Įžanga. Virškinimas.
Informacija pateikta žemiau yra angliavandenių metabolizmo procesų organizme santrauka – pradedant nuo maisto virškinimo pradžios iki energijos gavimo būdų ir skaidymo, gaunant galutinius produktus. Šiame straipsnyje angliavandeniai nebebus nagrinėjami pagal sudėties grupes, todėl pirmiausia vertėtų susipažinti su straipsniu „Angliavandeniai.(visas straipsnis)„.
Žarnyno epitelinės ląstelės geba pasisavinti tik monosacharidus, t.y. pačius paprasčiausius angliavandenius. Todėl angliavandenių virškinimo proceso esmė yra fermentinė glikozidinių ryšių hidrolizė (žr.pav.). Šis procesas vyksta angliavandeniuose, kurie turi oligo- arba polisacharidinę struktūrą.
Aiškumo dėlei – glikozidinis ryšys turi svarbų biologinį vaidmenį, kadangi būtent to ryšio dėka yra vykdomas kovalentinis monosacharidų surišimas į oligo- ir polisacharidų junginius. Kalbant paprasčiau, gamtoje egzistuoja keletas angliavandenių rūšių, t.y. pradedant nuo pačių paprasčiausių (monosacharidų – gliukozė, fruktozė ir kt.) iki vis sudėtingesnių (oligosacharidų ar polisacharidų). Įvairūs sudėtingi angliavandeniai yra sudaryti iš paprastų angliavandenių grandžių, t.y. paprastųjų angliavandenių molekulinės grandys yra susijungusios į šiek tiek sudėtingesnius ir labai sudėtingus angliavandenių junginius. Taigi, organizmas negali pasisavinti sudėtingų angliavandenių junginių, todėl tam, kad angliavandeniai organizme būtų pasisavinami juos reikia suskaidyti, t.y. sudėtingesnių angliavandenių glikozidiniai ryšiai yra suardomi ir gaunami paprastieji angliavandeniai.
Žmogaus organizme angliavandenių virškinimas (hidrolizė) prasideda jau burnoje. Čia jie susmulkinami kramtant ir sumaišomi su seilėmis. Seilės, 99 % yra sudarytos iš vandens ir paprastai turi pH 6,8. Burnoje pradedamas pirminis virškinimo procesas ir tai taikoma tik polisacharidams (krakmolas, glikogenas).
Prisiminkime, kad krakmolas yra polisacharidas, sudarytas iš gliukozės monomerų, kurie sujungti tam tikrais glikozidiniais ryšiais. Seilėse yra atitinkamo fermento (amilazės), kuris pradeda ardyti krakmolo vidinius glikozidinius ryšius. Žinoma burnos ertmėje nėra galimas visiškas krakmolo suskaidymas, kadangi čia fermento poveikis ganėtinai trumpas. Beje, seilių amilazės fermentas ne hidrolizuoja (ne skaido) disacharidų glikozidinių ryšių.
Seilių amilazės fermento poveikis baigiasi rūgščiose skrandžio sultyse (pH 1,5-2,5), t.y. kai maistas iš burnos ertmės patenka į skrandį. Bet, maisto gumulėlio viduje fermento aktyvumas gali dar kurį laiką išsilaikyti iki to momento, kol pH nepasikeis į rūgštėjimo pusę. Skrandžio sultys neturi fermentų skaidančių angliavandenius, o jo turinyje yra įmanoma tik nežymi rūgšti glikozidinių ryšių hidrolizė.
Nesuskaidyto arba dalinai suskaidyto krakmolo, taipogi ir kitų maisto angliavandenių sekantys virškinimo etapai vyksta įvairiose plonosios žarnos dalyse, veikiant atitinkamiems virškinimo fermentams.
Kasa į dvylikapirštę žarną išskiria sultis su daugybe fermentų, šių sulčių rūgštingumas yra nedidelis, pH 7,5-8,0 ir turi bikarbonatų (hidrokarbonatų) (HCO3–). Jos neutralizuoja rūgščią skrandžio apvirškintą maisto masę ir jau tuomet susidaro palankios sąlygos skaidyti angliavandenius. Sudėtingesni angliavandeniai skaidomi į paprastesnius, susidaro šiek tiek ir gliukozės. Beje, maisto disacharidai kaip ir burnoje, taip ir dvylikapirštėje žarnoje nėra virškinami. Maisto disacharidai, kaip ir dvylikapirštėje žarnoje susidarę disacharidai iš polisacharidų, yra virškinami plonojoje žarnoje.
Įdomumo dėlei – virškinimo proceso nereiktų išsivaizduoti kaip maisto gumulo virškinimą apsuptą skysčio, t.y. jis neplaukioja gausiame skysčio kiekyje. Virškinimo sultys su jame esančiais fermentais tik suvilgo maistą ir pradeda maisto virškinimo procesą. Pvz., plonosios žarnos sienelėse esančios liaukos išskiria virškinimo sultis, kurios į žarnyno spindį nepatenka, bet pasiskirsto žarnos paviršiuje. Ant žarnyno sienelių išsiskyrusiose sultyse gausu fermentų, virškinamas maistas liečiasi su žarnyno sienelėmis ir yra suvilgomas, virškinimas vyksta maistui susilietus su žarnyno sienele.
Virškinimas plonojoje žarnoje vadinamas membraniniu, o fermentai, kurie skaido disacharidus – karbohidrazės (sacharazė, laktazė, glikozidazė ir pan.). Veikiant šiems fermentams angliavandeniai skaidomi į paprastesnius monosacharidus, kurie jau gali būti įsiurbiami į kraują. Beje, membraninis maisto virškinimas yra glaudžiai susijęs su virškinimu žarnyno spindyje, kur maisto masė ruošiama galutiniam suvirškinimui. Bendras visų fermentinių sistemų ir fermentų poveikis užbaigia virškinti maisto oligo- ir polisacharidus susidarant monosacharidams, iš kurių pagrindinis paprastai yra gliukozė. Iš maisto angliavandenių, be gliukozės, taipogi susidaro fruktozė ir galaktozė, mažesniais kiekiais – manozė, ksilozė, arabinozė ir kt.
Reikia paminėti, kad celiuliozė pereina pro žarnyną beveik nepakeista. Bet, ji nors ir nesuvirškinta, bet suteikdama maistui papildomą apimtį ir teigiamai veikdama virškinimo procesą vaidiną pakankamai svarbų vaidmenį. Nors, storajame žarnyne celiuliozė gali būti paveikta bakterinių fermentų ir yra dalinai suskaidoma. Šie celiuliozės bakterinio skaidymo produktai svarbūs kaip žarnyno peristaltikos stimuliatorius.
