Kohlenhydrate — Allgemein und Biochemie

Herausgeber: Gabriele Grassadonia.

im Food-Bereich um 1:05 Uhr am 30. Mai 2014.


Kohlenhydrate - Allgemein und Biochemie

Kohlenhydrate sind organische Makromoleküle sehr reichlich in der Natur, die Funktionen dienen sowohl metabolische und strukturell. Aus chemischer Sicht handelt es sich um Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxymetone, die aufgrund ihrer Komplexität unterteilt sind in:

Glucose ist das wichtigste Monosaccharid für die Säugetierbiochemie, da es der Hauptbrennstoff ist. Ribose, Galaktose und Glykogen sind weitere Zucker mit biomedizinischer Relevanz.

Die meisten Kohlenhydrate - auch Saccharide oder Kohlenhydrate genannt - lassen sich auf die allgemeine chemische Formel Cn (H2O) n. Sie haben mindestens eine Aldein- oder Ketongruppe und Alkoholfunktionen, die an jedes Kohlenstoffatom konjugiert sind. Monosaccharide können nicht zu einfacheren Sacchariden hydrolysiert werden. Mehrere Monosaccharideinheiten führen zur Bildung von Oligosacchariden und Polysacchariden. Die am weitesten verbreiteten Formen von Glucose in der Natur (das biochemisch wichtigste Monosaccharid) sind Beta-Glucopyranose (62%) und Alpha-Glucopyranose (37%). Die eher äquatoriale als axiale Anordnung der anomeren Hydroxygruppe begründet die größere Stabilität des Beta-Anomers in Bezug auf Alpha.

Die wichtigste biochemische Rolle von Kohlenhydraten und die Bereitstellung von Energie (ca. 4 kcal pro Gramm), sowie wichtige strukturelle Rollen. Nach der Absorption im Darm wird Glukose in verschiedene Gewebe und Organe umverteilt. Spezifische Hormone, wie Insulin und Glucagon, wirken ein, um glykämische Werte zu regulieren und sie konstant zu halten; außerdem sind sie sehr wichtig für den Glukosestoffwechsel und transepitheliale Transportprozesse: Das Glukosemolekül gelangt vom Darmlumen zum Enterozyten, dann zum Blut und schließlich zu den Zellen des Organismus.

Keine Kohlenhydrate und essentiell! Da sie aber vom Körper aus anderen Molekülen synthetisiert werden können, erfüllen sie grundlegende Funktionen im Körper. Zum Beispiel basiert der neuronale Stoffwechsel hauptsächlich auf Glukose: Tatsächlich verbraucht das Gehirn etwa 120 Gramm pro Tag.

Die Stärke und das Hauptpolysaccharid kommt hauptsächlich in Kartoffeln und Getreide vor und besteht nur aus Glucose (linear mit α-1-4-glycosidischen und verzweigten Bindungen, Amylopectin mit α-1-6-glykosidischen Bindungen). Die Verdauung von komplexen Kohlenhydraten beginnt im Mund dank hydrolytischer Enzyme, die im Speichel vorhanden sind, und wird auf der Intestinalebene durch die Intervention von Enzymen vervollständigt, die von der Bauchspeicheldrüse abgesondert oder in der Enterozytenwand vorhanden sind. Speichel besteht hauptsächlich aus Wasser, Mucin (Kaumischungsmittel) und dem Enzym α-Speichelamylase; Es wird verwendet, um trockene Lebensmittel zu hydratisieren und eine Umgebung zu schaffen, die für den enzymatischen Angriff geeignet ist. Die Wirkung der Amylase wird im Magen wegen der starken Säure unterbrochen, tatsächlich führt der Magensaft keinen Abbau der Kohlenhydrate durch. Der Dünndarm ist der Hauptort für die Absorption von Verdauungsprodukten.

Wasserlösliche Substanzen wie Zucker werden über das Leberportalsystem in den Körper übertragen; die fettlöslichen erreichen das Blut durch die Lymphgefäße und den Thoraxgang. Die Passage von Nährstoffen erfolgt zuerst in der apikalen Membran (Phase 1), dann in der basal-lateralen Membran (Phase 2) und schließlich treten die Zellen in die verschiedenen Gewebe ein. Der aktive Glucosetransport wird durch das Protein SGLT (Natrium Glucose Transporter) vermittelt, das die Natriumionen in die Zelle injiziert. Die Natriumpumpe eliminiert das Ion durch den Verbrauch von ATP. Um den Glukosetransport zu erleichtern, gibt es eine "Familie" in unserem Organismus von Molekülen, die GLUT genannt werden, die im Allgemeinen in der apikalen Zellmembran gefunden werden, und dann den Transport durchführen, indem sie in den Kreislaufstrom eintreten. Wenn der Blutzucker niedrig ist, wird die Aufnahme von einigen Organen und Geweben im Vergleich zu anderen begünstigt (die Priorität beim Konsum von Monosacchariden hat das Gehirn). Der wichtigste Transporter der GLUT-Familie und GLUT 4: findet sich in Fettzellen, im Skelett- und Herzmuskel und wird durch Insulin bei hohen Blutzuckerbedingungen (Glucose) aktiviert; GLUT-4 erhöht das 20-30-fache der Geschwindigkeit des Glukoseeintritts in diese Zellen.

Die Funktionen der Glykolyse sind: die Produktion von ATP und Zwischenprodukten, die für den Anabolismus notwendig sind; Regulierung hängt von 2 Faktoren ab: ATP-Zellanforderungen und metabolische Zwischenprodukte-Anforderungen. Der Energieertrag der anaeroben Glykolyse und 2 ATP-Moleküle. Unter aeroben Bedingungen bilden sie dagegen 2 + 36 (2, das aus der Oxidation von Glukose zu Pyruvat und 36 durch mitochondriale Atmung oder oxidative Phosphorylierung entsteht). Unter Berücksichtigung der Variation der freien Energie, die von jeder Phospho-Anhydrid-Bindung von ATP erhalten wird, können wir berechnen, wie die Ausbeute der Glykolyse-Aerobie viel höher ist (etwa 80%) im Vergleich zu der Glykolyse-Anaerobie (etwa 20%).

Die Glykolyse können wir in 3 Phasen eingeteilt werden: die erste Phase, die Stelle vor der Phosphorylierung von Glucose zu Glucose-6-phosphat nimmt (dank des Enzyms Hexokinase die Reaktion verbraucht ein ATP) Molekül; Anschließend Glucose-6-Phosphat wird Fructose-6-phosphat, das seinerseits mit der Fructose-1,6-diphosphat „addiert“ (bis zu diesem Punkt, der Glykolyse, statt die Erzeugung von Energie Anforderung hat); Nun beginnt die zweite Phase, in der die Fructose „gebrochen“ ist 2 zu bilden einfachere Moleküle: diidrossiaceton Phosphat- und Glycerinaldehyd-3-phosphat (das Enzym, das diese Reaktion katalysiert und Aldolase), und in einem zweiten Moment des diidrosssiaceton Phosphatmoleküls wird in 3-phosphat umgewandelt Glycerinaldehyd (geschieht dank Isomerase Triosephosphat): statt erst jetzt das Glycerinaldehyd-3-phosphat zuerst in 1,3-Diphosphoglycerat umgewandelt wird (das Enzym erforderlich ist und die Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase und das Oxidationsmittel und die NAD +), und dann in dem 3-Phosphoglycerat mit der Herstellung von 2 Molekülen ATP und Brenztraubensäure (Pyruvat); er beginnt dann die dritte Stufe, in der der 3-Phosphoglycerat die Phosphatgruppe von C3 zu C2 von Glycerat überträgt (2-Phosphoglyceratkinase), die wiederum in Phosphoenolpyruvat umgewandelt, tritt hier eine Dehydrierung, die durch ein Molekül zur Freisetzung von Energie führt eine Phosphatgruppe mit hohen Energie aus Wasser zu schaffen (Gluconeogenese oder neoglucogenesis, kann es in der Leber von Hypoglykämie Bedingungen auftritt; Glucagon induzierende Block Glykolyse die Phosphorylierung und Inaktivierung von Enzymen 2, Phosphofructokinase 2 und Pyruvatkinase) und schließlich Phosphoenolpyruvat an ADP überträgt ein Molekül ATP (das verantwortliche Enzym und Pyruvat-Kinase) zu bilden.

Die Glukoneogenese und der umgekehrte Prozess der Glykolyse, nämlich die Glucose-Synthese mit organischen Molekülen von nicht-Kohlenhydrat-Natur Ausgang (Fasern, Lactat, Glycerin). Wenn Glykolyse und Glukoneogenese gleichzeitig auftreten, würde nur eine Verschwendung von chemischer Energie entstehen. Aminosäuren (insbesondere Alanin), Lactat und Glycerinaldehyd sind fundamental für die Glucogenese. Für die neoglucogenesis Enzyme, die sie regulieren: Pyruvatcarboxylase, Phosphoenolpyruvatcarboxykinase, Fructose-1,6-bifosfatasi und Glucose-6-Phosphatase. Das Glucose-6-Phosphat kann auch in einer anderen oxidative metabolisiert werden, die an der zytosolischen Ebene auftritt, definiert als die Pentose Shunt oder Pentose Phosphate. Es hat 2 Funktionen:

  1. Produzieren Pentose, notwendig für die Synthese von Makromolekülen wie Nukleinsäuren;
  2. Produzieren Reduktionsäquivalente in Form von NADPH, notwendig für zelluläre anabole Prozesse.

Insgesamt wird in diesem Stoffwechselweg, klar durch mehrere Zyklen, Glucose zu CO 2 oxidiert, ohne dass ATP produziert wird. Dieser Weg hat erhebliche Bedeutung in den Geweben (adipose, Leber, Nebennierenrinde, Hoden und Brustdrüse), die aktiven Fettsäuren und Cholesterin herzustellen, sowie in Erythrocyten, wo der NAPH die Verfügbarkeit von Eisen (II) zu erhalten hilft.

Die Effizienz der Glykolyse aus der Glukoseoxidation in der Glykolyse und im Krebszyklus weist eine hohe Ausbeute von nahezu 70% auf.

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