Maisto produktų asimiliacijos proceso ypatumai. Virškinimas. Esmė. Žmogaus virškinimo sistemos sandara. Baltymų, riebalų ir angliavandenių virškinimo žmogaus virškinimo trakte ypatybės

Virškinimas - mechaninis šlifavimas ir cheminis skaldymas maistinių medžiagųį smulkesnius fragmentus, kuriems trūksta rūšies specifiškumo ir kurie yra tinkami absorbcijai.

Taigi, virškinimas apima ir mechaninį, ir cheminį maisto apdorojimą.

Cheminis maisto virškinimas - tai hidrolizinis (t.y. naudojant vandens molekules) fermentinis didelių maistinių medžiagų molekulių skaidymas į mažesnes. komponentai prieinamas absorbcijai žarnyne.

Maistinių medžiagų virškinimo (fermentinio skilimo) galutiniai produktai :

Dėl baltymų - amino rūgštys . Tai yra 20 „baltymų“ aminorūgščių, dalyvaujančių baltymų sintezėje.
Dėl angliavandenių - monosacharidai . Tai daugiausia gliukozė.
Dėl riebalų - glicerolis ir riebalų rūgštys .

Maisto virškinimo dėka gaunami ne tik produktai pasisavinimui, bet ir neleidžiama genetiškai svetimiems baltymams patekti į organizmą. Virškinimas prasideda nuo angliavandenių burnoje, veikiant seilių fermentams (amilazei ir maltazei), tada baltymai virškinami skrandyje, veikiant pepsinui ir. druskos rūgšties, tada dvylikapirštėje žarnoje, veikiant kasos fermentams (lipazė, amilazė, tripsinas, chimotripsinas ir kai kurie kiti), suskaidomos visos maistinės medžiagos.

Virškinimo procesas vyksta nuosekliai.

Angliavandenių virškinimas

Polisacharidų klasės angliavandeniai pirmiausia suskaidomi į dekstrinus, paskui į disacharidus ir galiausiai į monosacharidus.

Baltymų virškinimas

Baltymai suskaidomi į oligopeptidus, dipeptidus ir aminorūgštis.

Riebalų virškinimas

Riebalai: suskaidomi į monogliceridus ir riebalų rūgštis, vėliau į glicerolį ir riebalų rūgštis.

Riebalų virškinimas virškinimo trakto(GI) skiriasi nuo baltymų ir angliavandenių virškinimo. Riebalai netirpsta skysta terpėžarnyne, todėl norint, kad jos būtų hidrolizuotos ir įsisavintos, būtina jas emulsinti – suskaidyti į mažyčius lašelius. Dėl emulsinimo gaunama emulsija - vieno skysčio mikroskopinių dalelių dispersija kitame. Emulsijas gali sudaryti bet kurie du nesimaišantys skysčiai. Daugeliu atvejų viena iš emulsijų fazių yra vanduo. Riebalai emulsuojami naudojant tulžies rūgštys, kurie sintetinami kepenyse iš cholesterolio. Taigi cholesterolis yra svarbus riebalų virškinimui ir pasisavinimui.

Kai įvyksta emulsinimas, riebalai (lipidai) tampa prieinami kasos išskiriamoms kasos lipazėms, ypač lipazei ir fosfolipazei A2.

Galutiniai kasos lipazių riebalų skaidymo produktai yra glicerolis ir riebalų rūgštys.

Bet kuris gyvas organizmas minta ekologišku maistu, kuris sunaikinamas virškinimo sistemoje ir dalyvauja ląstelių metabolizme. O tokios medžiagos kaip baltymai virškinimas reiškia visišką suskaidymą į monomerus. Tai reiškia, kad pagrindinė užduotis Virškinimo sistema yra antrinės, tretinės arba domeninės molekulės struktūros sunaikinimas, o vėliau aminorūgščių pašalinimas. Vėliau juos kraujotakos sistema nuneš į organizmo ląsteles, kur bus susintetintos naujos gyvybei reikalingos baltymų molekulės.

Fermentinis baltymų skaidymas

Baltymai yra sudėtinga makromolekulė, biopolimero, susidedančio iš daugelio aminorūgščių, pavyzdys. O kai kurios baltymų molekulės susideda ne tik iš aminorūgščių liekanų, bet ir iš angliavandenių ar lipidų struktūrų. Fermentiniuose arba transportiniuose baltymuose netgi gali būti metalo jonų. Dažniausiai maiste yra baltymų molekulių, kurios yra gyvūnų mėsoje. Jie taip pat yra sudėtingos fibrilinės molekulės su ilga aminorūgščių grandine.

Baltymams skaidyti virškinimo sistema turi proteolizės fermentų rinkinį. Tai pepsinas, tripsinas, chemotripsinas, elastazė, gastriksinas, chimozinas. Galutinis baltymų virškinimas įvyksta plonoji žarna peptidų hidrolazių ir dipeptidazių įtakoje. Tai grupė fermentų, kurie naikina griežtai specifinių aminorūgščių peptidinį ryšį. Tai reiškia, kad peptidiniam ryšiui tarp serino aminorūgščių liekanų nutraukti reikia vieno fermento, o treonino suformuotam ryšiui nutraukti reikia kito fermento.

Baltymų virškinimo fermentai skirstomi į tipus, priklausomai nuo jų aktyvaus centro struktūros. Tai serino, treonino, aspartilo, glutamino ir cisteino proteazės. Jų aktyvaus centro struktūroje yra specifinė aminorūgštis, iš kurios jie gavo savo pavadinimą.

Kas atsitinka su baltymais skrandyje?

Daugelis žmonių klysta sakydami, kad skrandis yra pagrindinis virškinimo organas. Tai paplitusi klaidinga nuomonė, nes maisto virškinimas iš dalies stebimas burnos ertmėje, kur sunaikinama nedidelė angliavandenių dalis. Čia vyksta jų dalinė absorbcija. Tačiau pagrindiniai virškinimo procesai vyksta plonojoje žarnoje. Be to, nepaisant pepsino, chimozino, gastricsino ir druskos rūgšties, baltymai skrandyje nevirškina. Šios medžiagos, veikiamos proteolitinės ir druskos rūgšties, denatūruojasi, tai yra, praranda savo ypatingą erdvinę struktūrą. Be to, veikiant chimozinui, pieno baltymai koaguliuoja.

Jei baltymų virškinimo procesą išreiškiame procentais, tada maždaug 10% kiekvienos baltymo molekulės sunaikinimo įvyksta skrandyje. Tai reiškia, kad skrandyje nei viena aminorūgštis neatsiskiria nuo makromolekulės ir nepatenka į kraują. Baltymas tiesiog išsipučia ir denatūruojasi, kad padidėtų proteolitinių fermentų veikimo dvylikapirštėje žarnoje vietų skaičius. Tai reiškia, kad veikiant pepsinui, baltymo molekulės tūris didėja, atsiskleidžia daugiau peptidinių jungčių, prie kurių vėliau prisijungia kasos sulčių proteolitiniai fermentai.

Baltymų virškinimas dvylikapirštėje žarnoje

Po skrandžio į dvylikapirštę žarną patenka perdirbtas ir kruopščiai susmulkintas maistas, sumaišytas su skrandžio sultimis ir paruoštas tolesniems virškinimo etapams. Tai yra svetainė Virškinimo traktas, esantis pačioje plonosios žarnos pradžioje. Čia tolesnis molekulių skilimas vyksta veikiant kasos fermentai. Tai agresyvesnės ir aktyvesnės medžiagos, galinčios suardyti ilgą polipeptidinę grandinę.

Tripsino, elastazės, chimotripsino, karboksipeptidazių A ir B įtakoje baltymo molekulė suskaidoma į daug mažesnių grandinių. Iš esmės, praėjus dvylikapirštės žarnos Baltymų virškinimas žarnyne tik prasideda. O jei išreiškiama procentais, tada perdirbus maisto boliusą baltymai virškinami maždaug 30-35%. Visiškas jų „išardymas“ į juos sudarančius monomerus bus atliktas plonojoje žarnoje.

Baltymų virškinimo kasoje rezultatai

Baltymų virškinimas skrandyje ir dvylikapirštėje žarnoje yra paruošiamasis etapas, reikalingas makromolekulėms smulkinti. Jei baltymas, kurio grandinės ilgis yra 1000 aminorūgščių, patenka į skrandį, tada prie išėjimo iš dvylikapirštės žarnos bus, pavyzdžiui, 100 molekulių, kurių kiekvienoje yra 10 aminorūgščių. Tai hipotetinis skaičius, nes aukščiau paminėtos endopeptidazės neskirsto molekulės į lygias dalis. Gautoje masėje bus molekulės, kurių grandinės ilgis yra 20 aminorūgščių, 10 ir 5. Tai reiškia, kad suskaidymo procesas yra chaotiškas. Jo tikslas – kiek įmanoma supaprastinti egzopeptidazių darbą plonojoje žarnoje.

Virškinimas plonojoje žarnoje

Bet kurio didelės molekulinės masės baltymo virškinimas yra visiškas jo komponentų sunaikinimas. pirminė struktūra monomerai. O plonojoje žarnoje, veikiant egzopeptidazėms, pasiekiamas oligopeptidų skilimas į atskiras aminorūgštis. Oligopeptidai yra aukščiau minėtos didelės baltymo molekulės, susidedančios iš nedidelio skaičiaus aminorūgščių, likučiai. Jų padalijimas energijos sąnaudomis yra panašus į sintezę. Todėl baltymų ir angliavandenių virškinimas yra daug energijos reikalaujantis procesas, kaip ir gautų aminorūgščių pasisavinimas epitelio ląstelėse.

Parietalinis virškinimas

Virškinimas plonojoje žarnoje vadinamas parietaliniu, nes jis vyksta ant gaurelių – žarnyno epitelio raukšlių, kur koncentruojasi egzopeptidazės fermentai. Jie prisijungia prie oligopeptido molekulės ir hidrolizuoja peptidinį ryšį. Be to, kiekvienai aminorūgščių rūšiai yra savas fermentas. Tai yra, norint nutraukti alanino suformuotą ryšį, reikia fermento alanino aminopeptidazės, glicino - glicino aminopeptidazės, leucino - leucino aminopetidazės.

Dėl to baltymų virškinimas užtrunka ilgai ir reikalauja didelio kiekio virškinimo fermentai skirtingi tipai. Kasa yra atsakinga už jų sintezę. Jo funkcija turi įtakos pacientams, kurie piktnaudžiauja alkoholiu. Bet normalizuoti fermentų trūkumą vartodami farmakologiniai preparatai, beveik neįmanoma.

Virškinimas skrandyje yra procesas, kurio metu suvalgytas maistas keičia savo formą į tokią, kurią mūsų organizmas gali pasisavinti. Po tam tikro fiziniai reiškiniai ir procesai, taip pat cheminės reakcijos, palengvina virškinimo sultys, keičiasi maistinės medžiagos, kad organizmas galėtų jas lengvai pasisavinti ir toliau panaudoti medžiagų apykaitai. Maistas gali virškinti, kai jis juda virškinamuoju traktu.

Pagrindiniai komponentai teisingi ir sveika dieta mitybos mokslininkai mano, kad yra tik trys pagrindinės klasės cheminiai junginiai: baltymai, angliavandeniai (taip pat cukrus) ir riebalai, būtent lipidai. Pažvelkime į juos atidžiau.

Angliavandeniai

Šios medžiagos augaliniame maiste yra krakmolo pavidalu. Virškinimas skrandyje ir žarnyne skatina angliavandenių pavertimą gliukoze, kuri, savo ruožtu, yra saugoma glikogeno, tai yra polimero, pavidalu ir vėliau naudojama organizmui. Viena krakmolo molekulė laikoma labai dideliu polimeru, kuris susidaro iš daugelio gliukozės molekulių. Verta paminėti, kad žalias krakmolas susidaro granulėse. Jie turi būti sunaikinti, kad ši medžiaga virstų gliukoze. Būtent virimas prisideda prie jame esančių krakmolo granulių sunaikinimo.