Virškinimo metu susidarę monosacharidai yra pasisavinami (rezorbuojami) tuščiosios ir klubinės žarnų (plonosios žarnos dalys) epitelinėmis ląstelėmis, jose veikia tam tikras specialus pernašos pro šių ląstelių membranas mechanizmas. Reikia paminėti, kad gliukozė ir galaktozė yra greičiau pasisavinamos nei kiti monosacharidai. Pvz., jei gliukozės pasisavinimo greitis yra lygus 100, tai galaktozės yra 107, fruktozės – 43, ksilozės -15, manozės ir arabinozės – 10.
Taigi, angliavandenių rezorbcija iš žarnyno yra pakankamai greita, todėl po valgio gliukozės koncentracija kraujyje gali labai greitai padidėti (kartais iki 240-500 mg/100ml arba 13-27 mmol/l). Žinoma jei nėra jokių pasisavinimo patologijų. Gliukozės koncentracijos fiziologinės normos kraujyje yra 80-120 mg/100ml arba 3,5-5,5 mmol/l.
Pasisavinti monosacharidai (pagrinde tai yra gliukozė) ir patekę į kraujotaką, didesniąja dalimi nukeliauja į kepenis, o kita dalis patenka į kitų audinių ląsteles. Į kepenis patenkant per daug gliukozės, pačios kepenys negali to per didelio patekimo sukontroliuoti, todėl, atsiradus už fiziologines normas per didelei gliukozės koncentracijai kraujyje, vystosi hiperglikemija. Jeigu gliukozės kiekis kraujyje pasiekia 160-180 mg/100ml (8-9 mmol/l) koncentraciją, ji išsiskiria su šlapimu (gliukozurija). Bet kaip tai beskambėtų gąsdinančiai, suvalgius gausaus angliavandeniais maisto, hiperglikemija yra trumpalaikė ir nepasižymi patologijomis. Taip nutinka dėl to, kad sveiko žmogaus organizmo audiniai pakankamai greitai pasisavina gliukozę iš kraujo ir jos fiziologinės normos koncentracija išsilaiko.
Pratęsiant patologijų ir sutrikimų temą, galima pasakyti, kad angliavandenių virškinimo ir pasisavinimo sutrikimų priežastimi gali būti fermentų, kurie žarnyne dalyvauja angliavandenių hidrolizėje, defektas. T.y. tais įgimtais ar įgytais atvejais, kai žmogaus virškinimo sistema išskiria per mažai tam tikro fermento arba jis yra nepakankamai aktyvus. Kita patologijų priežastimi gali būti sutrikęs suvirškintų angliavandenių pasisavinimas žarnyno ląstelėmis. Abiem šiais atvejais atsiranda osmosinė diarėja arba osmosinis slėgis, ją gali sukelti nesuskaidyti disacharidai arba nepasisavinti monosacharidai. Šie nepanaudoti angliavandeniai patenka į distalines žarnyno dalis, kur ir pakinta slėgis. Be viso to, žarnyno spindyje likę angliavandeniai yra daliniai veikiami žarnyno bakterijomis, susidaro organinės rūgštys ir dujos. Visa tai bendrai kartu skatina vandens susikaupimą žarnyne, padidina žarnyno turinio apimtį, sukelia ir padidina peristaltiką, spazmus ir skausmus, pilvo išsipūtimą (meteorizmą).
Dažniausiai pasitaikantys sutrikimai: laktozės netoleravimas – pieno cukraus virškinimo sutrikimas;
dėl tam tikrų fermentų arba baltymų organizme trūkumo nėra tinkamai suvirškinama sacharozė;
disacharidų kaupimasis kraujyje ir audiniuose;
monosacharidų pasisavinimo sutrikimas;
ir kitokie sutrikimai, kurie gali pasitaikyti retais atvejais, pvz., po operacijų pilvo srityje gali pablogėti maisto susimaišymas su virškinimo sultimis, jų sekrecijos sumažėjimas, pagreitintas maisto praėjimas pro žarnyną ir kt.
Angliavandenių skaidymas (Glikolizė).
Kai maisto angliavandeniai yra suskaidomi iki tinkamų organizmui panaudoti junginių (dažniausiai tai gliukozė), prasideda energijos gavimo procesų reakcijos. Energijos gavimo būdų iš angliavandenių (ir kitų medžiagų) yra keli. Šie procesai yra pakankamai sudėtingi, šiame straipsnyje nėra tikslo išsamiai išdėstyti visų procesų visas biochemines reakcijas, jų seką ar aprašymą. Pagrindinis tikslas yra trumpai ir glaustai išdėstyti pagrindinę kiekvieno cheminio proceso esmę. Jau aukščiau kiek minėjome glikolizę, kurios metu gliukozė yra suskaidoma ir išsiskiria energija.
Glikolizė.
10 nuoseklių fermentinių reakcijų seka susidedanti iš dviejų stadijų. Per pirmąją glikolizės stadiją yra panaudojamos dvi ATP molekulės, o per antrąją jau susidaro keturios ATP molekulės. Taigi, jei viskas gerai su matematika, galutiniame vienos gliukozės molekulės oksidacijos procese mes gauname dvi naujas ATP molekules. Pradžioje dvi sunaudojome, paskui pagaminome keturias, rezultate yra dvi naujos.
Kalbant išties, pati gliukozė yra chemiškai mažai aktyvi, todėl jau pirmosios glikolizės stadijos metu ji yra aktyvinama ją fosforilinant iki gliukozės 6-fosfato, o jau šis junginys yra tolimesnių susidarymo produktų pirmtakas (pvz., kitų monosacharidų, oligosacharidų ir polisacharidų pirmtakas). Gliukozės 6-fosfatas gali būti suskaidytas, o skaidymo produktai naudojami susidarant aminorūgštims, lipidams ar kitiems biologiškai svarbiems junginiams.
Apibendrinant – per 10 glikolizės cheminių reakcijų, įvairių fermentų pagalba gliukozė yra perdaroma į vis sekančius junginius, dėl ko susidaro ATP ir piruvatas. Piruvato susidarymas yra galutinė glikolizės stadija. Aerobinėmis sąlygomis piruvatas visiškai oksiduojamas iki CO2 ir H2O, o anaerobinėmis sąlygomis jis gali virsti įvairiais galutiniais produktais. O čia jau sportininkams gali paaiškėti ir įdomių dalykų.
