenhydratstoffwechsel in drei Stufen:
- Die Verdauung beginnt beim Kauen im Mund.
- Richtiger Kohlenhydratstoffwechsel.
- Bildung von Endprodukten des Austauschs.
Kohlenhydrate sind die Grundlage der menschlichen Ernährung. Nach der Formelrationelle Ernährung, in der Zusammensetzung der Nahrung sollten sie viermal mehr sein als Proteine oder Fette. Der Bedarf an Kohlenhydraten ist individuell, aber im Durchschnitt benötigt eine Person 300-400 g pro Tag. Davon sind etwa 80 % Stärke in der Zusammensetzung von Kartoffeln, Nudeln, Getreide und 20 % schnelle Kohlenhydrate (Glucose, Fructose).
Der Austausch von Kohlenhydraten im Körper beginnt ebenfalls in der Mundhöhle. Hier wirkt das Speichelenzym Amylase auf Polysaccharide – Stärke und Glykogen. Amylase hydrolysiert (bricht) Polysaccharide in große Fragmente - Dextrine, die in den Magen gelangen. Es gibt keine Enzyme, die auf Kohlenhydrate einwirken, daher verändern sich die Dextrine im Magen in keiner Weise und gelangen weiter durch den Verdauungstrakt in den Dünndarm. Hier wirken mehrere Enzyme auf Kohlenhydrate ein. Pankreassaftamylase hydrolysiert Dextrine zum Disaccharid M altose.
Spezifische Enzyme werden von den Darmzellen selbst ausgeschüttet. Das Enzym M altase hydrolysiert M altose zum Monosaccharid Glucose, Lactase hydrolysiert Lactose zu Glucose und Galactose und Sucrase hydrolysiert Saccharose zu Glucose und Fructose. Die entstehenden Monosen werden aus dem Darm ins Blut aufgenommen und gelangen über die Pfortader in die Leber.
Die Rolle der Leber im Kohlenhydratstoffwechsel
Dieses Organ hält aufgrund der Synthese- und Abbaureaktionen von Glykogen einen bestimmten Glukosespiegel im Blut aufrecht.
Umwandlungsreaktionen von Monosacchariden finden in der Leber statt - Fruktose und Galaktose werden in Glukose umgewandelt, und Glukose kann in Fruktose umgewandelt werden.
In diesem Organ finden Gluconeogenese-Reaktionen statt -Synthese von Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern - Aminosäuren, Glycerin, Milchsäure. Außerdem neutralisiert es mit Hilfe des Enzyms Insulinase das Hormon Insulin.
Glukosestoffwechsel
Glukose spielt eine Schlüsselrolle in der Biochemie des Kohlenhydratstoffwechsels und im gesamten Stoffwechsel des Körpers, da sie die Hauptenergiequelle ist.
Der Glukosespiegel im Blut ist ein konstanter Wert und beträgt 4 - 6 mmol / l. Die Hauptquellen dieses Elements im Blut sind:
- Nahrungskohlenhydrate.
- Leberglykogen.
- Aminosäuren.
Glukose wird im Körper verbraucht für:
- Energieerzeugung,
- Glykogensynthese in Leber und Muskeln,
- Synthese von Aminosäuren,
- Fettsynthese.
Natürliche Energiequelle
Glukose ist eine universelle Energiequelle für alle Körperzellen. Energie wird benötigt, um Ihre eigenen Moleküle, Muskelkontraktion, Wärmeerzeugung aufzubauen. Die Abfolge der Glukoseumwandlungsreaktionen, die zur Energiefreisetzung führen, wird als Glykolyse bezeichnet. Glykolysereaktionen können in Anwesenheit von Sauerstoff stattfinden, dann spricht man von aerober Glykolyse, oder unter sauerstofffreien Bedingungen, dann ist der Prozess anaerob.
Während des anaeroben Prozesses wird ein Molekül Glukose in zwei Moleküle Milchsäure (Laktat) umgewandelt und Energie freigesetzt. Die anaerobe Glykolyse liefert wenig Energie: Aus einem Molekül Glukose werden zwei Moleküle ATP gewonnen - eine Substanz, deren chemische Bindungen Energie ansammeln. Auf diese Weise zu bekommenEnergie wird für die kurzfristige Arbeit der Skelettmuskulatur verwendet - von 5 Sekunden bis 15 Minuten, das heißt, während die Mechanismen zur Sauerstoffversorgung der Muskeln keine Zeit haben, sich einzusch alten.
