Informacyjny artykuł z detalami o cukrze.
Cukier należy do związków organicznych. Istnieją związki nieorganiczne i organiczne.
Związki organiczne są zazwyczaj charakteryzowane tym, że składają się głównie z atomów węgla i wodoru. Są stabilizowane przez wiązania kowalencyjne.
Oczywiście istnieją wyjątki wśród związków organicznych, a także związki nieorganiczne z węglem, takie jak dwutlenek węgla czy tlenek węgla. Związki nieorganiczne to zazwyczaj substancje takie jak woda, sole, kwasy i zasady.
Oba rodzaje są niezbędne dla metabolizmu i występują prawie wszędzie i zawsze.
Węglowodany
Węglowodany powstają w zielonych roślinach podczas fotosyntezy z dwutlenku węgla i wody. Światło słoneczne jest wówczas magazynowane jako energia chemiczna w węglowodanach i jest dostępne dla wszystkich organizmów żywych.
Węglowodany składają się z pierwiastków węgla, wodoru i tlenu. W organizmie człowieka węglowodany służą głównie jako szybko dostępne źródło energii. Węglowodany dzieli się według długości łańcucha na monosacharydy, disacharydy i polisacharydy.
Rola. Węglowodany dzieli się według wielkości na monosacharydy, disacharydy i polisacharydy.
Monosacharydy
Monosacharydy (mono = jeden, sacharydy = cukier) to proste, pierścieniowe cząsteczki cukru. Najważniejszym cukrem prostym w ludzkim ciele jest glukoza (cukier gronowy, dekstroza). Glukoza może być wykorzystywana przez większość komórek do produkcji energii. Dlatego glukoza jest najważniejszym nośnikiem energii w organizmie człowieka. Inne często występujące monosacharydy to fruktoza (cukier owocowy) i galaktoza.
Disacharydy
Gdy dwa cukry proste reagują ze sobą, powstaje dwucukier (di = dwa). Cukier trzcinowy lub buraczany (sacharoza) powstaje z glukozy i fruktozy, cukier mleczny (laktoza) z glukozy i galaktozy. Disacharydy mogą być ponownie rozkładane na cukry proste.
Polisacharydy
Niektóre disacharydy mogą łączyć się z innymi cukrami prostymi, tworząc polisacharydy ("wielocukry"). Powstają wtedy bardzo duże cząsteczki, zwane makrocząsteczkami. Przykładem jest skrobia (amyloza). Jest ona roślinną formą magazynowania glukozy powstałej w wyniku fotosyntezy. Ziemniaki, kukurydza i pszenica zawierają szczególnie dużo skrobi.
Gdy człowiek spożywa posiłek zawierający skrobię, skrobia jest ponownie rozkładana w przewodzie pokarmowym. Jest dzielona na mniejsze fragmenty. Powstaje ponownie glukoza, która następnie jest wchłaniana do krwi. Gdy człowiek spożywa posiłek zawierający skrobię, skrobia jest ponownie rozkładana w przewodzie pokarmowym na małe fragmenty. Powstaje ponownie glukoza, która jest wchłaniana do krwi.
Pozyskiwanie energii z glukozy
Jako "paliwo" do niezbędnego pozyskiwania energii większość ludzkich komórek preferuje glukozę. Główne etapy pozyskiwania energii są zatem przedstawiane na podstawie rozkładu glukozy.
Rozkład glukozy można podzielić na cztery etapy:
1. Glikoliza – produkcja energii bez tlenu.
Pod glikolizą rozumie się wiele reakcji enzymatycznych.
W tym procesie cząsteczka glukozy jest ostatecznie rozkładana na dwie cząsteczki pirogronianu (kwas pirogronowy). Bezpośredni zysk energetyczny tego łańcucha reakcji jest niewielki: na cząsteczkę glukozy powstają dwa ATP. Z drugiej strony, glikoliza zachodząca w cytoplazmie ma tę zaletę, że komórki mogą pozyskiwać energię nawet bez tlenu.
W przypadku niedoboru tlenu, zwłaszcza komórki mięśni szkieletowych nie mogą dalej rozkładać pirogronianu. Jest on przekształcany w mleczan (= kwas mlekowy) i transportowany przez krwiobieg do wątroby. Co ciekawe, komórki mięśnia sercowego mogą przy dużym obciążeniu pokrywać część swojego zapotrzebowania na energię z mleczanu.
ATP oznacza adenozynotrifosforan. ATP jest najważniejszym związkiem bogatym w energię w komórce. Jest to substancja występująca we wszystkich organizmach, która służy jako źródło energii dla wielu procesów metabolicznych. ATP powstaje podczas procesów wytwarzających energię z adenozynodifosforanu (ADP).
2. Acetylokoenzym A – centralna cząsteczka metabolizmu energetycznego
Przy wystarczającym zaopatrzeniu w tlen, pirogronian, końcowy produkt glikolizy, wchodzi do mitochondrium i reaguje z koenzymem A, tworząc acetylokoenzym A, w skrócie Acetyl-CoA. Acetylokoenzym A jest istotną cząsteczką w całym metabolizmie energetycznym.
Przy wystarczającej ilości tlenu, końcowy produkt glikolizy, pirogronian, wchodzi do mitochondrium i łączy się z koenzymem A, w skrócie CoA-SH, aktywną formą kwasu pantotenowego, tworząc acetylokoenzym A, czyli Acetyl-CoA. W tym procesie nie powstaje bezpośrednio ATP, jednak powstałe NADH, zredukowana forma NAD (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy), może być później wykorzystane w łańcuchu oddechowym do dostarczania energii.
3. Cykl kwasu cytrynowego
Cykl kwasu cytrynowego to kolejna seria reakcji enzymatycznych, które zachodzą w mitochondriach.
Na każde wprowadzone Acetyl-CoA powstaje jedno bogate w energię fosforan (trifosforan guanozyny, w skrócie GTP), które może bezpośrednio przekształcić ADP w ATP. Dodatkowo powstają zredukowane koenzymy NADH i FADH2 (FAD = dinukleotyd flawinoadeninowy), które są wykorzystywane dopiero w łańcuchu oddechowym (szczegóły dotyczące utleniania i redukcji poniżej).
Cykl kwasu cytrynowego jest jednak nie tylko ważny dla rozkładu glukozy. Wiele katabolicznych szlaków metabolicznych prowadzi pośrednio lub bezpośrednio do cyklu kwasu cytrynowego, a jednocześnie cykl kwasu cytrynowego dostarcza substratów wyjściowych dla wielu anabolicznych reakcji metabolicznych. Dlatego słusznie nazywa się go "węzłem" metabolizmu.
4. Łańcuch oddechowy
W opisanych wcześniej fazach rozkładu glukozy reakcje redukcji wiążą elektrony z koenzymami. Łańcuch oddechowy, czyli łańcuch transportu elektronów, przekazuje te elektrony na tlen. Powstaje przy tym woda i duże ilości energii, które są wykorzystywane do ponownego tworzenia ATP.
Stopniowo z jednej cząsteczki glukozy powstaje łącznie 36 cząsteczek ATP.
Pod pojęciem "regeneracji ATP" rozumie się, że ADP łączy się z fosforanem, czyli jest fosforylowane. Łańcuch oddechowy i fosforylacja ATP są bezpośrednio sprzężone, dlatego mówi się o fosforylacji oksydacyjnej. Podczas łańcucha oddechowego elektrony z NADH i FADH2 nie trafiają bezpośrednio na tlen. Są one raczej kolejno przejmowane i przekazywane przez enzymy i koenzymy. W ten sposób stopniowo powstają również 36 cząsteczki ATP.
Oksydacyjny rozkład, czyli rozkład z tlenem, węglowodanów i tłuszczów dostarcza energii. Ten proces pozyskiwania energii z oksydacyjnego rozkładu jest zbiorczo nazywany oddychaniem komórkowym. Dla glukozy bilans wygląda na przykład następująco:
Glukoza + 36 ADP + 36 P + 6 O2 " 6 CO2 + 6 H2O + 36 Glykogen, czyli poprawnie ATP.
