©®Артлайф Беларусь
Первый вопрос который мы с вами рассмотрим в нашем курсе - Биохимические процессы превращение продуктов в базовые компоненты питания, и в первую очередь жиров, белков, углеводов.
Начнем с обмена углеводов, и сразу определимся, что говорим мы только о тех углеводах, которые являются пищевыми и используются в питании.
Углеводный обмен – совокупность процессов преобразования и использования углеводов.
Углеводы — наиболее широко распространенные пищевые вещества. Содержание их в пище в среднем доходит до 70 %, они представляют собой главный источник энергии. По своему строению углеводы делятся на моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (свекловичный сахар, лактоза), полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка).
Наиболее полно усваиваются организмом моносахариды. Сахар и крахмал усваиваются несколько медленнее. Клетчатка практически не усваивается организмом, но играет положительную роль в пищеварении, способствуя перистальтике кишечника.
Основное количество углеводов поступает в организм в виде полисахаридов растительной пищи. После гидролиза и всасывания углеводы используются для удовлетворения энергетических потребностей. В среднем за сутки человек принимает 400— 500 г углеводов, из которых 350—400 г составляет крахмал, 50— 100 г моно- и дисахариды. Избыток углеводов депонируется в виде жира.
Главным источником углеводов являются продукты растительного происхождения — сахар, крупы, хлеб, картофель.
Самым простым углеводом является глюкоза, которая не является продуктом питания сама по себе. Углеводы поступают в организм человека в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза или фруктоза и др. Все эти вещества распадаются в процессе пищеварения до простого сахара глюкозы, всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь. Глюкоза необходима для нормальной работы мозга. Снижение содержания глюкозы в плазме крови с 0,1 до 0,05 % приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели.
Самый простой элемент, который является продуктом питания – это сахароза или что мы обычно в быту называем просто сахаром. Сахароза в нашем кишечнике распадается на два простых вещества – глюкозу и фруктозу.
Кроме простых сахаров, имеющих одну-две молекулы, в нашем питании содержаться так называемые – полисахариды. Полисахариды - углеводы, которые при гидролизе дают более шести молекул моносахаридов (крахмал, гликоген, клетчатка).
Это большие компоненты и для их переваривания требуются активные ферменты тонкого кишечника. Этот процесс ступенчатый, крахмалы распадаются сначала на мелкие фрагменты - декстрины, а те в свою очередь распадаются на более мелкие три-, ди-сахара и наконец до глюкозы.
Часть глюкозы превращается в полисахарид гликоген, который является животным крахмалом, хотя гликоген мы в основном получаем все-же из животной пищи, и хотя он и похож на обычный крахмал, он имеет другую, очень разветвленную структуру. В печени и мышцах гликоген откладывается в резерв. По мере необходимости гликоген мобилизуется из депо и превращается в глюкозу, которая поступает к тканям и используется ими в процессе жизнедеятельности.
Содержание гликогена в печени составляет 150–200 г.
К углеводам также относиться и целлюлоза, или клетчатка. Она очень хорошо представлена практически во многих продуктах питания. К полисахаридам, сахарам чтобы было понятнее, относятся также:
- пектин, полисахарид фруктов - особенно яблок,
- полисахариды грибов (глюканы) и обычно эти полисахариды имеют больше фармакологическое значение, чем пищевое, хотя грибы широко используются в пище, причем не только наши грибы, но и в последнее время широко применение китайских грибов – шиитаке и майтаке.
Есть еще различные сахариды, полисахариды, и мы не будем на них останавливаться, так как не все они применяются в питании, а мы говорим именно о питании, использовании сахаров в нашем рационе. И мы, например, кратко, проследим путь крахмала, начиная от ротовой полости и заканчивая всасыванием.
Крахмал начинает расщепляться уже в ротовой полости, вернее он раньше там расщеплялся, когда человек никуда не спешил, спокойно и медленно пережёвывал пищу. Амилаза слюны расщепляла крахмал, кстати Вы это можете попробовать сделать прямо сейчас, выбрать время и долго жевать белый мякиш хлеба или булочки. И через какое-то время Вы почувствуете сладкий привкус во рту, поскольку идет расщепление с образованием глюкозы. У современного человека этот путь расщепления практически отсутствует, поскольку никто не жует так долго. Раньше, нас прямо в начальных классах все время учили тщательно пережёвывать пищу, помню даже в столовых были лозунги «Тщательно пережёвывая пищу – ты помогаешь государству» … ну или что-то типа этого, и это было не только у Ильфа и Петрова. Крахмал в желудке не расщепляется, он поступает в щелочную среду кишечника и туда-же поступает сок поджелудочной железы с амилазой поджелудочной железы. Это основной фермент, который участвует в расщеплении крахмала. Расщепление крахмала происходит в 12-ти перстной кишке, далее в тонком кишечнике фрагменты, остатки крахмала, расщепляются целым рядом других ферментов до глюкозы. Глюкоза уже всасывается и благодаря специальным системам переноса, поступает в кровь.
Крахмалы, и именно во множественном числе, потому что крахмалы по своей структуре, технологии изготовления, технологии получения из них продуктов питания – очень сильно отличаются. И они являются распространённым продуктом нашего питания, и к сожалению, мало учитывается структура крахмала, например, при снижении веса — это очень важно учитывать какой крахмал употребляется.
Что касается целлюлозы или клетчатки, которая представлена во многих продуктах нашего рациона питания, в зерновых продуктах прежде всего, то клетчатка не расщепляется ни в ротовой полости, ни в желудке, ни в тонком кишечнике, а подвергается расщеплению микробными ферментами толстого кишечника, и по сути, фактически является питанием для бактерий толстого кишечника, которые играют важную роль в нашем организме. Потребляя клетчатку, мы кормим наших симбионтов. Клетчатки также много содержится в растительной пище, только надо учитывать то, что все же клетчатка мало усваивается нашим организмом, в отличии от жвачных животных, у которых совершенно другая структура кишечника и системы пищеварения. Мы об этом говорить не будем, так как говорим о питании человека и должны учитывать потребности и возможности нашего организма. Долгое время клетчатка считалась балластом в нашем рационе, только лишь увеличивающем вес и объем продукта. На самом деле это не так, клетчатка нам нужна для других целей, и мы это будем рассматривать в другой лекции про микрофлору кишечника, про и пребиотики.
Пектин, к примеру яблочный пектин, грейпфрутовый – это допускаемые группы пектина, тоже расщепляется в толстом кишечнике нашего организма. И тоже под влиянием кишечной микрофлоры. И конечно очень важно какая это микрофлора, нормальная или патологическая. Долгое время считалось, что пектин вообще не расщепляется, а только набухает, теперь доказано, что благодаря деятельности микрофлоры кишечника он расщепляется и продукты его расщепления - Полигалактуроновые кислоты, поступают в кровь и далее поступать в наши органы. При этом они выполняют очень важные очистительные функции. К этому вопросу мы вернемся в лекции по эндоэкологии.
Это кратко о процессе переваривания, а нас интересует, что дальше происходит с глюкозой.
После того как она попала в кровь, она захватывается всеми органами, которым нужна энергия и это прежде всего система мозга, который до 80% получает энергии за счет глюкозы. Часть глюкозы, вернее энергии от ее переработки, расходуется на работу сердечной мышцы, на энергию работающей мышечной ткани, а это не только физическая работа руками и ногами, это и желудок, и язык и легкие. Слишком большое содержание глюкозы в крови уже является патологией. И вы должны понимать, насколько важна физическая нагрузка для профилактики диабета.
Часть глюкозы запасается нашим организмом, который генетически предрасположен для создания запасов пищи, и прежде всего откладывается в печени в виде гликогена (животного крахмала) и в печени может откладываться до 300 г гликогена. Это не так уж и много, и запасов глюкозы, ели она используется для работы организма, хватит в лучшем случае на сутки. И часть глюкозы запасается в мышцах (гликоген является основным поставщиком энергии для мышечного сокращения). Когда начинается расход гликогена при выполнении большой физической работы и его не хватает, то печень, как говорят биохимики –альтруистически, начинает отдавать свои запасы гликогена для поддержания мышечной деятельности.
С одной стороны, это нормальный физиологический процесс, однако, когда такой человек, выработанный физически, попадает в токсические условия, к примеру различные химически вредные производства, то он очень легко может отравиться даже при незначительной дозе вредных веществ, из-за отсутствия гликогена в организме. Почему так происходит, это мы рассмотрим в других лекциях.
И так мы определились, что гликогена хватает нашему организму не на долго, а другой широко известный накапливающийся энергоноситель – жиры, и о них мы будем говорить в отдельной лекции. Причем жиров накапливается в нашем организме много, намного больше необходимого и это тоже серьезный вопрос.
Предствим – глюкоза поступила в кровь, она кстати очень хорошо растворяется в воде, и поэтому хорошо представлена в водной основе крови. Глюкоза химически активный элемент и при нормальной работе поджелудочной железы, и нормальном водно-щелочном обмене, уровень глюкозы в крови постоянный (0,10–0,15% или 3,3 – 5,5 мили моля на литр) и регулируется гормонами поджелудочной железы, в том числе инсулином. И даже при очень больших физических нагрузках, глюкоза в крови всегда постоянна! За счет чего это достигается, это отдельный большой вопрос, и мы будем рассматривать этот момент в лекции о питании спортсменов.
Глюкоза из крови захватывается различными клетками тканей нашего организма, причем очень важно знать, что для глюкозы в каждой клетке имеются специальные переносчики, потому что глюкоза через клеточные мембрана свободно не проходит. Она водорастворима, а клеточные мембраны липидные – жироподобные, не жировые, а жироподобные! Это разные вещества. Об этом подробно будет сказано в отдельной лекции. Глюкозу переносят активные белки переносчики – глюты, они так и называются, глют один, два, три…. Их n-ое количество. Транспорт глюкозы в клетку является облегченным за счет глютов, и в патологии данные белки могут работать не эффективно и не доставлять глюкозу нашим клеткам.
Глюкоза поступает в клетку, в водную часть клетки, называемую цитоплазмой или более правильно, цитозоль. Цитозоль – это жидкое содержимое клетки, и она является частью цитоплазмы. Строение клетки очень сложное и это отдельная лекция, поэтому не будем сейчас останавливаться на полном строении клетки.
В цитозоле начинаются биохимические превращения глюкозы. Для того чтобы начались глюкоза начала принимать участие в биохимических процессах, в разных процессах, и производство энергии и образовании других веществ, она должна пройти стадию активации. Потому что «свободная» глюкоза в биохимических процессах практически не участвует, за исключением одного в крови.
Как активируется глюкоза в цитоплазме, чтобы стать активной и начать использоваться в самых различных аспектах? Глюкоза взаимодействует с АТФ (Аденозинтрифосфорная кислота), это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах, в частности для образования ферментов, имеющий большое значение в обмене энергии и веществ в организмах.
Глюкоза + АТФ/Mg= Гл-6-фосфат
Глюкоза взаимодействует с молекулой АТФ в обязательном порядке в присутствии макроэлемента магния, при работе фермента гексокиназа, и в результате получается активированная глюкоза – Глюкоза-6-фосфат. Вот это процесс, который запускает все процессы превращения глюкозы, как ее сжигание – энергообразование, так и процессы образования других веществ, того-же гликогена. Это пусковая реакция, с нее все и начинается, и еще раз подчеркну, что обязателен магний и достаточное количество энергоносителя (АТФ)
Если глюкоза остается в цитозоле, то она подвергается бескислородному процессу превращения, который называется анаэробный процесс или гликолиз. По такому же пути, через глюкоза-6-фосфат, глюкоза превращается и в эритроцитах, и эритроциты получают свою энергию только за счет гликолиза.