Taip pat turėtumėte žinoti, kad kai kuriuose maisto produktuose yra specialios disacharidų formos angliavandenių. Tai paprasti cukrūs, laktozė ir sacharozė. cukranendrių cukrus. Virškinimas skrandyje šias medžiagas paverčia dar paprastesniais junginiais – monosacharidais, kurių virškinti ypač nereikia.

Voverės

Juos atstovauja įvairūs polimerai, kurie susidaro iš dvidešimties skirtingi tipai amino rūgštys. Po virškinimo laisvosios aminorūgštys susidaro kaip galutiniai produktai. Tarpiniai baltymų virškinimo produktai yra polipeptidai, peptonai ir dipeptidai.

Riebalai

Tai gana paprasti junginiai, kurie dėl virškinimo ir virškinimo procesų virsta riebalų rūgštimis ir gliceroliu.

Fiziniai procesai

Visi žinome, kur yra skrandis, bet kas yra fiziniai procesai atsiranda mūsų organizme – ne visada. Virškinimo pagrindas yra maisto smulkinimas, vykstantis kramtant ir ritmiškai susitraukiant žarnynui ir skrandžiui. Toks poveikis padeda sutrinti maistą ir kruopščiai sumaišyti visas jo daleles su virškinimo sultimis, kurios išsiskiria žarnyne, skrandyje ir burnoje. Be to, virškinamojo trakto sienelių susitraukimai užtikrina nuolatinį maisto judėjimą per jo skyrius. Visi šie judesiai yra nuolat reguliuojami ir kontroliuojami nervų sistemos.

Cheminės reakcijos

Virškinimas skrandyje neįsivaizduojamas be cheminių reakcijų mūsų kūne. Jų pagrindas yra angliavandenių, riebalų ir baltymų skaidymas, būtent hidrolizė, kurią atlieka tam tikras fermentų rinkinys. Maisto medžiagos hidrolizės metu suskaidomos į mažas daleles, kurios absorbuojamos organizme. Šis procesas vyksta gana greitai, nes veikia skrandžio ir kitose virškinimo sultyse esantys fermentai.

Žarnyne absorbuojami tik monosacharidai: gliukozė, galaktozė, fruktozė. Todėl su maistu į organizmą patenkantys oligo- ir polisacharidai turi būti hidrolizuoti fermentų sistemomis, kad susidarytų monosacharidus. Fig. 5.11 schematiškai pavaizduota angliavandenių virškinime dalyvaujančių fermentinių sistemų lokalizacija, kuri prasideda burnos ertmėje veikiant burnos α-amilazei, o vėliau tęsiasi įvairiose žarnyno dalyse, padedant kasos α-amilazei, sacharazei-izomaltazei. , glikoamilazės, β-glikozidazės (laktazės), trehalazės kompleksai.

Ryžiai. 5.11. Angliavandenių virškinimo fermentų sistemų lokalizacijos schema

5.2.1. Angliavandenių virškinimas naudojant burną ir kasą - amilazė ( -1,4-glikozidazės). Polisacharidai, gaunami su maistu, ty krakmolas (susideda iš linijinio polisacharido amilozės, kurioje gliukozilo liekanos yra sujungtos α-1,4-glikozidiniais ryšiais, ir amilopektino, šakotojo polisacharido, kuriame taip pat yra α-1,6-glikozidinių jungčių ), pradeda hidrolizuotis jau burnos ertmėje po sudrėkinimo su seilėmis, kuriose yra hidrolizinio fermento α-amilazės (α-1,4-glikozidazės) (EC 3.2.1.1), kuris skaido krakmolo 1,4-glikozidinius ryšius, tačiau neveikia 1,6-glikozidinių jungčių.

Be to, fermento kontakto laikas su krakmolu burnos ertmėje yra trumpas, todėl krakmolas iš dalies virškinamas, susidaro dideli fragmentai – dekstrinai ir šiek tiek maltozės disacharido. Disacharidai nėra hidrolizuojami seilių amilazės.

Nurijus į skrandį rūgštinė aplinka seilių amilazė yra slopinama, virškinimo procesas gali vykti tik maisto boliuso viduje, kur amilazės aktyvumas gali išlikti kurį laiką, kol viso gabaliuko pH tampa rūgštus. Skrandžio sultyse nėra angliavandenius skaidančių fermentų, galima tik nedidelė rūgštinė glikozidinių jungčių hidrolizė.

Pagrindinė oligo- ir polisacharidų hidrolizės vieta yra plonoji žarna, kurios skirtingose ​​dalyse išskiriamos tam tikros glikozidazės.

Dvylikapirštėje žarnoje skrandžio turinį neutralizuoja kasos sekretas, turintis HCO 3 bikarbonatų ir kurio pH yra 7,5-8,0. Kasos sekrete randama kasos amilazė, kuri hidrolizuoja -1,4-glikozidinius ryšius krakmolo ir dekstrinų sudėtyje, sudarydama disacharidus maltozę (šiame angliavandenyje dvi gliukozės liekanos yra sujungtos -1,4-glikozidine jungtimi) ir izomaltozė (šiame angliavandenyje yra dvi gliukozės liekanos, esančios krakmolo molekulės šakojimosi vietose ir sujungtos α-1,6-glikozidiniais ryšiais). Taip pat susidaro oligosacharidai, kuriuose yra 8–10 gliukozės liekanų, sujungtų tiek α-1,4-glikozidiniais, tiek α-1,6-glikozidiniais ryšiais.

Abi amilazės yra endoglikozidazės. Kasos amilazė taip pat nehidrolizuoja krakmolo -1,6-glikozidinių jungčių ir -1,4-glikozidinių jungčių, jungiančių gliukozės likučius celiuliozės molekulėje.

Celiuliozė praeina per žarnyną nepakitusi ir tarnauja kaip balastinė medžiaga, suteikianti maistui tūrio ir palengvinanti virškinimo procesą. Storojoje žarnoje, veikiant bakterinei mikroflorai, celiuliozė gali iš dalies hidrolizuotis, susidarant alkoholiams, organinėms rūgštims ir CO 2, kurie gali veikti kaip žarnyno motoriką stimuliuojantys vaistai.

Viršutinėje žarnyno dalyje susidarę maltozė, izomaltozė ir triozacharidai toliau hidrolizuojasi plonojoje žarnoje, veikiant specifinėms glikozidazėms. Dietiniai disacharidus, sacharozę ir laktozę, taip pat hidrolizuoja specifinės plonosios žarnos disacharidazės.

Žarnyno spindyje oligo- ir disacharidazių aktyvumas yra mažas, tačiau dauguma fermentų yra susiję su epitelio ląstelių paviršiumi, kurios žarnyne išsidėsčiusios piršto formos iškyšose – gaureliai ir jie patys, savo ruožtu, yra padengti mikrogareliais. visos šios ląstelės sudaro šepečio kraštą, padidindamos hidrolizinių fermentų kontaktinį paviršių su jų substratais.

Fermentai, skaidantys glikozidines jungtis disachariduose (disacharidazėse), grupuojami į fermentų kompleksus, esančius išoriniame enterocitų citoplazminės membranos paviršiuje: sacharazė-izomaltazė, glikoamilazė, -glikozidazė.

5.2.2. Sacharazės-izomaltazės kompleksas.Šis kompleksas susideda iš dviejų polipeptidinių grandinių ir yra prijungtas prie enterocito paviršiaus naudojant transmembraninį hidrofobinį domeną, esantį polipeptido N-galinėje dalyje. Sacharozės ir izomaltazės kompleksas (EC 3.2.1.48 ir 3.2.1.10) skaido -1,2- ir -1,6-glikozidinius ryšius sacharozėje ir izomaltozėje.

Abu komplekso fermentai taip pat gali hidrolizuoti -1,4-glikozidinius ryšius maltozės ir maltotriozės (trisacharido, turinčio tris gliukozės likučius ir susidariusį krakmolo hidrolizės metu), jungtis.

Nors kompleksas pasižymi gana dideliu maltazės aktyvumu, hidrolizuoja 80% maltozės, susidariusios virškinant oligo- ir polisacharidus, pagrindinis jo specifiškumas vis dar yra sacharozės ir izomaltozės hidrolizė, kurioje glikozidinių jungčių hidrolizės greitis yra didesnis nei maltozės ir maltotriozės jungčių hidrolizės greitis. Šiuo atveju sacharazės subvienetas yra vienintelis žarnyno fermentas, kuris hidrolizuoja sacharozę. Kompleksas lokalizuotas daugiausia tuščiojoje žarnoje proksimalinėje ir distalinėje žarnyno dalyse, sacharazės-izomaltazės komplekso kiekis yra nereikšmingas.

5.2.3. Glikoamilazės kompleksas.Šis kompleksas (EC 3.2.1.3 ir 3.2.1.20) hidrolizuoja -1,4-glikozidinius ryšius tarp gliukozės likučių oligosachariduose. Glikoamilazės komplekso aminorūgščių seka turi 60% homologiją su sacharazės-izomaltazės komplekso seka. Abu kompleksai priklauso 31 glikozilo hidrolazių šeimai. Būdamas egzoglikozidazė, fermentas veikia iš redukcijos galo ir taip pat gali skaidyti maltozę, šioje reakcijoje veikdamas kaip maltazė (šiuo atveju glikoamilazės kompleksas hidrolizuoja likusius 20% maltozės, susidariusios virškinant oligo- ir polisacharidai). Kompleksą sudaro du kataliziniai subvienetai, kurių substrato specifiškumas šiek tiek skiriasi. Kompleksas pasižymi didžiausiu aktyvumu apatinėse plonosios žarnos dalyse.

5.2.4.  - Glikozidazės kompleksas (laktazė).Šis fermentų kompleksas hidrolizuoja -1,4-glikozidinius ryšius tarp galaktozės ir gliukozės, esančios laktozėje.

Glikoproteinas yra susijęs su šepetėlio kraštu ir netolygiai pasiskirsto plonojoje žarnoje. Su amžiumi laktazės aktyvumas mažėja: kūdikiams jis yra didžiausias, suaugusiems - mažesnis nei 10% vaikų išskirto fermento aktyvumo lygio.

5.2.5. Trehalazė. Šis fermentas (EC 3.2.1.28) yra glikozidazės kompleksas, hidrolizuojantis ryšius tarp monomerų trehalozėje – disacharidas, randamas grybuose ir susidedantis iš dviejų gliukozilo liekanų, sujungtų glikozidine jungtimi tarp pirmųjų anomerinių anglies atomų.

Iš maisto angliavandenių, veikiant glikozidų hidrolazėms, susidaro monosacharidai: dideliais kiekiais gliukozė, fruktozė, galaktozė ir mažesniu mastu manozė, ksilozė, arabinozė, kuriuos absorbuoja tuščiosios žarnos epitelio ląstelės ir. klubinė žarna ir specialiais mechanizmais pernešamos per šių ląstelių membranas.

