Въглехидратен метаболизъм - медицина, здраве
1. Класификация и биологична роля на въглехидратите
Въглехидратите съставляват незначителна част от общото сухо тегло на човешките тъкани - не повече от 2%, докато протеините, например, представляват до 45% от сухото телесно тегло. Въпреки това въглехидратите изпълняват редица жизненоважни функции в организма, като участват в структурната и метаболитна организация на органите и тъканите.
От химическа гледна точка въглехидратите са многовалентни алдехиди или кето алкохоли или техни полимери, а мономерните единици в полимерите са свързани помежду си с гликозидни връзки.
1.1. Класификация на въглехидратите.
Въглехидратите се делят на три големи групи: монозахариди и техните производни, олигозахариди и полизахариди.
1.1.1. Монозахаридите от своя страна се разделят, първо, според естеството на карбонилната група на алдози и кетози и, второ, според броя на въглеродните атоми в молекулата на триози, тетрози, пентози и др. Обикновено монозахаридите имат тривиални имена: глюкоза, галактоза, рибоза, ксилоза и др. Същата група съединения включва различни производни на монозахариди, най-важните от които са фосфорните естери на монозахаридите [глюкоза-6-фосфат, фруктозо-1,6-бифосфат, рибозо-5-фосфат и др.], уроновите киселини [галактуронова, глу куронова, идуронова и др.], аминозахари
[глюкозамин, галактозамин и др.], сулфатирани производни на уронови киселини, ацетилирани производни на аминозахари и др. Общото количество на мономерите и техните производни е няколко десетки съединения, което не е по-малко от количеството на отделните аминокиселини, присъстващи в тялото.
1.1.2. Олигозахариди, които са полимери, чиито мономерни единици са монозахариди или техни производни. Брой отделни мономерни блоковев полимер може да достигне една и половина или две / не повече от / десетки. Всички мономерни единици в полимера са свързани чрез гликозидни връзки. Олигозахаридите от своя страна се делят на хомоолигозахариди, състоящи се от еднакви мономерни блокове (малтоза) и хетероолигозахариди - те съдържат различни мономерни единици (лактоза). В по-голямата си част олигозахаридите се намират в тялото като структурни компоненти на по-сложни молекули - гликолипиди или гликопротеини. В свободна форма в човешкото тяло може да се открие малтоза, а малтозата е междинен продукт от разграждането на гликоген и лактоза, която е включена като резервен въглехидрат в млякото на кърмещи жени. По-голямата част от олигозахаридите в човешкото тяло са хетероолигозахариди на гликолипиди и гликопротеини. Те имат изключително разнообразна структура, дължаща се както на многообразието на съставните им мономерни единици, така и на разнообразието от варианти на гликозидни връзки между мономерите в олигомера [a- и b-гликозидни връзки; връзки, свързващи различни въглеродни атоми в съседни мономерни единици: а - 1.4, а - 1.3, а - 1.6 и т.н.].
1.1.3. Полизахаридите са полимери, изградени от монозахариди или техни производни, свързани помежду си с гликозидни връзки, с брой мономерни единици от няколко десетки до няколко десетки хиляди. Тези полизахариди могат да бъдат съставени от едни и същи мономерни единици, т.е. са хомополизахариди или могат да включват различни мономерни единици - тогава имаме работа с хетерополизахариди. Единственият хомополизахарид в човешкото тяло е гликогенът, който се състои от остатъци a-D - глюкоза. Наборът от хетерополизахариди е по-разнообразен - в тялото присъства хиалуронова киселина,хондроитин сулфати, кератан сулфат, дерматан сулфат, хепаран сулфат и хепарин. Всеки от изброените хетерополизахариди се състои от индивидуален набор от мономерни единици.Така основните мономерни единици на хиалуроновата киселина са глюкуронова киселина и N-ацетилглюкозамин, докато хепаринът съдържа сулфатиран глюкозамин и сулфатирана идуронова киселина.
1.2. Функции на въглехидратите от различни класове
Функциите на въглехидратите в тялото са разнообразни и, разбира се, различни за различните класове съединения. Монозахаридите и техните производни изпълняват на първо място енергийна функция: окислителното разграждане на тези съединения осигурява на тялото 55-60% от енергията, от която се нуждае4. Второ, междинните продукти от разграждането на монозахаридите и техните производни се използват в клетките за синтеза на други вещества, необходими за клетката, включително съединения от други класове; По този начин липидите и несъществените аминокиселини могат да бъдат синтезирани от междинните продукти на метаболизма на глюкозата в клетките, но в последния случай е необходим допълнителен източник на азотни атоми на аминогрупи. Трето, монозахаридите и техните производни изпълняват структурна функция, като са мономерни единици на други, по-сложни молекули, като полизахариди или нуклеотиди.
Основната функция на хетероолигозахаридите е структурна – те са структурни компоненти на гликопротеините и гликолипидите. В това си качество хетероолигозахаридите участват в изпълнението на редица функции от гликопротеините: регулаторни (хипофизните хормони тиротропин и гонадотропини - гликопротеини), комуникативни (клетъчни рецептори - гликопротеини), защитни (антитела - гликопротеини). В допълнение, хетероолигозахаридните блокове, като част от гликолипидите и гликопротеините, участват в образуването на клетъчнимембрани, образувайки например такъв важен елемент от клетъчната структура като гликокаликса.
Хетерополизахаридите изпълняват структурна функция в организма - влизат в състава на глизаминопротеогликаните; последните, заедно със структурни протеини като колаген или еластин, образуват междуклетъчното вещество на различни органи и тъкани. Гликозаминопротеогликановите агрегати, имащи мрежеста структура, действат като молекулярни филтри, които предотвратяват или силно инхибират движението на макромолекулите в междуклетъчната среда. В допълнение, хетерополизахаридните молекули имат в структурата си много полярни и отрицателно заредени групи, поради което могат да свързват голямо количество вода и катиони, действайки като вид депо за тези молекули.
Функциите на някои въглехидрати, присъстващи в тялото, са много специфични. И така, хепаринът е естествен антикоагулант, предотвратява съсирването на кръвта в съдовете, а лактозата, както вече беше споменато, е резервен въглехидрат в човешкото мляко.