NAD+ – nikotinamido adenino dinukleotido kofermentas, jis dalyvauja daugelyje oksidacijos-redukcijos reakcijų organizme. Ląstelėse NAD+ koncentracija yra maža, bet prie ko čia jis ir glikolizė? Glikolizė vyksta, jei susidaręs NADH regeneruojamas ir NAD+ dalyvauja glikolizidės oksidacijos-redukcijos reakcijose. Deguoninėmis sąlygomis NADH pernešamas į mitochondrijas ir oksidacinio fosforilinimo proceso metu yra oksiduojamas. O anaerobinėmis sąlygomis NADH redukuoja piruvatą. Šio proceso metu susidaro tam tikru produktai, pvz., etanolis, organinės rūgštys, acetonas, butanolis ir kiti produktai. Toks gliukozės skaidymas iki galutinių produktų vadinamas rūgimu (fermentacija). Vienas iš tokių susidariusių produktų yra ir sportininkams girdėta pieno rūgštis. Katalizuojant atitinkamam fermentui (LDH -laktato dehidrogenazė) piruvatas yra redukuojamas ir susidaro pieno rūgštis.
Taigi, raumenims intensyviai dirbant, kraujas nespėja aprūpinti audinių deguonimi ir susidaro pieno rūgštis. Jei kalbėti pavyzdžiais, tai pakankamai masyvūs ir raumeningi sprinteriai, bėgantys trumpuosius nuotolius, energiją gauna glikolizės būdu. Jie sugeba greitai nubėgti nedidelius nuotolius panaudodami glikolizinį ATP. Pieno rūgštis yra galutinis anaerobinės gliukozės oksidacijos produktas raumenyse. Padidėjus pieno rūgšties koncentracijai, didėja viduląstelinių protonų koncentracija, greičiau nuvargstama ir atsiranda raumenų skausmai. Raumenų skausmai, po didelio fizinio krūvio, taip pat susiję ir su raumenų skaidulų įtrūkimais. Po tam tikro laiko tose vietose prasideda uždegiminis procesas sukeliantis skausmą.
Sportininkai žino, kad deginantis skausmas raumenyse po intensyvaus fizinio krūvio vėliau atslūgsta. T.y. ramybės būsenoje 70-80 % pieno rūgšties iš raumenų per kraują pernešama į kepenis. Jose dalis pieno rūgšties oksiduojama iki CO2 ir H2O ir įdomu tai, kad kita dalis panaudojama gliukozės resintezei, t.y. gliukoneogenezėje (apie tai pakalbėsime šiek tiek žemiau). Ši vėl susintetinta gliukozė krauju pernešama atgal į raumenis, kur panaudojama kaip energijos šaltinis.
Toks gliukozės ir pieno rūgšties kelias – gliukozė→raumenys →glikolizė→pieno rūgštis→ kraujas→ kepenys→gliukoneogenezė→gliukozė →kraujas→raumenys→energija – vadinamas C.G. Kori (C.G.Cori) ciklu. Ši, supaprastinta schema, realybėje atrodo kiek sudėtingiau (žr.pav.).
1 – Laktatą, susidariusį dirbančiuose raumenyse intensyvios glikolizės metu, kraujas nuneša į kepenis;
2 – kepenyse vyksta gliukozės sintezė iš laktato;
3 – gliukozė krauju nunešama į dirbančius raumenis;
4 – gliukozė panaudojama kaip energijos substratas dirbančiuose raumenyse ir laktato susidarymas.
Kori ciklas labiausiai aktyvus po didelių fizinių krūvių. Ramybės metu gliukozė, susidariusi kepenyse iš laktato, raumenyse verčiama glikogenu, kuris bus panaudotas palaikyti raumenų susitraukimus fizinio krūvio metu.
Įdomumo dėlei reikia paminėti, kad anaerobinės glikolizės metu viena iš pagaminamų medžiagų gali būti etanolis, plačiau apie šios medžiagos metabolizmą ir žalingą poveikį organizmui rekomenduojama pasidomėti straipsnyje „Etilo alkoholis”.
Gliukozė organizme yra pagrindinis energijos šaltinis, tačiau laisvos gliukozės kiekiai organizme yra ganėtinai maži. Aukštesnieji organizmai gliukozės perteklių kaupia polisacharidų pavidalu, pvz., gyvūnai, tame tarpe ir žmogus, kepenyse ir raumenyse kaupia glikogeną, o augalai – krakmolą. Padidėjus organizmo energijos poreikiams, polisacharidai hidrolizuojami iki gliukozės, kuri yra oksiduojama.
Toks energijos saugojimo, o po to jos panaudojimo būdas yra pakankamai efektyvus ir tai lėmė kelios sąlygos:
•glikogenas yra žymiai greičiau skaidomas nei riebalai, kadangi glikogeno molekulės yra šakotos ir vienu metu nuo galų gali būti atskeltos kelios gliukozės molekulės;
•anaerobinėse sąlygose riebalų rūgštys negali būti oksiduojamos;
•gyvūnai negali sintetinti gliukozės iš riebalinių rūgščių, todėl skaidant vien tik riebalų rūgštis sunkiau palaikyti nekintamą gliukozės koncentraciją kraujyje ir aprūpinti smegenis energija;
•saugant energiją gliukozės monomerų forma, o ne polisacharido glikogeno, didėtų osmosinis slėgis ir ląstelės tūris didėtų.
Glikogenas.
Glikogenas yra rezervinis organizmo polisacharidas, jo sankaupų galima aptikti beveik visuose audiniuose. Daugelis audinių sintetina glikogeną kaip gliukozės rezervinę formą. Glikogeno sintezė ir skaidymas padeda aprūpinti gliukozės koncentracijos pastovumą kraujyje, o jo sandėliavimas sudaro audiniams galimybę esant poreikiui juo pasinaudoti. Glikogeno molekulė yra šakota, kurioje gliukozės monomerai sujungti tam tikrais glikozidiniais ryšiais (žr. pav.).
(A) Glikogeno molekulės modelis. (B) Glikozidinių ryšių tipai. Glikogeno molekulė – tai šakotas gliukozės liekanų polimeras; šakos, nutolusios maždaug per 10 gliukozės liekanų, sujungtų α-1,4-glikozidiniais ryšiais (1), šakojasi. Šakojimosi taškuose (2) gliukozės liekanos sujungtos α-1,6 glikozidiniais ryšiais; 3 – neredukuoti galiniai monomerai; 4 – redukuojamasis galinis monomeras.
Šakotos struktūros glikogenas yra tirpesnis vandenyje, lyginant su taipogi šakota krakmolo struktūra, todėl greičiau panaudojamas.
Glikogenas audinių ląstelėse kaupiamas granulėmis, jų dydis gali būti nuo 10 nm iki 40 nm, o jų kiekis priklauso nuo mitybos. Pvz., tyrimų metu nustatyta, kad gerai maitinamų eksperimentinių žiurkių kepenyse glikogeno yra daug, o badaujančių – mažai. Nors iš tikro net nereikia per daug ieškoti eksperimentais pagrįstų tyrimų ir jų nagrinėti. Daugelis jėgos sporto atstovų žino, kuo raumenyse yra daugiau glikogeno, tuo jie labiau bus didesni, o jų formą atrodys dailiai apvali, o ne plokščia. Bet grįžkime prie glikogeno nagrinėjimo.
Glikogeno granulėse taipogi yra įterpti glikogeną sintetinantys ir skaidantys fermentai, bei kai kurie jo apykaitą reguliuojantys fermentai. Šie visi fermentai yra svarbūs glikogeno metabolizme. Glikogeno šakota struktūra lemia didelį kiekį galinių monomerų buvimą, dėl ko fermentams tik lengviau atskelti ar prijungti monomerus skaidant arba sintetinant glikogeną. Fermentai gali veikti vienu metu keliose išsišakojusiose molekulės dalyse. Glikogenas pagrinde yra deponuojamas kepenyse ir griaučių raumenyse.
Po valgio, kuriame buvo gausu angliavandenių, kepenų glikogeno atsargos gali sudaryti maždaug 5 % jų masės. Raumenyse šis procentas mažesnis, apie 1 %, bet bendra raumenų audinio masė žymiai didesnė ir todėl bendras glikogeno kiekis raumenyse du kartus didesnis negu kepenyse. Glikogenas gali būti sintetinamas daugelyje ląstelių, pvz., neuronuose, makrofaguose, riebalinio audinio ląstelėse, bet jo kiekis šiose ląstelėse nežymus. Normalaus žmogaus organizme glikogeno gali būti iki 450 g. Tai yra normalaus žmogaus, o sportininko (pvz., sunkiaatlečio) hipertrofuotuose raumenyse gali būti žymiai daugiau.
Dabar nesigilinant į glikogeno biocheminio metabolizmo nuodugnumus reikia pasakyti, kad glikogeno skilimas kepenyse pagrinde palaiko gliukozės lygį kraujyje postabsorbciniu periodu. Todėl glikogeno kiekis kepenyse kinta priklausomai nuo mitybos ritmo. Ilgai badaujant jis mažėja beveik iki nulio. Raumenų glikogenas naudojamas kaip gliukozės rezervas, t.y. energijos šaltinis raumenų susitraukinėjimams. Raumenų glikogenas nėra naudojamas palaikyti gliukozės lygiui kraujyje. Raumenyse nėra tam tikro fermento ir laisvos gliukozės susidarymas negalimas. Glikogeno eikvojimas raumenyse pagrinde priklauso nuo fizinės apkrovos. Beje, glikogeno skaidymas vadinamas glikogenolize. Kadangi jau paminėjome keletą angliavandenių metabolizmo organizme terminų, tai neįgudusiai ausiai dažnai jie gali būti itin panašūs ir atrodyti jog tai vos ne viena ir tas pats.
Angliavandenių (glikogeno ir gliukozės) apykaita.
Jau minėta glikolizė yra gliukozės skaidymas (skaidymo reakcijos) ir taip gaunama energija. Glikogenolizė yra rezervinių gliukozės atsargų glikogeno skaidymas iki gliukozės su tolimesniu energijos gavimu. Tam, kad rezervas (glikogenas) aplamai kur nors būtų, jį reikia „padaryti” – glikogeno sintezė iš gliukozės vadinama glikogenogenezė. O gliukoneogenezė yra gliukozės sintezė iš kitokių medžiagų, ne angliavandenių. Kadangi glikolizę ir glikogenolizę jau kiek aptarėme, tai reiktų kiek pakalbėti apie likusius du ir aptarti jų reikšmę.
Glikogeno sintezė vyksta maisto virškinimo metu, maždaug 1-2 val po angliavandenių maisto suvalgymo. Reiktų pažymėti, kad glikogeno sintezė iš gliukozės, kaip ir bet koks anabolinis procesas, reikalauja energijos eikvojimo. Pavalgius, gliukozė yra absorbuojama žarnyne ir krauju patenka į audinius. Gyvūnų organizme glikogenas sintetinamas beveik visuose audiniuose, tačiau aktyviausiai šis procesas vyksta kepenų ir griaučių raumenų ląstelėse. Kaip minėta, glikogeno struktūra yra išsišakojusi, tokiu būdu, glikogeno sintezės metu atsišakojimų ar atšakų skaičius gali keliskart padidėti. Grandžių galai tarnauja kaip molekulės augimo taškai – esant sintezės procesams, bei pradžia – esant skilimo procesams. Glikogeno skaidymas ir jo sintezė vyksta kaip atsakas į gliukozės poreikį organizme. Kepenų glikogenas yra skaidomas intervaluose tarp maisto vartojimo, be viso to, šis procesas kepenyse ir raumenyse greitėja fizinio darbo metu.
Apibendrinant glikogeno sintezės ir skaidymo reikšmę organizmui galima pridurti:
•glikogeno sintezė ir skilimas vyksta skirtingais metabolizmo keliais;
•kepenys gliukozę kaupia glikogeno pavidalu ne kiek savo reikmėms, bet kiek pastovios gliukozės koncentracijos kraujyje palaikymui, ir, be viso ko, taip aprūpina gliukoze kitus audinius; kepenyse esantis tam tikras fermentas (gliukozės 6-fosfatazė) ir lemia šią pagrindinę kepenų funkciją glikogeno apykaitoje;
•raumenų glikogeno pagrindinė funkcija yra išlaisvinti gliukozės 6-fosfatą ir jos vartojimas pačiuose raumenyse oksidacijos metu kaip energijos šaltinį;
•glikogeno sintezė yra energiją naudojantis procesas;
•glikogeno skilimas iki gliukozės 6-fosfato nereikalauja energijos;
•gliukozė yra vienintelė žmogaus organizmo medžiaga, kuriai skylant bedeguoninėmis sąlygomis susidaro energija (ATP);
•glikolizė ir glikogenolizė yra glaudžiai susijusios, o tai ypač svarbu susitraukinėjančiuose raumenyse, kai glikogenas yra vienintelis gliukozės šaltinis.
Biologinė glikolizės ir glikogenolizės reikšmė yra didelė. Anaerobinėmis sąlygomis šie procesai gali gaminti ATP, reikalingą ne tik atskirų ląstelių, bet ir viso organizmo gyvybinėms funkcijoms. Be to, tarpiniai glikolizės produktai (pvz., laktatas), yra panaudojami įvairiems biosintezės procesams.
Beje, gliukozės kaupimo glikogeno pavidalu ir jo skilimo procesai turi būti suderinti su organizmo poreikiais gliukozėje kaip energijos ištekliumi. Šių metabolinių procesų eiga vienu metu yra negalima, kadangi tokiu metu susidarytų „tuščias” ciklas, kurio buvimas skatintų tik bereikalingą ATP eikvojimą.
Angliavandenių apykaitos reguliavimas.
Glikogeno metabolizme procesų krypties pakitimus nulemia reguliaciniai mechanizmai, kuriuose dalyvauja hormonai. Glikogeno sintezės ir kaupimo procesų persijungimas vyksta keičiantis absorbciniam periodui į postabsorbcinį arba iš organizmo poilsio būklės pasikeitimu į fizinio darbo režimą. Šių metabolizmo kelių pasikeitimuose kepenyse dalyvauja hormonai insulinas, gliukagonas ir adrenalinas, raumenyse – insulinas ir adrenalinas.
Pirminis insulino ir gliukagono sintezės ir sekrecijos signalas yra gliukozės lygio pakitimas kraujyje. Gliukozės koncentracijos kraujyje lygis normoje yra 3,3-5,5 mmol/l (60-100 mg/100ml). Insulinas – baltyminis hormonas, sintetinamas ir išskiriamas į kraują kasos Langerhanso salelių β-ląstelėmis. β-ląstelės yra jautrios gliukozės kiekio kraujyje pakitimams ir išskiria insuliną po valgio padidėjus jos kiekiui. Nešamasis baltymas (GLUT2), kuris pasirūpina gliukozės patekimu į β-ląsteles, gliukozę perneša tik tuomet, kai jos kiekis kraujyje viršys normos ribą (daugiau nei 5,5 mmol/l). Insulinas yra pakankamai įdomus hormonas ir vertas atskiro straipsnio, todėl kalbant apie angliavandenių apykaitą plačiai nesiplėsime ir tik bendrai paminėsime keletą jo savybių.
Insulinas mažina gliukozės koncentraciją kraujyje, greitindamas gliukozės pernašą iš kraujo į raumenų ir riebalinio audinio ląsteles. Insulinas valdo genų raišką ir fermentų, lemiančių gliukozės ir lipidų metabolizmą, aktyvumą (aktyvina arba slopina). Jis taip pat greitina medžiagų perteklio virtimą riebalais. Veikiant insulinui didėja fermentų, katalizuojančių vyksmus, aktyvumas, kurie mažina gliukozės koncentraciją ląstelėje – greitėja glikogeno sintezė kepenyse ir raumenyse, greitėja riebalų rūgščių biosintezė kepenyse ir riebaliniame audinyje, baltymų biosintezė, kepenyse aktyvinama glikolizė. Tuo pačiu metu yra slopinami vyksmai, skatinantys gliukozės koncentracijos didėjimą – lėtėja glikogeno skaidymas, slopinama gliukoneogenezė kepenyse, didėja aminorūgščių pernaša į raumenis ir kartu greitėja baltymų biosintezė, slopinamas baltymų irimas ir lipidų skaidymas.
Gliukagonas – polipeptidinis hormonas, gaminamas kasos Langerhanso α salelėse, kitaip dar vadinamas „alkio hormonas”. Gliukagonas išskiriamas kaip atsakas į sumažėjusį gliukozės lygį kraujyje, t.y. jo išsiskyrimas didėja sumažėjus gliukozės kraujo plazmoje. Jis kaip ir keletas kitų hormonų (adrenalinas, augimo hormonas, kortizolis) veikia priešingai nei insulinas, t.y. didina gliukozės koncentraciją kraujyje, kitaip sakant palaiko pastovesnę gliukozės koncentraciją kraujyje. Gliukagono išsiskyrimą aktyvina adrenalinas. Beje, aminorūgštys taip pat stimuliuoja gliukagono išsiskyrimą.
Gliukagono receptorių yra kepenų ląstelėse, ten jis aktyvina glikogenolizę ir gliukoneogenezę. Receptorių yra ir riebalinio audinio ląstelėse, kur gliukagonas stimuliuoja lipolizę ir riebalinių rūgščių išsiskyrimą. Griaučių raumenyse šio hormono receptorių nėra. Kaip jau matome iš to kas pasakyta, sumažėjus gliukozės koncentracijai kraujyje šis hormonas išeina iš kasos į kraują ir ima skatinti procesus, kurių dėka didėja gliukozės koncentracija kraujyje. Pagrindinis gliukagono poveikis arba poveikio vieta yra kepenys, kur gliukozės gamybos šaltiniu pasitarnauja glikogenas. Kitas gliukozės šaltinis yra jos sintezė iš piruvato, pieno rūgšties ar aminorūgščių gliukoneogenezės metu. Apibendrinimui: gliukagonas susijungdamas su atitinkamais receptoriais aktyvina tam tikrus baltymus arba tam tikrų medžiagų sintezę, jų bei hormono pagalba yra aktyvinami (pvz., greitėja gliukoneogenezė, glikogeno skaidymas – kepenyse) arba slopinami (pvz., lėtėja glikogeno sintezė ir glikolizė – kepenyse) atitinkami fermentai, dėl to gliukozės kiekis kraujyje didėja.
Adrenalinas – adrenalinas (epinefrinas) ir noradrenalinas (norepinefrinas) yra išskiriami antinksčių šerdies kaip atsakas į nervų sistemos signalus, kurie eina iš smegenų netikėtai atsiradus ekstremaliai situacijai (pvz., bėgimas užpuolus šunims), kurios metu yra reikalinga netikėtai greitos raumenų veiklos. Adrenalinas yra „pavojaus” signalas, jis turi iškart aprūpinti raumenis ir smegenis energijos šaltiniu. Kitaip sakant, veikiant šiems hormonams yra sintetinamos antrinės signalinės molekulės ir keičiasi medžiagų apykaita, pvz., vienas iš pagrindinių yra greitas gliukozės koncentracijos padidėjimas.
Adrenalinas ir noradrenalinas veikia kaip neurosiuntikliai. Adrenalinas veikia kepenų ir raumenų receptorius kaip atsakas į stresą, t.y. pykčio ar baimės atsiradimą, tuo metu kai organizmas gauna pavojaus signalą. Nors hormono poveikis yra trumpalaikis, savo veikimo metu sugeba staiga sutelkti didelius energijos kiekius. Kaip atsakas į stresą išsiskyręs hormonas ir susijungęs su atitinkamais receptoriais aktyvina tam tikrų medžiagų padidėjimą, ko pasekoje yra aktyvinami atitinkami fermentai ir sukeliama daug įvairaus poveikio efektų – greitėja ATP sintezė; greitėja glikogenolizė ir lėtėja glikogeno sintezė; gliukozė išsiskiria iš kepenų ir didėja jos koncentracija kraujyje; riebaliniame audinyje aktyvinamas riebalinių rūgščių skaidymas; slopinamas insulino išsiskyrimas ir aktyvinamas gliukagono susidarymas; pagreitėja širdies ritmas ir padidėja kraujospūdis, pagreitėja deguonies pernaša į raumenų audinius; pagreitėja glikogeno skaidymas kepenyse ir raumenyse ir kt.
Kepenys yra labai svarbios angliavandenių apykaitoje, jose vyksta įvairios medžiagų apykaitos reakcijos, kurių metu angliavandeniai skaidomi arba verčiami kitais junginiais, taipogi jos svarbios palaikant kraujo gliukozės normalų kiekį. Beje, inkstai irgi padeda palaikyti pastovų gliukozės kiekį kraujyje. Inkstų kanalėliuose gliukozė sugeriama (reabsorbuojama) iš pirminio šlapimo ir vėl grąžinama į kraują. Šiame procese yra reikalinga ATP. Paprastai inkstuose gliukozė reabsorbuojama ir esant didesnei už normalų gliukozės koncentracijai kraujyje. Tačiau, esant kai kuriems pažeidimams ar ligoms (pvz., esant cukriniam diabetui ar inkstų pažeidimams) inkstai nepajėgia gražinti visos pirminiame šlapime esančios gliukozės ir ji pašalinama su šlapimu (gliukozurija).
Kalbant bendrai, tai kaip jau ir minėta, sveiko žmogaus gliukozės koncentracijos kraujyje lygis arba kiekis yra gana pastovus ir normoje svyruoja tarp 3,3 ir 5,5 mmol/l (60-100 mg/100ml). Gliukozė į kraują patenka:
•iš žarnyno virškinimo metu;
•iš kepenų, kuriose su krauju iš žarnyno atnešti monosacharidai, tokie kaip fruktozė, manozė, galaktozė, virsta į gliukozę;
•iš kepenų – skylant glikogenui;
•iš kepenų – susidaro gliukoneogenezės metu.
Po sotaus ir daug angliavandenių turinčio valgio kraujyje gliukozės kiekis trumpam žymiai padidėja, bet audiniai greitai gliukozę pasisavina ir jos kiekis sumažėja. Gliukozę greičiausiai kaupia kepenys, jos taipogi labiausiai veikia gliukozės kiekį kraujyje. Raumenyse kraujo gliukozė taip pat yra aktyviai naudojama ir taip mažinamas jos kiekis kraujyje, o perteklius kaupiamas kaip glikogenas. Tam, kad raumenys ir kiti audiniai pasisavintų gliukozę iš kraujo, yra būtinas hormonas insulinas. Insulino dėka vyksta paspartinta ir palengvinta gliukozės pernaša į raumenų ir kitų audinių ląsteles (išskyrus į kepenų ląsteles, eritrocitų ir kai kurias nervines ląsteles). Šis hormonas yra išskiriamas kasos ląstelėmis kaip atsakas į gliukozės, aminorūgščių ir acetoninių kūnų koncentracijos kraujyje padidėjimą, taipogi veikiant kai kuriems vaistams bei hormonams gliukagonui ir sekretinui. Streso hormonai adrenalinas ir noradrenalinas slopina insulino išsiskyrimą. Raumenys kaupdami gliukozę glikogeno pavidalu padeda kepenims sumažinti gliukozės kiekį kraujyje, žinoma tai vyksta kai nėra raumenyse gliukozės-6-fosfato perteklių.
Jei audinių ląstelės nebereaguoja į insuliną arba kasa jo išskiria per mažai, susergama cukriniu diabetu (apie tai plačiau žr. „cukrinis diabetas”). Tokiems ligoniams stipriai pakyla gliukozės koncentracija kraujyje su iš to sekančiomis pasekmėmis. Dėl tos priežasties jiems yra skiriama vartoti insuliną, jo pagalba gerėja gliukozės pasisavinimas audiniuose, taip mažėja jos kiekis kraujyje.
Trumpalaikio badavimo metu, maždaug iki 24 valandų, arba momentais tarp valgymų, pvz., naktinio miego metu, gliukozės kiekis kraujyje sumažėja. Tuomet į darbą įsijungia kepenys ir jose yra skaidomas sukauptas glikogenas, jis verčiama į gliukozę, kuri paduodama į kraują. Glikogeno skaidymo procese dalyvauja hormonai – gliukagonas, adrenalinas ir noradrenalinas, bei tiroksinas. Jei badavimas kiek užsitęsia, tai glikogeno atsargos gali išsekti, tuomet kepenų ląstelės gliukozę gamina iš aminorūgščių, laktato, glicerolio ir kitų glikogeninių junginių.
Angliavandenių sintezė (Gliukoneogenezė).
Štai ir priėjome prie paskutinio gliukozės arba paprasčiau sakant, prie paskutinio dar kiek plačiau nepaminėtos energijos „žaliavų” gavimo būdo – gliukoneogenezės. Glikogenolizė (glikogeno skaidymas) yra procesas, kuris pakankamai greitai teikia gliukozę, bet išsekus glikogeno atsargoms (maždaug po paros visiško nevalgymo) jis sustoja. Va tuomet į gliukozės gamybą įsijungia gliukoneogenezė. Šis procesas aktyvinamas hormonų gliukagono ir gliukokortikoidų pagalba, bet apie visą šitą procesą kiek plačiau ir kiek galima aiškiau nuo pradžių.
Žmogaus organizmas gliukozę gauna su maistu ir ji greitai įjungiama į medžiagų apykaitą. Kai kuriems audiniams, pvz., smegenims, yra reikalingas pastovus gliukozės tiekimas. Žmogui ir žinduoliams gliukozė yra būtina, kadangi smegenys, nervų sistema, eritrocitai, sėklidės, inkstai kaip energijos šaltinį naudoja tik šį angliavandenį. Žmogaus smegenims per parą reikia apie 120 g gliukozės. Laisvos gliukozės vidutinio svorio žmogaus organizme yra tik apie 20 g. Kai angliavandenių patekimas į organizmą kartu su maistu yra nepakankamas, gliukozės kiekis kraujyje kai kurį laiką yra palaikomas normos ribose kepenų glikogeno skaidymo dėka. Bet glikogeno atsargos kepenyse nėra nesibaigiančios. Jos žymiai apmažėja jau per pirmas 6-10 nieko nevalgymo valandų ir praktiškai visiškai yra išnaudojamos per parą laiko. Tokiu atveju kepenyse prasideda gliukozės de novo sintezė arba gliukoneogenezė.
Gliukoneogenezė yra procesas, kurios metu gliukozės sintezė vyksta iš medžiagų nepriklausančių angliavandeniams. Jo pagrindinė funkcija yra palaikyti gliukozės lygį kraujyje ilgesnio badavimo ir intensyvaus fizinio krūvio metu. Šioje vietoje atkreipkite dėmesį į tai, kad gliukoneogenezė yra labai svarbi atkuriamuoju laikotarpiu po aktyvių fizinių pratimų. Kodėl tai svarbu? Pakalbėsime kiek vėliau.
Pats gliukoneogenezės procesas daugiausiai vyksta kepenyse, nors tai nėra visiška išimtis (pvz. gamina ir išskiria instų žievės ląstelės). Griaučių raumenys, širdis, smegenys gliukozės beveik negamina.
Susintetinta gliukozė (pagrinde iš kepenų) patenka į kraują ir pernešama į organus, kur metabolizuojama. Tokia sintezė gali per parą parūpinti nuo 80 iki šiek tiek daugiau nei 100 g gliukozės. Suaugusio žmogaus organizmas per parą suvartoja apie 160 g grynos gliukozės. Badavimo metu, didelė organizmo gliukozės poreikių dalis atitenka smegenims. Todėl nenuostabu, jei kokį ilgesnį laiko tarpą, nevalgius ir dar sunkiai fiziškai ar protiškai dirbant yra pastebimas galvos svaigimas ir nebe sugebėjimas normaliai mąstyti. Smegenų ląstelės, priešingai nuo kitų audinių, negali apsirūpinti energija skaidant (oksiduojant) riebalų rūgštis. Be smegenų, gliukozės poreikis yra ir toms ląstelėms ar audiniams, kuriose aerobinio skilimo būdas yra negalimas arba yra apribotas, pvz., eritrocitai ir kt.
Ne kiekvienas junginys gali būti panaudotas gliukoneogenezėje. Gliukoneogenezės substratais gali būti glikogeninės aminorūgštys, pieno rūgštis, piruvo rūgštis, glicerolis ir kitos medžiagos. Šių substratų įtraukimas į gliukoneogenezę priklauso nuo organizmo fiziologinio stovio.
•Badaujant audiniuose baltymai suskaidomi iki aminorūgščių, pagrinde tai vyksta katabolizmo metu skaidant raumenų baltymus. Ilgai badaujant arba esant ilgam fiziniam darbui aminorūgštys yra įtraukiamos į gliukoneogenezę. Ne visos aminorūgštys šioms reakcijoms yra tinkamos. Glikogeninės aminorūgštys yra tos, kurios gali būti paverčiamos gliukoze (pvz., serinas, alaninas ir kt.). Kitos gali būti paverčiamos acetoniniais kūnais – ketogeninės aminorūgštys (pvz., leucinas ir lizinas).
Iš visų aminorūgščių, kurios patenka į kepenis, maždaug 30% tenka alanino daliai. Taip yra todėl, kad skaidant raumenų baltymus susidaro aminorūgštys, iš kurių daugelis iš karto yra paverčiamos į piruvatą arba iš pradžių į oksaloacetatą, o po to į piruvatą. Paskutinysis, gaudamas aminogrupę iš kitų aminorūgščių, virsta į alaniną. Alaninas iš raumenų krauju yra pernešamas į kepenis, kur vėl perdirbamas į piruvatą, kuris dalinai oksiduojamas ir dalinai yra įtraukiamas į gliukoneogenezę. Tokiu būdu, egzistuoja tam tikra įvykių seka – gliukozės-alanino ciklas (žr. pav.). Šis ciklas nepadidina gliukozės kiekio raumenyse, bet jo dėka išsisprendžia amininio azoto transportavimo iš raumenų į kepenis problema ir užkertamas kelias laktoacidozei.
•Laktatas (pieno rūgštis) – anaerobinės glikolizės produktas. Jis susidaro eritrocituose ir dirbančiuose raumenyse esant bet kokioms organizmo būklėms. Tokiu būdu, laktatas gliukoneogenezėje yra naudojamas pastoviai. Laktato panaudojimas yra susijęs su jo virtimu kepenyse į piruvatą. Laktatas, kaip piruvato šaltinis, yra svarbus ne kiek badavimo metu, bet kiek esant normaliai organizmo veiklai. Jo virsmas į piruvatą ir paskutiniojo tolimesnis naudojimas yra laktato utilizacijos būdas.
Laktatas, susidaręs intensyviai dirbančiuose raumenyse arba ląstelėse, kuriose pagrinde vyksta anaerobinis gliukozės katabolizmo būdas, patenka į kraują, o po to į kepenis. Jose laktatas perdaromas į piruvatą, kuris po to yra įtraukiamas į gliukoneogenezę, o susidariusi gliukozė tiekiama į kraują ir suvartojama griaučių raumenimis. Šioje vietoje vėl paminėtas Kori ciklas. Kori ciklas yra svarbus dėl 2 svarbių priežasčių: 1 – utilizuoja laktatą; 2 – apsaugo nuo laktato susikaupimo, ir kaip to pasekmė, saugo nuo pavojingo pH sumažėjimo (laktoacidozė arba pieno rūgšties acidozė). Taipogi, kaip jau ir žinome, dalis iš laktato susidariusio piruvato yra kepenyse oksiduojama iki CO2 ir H2O. Oksidacijos energija gali būti panaudojama ATP sintezei, kuris reikalingas gliukoneogenezės reakcijoms.
