Обмін вуглеводів

Будова і значення вуглеводів. Вуглеводами називають органічні сполуки, що складаються з вуглецю, водню і кисню. Вуглеводи можна представити формулою С_тН_2пО_п.

Вуглеводи виконують в організмі людини різні функції. Вони є основньм енергетичним матеріалом. Потреба організму дорослої людини в енергії задовольняється головним чином за рахунок розпаду вуглеводів.

Входячи до складу різних субклклітинних структур, беручи участь у формуванні клітинних мембран, вуглеводи виконують пластичну функцію. Вуглеводи входять до складу РНК і ДНК, маючи тим самим безпосереднє відношення до процесів синтезу білка. Деякі вуглеводи (гіалуронова кислота), входячи до складу міжклітинної речовини, регулюють розподіл води, солей і різних органічних сполук між внутрішнім і зовнішнім середовищем клітини. Гепарин, що утворюється в печінці, перешкоджає згортанню крові. Багато гормонів, імунні тіла є гліопротеїдами.

Розрізняють прості вуглеводи, що називають моносахаридами і складні, які підрозділяються на олигосахариди і полисахариды. З моносахаридів особливо велике значення мають глюкоза (виноградний цукор}; галактоза, фруктоза (фруктовий цукор), манноза і рибоза. Чотири перші монозы мають формулу C₆Н₁₂О₆. Рибоза відноситься до пентоз, що містять п’ять вуглецевих атомів, і її формула С₅Н₁₀О₅. Усі монози входять до складу складних вуглеводів, іноді вони утворять комплекси з білками. Деякі з них зустрічаються у вільному вигляді. Так, фруктоза входить до складу меду, глюкоза зустрічається у вільному стані у фруктах, у меді.

Найбільше значення з полисахаридов мають крохмаль, глікоген і клітковина. Їх склад відбивається в формулі (С₆Н₁₀О₅)_п. Крохмаль – головний запасний полисахарид у рослин, глікоген – у тварин, у зв’язку з чим його називають ще тваринним крохмалем.

Перетворення вуглеводів в організмі. У рослинних організмах синтез вуглеводів здійснюється шляхом відновлення вуглекислого газу атмосфери. Більшість тваринних організмів використовують готові органічні сполуки, що відносяться до групи вуглеводів. У печінці відбувається синтез глікогену, для якого печінка є депо. Надлишок глюкози надходить у загальне коло кровообігу і розноситься по всьому організму. У міру потреби глюкоза «витягається» із крові різними клітинами організму, у яких здійснюються її подальші перетворення: синтез глікогену (наприклад, у м’язах) і розпад як глікогену, так і глюкози. Розпад вуглеводів може протікати в анаеробних умовах, тобто при відсутності кисню або при малій його кількості, і в аеробних, тобто при наявності кисню. Процес розпаду глікогену в анаеробних умовах одержав назву глікогенолізу, а глюкози – гліколізу. При аеробному й анаеробному розпаді процес йде однаково до стадії утворення піроиноградної кислоти. При анаеробних умовах вона перетворюється в молочну кислоту і процес розпаду вуглеводів на цьому закінчується. Молочна кислота, отже, у цьому випадку є кінцевим продуктом вуглеводного обміну. При аеробному обміні кінцевими продуктами обміну вуглеводів є СО₂ і H₂О.

Для розпаду моносахаридів обов’язковим є їх попереднє фосфорилювання – приєднання залишку фосфорної кислоти, що переноситься з АТФ. Після фосфорилювання глюкоза піддається численним перетворенням, у процесі яких виділяється енергія, використовувана для синтезу АТФ із АДФ і неорганічного фосфату. При гліколізі чистий вихід АТФ складає 2 молекули на 1 молекулу глюкози.

При аеробному розпаді утвориться значно більше число молекул АТФ. Відомо, що АТФ відноситься до числа макроергічних фосфатів, для яких характерне наявність макроергічних зв’язків. Останніми називають зв’язки, при розриві яких утворюється велика кількість енергії. АТФ дає 37 800 кдж/моль. Процес утворення АТФ з АДФ і неорганічного фосфату, активованого за рахунок енергії при окислюванні органічних сполук, називають окисним фосфорилюванням. Він протікає в мітохондріях, у їх елементарних частках – гранулах, розташованих на кристах. Кожна гранула разом із навколишньою ділянкою мембрани мітохондрії складає «систему сполучення», що здійснює всю серію метаболічних реакцій, зв’язаних з утворенням макроергічних зв’язків АТФ. З цього виходить, що кожна гранула має повний набір ферментів, необхідних для цих реакцій. Ферменти розташовані у визначеному порядку, що забезпечує строгу послідовність перебігу реакцій, у результаті яких поповнюється і запасається в організмі енергія у вигляді макроергічних зв’язків АТФ. Енергія, акумульована в макроергічних зв’язках АТФ, може бути використана клітинами. Звідси зрозуміло, що в енергетичному відношенні для організму більш вигідний аеробний шлях розщеплення вуглеводів, при якому утвориться більша кількість молекул АТФ. Анаеробний шлях розпаду вуглеводів здобуває для організму особливе значення, коли з тої чи іншої причині має місце недостатнє постачання тканин киснем.