5.2.6. Monosacharidų pernešimas per žarnyno epitelio ląstelių membranas. Monosacharidų perkėlimas į žarnyno gleivinės ląsteles gali būti vykdomas palengvinta difuzija ir aktyviu transportavimu. Esant aktyviam transportavimui, gliukozė per membraną kartu su Na + jonu pernešama vienu nešiklio baltymu, ir šios medžiagos sąveikauja su skirtingomis šio baltymo dalimis (5.12 pav.). Na + jonas į ląstelę patenka pagal koncentracijos gradientą, o gliukozė - prieš koncentracijos gradientą (antrinis aktyvus pernešimas), todėl kuo gradientas didesnis, tuo daugiau gliukozės pateks į enterocitus. Mažėjant Na + koncentracijai tarpląsteliniame skystyje, sumažėja gliukozės pasiūla. Na + koncentracijos gradientas, kuriuo grindžiamas aktyvus požymis, atsiranda veikiant Na +, K + -ATPazei, kuri veikia kaip siurblys, pumpuojantis Na + iš ląstelės mainais į K + joną. Lygiai taip pat galaktozė patenka į enterocitus per antrinio aktyvaus transportavimo mechanizmą.

Ryžiai. 5.12. Monosacharidų patekimas į enterocitus. SGLT1 yra nuo natrio priklausomas gliukozės/galaktozės transporteris epitelio ląstelių membranoje; Na + , K + -ATPazė ant bazolaterinės membranos sukuria natrio ir kalio jonų koncentracijų gradientą, būtiną SGLT1 funkcionavimui. GLUT5 perneša daugiausia fruktozės per membraną į ląstelę. GLUT2 ant bazolaterinės membranos išneša gliukozę, galaktozę ir fruktozę iš ląstelės (pagal

Aktyvaus transportavimo dėka enterocitai gali absorbuoti gliukozę, kai jos koncentracija žarnyno spindyje yra maža. Esant didelei gliukozės koncentracijai, ji patenka į ląsteles palengvintos difuzijos dėka specialių nešiklio baltymų (transporterių) pagalba. Fruktozė tokiu pat būdu pernešama į epitelio ląsteles.

Monosacharidai į kraujagysles patenka iš enterocitų daugiausia per palengvintą difuziją. Pusė gliukozės per gaurelių kapiliarus išilgai vartų venos transportuojama į kepenis, pusė krauju patenka į kitų audinių ląsteles.

5.2.7. Gliukozės transportavimas iš kraujo į ląsteles. Gliukozės patekimas iš kraujo į ląsteles vyksta palengvintos difuzijos būdu, ty gliukozės transportavimo greitį lemia jos koncentracijų gradientas abiejose membranos pusėse. Raumenų ląstelėse ir riebaliniame audinyje palengvintą difuziją reguliuoja kasos hormonas insulinas. Jei insulino nėra, ląstelės membranoje nėra gliukozės pernešėjų. Gliukozės nešiklio baltymas (transporteris) iš eritrocitų (GLUT1), kaip matyti iš Fig. 5.13, yra transmembraninis baltymas, susidedantis iš 492 aminorūgščių liekanų ir turintis domeno struktūrą. Poliarinės aminorūgščių liekanos išsidėsčiusios abiejose membranos pusėse, hidrofobinės yra lokalizuotos membranoje, kelis kartus ją kertančios. Įjungta lauke membranos turi gliukozės surišimo vietą. Kai gliukozė jungiasi, pasikeičia transporterio konformacija, o monosacharidų surišimo vieta tampa atvira ląstelėje. Gliukozė patenka į ląstelę atskirdama nuo baltymo nešiklio.

5.2.7.1. Gliukozės transporteriai: GLUT 1, 2, 3, 4, 5. Gliukozės transporteriai randami visuose audiniuose, kurių yra keletas atmainų, sunumeruotų jų atradimo tvarka. Buvo aprašyti penki GLUT tipai, turintys panašią pirminę struktūrą ir domeno organizaciją.

GLUT 1, lokalizuotas smegenyse, placentoje, inkstuose, storojoje žarnoje ir raudonuosiuose kraujo kūneliuose, aprūpina smegenis gliukoze.

GLUT 2 perneša gliukozę iš ją išskiriančių organų į kraują: enterocitų, kepenų ir perneša į kasos Langerhanso salelių β ląsteles.

GLUT 3 randamas daugelyje audinių, įskaitant smegenis, placentą, inkstus, ir užtikrina gliukozės tekėjimą į nervinio audinio ląsteles.

GLUT 4 transportuoja gliukozę į raumenų ląsteles (skeleto ir širdies) bei riebalinį audinį ir yra priklausomas nuo insulino.

GLUT 5 randamas plonosios žarnos ląstelėse ir taip pat gali transportuoti fruktozę.

Visi transporteriai gali būti tiek citoplazmoje

Ryžiai. 5.13. Gliukozės iš eritrocitų (GLUT1) baltymo nešiklio (transporterio) struktūra (pagal

ląstelių pūslelėse ir plazmos membranoje. Jei insulino nėra, GLUT 4 yra tik ląstelės viduje. Veikiant insulinui, pūslelės pernešamos į plazminę membraną, susilieja su ja ir į membraną įtraukiamas GLUT 4, po kurio pernešėjas palengvina gliukozės difuziją į ląstelę. Sumažėjus insulino koncentracijai kraujyje, pernešėjai grįžta į citoplazmą, o gliukozės transportavimas į ląstelę sustoja.

Nustatyti įvairūs gliukozės transporterių veikimo sutrikimai. Esant paveldimam transporterių baltymų defektui, išsivysto nuo insulino nepriklausomas cukrinis diabetas. Be baltymų defektų, yra ir kitų sutrikimų, atsirandančių dėl: 1) insulino signalo perdavimo, kad transporteris būtų perkeltas į membraną, 2) transporterio judėjimo defektas, 3) baltymų įsiskverbimo į membraną defektas. , 4) atsiskyrimo nuo membranos pažeidimas.

5.2.8. insulino.Šis junginys yra hormonas, kurį išskiria kasos Langerhanso salelių β ląstelės. Insulinas yra polipeptidas, susidedantis iš dviejų polipeptidinių grandinių: vienoje yra 21 aminorūgšties liekana (grandinė A), kitoje – 30 aminorūgščių liekanų (grandinė B). Grandinės yra sujungtos viena su kita dviem disulfidinėmis jungtimis: A7-B7, A20-B19. A grandinėje tarp šeštos ir vienuoliktos liekanų yra intramolekulinė disulfidinė jungtis. Hormonas gali egzistuoti dviem konformacijomis: T ir R (5.14 pav.).

Ryžiai. 5.14. Insulino monomerinės formos erdvinė struktūra: A kiaulių insulinas, T konformacija, b žmogaus insulinas, R-konformacija (parodyta A grandinė raudona spalva, B grandinėlė  geltona) (pagal )

Hormonas gali egzistuoti monomero, dimero ir heksamero pavidalu. Heksamerinėje formoje insuliną stabilizuoja cinko jonas, kuris sudaro koordinacinius ryšius su visų šešių subvienetų B grandinės His10 (5.15 pav.).

Žinduolių insulinai savo pirminėje struktūroje turi didelę homologiją su žmogaus insulinu: pavyzdžiui, kiaulių insuline yra tik vienas pakaitalas – vietoj treonino B grandinės karboksilo gale yra alaninas, galvijų insuline yra trys kitos amino grupės rūgšties likučių, palyginti su žmogaus insulinu. Dažniausiai pakaitalai vyksta A grandinės 8, 9 ir 10 padėtyse, tačiau reikšmingos įtakos biologiniam hormono aktyvumui jie neturi.

Aminorūgščių likučių pakaitalai disulfidinių jungčių, hidrofobinių liekanų A grandinės C ir N galinėse srityse bei B grandinės C galinėse srityse yra labai reti, o tai rodo šių jungčių svarbą. insulino biologinio aktyvumo pasireiškimo regionuose. B grandinės Phe24 ir Phe25 liekanos bei A grandinės C ir N galinės liekanos dalyvauja formuojant aktyvųjį hormono centrą.

Ryžiai. 5.15. Insulino heksamero (R 6) erdvinė struktūra (pagal

5.2.8.1. Insulino biosintezė. Insulinas yra sintetinamas kaip pirmtakas, preproinsulinas, turintis 110 aminorūgščių liekanų, poliribosomose šiurkščiame endoplazminiame tinkle. Biosintezė prasideda nuo signalinio peptido susidarymo, kuris prasiskverbia pro endoplazminio tinklo spindį ir nukreipia augančio polipeptido judėjimą. Sintezės pabaigoje signalinis peptidas iš 24 aminorūgščių liekanų yra suskaidomas iš preproinsulino ir susidaro proinsulinas, kuriame yra 86 aminorūgščių liekanos ir perkeliamas į Golgi aparatą, kur cisternose vyksta tolesnis insulino brendimas. Erdvinė proinsulino struktūra parodyta Fig. 5.16.

Ilgalaikio brendimo metu, veikiant serino endopeptidazėms PC2 ir PC1/3, pirmiausia nutrūksta peptidinė jungtis tarp Arg64 ir Lys65, po to hidrolizuojama peptidinė jungtis, kurią sudaro Arg31 ir Arg32, o C-peptido skilimas susideda iš iš 31 aminorūgšties liekanos. Proinsulino pavertimas insulinu, kuriame yra 51 aminorūgšties liekana, baigiasi arginino likučių hidrolize A grandinės N gale ir B grandinės C gale, veikiant karboksipeptidazei E, kurios specifiškumas panašus. į karboksipeptidazę B, t.y. hidrolizuoja peptidinius ryšius, imino grupę, kuri priklauso pagrindinei aminorūgščiai (5.17 ir 5.18 pav.).

Ryžiai. 5.16. Numanoma erdvinė proinsulino struktūra konformacijoje, kuri skatina proteolizę. Raudoni rutuliukai paryškina aminorūgščių likučius (Arg64 ir Lys65; Arg31 ir Arg32), peptidiniai ryšiai, tarp kurių vyksta hidrolizė dėl proinsulino apdorojimo (pagal

Insulinas ir C-peptidas ekvimoliniais kiekiais patenka į sekrecines granules, kur insulinas, sąveikaudamas su cinko jonais, sudaro dimerus ir heksamerus. Sekrecinės granulės susilieja su plazmine membrana ir egzocitozės būdu išskiria insuliną ir C-peptidą į ekstraląstelinį skystį. Insulino pusinės eliminacijos laikas kraujo plazmoje yra 3–10 minučių, o C-peptido – apie 30 minučių. Insuliną skaido fermentas insulinazė, procesas, vykstantis kepenyse ir inkstuose.

5.2.8.2. Insulino sintezės ir sekrecijos reguliavimas. Pagrindinis insulino sekrecijos reguliatorius yra gliukozė, kuri reguliuoja insulino geno ir baltymų, dalyvaujančių pagrindinių energijos nešėjų metabolizme, genų ekspresiją. Gliukozė gali tiesiogiai prisijungti prie transkripcijos faktorių, o tai turi tiesioginį poveikį genų ekspresijos greičiui. Gali būti antrinis poveikis insulino ir gliukagono sekrecijai, kai insulino išsiskyrimas iš sekrecinių granulių suaktyvina insulino mRNR transkripciją. Bet insulino sekrecija priklauso nuo Ca 2+ jonų koncentracijos ir mažėja esant jų trūkumui, net esant didelei gliukozės koncentracijai, kuri aktyvina insulino sintezę. Be to, jį slopina adrenalinas, kai jis prisijungia prie  2 receptorių. Insulino sekreciją stimuliuoja augimo hormonai, kortizolis, estrogenai ir virškinimo trakto hormonai (sekretinas, cholecistokininas, skrandį slopinantis peptidas).

