UGLJENI HIDRATI Prof dr sci med Momilo Pavlovi

UGLJENI HIDRATI Prof. dr sci. med. Momčilo Pavlović

• Asimilacija je proces kojim se hrana priprema i dospeva u telesne tečnosti, krv i limfu • Digestija (varenje) podrazumeva razlaganje velikih molekula hrane u manje komponente • Apsorpcija označava transport razloženih sastojaka hrane kroz sluznicu creva u telesne tečnosti

VARENJE I APSORPCIJA UGLJENIH HIDRATA • Pri pravilnoj ishrani ugljeni hidrati primarno služe kao izvor energije i podmiruju oko 55 -65% ukupnih dnevnih energetskih potreba organizma

• Antoine Lavoisier 1789 god. – ugljenik, vodonik, kiseonik • Polisaharidi: skrob, glikogen, celuloza, hemiceluloza i pektini • Šećerni alkoholi (sorbitol, manitol, inozitol) • Oligosaharidi (rafinoza, stahioza, verbaskoza, dekstrin, fruktani) • Disaharidi (laktoza, maltoza, trehaloza i saharoza) • Monosaharidi Glukoza Galaktoza Fruktoza

• • Osnovni polisaharid u ishrani je skrob a sastavljen je iz dve subjedinice: amilopektina i amiloze Amilopektin je složene građe i sastoji se iz osnovnog lanca i bočnih grana (80 -85%) Amiloza je linearne građe i čini 15 -20% skroba Glikogen se unosi mesom i crnom džigericom, a po hemijskoj strukturi je ekvivalentan amilopektinu

• Alfa limit dekstrin i maltooligosaharidi su glukozni oligomeri koji se ne nalaze u uobičajenoj ishrani • Sastoje se od 2 do 9 molekula glukoze i nastaju parcijalnom hidrolizom skroba i glikogena • Alfa limit dekstrin se sastoji od 5 do 9 glukoznih monomera koji se međusobno spajaju alfa-1, 4 i alfa-1, 6 glukozidnim vezama, dok se maltooligosaharidi sastoje od 4 do 9 molekula glikoze povezanih alfa-1, 4 glukozidnim vezama

• Osnovni disaharidi u jelovniku čoveka su saharoza i laktoza • Saharoza se sastoji iz molekula glukoze i fruktoze koji su povezani beta-2 glikozidnom vezom, dok laktozu čine gl ukoza i galaktoza spojene beta-1, 4 glikozidnom vezom

• Monosaharidi su uglavnom krajnji produkti hidrolize složenih ugljenih hidrata (80% glikoza), a manjim delom, u sklopu ishrane voćem i medom, mogu se unositi i u monomernom obliku

• Osnovni nosilac hidrolize skroba i glikogena je alfaamilaza acinusnog tkiva pankreasa, koja se aktivira pod dejstvom jona hlora i svoje dejstvo obavlja u alkalnom medijumu tankog creva • Varenje skroba započinje u ustima pod dejstvom enzima ptijalina (α-amilaze) iz pljuvačke • Kao produkti hidrolize skroba i glikogena primarno nastaju alfa-limit dekstrini i oligosaharidi, koji se dalje hidrolizuju pod dejstvom alfa-limit dekstrinaze, glukoamilaze i maltaze

• Digestiju saharoze obavlja saharaza-izomaltaza koja razlaže saharozu na glukozu i fruktozu • Laktoza se pod dejstvom laktaze koja se nalazi na luminalnoj strani enterocita razlaže na glukozu i galaktozu

• Glukoza i galaktoza se apsorbuju aktivnim transportom zajedno sa Na, dok se fruktoza resorbuje prostim mehanizmom tj. olakšanom difuzijom • Nakon apsorpcije, galaktoza i fruktoza u jetri prelaze u glukozu • Glukoza je jedini ugljeni hidrat koji ćelije našeg organizma mogu da koriste kao izvor energije • Jedino mozak može koristiti i masne kiseline kao izvor energije

• Nesvarljive polisaharide (celuloza, hemiceluloza, pektini i proteo-glikani) u kolonu fermentuju crevne bakterije • Nastaju isparljive kratkolančane masne kiseline (buterna, sirćetna, propionska) koje se apsorbuju i hrane sluznicu kolona i služe za sintezu ketona • Na taj način se stvaraju se gasovi – H 2, CO 2 i metan

TRANSPORT GLUKOZE KROZ ĆELIJSKU MEMBRANU • Glukoza ne može difundovati kroz pore na ćelijskoj membrani zato što maksimalno mogu difundovati čestice mase do 100, dok glukoza ima masu 180 • Glukoza se transportuje olakšanom difuzijom preko nosača u membrani ćelije • U digestivnom traktu i kroz epitel bubrežnih tubula glukoza se transportuje aktivnim kontransportom Na-glukoza • Insulin povećava ulazak glukoze u ćelije za 10 -20 puta • Osim ćelija jetre i mozga sve druge moraju koristiti insulin za ulazak glukoze

• Nakon ulaska u ćeliju glukoza se veže sa fosfatnim radikalom uz pomoć enzima glikokinaze (heksokinaze) i nasteje glukoza 6 -fosfat • To je ireverzibilna reakcija osim u ćelijama jetre, bubrežnom i intestinalnom epitelu • U ovim tkivima enzim glukozofosfataza može obrnuti reakciju što dovodi do izlaska glukoze iz ćelije • Po ulasku u ćeliju glukoza se može odmah koristiti kao izvor energije ili se taložiti u obliku glikogena • Jetra može uskladišiti glikogen 5 -8% svoje mase, dok mišićne ćelije 1 -3%

• Prosečna molekulska masa glikogena je 5 miliona • Tako veliki molekuli omogućavaju uskladištenje glukoze bez povećanja osmotskog efekta

GLIKOGENEZA – PROCES STVARANJA GLIKOGENA

GLIKOGENOLIZA – PROCES UKLANJANJA GLIKOGENA • Svaki molekul glukoze se odvaja od molekula glikogena uz pomoć enzima fosforilaze • Tako oslobođena glukoza se može dalje koristiti kao izvor energije • Fosforilaza se može aktivirati dejstvom adrenalina i noradrenalina • Njega aktivira i hormon glukagon koji stvaraju alfa ćelije pankreasa koji se stvara kada je količina glukoze u krvi niska

GLIKOLITIČKI PUT OSLOBAĐANJA ENERGIJE IZ GLUKOZE • Potpunom oksidacijom 1 gram-molekula glikoze se oslobodi 686. 000 kalorija, a samo je 12. 000 kalorija potrebno za stvaranje jednog gram-molekula ATP • Najvažniji način oslobađanja energije iz molekula glukoze je glikoliza • Glikoliza znači cepanje molekula glukoze na dva molekula pirogrožđane kiseline • Pretvaranjem svakog molekula glukoze u pirogrožđanu kiselinu nastaju 4 mola ATP • 57% energije se gubi u obliku toplote

PRETVARANJE GLIKOZE U PIROGROŽĐANU KISELINU

PRETVARANJE PIROGROŽĐANE KISELINE U ACETIL-KOENZIM A

CIKLUS LIMUNSKE KISELINE (KREBSOV CIKLUS)

• Najveći deo atoma H se veže za nikotiamid-adenin-dinukleotid (NADH+) • Broj atoma vodonika koji se oslobađaju po početnom molu glukoze: Ø 4 – u toku glikolize Ø 4 – u toku stvaranja acetil-Co. A iz pirogrožđane koseline Ø 16 – u ciklusu limunske kiseline

STVARANJE ATP OKSIDACIJOM VODONIKA (PROCES OKSIDATIVNE FOSFORILACIJE) • Oko 90% ATP nastaje oksidacijom vodonikovih atoma • Oksidacija vodonika: Ø Od H atoma nastaju H joni i elektroni Ø Elektroni se spajaju u hidroksilne jone sa kiseonikom iz tečnosti Ø H joni i hidroksilni joni se stvaraju u vodu • Tokom ovih procesa se oslobađa velika količina energije

• Elektroni otpušteni iz vodonikovih atoma odmah ulaze u lanac prenosa elektrona (flavoprotein, citohromi, proteini koji sadrže gvožđe sulfid) koji je ugrađen u unutrašnju membranu mitohondrija • Kako elektroni prolaze kroz transportni lanac oslobađaju se velike količine energije • Sledeći korak je pretvaranje ADP u ATP preko ATP-sintetaze • Vodonikovi joni prolaze kroz ATP-azu prelazeći iz prostora između spoljašnje i unutrašnje membrane i ulaze u matriks mitohondrija pri čemu od ADP nastaje ATP • Za svaka dva elektrona koja prođu kroz transportni lanac sintetišu se do tri molekula ATP

Od svakog molekula glukoze nastane 38 molekula ATP

• U reakcijama glikolitičke razgradnje glukoze do pirogrožđane kiseline kiseonik nije potreban • Ovaj mehanizam je krajnje rasipan zato što čini samo 3% od ukupne energije koja se nalazi u molekulu glukoze • U anaerobnim uslovima najveći deo pirogrožđane kiseline se pretvara u mlečnu kiselinu

• Kada osoba ponovo počne da udiše kiseonik mlečna kiselina se vraća u pirogrožđanu obrnutim sledom reakcija • Pirogrožđana kiselina ulazi potom u ciklus limunske kiseline • Najveći deo mlečne kiseline se pretvara u glukozu koja se dalje pretvara u glikogen, a manji deo u energiju • Najveći deo ovih promena se odigrava u jetri • Srčani mišić je posebno sposoban da pretvara mlečnu u pirogrožđanu kiselinu što se dešava za vreme teškog fizičkog napora

• Neke hemijske reakcije u organizmu koriste samo nekoliko stotina kalorija, dok se ostatak oslobođenih kalorija iz ATP-a pretvara u toplotu • ATP se stvara iz ugljenih hidrata (anaerobnim procesom glikolize u citoplazmi i aerobnim tokom Krebsovog ciklusa u mitohondrijama), masti (beta-oksidacijom u mitohondrijama) i sagorevanjem proteina (hidrolizom na aminokiseline i daljom razgradnjom do intermedijarnih jedinjenja u ciklusu limunske kiseline i potom do acetil-Co. A i ugljen-dioksida)

Trigliceridi Masne kiseline Glikogen Glukoza Glicerol β-oksidacija Pirogrožđana kiselina (+ Koenzim A) Acetil koenzim A Ciklus limunske kiselina ATP Proteini Deaminacija (-NH 2)

HVALA NA PAŽNJI !