Что происходит с глюкоза-6-фосфатом в процессе гликолиза? Это многостадийный, 12 стадий, процесс. Глюкоза, ступенчато, с использованием дополнительного количества АТФ, расщепляется на два остатка в которых содержится по три атома углерода, глюкоза содержит 6 атомов, а эти остатки пополам. Один продукт называется – фосфоглицериновый альдегид, второй – фосфодиоксиацетон. Которые в последующем становятся одним продуктом – фосфоглицериновым альдегидом. Сначала глюкоза распадается пополам, на два продукта, затем один преобразуется в другой, и дальше фосфоглицериновый альдегид претерпевает целый ряд превращений, давая в конечном этапе пировиноградную кислоту - пируват. Пировиноградная кислота, при отсутствии кислорода (анаэробный процесс) превращается в лактат, т.е. в молочную кислоту и данный этап на этом заканчивается. Вот этот анаэробный путь не требует кислорода, это важное обстоятельство, но он дает мало энергии. Суммарно он дает всего две молекулы АТФ, т.е. тратя две молекулы – дает четыре. Процесс этот энергетически беден, и, например, для эритроцитов, которые только переносят кислород, но его не используют, они являются инертными клетками которые переносятся кровью, этого количества энергии вполне достаточно. Но для других клеток, например, для системы мозга, для мышечной деятельности, для сердечной мышцы, этого количества энергии недостаточно.
Специалисты в эволюционном процессе отмечают, что в свое время, появление кислорода на земле дало толчок развитию всего живого на земле. Потому что появился очень мощный источник энергии за счет глюкозы, аэробный (с использованием кислорода) процесс превращения глюкозы.
Глюкоза+АТФ+Mg=Глюкозо-6-фосфат… = пировиноградная кислота+О2= ацетилкофермент-а… = цикл Кребса.
Вернемся к процессу превращения глюкозы в глюкозо-6-фосфат. Глюкозо-6фосфат через много стадий, которые мы называли выше, превращается в пировиноградную кислоту.
Пировиноградная кислота при отсутствии кислорода превращается в лактат, молочную кислоту. Вот эти две кислоты, пируват и лактат, образуются в любой работающей мышце в которых кислорода всегда не хватает. Эти кислоты закисляют мышечную среду и отсюда мышечная контрактура, боли… Каждый работавший на даче, знает, что это такое. Это не патология, просто надо сделать перерыв, отдохнуть, и все это исчезнет.
А вот если система превращения кислородная, кислород поступает в необходимых количествах, тогда пируват не превращается в лактат. Пируват в сложном процессе, который называется окислительное декарбоксили́рование пировиноградной кислоты, превращается в продукт под названием активная уксусная кислота – ацетилкофермент-а. Это универсальный продукт, и очень важный, он образуется и при расщеплении жиров, жирных кислот, и объединяет все виды обмена между собой, жиры, белки и углеводы в единую систему.
Превращение пирувата в ацетилкофермент-а, требует определенного набора витаминов и минералов, и мы вернемся к этому вопросу в лекция о витаминах и минералах, когда будем говорить какие витамины и минералы необходимы в процессе превращения глюкозы в ацетилкофермент-а. Ацетилкофермент-а, любой, независимо от его происхождения, из жира, обмена белков, потому что, как говорилось ранее, он превращается не только из углеводов, поступает в универсальный энергетический цикл (универсальный энергетический котел) – цикл Кребса. Цикл Кребса – это сложный циклический процесс, где, ацетилкофермент-а, независимо от своего происхождения, проходит циклические превращения, тоже ферментативные, и электроны из этого цикла поступают в дыхательную цепь к молекулярному кислороду. Вот где участвует кислород, который мы с Вами вдыхаем. Дыхательную цепь рассмотрим в отдельной лекции более подробно.
Вот так протекает процесс с участием кислорода, аэробный процесс. Он отличается тем, что он высокопродуктивен по энергии, и если начать считать от глюкозы, сколько АТФ образуется в этом процессе, то получается 38 молекул, в 20 раз больше чем в анаэробном (без кислородном) процессе гликолиза. Это важно, так как это действительно мощный источник энергии, необходимой для работы всех систем нашего организма в целом.
То, что касается глюкозы: - гликолиз или анаэробный процесс, и далее при присутствии кислорода, который мы с вами вдыхаем, пируват не переходит в лактат, а идет по пути превращения в, ацетилкофермент-а и далее к дыхательной цепи и синтезируется 38 молекул АТФ. И конечно такой процесс наиболее выгоден с точки зрения получения энергии, и в большинстве своем так и происходит, хотя надо сказать, что кислородная задолженность в мышечной ткани очень распространённое явление. И ярким внешним проявлением кислородной задолженности является отдышка, пробежались, поднялись по лестнице…, начинается учащение дыхания, это признак дефицита кислорода. Если человек не тренированный, это более выраженно, у тренированного менее выражено, но в любом случае – это признак дефицита кислорода.
Мы рассмотрели энергетическое превращение глюкозы, а есть и другие превращения. Глюкоза, к примеру, является строительным материалом, как уже говорилось, из глюкозы идет формирование ее резервной формы – гликогена, накапливающегося в печени и мышцах. И надо знать, и понимать, что в обязательном порядке надо давать отдых своему организму, чтоб гликоген обязательно накапливался, запасался. И хотя у нас нет необходимости постоянно искать продукты питания, но тем не менее, для людей, проживающих и тем более работающих, в условиях вредного воздействия производства, экологии, а города кстати, как раз и являются такими вредными местами проживания.
Так вот, важная роль глюкозы в другом плане, глюкоза-6-фосфат может превращаться совершенно другим путем, параллельным и независимым от названых ранее путей, хотя они могут и взаимодействовать между собой. Второй путь начинается также, как и в ранее рассказанном, только глюкоза-6-фосфат не распадается пополам, а окисление происходит у первого атома углерода (с головы) И такой путь называется апотомический. Глюкоза-6-фосфат может превращаться по апотомическому пути или пентозофосфатному циклу. Прежде всего данный цикл дает очень сильный восстановительный эквивалент для процессов синтеза – НАДФН. Расшифровывается это следующим образом, никотинамидадениндинуклеотидфосфа́т, очень важный продукт, поскольку все процессы синтеза, там, где требуется участие водорода, обязательно протекают с участием НАДФН. И пентозофосфатный путь является одним из важных генераторов НАДФН. Он не единственный, есть еще два процесса, которые дают НАДФН, обычно дефицитный, изоцитратдегидрогеназный путь и малик-ферментный путь. Не будем вникать в подробности, нам важно только знать, что существует три пути получения НАДФН, необходимого для всех процессов синтеза, к примеру, для синтеза жирных кислот, для синтеза холестерина, также НАДФН очень важен для антиоксидантной системы, и исключительно важен для процесса детоксикации (детокс), и для формирования нормальной внутренней среды организма. И теперь вы понимаете откуда идет образование НАДФН, из глюкозы.
Кроме НАДФН, по этому пути идет образования других сахаров. Если глюкоза шестиатомный (шесть атомов углевода) сахар, то из глюкозы образуется: трехатомный сахар – Глицеральдегид-3-фосфат, четырехатомный сахар – эритроза, пятиатомные сахара – важнейшими из них являются рибоза и дезоксирибо́за, они не единственны, но самые важнейшие. Эти два сахара имеют непосредственное отношение к генетической информации, один участвует в образовании рибонуклеиновых кислот, а второй в образовании дезоксирибонуклеиновых кислот. Без этой информации мы с вами не обойдемся. Также в этом процессе образуется фруктоза и семью атомный сахар – седогептулоза.
Первый путь превращения глюкозы, с делением молекулы пополам, называется дихотомический путь, второй – апотомический. Во втором пути энергия не образуется, глюкоза не используется для производства энергии, а образуются нужные, чрезвычайно важные, пластические вещества. Эти пути, в ряде точек пересекаются и один путь заменяется на другой, это регулируется гормональными системами.
Это то, что касается распада глюкозы. Мы не рассмотрели все вопросы распада глюкозы, все сложные процессы, в том числе те, где в обязательном порядке требуется присутствие витаминов и минералов, это все будем рассматривать далее, по ходу изучения взаимодействия, потому что это все очень важные вопросы, и увы, они очень часто упускаются в питании. И мы будем далее возвращаться к вышеописанным вопросам распада глюкозы.
Что касается синтетических процессов, мы уже говорили о гликогене, это аккумулированная форма глюкозы и ее резервы. И этот процесс будет иметь отношение к очистки организма, детоксикации, и при любой большой физической нагрузке, это имеет отношение к спорту.
В следующей лекции мы рассмотрим такие вещества как жиры.
©®Артлайф Беларусь
Продолжение следует.
