A szénhidrátok funkciói a testben

A szénhidrátoknak öt fő funkciója van az emberi testben. Ezek az energiatermelés, az energiatárolás, a makromolekulák építése, a fehérjék kímélése és a lipid anyagcsere elősegítése.

Energiatermelés

A szénhidrátok elsődleges szerepe az energiaellátás a test összes sejtjéhez. Sok sejt előnyben részesíti a glükózt energiaforrásként, szemben más vegyületekkel, például a zsírsavakkal. Egyes sejtek, például a vörösvértestek, csak glükózból képesek sejtenergiát előállítani. Az agy nagyon érzékeny az alacsony vércukorszintre is, mert csak glükózt használ fel energiatermelésre és működésre (hacsak nem extrém éhezési körülmények között). Az emésztésből a szervezetbe bejutó glükóz körülbelül 70 százaléka (máj által) újra eloszlik a vérben más szövetek felhasználására. Az energiát igénylő sejtek a membránjukban lévő transzportfehérjével eltávolítják a glükózt a vérből. A glükóz energiája a szénatomok közötti kémiai kötésekből származik. A fotoszintézis során ezeknek a nagy energiájú kötéseknek a napfény energiájára volt szükség. A testünk sejtjei megszakítják ezeket a kötelékeket, és megragadják az energiát a sejtlégzés elvégzéséhez. A sejtes légzés alapvetően a glükóz szabályozott égetése, szemben a kontrollálatlan égéssel. Egy sejt számos kémiai reakciót használ több enzimatikus lépésben az energia felszabadulásának lassítása (robbanás nélküli) és a kémiai kötéseken belüli energia hatékonyabb megragadása a glükózban.

A glükóz lebontásának első szakaszát glikolízisnek nevezzük. A glikolízis vagy a glükóz hasítása tíz enzimatikus reakció bonyolult sorozatában történik. A glükóz lebontásának második szakasza az energiagyár organelláiban, az úgynevezett mitokondriumokban következik be. Egy szénatom és két oxigénatom eltávolításra kerül, így több energia keletkezik. Az ezekből a szénkötésekből származó energiát a mitokondrium egy másik területére szállítják, így a sejtek energiája elérhetővé válik a sejtek által felhasználható formában.

4.10. Ábra Sejtlégzés

táplálkozás
A sejtlégzés az a folyamat, amelynek során az energia megfogódik a glükózból.

Energia tároló

Ha a testnek már elegendő energiája van funkcióinak támogatásához, a felesleges glükózt glikogénként tárolják (amelynek többségét az izmokban és a májban tárolják). A glikogénmolekula több mint ötvenezer glükózegységet tartalmazhat, és nagyon elágazó, lehetővé téve a glükóz gyors elterjedését, amikor a sejtenergia előállításához szükséges.

A glikogén mennyisége a szervezetben egyszerre körülbelül 4000 kilokalóriának felel meg - 3000 az izomszövetben és 1000 a májban. Hosszan tartó izomhasználat (például néhány óránál hosszabb edzés) kimerítheti a glikogén energiatartalékot. Ne felejtsük el, hogy ezt „falnak ütésnek” vagy „bunkózásnak” nevezik, és fáradtság és az edzés teljesítményének csökkenése jellemzi. Az izmok gyengülése azért következik be, mert a zsírsavakban és fehérjékben lévő kémiai energia felhasználható energiává történő átalakítása hosszabb ideig tart, mint a glükóz. Hosszan tartó testmozgás után a glikogén eltűnik, és az izmoknak jobban kell támaszkodniuk a lipidekre és a fehérjékre, mint energiaforrásra. A sportolók mérsékelten növelhetik a glikogén tartalékukat azáltal, hogy csökkentik az edzés intenzitását és szénhidrátbevitelüket az összes kalória 60–70 százalékára növelik az esemény előtt három-öt nappal. Azoknak az embereknek, akik nem kemény edzéseket folytatnak, és szórakozásból 5 kilométeres futamot választanak, nem kell nagy tésztát fogyasztaniuk a verseny előtt, mivel hosszú távú intenzív edzés nélkül a megnövekedett izomglikogén nem fog adaptálódni.