Ryžiai. 5.17. Preproinsulino sintezė ir apdorojimas (pagal

Insulino sekrecija Langerhanso salelių β-ląstelėmis, reaguojant į gliukozės koncentracijos padidėjimą kraujyje, vyksta taip:

Ryžiai. 5.18. Proinsulino perdirbimas į insuliną hidrolizuojant peptidinį ryšį tarp Arg64 ir Lys65, katalizuojamas serino endopeptidazės PC2, ir peptidinį ryšį tarp Arg31 ir Arg32 skaidant serino endopeptidaze PC1/3, konversija baigiasi arginino residu skilimu. A grandinės N-galas ir B-grandinės C-galas, veikiamas karboksipeptidazės E (skaldomos arginino liekanos pavaizduotos apskritimais). Apdorojant, be insulino, susidaro C-peptidas (pagal

1) gliukozę į β ląsteles perneša baltymas GLUT 2 transporteris;

2) ląstelėje gliukozė vyksta glikolize ir toliau oksiduojama kvėpavimo cikle, susidarant ATP; ATP sintezės intensyvumas priklauso nuo gliukozės kiekio kraujyje;

3) veikiant ATP, kalio jonų kanalai užsidaro ir membrana depoliarizuojasi;

4) membranos depoliarizacija sukelia nuo įtampos priklausomų kalcio kanalų atsivėrimą ir kalcio patekimą į ląstelę;

5) padidėjus kalcio kiekiui ląstelėje suaktyvėja fosfolipazė C, kuri suskaido vieną iš membranos fosfolipidų – fosfatidilinozitolio-4,5-difosfatą – į inozitolį-1,4,5-trifosfatą ir diacilglicerolį;

6) inozitolio trifosfatas, prisijungęs prie endoplazminio tinklo receptorių baltymų, smarkiai padidina susieto intracelulinio kalcio koncentraciją, dėl ko išsiskiria iš anksto susintetintas insulinas, saugomas sekrecinėse granulėse.

5.2.8.3. Insulino veikimo mechanizmas. Pagrindinis insulino poveikis raumenims ir riebalų ląstelės yra padidinti gliukozės transportavimą per ląstelės membraną. Insulino stimuliavimas padidina gliukozės patekimo į ląstelę greitį 20–40 kartų. Kai stimuliuojamas insulinas, plazmos membranose gliukozės transportavimo baltymų kiekis padidėja 5-10 kartų, o tuo pačiu metu jų kiekis intraląsteliniame baseine sumažėja 50-60%. Energijos kiekis, reikalingas ATP pavidalu, yra būtinas daugiausia insulino receptorių aktyvavimui, o ne transporterio baltymo fosforilinimui. Gliukozės transportavimo stimuliavimas padidina energijos suvartojimą 20–30 kartų, o gliukozės transporteriams perkelti reikia tik nedidelio kiekio. Gliukozės transporterių perkėlimas į ląstelės membraną pastebimas per kelias minutes po insulino sąveikos su receptoriumi, o norint pagreitinti arba palaikyti baltymų transporterių ciklo procesą, būtinas tolesnis stimuliuojantis insulino poveikis.

Insulinas, kaip ir kiti hormonai, veikia ląsteles per atitinkamą receptorių baltymą. Insulino receptorius yra sudėtingas vientisas ląstelės membranos baltymas, susidedantis iš dviejų α-subvienetų (130 kDa) ir dviejų α-subvienetų (95 kDa); pirmieji yra visiškai už ląstelės ribų, jos paviršiuje, antrieji prasiskverbia pro plazmos membraną.

Insulino receptorius yra tetrameras, susidedantis iš dviejų ekstraląstelinių α-subvienetų, kurie sąveikauja su hormonu ir yra sujungti vienas su kitu disulfidiniais tilteliais tarp cisteinų 524 ir abiejų α-subvienetų tripleto Cys682, Cys683, Cys685 (žr. 5.19 pav.). A) ir du transmembraniniai -subvienetai, pasižymintys tirozino kinazės aktyvumu, sujungti disulfidiniu tilteliu tarp Cys647 () ir Cys872. 135 kDa molekulinės masės α-subvieneto polipeptidinėje grandinėje yra 719 amino.

Ryžiai. 5.19. Insulino receptoriaus dimero struktūra: A- modulinė insulino receptoriaus struktūra. Viršuje yra α-subvienetai, sujungti disulfidiniais tilteliais Cys524, Cys683-685 ir susidedantys iš šešių domenų: du, kuriuose yra leucino pasikartojimai L1 ir L2, cisteino turtingas regionas CR ir trys fibronektino domenai, kurių tipas yra Fn o, Fn 1, ID. (įsteigimo domenas) . Žemiau - -subvienetai, sujungti su -subvienetu disulfidiniu tilteliu Cys647Cys872 ir susidedantys iš septynių domenų: trijų fibronektino domenų ID, Fn 1 ir Fn 2, transmembraninio domeno TM, membranos gretimo domeno JM, tirozino. kinazės domeno TK, C-galo ST; b Erdvinis receptoriaus išsidėstymas, vienas dimeras pavaizduotas spalvotai, kitas baltas, A yra aktyvuojanti kilpa priešinga hormono surišimo vietai, X (raudona) yra α-subvieneto C-galinė dalis, X (juoda) yra α-subvieneto N-galinė dalis, geltoni rutuliukai 1,2,3-disulfidiniai ryšiai tarp cisteino liekanų 524, 683-685, 647-872 padėtyse (pagal)

rūgščių liekanų ir susideda iš šešių domenų: dviejų domenų L1 ir L2, kuriuose yra leucino pasikartojimų, cisteino turtingo regiono CR, kuriame yra lokalizuotas insulino surišimo centras, ir trijų III tipo fibronektino domenų Fno, Fn 1, Ins (įterpimo domenas) ( žr. 5.18 pav.). -subvienetą sudaro 620 aminorūgščių liekanų, jo molekulinė masė yra 95 kDa ir susideda iš septynių domenų: trijų fibronektino domenų ID, Fn 1 ir Fn 2, transmembraninio domeno TM, membranos gretimo domeno JM, tirozino kinazės domeno. TK ir C terminalo ST. Ant receptoriaus yra dvi insulino surišimo vietos: viena su dideliu afinitetu, kita su mažu afinitetu. Kad hormono signalas perneštų į ląstelę, insulinas turi prisijungti prie didelio afiniteto centro. Šis centras susidaro jungiantis insuliną iš vieno α-subvieneto L1, L2 ir CR domenų ir kito fibronektino domenų, o α-subvienetų išdėstymas yra priešingas vienas kitam, kaip parodyta 1 pav. 5.19, Su.

Nesant insulino sąveikos su didelio afiniteto receptoriaus vieta, α-subvienetai yra atitraukiami nuo β-subvienetų iškyšuliu (kumteliu), kuris yra CR srities dalis ir neleidžia kontaktuoti su aktyvuojančia kilpa. Vieno β-subvieneto tirozino kinazės domeno (A-kilpa) su fosforilinimo vietomis kitame β-subvienete (5.20 pav. b). Kai insulinas prisijungia prie didelio afiniteto insulino receptoriaus centro, pasikeičia receptoriaus konformacija, išsikišimas nebetrukdo priartėti α- ir β-subvienetams, aktyvuojančios TK domenų kilpos sąveikauja su tirozino fosforilinimo vietomis. priešingame TK domene β-subvienetų transfosforilinimas vyksta septyniose tirozino liekanose: Y1158 , Y1162, Y1163 aktyvinimo kilpa (tai kinazės reguliavimo domenas), Y1328, Y1334 CT domenas, Y965, JM domenas (Y97.2.5. A), dėl to padidėja receptoriaus tirozino kinazės aktyvumas. 1030 TC padėtyje yra lizino liekana, kuri yra kataliziškai aktyvios vietos – ATP surišimo centro – dalis. Šio lizino pakeitimas daugeliu kitų aminorūgščių nukreipta mutageneze panaikina insulino receptoriaus tirozinkinazės aktyvumą, bet nepablogina prisijungimo prie insulino. Tačiau insulino prijungimas prie tokio receptoriaus neturi jokios įtakos ląstelių metabolizmui ir proliferacijai. Kai kurių serino-treonino liekanų fosforilinimas, priešingai, sumažina afinitetą insulinui ir sumažina tirozino kinazės aktyvumą.

Yra žinomi keli insulino receptorių substratai: IRS-1 (insulino receptorių substratas), IRS-2, STAT šeimos baltymai (signalų keitiklis ir transkripcijos aktyvatorius - signalų nešikliai ir transkripcijos aktyvatoriai yra išsamiai aptariami 4 dalyje „Biocheminiai pagrindai“). apsauginės reakcijos“).

IRS-1 yra citoplazminis baltymas, kuris jungiasi prie insulino receptoriaus TK fosforilintų tirozinų su savo SH2 domenu ir yra fosforilinamas receptoriaus tirozino kinazės iš karto po stimuliacijos insulinu. Substrato fosforilinimo laipsnis lemia ląstelių atsako į insuliną padidėjimą arba sumažėjimą, ląstelių pokyčių amplitudę ir jautrumą hormonui. IRS-1 geno pažeidimas gali sukelti nuo insulino priklausomą diabetą. IRS-1 peptidinėje grandinėje yra apie 1200 aminorūgščių liekanų, 20–22 potencialūs tirozino fosforilinimo centrai ir apie 40 serino-treonino fosforilinimo centrų.

Ryžiai. 5.20. Supaprastinta diagrama struktūrinius pokyčius kai insulinas jungiasi prie insulino receptoriaus: A receptoriaus konformacijos pokytis dėl hormonų prisijungimo prie didelio afiniteto centro sukelia išsikišimo poslinkį, subvienetų suartėjimą ir TK domenų transfosforilinimą; b nesant insulino sąveikos su didelio afiniteto surišimo vieta ant insulino receptoriaus, išsikišimas (kamštelis) neleidžia priartėti α ir β subvienetams ir TK domenų transfosforilinti. A-kilpa - aktyvuojanti TK domeno kilpa, skaičiai 1 ir 2 apskritime - disulfidiniai ryšiai tarp subvienetų, TK - tirozino kinazės domenas, C - katalizinis TK centras, rinkinys 1 ir rinkinys 2 - aminorūgščių sekos α- subvienetai, kurie sudaro didelio afiniteto insulino receptoriams vietą (pagal

IRS-1 fosforilinimas keliose tirozino liekanose suteikia jam galimybę prisijungti prie baltymų, turinčių SH2 domenus: tirozino fosfatazės syp, PI-3-kinazės p85 subvieneto (fosfatidilinozitolio 3-kinazės), adapterio baltymo Grb2, baltymo tirozino SH-Pphatast2. , fosfolipazė C , GAP (mažų GTP surišančių baltymų aktyvatorius). Dėl IRS-1 sąveikos su panašiais baltymais generuojami keli signalai pasroviui.

Ryžiai. 5.21. Gliukozės transporterių baltymų GLUT 4 perkėlimas raumenų ir riebalų ląstelėse iš citoplazmos į plazmos membraną veikiant insulinui. Dėl insulino sąveikos su receptoriumi fosforilinamas insulino receptoriaus substratas (IRS), kuris jungiasi su PI-3-kinaze (PI3K), kuri katalizuoja fosfolipido fosfatidilinozitolio-3,4,5-trifosfato (PtdIns(3) sintezę). ,4,5)P 3). Pastarasis junginys, jungdamas plekstrino domenus (PH), mobilizuoja baltymų kinazes PDK1, PDK2 ir PKB į ląstelės membraną. PDK1 fosforilina PKB ties Thr308, aktyvuodamas jį. Fosforilintas PKB asocijuojasi su pūslelėmis, turinčiomis GLUT 4, sukeldamas jų perkėlimą į plazmos membraną, todėl padidėja gliukozės pernešimas į raumenų ir riebalų ląsteles (pagal

Fosfolipazė C, stimuliuojama fosforilinto IRS-1, hidrolizuoja ląstelės membranos fosfolipidą fosfatidilinozitolio 4,5-difosfatą, sudarydama du antruosius pasiuntinius: inozitolio 3,4,5-trifosfatą ir diacilglicerolį. Inozitolis-3,4,5-trifosfatas, veikdamas endoplazminio tinklo jonų kanalus, išskiria iš jo kalcį. Diacilglicerolis veikia kalmoduliną ir proteinkinazę C, kuri fosforilina įvairius substratus, todėl keičiasi ląstelių sistemų veikla.

