Участие углеводов в обмене веществ

Основные функции углеводов

В каждой клетке живого организма, будь то бактерия, растение, животное или человек, содержится определенное количество углеводов, которые выполняют жизненно важные функции.

Наиболее важной функцией углеводов является энергетическая. При расщеплении углеводов при помощи дыхания в клетках организма образуется химическое соединение аденозинтрифосфат (АТФ), в котором депонируется биологически доступная энергия. При расщеплении 1 г углеводов выделяется 4,1 ккал (17,2 кДж), бо#лыпая часть которой фиксируется в АТФ и расходуется организмом на его нужды, а меньшая часть выделяется в виде тепла. За счет углеводов организм человека обеспечивает более половины своих энергетических потребностей.

Не менее важной является структурная функция углеводов. Они представляют собой источник углерода, из которого в организме синтезируются аминокислоты, азотистые основания, жирные кислоты и другие соединения. Различные углеводы являются структурными компонентами цитоплазматической мембраны и всех мембранных органоидов клетки. Некоторые углеводы входят в состав гликокалик- са — компонента клеточной оболочки (наружный слой). Углеводы необходимы для синтеза нуклеиновых кислот, так как являются обязательным компонентом нуклеотидов — мономеров ДНК и РНК.

Углеводы принимают участие в защитной функции организма. Вязкие секреты (слизи), выделяемые различными железами, содержат сложные углеводы, предохраняющие стенки полых органов (например, бронхов, кишечника, мочевого пузыря) от механических повреждений и проникновения патогенных бактерий. Пищевые волокна, представляющие собой сложные углеводы, адсорбируют (связывают) пищевые токсины в кишечнике и выводят их из организма. Некоторые углеводы в качестве гликопротеидов участвуют в синтезе у-глобулина, который участвует в иммунном ответе.

Углеводы выполняют рецепторную функцию: в качестве компонентов цитоплазматической мембраны (рис. 1.4) они воспринимают сигналы из окружающей среды и передают их в клетку, участвуя в процессах «узнавания» молекул в межклеточном пространстве, опознают «чужие» клетки, определяют антигенную специфичность, обуславливают различия групп крови и т.д.

Для углеводов характерна и резервная (запасная) функция. Организм человека способен запасать углеводы в виде сложного полисахарида — гликогена, который депонируется в большей степени в мышцах и печени и в меньшей степени в других органах и тканях. Гликоген впоследствии служит источником глюкозы, используемой организмом по мере необходимости.

При избыточном их потреблении углеводы в результате липогене- за превращаются в жирные кислоты, из которых образуются собственные жиры и откладываются в жировой ткани. Эти жиры по сути своей представляют собой резерв энергии, которая извлекается из них организмом в случае необходимости.

Участие углеводов в обмене веществ

Вещества, входящие в группу углеводов, являются главными источниками энергии в питании человека, обеспечивая от 50 до 70% общей энергетической ценности рациона.

Значение углеводов как источников энергии заключается в их универсальности, потому что в процессе метаболизма они способны образовывать вещества, обладающие большой энергетической ценностью, как в присутствии кислорода (аэробные условия), так и в условиях его недостатка (анаэробные условия) [26].

Это значит, что человеческий организм с легкостью использует углеводы в качестве источника энергии тогда, когда в его тканях достаточно кислорода для протекания окислительных процессов, например, в состоянии относительного покоя. В условиях недостатка кислорода, например, при физической нагрузке, когда он интенсивно используется для получения энергии, человеческий организм продолжает использовать углеводы как энергетические источники [26].

В процессе обмена веществ из одного грамма углеводов организм получает 4 килокалории.

Углеводный обмен в организме тесно связан с жировым и белковым обменами, что позволяет им заменять друг друга, а также в результате химических реакций превращаться друг в друга, например: при небольшом дефиците углеводистой пищи жиры, хранящиеся в депо, начинают использоваться в процессах и реакциях так называемого глюконеогенеза, благодаря которому организм получает необходимое количество энергии.

Если же дефицит углеводов выражен (поступление углеводов с пищей менее 50 г в сутки) в процесс глюконеогенеза начинают вовлекаться и аминокислоты (как свободные, так и из состава мышечных белков) [26].

На основе этих процессов обмена углеводов, жиров и белков базируются принципы популярных безуглеводных диет, таких как диета Аткинса и «кремлевская» диета.

При достаточном, а тем более при избыточном поступлении углеводов с пищей активируются процессы липонеогенеза, в результате которого из лишних углеводов синтезируются жирные кислоты, которые откладываются в жировых депо.

Именно поэтому с целью профилактики ожирения не рекомендуют налегать на сладкое [26].

Помимо энергетической функции, которая является для обмена углеводов основной, углеводы также принимают участие в строительных (пластических) процессах, например, из углеводов, в частности, из глюкозы и ее производных, в процессе их соединения с белками синтезируются гликопротеиды, к которым относятся некоторые гормоны, ферменты и большая часть белковых соединений крови, некоторые из которых, например, являются факторами свертывания, останавливающими кровотечения.

Соединения углеводов с белками (гликопротеиды) и с жирами (гликолипиды) принимают участие в строительстве и функционировании биомембран, которые в свою очередь являются основой всего живого на земле.

Гликопротеиды и гликолипиды играют важную роль в процессах взаимодействия клетки с гормонами организма, в результате которых клетки меняют свой обмен веществ в ответ на изменение гормонального фона. Эти же вещества помогают клеткам взаимодействовать друг с другом, в результате чего происходит нормальный рост клеток, их специализация (дифференцировка, в результате которой из универсальной стволовой клетки получаются клетки, характерные для конкретного органа или ткани) и формируется нормальный клеточный иммунитет [261.

Значение углеводов в белковом обмене заключается и в том, что их производные (гликоген и триглицериды) являются частью молекул заменимых аминокислот, тех, которые могут синтезироваться в организме.

В процессе углеводного обмена образуются коферменты, нуклеиновые кислоты (составляющие части ДНК), аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и другие важные для жизнедеятельности организма соединения [26].