4 weglowodany_1

Ogólna charakterystyka węglowodanów
i główne drogi przemian metabolicznych
glukozy u człowieka
WĘGLOWODANY
Węglowodany- definicja
- aldehydy lub ketony wielowodorotlenowe
i ich pochodne
Węglowodany- definicja
sacharoza
skrobia
celuloza glikogen
WĘGLOWODANY - aldehydy lub ketony wielowodorotlenowe
i ich pochodne
Węglowodany- zawartość w pożywieniu
WĘGLOWODANY W POŻYWIENIU
80 -100 %
Cukier rafinowany,
mączka ziemniaczana
i ich przetwory (cukierki),
miód, suszone owoce
50-80 %
Produkty zbożowe (mąka,
kasze, makarony, pieczywo,
płatki śniadaniowe)
40- 70 %
Słodycze i pieczywo
cukiernicze, niektóre
przetwory owocowe
(dżem, konfitura, syrop)
nasiona roślin strączkowych
10 -25 %
Ziemniaki, warzywa
okopowe i korzeniowe,
owoce, napoje
4 -4,5 %
Mleko i napoje mleczne
Węglowodany- pochodzenie
Całkowita pula
węglowodanów u człowieka
Człowiek –synteza glukozy z
glicerolu i aminokwasów
Rośliny –synteza cukrów z CO2,
H2O i energii świetlnej
własna produkcjaz pożywienia
Węglowodany- forma łańcuchowa i pierścieniowa
łańcuchowa pierścieniowa
Węglowodany posiadające od 5 atomów węgla, mogą występować także
w formie pierścieniowej
Węglowodany- klasyfikacja
disacharydy
monosacharydy
Węglowodany
polisacharydy
oligosacharydy
cukier słodkość
Fruktoza 173 %
Sacharoza 100 %
Glukoza 74 %
Maltoza 33 %
Galaktoza 33 %
laktoza 16 %
Węglowodany- klasyfikacja
disacharydy
monosacharydy
Węglowodany
polisacharydy
oligosacharydy
aldozy
ketozy
Węglowodany- klasyfikacja
disacharydy
monosacharydy
Węglowodany
polisacharydy
oligosacharydy
triozy
C=3
tetrozy
C=4
pentozy
C=5
heksozy
C=6
heptozy
C=7
oktozy
C=8
triozy
pentozy
heksozy
Pochodne cukrów prostych:
sorbitol i ksylitol
Węglowodany- klasyfikacja
disacharydy
monosacharydy
Węglowodany
polisacharydy
oligosacharydy
maltoza sacharozalaktoza
mleko i jego przetwory cukier słodowy, w piwie,
składnik skrobi i glikogenu
buraki cukrowe,
trzcina cukrowa
Węglowodany- klasyfikacja
disacharydy
monosacharydy
Węglowodany
polisacharydy
oligosacharydy
maltotrioza rafinoza
składnik skrobi rośliny strączkowe
(fasola, groch)
Węglowodany- klasyfikacja
disacharydy
monosacharydy
Węglowodany
polisacharydy
oligosacharydy
celuloza
glikogen
skrobia
kasze, ziemniaki, rośliny
strączkowe i inne warzywa składnik roślinmateriał zapasowy u zwierząt
Węglowodany- funkcje
WĘGLOWODANY to:
> podstawowe źródło energii (skrobia, glukoza, fruktoza)
> materiał zapasowy u roślin (skrobia) i zwierząt (glikogen),
> składnik DNA i RNA (deoksyryboza i ryboza),
> składniki błon komórkowych (glikoproteiny i glikolipidy),
> heparyna (hamuje krzepnięcie krwi)
> materiał budulcowy u roślin (celuloza = błonnik).
