Тема: переваривание и всасывание углеводов. Обмен гликогена.

 

Углеводы – это многоатомные альдегидо - или кетоспирты или их полигликозиды.

Классификация

      По способности к гидролизу на мономеры все углеводы делят на:

1. Моносахариды – углеводы, которые не гидролизуются с образованием более простых углеводов;                                                                                                                  Моносахариды по положению оксогруппы делятся:
• Альдозы (рибоза, ксилоза, глюкоза),
• Кетозы (рибулоза, ксилулоза, фруктоза)

Моносахариды по количеству атомов углерода делятся на:

· Триозы (глицериновый альдегид),

· Тетрозы (эритроза)

· Пентозы (рибоза, ксилоза),

· Гексозы (глюкоза, галактоза, фруктоза)

· Гептозы

· Октозы

1. Дисахариды – углеводы, которые гидролизуются до 2х моносахаридов. Представители: лактоза, мальтоза, изомальтоза.
2. Олигосахариды – углеводы, которые гидролизуются с образованием 2-10 моносахаридов.

Олигосахара являются фрагментами гликолипидов, гликопептидов.

1. Полисахариды – углеводы, при гидролизе которых образуется более 10 моносахаридов (от десятков до несколько тысяч).

Полисахариды по продуктам гидролизы делятся:

• Гомополисахариды - полимеры, состоящие из одного мономера, которые гидролизуются с образованием одного вида моносахарида (гликоген, крахмал).
• Гетерополисахариды - полимеры, состоящие из биозных фрагментов, которые гидролизуются с образованием несколько видов моносахаридов (гиалуроновая кислота, гепарин, ходроитинсульфаты, гепарансульфаты, кератансульфаты).

Примечание

* В ди -, олиго- и полисахаридах моносахариды соединены о-гликозидной связью. Обычно эта связь образуется между гликозидной группой одного моносахарида и гидроксильной группой у 4-го атома углерода следующего моносахарида (1,4-гликозидная связь). Гликозидная связь гидролизуется в кислой среде и под действием специфических ферментов.

Физико-химические свойства углеводов. Их представители

Моносахариды

1. Нейтральные бесцветные кристаллические вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимы в воде, имеют низкую температуру плавления.

2. Моносахариды содержат хиральные атомы углерода, благодаря которым они обладают оптической изомерией. У человека практически все моносахариды имеют D-форму. Графически моносахариды изображаются согласно правилу Фишера (проекция Фишера).

3. Моносахариды вступают в химические реакции, свойственные карбонильной и гидроксильной группам.

4. При окислении альдегидной и гидроксильной группы у последнего атома углерода альдозы превращаются в кислоты (оновые, аровые, уроновые).

5. При восстановлении оксогруппы (альдегидной или кето) альдозы и кетозы превращаются в многоатомные спирты.

6. У моносахаридов оксогруппа и гидроксильная группа у удаленного атома углерода (С4, С5) способны обратимо вступать в реакцию с образованием полуацеталя. В результате моносахарид образует циклическую форму (фуранозный 5-членный или пиранозный 6-членный цикл). В этой реакции возникает новый хиральный атом, который называется аномерный. Благодаря этому хиральному атому у моносахарида появляется дополнительно 2 оптических изомера α- и β-аномера. Графически о циклическая форма моносахарида изображается правилам Хеуорса (формула Хеуорса). Находящаяся у аномерного атома - ОН группа называется гликозидной, благодаря отрицательному индуктивному эффекту со стороны кислорода, находящимся в фуранозном или пиранозном цикле, она обладает большей реакционной способностью по сравнение с обычной гидроксильной группой – ОН.

 

Название	Формула отрытая (проекция Фишера)	Формула циклическая (формула Хеуорса)
Рибоза	D-Рибоза
Глюкоза	D-Глюкоза	β-D-Глюкопираноза  α-D-Глюкопираноза
Галактоза	D-Галактоза	α-D-Галактопираноза
Фруктоза	D -Фруктоза	β-D-фруктофураноза

Производные моносахаридов

Уроновые кислоты-органические вещества, относящиеся к моносахаридам, отличаются присутствием карбоксильной группы (– COOH) вместо первичной гидроксильной (– CH₂OH). Входят в состав глюкополисахаридов.

                                       

Фукоза- 6-дезоксигалактоза, моносахарид, относящийся к дезоксигексозам. Входит в состав олигосахаров, определяет группы крови и антигенную специфичность тканей.

                                                

Нейраминовая кислота-5-амино-3,5-дезокси-D-глицеро-D-галактононулозоновая кислота, производное ПВК и гексоз. Входит в состав гликолипидов и гликопротеидов, участвует в связывании вирусов и нейротоксинов.

 

Сиаловые кислоты - одноосновные полиоксиаминокислоты, производные нейраминовой кислоты. Входят в состав олигосахаров в качестве концевых фрагментов гликопротеинов и гликолипидов, определяющих антигенные свойства ткани.              

Дисахариды

1. По физико-химическим свойствам дисахариды похожи на моносахариды. Это нейтральные бесцветные кристаллические вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимы в воде, имеют низкую температуру плавления.
2. В дисахаридах моносахариды соединены через гликозидную связь. Благодаря гликозидной группе дисахариды способны к гидролизу (условие кислая среда или действие специфического фермента) с образованием 2 моносахаридов.
3. Если гликозидная группа у второго моносахарида свободна, то дисахарид способен окислятся до бионовой кислоты (лактоза → лактобионовая кислота). Такой дисахарид называется редуцирующим. Если две гликозидных группы заняты образованием гликозидной связи, то такой дисахарид не окисляется и называется нередуцирующим (сахароза).

 

Название	Формула циклическая (формула Хеуорса)
β-лактоза	β-Лактоза (связь в-1, 4)
Сахароза	Сахароза (связь α-1, 2)
Мальтоза	Мальтоза (связь α-1, 4)

Полисахариды

1. Это нейтральные (гликоген, крахмал) или кислые (хондроитинсульфаты) белые аморфные вещества, как правило, плохо растворимые или нерастворимые в воде.
2. Как и дисахариды, полисахариды состоят из моносахаридов соединенных гликозидной связью, благодаря чему способны к гидролизу в кислой среде или под действием ферментов с образованием моносахаридов.

 

Название	Формула циклическая (формула Хеуорса)
Крахмал (амилоза + амилопектин)	Биозный фрагмент амилозы (связь α-1, 4)
	Фрагмент амилопектина (Основная связь α-1, 4, ветвление α-1, 6 через 20-25 остатков глюкозы)
Целлюлоза	Биозный фрагмент целлюлозы (связь β -1, 4)
Гликоген	Фрагмент гликогена (Основная связь α-1, 4, ветвление α-1, 6 через 8-12 остатков глюкозы)
Гиалуроновая кислота	биозный фрагмент гиалуроновой кислоты 1. D-глюкуроновая кислота ( β -1, 3) 2. N-ацетил- D-глюкозамин ( β -1, 4)
Хондроитин-6-сульфат	биозный фрагмент хондроитин-6-сульфата 1. D-глюкуроновая кислота ( β -1, 3) 2. N-ацетил- D-галактозамин-6-сульфат ( β -1, 4)
Гепарин	биозный фрагмент гепарина (α1-4 связь) 1. D-глюкуроновая кислота (α-1, 4) 2. N-ацетил- D-глюкозозамин- 6-сульфат ( β -1, 4)

Функции углеводов

Моносахариды – углеводы, которые не гидролизуются до более простых углеводов.

Моносахариды

· выполняют энергетическую функцию (образование АТФ).

· выполняют пластическую функцию (участвуют в образовании ди -, олиго-, полисахаридов, аминокислот, липидов, нуклеотидов).

· выполняют детоксикационную функцию (произ­водные глюкозы, глюкурониды, участвуют в обезвреживании токсичных метаболитов и ксенобиотиков).

· являются фрагментами гликолипидов (цереброзиды).

Дисахариды – углеводы, которые гидролизуются на 2 моносахарида. У человека образуется только 1 дисахарид - лактоза. Лактоза синтезируется при лактации в молочных железах и содержится в молоке. Она является:

· источником глюкозы и галактозы для новорожденных;

· участвует в формировании нормальной микрофлоры кишечника у новорожденных.

Олигосахариды – углеводы, которые гидролизуются на 3 - 10 моносахаридов.

Олигосахариды являются фрагментами гликопротеинов (ферменты, белки-транспортёры, белки-рецепторы, гормоны), гликолипидов (глобозиды, ганглиозиды). Они образуют на поверхности клетки гликокаликс.

Полисахариды – углеводы, которые гидролизуются на 10 и более моносахаридов. Гомополисахариды выполняют запасающую функцию (гликоген – форма хранения глюкозы). Гетерополисахариды (ГАГ) являются структурным компонентом межклеточного вещества (хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота), участвуют в пролиферации и дифференцировке клеток, препятствуют свертыванию крови (гепарин).

Углеводы пищи. Нормы и принципы нормирования в суточной пищевой потребности. Биологическая роль. В пище человека в основном содержатся по­лисахариды — крахмал, целлюлоза растений, в меньшем количестве - гликоген животных. Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свёкла, сахарный тростник.Лактоза поступает с молоком млекопитающих (в коровьем мо­локе до 5% лактозы, в женском мо­локе — до 8%). Фрукты, мёд, соки содер­жат небольшое количество глюкозы и фруктозы. Мальтозаесть в солоде, пиве.

Углеводы пищи являются для организма человека в основном источником моносахаридов, преимущественно глюкозы. Некоторые полисахариды: целлюлоза, пектиновые вещества, декстраны, у человека практически не перевариваются, в ЖКТ они выполняют функцию сорбента (выводят холестерин, желчные кислоты, токсины и д.р.), необходимы для стимуляции перистальтики кишечника и формирования нормальной микрофлоры.

Углево­ды — обязательный компонент пищи, они составляют 75% массы пищевого рациона и дают более 50% необходимых калорий. У взрослого человека суточная потребность в углеводах 400 г/сут, в целлюлозе и пектине до 10-15 г/сут. Рекомендуется употреблять в пищу больше сложных полисахаридов и меньше моносахаров. У детей потребность в углеводах и других химических пищевых веществах рассчитывается в зависимости от возраста (табл. 3)

Таблица 3. Суточная потребность в питательных веществах у детей раннего возраста

Возраст, мес.	Энергия, ккал/кг	Белки, г/кг		Жиры, г/кг		Углеводы, г/кг
		Всего	в т.ч. животные	Всего	в т.ч. растительные
0-3	115-125	2-4	2-4	6,5	-	13
4-6	110-115	2-4	2-4	6	3	13
7-12	105-110	2-4	1,5-3	5,5	3	13

 

 У детей первого года жизни содержание углеводов, обеспечивающее потребность в калориях, составляет 40%. После года оно возрастает до 60%. В первые месяцы жизни потребность в углеводах покрывается за счет молочного сахара - лактозы, входящей в состав женского молока. При искусственном вскармливании с молочными смесями ребенок также получает сахарозу и мальтозу. После введения прикорма в организм начинают поступать полисахариды (крахмал, частично гликоген), которые в основном покрывают потребности организма в углеводах. Для детей суточная потребность глюкозы равна 2-4 г/кг массы тела.

Переваривание углеводов

Переваривание - это процесс гидролиза веществ до их ассимилируемых форм. Переваривание бывает:

1) Внутриклеточное (в лизосомах);

2) Внеклеточное (в ЖКТ):

а) полостное (дистантное);

б) пристеночное (контактное).