Informacija pateikta žemiau yra angliavandenių metabolizmo procesų organizme santrauka - pradedant nuo maisto virškinimo pradžios iki energijos gavimo būdų ir skaidymo, gaunant galutinius produktus.
Žarnyno epitelinės ląstelės geba pasisavinti tik monosacharidus, t.y. pačius paprasčiausius angliavandenius.
Todėl angliavandenių virškinimo proceso esmė yra fermentinė glikozidinių ryšių hidrolizė.
Šis procesas vyksta angliavandeniuose, kurie turi oligo- arba polisacharidinę struktūrą.
Aiškumo dėlei - glikozidinis ryšys turi svarbų biologinį vaidmenį, kadangi būtent to ryšio dėka yra vykdomas kovalentinis monosacharidų surišimas į oligo- ir polisacharidų junginius.
Kalbant paprasčiau, gamtoje egzistuoja keletas angliavandenių rūšių, t.y. pradedant nuo pačių paprasčiausių (monosacharidų - gliukozė, fruktozė ir kt.) iki vis sudėtingesnių (oligosacharidų ar polisacharidų).
Įvairūs sudėtingi angliavandeniai yra sudaryti iš paprastų angliavandenių grandžių, t.y. paprastųjų angliavandenių molekulinės grandys yra susijungusios į šiek tiek sudėtingesnius ir labai sudėtingus angliavandenių junginius.
Taigi, organizmas negali pasisavinti sudėtingų angliavandenių junginių, todėl tam, kad angliavandeniai organizme būtų pasisavinami juos reikia suskaidyti, t.y. sudėtingesnių angliavandenių glikozidiniai ryšiai yra suardomi ir gaunami paprastieji angliavandeniai.
Virškinimas
Žmogaus organizme angliavandenių virškinimas (hidrolizė) prasideda jau burnoje.
Čia jie susmulkinami kramtant ir sumaišomi su seilėmis.
Seilės, 99 % yra sudarytos iš vandens ir paprastai turi pH 6,8.
Burnoje pradedamas pirminis virškinimo procesas ir tai taikoma tik polisacharidams (krakmolas, glikogenas).
Prisiminkime, kad krakmolas yra polisacharidas, sudarytas iš gliukozės monomerų, kurie sujungti tam tikrais glikozidiniais ryšiais.
Seilėse yra atitinkamo fermento (amilazės), kuris pradeda ardyti krakmolo vidinius glikozidinius ryšius.
Žinoma burnos ertmėje nėra galimas visiškas krakmolo suskaidymas, kadangi čia fermento poveikis ganėtinai trumpas.
Beje, seilių amilazės fermentas ne hidrolizuoja (ne skaido) disacharidų glikozidinių ryšių.
Seilių amilazės fermento poveikis baigiasi rūgščiose skrandžio sultyse (pH 1,5-2,5), t.y. kai maistas iš burnos ertmės patenka į skrandį.
Bet, maisto gumulėlio viduje fermento aktyvumas gali dar kurį laiką išsilaikyti iki to momento, kol pH nepasikeis į rūgštėjimo pusę.
Nesuskaidyto arba dalinai suskaidyto krakmolo, taipogi ir kitų maisto angliavandenių sekantys virškinimo etapai vyksta įvairiose plonosios žarnos dalyse, veikiant atitinkamiems virškinimo fermentams.
Kasa į dvylikapirštę žarną išskiria sultis su daugybe fermentų, šių sulčių rūgštingumas yra nedidelis, pH 7,5-8,0 ir turi bikarbonatų (hidrokarbonatų) (HCO3-).
Jos neutralizuoja rūgščią skrandžio apvirškintą maisto masę ir jau tuomet susidaro palankios sąlygos skaidyti angliavandenius.
Sudėtingesni angliavandeniai skaidomi į paprastesnius, susidaro šiek tiek ir gliukozės.
Beje, maisto disacharidai kaip ir burnoje, taip ir dvylikapirštėje žarnoje nėra virškinami.
Įdomumo dėlei - virškinimo proceso nereiktų išsivaizduoti kaip maisto gumulo virškinimą apsuptą skysčio, t.y. jis neplaukioja gausiame skysčio kiekyje.
