Обмін речовин і енергії в організмі. Частина 4.

Обмін вуглеводів. Будова і значення вуглеводів.

Вуглеводами називають органічні сполуки, що складаються з вуглецю, водню і кисню. Вуглеводи можна представити формулою C_mH_2nO_n.

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

Входячи до складу різних субклітинних 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 гормони, імунні тіла є гликопротеидами.

розрізняють прості вуглеводи, які називають моносахаридами або монози, і складні, які поділяються на олігосахариди і полісахариди, або поліози. З моносахаридів особливо велике значення мають глюкоза (виноградний цукор)- галактоза, фруктоза (фруктовий цукор), манноза і рибоза. Чотири перші монози мають формулу C₆H₁₂O₆. Рибоза відноситься до пентоз, які містять п`ять вуглецевих атомів, і її формула C₅H₁₀O₅. Все монози входять до складу складних вуглеводів, іноді вони утворюють комплекси з білками. Деякі з них зустрічаються у вільному вигляді. Так, фруктоза входить до складу меду, глюкоза зустрічається у вільному стані у фруктах, в меді.

олігосахаридами називають вуглеводи, що складаються з невеликої кількості залишків моносахаридів (до 9). Якщо олігосахарид складається із залишків двох моноз, його називають дисахаридом. Розрізняють такі види дисахаридів: солодовий - мальтоза, молочний - лактоза і тростинний або буряковий - сахароза. Їх формула C₁₂H₂₂O₁₁. Солодовий цукор при гідролізі дає дві молекули глюкози, молочний - глюкозу і галактозу, а сахароза - глюкозу і фруктозу.

Полісахариди містять сотні і тисячі залишків моноз. Найбільше значення з полісахаридів мають крохмаль, глікоген і клітковина. Їх склад відбивається у формулі (C₆H₁₀O₅)_n. Крохмаль - головний запасний полісахарид у рослин, глікоген - у тварин, у зв`язку з чим його називають ще тваринам крохмалем. Клітковина - головний структурний компонент рослин. Молекулярна маса полісахаридів велика. Так, глікоген печінки складається з 30 000 залишків глюкози. Молекула його утворює довгі розгалужені ланцюги, що нагадують форму куща. Молекулярна маса його може досягати 50x10⁶.

Перетворення вуглеводів в організмі.

У рослинних організмах синтез вуглеводів здійснюється шляхом відновлення вуглекислого газу атмосфери. Більшість тварин організмів використовують готові органічні сполуки, які відносяться до групи вуглеводів. Останні в травному тракті розщеплюються до моноз, які, всмоктуючись у тонкому кишечнику, з потоком крові приносяться до печінки. У ній відбувається синтез глікогену, для якого печінку є депо. Надлишок глюкози надходить у загальне коло кровообігу і розноситься по всьому організму. При необхідності глюкоза "витягується" з крові різні клітинами організму, в яких здійснюються її подальші перетворення: синтез глікогену (наприклад в м`язах) і розпад як глікогену, так і глюкози. Розпад вуглеводів може протікати в анаеробних умовах, тобто при відсутності кисню або при малому його кількості, і в аеробних, тобто при наявності кисню. Процес розпаду глікогену в анаеробних умовах отримав назву гликогенолиза, а глюкози - гліколізу. При аеробному і анаеробному розпаді процес йде однаково до стадії утворення піровиноградної кислоти. При анаеробних умовах вона перетворюється в молочну кислоту і процес розпаду вуглеводів на цьому закінчується. Молочна кислота, отже, в цьому випадку є кінцевим продуктом вуглеводного обміну. При аеробному обміні кінцевими продуктами обміну вуглеводів є CO₂ і H₂O.

Якщо змінюються умови і в тканини починає надходити кисень, то 1 / 5-1 / 6 усієї кількості молочної кислоти, яка виникла внаслідок глікогенолізу, після ряду перетворень також дає CO₂ і H₂O. Звільняється при цьому енергія йде на ресинтез глікогену з решти 4 / 5-5 / 6 молочної кислоти, яка не піддалася розпаду.

Для розпаду моносахаридів обов`язковим є їх попереднє фосфорилирование - приєднання залишку фосфорної кислоти, яка переноситься з АТФ. Після фосфорилювання глюкоза піддається численним перетворенням, в процесі яких виділяється енергія, яка використовується для синтезу АТФ з АДФ і неорганічного фосфату. При гліколізі чистий вихід АТФ становить 2 молекули на 1 молекулу глюкози.

При аеробному розпаді утворюється значно більше число молекул АТФ. Відомо, що АТФ відноситься до числа макроергічних фосфатів, для яких характерна наявність макроергічних зв`язків. Останніми називають зв`язку, при розриві яких утворюється велика кількість енергії. АТФ дає 37 800 кДж / моль. Процес утворення АТФ з АДФ і неорганічного фосфату, який активується за рахунок енергії при окисленні органічних сполук, називають окислювальним фосфорилюванням. Він протікає в мітохондріях, в їх елементарних частинках - гранулах, розташованих на Кріста. Кожна гранула разом з прилеглим ділянкою мембрани мітохондрії становить "систему сполучення ", яка здійснює всю серію метаболічних реакцій, пов`язаних з утворенням макроергічних зв`язків АТФ. Отже, кожна гранула має повний набір ферментів, необхідних для цих реакцій. Ферменти розташовані в певному порядку, що забезпечує сувору послідовність протікання реакцій, в 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 утворюється більша кількість молекул АТФ. Анаеробний шлях розпаду вуглеводів набуває для організму особливе значення, коли з тієї чи іншої причини має місце недостатнє постачання тканин киснем.