ОБМІН ЛІПІДІВ

Значення ліпідів, їх структура. Ліпідами називають групу органічних сполук, що характеризуються нерозчинністю у воді. Розрізняють прості ліпіди і складні. Прості ліпіди включають жири, воски і стериди, а складні– фосфоліпіди і гликоліпіди. Жири являють собою складні ефіри вищих жирних кислот і гліцерину. Жирні кислоти можуть бути насиченими і ненасиченими. У першому випадку молекула їх має тільки одинарні зв’язки, у другому – один чи декілька подвійних зв’язків. З насичених кислот частіше в природних жирах зустрічаються пальмітинова і стеаринова, а з ненасичених – олеїновая і лінолева.

Рослинні жири відрізняються великим змістом ненасичених жирних кислот.

Депо жиру є жирова тканина, у клітинах якої він знаходиться у вигляді окремих крапельок. Кількість жиру в організмі людини складає 10–20% від його маси. Видова, індивідуальна й органна специфічність жирів виражена в значно меншому ступені, ніж специфічність білків. Жири різних виглядів тварин відрізняються за своїми властивостями, але вони можуть мінятися, наближаючись до властивостей того жиру, що довгостроково вживається в їжу.

Жири виконують в організмі функцію будівельного матеріалу для клітин. Вони входять до складу клітинних мебран. Жири є розчинниками деяких необхідних для організму вітамінів. При розпаді жирів, у порівнянні з розпадом білків і вуглеводів, виділяється найбільша кількість енергії. Тому жири виконують функцію енергетичного матеріалу клітини.

Воски виконують в організмі захисні функції. Наприклад, вони охороняють волосся і шкіру тварин змочування водою.

Стериди представлені великою групою сполук, що виконують в організмі різні функції. Прикладом стеридов є холеві кислоти, що входять до складу жовчі і необхідні для усмоктування жирних кислот, статеві гормони, гормони кори наднирників, холестерин, що зустрічається у всіх тканинах організму, особливо у великій кількості в нервовій системі, ерго-стерин, з якого утвориться вітамін D₂.

Фосфоліпіди складаються з багатоатомних спиртів, вищих жирних кислот, фосфорної кислоти й азотистих основ, з яких особливо часто зустрічається холін. Його похідним є ацетилхолін – медіатор багатьох синаптичних утворень. Холін входить до складу фосфоліпіду – лецитина. Фосфоліпіди входять до складу клітинних мембран. Їх вміст особливо великий в нервовій тканині, де вони у великій кількості виявлені в миєлінових оболонках..

Гліколипіди, на відміну від фосфоліпідів, не містять фосфорної кислоти й азотистих основ. Вони мають у своєму складі вуглевод, звичайно – галактозу. Велика кількість ліпідів цієї групи міститься в мозку.

Перетворення ліпідів в організмі. Жири в травному тракті розщеплюються за допомогою ферментів ліпаз на гліцерин і жирні кислоти. Ці продукти розпаду всмоктуються, і вже в клітинах стінки кишечнику з них знову синтезуються жири, властиві даному організму. Жир усмоктується головним чином у лімфу і приноситься до різних клітин організму, у яких частково відкладається в запас, а частково розпадається. Кінцевими продуктами розпаду є вуглекислий газ і вода. При розпаді жирів відбувається нагромадження великої кількості молекул АТФ. Так, розпад тристеарина супроводжується утворенням 460 молекул АТФ. Звідси зрозуміла роль жирів в організмі як енергетичного джерела. Процеси розпаду жирних кислот відбуваються в мітохондріях.

На мембранах ендоплазматичної мережі здійснюється синтез жирних кислот. Ферменти, що беруть участь у їхньому утворенні, розташовані в строго визначеному порядку, що відповідає послідовності реакцій, що протікають при цьому.

Стериди і складні ліпіди, потрапляючи з травного тракту з током лімфи в клітини організму, піддаються спочатку розпаду на більш прості з’єднання. Жирні кислоти, що утворяться, піддаючи подальшому розпаду, дають вуглекислоту і воду, а інші компоненти складних ліпідів, окисляючи, утворять різні біологічно активні речовини: гормони, холеві кислоти, ацетилхолін і т.д.

Постійно в клітинах поряд з розпадом здійснюється синтез кладних ліпідів.