Virškinimo sultys su jame esančiais fermentais tik suvilgo maistą ir pradeda maisto virškinimo procesą.
Pvz., plonosios žarnos sienelėse esančios liaukos išskiria virškinimo sultis, kurios į žarnyno spindį nepatenka, bet pasiskirsto žarnos paviršiuje.
Virškinimas plonojoje žarnoje vadinamas membraniniu, o fermentai, kurie skaido disacharidus - karbohidrazės (sacharazė, laktazė, glikozidazė ir pan.).
Veikiant šiems fermentams angliavandeniai skaidomi į paprastesnius monosacharidus, kurie jau gali būti įsiurbiami į kraują.
Beje, membraninis maisto virškinimas yra glaudžiai susijęs su virškinimu žarnyno spindyje, kur maisto masė ruošiama galutiniam suvirškinimui.
Bendras visų fermentinių sistemų ir fermentų poveikis užbaigia virškinti maisto oligo- ir polisacharidus susidarant monosacharidams, iš kurių pagrindinis paprastai yra gliukozė.
Reikia paminėti, kad celiuliozė pereina pro žarnyną beveik nepakeista.
Bet, ji nors ir nesuvirškinta, bet suteikdama maistui papildomą apimtį ir teigiamai veikdama virškinimo procesą vaidiną pakankamai svarbų vaidmenį.
Nors, storajame žarnyne celiuliozė gali būti paveikta bakterinių fermentų ir yra dalinai suskaidoma.
Virškinimo metu susidarę monosacharidai yra pasisavinami (rezorbuojami) tuščiosios ir klubinės žarnų (plonosios žarnos dalys) epitelinėmis ląstelėmis, jose veikia tam tikras specialus pernašos pro šių ląstelių membranas mechanizmas.
Reikia paminėti, kad gliukozė ir galaktozė yra greičiau pasisavinamos nei kiti monosacharidai.
Taigi, angliavandenių rezorbcija iš žarnyno yra pakankamai greita, todėl po valgio gliukozės koncentracija kraujyje gali labai greitai padidėti (kartais iki 240-500 mg/100ml arba 13-27 mmol/l).
Žinoma jei nėra jokių pasisavinimo patologijų.
Pasisavinti monosacharidai (pagrinde tai yra gliukozė) ir patekę į kraujotaką, didesniąja dalimi nukeliauja į kepenis, o kita dalis patenka į kitų audinių ląsteles.
Į kepenis patenkant per daug gliukozės, pačios kepenys negali to per didelio patekimo sukontroliuoti, todėl, atsiradus už fiziologines normas per didelei gliukozės koncentracijai kraujyje, vystosi hiperglikemija.
Jeigu gliukozės kiekis kraujyje pasiekia 160-180 mg/100ml (8-9 mmol/l) koncentraciją, ji išsiskiria su šlapimu (gliukozurija).
Bet kaip tai beskambėtų gąsdinančiai, suvalgius gausaus angliavandeniais maisto, hiperglikemija yra trumpalaikė ir nepasižymi patologijomis.
Pratęsiant patologijų ir sutrikimų temą, galima pasakyti, kad angliavandenių virškinimo ir pasisavinimo sutrikimų priežastimi gali būti fermentų, kurie žarnyne dalyvauja angliavandenių hidrolizėje, defektas.
T.y. tais įgimtais ar įgytais atvejais, kai žmogaus virškinimo sistema išskiria per mažai tam tikro fermento arba jis yra nepakankamai aktyvus.
Kita patologijų priežastimi gali būti sutrikęs suvirškintų angliavandenių pasisavinimas žarnyno ląstelėmis.
Abiem šiais atvejais atsiranda osmosinė diarėja arba osmosinis slėgis, ją gali sukelti nesuskaidyti disacharidai arba nepasisavinti monosacharidai.
Šie nepanaudoti angliavandeniai patenka į distalines žarnyno dalis, kur ir pakinta slėgis.
Be viso to, žarnyno spindyje likę angliavandeniai yra daliniai veikiami žarnyno bakterijomis, susidaro organinės rūgštys ir dujos.
Glikolizė
Kai maisto angliavandeniai yra suskaidomi iki tinkamų organizmui panaudoti junginių (dažniausiai tai gliukozė), prasideda energijos gavimo procesų reakcijos.
Energijos gavimo būdų iš angliavandenių (ir kitų medžiagų) yra keli.
Šie procesai yra pakankamai sudėtingi, šiame straipsnyje nėra tikslo išsamiai išdėstyti visų procesų visas biochemines reakcijas, jų seką ar aprašymą.
Pagrindinis tikslas yra trumpai ir glaustai išdėstyti pagrindinę kiekvieno cheminio proceso esmę.
10 nuoseklių fermentinių reakcijų seka susidedanti iš dviejų stadijų.
Per pirmąją glikolizės stadiją yra panaudojamos dvi ATP molekulės, o per antrąją jau susidaro keturios ATP molekulės.
Taigi, jei viskas gerai su matematika, galutiniame vienos gliukozės molekulės oksidacijos procese mes gauname dvi naujas ATP molekules.
Pradžioje dvi sunaudojome, paskui pagaminome keturias, rezultate yra dvi naujos.
Kalbant išties, pati gliukozė yra chemiškai mažai aktyvi, todėl jau pirmosios glikolizės stadijos metu ji yra aktyvinama ją fosforilinant iki gliukozės 6-fosfato, o jau šis junginys yra tolimesnių susidarymo produktų pirmtakas (pvz., kitų monosacharidų, oligosacharidų ir polisacharidų pirmtakas).
Apibendrinant - per 10 glikolizės cheminių reakcijų, įvairių fermentų pagalba gliukozė yra perdaroma į vis sekančius junginius, dėl ko susidaro ATP ir piruvatas.
Piruvato susidarymas yra galutinė glikolizės stadija.
Aerobinėmis sąlygomis piruvatas visiškai oksiduojamas iki CO2 ir H2O, o anaerobinėmis sąlygomis jis gali virsti įvairiais galutiniais produktais.
NAD+ - nikotinamido adenino dinukleotido kofermentas, jis dalyvauja daugelyje oksidacijos-redukcijos reakcijų organizme.
Ląstelėse NAD+ koncentracija yra maža, bet prie ko čia jis ir glikolizė?
Glikolizė vyksta, jei susidaręs NADH regeneruojamas ir NAD+ dalyvauja glikolizidės oksidacijos-redukcijos reakcijose.
Deguoninėmis sąlygomis NADH pernešamas į mitochondrijas ir oksidacinio fosforilinimo proceso metu yra oksiduojamas.
O anaerobinėmis sąlygomis NADH redukuoja piruvatą.
Šio proceso metu susidaro tam tikru produktai, pvz., etanolis, organinės rūgštys, acetonas, butanolis ir kiti produktai.
Toks gliukozės skaidymas iki galutinių produktų vadinamas rūgimu (fermentacija).
Vienas iš tokių susidariusių produktų yra ir sportininkams girdėta pieno rūgštis.
Taigi, raumenims intensyviai dirbant, kraujas nespėja aprūpinti audinių deguonimi ir susidaro pieno rūgštis.
Jei kalbėti pavyzdžiais, tai pakankamai masyvūs ir raumeningi sprinteriai, bėgantys trumpuosius nuotolius, energiją gauna glikolizės būdu.
Jie sugeba greitai nubėgti nedidelius nuotolius panaudodami glikolizinį ATP.
Pieno rūgštis yra galutinis anaerobinės gliukozės oksidacijos produktas raumenyse.
Padidėjus pieno rūgšties koncentracijai, didėja viduląstelinių protonų koncentracija, greičiau nuvargstama ir atsiranda raumenų skausmai.
Raumenų skausmai, po didelio fizinio krūvio, taip pat susiję ir su raumenų skaidulų įtrūkimais.
Po tam tikro laiko tose vietose prasideda uždegiminis procesas sukeliantis skausmą.
Sportininkai žino, kad deginantis skausmas raumenyse po intensyvaus fizinio krūvio vėliau atslūgsta.
T.y. ramybės būsenoje 70-80 % pieno rūgšties iš raumenų per kraują pernešama į kepenis.
Jose dalis pieno rūgšties oksiduojama iki CO2 ir H2O ir įdomu tai, kad kita dalis panaudojama gliukozės resintezei, t.y. gliukoneogenezėje (apie tai pakalbėsime šiek tiek žemiau).
Toks gliukozės ir pieno rūgšties kelias - gliukozė→raumenys →glikolizė→pieno rūgštis→ kraujas→ kepenys→gliukoneogenezė→gliukozė →kraujas→raumenys→energija - vadinamas C.G. Kori (C.G.Cori) ciklu.
Kori ciklas labiausiai aktyvus po didelių fizinių krūvių.
Glikogenas: sintezė ir skaidymas
Gliukozė organizme yra pagrindinis energijos šaltinis, tačiau laisvos gliukozės kiekiai organizme yra ganėtinai maži.
Aukštesnieji organizmai gliukozės perteklių kaupia polisacharidų pavidalu, pvz., gyvūnai, tame tarpe ir žmogus, kepenyse ir raumenyse kaupia glikogeną, o augalai - krakmolą.
Glikogenas yra rezervinis organizmo polisacharidas, jo sankaupų galima aptikti beveik visuose audiniuose.
Daugelis audinių sintetina glikogeną kaip gliukozės rezervinę formą.
Glikogeno sintezė ir skaidymas padeda aprūpinti gliukozės koncentracijos pastovumą kraujyje, o jo sandėliavimas sudaro audiniams galimybę esant poreikiui juo pasinaudoti.
Glikogeno molekulė yra šakota, kurioje gliukozės monomerai sujungti tam tikrais glikozidiniais ryšiais (žr. pav.).
Glikogeno molekulė - tai šakotas gliukozės liekanų polimeras; šakos, nutolusios maždaug per 10 gliukozės liekanų, sujungtų α-1,4-glikozidiniais ryšiais (1), šakojasi.
Šakotos struktūros glikogenas yra tirpesnis vandenyje, lyginant su taipogi šakota krakmolo struktūra, todėl greičiau panaudojamas.
Glikogenas audinių ląstelėse kaupiamas granulėmis, jų dydis gali būti nuo 10 nm iki 40 nm, o jų kiekis priklauso nuo mitybos.
Pvz., tyrimų metu nustatyta, kad gerai maitinamų eksperimentinių žiurkių kepenyse glikogeno yra daug, o badaujančių - mažai.
Daugelis jėgos sporto atstovų žino, kuo raumenyse yra daugiau glikogeno, tuo jie labiau bus didesni, o jų formą atrodys dailiai apvali, o ne plokščia.
Glikogeno granulėse taipogi yra įterpti glikogeną sintetinantys ir skaidantys fermentai, bei kai kurie jo apykaitą reguliuojantys fermentai.
Šie visi fermentai yra svarbūs glikogeno metabolizme.
Glikogeno šakota struktūra lemia didelį kiekį galinių monomerų buvimą, dėl ko fermentams tik lengviau atskelti ar prijungti monomerus skaidant arba sintetinant glikogeną.
Fermentai gali veikti vienu metu keliose išsišakojusiose molekulės dalyse.
Po valgio, kuriame buvo gausu angliavandenių, kepenų glikogeno atsargos gali sudaryti maždaug 5 % jų masės.
Raumenyse šis procentas mažesnis, apie 1 %, bet bendra raumenų audinio masė žymiai didesnė ir todėl bendras glikogeno kiekis raumenyse du kartus didesnis negu kepenyse.
Glikogenas gali būti sintetinamas daugelyje ląstelių, pvz., neuronuose, makrofaguose, riebalinio audinio ląstelėse, bet jo kiekis šiose ląstelėse nežymus.
Normalaus žmogaus organizme glikogeno gali būti iki 450 g.
Dabar nesigilinant į glikogeno biocheminio metabolizmo nuodugnumus reikia pasakyti, kad glikogeno skilimas kepenyse pagrinde palaiko gliukozės lygį kraujyje postabsorbciniu periodu.
Todėl glikogeno kiekis kepenyse kinta priklausomai nuo mitybos ritmo.
Ilgai badaujant jis mažėja beveik iki nulio.
Raumenų glikogenas naudojamas kaip gliukozės rezervas, t.y. energijos šaltinis raumenų susitraukinėjimams.
Raumenų glikogenas nėra naudojamas palaikyti gliukozės lygiui kraujyje.
Raumenyse nėra tam tikro fermento ir laisvos gliukozės susidarymas negalimas.
Glikogeno eikvojimas raumenyse pagrinde priklauso nuo fizinės apkrovos.
Beje, glikogeno skaidymas vadinamas glikogenolize.
Jau minėta glikolizė yra gliukozės skaidymas (skaidymo reakcijos) ir taip gaunama energija.
Glikogenolizė yra rezervinių gliukozės atsargų glikogeno skaidymas iki gliukozės su tolimesniu energijos gavimu.
Tam, kad rezervas (glikogenas) aplamai kur nors būtų, jį reikia „padaryti” - glikogeno sintezė iš gliukozės vadinama glikogenogenezė.
O gliukoneogenezė yra gliukozės sintezė iš kitokių medžiagų, ne angliavandenių.
Glikogeno sintezė vyksta maisto virškinimo metu, maždaug 1-2 val po angliavandenių maisto suvalgymo.
Reiktų pažymėti, kad glikogeno sintezė iš gliukozės, kaip ir bet koks anabolinis procesas, reikalauja energijos eikvojimo.
Pavalgius, gliukozė yra absorbuojama žarnyne ir krauju patenka į audinius.
Gyvūnų organizme glikogenas sintetinamas beveik visuose audiniuose, tačiau aktyviausiai šis procesas vyksta kepenų ir griaučių raumenų ląstelėse.
Kaip minėta, glikogeno struktūra yra išsišakojusi, tokiu būdu, glikogeno sintezės metu atsišakojimų ar atšakų skaičius gali keliskart padidėti.
Grandžių galai tarnauja kaip molekulės augimo taškai - esant sintezės procesams, bei pradžia - esant skilimo procesams.
Glikogeno skaidymas ir jo sintezė vyksta kaip atsakas į gliukozės poreikį organizme.
Biologinė glikolizės ir glikogenolizės reikšmė yra didelė.
Anaerobinėmis sąlygomis šie procesai gali gaminti ATP, reikalingą ne tik atskirų ląstelių, bet ir viso organizmo gyvybinėms funkcijoms.
Be to, tarpiniai glikolizės produktai (pvz., laktatas), yra panaudojami įvairiems biosintezės procesams.
Beje, gliukozės kaupimo glikogeno pavidalu ir jo skilimo procesai turi būti suderinti su organizmo poreikiais gliukozėje kaip energijos ištekliumi.
Glikogeno metabolizme procesų krypties pakitimus nulemia reguliaciniai mechanizmai, kuriuose dalyvauja hormonai.
Glikogeno sintezės ir kaupimo procesų persijungimas vyksta keičiantis absorbciniam periodui į postabsorbcinį arba iš organizmo poilsio būklės pasikeitimu į fizinio darbo režimą.
Šių metabolizmo kelių pasikeitimuose kepenyse dalyvauja hormonai insulinas, gliukagonas ir adrenalinas, raumenyse - insulinas ir adrenalinas.
Pirminis insulino ir gliukagono sintezės ir sekrecijos signalas yra gliukozės lygio pakitimas kraujyje.
Gliukozės koncentracijos kraujyje lygis normoje yra 3,3-5,5 mmol/l (60-100 mg/100ml).
Insulinas - baltyminis hormonas, sintetinamas ir išskiriamas į kraują kasos Langerhanso salelių β-ląstelėmis.
β-ląstelės yra jautrios gliukozės kiekio kraujyje pakitimams ir išskiria insuliną po valgio padidėjus jos kiekiui.
Nešamasis baltymas (GLUT2), kuris pasirūpina gliukozės patekimu į β-ląsteles, gliukozę perneša tik tuomet, kai jos kiekis kraujyje viršys normos ribą (daugiau nei 5,5 mmol/l).
Insulinas mažina gliukozės koncentraciją kraujyje, greitindamas gliukozės pernašą iš kraujo į raumenų ir riebalinio audinio ląsteles.
Insulinas valdo genų raišką ir fermentų, lemiančių gliukozės ir lipidų metabolizmą, aktyvumą (aktyvina arba slopina).
Jis taip pat greitina medžiagų perteklio virtimą riebalais.
Veikiant insulinui didėja fermentų, katalizuojančių vyksmus, aktyvumas, kurie mažina gliukozės koncentraciją ląstelėje - greitėja glikogeno sintezė kepenyse ir raumenyse, greitėja riebalų rūgščių biosintezė kepenyse ir riebaliniame audinyje, baltymų biosintezė, kepenyse aktyvinama glikolizė.
Angliavandeniai ir sportas
Po treniruotės raumenims reikalingas poilsis, atsistatymo periodas, t.y. laikas atstatyti raumenų glikogeną.
Ypač šis poreikis išryškėja pirmosiomis valandomis po treniruočių, kai glikogeno saugyklos visai tuščios.
Šiuo metu raumenų kraujotaka itin suaktyvėjusi ir raumenų ląstelės gerai pasisavina gliukozę.
Be viso to, jos ypač jautrios insulino lygio pakitimams, prasideda glikogeno sintezė.
Šios priežastys pakankamai svarbios, todėl iškart po treniruotės reiktų suvartoti angliavandenių kartu su baltymais.
Energijos atstatymui po treniruotės labiausiai tinka angliavandeniai su aukštu glikeminiu indeksu, kurie organizme greit pasisavinami.
Žinoma tai itin tinka auginant raumenų masę, o tam geriausiai pasitarnaus skysti sportiniai kokteiliai.
Tai nėra panacėja, galima suvartoti ir kitokių greitų angliavandenių, pvz., medaus su baltymais arba tiesiog suvalgyti kietą maistą (ryžius ir pan.).
Bet tokiu atveju laikotarpis, kol angliavandeniai bus virškinami ir gabenami į kraują, žymiai pailgėja, todėl tam tikras palankus laiko momentas jau bus prarastas arba blogiausiu atveju šiek tiek pavėluotas.
Aplamai, skysti angliavandenių gėrimai yra neblogas dalykas papildyti dienos angliavandenių kiekį, ypač kai po sunkios treniruotės nėra visai noro valgyti.
Tokiame kokteilyje gausu gliukozės, kuri padės greit atstatyti glikogeno atsargas.
Kai kuriuose iš jų vietoj gliukozės būna fruktozė, kuri raumenų glikogeno atsargas atstatinėja ne taip greitai kaip gliukozė.
Todėl po treniruotės reiktų stengtis vengti tokių gėrimų.
Vaisiams tai netaikytina, kadangi juose yra gliukozės ir fruktozės mišinys.
Kiek vėliau, po treniruotės, reiktų maždaug kas dvi valandas nepamiršti valgyti angliavandenius su žemesniu glikeminiu indeksu, visiškam glikogeno atsargų atstatymui.
Nors angliavandeniai, iš visų maistinių medžiagų, energijos išskyrimo procesuose dalyvauja aktyviausiai, jie dalyvauja ir raumeninės masės bei riebalų deginimo procesuose.
Pusės kilogramo raumeninės masės užauginimui yra sunaudojama apie 2500 kilokalorijų.
Šiaip, tai nemažas kiekis energijos, kurios geriausiu ištekliu yra angliavandeniai.
Jie organizmui tiekdami pačią geriausią ir greičiausią energiją padeda išsaugoti baltymų atsargas jų tikrosios funkcijos atlikimui, t.y. auginti ir atstatyti kūno audinius, tame tarpe ir raumeninę.
Svarbiausias mitybos faktorius auginant raumeninę masę yra kalorijos.
Ypač svarbios yra gaunamos iš angliavandenių.
Raumenų auginimui reikia griežtos jėgos treniruočių programos.
Šiam reikalui yra reikalingas didelis energijos kiekis, ką geriausiai ir parūpina angliavandeniai.
Mitybos racionas su padidintu angliavandenių kiekiu užtikrina maksimalų raumenų aprūpinimą glikogenu.