Węglowodany- trawienie i wchłanianie
amylaza ślinowa
- wstępne trawienie skrobi i glikogenu
amylaza trzustkowa
- dalsze trawienie skrobi i glikogenu do
maltozy, maltotriozy, innych oligosacharydów
i niewielkiej ilości glukozy
hydrolazy jelitowe (maltaza, laktaza,
sacharaza-izomalataza)
- odłączanie pojedynczych reszt cukrowych
(glukozy, fruktozy, mannozy i galaktozy)
NIETRAWIONE
polisacharydy bł. komórkowych komórek roślinnych
(celuloza, hemiceluloza, pektyny, pentozany) i ligniny
Węglowodany- znaczenie włókna pokarmowego
Włókno pokarmowe
rozpuszczalne nierozpuszczalne
otręby jęczmienne, orzechy,
nasiona, fasola, soczewica,
groch, owoce (cytrusy, jabłka,
truskawki), warzywa
całe ziarna pszenicy,
produkty z całego ziarna,
warzywa, otręby pszenne
ROŚLINY
STRĄCZKOWE
spowalniają trawienie i
wchłanianie pożywienia z
żołądka i jelita
(mają zdolność wiązania
dużych ilości wody)
przyśpieszają
przechodzenie
treści pokarmowej
przez jelita
celuloza,
hemiceluloza,
ligniny
śluzy,
gumy,
pektyny
Węglowodany- znaczenie włókna pokarmowego
ROLA BŁONNIKA W ODŻYWIANIU:
- pobudza żucie i wydzielanie śliny,
- buforuje i wiąże nadmiar kwasu solnego w żołądku,
zwiększa wypełnienie jelit, pobudza ich ukrwienie i
aktywność motoryczną,
- tworzy korzystne podłoże dla rozwoju pożądanej
flory bakteryjnej jelita,
- zapobiega nadmiernemu odwodnieniu mas kałowych,
zwiększa objętość stolca,
- wiąże szereg substancji szkodliwych, m.in.
cholesterol i kwasy żółciowe,
- wpływa korzystnie na strawność innych składników
pożywienia,
- obniża poziom glukozy we krwi,
- hamuje przyrost masy ciała,
- przeciwdziała powstawaniu nowotworów przewodu
pokarmowego
Dawka błonnika zalecana
przez WHO 27- 40 g/osobę/dzień
Węglowodany- transport z jelita
glukoza
wykorzystana
od razu
przechowywana
w postaci glikogenu
tłuszcz
Węglowodany- regulacja poziomu glukozy we krwi
140 mg/dl
80 -110 mg/dl
60 mg/dl
stan na czczo –
80 –110 mg/dl
po posiłku –
120 –140 mg/dl
stan głodzenia –
60 –70 mg/dl
Węglowodany- transport do komórek
Obecność insuliny warunkuje wnikanie glukozy z krwi do komórek,
a także jej metabolizowanie
Transporter Lokalizacja
GLUT 1
Mózg, erytrocyty
łożysko, płody
Km (~ 1 mM), stałe pobieranie glukozy,
niezależnie od normglikemii (4-6 mM)
GLUT 2
Wątroba, nerka,
jelita, komórki β
trzustki
Km (15–20 mM)
GLUT 3 Mózg Km ( podawany w zakresie od 0 do 100 (w odniesieniu do czystej glukozy)
niski –poniżej 55
średni -między 55 -70 (banan)
wysoki -powyżej 70
Węglowodany- indeks glikemiczny
Typ produktu GI
(glukoza -100)
GI
(chleb -100)
Porcja produktu
(g lub ml)
Napoje
Coca cola
Sok pomarańczowy
Sok jabłkowy
63
52
40
90
74
57
250 ml
250 ml
250 ml
Owoce
Banan
Jabłko
greifrut
52
38
25
74
52
36
120 g
120 g
120 g
Makarony
Makaron z serem
spagetti
64
44
92
64
180 g
180 g
Warzywa
Marchew got.
Ziemniaki got.
groch
92
85
48
131
121
68
80 g
150 g
80 g
Inne
Lody
mleko
61
27
87
38
50 g
250 g
Węglowodany- indeks glikemiczny + ładunek glikemiczny (ang. glucose load)
Ładunek glikemiczny –sposób oceny zawartości węglowodanów w pożywieniu
(opiera się na 2 zmiennych: wartości IG oraz rozmiarze standardowej porcji)
W x IG
ŁG = --------
100
W –ilość węglowodanów w danej porcji
IG –indeks glikemiczny
ŁG –ładunek glikemiczny
WNIOSEK
produkty o wysokim IG spożywane w małych ilościach dają taki sam
efekt w wyrzucie insuliny do krwi, jak produkty o niskim IG, za to
spożywane w dużych ilościach
Np. ok. 1 kg marchwi aby dostarczyć 50 g węglowodanów
Węglowodany- regulacja poziomu glukozy we krwi
Inne hormony regulujące
poziom glukozy we krwi:
- glukagon
- adrenalina,
- glikokortykoidy,
- hormon wzrostu,
- hormony tarczycy.
140 mg/dl
80- 110 mg/dl
60 mg/dl
Węglowodany- regulacja poziomu glukozy we krwi
Wpływ poziomu glukozy na samopoczucie:
-hipoglikemia – rozdrażnienie, złość, senność, osłabiona koncentracja, omdlenia,
-normoglikemia - OK
-hiperglikemia – nastrój szczęścia i beztroski (do pewnego momentu)
Węglowodany- druga twarz glukozy
zaburzenie
homeostazy
glukozy
hiperglikemia
glukotoksyczność
produkcja ROS
(reaktywne formy tlenu)
glikacja białek
• zaburzenia widzenia
• choroby sercowo-naczyniowe
• uszkodzenie funkcji nerek
• choroby układu nerwowego
Węglowodany- test tolerancji glukozy
Zdolność organizmu do zużywania glukozy (czyli czy organizm prawidłowo reaguje
na podanie glukozy)
Zdolność organizmu do zużywania glukozy (czyli czy organizm prawidłowo reaguje
na podanie glukozy)
Węglowodany- test tolerancji glukozy
Zdolność organizmu do zużywania glukozy (czyli czy organizm prawidłowo reaguje
na podanie glukozy)
Cukrzyca typu 2
Kontrola
Kontrola
Cukrzyca typu 2
Czas (minuty)
Glukoza
na czczo
Pacjent Pacjent
zdrowy z cukrzycą
5 mM >7 mM
90 mg/dl >126 mg/dl
180
75 g glukozy75 g glukozy
Węglowodany- test tolerancji glukozy
> 200 mg/dl< 120 mg/dl
140 mg/dl
Węglowodany- test tolerancji glukozy
Pacjent Pacjent
zdrowy z cukrzycą
5 mM 10 mM
Cukrzyca typu 2
Kontrola
Kontrola
Cukrzyca typu 2
Czas (minuty)
Glukoza
na czczo
75 g glukozy75 g glukozy
180
140 mg/dl
> 200 mg/dl
> 140 mg/dl< 120 mg/dl
Węglowodany- cukrzyca
Cukrzyca
Choroba metaboliczna polegająca na zaburzeniu
gospodarki węglowodanowej organizmu, które
wynika z całkowitego braku insuliny bądź z
oporności komórek na ten hormon.
Epidemia (?) cukrzycy:
2000 r. - 151 milionów ludzi
18 milionów w U.S.A.
2 miliony w Polsce
2010 r. - 220 milionów ludzi
2025 r. - 300 milionów ludzi
Zimmet i wsp. 2001, Nature 414;782-87.
Węglowodany- cukrzyca
-jest chorobą nieuleczalną
- głównym objawem jest:
hiperglikemia ( >130 mg/dl)
i glukozuria
Cukrzyca
- cukrzyca początkowo nie boli
Węglowodany- cukrzyca
Typ 1 (zależny od insuliny) Typ 2 (niezależny od insuliny)
-5-10 % wszystkich cukrzyków
-rozwija się w wieku dziecięcym i w
czasie dojrzewania
-osoby chude lub o normalnej masie
-90-95 % wszystkich cukrzyków
-wykrywana po 40 roku życia
-chorzy często są otyli
Inne czynniki ryzyka:
-wiek, nadciśnienie, cukrzyca
w rodzinie, cukrzyca w okresie
ciąży, brak aktywności
fizycznej
Węglowodany- cukrzyca
CUKRZYCA TYPU 1
Destrukcja komórek β
Powszechniejsza
wśród ludzi białych
Węglowodany- cukrzyca
Komórki oporne na działanie
insuliny
Powszechna wśród:
Afroamerykanów, Latynosów,
Indian, niektórych amerykanów
pochodzenia azjatyckiego,
rdzenna ludność Hawai i wysp
Pacyfiku
W konsekwencji długiej choroby
–destrukcja komórek beta
CUKRZYCA TYPU 2
Węglowodany- cukrzyca
Typ 1 (zależny od insuliny) Typ 2 (niezależny od insuliny)
-5 % wszystkich cukrzyków
-rozwija się w wieku dziecięcym i w
czasie dojrzewania
-osoby chude lub o normalnej masie
-zniszczenie trzustki
-brak insuliny
-podawanie insuliny niezbędne dla
przeżycia
-towarzyszy kwasica ketonowa
-terapia polega na zastrzykach z
insuliny
-90 % wszystkich cukrzyków
-wykrywana po 40 roku życia
-chorzy często są otyli
-trzustka nie jest uszkodzona
-insulinooporność lub niedostateczna
ilość hormonu
-insulina nie jest konieczna
-kwasica nie występuje
-terapia obejmuje:
a) dietę, ćwiczenia fiz.,
b) doustne leki hipoglikemizujące,
c) zastrzyki z insuliny
Węglowodany- glukoza jako najważniejszy monosacharyd
Glukoza- forma łańcuchowa
Glukoza- forma pierścieniowa
wszystkie węglowodany zawarte w
pożywieniu są przekształcane w glukozę
przemiany węglowodanów to w
rzeczywistości przemiany glukozy
Węglowodany- glukoza jako najważniejszy monosacharyd
Glukoza- forma łańcuchowa
Glukoza- forma pierścieniowa
podstawowe paliwo energetyczne dla
mózgu, erytrocytów i siatkówki oka
przemiany węglowodanów to w
rzeczywistości przemiany glukozy
wszystkie węglowodany zawarte w
pożywieniu są przekształcane w glukozę
Węglowodany- główne przemiany glukozy
GLUKOZA
pirogronian/mleczan
ryboza
i NADPH
glikogen
G
L
I
K
O
L
I
Z
A
GLIKOGENOLIZA
SZLAK PENTOZO-
FOSFORANOWY
aminokwasy, glicerol, mleczan
GLIKOGENOGENEZA
G
L
U
K
O
N
E
O
G
E
N
E
Z
A
Węglowodany- główne przemiany glukozy
GLUKOZA
pirogronian/mleczan
ryboza
i NADPH
glikogen
G
L
I
K
O
L
I
Z
A
GLIKOGENOLIZA
SZLAK PENTOZO-
FOSFORANOWY
aminokwasy, glicerol, mleczan
GLIKOGENOGENEZA
G
L
U
K
O
N
E
O
G
E
N
E
Z
A
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza
GLUKOZA
pirogronian/mleczan
G
L
I
K
O
L
I
Z
A
PRZEBIEGA WE WSZYSTKICH KOMÓRKACH
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza
Glukoza
Glukozo-6-fosforan
ATP
ADP
Heksokinaza (glukokinaza)
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza
heksokinaza
0,04 mM
0,13 mM
0,02 mM
glukokinaza 4,5 mM
Glukoza
Glukozo-6-fosforan
Heksokinaza (glukokinaza)ATP
ADP
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza
Glukoza
Glukozo-6-fosforan
Fruktozo-6-fosforan
Fruktozo-1,6-bisfosforan
Aldehyd-3-fosfoglicerynianowy Fosfodihydroksyaceton
1,3-bisfosfoglicerynian
3-fosfoglicerynian
2-fosfoglicerynian
Fosfoenolopirogronian
Pirogronian
ATP
ADP
ATP
ADP
ATP
ATP
ADP
ADP
Glukoza +2 ADP +2 NAD+ + 2 Pi →
2 Pirogronian +2 ATP +2 NADH +2 H+
NADH
NAD+, Pi
Heksokinaza (glukokinaza)
Izomeraza fosfoglukozy
Fosfofruktokinaza
Aldolaza
Izomeraza
triozofosforanowa
Dh. aldehydu
3-fosfoglicerynowego
Kinaza
fosfoglicerynianowa
Fosfogliceromutaza
Enolaza
Kinaza
pirogronianowa
H2O
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza
GLUKOZA
pirogronian/mleczan
G
L
I
K
O
L
I
Z
A
-może przebiegać w warunkach
tlenowych jak i beztlenowych
mleczan
-utlenianie 1 cząsteczki glukozy
dostarcza 38 moli ATP (tylko 2 mole
w warunkach beztlenowych)
2 ATP
CO2 + H2O
36 ATP
Węglowodany- główne przemiany glukozy- cykl Cori
mleczan
WĄTROBA
MIĘŚNIE
mleczan mleczan
glukoza glukoza
naczynie krwionośne
pirogronian pirogronian
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza
Glukoza
Glukozo-6-fosforan
Fruktozo-6-fosforan
Fruktozo-1,6-bisfosforan
Aldehyd-3-fosfoglicerynianowy Fosfodihydroksyaceton
1,3-bisfosfoglicerynian
3-fosfoglicerynian
2-fosfoglicerynian
Fosfoenolopirogronian
Pirogronian
ATP
ADP
ATP
ADP
ATP
ATP
ADP
ADP
NADH
NAD+, Pi
Heksokinaza (glukokinaza)
Izomeraza fosfoglukozy
Fosfofruktokinaza
Aldolaza
Izomeraza
triozofosforanowa
Dh. aldehydu
3-fosfoglicerynowego
Kinaza
fosfoglicerynianowa
Fosfogliceromutaza
Enolaza
Kinaza
pirogronianowa
galaktoza
mannoza Fruktoza
(tk.tłuszczowa)
Fruktoza
(wątroba)
-galaktoza, fruktoza i mannoza mogą
być wykorzystywane w procesie
glikolizy
-galaktozemia
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza- galaktozemia
-mniej powszechna niż nietolerancja laktozy
-dziedziczny niedobór aktywności urydylotransferazy galaktozo-1-
fosforanowej
-u niemowląt występuje biegunka i wymioty po spożyciu mleka,
a w konsekwencji powiększenie wątroby i żółtaczka
oraz zaćma, ospałość i opóźnienie rozwoju umysłowego
-diagnoza na podstawie:
> podniesiony poziom galaktozy we krwi i moczu
> brak tego enzymu w krwinkach czerwonych
-terapia polega na wykluczeniu tego cukru z diety (jednak większość
pacjentów nadal cierpi z powodu dysfunkcji ośrodkowego ukł. nerwowego –
opóźnienie w rozwoju mowy)
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza
FRUKTOZA ?????
- nie powoduje nagłego wzrostu insuliny
we krwi
Co jest lepsze – zjeść owoc czy wypić sok?
pomarańcza to 20 kCal z czego 10 kCal to fruktoza i dużo błonnika.
Szklanka soku pomarańczowego to 6 pomarańczy czyli 120 kCal z
fruktozy bez żadnego błonnika.
-pobudza w wątrobie wzmożoną syntezę
kw. tłuszczowych i wydzielanie VLDL
Węglowodany- główne przemiany glukozy- glikoliza a nowotwory
-guzy nowotworowe wykazują większe
zapotrzebowanie na glukozę i szybką
glikolizę
-komórki rakowe rosną szybciej niż
naczynia krwionośne -hipoksja
-pobieranie glukozy przez komórki
guza koreluje z jego złośliwością i złym
rokowaniem
Węglowodany- zalecana literatura
1. „Biochemia Harpera” red. Harper
2. „Biochemia” red. A. Stryer
3. „Biochemia” red. Lehninger
Dziękuję za uwagę
Węglowodany- znaczenie włókna pokarmowego
Włókno pokarmowe rozpuszczalne w wodzie (śluzy, gumy, pektyny):
- spowalniają trawienie i wchłanianie pożywienia z żołądka i jelita
- mają zdolność wiązania dużych ilości wody
(przedłużają uczucie sytości i lepsze wchłanianie składników pokarmowych ?????)
> śluzy występujące w wodorostach (stosowane jako środki przeczyszczające
> gumy wyst. w nasionach oraz substancjach wydzielanych przez rośliny
np. guar (stosowane jako środek zagęszczający w produkcji żywności)
> pektyny np. z jabłek i grejfruta (wykorzystywane do produkcji dżemów)
spowalniają tempo wchłaniania cukrów prostych w jelicie cienkim (ważne w
cukrzycy). Stosowane także w terapii wypłukiwania metali ciężkich.
Węglowodany- regulacja poziomu glukozy we krwi