Fosforilintas IRS-1 taip pat aktyvuoja PI-3-kinazę, kuri katalizuoja fosfatidilinozitolio, fosfatidilinozitolio-4-fosfato ir fosfatidilinozitolio-4,5-difosfato fosforilinimą 3 padėtyje, kad susidarytų fosfatidilinozitolio-3, 3-linozifosfato-4 te ir fosfatidilinozitolis, atitinkamai -3,4,5-trifosfatas.

PI-3-kinazė yra heterodimeras, turintis reguliavimo (p85) ir katalizinių (p110) subvienetų. Reguliavimo subvienetas turi du SH2 domenus ir SH3 domeną, todėl PI-3-kinazė dideliu afinitetu jungiasi prie IRS-1. Membranoje susidarę fosfatidilinozitolio dariniai, fosforilinti 3 padėtyje, jungiasi su baltymais, turinčiais vadinamąjį plekstrino (PH) domeną (domenas pasižymi dideliu afinitetu fosfatidilinozitolio-3-fosfatams): proteinkinazė PDK1 (fosfatidilinozitolio kinazė), nuo proteino kinazės priklausoma kinazė. B (PKB).

Baltymų kinazė B (PKB) susideda iš trijų sričių: N-galo plekstrino, centrinio katalizinio ir C-galo reguliavimo. Pleckstrin domenas reikalingas PKB aktyvavimui. Prisijungęs per pleckstrin domeną šalia ląstelės membranos, PKB artėja prie proteinkinazės PDK1, kuri per

jo plekstrino domenas taip pat yra šalia ląstelės membranos. PDK1 fosforilina PKV kinazės domeno Thr308, todėl suaktyvėja PKV. Aktyvuotas PKB fosforilina glikogeno sintazės kinazę 3 (prie Ser9), sukeldamas fermento inaktyvavimą ir tokiu būdu glikogeno sintezės procesą. PI-3-fosfato-5-kinazė taip pat fosforilinama, veikdama pūsleles, kuriose adipocitų citoplazmoje kaupiasi GLUT 4 transportavimo baltymai, sukeldama gliukozės pernešėjų judėjimą į ląstelės membraną, integraciją į ją ir transmembraninį gliukozės pernešimą į ląstelės membraną. raumenų ir riebalų ląstelės (5.21 pav.).

Insulinas ne tik veikia gliukozės patekimą į ląstelę GLUT 4 transporterių baltymų pagalba. Jis dalyvauja reguliuojant gliukozės, riebalų, amino rūgščių, jonų apykaitą, baltymų sintezę, įtakoja replikacija ir transkripcija.

Įtaka gliukozės apykaitai ląstelėje atliekama stimuliuojant glikolizės procesą, didinant šiame procese dalyvaujančių fermentų aktyvumą: gliukokinazę, fosfofruktokinazę, piruvatkinazę, heksokinazę. Insulinas per adenilato ciklazės kaskadą aktyvina fosfatazę, kuri defosforilina glikogeno sintazę, todėl suaktyvėja glikogeno sintezė (5.22 pav.) ir slopinamas jo skilimo procesas. Slopindamas fosfenolpiruvato karboksikinazę, insulinas slopina gliukoneogenezės procesą.

Ryžiai. 5.22. Glikogeno sintezės schema

Kepenyse ir riebaliniame audinyje, veikiant insulinui, riebalų sintezė skatinama aktyvinant fermentus: acetilCoA karboksilazę, lipoproteininę lipazę. Kartu slopinamas ir riebalų skaidymas, nes insulino aktyvuota fosfatazė, defosforilinimo hormonui jautri triacilglicerolio lipazė, slopina šį fermentą ir sumažėja kraujyje cirkuliuojančių riebalų rūgščių koncentracija.

Kepenyse, riebaliniame audinyje, griaučių raumenyse ir širdyje insulinas veikia daugiau nei šimto genų transkripcijos greitį.

5.2.9. gliukagonas. Reaguodamos į gliukozės koncentracijos kraujyje sumažėjimą, kasos Langerhanso salelių α ląstelės gamina „alkio hormoną“ – gliukagoną, kuris yra 3485 Da molekulinės masės polipeptidas, susidedantis iš 29 aminorūgščių likučių.

Gliukagono veikimas yra priešingas insulino poveikiui. Insulinas skatina energijos kaupimąsi, skatindamas glikogenezę, lipogenezę ir baltymų sintezę, o gliukagonas, skatindamas glikogenolizę ir lipolizę, sukelia greitą potencialių energijos šaltinių mobilizavimą.

Ryžiai. 5.23. Žmogaus progliukagono struktūra ir audiniams specifinis progliukagono perdirbimas į progliukagono kilmės peptidus: kasoje iš progliukagono susidaro gliukagonas ir MPGF (mayor proglukagon fragment); žarnyno ir kai kurių centrinės nervų sistemos dalių neuroendokrininėse ląstelėse, glicentinas, oksintomodulinas, GLP-1 (peptidas, gautas iš progliukagono), GLP-2, du tarpiniai peptidai (tarpinis peptidas - IP), GRPP - su glicentinu susijusi kasos polipeptidas (polipeptidas iš kasos – glicentino darinys) (pagal)

Hormoną sintetina kasos Langerhanso salelių α ląstelės, taip pat žarnyno neuroendokrininės ląstelės ir centrinėje nervų sistemoje neaktyvaus pirmtako - progliukagono (molekulinė masė 9000 Da) pavidalu. turintis 180 aminorūgščių liekanų ir apdorojamas naudojant konvertazę 2 ir suformuojant kelis skirtingo ilgio peptidus, įskaitant gliukagoną ir du į gliukagoną panašius peptidus (gliukagono tipo peptidas - GLP-1, GLP-2, glicentinas) (5.23 pav.). 14 iš 27 gliukagono aminorūgščių liekanų yra identiškos esančioms kito virškinamojo trakto hormono – sekretino – molekulėje.

Kad gliukagonas prisijungtų prie į jį reaguojančių ląstelių receptorių, reikalingas jo sekos 1–27 vientisumas nuo N-galo. Svarbus vaidmuo Histidino liekana, esanti N-gale, vaidina hormono poveikio pasireiškimą, o 20-27 fragmentas – jungiantis prie receptorių.

Kraujo plazmoje gliukagonas nesijungia su jokiu transportuojančiu baltymu, jo pusinės eliminacijos laikas kepenyse yra 5 minutės, jį sunaikina proteinazės, o skilimas prasideda nuo ryšio tarp Ser2 ir Gln3 pašalinimo; dipeptidas iš N-galo.

Gliukagono sekreciją slopina gliukozė, bet skatina baltyminis maistas. GLP-1 slopina gliukagono sekreciją ir skatina insulino sekreciją.

Gliukagonas veikia tik hepatocitus ir riebalų ląsteles, kurios turi jo receptorius plazmos membranoje. Jungdamasis prie plazmos membranos receptorių, gliukagonas per G baltymą hepatocituose aktyvina adenilato ciklazę, kuri katalizuoja cAMP susidarymą, o tai savo ruožtu suaktyvina fosforilazę, kuri pagreitina glikogeno skilimą ir slopina. glikogeno sintazės slopinimas ir glikogeno susidarymo slopinimas. Gliukagonas stimuliuoja gliukoneogenezę, skatindamas šiame procese dalyvaujančių fermentų: gliukozės-6-fosfatazės, fosfoenolpiruvato karboksikinazės, fruktozės-1,6-bifosfatazės sintezę. Bendras gliukagono poveikis kepenims sumažėja iki padidėjusios gliukozės gamybos.

Riebalų ląstelėse hormonas taip pat, naudodamas adenilato ciklazės kaskadą, aktyvina hormonams jautrią triacilglicerolio lipazę, skatindamas lipolizę. Gliukagonas padidina katecholaminų sekreciją antinksčių šerdyje. Dalyvaudamas įgyvendinant „kovok arba bėk“ reakcijas, gliukagonas padidina energetinių substratų (gliukozės, laisvųjų riebalų rūgščių) prieinamumą skeleto raumenims ir padidina skeleto raumenų aprūpinimą krauju, padidindamas širdies darbą.

Gliukagonas neturi įtakos skeleto raumenų glikogenui, nes juose beveik visiškai nėra gliukagono receptorių. Hormonas padidina insulino sekreciją iš kasos β ląstelių ir slopina insulinazės aktyvumą.

5.2.10. Glikogeno apykaitos reguliavimas. Gliukozės kaupimasis organizme glikogeno pavidalu ir jos skilimas atitinka organizmo energijos poreikius. Glikogeno apykaitos procesų kryptį reguliuoja mechanizmai, priklausantys nuo hormonų veikimo: insulino, gliukagono ir adrenalino kepenyse, insulino ir adrenalino raumenyse. Glikogeno sintezės ar skilimo perjungimo procesai vyksta pereinant iš absorbcinio laikotarpio į poabsorbcinį periodą arba pereinant iš poilsio būsenos į fizinį darbą.

5.2.10.1. Glikogeno fosforilazės ir glikogeno sintazės aktyvumo reguliavimas. Pasikeitus gliukozės koncentracijai kraujyje, vyksta insulino ir gliukagono sintezė ir sekrecija. Šie hormonai reguliuoja glikogeno sintezės ir skilimo procesus, paveikdami pagrindinių šių procesų fermentų: glikogeno sintazės ir glikogeno fosforilazės veiklą per jų fosforilinimą-defosforilinimą.

Ryžiai. 5.24 Glikogeno fosforilazės aktyvinimas fosforilinant Ser14 liekaną naudojant glikogeno fosforilazės kinazę ir inaktyvavimas fosfataze, katalizuojančia serino liekanos defosforilinimą (pagal

Abu fermentai yra dviejų formų: fosforilinti (aktyvi glikogeno fosforilazė A ir neaktyvi glikogeno sintazė) ir defosforilinta (neaktyvi fosforilazė b ir aktyvioji glikogeno sintazė) (5.24 ir 5.25 pav.). Fosforilinimą vykdo kinazė, kuri katalizuoja fosfato liekanos perkėlimą iš ATP į serino liekaną, o defosforilinimą katalizuoja fosfoproteino fosfatazė. Kinazės ir fosfatazės aktyvumą taip pat reguliuoja fosforilinimas-defosforilinimas (žr. 5.25 pav.).

Ryžiai. 5.25. Glikogeno sintazės aktyvumo reguliavimas. Fermentas aktyvuojamas veikiant fosfoproteino fosfatazei (PP1), kuri defosforilina tris fosfoserino liekanas, esančias netoli C-galo glikogeno sintazėje. Glikogeno sintazės kinazė 3 (GSK3), katalizuojanti trijų glikogeno sintazės serino liekanų fosforilinimą, slopina glikogeno sintezę ir yra aktyvuojama fosforilinant kazeino kinaze (CKII). Insulinas, gliukozė ir gliukozės-6-fosfatas aktyvina fosfoproteino fosfatazę, o gliukagonas ir adrenalinas (epinefrinas) ją slopina. Insulinas slopina glikogeno sintazės kinazės 3 veikimą (pagal

Nuo cAMP priklausoma proteinkinazė A (PKA) fosforilina fosforilazės kinazę, paversdama ją aktyvia būsena, kuri savo ruožtu fosforilina glikogeno fosforilazę. cAMP sintezę skatina adrenalinas ir gliukagonas.