Während der Reaktionen der aeroben Glykolyse wird ein Molekül Glukose in zwei Moleküle Brenztraubensäure (Pyruvat) umgewandelt. Der Prozess ergibt unter Berücksichtigung der für seine eigenen Reaktionen aufgewendeten Energie 8 ATP-Moleküle. Pyruvat geht weitere Oxidationsreaktionen ein - oxidative Decarboxylierung und Citratzyklus (Krebs-Zyklus, Tricarbonsäurezyklus). Als Ergebnis dieser Umwandlungen werden 30 ATP-Moleküle pro Glukosemolekül freigesetzt.
Glykogenaustausch
Die Funktion von Glykogen ist die Speicherung von Glukose in den Zellen eines tierischen Organismus. Stärke erfüllt die gleiche Funktion in Pflanzenzellen. Glykogen wird manchmal als tierische Stärke bezeichnet. Beide Substanzen sind Polysaccharide, die aus sich mehrfach wiederholenden Glucoseresten aufgebaut sind. Das Glykogenmolekül ist verzweigter und kompakter als das Stärkemolekül.
Die Stoffwechselvorgänge des Kohlenhydrat-Glykogens im Körper sind besonders intensiv in der Leber und der Skelettmuskulatur.
Glykogen wird innerhalb von 1-2 Stunden nach einer Mahlzeit synthetisiert, wenn der Blutzuckerspiegel hoch ist. Für die Bildung eines Glykogenmoleküls wird ein Primer benötigt - ein Samen, der aus mehreren Glucoseresten besteht. Neue Reste in Form von UTP-Glucose werden sequentiell an das Ende des Primers angehängt. Wenn die Kette um 11-12 Reste wächst, schließt sich ihr eine Seitenkette aus 5-6 der gleichen Fragmente an. Jetzt hat die vom Primer kommende Kette zwei Enden - zwei WachstumspunkteGlykogenmoleküle. Dieses Molekül wird sich wiederholt verlängern und verzweigen, solange eine hohe Glukosekonzentration im Blut verbleibt.
Zwischen den Mahlzeiten wird Glykogen abgebaut (Glykogenolyse) und Glukose freigesetzt.
Gewonnen aus dem Abbau von Leberglykogen, gelangt es ins Blut und wird für die Bedürfnisse des gesamten Organismus verwendet. Glukose, die durch den Abbau von Glykogen in den Muskeln gewonnen wird, wird nur für die Bedürfnisse der Muskeln verwendet.
Bildung von Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen - Glukoneogenese
Der Körper hat nur für wenige Stunden ausreichend Energie in Form von Glykogen gespeichert. Nach einem Hungertag verbleibt diese Substanz nicht in der Leber. Daher wird bei kohlenhydratfreier Ernährung, vollständigem Hungern oder bei längerer körperlicher Arbeit der normale Glukosespiegel im Blut aufgrund seiner Synthese aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern - Aminosäuren, Milchsäure-Glycerin - aufrechterh alten. Alle diese Reaktionen treten hauptsächlich in der Leber sowie in den Nieren und der Darmschleimhaut auf. Somit sind die Prozesse des Stoffwechsels von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen eng miteinander verflochten.
Aus Aminosäuren und Glycerin wird während des Hungerns Glukose synthetisiert. Ohne Nahrung zerfallen Gewebeproteine in Aminosäuren, Fette in Fettsäuren und Glycerin.
Aus Milchsäure wird Glukose nach intensivem Training synthetisiert, wenn sie sich während der anaeroben Glykolyse in großen Mengen in den Muskeln und der Leber ansammelt. Von den Muskeln wird Milchsäure in die Leber transportiert, wo daraus Glukose synthetisiert wird, die in die Arbeit zurückgeführt wirdMuskel.
Regulierung des Kohlenhydratstoffwechsels
Dieser Prozess wird vom Nervensystem, dem endokrinen System (Hormone) und auf intrazellulärer Ebene durchgeführt. Die Aufgabe der Regulation besteht darin, für einen stabilen Blutzuckerspiegel zu sorgen. Von den Hormonen, die den Kohlenhydratstoffwechsel regulieren, sind die wichtigsten Insulin und Glukagon. Sie werden in der Bauchspeicheldrüse produziert.
Die Hauptaufgabe von Insulin im Körper ist es, den Blutzuckerspiegel zu senken. Dies kann auf zwei Arten erreicht werden: durch Erhöhung des Eindringens von Glukose aus dem Blut in die Körperzellen und durch Erhöhung ihrer Verwendung in ihnen.
- Insulin sorgt für das Eindringen von Glukose in die Zellen bestimmter Gewebe - Muskeln und Fett. Sie werden insulinabhängig genannt. Glukose dringt ohne Beteiligung von Insulin in das Gehirn, das lymphatische Gewebe und die roten Blutkörperchen ein.
