Angliavandenių apykaita - tai organizme nuolat vykstančių fermentinių reakcijų visuma, kurių metu angliavandeniai susidaro, virsta kitomis molekulėmis ir suyra išsiskiriant energijai.
Angliavandenių Susidarymas
Daugiausia angliavandenių gamtoje susintetina augalai. Fotosintezės metu susidaro monosacharidai. Fermentinių reakcijų metu iš monosacharidų sintetinami polisacharidai (glikogenas, krakmolas, celiuliozė), kiti angliavandeniai. Monosacharidai sintetinami iš gliukogeninių aminorūgščių ir riebalų (augaluose).
Fotosintezės Procesas
Augalams, kaip ir kitiems gyviems organizmams, reikia energijos, kad išliktų gyvi. Bet užuot gavę energiją iš maisto, jie gauna ją tiesiogiai iš Saulės šviesos. Šis procesas vadinamas fotosinteze, tai reiškia „sujungimas per šviesą“. Fotosintezės metu augalas savo lapais sugauna šviesos energiją ir panaudoja ją cukrui (kuris vadinamas gliukoze) gaminti iš vandens ir anglies dioksido.
Fotosintezė - vienas svarbiausių gamtoje vykstančių procesų. Be jos negalėtų augti augalai, o be jų būtų visai mažai gyvūnų.
Nuo šviesos priklausančios reakcijos - tai šviesos energijos sugėrimo reakcijos. Taigi nuo šviesos priklausančių reakcijų metu sintetinami angliavandeniai. Fotosintezės metu lapai sugeria Saulės šviesą. Be to, jie siurbia šaknimis vandenį ir ima iš oro anglies dioksidą. Saulės energiją lapai naudoja vandeniliui ir anglies dioksidui paversti gliukoze.
Kaip šalutinis produktas išsiskiria deguonis, o gliukozė išnešiojama po visą augalą.
Chloroplastai ir Chlorofilas
Fotosintezė vyksta mažytėse struktūrose, kurios vadinamos chloroplastais. Šių membranų paviršiuje telkiasi chlorofilas. Chlorofilas sugeria saulės šviesos energiją ir paverčia ją chemine energija. Nors saulės šviesa susideda iš įvairių spalvų mišinio, chlorofilas sugeria daugiausiai raudoną, mėlyną ir violetinę spalvą.
Augalų Lapų Struktūra
Daugumoje augalų fotosintezė vyksta lapuose. Lapai sudaryti iš kelių ląstelių rūšių. Pačiame viršuje yra apsauginis skaidrių ląstelių sluoksnis, vadinamas epidermiu. Žemiau šio sluoksnio pailgų statinių (polisacharidų) ląstelių sluoksnis. Jame gausu žalių chloroplastų, kuriuose vyksta fotosintezė. Gyslose esantys apytakiniai indai gabena vandenį į augalo ląsteles ir paima gliukozę.
Angliavandenių Funkcijos ir Biologinis Vaidmuo
Angliavandeniai yra visų ląstelių sudėtinė dalis, labai plačiai paplitę gamtoje, ypač augaluose. Angliavandenių būna labai įvairių, o jų funkcijos ir biologinis vaidmuo labai įvairūs.
- Angliavandeniai yra pagrindinis energijos šaltinis.
- Angliavandeniai atlieka atraminių medžiagų vaidmenį (celiuliozė).
- Angliavandeniai gali kauptis organizme kaip atsarginės maisto medžiagos (krakmolas - augaluose, glikogenas - gyvūnų organizme), kurios prireikus panaudojamos.
- Maiste esanti celiuliozė skatina žarnyno motoriką.
Angliavandenių Skaidymo Stadijos
Yra 3 angliavandenių skaidymo stadijos:
- Pirmojoje (1) mobilizacijos stadijoje poli‑, oligo‑ ir disacharidai skaidomi ir fosforilinami, susidaro heksozių fosfatai (dažniausiai gliukozės‑6‑fosfatas).
- Antrojoje (2) vienų monosacharidų virtimo kitais stadijoje vyksta daug įvairių fermentinių reakcijų. Jų metu angliavandeniai suskaidomi, susidaro triozių fosfatai.
- Trečiojoje (3) amfibolinių reakcijų stadijoje angliavandenių skilimo produktai (piruvatas ir acetilkofermentas A) įsilieja į bendrą metabolizmą.
Monosacharidai
Monosacharidai, arba paprastieji cukrūs, tai kristalinės, vandenyje tirpstančios medžiagos, hidrolitiškai neskaidomi į mažesnius vienetus. Jų anglies atomų grandinė sudaryta iš trijų - septynių atomų. Geriausiai žinomi cukrūs sudaryti iš šešių anglies atomų (heksozės). Tarp jų - gliukozė, fruktozė, galaktozė.
Gliukozė susidaro fotosintezės metu iš CO2 ir H2O, panaudojant Saulės energiją: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Oligosacharidai
Sudaryti iš 2 - 20 tarpusavyje sujungtų monosacharidų molekulių (disacharidai, trisacharidai, tetrasacharidai pentasacharidai, heksasacharidai). Sacharozė - sudaryta iš gliukozės ir fruktozės.
Molekulinė formulė C12H22O11. Tai bespalviai kristalai, kurių lydymosi temperatūra 160oC; stingdama sacharozė virsta skaidria amorfine mase - karamele.
Sacharozės yra daugelyje augalų: beržo, klevo suloje, morkose, melionuose. Ypač daug jos cukriniuose runkeliuose ir cukranendrėse.
Angliavandenių Apykaitos Reguliavimas
Angliavandenių apykaitos reguliavime dalyvauja sintezės ir skilimo metu ląstelėje susidarę produktai. Pvz., glikolizės greitį reguliuoja alosteriniai fermentai - fosfofruktokinazė ir piruvatkinazė. Jų aktyvumas priklauso nuo ląstelėje esančio ATP ir adenozindifosfatų (ADP) santykio.
Ląstelėje padidėjus ATP kiekiui slopinama fosfofruktokinazė, o sumažėjus ATP kiekiui - skatinamas glikolitinis gliukozės‑6‑fosfato skaidymas. Gliukozės‑6‑fosfatas skatina glikogeno sintezę ir gliukozės perteklius ląstelėje surišamas glikogeno molekulėse. Pentozių fosfatų ciklo tarpiniai produktai t. p. stabdo glikolizės fermentą fosfogliukozės izomerazę ir mažina glikolizės greitį.
Žinduolių organizme angliavandenių apykaita reguliuojama hormonais.