Insulinas per kaskadą, apimantį Ras baltymą (Ras signalizacijos kelias), aktyvuoja pp90S6 baltymų kinazę, kuri fosforilina ir taip aktyvuoja fosfoproteinų fosfatazę. Aktyvi fosfatazė defosforilina ir inaktyvuoja fosforilazės kinazę ir glikogeno fosforilazę.

Glikogeno sintazės fosforilinimas PKA sukelia jos inaktyvavimą, o defosforilinimas fosfoproteino fosfataze suaktyvina fermentą.

5.2.10.2. Glikogeno metabolizmo kepenyse reguliavimas. Keičiant gliukozės koncentraciją kraujyje, pasikeičia ir santykinė hormonų: insulino ir gliukagono koncentracija. Insulino koncentracijos ir gliukagono koncentracijos kraujyje santykis vadinamas „insulino-gliukagono indeksu“. Poabsorbciniu laikotarpiu indeksas mažėja, o gliukagono koncentracija turi įtakos gliukozės koncentracijos kraujyje reguliavimui.

Gliukagonas, kaip aprašyta aukščiau, aktyvina gliukozės išsiskyrimą į kraują dėl glikogeno skaidymo (glikogeno fosforilazės aktyvinimo ir glikogeno sintezės slopinimo) arba sintezės iš kitų medžiagų – gliukoneogenezės. Gliukozė-1-fosfatas susidaro iš glikogeno, kuris izomerizuojamas į gliukozę-6-fosfatą, hidrolizuojamas veikiant gliukozės-6-fosfatazei ir susidaro laisva gliukozė, kuri gali išeiti iš ląstelės į kraują (5.26 pav.).

Adrenalino poveikis hepatocitams yra panašus į gliukagono poveikį β 2 receptorių atveju ir jį sukelia glikogeno fosforilazės fosforilinimas ir aktyvinimas. Adrenalino sąveikos su plazmos membranos  1 receptoriais atveju hormoninio signalo transmembraninis perdavimas atliekamas naudojant inozitolio fosfato mechanizmą. Abiem atvejais suaktyvinamas glikogeno skilimo procesas. Vieno ar kito tipo receptorių panaudojimas priklauso nuo adrenalino koncentracijos kraujyje.

Ryžiai. 5.26. Glikogeno fosforolizės schema

Virškinimo metu didėja insulino-gliukagono indeksas ir vyrauja insulino įtaka. Insulinas sumažina gliukozės koncentraciją kraujyje ir per Ras kelią fosforilinant aktyvuoja fosfodiesterazę cAMP, kuri hidrolizuoja šį antrąjį pasiuntinį, sudarydama AMP. Insulinas taip pat aktyvuoja glikogeno granulių fosfoproteininę fosfatazę per Ras kelią, defosforilindamas ir aktyvuodamas glikogeno sintazę bei inaktyvuodamas fosforilazės kinazę ir pačią glikogeno fosforilazę. Insulinas skatina gliukokinazės sintezę, kad pagreitintų gliukozės fosforilinimą ląstelėje ir jos įtraukimą į glikogeną. Taigi insulinas aktyvina glikogeno sintezės procesą ir slopina jo skilimą.

5.2.10.3. Glikogeno apykaitos reguliavimas raumenyse. Esant intensyviam raumenų darbui, glikogeno skilimą pagreitina adrenalinas, kuris jungiasi prie  2 receptorių ir per adenilato ciklazės sistemą sukelia fosforilinimą ir fosforilazės kinazės bei glikogeno fosforilazės ir glikogeno sintazės slopinimą (Fig. 5.27 ir 5.28). Dėl tolesnio gliukozės-6-fosfato, susidariusio iš glikogeno, konversijos, sintetinamas ATP, kuris būtinas intensyviam raumenų darbui.

Ryžiai. 5.27. Glikogeno fosforilazės aktyvumo raumenyse reguliavimas (pagal

Ramybės būsenoje raumenų glikogeno fosforilazė yra neaktyvi, nes yra defosforilintos būsenos, tačiau glikogeno skilimas vyksta dėl alosterinio glikogeno fosforilazės b aktyvinimo, naudojant AMP ir ortofosfatą, susidarantį ATP hidrolizės metu.

Ryžiai. 5.28. Glikogeno sintazės aktyvumo reguliavimas raumenyse (pagal

Vidutinio stiprumo raumenų susitraukimų metu fosforilazės kinazė gali būti aktyvuota allosteriškai (Ca 2+ jonais). Ca 2+ koncentracija didėja susitraukiant raumenims, reaguojant į motorinio nervo signalą. Sumažėjus signalui, Ca 2+ koncentracijos sumažėjimas kartu „išjungia“ kinazės aktyvumą, todėl

Ca 2+ jonai dalyvauja ne tik raumenų susitraukime, bet ir suteikia energijos šiems susitraukimams.

Ca 2+ jonai jungiasi su baltymu kalmodulinu, in tokiu atveju veikiantis kaip vienas iš kinazės subvienetų. Raumenų fosforilazės kinazė turi  4  4  4  4 struktūrą. Tik -subvienetas turi katalizinių savybių, - ir -subvienetai, būdami reguliuojantys, PKA pagalba fosforilinami serino liekanose, -subvienetas yra identiškas baltymui kalmodulinui (išsamiau aptarta 2.3.2 skyriuje. 2 dalies „Judėjimo biochemija“), sujungia keturis Ca 2+ jonus, o tai lemia konformacinius pokyčius, katalizinio -subvieneto aktyvavimą, nors kinazė išlieka defosforilintos būsenos.

Virškinimo metu ramybės būsenoje raumenyse taip pat vyksta glikogeno sintezė. Gliukozė patenka į raumenų ląsteles su GLUT 4 transporterių baltymų pagalba (jų mobilizacija ląstelės membrana skyriuje. 5.2.4.3 ir pav. 5.21). Insulinas taip pat daro įtaką glikogeno sintezei raumenyse, defosforilindamas glikogeno sintazę ir glikogeno fosforilazę.

5.2.11. Nefermentinis baltymų glikozilinimas. Vienas potransliacinių baltymų modifikacijų tipų yra serino, treonino, asparagino ir hidroksilizino liekanų glikozilinimas naudojant glikoziltransferazes. Kadangi virškinimo metu kraujyje susidaro didelė angliavandenių (redukuojančių cukrų) koncentracija, galimas nefermentinis baltymų, lipidų ir nukleorūgščių glikozilinimas, vadinamas glikacija. Produktai, susidarantys dėl kelių pakopų cukrų sąveikos su baltymais, vadinami pažangiais glikozilinimo galutiniais produktais (AGE) ir yra daugelyje žmogaus baltymų. Šių produktų pusinės eliminacijos laikas yra ilgesnis nei baltymų (nuo kelių mėnesių iki kelerių metų), o jų susidarymo greitis priklauso nuo redukuojančio cukraus poveikio lygio ir trukmės. Manoma, kad daugelis komplikacijų, kylančių dėl diabeto, Alzheimerio ligos ir kataraktos, yra susijusios su jų formavimu.

Glikacijos procesą galima suskirstyti į dvi fazes: ankstyvą ir vėlyvą. Pirmajame glikacijos etape lizino  aminogrupė arba arginino guanidinio grupė įvyksta nukleofilinis priepuolis prieš gliukozės karbonilo grupę, todėl susidaro labili Šifo bazė. N-glikoziliminas (5.29 pav.) Šifo bazės susidarymas yra gana greitas ir grįžtamas procesas.

Toliau ateina persigrupavimas N-glikoziliminas, kad susidarytų Amadori produktas – 1-amino-1-deoksifruktozė. Šio proceso greitis yra mažesnis nei glikozilimino susidarymo greitis, bet žymiai didesnis nei Šifo bazės hidrolizės greitis,

Ryžiai. 5.29. Baltymų glikacijos schema. Atvira angliavandenių (gliukozės) forma reaguoja su lizino -amino grupe, sudarydama Šifo bazę, kuri, susidarant tarpiniam enolamino junginiui, Amadori persitvarko į ketoaminą. Amadori pertvarkymas paspartėja, jei šalia lizino liekanos yra aspartato ir arginino liekanos. Ketoaminas gali toliau gaminti įvairius produktus (galutinio glikacijos produktus – AGE). Diagramoje parodyta reakcija su antrąja angliavandenių molekule, kad susidarytų diketoaminas (pagal

todėl baltymai, kuriuose yra 1-amino-1-deoksifruktozės liekanų, kaupiasi kraujyje. Lizino likučių modifikavimą baltymuose ankstyvoje glikacijos stadijoje, matyt, palengvina histidino, lizino ar arginino liekanos greta reaguojančios amino. grupė, kuri vykdo rūgštinę pagrindinę proceso katalizę, taip pat aspartato likučiai, ištraukiantys protoną iš antrojo cukraus anglies atomo. Ketoaminas gali surišti kitą angliavandenių likutį prie imino grupės, sudarydamas dvigubai glikuotą liziną, kuris tampa diketoaminu (žr. 5.29 pav.).

Vėlyvoji glikacijos stadija, įskaitant tolesnes transformacijas N-glikoziliminas ir Amadori produktas – lėtesnis procesas, dėl kurio susidaro stabilūs pažangūs glikacijos galutiniai produktai (AGE). IN Pastaruoju metu Atsirado duomenų apie susidariusių α-dikarbonilo junginių (glioksalio, metilglioksalio, 3-deoksigliukozono) tiesioginį dalyvavimą formuojant AGE. in vivo tiek skaidant gliukozę, tiek dėl Šifo bazės transformacijų lizinui modifikuojant baltymuose gliukoze (5.30 pav.). Specifinės reduktazės ir sulhidrilo junginiai (lipoinė rūgštis, glutationas) gali reaktyvius dikarbonilo junginius paversti neaktyviais metabolitais, o tai atsispindi pažangių glikacijos produktų susidarymo sumažėjimu.

α-dikarbonilo junginių reakcijos su lizino liekanų ε-amino grupėmis arba arginino likučių guanidinio grupėmis baltymuose sukelia baltymų kryžminių jungčių susidarymą, o tai lemia baltymų glikacijos sukeliamas komplikacijas sergant cukriniu diabetu ir kitomis ligomis. Be to, nuosekliai dehidratuojant Amadori produktą C4 ir C5, susidaro 1-amino-4-deoksi-2,3-dionas ir -enedionas, kurie taip pat gali dalyvauti formuojant intramolekulinį ir tarpmolekulinį baltymų kryžminimą. - nuorodos.

Tarp būdingų AGE N ε -karboksimetilizinas (LML) ir N ε -karboksietillizinas (CEL), bis(lizil)imidazolo aduktai (GOLD - glioksal-lizil-lizil-dimeras, MOLD - metilglioksal-lizil-lizil-dimeras, DOLD - deoksigliukozono-lizil-lizil-dimeras), imidazolonai (G-H,MG) -H ir 3DG-H), pirralinas, argpirimidinas, pentozidinas, kroslinas ir vesperlizinas. 5.31 rodo kai kuriuos

Ryžiai. 5.30. Baltymų glikacijos schema esant D-gliukozei. Dėžutėje rodomi pagrindiniai AGE produktų pirmtakai, atsirandantys dėl glikacijos (pagal

pažangūs glikacijos galutiniai produktai. Pavyzdžiui, pentozidinas ir karboksimetillizinas (CML), galutiniai glikacijos produktai, susidarantys oksidacinėmis sąlygomis, randami ilgaamžiuose baltymuose: odos kolagene ir lęšio kristaline. Karboksimetilizinas į baltymą įveda neigiamo krūvio karboksilo grupę, o ne teigiamai įkrautą amino grupę, todėl gali pakisti baltymo paviršiaus krūvis ir pasikeisti baltymo erdvinė struktūra. LML yra antigenas, atpažįstamas antikūnų. Šio produkto kiekis didėja su amžiumi. Pentosidinas yra kryžminis ryšys (kryžminis produktas) tarp Amadori produkto ir arginino liekanos bet kurioje baltymo vietoje, susidarančio iš askorbato, gliukozės, fruktozės, ribozės, randamos Alzheimerio liga sergančių pacientų smegenų audinyje. diabetu sergančių pacientų oda ir kraujo plazma.