Jeśli organizm ludzki jest wystarczająco zaopatrzony w glukozę, może ją magazynować w postaci glikogenu. Ludzki glikogen i roślinna skrobia mają podobną strukturę i składają się tylko z łańcuchów glukozy. Glikogen jest magazynowany głównie w wątrobie i mięśniach szkieletowych.
Dorosły człowiek może łącznie magazynować około 400 g glikogenu, co odpowiada około 2000 kcal. Z tego około 150 g znajduje się w wątrobie, a około 250 g w mięśniach. Jeśli mimo to spożywane są dodatkowe węglowodany, na przykład przez ciągłe spożywanie słodyczy, powstaje nadmiar. Ten nadmiar glukozy jest przekształcany w tłuszcz i odkładany w wątrobie oraz tkance tłuszczowej. Osoba ta przybiera na wadze, a wątroba staje się otłuszczona.
Glikoneogeneza (nowotworzenie glukozy)
Mózg i erytrocyty mogą wykorzystywać wyłącznie glukozę do pozyskiwania energii. Ponadto glukoza jest jedyną substancją, którą mięśnie szkieletowe mogą wykorzystywać do pozyskiwania energii przy niedoborze tlenu. Glikoneogeneza, czyli tworzenie glukozy z nie-węglowodanowych prekursorów, takich jak niektóre aminokwasy, glicerol czy mleczan, zapewnia odpowiednie poziomy glukozy nawet bez spożycia pokarmu i przy wyczerpanych zapasach glikogenu.
Glikoneogenezę można traktować jako proces odwrotny do glikolizy.
Glikoneogeneza zachodzi jednak tylko przy zużyciu energii, czyli przy użyciu ATP.
Około 90% glikoneogenezy zachodzi w wątrobie, około 10% w korze nerek.
Cukier w codziennym życiu
Cukier uważany jest przez wielu za szybkie źródło energii i poprawiacz nastroju. Poprzez wydzielanie insuliny wspomaga krótkotrwale produkcję serotoniny w mózgu, co poprawia samopoczucie. Ten pozytywny efekt jest jednak krótkotrwały. Następnie często następuje szybki spadek poziomu cukru we krwi z objawami zmęczenia, problemami z koncentracją, nerwowością lub głodem – znany "Sugar Blues". Szczególnie krytyczne jest spożycie cukru stołowego w słodyczach, napojach gazowanych i mąkach oczyszczonych, którym brakuje naturalnych substancji towarzyszących, takich jak błonnik, witaminy i minerały.
Badania potwierdzają, że wysoka konsumpcja cukru nie tylko zwiększa ryzyko próchnicy, ale także wiąże się z nadwagą, cukrzycą oraz chorobami sercowo-naczyniowymi. Również wzrasta ryzyko przedwczesnej śmiertelności. Również mózg może ucierpieć: pamięć i zdolności poznawcze mogą się pogarszać, u dzieci dyskutuje się o związkach z nadpobudliwością i deficytami neurokognitywnymi. Dodatkowo silne wahania poziomu cukru we krwi mogą osłabiać układ odpornościowy i zwiększać podatność na infekcje.
Cukier jednak nie jest równy cukrowi. Naturalny cukier z owoców lub pełnowartościowych produktów spożywczych jest "hamowany" przez błonnik i mikroskładniki odżywcze. Dzięki temu poziom cukru we krwi wzrasta wolniej i bardziej kontrolowanie. Cukier stołowy natomiast – mieszanka glukozy i fruktozy – często trafia do organizmu w dużych ilościach i bez ochronnych substancji towarzyszących. To sprzyja silnym skokom poziomu cukru we krwi, wysokiemu wydzielaniu insuliny, fazom niedocukrzenia i długoterminowym zaburzeniom metabolicznym. Nadmiar fruktozy jest ponadto łatwo przekształcany w tłuszcz i może sprzyjać podwyższonym poziomom tłuszczów we krwi oraz stłuszczeniu wątroby.
