Полисахариды, строение, источники, основные представители, их биохимические функции

Соединения данной категории имеют усложненное строение молекулы, в их состав входят от десяти до тысяч моносахаридов. По строению в группе медленных углеводов различают гомополисахариды, которые синтезированы из однотипных единиц и гетерополисахариды, содержащих два и больше типов мономерных остатков. Процесс переваривания полисахаридов занимает в 2 – 5 раз больше времени, чем моно- или дисахаридов.

Различают следующие виды сложных углеводов:

1. Волокнистые - неусвояемая часть растений, они транзитом проходят через ЖКТ, не добавляя калорий питанию. Волокнистые полисахариды (клетчатка) ускоряют время прохождения пищи по пищеварительному тракту, защищают от рака толстой кишки, заболеваний желудка, печени.

2. Крахмалистые углеводы (гликоген) – форма энергосохранения у людей. Такие полисахариды обеспечивают заряд бодрости человека на весь день.

Рассмотрим представителей класса медленных углеводов.

1. Крахмал. Соединение представляет собой порошок белого цвета, не растворяется в холодной воде. Около 80% углеводов человек потребляет из крахмала. Соединение накапливается в хлоропластах растений и переходит в водорастворимые сахара, откуда перемещается через клеточные мембраны в клубни, корни, семена. В человеческом организме крахмал сырых растений начинает распадаться еще во рту на мальтозу под воздействием слюны. Что еще раз доказывает гипотезу, что тщательное пережевывание пищи – залог хорошего пищеварения. В желудочном тракте соединение подвергается гидролизу, в результате которого крахмал превращается в глюкозу. Данная реакция направлена на удовлетворение потребности человеческого организма в сахаре. Длинные цепочки полисахарида идеально подходят для обеспечения организма энергией на протяжении длительного времени (дня). Природные источники углевода: хлеб, макароны, пшеница, рис, бобовые, злаки, картофель.

2. Гликоген. Это полисахарид, образуемый остатками глюкозы. Гликоген является основным запасным углеводом в организме человека. Он образует энергетический резерв, который способен восполнить внезапную нехватку глюкозы в крови. Соединение накапливается в печени, мышцах. В печени взрослых общая масса гликогена может достигать 120 грамм, а в мышцах – превышать запас, который накоплен в гепатоцитах.

3. Целлюлоза (клетчатка). Полисахарид представляет растительные волокна, не перевариваемые пищеварительной системой человека, что обусловило второе наименование соединения – «неусвояемые углеводы». Виды клетчатки: растворимая (гемицеллюлоза, пектин, смола), нерастворимая (целлюлоза, лигнин). Сложные углеводы первого типа замедляют усвоение глюкозы из крови, снижают уровень холестерина в организме, второго – вбирают на своем пути жидкость, ускоряют прохождение еды по ЖКТ, предотвращают запоры. Продукты, богатые полисахаридом: отруби, миндаль, соевые бобы, морковь, капуста, яблоки, молодой горох, арахис, изюм, свежевыжатый апельсиновый сок, цельная пшеница, мясные, рыбные изделия, сахар, молоко, сыр. Ежедневно человек нуждается в поступлении 30 грамм клетчатки: 7,5 грамм нерастворимой и 22,5 грамм растворимой.

4. Хитин. По своей структуре и функции хитин очень близок к целлюлозе; это тоже структурный полисахарид. Хитин встречается у некоторых грибов, где он играет в клеточных стенках опорную роль благодаря своей волокнистой структуре, а также у некоторых групп животных (особенно у членистоногих) в качестве - важного компонента их наружного скелета. Строение хитина идентично строению целлюлозы, за одним исключением: при 2-м атоме углерода гидроксильная (—ОН) группа заменена группой —NH.CO.CH3, что можно рассматривать как результат присоединения к аминосахару глюкозамину ацетильной группы (СН3СО—). Хитин, следовательно, является полимером ацетилглюкозамина. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.

В отличии от моно- и дисахаридов, гликоген, крахмал постепенно расщепляются в кишечнике, обеспечивая медленное возрастание содержания сахара в крови и равномерное насыщение организма энергией. В связи с этим, рекомендуется восполнять суточную потребность в углеводах за счет полисахаридов (85% от дневной нормы). При этом, употребление быстро всасывающихся соединений нужно уменьшить до 15 % от общего количества сахаридов, съедаемого за день.

Расщепление и усвоение углеводов в желудочно-кишечном тракте.

Углеводный обмен – совокупность реакций преобразования сахаридов и биологических полимеров в энергию, необходимую для жизнедеятельности человеческого организма. ЭТАПЫ МЕТАБОЛИЗМА

1. Переваривание.

В пищевом рационе человека встречаются только три основных источника углеводов: (1) сахароза, которая является дисахаридом и широко известна как тростниковый сахар; (2) лактоза, являющаяся дисахаридом молока; (3) крахмал — полисахарид, представленный практически во всей растительной пище, в особенности в картофеле и различных видах зерновых. Другими углеводами, усваиваемыми в небольшом количестве, являются амилоза, гликоген, алкоголь, молочная кислота, пировиноградная кислота, пектины, декстрины и в наименьшем количестве — производные углеводы в мясе. Пища также содержит большое количество целлюлозы, которая является углеводом. Однако в пищеварительном тракте человека не существует фермента, способного расщепить целлюлозу, поэтому целлюлоза не рассматривается как пищевой продукт, пригодный для человека.

Переработка углеводной пищи начинается во рту.

Переваривание - это процесс гидролиза веществ до их ассимилируемых форм. Переваривание углеводов в ротовой полости

В ротовой полости пища измельчается при пе­режёвывании и смачивается слюной. Слюна состоит на 99% из воды и обычно имеет рН 6,8. В слюне присутствует эндогликозидаза α-амилаза (α-1,4-гликозидаза), расщеп­ляющая в крахмале внутренние α-1,4-гликозидные связи с об­разованием крупных фрагментов — декстринов и небольшого количества мальтозы и изомальтозы. Необходим ионCl^-.

Переваривание углеводов в желудке (полостное)

Действие амилазы слюны прекращается в кислой среде (рН <4) содержимого желудка, однако, внутри пищевого комка активность амилазы может некоторое время сохраняться. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Переваривание углеводов в тонком кишечнике (полостное и пристеночное)

В двенадцатиперстной кишке кислое содержимое желудка нейтрализуется соком поджелудочной железы (рН 7,5—8,0 за счет бикарбонатов). С соком поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая α-амилаза. Эта эндогликозидаза гидролизует внутренние α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах с образованием мальтозы (2 ос­татка глюкозы, связанные α-1,4-гликозидной связью), изомальтозы (2 ос­татка глюкозы, связанные α-1,6-гликозидной связью) и олигосахаридов, содержащих 3—8 остатков глюкозы, свя­занных α-1,4- и α-1,6-гликозидными связями.

Переваривание мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов происходит под дей­ствием специфических ферментов - экзогликозидаз, образующих ферментативные комплексы. Эти комплексы находятся на поверхности эпителиаль­ных клеток тонкого ки­шечника и осуществляют пристеночное пищеварение.

Переваривание углеводов заканчивается образованием моносахаридов – в основном глюкозы, меньше образуется фруктозы и галактозы, еще меньше – маннозы, ксилозы и арабинозы.

СХЕМА ФЕРМЕНТАТИВНОГО РАСЩЕПЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ ПРИ ПИЩЕВАРЕНИИ

2. Промежуточный обмен. В печени усвоенная глюкоза преобразуется в гликоген (форма депонирования углеводов), который накапливается в виде микроскопических гранул. При энергетических потребностях организма, в головной мозг поступает сигнал, после чего кровь насыщенная глюкозой доставляется к «месту назначения». Скорость расщепления сахаридов зависит от степени проницаемости клеточных мембран. Так, в пассивной фазе бодрствования плазмалеммы обладают низкой пропускаемой способностью, вследствие чего проникновение глюкозы в мышцы происходит с колоссальной затратой энергии. Во время физической активности проницаемость клеток возрастает в три раза, что приводит к свободному поступлению макронутриентов в ткань.

3. Завершение метаболизма. В тканях окончательное расщепление моносахаридов происходит двумя путями: аэробным (в присутствии кислорода, пентозный цикл) и анаэробным (бескислородный гликолиз). В первом случае, при окислении глюкозы, образуется кофермент никотинамидадениннуклеотид-фосфат (НАДФ), который необходим для протекания восстановительных синтезов. В реакциях гликолиза на каждую расщепившуюся молекулу глюкозы синтезируется по две молекулы аденозинтрифосфата (АТФ) и молочной кислоты. Причём пировиноградная кислота (промежуточный метаболит углеводного обмена), окисляясь до углекислого газа и воды в цикле трикарбоновых кислот, не восстанавливается в молочную кислоту (при условии достаточного количества кислорода в тканях).

Регуляцию углеводного обмена в человеческом организме осуществляют гормоны, которые «подотчётны» центральной нервной системе. Например, глюкокортикостероиды (гидрокортизон, кортизон) тормозят скорость транспорта моносахаридов в клетки, инсулин ускоряет доставку глюкозы в ткань, адреналин стимулирует процесс «сахарообразования» в печени. Кроме того, в регуляции сахаридов участвует кора головного мозга, увеличивая синтез глюкозы посредством психогенных факторов.

О состоянии углеводного метаболизма судят по содержанию глюкозы в крови (норма – 3,3 – 5,5 миллимоль на литр). При поступлении продуктов, богатых на сахариды, данная величина возрастает, а затем быстро возвращается в допустимые пределы.

Постоянное удерживание глюкозы в крови в пределах нормы происходит за счет одномоментного протекания двух процессов: попадания сахаридов в кровь из печени и потребления их из плазмы тканями, где они используются как энергетический материал. Когда уровень сахара повышен, мышцы и печень пересыщены гликогеном, ввиду чего «лишний» инсулин транспортирует его в жировое депо. Данное явление – предвестник нарушений углеводного обмена.