Pažangūs glikacijos galutiniai produktai gali skatinti laisvųjų radikalų oksidaciją, krūvio pasikeitimą baltymo paviršiuje ir negrįžtamą kryžminį ryšį tarp skirtingų baltymo regionų.

sutrikdo jų erdvinę struktūrą ir funkcionavimą, todėl jie tampa atsparūs fermentinei proteolizei. Savo ruožtu laisvųjų radikalų oksidacija gali sukelti nefermentinę proteolizę arba baltymų suskaidymą, lipidų peroksidaciją.

Dėl pažangių glikacijos galutinių produktų susidarymo ant bazinės membranos baltymų (IV tipo kolageno, laminino, heparano sulfato proteoglikano) jis sustorėja, susiaurėja kapiliarų spindis ir sutrinka jų funkcija. Šie ekstraląstelinės matricos sutrikimai keičia kraujagyslių struktūrą ir funkciją (sumažėja kraujagyslių sienelės elastingumas, pasikeičia atsakas į kraujagysles plečiantį azoto oksido poveikį), prisideda prie greitesnio aterosklerozinio proceso vystymosi.

Pažangūs glikacijos galutiniai produktai (AGE) taip pat turi įtakos tam tikrų genų ekspresijai, prisijungdami prie specifinių AGE receptorių, lokalizuotų fibroblastuose, T-limfocituose, inkstuose (mezangialinėse ląstelėse), kraujagyslių sienelėse (endotelio ir lygiųjų raumenų ląstelėse), smegenyse, taip pat kepenyse ir blužnyje, kur jų aptinkama daugiausiai, t. y. audiniuose, kuriuose gausu makrofagų, kurie tarpininkauja perduodant šį signalą didindami laisvųjų deguonies radikalų susidarymą. Pastarieji savo ruožtu suaktyvina branduolinio faktoriaus NF-kB – daugelio genų, reaguojančių į įvairius pažeidimus, ekspresijos reguliatoriaus, transkripciją.

Vienas iš veiksmingų būdų išvengti nepageidaujamų nefermentinio baltymų glikozilinimo pasekmių yra sumažinti kalorijų kiekį maiste, o tai atsispindi gliukozės koncentracijos kraujyje ir nefermentinio priedų kiekio kraujyje sumažėjimu. gliukozę į ilgalaikius baltymus, tokius kaip hemoglobinas. Sumažėjus gliukozės koncentracijai, sumažėja ir baltymų glikozilinimas, ir lipidų peroksidacija. Neigiamą glikozilinimo poveikį lemia tiek struktūros ir funkcijos sutrikimas, kai gliukozė prisijungia prie ilgaamžių baltymų, tiek dėl to atsirandantis oksidacinis baltymų pažeidimas, kurį sukelia laisvieji radikalai, susidarantys oksiduojantis cukrams esant pereinamųjų metalų jonams. Nukleotidai ir DNR taip pat vyksta nefermentinis glikozilinimas, dėl kurio atsiranda mutacijų dėl tiesioginio DNR pažeidimo ir atstatymo sistemų inaktyvavimo, dėl ko padidėja chromosomų trapumas. Šiuo metu tiriami būdai, kaip užkirsti kelią glikacijos poveikiui ilgai gyvenantiems baltymams taikant farmakologines ir genetines intervencijas.

Kai kurie žmonės mano, kad angliavandeniai, riebalai ir baltymai visada yra visiškai pasisavinami organizme. Daugelis žmonių mano, kad absoliučiai visos jų lėkštėje esančios (ir, žinoma, suskaičiuotos) kalorijos pateks į kraują ir paliks pėdsaką mūsų organizme. Realybėje viskas yra kitaip. Pažiūrėkime į kiekvieno makroelemento įsisavinimą atskirai.

Virškinimas (asimiliacija)- tai visuma mechaninių ir biocheminių procesų, kurių metu žmogaus įsisavintas maistas paverčiamas organizmo funkcionavimui būtinomis medžiagomis.

Virškinimo procesas dažniausiai prasideda burnoje, po to sukramtytas maistas patenka į skrandį, kur jam taikomas įvairus biocheminis apdorojimas (daugiausia šioje stadijoje apdorojami baltymai). Procesas tęsiasi plonojoje žarnoje, kur, veikiant įvairiems maisto fermentams, angliavandeniai virsta gliukoze, lipidai suskaidomi į riebalų rūgštis ir monogliceridus, o baltymai – į aminorūgštis. Visos šios medžiagos, pasisavintos per žarnyno sieneles, patenka į kraują ir pasiskirsto po visą organizmą.

Makroelementų įsisavinimas netrunka valandų valandas ir nesitęsia per visą 6,5 metro plonoji žarna. Angliavandeniai ir lipidai pasisavinami 80%, o baltymai - 50% per pirmuosius 70 plonosios žarnos centimetrų.

Angliavandenių pasisavinimas

Asimiliacija įvairių tipų angliavandenių vyksta skirtingai, nes turi skirtingą cheminę struktūrą, taigi ir absorbcijos greitį. Veikiant įvairiems fermentams, sudėtiniai angliavandeniai suskaidomi į paprastus ir ne tokius sudėtingus cukrus, kurie turi keletą rūšių.

Glikemijos indeksas (GI) yra angliavandenių glikemijos potencialo klasifikavimo sistema įvairių gaminių. Iš esmės ši sistema žiūri į tai, kaip konkretus maistas veikia gliukozės kiekį kraujyje.

Vizualiai: jei suvalgysime 50 g cukraus (50 % gliukozės / 50 % fruktozės) (žr. paveikslėlį apačioje) ir 50 g gliukozės ir po 2 valandų patikrinsime gliukozės kiekį kraujyje, cukraus GI bus mažesnis nei grynos gliukozės. , nes jo kiekis cukruje mažesnis.

Ką daryti, jei suvalgytume vienodą kiekį gliukozės, pavyzdžiui, 50 g gliukozės ir 50 g krakmolo? Krakmolas yra ilga grandinė, susidedanti iš daugybės gliukozės vienetų, tačiau norint, kad šie „vienetai“ būtų aptikti kraujyje, grandinė turi būti apdorota: kiekvienas junginys suskaidomas ir po vieną išleidžiamas į kraują. Todėl krakmolas turi mažesnį GI, nes suvalgius krakmolo gliukozės kiekis kraujyje bus mažesnis nei suvalgius gliukozės. Įsivaizduokite, jei į arbatą įmestumėte šaukštą cukraus ar rafinuoto cukraus kubelį, kuris greičiau ištirps?

Glikemijos atsakas į maistą:

• kairėje - lėtas krakmolingų maisto produktų, kurių GI, įsisavinimas;


• dešinė - greitas gliukozės pasisavinimas su staigiu gliukozės kiekio kraujyje sumažėjimu dėl greito insulino išsiskyrimo į kraują.

GI yra santykinė vertė ir matuojama atsižvelgiant į gliukozės poveikį glikemijai. Aukščiau pateiktas glikemijos atsako į suvalgytą gryną gliukozę ir krakmolą pavyzdys. Tokiu pat eksperimentiniu būdu GI buvo išmatuotas daugiau nei tūkstančiui maisto produktų.

Kai šalia kopūsto matome skaičių „10“, tai reiškia, kad jo poveikio glikemijai stiprumas bus lygus 10% to, kaip jį paveiktų gliukozė, kriaušėms - 50% ir t.

Galime daryti įtaką savo gliukozės kiekiui rinkdamiesi maisto produktus, kurių GI yra ne tik žemas, bet ir mažai angliavandenių, o tai vadinama glikeminiu krūviu (GL).

GN atsižvelgia tiek į produkto GI, tiek į gliukozės kiekį, kuris patenka į kraują jį vartojant. Taigi, dažnai maisto produktai su dideliu GI turi mažą GI. Iš lentelės aišku, kad nėra prasmės žiūrėti tik į vieną parametrą - reikia išsamiai apsvarstyti paveikslėlį.

Maisto produktų glikemijos indeksas ir svorio metimas

Pradėkime nuo ko nors paprasto: yra puiki suma mokslinis ir medicininiai tyrimai, kurie rodo, kad mažo GI maisto produktai turi teigiamą poveikį svorio metimui. Yra daug biocheminių mechanizmų, kurie yra susiję su tuo, tačiau mes įvardinsime mums aktualiausius:

1. Mažo GI maisto produktai sukelia didesnis jausmas sotumo nei maisto produktai su dideliu GI.


2. Suvalgius maisto produktų su aukštu GI, pakyla insulino lygis, kuris skatina gliukozės ir lipidų įsisavinimą į raumenis, riebalines ląsteles ir kepenis, tuo pačiu stabdo riebalų skilimą. Dėl to kraujyje krenta gliukozės ir riebalų rūgščių lygis, o tai skatina alkį ir naujo maisto vartojimą.


3. Maisto produktai, turintys skirtingą GI, turi skirtingą poveikį riebalų skaidymui poilsio metu ir jo metu sporto treniruotės. Gliukozė iš maisto produktų su mažu GI ne taip aktyviai nusėda į glikogeną, tačiau mankštos metu glikogenas nėra taip aktyviai deginamas, o tai rodo. padidėjęs naudojimasšiam tikslui skirtų riebalų.

• Kuo labiau susmulkintas produktas (daugiausia tai susiję su grūdais), tuo didesnis produkto GI.

Kvietinių miltų (GI 85) ir kviečių grūdų (GI 15) skirtumai atitinka abu šiuos kriterijus. Tai reiškia, kad krakmolo skaidymas iš grūdų yra ilgesnis, o susidaranti gliukozė į kraują patenka lėčiau nei iš miltų, taip ilgiau aprūpindama organizmą reikiama energija.

• Kuo daugiau skaidulų yra produkte, tuo mažesnis jo GI.


• Angliavandenių kiekis produkte yra ne mažiau svarbus nei GI.

Burokėliai yra daržovė su daugiau didelis kiekis ląstelienos nei miltai. Nors ji yra aukšta glikemijos indeksas, jame yra mažai angliavandenių, o tai reiškia, kad jo glikeminė apkrova yra mažesnė. Šiuo atveju, nepaisant to, kad jo GI yra toks pat kaip grūdų produkto, į kraują patenkančios gliukozės kiekis bus daug mažesnis.

• Žalių daržovių ir vaisių GI yra mažesnis nei virtų.

Ši taisyklė galioja ne tik morkoms, bet ir visoms daug krakmolo turinčioms daržovėms, tokioms kaip saldžiosios bulvės, bulvės, burokėliai ir tt Virimo metu nemaža dalis krakmolo paverčiama maltoze (disacharidu), labai greitai susigeria.

Todėl net virtas daržoves geriau nevirti, o pasirūpinti, kad jos išliktų sveikos ir kietos. Tačiau jei sergate tokiomis ligomis kaip gastritas ar skrandžio opa, vis tiek geriau valgyti virtas daržoves.

• Baltymų derinimas su angliavandeniais sumažina porcijos GI.

Viena vertus, baltymai sulėtina absorbciją paprasti cukrūsĮ kraują, kita vertus, pats angliavandenių buvimas prisideda prie geriausio baltymų virškinamumo. Be to, daržovėse taip pat yra organizmui naudingų skaidulų.

