Травлення та всмоктування вуглеводів

Класифікація вуглеводів

Вуглеводи - органічні речовини , які мають в карбонільну групу(C=O) та декілька гідроксильних груп.
Вуглеводи поділяють на:
1.Моносахариди - найпростіші вуглеводи , представлені однією молекулою.Не гідролізуються , розчинні у воді , мають солодкий смак(як правило).Основні моносахариди - глюкоза , фруктоза , галактоза , дезоксирибоза , рибоза.

Структурні формули основних моносахаридів, які присутні в нашому організмі.

Моносахариди можна поділити на кетози та альдози:

• Альдози(глюкоза, галактоза) мають альдегідну групу - це коли карбонільна група зв'язана з воднем та радикалом.
• Кетози(фруктоза) мають кетогрупу - коли карбонільна група зв'язана з двома радикалами, такими виступають атоми карбону.

В залежності від кількості атомів карбону виділяють:

• Гексози містять 6 атомів карбону(глюкоза, фруктоза)
• Пентози містять 5 атомів карбону(рибоза, дезоксирибоза)
• Тетрози містять 4 атоми карбону(тетрота, тетрулоза)

Моносахариди існують у циклічній або лінійній формах , ми будемо розглядати всі вуглеводи на прикладі циклічної форми , так як 99% вуглеводів в організмі перебувають у такому стані.
Циклічні моносахариди знаходяться у двох формах - альфа(α)- та бета(β)- конфігураціях.
Альфа-моносахариди характеризуються тим, що гідроксильна група(OH) при першому атомі карбону знаходиться ПІД площиною молекули, коли в бета-конфігурації -OH група знаходиться НАД площиною молекули(дивіться картинку зверху). Вуглеводи можуть з'єднуватися між собою за допомогою глікозидного зв'язку(детальніше про це - нижче), таким чином моносахариди можуть утворювати олігосахариди та полісахариди.
2.Дисахариди - складні органічні сполукb , які складаються з двох молекул вуглеводів.В результаті гідролізу дисахарид розпадається і утворюються два моносахариди.Розчинні у воді , мають солодкий смак.Основні дисахариди - сахароза(складається з фруктози та глюкози) , лактоза(складається з глюкози та галактози) , мальтоза(складається з двох молекул глюкози).

Структурні формули основних олігосахаридів(дисахаридів), які потрапляють в організм людини разом з їжею.

3.Олігосахариди - складні органічні сполуки , які в своєму складі містять менше десяти молекул моносахаридів(по суті, дисахариди являються олігосахаридами, олігосахариди - будь-який вуглевод, де менше 10 залишків моносахариду).Розчинні у воді , і як правило,мають солодкий смак.
4.Полісахариди - складні органічні речовини , які в своєму складі містять більше,ніж 10 моносахаридних залишків.Не розчинні у воді , не мають чітко вираженого смаку.

На даній схемі ми бачимо структурні формули основних гомополісахаридів глюкози: амілози, амілопектину та целюлози.Залишки α-глюкози в молекулі амілози з'єднані між собою за допомогою α1,4-глікозидних зв'язків.В молекулі амілопектину також існують такі зв'язки, але тут ще є α1,6-глікозидні зв'язки - оце вся відмінність між амілозою та амілопектином.Ці речовини входять в склад крохмалю.
Молекула целюлози представлена ланцюгом β-глюкози, яка з'єднана між собою за допомогою β1,4-глікозидними зв'язками.Цей компонент входить в склад клітинної стінки рослин.В нашому організмі немає таких ферментів, які б перетравлювали целюлозу.

Зв'язки між вуглеводами

Щоб об'єднати вуглеводи потрібна енергія ( в організмі представлена молекулами АТФ) і фермент.В результаті об'єднання моносахаридів утворюється дисахарид та вода.
Назва глікозидного зв'язку(наприклад, α(1-4) ) позначає порядковий номер атомів карбону, які утворюють цей зв'язок.

Для формування глікозидного зв'язку між двома молекулами моносахаридів(в даному випадку - двома молекулами мальтози) потрібен певний фермент(наприклад, глікоген синтаза) та джерело енергії(АТФ або інший макроергічний зв'язок).Глікозидний зв'язок формується за допомогою оксигену, при цьому виділяється вода.Назва глікозидного зв'язку залежить від конфігурації(альфа, бета) моносахаридів, які утворюють цей зв'язок та від порядкового номеру атому карбону, який бере участь в утворенні зв'язку.