- Insulin verbessert die Verwendung von Glukose durch die Zellen durch:
- Aktivierung von Glykolyseenzymen (Glucokinase, Phosphofructokinase, Pyruvatkinase).
- Aktivierung der Glykogensynthese (durch erhöhte Umwandlung von Glucose in Glucose-6-phosphat und Stimulation der Glykogensynthase).
- Hemmung von Enzymen der Gluconeogenese (Pyruvatcarboxylase, Glucose-6-phosphatase, Phosphoenolpyruvatcarboxykinase).
- Erhöhung des Einbaus von Glukose in den Pentosephosphatzyklus.
Alle anderen Hormone, die den Kohlenhydratstoffwechsel regulieren, sind Glukagon, Adrenalin, Glukokortikoide, Thyroxin, Wachstumshormon, ACTH. Sie erhöhen den Blutzuckerspiegel. Glukagon aktiviert den Abbau von Glykogen in der Leber und die Synthese von Glukose aus Nicht-KohlenhydratenVorgänger. Adrenalin aktiviert den Glykogenabbau in Leber und Muskeln.
Börsenverstöße. Hypoglykämie
Die häufigsten Störungen des Kohlenhydratstoffwechsels sind Hypo- und Hyperglykämie.
Hypoglykämie ist ein Zustand des Körpers, der durch einen niedrigen Blutzuckerspiegel (unter 3,8 mmol/l) verursacht wird. Die Gründe können sein: eine Abnahme der Aufnahme dieser Substanz in das Blut aus dem Darm oder der Leber, eine Zunahme ihrer Verwendung durch Gewebe. Hypoglykämie kann zu Folgendem führen:
- Leberpathologie - gestörte Glykogensynthese oder Glukosesynthese aus Nicht-Kohlenhydratvorläufern.
- Kohlenhydratmangel.
- Lange körperliche Aktivität.
- Pathologien der Nieren - gestörte Reabsorption von Glukose aus dem Primärharn.
- Verdauungsstörungen - Pathologien des Abbaus von Nahrungskohlenhydraten oder des Prozesses der Glukoseaufnahme.
- Pathologien des endokrinen Systems - überschüssiges Insulin oder Mangel an Schilddrüsenhormonen, Glukokortikoiden, Wachstumshormon (GH), Glukagon, Katecholaminen.
Die extreme Manifestation einer Hypoglykämie ist ein hypoglykämisches Koma, das sich am häufigsten bei Patienten mit Typ-I-Diabetes mellitus mit einer Überdosis Insulin entwickelt. Niedriger Blutzucker führt zu Sauerstoff- und Energiemangel des Gehirns, was charakteristische Symptome verursacht. Es zeichnet sich durch eine extrem schnelle Entwicklung aus - wenn die erforderlichen Maßnahmen nicht innerhalb weniger Minuten ergriffen werden, verliert eine Person das Bewusstsein und kann sterben. Typischerweise sind Diabetiker in der Lage, Anzeichen eines Abfalls des Glukosespiegels zu erkennen. Blut und wissen, was zu tun ist - trinken Sie ein Glas süßen Saft oder essen Sie ein süßes Brötchen.
Hyperglykämie
Eine weitere Störung des Kohlenhydratstoffwechsels ist die Hyperglykämie – ein Zustand des Körpers, der durch einen anh altend hohen Blutzuckerspiegel (über 10 mmol/l) verursacht wird. Gründe können sein:
- Pathologie des endokrinen Systems. Die häufigste Ursache für Hyperglykämie ist Diabetes mellitus. Unterscheiden Sie zwischen Typ-I- und Typ-II-Diabetes. Im ersten Fall ist die Ursache der Krankheit ein Insulinmangel, der durch eine Schädigung der Bauchspeicheldrüsenzellen verursacht wird, die dieses Hormon absondern. Die Niederlage der Drüse ist meistens autoimmuner Natur. Typ-II-Diabetes mellitus entwickelt sich mit normaler Insulinproduktion, daher wird er als nicht-insulinabhängig bezeichnet; aber Insulin erfüllt seine Funktion nicht - es transportiert keine Glukose in die Zellen des Muskel- und Fettgewebes.
- Neurose, Stress aktivieren die Produktion von Hormonen - Adrenalin, Glukokortikoide, Schilddrüse, die den Abbau von Glykogen und die Synthese von Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern in der Leber erhöhen, hemmen die Synthese von Glykogen;
- Leberpathologie;
- Überessen.
In der Biochemie ist der Kohlenhydratstoffwechsel eines der interessantesten und umfangreichsten Themen für Studium und Forschung.