A máj az izomhoz hasonlóan glikogénként képes tárolni a glükózenergiát, de az izomszövettel ellentétben felrakja a tárolt glükózenergiáját a test többi szövetének, ha alacsony a vércukorszint. A test összes glikogén-tartalmának körülbelül egynegyede a májban van (ami körülbelül négy órás glükózellátással egyenértékű), de ez nagymértékben függ az aktivitás szintjétől. A máj ezt a glikogén tartalékot használja arra, hogy a vércukorszintet az étkezési idők között szűk tartományban tartsa. Amikor a máj glikogénellátása kimerül, a fehérje elpusztításából nyert aminosavakból állítják elő a glükózt az anyagcsere homeosztázisának fenntartása érdekében.

Makromolekulák építése

Noha a legtöbb felszívódott glükózt az energia előállítására használják fel, a glükóz egy része ribózzá és dezoxiribózzá alakul, amelyek fontos makromolekulák, például RNS, DNS és ATP alapvető építőelemei. A glükózt emellett a NADPH molekula előállítására használják, amely fontos az oxidatív stressz elleni védelem szempontjából, és amelyet a test számos más kémiai reakciójában alkalmaznak. Ha a test összes energia-, glikogén-tároló kapacitása és épületigénye kielégül, a felesleges glükóz felhasználható a zsír előállításához. Éppen ezért a túl magas szénhidrát- és kalóriatartalmú étrend növelheti a zsírkilókat - ezt a témát hamarosan megvitatják.

4.11. Ábra A dezoxiribóz kémiai szerkezete

A dezoxiribóz cukormolekulát használják a DNS gerincének felépítésére. Kép: rozeta/CC BY-SA 3.0

4.12. Ábra Kétláncú DNS

Kép: Forluvoft/Public Domain

Egy olyan helyzetben, amikor nincs elegendő glükóz a test szükségleteinek kielégítésére, a glükózt aminosavakból szintetizálják. Mivel nincs aminosav-tároló molekula, ez a folyamat megköveteli a fehérjék megsemmisítését, elsősorban az izomszövetből. A megfelelő glükóz jelenléte alapvetően megkíméli a fehérjék lebontását attól, hogy felhasználják a szervezet számára szükséges glükóz előállításához.

A vércukorszint emelkedésével a lipidek energiaforrásként történő használata gátolt. Így a glükóz emellett „zsírmegtakarító” hatással is rendelkezik. A vércukorszint növekedése ugyanis stimulálja az inzulin hormon felszabadulását, amely megmondja a sejteknek, hogy energia előállításához glükózt (lipidek helyett) használnak. A vér megfelelő glükózszintje szintén megakadályozza a ketózis kialakulását. A ketózis metabolikus állapot, amely a ketontestek emelkedéséből adódik a vérben. A ketontestek egy alternatív energiaforrás, amelyet a sejtek felhasználhatnak, ha a glükózellátás elégtelen, például éhgyomorra. A ketontestek savasak, és a vér magas emelkedése túl savassá válhat. Ez egészséges felnőtteknél ritkán fordul elő, de előfordulhat alkoholistáknál, alultáplált embereknél és 1-es típusú cukorbetegségben szenvedőknél. A felnőttek ketózisának gátlásához szükséges minimális szénhidrátmennyiség az étrendben napi 50 gramm.

A szénhidrátok kritikus fontosságúak az élet legalapvetőbb funkciójának - az energiatermelésnek - támogatásában. Energia nélkül a többi életfolyamat nem valósul meg. Bár testünk képes szintetizálni a glükózt, a fehérje pusztulásának az ára. Mint minden tápanyag esetében, a szénhidrátokat is mértékkel kell fogyasztani, mivel a túl sok vagy túl kevés étrend egészségügyi problémákhoz vezethet.

Engedély

Az emberi táplálkozás a Hawaii Egyetemen, a Mānoa Food Science and Human Nutrition Programban Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 nemzetközi licenc alatt engedélyezett, hacsak másként nem jelezzük.