Natūralūs produktai, skirtingai nei sultys, turi skaidulų ir dėl to mažina GI. Be to, vaisius ir daržoves patartina valgyti su oda ne tik todėl, kad odoje yra skaidulų, bet ir todėl, kad didžioji dalis vitaminų yra tiesiai ant odos.

Baltymų absorbcija

Virškinimo procesas baltymai reikalingas padidėjęs skrandžio rūgštingumas. Skrandžio sultys su dideliu rūgštingumu yra būtinos norint suaktyvinti fermentus, atsakingus už baltymų skaidymą į peptidus, taip pat už pirminį maisto baltymų tirpimą skrandyje. Iš skrandžio peptidai ir aminorūgštys patenka į plonąją žarną, kur dalis jų per žarnyno sieneles absorbuojama į kraują, o dalis toliau suskaidoma į atskiras aminorūgštis.

Norint optimizuoti šį procesą, būtina neutralizuoti skrandžio tirpalo rūgštingumą, už tai atsakinga kasa, taip pat tulžis, kurią gamina kepenys ir reikalinga riebalų rūgštims pasisavinti.
Iš maisto gaunami baltymai skirstomi į dvi kategorijas: pilnus ir nepilnus.

Visaverčiai baltymai– tai baltymai, kuriuose yra visos mūsų organizmui būtinos (būtinos) aminorūgštys. Šių baltymų šaltinis daugiausia yra gyvuliniai baltymai, t.y. mėsa, pieno produktai, žuvis ir kiaušiniai. Taip pat yra augalinių šaltinių pilnavertis baltymas: sojos ir quinoa.

Nebaigti baltymai yra tik dalis nepakeičiamos aminorūgštys. Manoma, kad pačiuose ankštiniuose ir grūduose yra nepilnų baltymų, tačiau jų derinys leidžia gauti visų būtinų aminorūgščių.

Daugelyje nacionalinių virtuvių atsirado tinkami deriniai, lemiantys visišką baltymų suvartojimą natūraliai. Taigi Artimuosiuose Rytuose paplitęs pita su humusu arba falafeliais (kviečiai su avinžirniais) arba ryžiai su lęšiais Meksikoje ir Pietų Amerikoje, ryžiai dažnai derinami su pupelėmis ar kukurūzais.

Vienas iš baltymų kokybę lemiančių parametrų yra nepakeičiamų aminorūgščių buvimas. Pagal šį parametrą yra produktų indeksavimo sistema.

Pavyzdžiui, aminorūgštis lizinas nedideliais kiekiais randama grūduose, todėl jie gauna žemą balą (grūdai - 59; nesmulkinti kviečiai - 42), o ankštiniuose augaluose yra nedidelis kiekis nepakeičiamo metionino ir cisteino (avinžirniai - 78). pupelės - 74; Gyvuliniai baltymai ir soja šioje skalėje gauna aukštą įvertinimą, nes juose yra reikiamos proporcijos visų nepakeičiamų aminorūgščių (kazeino (pieno) – 100; kiaušinio baltymo – 100; sojos baltymų – 100; jautienos – 92).

Be to, būtina atsižvelgti į baltymų sudėtis , jų virškinamumas nuo šio produkto, taip pat viso produkto maistinė vertė (vitaminų, riebalų, mineralų ir kalorijų kiekis). Pavyzdžiui, mėsainiame bus daug baltymų, bet ir daug sočiųjų riebalų rūgščių, todėl jo maistinę vertę bus mažesnė nei vištienos krūtinėlė.

Baltymai iš skirtingų šaltinių ir net skirtingus baltymus iš to paties šaltinio (kazeino ir išrūgų baltymų) organizmas panaudoja su skirtingu greičiu.

Maisto medžiagos nėra 100% virškinamos. Jų įsisavinimo laipsnis gali labai skirtis priklausomai nuo fizinė ir cheminė sudėtis pats produktas ir kartu su juo pasisavinami produktai, organizmo ypatybės ir žarnyno mikrofloros sudėtis.

Pagrindinis detoksikacijos tikslas – išeiti iš komforto zonos ir išbandyti naujas mitybos sistemas.

Be to, labai dažnai, kaip ir „sausainius prie arbatos“, mėsos ir pieno produktų valgymas yra įprotis. Niekada neturėjome galimybės ištirti jų svarbos mūsų mityboje ir suprasti, kiek mums jų reikia.

Be to, kas išdėstyta pirmiau, dauguma mitybos organizacijų rekomenduoja, kad sveika mityba būtų pagrįsta dideliu kiekiu augalinis maistas. Šis išėjimas iš komforto zonos leis ieškoti naujų skonių ir receptų, o vėliau paįvairins kasdienę mitybą.

Visų pirma, tyrimų rezultatai rodo padidėjusią riziką širdies ir kraujagyslių ligų, osteoporozė, inkstų liga, nutukimas ir diabetas.

Tuo pačiu metu mažai angliavandenių, bet daug baltymų turinčios dietos, pagrįstos augaliniais baltymų šaltiniais, sumažina riebalų rūgščių koncentraciją kraujyje ir sumažina širdies ligų riziką.

Tačiau net ir turėdami didelį norą palengvinti savo kūną, neturėtume pamiršti apie kiekvieno iš mūsų savybes. Tai reliatyvu staigus pokytis dieta gali sukelti diskomfortą arba šalutiniai poveikiai pvz., pilvo pūtimas (didelio kiekio pasekmė augaliniai baltymai ir žarnyno mikrofloros ypatumai), silpnumas, galvos svaigimas. Šie simptomai gali rodyti, kad toks griežta dieta ne visai tinka jums.

Kai žmogus suvartoja daug baltymų, ypač kartu su mažu angliavandenių kiekiu, vyksta riebalų skaidymas, kurio metu susidaro medžiagos, vadinamos ketonais. Ketonai gali neigiamai paveikti inkstus, kurie gamina rūgštį, kad ją neutralizuotų.

Yra teiginių, kad atkurti rūgščių-šarmų balansas Skeleto kaulai išskiria kalcį, todėl padidėjęs kalcio išplovimas yra susijęs su dideliu gyvulinių baltymų suvartojimu. Taip pat baltymų dieta sukelia dehidrataciją ir silpnumą, galvos skausmą, galvos svaigimą, Blogas kvapas iš burnos.

Riebalų virškinimas

Į organizmą patekę riebalai beveik nepažeisti praeina per skrandį ir patenka į plonąją žarną, kur yra daug fermentų, kurie riebalus paverčia riebalų rūgštimis. Šie fermentai vadinami lipazėmis. Jie veikia esant vandeniui, tačiau tai yra problemiška perdirbant riebalus, nes riebalai netirpsta vandenyje.

Kad būtų galima perdirbti riebalų, mūsų organizmas gamina tulžį. Tulžis suskaido riebalų sankaupas ir leidžia plonosios žarnos paviršiuje esantiems fermentams suskaidyti trigliceridus į glicerolį ir riebalų rūgštis.

Riebalų rūgščių pernešėjai organizme vadinami lipoproteinai. Tai yra specialūs baltymai, galintys supakuoti ir pernešti riebalų rūgštis ir cholesterolį kraujotakos sistema. Toliau riebalų rūgštys yra supakuotos į riebalų ląsteles gana kompaktiška forma, nes jų sudėtis (skirtingai nei polisacharidai ir baltymai) nereikalauja vandens.

Riebalų rūgščių absorbcijos dalis priklauso nuo jos padėties glicerolio atžvilgiu. Svarbu žinoti, kad gerai pasisavinamos tik tos riebalų rūgštys, kurios užima P2 padėtį. Taip yra dėl to, kad lipazės turi įvairaus laipsnio poveikį riebalų rūgštims, priklausomai nuo pastarųjų vietos.

Ne visos riebalų rūgštys, tiekiamos su maistu, organizme visiškai pasisavinamos, kaip klaidingai mano daugelis mitybos specialistų. Jie gali būti iš dalies arba visiškai nepasisavinami plonojoje žarnoje ir gali pasišalinti iš organizmo.

Pavyzdžiui, svieste 80% riebalų rūgščių (sočiųjų) yra P2 padėtyje, tai yra, jos visiškai pasisavinamos. Tas pats pasakytina apie riebalus, kurie yra pieno dalis ir visus pieno produktus, kurie nevyksta fermentacijos.

Riebalų rūgštys, esančios brandžiuose sūriuose (ypač ilgai brandintuose sūriuose), nors ir prisotintos, vis dar yra P1 ir P3 padėtyse, todėl jie mažiau įsisavinami.

Be to, daugumoje sūrių (ypač kietuose) gausu kalcio. Kalcis jungiasi su riebalų rūgštimis ir sudaro „muilus“, kurie nėra absorbuojami ir pašalinami iš organizmo. Sūrio brandinimas skatina jo riebalų rūgščių perėjimą į P1 ir P3 padėtis, o tai rodo silpną jų įsisavinimą.

Didelis sočiųjų riebalų suvartojimas taip pat koreliuoja su kai kuriomis vėžio rūšimis, įskaitant gaubtinės žarnos vėžį ir insultą.

Riebalų rūgščių pasisavinimui įtakos turi jų kilmė ir cheminė sudėtis:

- Sočiosios riebalų rūgštys(mėsa, taukai, omarai, krevetės, kiaušinio trynys, grietinėlė, pienas ir pieno produktai, sūris, šokoladas, lydytų riebalų, daržovių patrumpinimas, palmių, kokosų ir sviesto), taip pat transriebalai(hidrintas margarinas, majonezas) yra linkę kaupti riebalų atsargas, o ne iš karto sudeginti energijos apykaitos metu.

- Mononesočiosios riebalų rūgštys(paukštiena, alyvuogės, avokadai, anakardžiai, žemės riešutai, žemės riešutai ir alyvuogių aliejus) dažniausiai naudojami iškart po absorbcijos. Be to, jie padeda sumažinti glikemiją, kuri mažina insulino gamybą ir taip riboja riebalų atsargų susidarymą.

- Polinesočiosios riebalų rūgštys, ypač Omega-3 (žuvų, saulėgrąžų, linų sėmenų, rapsų, kukurūzų, medvilnės sėmenų, dygminų ir sojų pupelių aliejai), visada suvartojami iškart po įsisavinimo, ypač dėl padidėjusios maisto termogenezės – organizmo energijos suvartojimo maistui virškinti. Be to, jie skatina lipolizę (riebalų sankaupų skaidymą ir deginimą), taip skatinant svorio mažėjimą.

IN pastaraisiais metais yra nemažai epidemiologinių tyrimų ir klinikiniai tyrimai, kurie ginčija prielaidą, kad neriebūs pieno produktai yra sveikesni nei riebūs pieno produktai. Jie ne tik atkuria pieno riebalus, bet ir vis dažniau atranda ryšį tarp sveikų pieno produktų ir pagerėjusios sveikatos.

Neseniai atliktas tyrimas parodė, kad moterų širdies ir kraujagyslių ligų atsiradimas visiškai priklauso nuo vartojamų pieno produktų rūšies. Sūrio vartojimas buvo atvirkščiai susijęs su rizika širdies smūgis, o ant duonos užteptas sviestas padidina riziką. Kitas tyrimas parodė, kad nei neriebūs, nei riebūs pieno produktai nėra susiję su širdies ir kraujagyslių ligomis.

Tačiau visa pieno produktai apsaugoti nuo širdies ir kraujagyslių ligų. Pieno riebalai yra daugiau nei 400 riebalų rūgščių rūšių, todėl tai yra sudėtingiausias natūralus riebalas. Ne visos šios rūšys buvo ištirtos, tačiau yra įrodymų bent jau, kai kurie iš jų turi teigiamą poveikį.

Literatūra: