Обмін вуглеводів

До класу вуглеводів відносять органічні сполуки, що містять альдегідну чи кетонну групу і трохи спиртових гідроксогрупп. Вуглеводи мають різноманітні і часто зовсім різними властивості. Серед них є речовини низькомолекулярні і високомолекулярні, кристалічні й аморфні, розчинні у воді і нерозчинні в ній, які гідролізують і негідролізують, здатні дуже легко окиснюватися і порівняно стійкі до дії окисників і т.д. Це різноманіття властивостей знаходиться в тісному зв'язку з хімічною природою вуглеводів, з будовою їхніх молекул; воно визначає ту чи іншу участь вуглеводів у процесах життєдіяльності й у побудові тканин тварин і рослин. Вуглеводи знаходяться в рослинах до 80 % маси. У тваринах лише 2 %.З рослинною їжею щодня поступає до 60-70 % добового углеводного обміну ( 500 г.).

В усіх без винятку організмах вуглеводи служать матеріалом, при окисненні якого виділяється енергія, необхідна для здійснення хімічних реакцій. Такі вуглеводи розглядають як резервні. Поряд з цим проміжні продукти окиснення вуглеводів використовуються для синтезу багатьох інших органічних сполук.

Фізіологічні функції вуглеводів:

1) Енергетична забезпечує організм енергією на 50-52 %. При окисненні 1 г вуглеводів звільняється 17 кДж.

2) Пластична у вигляді гетерополісахоридів входять до складу клітинних мембран. Беруть участь у побудові опорно-рухових апаратів. Приймають учавсть в синтезі нуклеотидів.

3). Захисна – гетерополісахариди входять до складу слизу, які секретується різними залозами для запобігання внутрішніх органів від пошкоджень. Входять до складу суглобової рідини, знешкоджують і виводять отрути.

Функції вуглеводів (структурна, енергетична і метаболічна) розглядають як канонічні. Однак останнім часом з'ясовано, що вуглеводам властиві багато інших, нестандартних функцій. Багато вуглеводів мають унікальну будову і специфічні. Так, групові речовини крові, що є глікопротеїнами, де 80 % молекул представлені вуглеводами, саме за рахунок асиметричних центрів, стереоізомерів, таутомерів і конформерів останніх здобувають разючу специфічність взаємодії. Олігосахаридні фрагменти глікопротеїнів і гліколіпідів клітинних стінок висунуті як антени за межі клітинних оболонок і служать локаторами, що виконують рецепторні функції. Зокрема, при їхньому посередництві з клітками зв'язуються білкові токсини, бактерії, віруси і ін. Більш 250 ферментів мають олігосахарідні фрагменти, що вибірково взаємодіють з численними білками, що утворюють конгломерати з вуглеводами. Таким чином, поряд з нуклеїновими кислотами і білками, вуглеводи із сучасної точки зору є інформаційними молекулами, тобто кодовими словами в молекулярній мові життя.

Синтез вуглеводів. Прості вуглеводи виникають головним чином при первинному біосинтезі органічної речовини на Землі. Цей процес здійснюється автотрофними організмами – рослинами, а також фотосинтезуючими і хемосинтезуючими бактеріями. Утворюються в процесі фотосинтезу при освітленні: 

6СО₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂↑.

Центральну роль у здійсненні фотосинтезу грає трансформація енергії світла в різницю потенціалів мембрани фотосинтетичного центра і сполучений з цим синтез АТФ. Недавно, використовуючи методи спектроскопії, рентгеноструктурного аналізу і молекулярної генетики, вдалося одержати детальну картину подій, що відбуваються при фотосинтезі і виявити просторове розташування і роль білків і пігментів, що беруть участь у цьому процесі. За цю роботу німецькі вчені Р. Хубер, И. Дайзенхофер і X. Міхель визнані гідними Нобелівської премії 1988 р. Що стосується синтезу простих вуглеводів організмами-гетеротрофами, вихідними речовинами для цього можуть служити продукти розпаду ліпідів, білків і інших органічних сполук. Класифікація вуглеводів

Рис. 7. Класифікація вуглеводів

Глюкоза: СН₂–СН–СН–СН–СН–С=О  – альдегідна група

ОН ОН ОН ОН ОН Н

Фруктоза: СН₂–СН–СН–СН– С –СН₂ 

ОН ОН ОН ОН О ОН (має кето-групу)

Гексози – мають асиметричні атоми, насичені різними атомами або групами, вони оптично-активні, тобто здатні обертати площину поляризації світла.

Сахароза складається з глюкози і фруктози, є проміжною між полісахаридами і гексозами.

Крохмаль – полімер, молекулярна маса від 50000 до 300000, має до 200-250 глюкозних залишків. Основна властивість крохмалю: синє забарвлення при взаємодії з йодом (I₂).

Целюлоза (клітковина) – гомополісахарид, нерозгалужений полімер глюкози, з молекулярною масою від 150000 до мільйона. У кишечнику клітковина розкладається за допомогою мікроорганізмів до глюкози.

Глікоген –  гомополісахарид тваринного походження. Має гіллясту глобулярну будову. У клітках знаходиться у вигляді гранул (з діаметром 40·10^-9). Містить від 2000 до 20000 глюкозних залишків, локалізованих в основному в печінці, менше в скелетних м'язах, в серцевому м'язі, в головному мозку. Глікоген – основне джерело енергії. Він здатний регулювати активність ферментів. Зв'язуючись з ферментами, утворює органели – глікогеносоми.

Гетерополісахариди входять до складу сполучної тканини, до 30 % сухої маси сполучної тканини приходиться на масу вуглеводно-білкових комплексів.

Травлення вуглеводів в ШКТ починається травленням у роті. У шлунку припиняється травлення (кисле середовище). Поновлюється в дванарцятипалій кишці. Повністю закінчується у верхніх відділах тонкого кишечника і там відбувається всмоктування. На всмоктування впливає два йони: йони натрію – активують всмоктування, йони калію – пригноблюють всмоктування.

Дія натрієвого насоса. Натрій з глюкозою утворюють нестійку сполуку, що легко проходить через мембрани клітин. У клітці комплекс розпадається, натрій йде в тонкий кишечник, а глюкоза розходиться по потребах клітки. При збільшенні pH (7-9) всмоктування поліпшується.