Перетравлення вуглеводів

Для кращого розуміння - подивіться відео про травлення та всмоктування вуглеводів.
Перетравлення вуглеводів починається у ротовій порожнині , так як тут знаходиться фермент - амілаза слини(також має назву птіалін, це синоніми).Цей фермент розщеплює вуглеводи , які поєднані α(1-4) зв'язком, тобто, цей фермент з класу гідролаз(бо розщеплює зв'язок за допомогою води), підклас - α(1-4)-глікощидаза.Так, в результаті перетравлення амілози або ж амілопектину буде утворюватись мальтоза(та інші олігосахариди, наприклад, мальтотріоза) та декстрини.
Декстрини - це сполуки,які утворюються в результаті розщеплення амілопектину альфа-амілазою , так як вона не може розщепити α(1-6) зв'язок.Розщеплюється вуглеводи за допомогою гідролізу(додаванням води) - зворотня реакції до полімеризації(так як під час цієї реакції вода УТВОРЮВАЛАСЬ).

Минаємо шлунок,так як там нічого цікавого не відбувається
Коли вміст шлунку потрапляє в кишечник , клітини 12-палої кишки виділяють секретин - гормон , який стимулює секрецію ферментів підшлункової залози в просвіт кишечнику.Так сюди потрапляє та ж сама підшлункова амілаза і продовжує розщеплювати полімери глюкози.

Фермент слинна амілаза за допомогою гідролізу розриває α1,4-глікозидні зв'язки всередині молекули амілопектину(в даному випадку) або ж в молекулі амілози.Механізм гідролізу і того і того - однаковий.Продукти розпаду - олігосахариди(мальтоза, мальтотріоза, альфа-декстрини) та глюкоза.

Що ж стосується дисахаридів та олігосахаридів(декстрин) , то вони вже не будуть придатні до розщеплення за допомогою амілази , їхня доля буде вирішуватися пристінковими комплексами,які знаходяться на поверхні ентероцитів:

• Лактаза - розщеплює лактозу до глюкози та галактози
• Сахараза - розщеплює сахарозу до глюкози та фруктози
• Мальтаза - розщеплює мальтозу до двох молекул глюкози
• Ізомальтаза - іноді утворює "сахаразо-ізомальтазний комплекс" , відщеплює глюкозу від молекули декстрину,яка має α(1-6) зв'язок. Коли всі складні вуглеводи розщепились , можемо розглянути процес всмоктування

На ентероцитах, які вистилають переважно проксимальні відділи тонкої кишки, є спеціальні комплекси-ферменти, які забезпечують розрив глікозидних зв'язків саме олігосахаридів(ди, три та тетрасахаридів) - в результаті утворюються кінцеві продукти розпаду, зокрема глюкоза, фруктоза та галактоза.

Всмоктування вуглеводів

Після утворення кінцевих продуктів гідролізу, їх потрібно всмоктати з просвіту ШКТ в кров, саме цим займаються спеціальні переносники глюкози, які знаходяться як на апікальній, так і на базолатеральній мембранах ентероцита.

Почнемо з всмоктування глюкози.Є три шляхи:

• На апікальній мембрані ентероцита знаходяться GLUT1 канали, які пропускають глюкозу та галактозу.Пропускна здатність цих каналів не може забезпечити оптимальне всмоктування моносахаридів(канал має високу спорідненість, але низьку "швидкість перенесення").Так як рух моносахаридів відбувається за рахунок градієнту концентрації, але за допомогою спеціального каналу, то такий вид транспорту отримав назву полегшеної дифузія.
• За допомогою натрій-залежного каналу(SGLT1 - sodium-dependent glucose transporter 1) відбувається всмоктування моносахаридів з просвіту кишківника в його клітини.Два іони натрію заходить в ентероцит і разом з собою пропускає одну молекули глюкози або ж галактози.Так як це відбувається за рахунок градієнту концентрації іонів натрію, то такий вид транспорту називається вторинним активним транспортом.
• Або ж, якщо концентрація глюкози надвелика , то тоді за рахунок того, що SGLT1 працює через норму і концентрація натрію в ентероциті росте , то на апікальну мембрану(та частина мембрани, яка обернена в просвіт кишечнику) починають вбудовуватись GLUT2(glucose transporter 2) , що полегшує всмоктування.Цей переносчик глюкози може транспортувати ВСІ моносахариди , хоча має доволі низьку спорідненість до них(мається на увазі,що потрібна дуже велика концентрація речовини,щоб він запрацював, але він транспортує моносахариди доволі швидко).

Після того,як глюкоза чи то інші моносахариди потрапили в ентероцит їм потрібно потрапити в кровообіг.Відповідно , на базальній мембрані(та частина мембрани , яка обернена до судини) знаходиться GLUT2 переносчик , який пропустить глюкозу в системний кровообіг. Всмоктування фруктози:
Фруктоза має свій особистий переносчик GLUT5 , який знаходиться як і на апікальній так і на базальній мембрані.