Обмен углеводов

Классификация и физиологическая роль

Углеводы поступают в организм преимущественно с пищей. В процессе переваривания в желудочно-кишечном тракте сложные молекулы расщепляются, и в конечном итоге все виды углеводов превращаются в глюкозу.

Базовая классификация углеводов включает три группы:

• Моносахариды: простейшие сахара (глюкоза, фруктоза, пентоза).
• Дисахариды: молекулы, состоящие из двух моносахаридов (например, сахароза, которая образуется из глюкозы и фруктозы).
• Полисахариды: сложные соединения. Они делятся на растительные (крахмал, клетчатка) и животные (гликоген). К этой же группе относятся гиалуроновая кислота и гепарин.

Основная функция углеводов — энергетическая. Они выступают самым быстрым источником энергии. Однако углеводы также выполняют важную пластическую функцию: они участвуют в липогенезе (превращении в липиды), образовании гликопротеинов и гликолипидов. Промежуточные продукты окисления — пентозы — входят в структуру нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Кроме того, глюкоза служит метаболическим предшественником для ряда аминокислот. Стоит отметить, что из углеводов синтезируется витамин С, но в организме человека этот процесс не протекает, поэтому аскорбиновая кислота должна поступать извне.

Внутриклеточный метаболизм и транспорт

Для того чтобы углеводы включились в работу, глюкоза должна попасть внутрь клетки. Транспорт осуществляется с помощью белков-переносчиков по механизму облегченной диффузии. Этот процесс строго регулируется: гормон инсулин значительно усиливает захват глюкозы клетками мышечной ткани и печени.

Сразу после поступления молекула фосфорилируется при участии ферментов (глюкокиназы или гексокиназы). Дальнейший метаболизм идет поэтапно:

1. Гликолиз в цитоплазме: под влиянием внутриклеточных энзимов глюкоза трансформируется в пировиноградную кислоту (пируват). Это процесс аэробного гликолиза.
2. Митохондриальный этап: пируват превращается в ацетилкоэнзим А, который затем поступает в митохондрии для полного окисления и выработки энергии.

Баланс глюкозы в организме

Концентрация сахара в крови — жизненно важная константа, которая также участвует в поддержании осмотического давления крови. В распределении глюкозы между органами существуют примерные пропорции: помимо головного мозга (12%), значительную часть забирают кишечник (9%) и скелетные мышцы (7%).

Основные пути поступления глюкозы в кровь:

• Алиментарный: всасывание из ЖКТ после переваривания пищи.
• Гликогенолиз: высвобождение из печени в результате распада животного крахмала — гликогена.
• Глюконеогенез: синтез из белков и липидов. Этот путь спасает организм при длительном голодании или выраженном дефиците углеводов в рационе.

Расходуется глюкоза на тканевой метаболизм (аэробный или анаэробный гликолиз, пентозофосфатный путь). Часть углеводов откладывается в депо в виде гликогена (гликогеногенез) или перерабатывается в жиры (липогенез). Если уровень глюкозы превышает почечный порог, она начинает выводиться с мочой (глюкозурия).

При снижении сахара в крови развивается гипогликемия, которая проявляется общей слабостью и быстрой утомляемостью. Критическое падение вызывает кому с потерей сознания, судорогами, бредом и усиленным потоотделением.

Регуляция углеводного обмена

Поддержание уровня глюкозы обеспечивается функциональной системой саморегуляции. Главным нервным центром выступает гипоталамо-гипофизарная система. Эфферентные сигналы передаются через симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы, а также эндокринную систему.

Гормональный баланс строится на взаимодействии двух антагонистических групп:

• Инсулин: единственный гормон, снижающий уровень глюкозы. Он ускоряет ее транспорт в клетки, стимулирует синтез гликогена (гликогеногенез) и одновременно тормозит процессы образования сахара (гликогенолиз и глюконеогенез).
• Контринсулярные гормоны: повышают уровень глюкозы. К ним относятся адреналин, глюкокортикоиды, глюкагон, а также гормоны гипофиза — адренокортикотропный (АКТГ) и соматотропный (СТГ).

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Биохимические механизмы аэробного и анаэробного гликолиза
• Пентозофосфатный путь и его значение для синтеза нуклеиновых кислот
• Молекулярный механизм действия инсулина на клеточные рецепторы
• Процесс глюконеогенеза: биохимические реакции и ферменты
• Патофизиология гипогликемической комы

Другие темы раздела «Обмен веществ и энергии»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.