Для жизнедеятельности организму необходима энергия. Глюкоза – основной источник энергии. Глюкоза необходима клеткам организма не только как источник энергии, но и как строительный материал, вещество необходимое для осуществления биохимических процессов, без которых нормальная функция клеток организма невозможна. Источник глюкозы – пищевые углеводы. Потребность организма в пищевых углеводах составляет около 400 г в сутки. Глюкоза депонируется, хранится в организме в виде гликогена, а её избыток превращается в жирные кислоты. Жирные кислоты депонируются, хранятся в организме в адипоцитах – в клетках жировой ткани в виде триглицеридов (жиров). При избыточном употреблении с пищей углеводов количество жировой ткани будет увеличиваться как за счёт жирных кислот полученных от пищевого жира, так и за счёт жирных кислот образованных от избыточного количества глюкозы, полученной от пищевых углеводов.
Пищевые углеводы не могут быть использованы клетками организма, поэтому в желудочно-кишечном тракте они подвергаются расщеплению на составляющие компоненты. Это расщепление происходит, в основном, в тонком кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы в присутствии желчи, образованной клетками печени и поступившей в тонкий кишечник по жёлчевыводящим путям.
Пищевые углеводы состоят, в основном, из полисахаридов (крахмал, гликоген, сахароза, целлюлоза) и частично из моносахаридов (глюкоза, фруктоза). Моносахариды – простая (первичная) форма сахаридов. Молекула полисахаридов состоит из одинаковых или разных молекул моносахаридов, соединённых между собой. В кровь из тонкого кишечника могут поступить только моносахариды. Поэтому пищевые полисахариды расщепляются в тонком кишечнике (за исключением целлюлозы) с помощью ферментов: -амилаза, изомальтаза, олиго-1,6-глюкозидаза, сахараза, лактаза, гликоамилазный комплекс до простых углеводов (моносахаридов). Например, крахмал, гликоген расщепляются до мальтозы; мальтоза расщепляется до глюкозы; сахар (сахароза, пищевой сахар) расщепляется до глюкозы и фруктозы; лактоза (молочный сахар) расщепляется до глюкозы и галактозы. Основным конечным продуктом расщепления пищевых углеводов становятся, в основном, глюкоза и в меньшем количестве другие моносахариды: фруктоза, галактоза. Глюкоза из желудочно-кишечного тракта всасывается в кровь и используется из крови всеми клетками организма. Фруктоза, галактоза частично энтероцитами (клетками тонкого кишечника), но в основном, гепатоцитами (клетками печени) превращается в -D-глюкозу. Большинству клеток организма для того, чтобы глюкоза попала в клетку, необходим гормон инсулин, который синтезируется и выделяется в кровь бэта клетками (клетками Лангенгарса) поджелудочной железы. Количество синтезируемого и выделяемого в кровь инсулина регулируется количеством глюкозы в крови. Чем больше количество глюкозы в крови, тем больше синтезируется и выделяется в кровь инсулина. Большинство клеток организма на своей поверхности (на клеточных мембранах) содержат белки, с которыми соединяется инсулин. Эти белки называются инсулиновыми рецепторами, а клетки, обладатели этих рецепторов, – инсулинозависимыми. При соединении инсулина с инсулиновыми рецепторами на поверхность клетки поднимаются другие белки, которые называются глюкозными транспортёрами (ГлюТ). ГлюТ цепляют молекулу глюкозы и затаскивают её во внутрь клетки. В результате этих соединений глюкоза проникает внутрь клетки. Примечание: процесс проникновения в клетку фруктозы не является инсулинозависимым, то есть происходит без участия инсулина. Нейроны (клетки нервной ткани), ткани глаза (стекловидное тело, хрусталик, сетчатка), клетки почечных клубочков, эндотелиоциты (клетки кровеносных сосудов), семенники (клетки яичек), эритроциты (красные кровяные тельца крови) не являются инсулинозависимыми, потребляют глюкозу в соответствии со своими потребностями без участия инсулина.
Организм контролирует количество (концентрацию) глюкозы в крови. Концетрация глюкозы в крови относительно постоянна, имеет верхний и нижний уровень допустимого колебания: 3,5 – 6 ммоль / литр. Отклонение на протяжении длительного времени концентрации глюкозы в крови больше 6 ммоль/л (гипергликемия) или ниже 3 ммоль/л (гипогликемия) нарушает здоровье организма.
