Los hidratos de carbono son un extenso grupo de sustancias orgánicas que, junto con las proteínas y las grasas, forman la base del organismo humano y animal. Los carbohidratos están presentes en cada célula del cuerpo y realizan una variedad de funciones. Las pequeñas moléculas de carbohidratos, representadas principalmente por la glucosa, pueden moverse por todo el cuerpo y realizar una función energética. Las moléculas grandes de carbohidratos no se mueven y realizan principalmente una función de construcción. De los alimentos, una persona extrae solo moléculas pequeñas, ya que solo ellas pueden ser absorbidas por las células intestinales. Grandes moléculas de carbohidratos que el cuerpo tiene que construir por sí mismo. La totalidad de las reacciones para la descomposición de los carbohidratos de los alimentos en glucosa y la síntesis de nuevas moléculas a partir de ella, así como otras numerosas transformaciones de estas sustancias en el cuerpo, se denomina metabolismo de carbohidratos en bioquímica.
Clasificación
Según la estructura, hay varios grupos de carbohidratos.
Los monosacáridos son moléculas pequeñas que no se descomponen en el tracto digestivo. Estos son glucosa, fructosa, galactosa.
Los disacáridos son pequeñas moléculas de carbohidratos que se descomponen en dos monosacáridos en el tracto digestivo. Por ejemplo, lactosa - para glucosa y galactosa, sacarosa - para glucosa y fructosa.
Los polisacáridos son moléculas grandes que consisten en cientos de miles de residuos de monosacáridos (principalmente glucosa) unidos entre sí. Esto es almidón, glucógeno de la carne.
Carbohidratos y dietas
El tiempo de descomposición de los polisacáridos en el tracto digestivo es diferente, dependiendo de su capacidad para disolverse en agua. Algunos polisacáridos se descomponen rápidamente en los intestinos. Luego, la glucosa obtenida durante su descomposición ingresa rápidamente al torrente sanguíneo. Dichos polisacáridos se denominan "rápidos". Otros se disuelven peor en el ambiente acuático del intestino, por lo que se descomponen más lentamente y la glucosa ingresa a la sangre más lentamente. Dichos polisacáridos se denominan "lentos". Algunos de estos elementos no se descomponen en absoluto en los intestinos. Se les llama fibra dietética insoluble.
Por lo general, bajo el nombre de "carbohidratos lentos o rápidos" no nos referimos a los polisacáridos en sí, sino a los alimentos que los contienen en grandes cantidades.
La lista de carbohidratos, rápidos y lentos, se presenta en la tabla.
| Carbohidratos rápidos | Carbohidratos lentos |
| patatas fritas | Pan de salvado |
| Pan blanco | Granos de arroz sin procesar |
| Puré de patatas | Guisantes |
| Cariño | Avena |
| Zanahorias | Papilla de trigo sarraceno |
| Hojuelas de maíz | Pan de salvado de centeno |
| Azúcar | Zumo de fruta recién exprimido sin azúcar |
| Muesli | Pasta integral |
| Chocolate | Frijoles rojos |
| Patatas hervidas | Lácteos |
| Galleta | Frutas frescas |
| Maíz | Chocolate amargo |
| Arroz blanco | Fructosa |
| Pan negro | Soja |
| Remolachas | Verduras, tomates, champiñones |
| Plátanos | - |
| Mermelada | - |
Al elegir productos para una dieta, un nutricionista siempre se basa en una lista de carbohidratos rápidos y lentos. El ayuno en combinación con grasas en un producto o comida conduce a la deposición de grasa. ¿Por qué? El rápido aumento de la glucosa en sangre estimula la producción de insulina, que proporciona al cuerpo una reserva de glucosa, incluida la vía para la formación de grasa a partir de ella. Como resultado, al comer pasteles, helados, patatas fritas, se gana peso muy rápidamente.
Digestión
Desde el punto de vista de la bioquímica, el metabolismo de los carbohidratos tiene lugar en tres etapas:
- Digestión. Comienza en la boca durante la masticación de los alimentos.
- Metabolismo adecuado de los carbohidratos.
- Educación de productos finales de intercambio.
Los carbohidratos son la base de la dieta humana. Según la fórmulanutrición racional, en la composición de los alimentos deben ser 4 veces más que las proteínas o las grasas. La necesidad de carbohidratos es individual, pero, en promedio, una persona necesita 300-400 g por día. De estos, alrededor del 80% son almidón en la composición de papas, pastas, cereales y el 20% son carbohidratos rápidos (glucosa, fructosa).
El intercambio de carbohidratos en el cuerpo también comienza en la cavidad oral. Aquí, la enzima salival amilasa actúa sobre los polisacáridos: almidón y glucógeno. La amilasa hidroliza (descompone) los polisacáridos en fragmentos grandes, dextrinas, que ingresan al estómago. No hay enzimas que actúen sobre los carbohidratos, por lo que las dextrinas en el estómago no cambian de ninguna manera y pasan más a lo largo del tracto digestivo, ingresando al intestino delgado. Aquí, varias enzimas actúan sobre los carbohidratos. La amilasa del jugo pancreático hidroliza las dextrinas al disacárido m altosa.
Las células del intestino secretan enzimas específicas. La enzima m altasa hidroliza la m altosa al monosacárido glucosa, la lactasa hidroliza la lactosa a glucosa y galactosa, y la sacarasa hidroliza la sacarosa a glucosa y fructosa. Las monosis resultantes se absorben desde los intestinos hacia la sangre y, a través de la vena porta, ingresan al hígado.
El papel del hígado en el metabolismo de los carbohidratos
Este órgano mantiene un cierto nivel de glucosa en la sangre debido a las reacciones de síntesis y descomposición del glucógeno.
Las reacciones de interconversión de los monosacáridos tienen lugar en el hígado: la fructosa y la galactosa se convierten en glucosa, y la glucosa se puede convertir en fructosa.
Las reacciones de gluconeogénesis tienen lugar en este órgano -síntesis de glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos: aminoácidos, glicerol, ácido láctico. También neutraliza la hormona insulina con la ayuda de la enzima insulinasa.
Metabolismo de la glucosa
La glucosa juega un papel clave en la bioquímica del metabolismo de los carbohidratos y en el metabolismo general del cuerpo, ya que es la principal fuente de energía.
El nivel de glucosa en la sangre es un valor constante y es de 4 - 6 mmol/l. Las principales fuentes de este elemento en la sangre son:
- Carbohidratos alimentarios.
- Glucógeno hepático.
- Aminoácidos.
La glucosa se consume en el cuerpo para:
- generación de energía,
- Síntesis de glucógeno en el hígado y los músculos,
- síntesis de aminoácidos,
- síntesis de grasas.
Fuente natural de energía
La glucosa es una fuente universal de energía para todas las células del cuerpo. Se necesita energía para construir sus propias moléculas, contracción muscular, generación de calor. La secuencia de reacciones de conversión de glucosa que conducen a la liberación de energía se denomina glucólisis. Las reacciones de glucólisis pueden tener lugar en presencia de oxígeno, entonces se habla de glucólisis aeróbica, o en condiciones libres de oxígeno, entonces el proceso es anaeróbico.
Durante el proceso anaeróbico, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido láctico (lactato) y se libera energía. La glucólisis anaeróbica proporciona poca energía: de una molécula de glucosa se obtienen dos moléculas de ATP, una sustancia cuyos enlaces químicos acumulan energía. Esta manera de conseguirla energía se utiliza para el trabajo a corto plazo de los músculos esqueléticos, de 5 segundos a 15 minutos, es decir, mientras que los mecanismos para suministrar oxígeno a los músculos no tienen tiempo para encenderse.
Durante las reacciones de la glucólisis aeróbica, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). El proceso, teniendo en cuenta la energía gastada en sus propias reacciones, da 8 moléculas de ATP. El piruvato entra en otras reacciones de oxidación: descarboxilación oxidativa y ciclo del citrato (ciclo de Krebs, ciclo del ácido tricarboxílico). Como resultado de estas transformaciones, se liberarán 30 moléculas de ATP por molécula de glucosa.
Intercambio de glucógeno
La función del glucógeno es el almacenamiento de glucosa en las células de un organismo animal. El almidón realiza la misma función en las células vegetales. El glucógeno a veces se llama almidón animal. Ambas sustancias son polisacáridos construidos a partir de residuos de glucosa que se repiten de forma múltiple. La molécula de glucógeno es más ramificada y compacta que la molécula de almidón.
Los procesos de metabolismo en el cuerpo del glucógeno de carbohidratos son especialmente intensos en el hígado y los músculos esqueléticos.
El glucógeno se sintetiza entre 1 y 2 horas después de una comida cuando los niveles de glucosa en sangre son altos. Para la formación de una molécula de glucógeno, se necesita un cebador: una semilla que consta de varios residuos de glucosa. Los nuevos residuos en forma de UTP-glucosa se unen secuencialmente al final del cebador. Cuando la cadena crece en 11-12 residuos, se le une una cadena lateral de 5-6 de los mismos fragmentos. Ahora la cadena que viene del cebador tiene dos extremos - dos puntos de crecimientomoléculas de glucógeno. Esta molécula se alargará y ramificará repetidamente mientras permanezca una alta concentración de glucosa en la sangre.
Entre comidas, el glucógeno se descompone (glucogenólisis), liberando glucosa.
Obtenido de la descomposición del glucógeno hepático, pasa a la sangre y se utiliza para las necesidades de todo el organismo. La glucosa obtenida de la descomposición del glucógeno en los músculos se usa solo para las necesidades de los músculos.
Formación de glucosa a partir de precursores no carbohidratos - gluconeogénesis
El cuerpo solo tiene suficiente energía almacenada en forma de glucógeno para unas pocas horas. Después de un día de inanición, esta sustancia no permanece en el hígado. Por lo tanto, con dietas sin carbohidratos, inanición completa o durante un trabajo físico prolongado, el nivel normal de glucosa en la sangre se mantiene debido a su síntesis a partir de precursores que no son carbohidratos: aminoácidos, ácido láctico, glicerol. Todas estas reacciones ocurren principalmente en el hígado, así como en los riñones y la mucosa intestinal. Por lo tanto, los procesos del metabolismo de los carbohidratos, las grasas y las proteínas están estrechamente entrelazados.
A partir de los aminoácidos y el glicerol, la glucosa se sintetiza durante la inanición. En ausencia de alimentos, las proteínas de los tejidos se descomponen en aminoácidos, las grasas en ácidos grasos y glicerol.
A partir del ácido láctico, la glucosa se sintetiza después del ejercicio intenso, cuando se acumula en grandes cantidades en los músculos y el hígado durante la glucólisis anaeróbica. Desde los músculos, el ácido láctico se transfiere al hígado, donde se sintetiza la glucosa, que se devuelve al trabajo.músculo.
Regulación del metabolismo de los carbohidratos
Este proceso lo lleva a cabo el sistema nervioso, el sistema endocrino (hormonas) ya nivel intracelular. La tarea de la regulación es asegurar un nivel estable de glucosa en la sangre. De las hormonas que regulan el metabolismo de los carbohidratos, las principales son la insulina y el glucagón. Se producen en el páncreas.
La tarea principal de la insulina en el cuerpo es reducir los niveles de glucosa en sangre. Esto se puede lograr de dos maneras: aumentando la penetración de la glucosa de la sangre en las células del cuerpo y aumentando su uso en ellas.
- La insulina asegura la penetración de la glucosa en las células de ciertos tejidos: músculo y grasa. Se les llama insulinodependientes. La glucosa ingresa al cerebro, al tejido linfático, a los glóbulos rojos sin la participación de la insulina.
- La insulina mejora el uso de la glucosa por parte de las células al:
- Activación de las enzimas de la glucólisis (glucoquinasa, fosfofructoquinasa, piruvato quinasa).
- Activación de la síntesis de glucógeno (debido a una mayor conversión de glucosa en glucosa-6-fosfato y estimulación de la glucógeno sintasa).
- Inhibición de las enzimas de la gluconeogénesis (piruvato carboxilasa, glucosa-6-fosfatasa, fosfoenolpiruvato carboxicinasa).
- Aumentar la incorporación de glucosa en el ciclo de las pentosas fosfato.
Todas las demás hormonas que regulan el metabolismo de los carbohidratos son el glucagón, la adrenalina, los glucocorticoides, la tiroxina, la hormona del crecimiento y la ACTH. Aumentan los niveles de glucosa en sangre. El glucagón activa la descomposición del glucógeno en el hígado y la síntesis de glucosa a partir de carbohidratos noantecesores. La adrenalina activa la descomposición del glucógeno en el hígado y los músculos.
Violaciones de intercambio. Hipoglucemia
Los trastornos más comunes del metabolismo de los carbohidratos son la hipoglucemia y la hiperglucemia.
La hipoglucemia es un estado del cuerpo causado por niveles bajos de glucosa en sangre (por debajo de 3,8 mmol/l). Las razones pueden ser: una disminución en la ingesta de esta sustancia en la sangre desde el intestino o el hígado, un aumento en su uso por los tejidos. La hipoglucemia puede provocar:
- Patología hepática: alteración de la síntesis de glucógeno o de glucosa a partir de precursores distintos de los carbohidratos.
- Hambre de carbohidratos.
- Actividad física prolongada.
- Patologías de los riñones: alteración de la reabsorción de glucosa de la orina primaria.
- Trastornos de la digestión: patologías de la descomposición de los carbohidratos de los alimentos o del proceso de absorción de la glucosa.
- Patologías del sistema endocrino: exceso de insulina o f alta de hormonas tiroideas, glucocorticoides, hormona del crecimiento (GH), glucagón, catecolaminas.
La manifestación extrema de la hipoglucemia es el coma hipoglucémico, que se desarrolla con mayor frecuencia en pacientes con diabetes mellitus tipo I con una sobredosis de insulina. Un nivel bajo de glucosa en la sangre conduce a la privación de oxígeno y energía del cerebro, lo que provoca síntomas característicos. Se caracteriza por un desarrollo extremadamente rápido: si no se toman las medidas necesarias en unos minutos, una persona perderá el conocimiento y puede morir. Por lo general, los pacientes diabéticos pueden reconocer signos de una caída en los niveles de glucosa.sangre y sepa qué hacer: beba un vaso de jugo dulce o coma un bollo dulce.
Hiperglucemia
Otro tipo de trastorno del metabolismo de los carbohidratos es la hiperglucemia, un estado del cuerpo causado por un nivel de glucosa en sangre persistentemente alto (por encima de 10 mmol/l). Las razones pueden ser:
- patología del sistema endocrino. La causa más común de hiperglucemia es la diabetes mellitus. Distinguir entre diabetes tipo I y tipo II. En el primer caso, la causa de la enfermedad es la deficiencia de insulina provocada por el daño de las células pancreáticas que secretan esta hormona. La derrota de la glándula suele ser de naturaleza autoinmune. La diabetes mellitus tipo II se desarrolla con producción normal de insulina, por lo que se denomina no insulinodependiente; pero la insulina no cumple su función: no transporta la glucosa a las células del tejido muscular y adiposo.
- neurosis, el estrés activa la producción de hormonas: adrenalina, glucocorticoides, glándula tiroides, que aumentan la descomposición del glucógeno y la síntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratos en el hígado, inhiben la síntesis de glucógeno;
- patología hepática;
- comer en exceso.
En bioquímica, el metabolismo de los carbohidratos es uno de los temas más interesantes y extensos para el estudio y la investigación.
