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:
Glukose + 36 ADP + 36 P + 6 O2 » 6 CO2 + 6 H2O + 36 Glykogen, beziehungsweise korrekt 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.
Ein Erwachsener kann insgesamt rund 400 g Glykogen speichern, entsprechend ungefähr 2000 kcal. Davon befinden sich etwa 150 g in der Leber und ungefähr 250 g in der Muskulatur. Werden dennoch weitere Kohlenhydrate aufgenommen, etwa durch dauernden Süßigkeitenkonsum, entsteht Überschuss. Diese überschüssige Glukose wird in Fett umgewandelt und in Leber sowie Fettgewebe abgelagert. Die betreffende Person nimmt an Körpergewicht zu und die Leber verfettet.
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.
Etwa 90% der Glukoneogenese erfolgen in der Leber, ungefähr 10% in der Nierenrinde.
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.