После приёма пищи концентрация глюкозы в крови увеличивается выше допустимого уровня. Это состояние называется алиментарной (пищевой) гипергликемией. Оно носит временный характер и продолжается в норме не более 2 часов, после чего концентрация глюкозы в крови нормализуется. При алиментарной гипергликемии возникает алиментарная гиперинсулинемия – количество инсулина в крови увеличивается – бэта клетки поджелудочной железы прямо пропорционально к увеличению концентрации глюкозы в крови начинают синтезировать и выделять в кровь инсулин. Инсулин соединяется с инсулиновыми рецепторами клеток – глюкоза из крови поступает в клетки организма и превращается в полисахарид гликоген. Концентрация глюкозы в крови уменьшается. Гликоген – полисахарид, форма хранения глюкозы в организме, хранилище, запасы глюкозы в организме. Процесс превращения глюкозы в гликоген называется гликогенез. Гликогенез инсулинозависим, так как для его осуществления необходим инсулин. Внутриклеточные запасы гликогена минимальны. Поэтому клетки нуждаются в постоянном притоке глюкозы. Основные запасы гликогена находятся в печени и в скелетных мышцах в виде внеклеточного отложения гликогена. Возможности организма по накоплению глюкозы в виде гликогена ограничены – запасы гликогена в организме составляют всего около 300 г (обеспечивает потребности организма в глюкозе не более суток). Поэтому глюкоза, которая не может быть депонирована в виде гликогена, превращается клетками печени и частично адипоцитами (клетками жировой ткани) в жирные кислоты. Жирные кислоты депонируются в адипоцитах в виде жиров (триглицеридов – соединение одной молекулы глицерола (глицерина) с тремя молекулами жирных кислот), количество жира в адипоцитах (в жировой ткани) увеличивается. Процесс образования внутриклеточного жира (триглицеридов) из глицерола (глицерина) и жирных кислот называется липогенез. Чем выше алиментарная гипергликемия, тем больше глюкозы депонируется в жировой ткани в виде жиров. Самую высокую гипергликемию дают легкоусвояемые углеводы. Их также называют быстрыми углеводами. Эти углеводы имеют самый высокий гликемический индекс. К пищевым углеводам с самым большим гликемическим индексом относятся: пиво, алкоголь, пищевой сахар, картофель (отварной, жаренный, чипсы), рисовая каша быстрого приготовления, кукурузные хлопья, попкорн, белый хлеб, морковь отварная, мюсли с орехами и изюмом, арбуз, дыня, кока-кола, фанта, спрайт, мармелад, джем, конфеты, пирожные, другие кондитерские изделия, макаронные изделия и другие.Избыточное потребление с пищей быстрых (легкоусвояемых) пищевых углеводов на протяжении длительного времени даже при отсутствии жиров в пище приводит сначала к избыточному весу, а затем к ожирению.
Глюкоза – наименее трудоёмкий для организма источник энергии. Поэтому глюкоза является основным источником энергии для всех клеток организма, а для некоторых клеток организма, например эритроцитов (красных кровяных телец), единственным. Нейроны (нервные клетки) головного мозга, сердечная мышца (миокард), а также при физической нагрузке скелетные мышцы – самые большие потребители глюкозы в организме. Суточная потребность нейронов в глюкозе составляет 120 г в сутки. Около 70 % потребности организма в энергии удовлетворяется глюкозой. Энергия образуется при окислении глюкозы. Этот процесс называется гликолиз. Образованная при гликолизе энергия аккумулируется в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), то есть используется для синтеза АТФ. АТФ используется всеми клетками организма для осуществления биохимических процессов протекающих с затратами энергии, является универсальным источником энергии для всех клеток организма.
При уменьшении концентрации глюкозы в крови ниже допустимого уровня происходит расщепление гликогена с образованием глюкозы и поступлением глюкозы в кровь. Наибольшие запасы гликогена в организме в скелетных мышцах и в печени. Гликоген скелетных мышц используется как источник глюкозы для самих мышц. Гликоген печени используется как источник глюкозы для поддержания концентрации глюкозы в крови в пределах допустимого уровня. Процесс расщепления гликогена с образованием глюкозы называется гликогенолиз или мобилизация гликогена. При уменьшении концентрации глюкозы в крови ниже допустимого уровня, синтез и выделение в кровь инсулина прекращается. Взаимосвязано уменьшается поступление в клетки организма глюкозы и жирных кислот, прекращается внутриклеточный синтез гликогена и триглицеридов (жира). Одновременно клетки поджелудочной железы начинают синтезировать и выделять в кровь гормон глюкагон. Глюкагон соединяется в рецепторами клеток. В результате этого соединения происходит активизация ферментов ответственных за расщепление гликогена до глюкозы. Под действием этих ферментов происходит гликогенолиз – расщепление гликогена с образованием глюкозы и поступление глюкозы в кровь, концентрация глюкозы в крови увеличивается, синтез глюкагона уменьшается, а синтез инсулина возобновляется. С целью поддержания концентрации глюкозы в крови в пределах допустимых уровней в организме постоянно происходит чередование процессов гликогенеза и гликогенолиза. Подобное глюкагону оказывают действие гормоны катехоламины (адреналин, норадреналин), гормоны щитовидной железы, соматотропный гормон. Физическая работа, стресс, увеличение тонуса симпатической вегетативной нервной системы активируют гликогенолиз, так как приводят к увеличению в крови количества адреналина. Гормоны глюкокортикоиды уменьшают постуление глюкозы в клетки организма, а, следовательно, тормозят гликогенез – синтез гликогена. Все эти гормоны имеют свои индивидуальные рецепторы на поверхности клеток, через соединение с которыми они влияют на внутриклеточные ферментативные системы ответственные за гликогенез или гликогенолиз.
Для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови гепатоциты (клетки печени) могут синтезировать (образовывать) глюкозу из неуглеводных веществ: лактата (молочной кислоты), пирувата (пировиногадной кислоты), глицерина (глицерола), кетокислот, аминокислот. Этот процесс называется глюконеогенез. Осуществлять глюконеогенез, кроме гепатоцитов, могут также клетки почек. Активатором глюконеогенеза является глюкагон, а также глюкокортикоиды.
Похожие статьи по теме:
Новые статьи по данной теме:
Еще статьи по данной тематике: