Karbohidrat adalah kelompok luas zat organik yang, bersama dengan protein dan lemak, membentuk dasar tubuh manusia dan hewan. Karbohidrat hadir di setiap sel tubuh dan melakukan berbagai fungsi. Molekul kecil karbohidrat, yang diwakili terutama oleh glukosa, dapat bergerak ke seluruh tubuh dan melakukan fungsi energi. Molekul besar karbohidrat tidak bergerak dan melakukan fungsi bangunan terutama. Dari makanan, seseorang hanya mengekstrak molekul kecil, karena hanya mereka yang dapat diserap ke dalam sel usus. Molekul besar karbohidrat yang harus dibangun tubuh sendiri. Totalitas semua reaksi pemecahan karbohidrat makanan menjadi glukosa dan sintesis molekul baru darinya, serta berbagai transformasi lain dari zat-zat ini dalam tubuh, disebut metabolisme karbohidrat dalam biokimia.
Klasifikasi
Tergantung pada strukturnya, ada beberapa kelompok karbohidrat.
Monosakarida adalah molekul kecil yang tidak dipecah dalam saluran pencernaan. Ini adalah glukosa, fruktosa, galaktosa.
Disakarida adalah molekul karbohidrat kecil yang dipecah menjadi dua monosakarida di saluran pencernaan. Misalnya, laktosa - untuk glukosa dan galaktosa, sukrosa - untuk glukosa dan fruktosa.
Polisakarida adalah molekul besar yang terdiri dari ratusan ribu residu monosakarida (terutama glukosa) yang dihubungkan bersama. Ini adalah pati, glikogen daging.
Karbohidrat dan diet
Waktu penguraian polisakarida dalam saluran pencernaan berbeda, tergantung pada kemampuannya untuk larut dalam air. Beberapa polisakarida terurai dengan cepat di usus. Kemudian glukosa yang diperoleh selama pembusukannya dengan cepat memasuki aliran darah. Polisakarida semacam itu disebut "cepat". Lainnya larut lebih buruk di lingkungan perairan usus, sehingga mereka memecah lebih lambat, dan glukosa memasuki darah lebih lambat. Polisakarida semacam itu disebut "lambat". Beberapa elemen ini tidak dipecah di usus sama sekali. Mereka disebut serat makanan tidak larut.
Biasanya dengan nama "karbohidrat lambat atau cepat" yang kami maksud bukanlah polisakarida itu sendiri, tetapi makanan yang mengandungnya dalam jumlah banyak.
Daftar karbohidrat - cepat dan lambat, disajikan dalam tabel.
| Karbohidrat cepat | Karbohidrat lambat |
| kentang goreng | roti dedak |
| Roti putih | Biji beras yang belum diproses |
| Kentang tumbuk | Peas |
| Madu | Oatmeal |
| Wortel | bubur soba |
| corn flakes | Roti dedak gandum hitam |
| Gula | Jus buah segar tanpa gula |
| Muesli | Pasta Gandum |
| Cokelat | kacang merah |
| Kentang rebus | Susu |
| Biskuit | Buah segar |
| Jagung | Cokelat pahit |
| Nasi Putih | Fruktosa |
| roti hitam | Kedelai |
| Bit | Sayuran hijau, tomat, jamur |
| Pisang | - |
| Jam | - |
Saat memilih produk untuk diet, ahli gizi selalu mengandalkan daftar karbohidrat cepat dan lambat. Cepat dalam kombinasi dengan lemak dalam satu produk atau makanan menyebabkan pengendapan lemak. Mengapa? Peningkatan glukosa darah yang cepat merangsang produksi insulin, yang menyediakan simpanan glukosa bagi tubuh, termasuk jalur pembentukan lemak darinya. Alhasil, saat makan kue, es krim, kentang goreng, berat badan naik dengan sangat cepat.
Pencernaan
Dari sudut pandang biokimia, metabolisme karbohidrat terjadi dalam tiga tahap:
- Pencernaan. Dimulai di mulut saat mengunyah makanan.
- Metabolisme karbohidrat dengan benar.
- Pendidikan produk akhir pertukaran.
Karbohidrat adalah dasar dari makanan manusia. Menurut rumusnutrisi rasional, dalam komposisi makanan mereka harus 4 kali lebih banyak dari protein atau lemak. Kebutuhan karbohidrat bersifat individual, tetapi rata-rata seseorang membutuhkan 300-400 g per hari. Dari jumlah tersebut, sekitar 80% adalah pati dalam komposisi kentang, pasta, sereal dan 20% adalah karbohidrat cepat (glukosa, fruktosa).
Pertukaran karbohidrat dalam tubuh juga dimulai di rongga mulut. Di sini, enzim amilase saliva bekerja pada polisakarida - pati dan glikogen. Amilase menghidrolisis (memecah) polisakarida menjadi fragmen besar - dekstrin, yang masuk ke perut. Tidak ada enzim yang bekerja pada karbohidrat, jadi dekstrin di perut tidak berubah dengan cara apa pun dan melewati lebih jauh di sepanjang saluran pencernaan, memasuki usus kecil. Di sini, beberapa enzim bekerja pada karbohidrat. Amilase jus pankreas menghidrolisis dekstrin menjadi disakarida m altosa.
Enzim spesifik disekresikan oleh sel-sel usus itu sendiri. Enzim m altase menghidrolisis m altosa menjadi glukosa monosakarida, laktase menghidrolisis laktosa menjadi glukosa dan galaktosa, dan sukrase menghidrolisis sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa. Monoses yang dihasilkan diserap dari usus ke dalam darah dan melalui vena portal masuk ke hati.
Peran hati dalam metabolisme karbohidrat
Organ ini mempertahankan kadar glukosa tertentu dalam darah karena reaksi sintesis dan pemecahan glikogen.
Reaksi interkonversi monosakarida terjadi di hati - fruktosa dan galaktosa diubah menjadi glukosa, dan glukosa dapat diubah menjadi fruktosa.
Reaksi glukoneogenesis berlangsung di organ ini -sintesis glukosa dari prekursor non-karbohidrat - asam amino, gliserol, asam laktat. Ini juga menetralkan hormon insulin dengan bantuan enzim insulinase.
Metabolisme glukosa
Glukosa memainkan peran kunci dalam biokimia metabolisme karbohidrat dan metabolisme tubuh secara keseluruhan, karena merupakan sumber energi utama.
Tingkat glukosa dalam darah adalah nilai konstan dan 4 - 6 mmol / l. Sumber utama unsur ini dalam darah adalah:
- Makanan karbohidrat.
- Glikogen hati.
- asam amino.
Glukosa dikonsumsi dalam tubuh untuk:
- pembangkit energi,
- Sintesis glikogen di hati dan otot,
- sintesis asam amino,
- sintesis lemak.
Sumber energi alami
Glukosa adalah sumber energi universal untuk semua sel tubuh. Energi dibutuhkan untuk membangun molekul Anda sendiri, kontraksi otot, pembangkitan panas. Urutan reaksi konversi glukosa yang mengarah pada pelepasan energi disebut glikolisis. Reaksi glikolisis dapat berlangsung dengan adanya oksigen, maka mereka berbicara tentang glikolisis aerobik, atau dalam kondisi bebas oksigen, maka prosesnya adalah anaerobik.
Selama proses anaerobik, satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul asam laktat (laktat) dan energi dilepaskan. Glikolisis anaerobik memberikan sedikit energi: dari satu molekul glukosa, diperoleh dua molekul ATP - zat yang ikatan kimianya mengakumulasi energi. Cara ini untuk mendapatkanenergi digunakan untuk kerja otot rangka jangka pendek - dari 5 detik hingga 15 menit, yaitu, sedangkan mekanisme untuk memasok otot dengan oksigen tidak punya waktu untuk menyala.
Selama reaksi glikolisis aerobik, satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul asam piruvat (piruvat). Proses tersebut, dengan mempertimbangkan energi yang dihabiskan untuk reaksinya sendiri, menghasilkan 8 molekul ATP. Piruvat masuk ke dalam reaksi oksidasi lebih lanjut - dekarboksilasi oksidatif dan siklus sitrat (siklus Krebs, siklus asam trikarboksilat). Sebagai hasil dari transformasi ini, 30 molekul ATP akan dilepaskan per molekul glukosa.
Pertukaran glikogen
Fungsi glikogen adalah penyimpanan glukosa dalam sel organisme hewan. Pati melakukan fungsi yang sama dalam sel tumbuhan. Glikogen kadang-kadang disebut pati hewan. Kedua zat tersebut adalah polisakarida yang dibangun dari residu glukosa berulang yang berlipat ganda. Molekul glikogen lebih bercabang dan kompak daripada molekul pati.
Proses metabolisme karbohidrat glikogen dalam tubuh terutama intensif di hati dan otot rangka.
Glikogen disintesis dalam waktu 1-2 jam setelah makan saat kadar glukosa darah tinggi. Untuk pembentukan molekul glikogen, diperlukan primer - benih yang terdiri dari beberapa residu glukosa. Residu baru berupa UTP-glukosa secara berurutan menempel pada ujung primer. Ketika rantai tumbuh dengan 11-12 residu, rantai samping 5-6 dari fragmen yang sama bergabung dengannya. Sekarang rantai yang berasal dari primer memiliki dua ujung - dua titik pertumbuhanmolekul glikogen. Molekul ini akan berulang kali memanjang dan bercabang selama konsentrasi glukosa dalam darah tetap tinggi.
Di antara waktu makan, glikogen dipecah (glikogenolisis), melepaskan glukosa.
Diperoleh dari pemecahan glikogen hati, masuk ke dalam darah dan digunakan untuk kebutuhan seluruh organisme. Glukosa yang diperoleh dari pemecahan glikogen di otot hanya digunakan untuk kebutuhan otot.
Pembentukan glukosa dari prekursor non-karbohidrat - glukoneogenesis
Tubuh hanya memiliki cukup energi yang disimpan dalam bentuk glikogen selama beberapa jam. Setelah seharian kelaparan, zat ini tidak tinggal di hati. Oleh karena itu, dengan diet bebas karbohidrat, kelaparan total, atau selama pekerjaan fisik yang berkepanjangan, tingkat normal glukosa dalam darah dipertahankan karena sintesisnya dari prekursor non-karbohidrat - asam amino, gliserol asam laktat. Semua reaksi ini terjadi terutama di hati, serta di ginjal dan mukosa usus. Dengan demikian, proses metabolisme karbohidrat, lemak dan protein saling terkait erat.
Dari asam amino dan gliserol, glukosa disintesis selama kelaparan. Dengan tidak adanya makanan, protein jaringan dipecah menjadi asam amino, lemak menjadi asam lemak dan gliserol.
Dari asam laktat, glukosa disintesis setelah latihan intensif, ketika terakumulasi dalam jumlah besar di otot dan hati selama glikolisis anaerobik. Dari otot, asam laktat ditransfer ke hati, di mana glukosa disintesis darinya, yang dikembalikan ke kerjaotot.
Pengaturan metabolisme karbohidrat
Proses ini dilakukan oleh sistem saraf, sistem endokrin (hormon) dan di tingkat intraseluler. Tugas regulasi adalah untuk memastikan tingkat glukosa yang stabil dalam darah. Dari hormon yang mengatur metabolisme karbohidrat, yang utama adalah insulin dan glukagon. Mereka diproduksi di pankreas.
Tugas utama insulin dalam tubuh adalah menurunkan kadar glukosa darah. Hal ini dapat dicapai dengan dua cara: dengan meningkatkan penetrasi glukosa dari darah ke dalam sel-sel tubuh dan dengan meningkatkan penggunaannya di dalamnya.
- Insulin memastikan penetrasi glukosa ke dalam sel-sel jaringan tertentu - otot dan lemak. Mereka disebut ketergantungan insulin. Glukosa memasuki otak, jaringan limfatik, sel darah merah tanpa partisipasi insulin.
- Insulin meningkatkan penggunaan glukosa oleh sel dengan:
- Aktivasi enzim glikolisis (glukokinase, fosfofruktokinase, piruvat kinase).
- Aktivasi sintesis glikogen (karena peningkatan konversi glukosa menjadi glukosa-6-fosfat dan stimulasi glikogen sintase).
- Penghambatan enzim glukoneogenesis (piruvat karboksilase, glukosa-6-fosfatase, fosfoenolpiruvat karboksikinase).
- Meningkatkan penggabungan glukosa ke dalam siklus pentosa fosfat.
Semua hormon lain yang mengatur metabolisme karbohidrat adalah glukagon, adrenalin, glukokortikoid, tiroksin, hormon pertumbuhan, ACTH. Mereka meningkatkan kadar glukosa darah. Glukagon mengaktifkan pemecahan glikogen di hati dan sintesis glukosa dari non-karbohidratpendahulu. Adrenalin mengaktifkan pemecahan glikogen di hati dan otot.
Pelanggaran pertukaran. Hipoglikemia
Gangguan metabolisme karbohidrat yang paling umum adalah hipo dan hiperglikemia.
Hipoglikemia adalah keadaan tubuh yang disebabkan oleh rendahnya kadar glukosa darah (di bawah 3,8 mmol/l). Alasannya mungkin: penurunan asupan zat ini ke dalam darah dari usus atau hati, peningkatan penggunaannya oleh jaringan. Hipoglikemia dapat menyebabkan:
- Patologi hati - gangguan sintesis glikogen atau sintesis glukosa dari prekursor non-karbohidrat.
- Kelaparan karbohidrat.
- Aktivitas fisik yang berkepanjangan.
- Patologi ginjal - gangguan reabsorpsi glukosa dari urin primer.
- Gangguan pencernaan - patologi pemecahan karbohidrat makanan atau proses penyerapan glukosa.
- Patologi sistem endokrin - kelebihan insulin atau kekurangan hormon tiroid, glukokortikoid, hormon pertumbuhan (GH), glukagon, katekolamin.
Manifestasi ekstrim dari hipoglikemia adalah koma hipoglikemik, yang paling sering berkembang pada pasien dengan diabetes mellitus tipe I dengan overdosis insulin. Glukosa darah rendah menyebabkan kekurangan oksigen dan energi di otak, yang menyebabkan gejala khas. Ini ditandai dengan perkembangan yang sangat cepat - jika tindakan yang diperlukan tidak diambil dalam beberapa menit, seseorang akan kehilangan kesadaran dan dapat meninggal. Biasanya, pasien diabetes dapat mengenali tanda-tanda penurunan kadar glukosa.darah dan tahu apa yang harus dilakukan - minum segelas jus manis atau makan roti manis.
Hiperglikemia
Jenis gangguan metabolisme karbohidrat lainnya adalah hiperglikemia - suatu keadaan tubuh yang disebabkan oleh kadar glukosa darah yang terus menerus tinggi (di atas 10 mmol/l). Alasan mungkin:
- patologi sistem endokrin. Penyebab paling umum dari hiperglikemia adalah diabetes mellitus. Bedakan antara diabetes tipe I dan tipe II. Pada kasus pertama, penyebab penyakit adalah defisiensi insulin yang disebabkan oleh kerusakan sel pankreas yang mensekresi hormon ini. Kekalahan kelenjar paling sering bersifat autoimun. Diabetes mellitus tipe II berkembang dengan produksi insulin yang normal, oleh karena itu disebut non-insulin dependent; tetapi insulin tidak menjalankan fungsinya - ia tidak membawa glukosa ke dalam sel-sel otot dan jaringan adiposa.
- neurosis, stres mengaktifkan produksi hormon - adrenalin, glukokortikoid, kelenjar tiroid, yang meningkatkan pemecahan glikogen dan sintesis glukosa dari prekursor non-karbohidrat di hati, menghambat sintesis glikogen;
- patologi hati;
- makan berlebihan.
Dalam biokimia, metabolisme karbohidrat adalah salah satu topik yang paling menarik dan luas untuk dipelajari dan diteliti.