•Glicerolis yra išlaisvinamas riebaliniame audinyje, riebalų hidrolizės metu badaujant arba esant ilgalaikiai fizinei apkrovai. Jį panaudoti gali tik tie audiniai, kuriuose yra reikiamas fermentas (glicerolio kinazė), pvz., kepenys, inkstai. Šio fermento dėka glicerolis verčiamas į reikiamą tolimesnėms reakcijos glicerolio fosfato formą (glicerolio-3-fosfatą), kuris yra įtraukiamas į gliukoneogenezės procesus ir kaip galutinis virsmų produktas gaunama gliukozė.
Jei ne kiekvienas junginys gali būti panaudotas gliukoneogenezės reakcijose, tai kodėl šios jau paminėtos medžiagos yra išskirtinės. Esmė tame, kad gliukozės sintezė vyksta iš tų medžiagų, kurios gali būti paverčiamos oksalacetatu.
Lyginant gliukoneogenezę su glikolizę vertėtų pabrėžti, kad nors logiškai mąstant šie procesai lygtai ir vienas kitą palaikantys (pirmasis procesas gliukozę gamina iš ne angliavandeninių šaltinių, o antrasis ją skaido susidarant energijai), bet aktyvinantys glikolizę signalai slopina gliukoneogenezę ir atvirkščiai. Dėl šių priežasčių toje pačioje ląstelėje šie procesai vienu metu nevyksta.
Gliukoneogenezė, priešingai nei glikolizė, yra energiją naudojantis procesas. Jos metu 1 gliukozės molekulei pagaminti reikia 2 piruvato arba kitokio šiam procesui tinkančio substrato molekulių bei 6 makroenergetinių fosfato molekulių (ATP ir GTP).
Daugiausiai gliukozės kepenyse gaminama iš aminorūgščių ir pieno rūgšties, dar šiek tiek jos susidaro iš trikarboksirūgščių ciklo tarpinių junginių ir iš glicerolio, kuris yra vienas iš riebalų skaidymo produktų. Gliukozė gali būti sintetinama iš neporinį anglies atomų skaičių turinčių riebalų rūgščių, o iš porinį anglies atomų turinčių riebalų rūgščių gliukozės sintezė nevyksta. Taip yra todėl, kad jų skaidymo metu susidaro acetil-CoA, o jo ląstelės negali paversti į oksaloacetatą.
Organizme vykstančios gliukoneogenezės greitis reguliuojamas dviem būdais:
1) Substratų srautu – kraujyje padaugėjus reikiamų gliukoneogenezei medžiagų (glikogeninių aminorūgščių, laktato, glicerolio) jos greitis kepenų ląstelėse didėja. Toks substratų padidėjimas gali atsirasti sunkiai sportuojant, dirbant ir streso metu. Tokiu metu išsiskiria adrenalinas, kuris skatina riebalų skaidymą iki riebalinių rūgščių ir glicerolio. Badaujant išsiskiria kortizolis, kuris stabdo baltymų sintezę, todėl padidėja laisvųjų aminorūgščių kiekis kraujyje.
2) Reguliaciniais fermentais – gliukoneogenezės reakcijos (jų yra keleta) vyksta veikiant fermentams, kuriuos aktyvina arba slopina tam tikri metabolitai, taipogi indukuojamuosius fermentus veikia hormonai, pvz., gliukagonas, adrenalinas, gliukokortokoidai, insulinas.
Tokių fermentų reguliavimų sistema tampa labai svarbi, pvz., badavimo metu, kai sukaupti riebalai yra aktyviai skaidomi. Tam tikrais momentais, pvz., badavimo, streso ar nuo valgymo pradžios prasidedant glikolizei, dėka atitinkamų metabolitų (pvz., acetil-CoA, ADP ir kt.) tam tikri fermentai yra aktyvinami arba inhibuojami, taipogi jau paminėtų hormonų dėka yra didinamas arba mažinamas indukuojamų fermentų kiekis. Priklausomai nuo esamos padėties (valgymo ar badavimo) į energijos medžiagų gamybą ar pačios energijos gaminimą įsijungia glikolizės arba gliukoneogenezės procesai. Po valgio, gliukoneogenezės procesų (joje dalyvaujančių fermentų) aktyvumas mažėja, tai vyksta dėl pagausėjusio hormono insulino, prasideda gliukoneogenezės fermentų inhibicija.
Kodėl žmogaus organizme yra būtini tokie pakankamai sudėtingi procesai? Esmė tame, kad gliukozė yra svarbiausia nervinių ląstelių maisto medžiaga, o smegenys yra labai jautrios gliukozės koncentracijos kraujyje svyravimams. Sumažėjus gliukozės kiekiui kraujyje, neuronų aktyvumas taip pat sumažėja. Hipoglikemijos metu, tam tikrose smegenų srityse, kurios reguliuoja kūno temperatūrą, vyksta pokyčiai. Dėl to kūno temperatūra gali sumažėti keliais laipsniais. Beje, hipoglikemija vystosi ir dėl gausiai vartojamo alkoholio, tokiu metu gliukoneogenezė yra slopinama.
Esant normaliam mitybos ritmui ir subalansuotam racionui, gliukozės koncentracija kraujyje ir visų organų aprūpinimas ja pagrinde yra palaikomas glikogeno sintezės ir jo skaidymo sąskaita. Tik baigiantis miegui, t.y. einant į pabaigą pačiai didžiausiai pertraukai tarp maisto priėmimų, šiek tiek gali padidėti gliukoneogenezės vaidmuo, kurios reikšmė augs, jei pusryčių nebus ir šis laikotarpis dar užsitęs. Kitaip sakant, maisto virškinimo metu, angliavandeniai yra pagrindiniu gliukozės šaltiniu kraujyje, o periodu tarp valgymų, kepenys teikia gliukozę į kraują glikogenolizės ir gliukoneogenezės dėka. Vėliau, 8-12 valandų bėgyje, gliukozės lygis kraujyje palaikomas dėka glikogeno skaidymo. Gliukoneogenezė ir kepenų glikogenas yra veiksniai, kurie dalyvauja palaikant normalų gliukozės koncentracijos lygį. Kepenų glikogenas paros bėgyje praktiškai yra išeikvojamas, tuomet gliukoneogenezės greitis padidėja. Esant ilgesniam badavimui (1 diena ir daugiau), jos greitis lėtėja, bet gliukoneogenezė vistiek išlieka vieninteliu kraujo gliukozės papildančiu šaltiniu.
Badaujant, turimas omenyje laikotarpis, kurio metu visai nevalgoma, pirmosios paros bėgyje glikogeno atsargos organizme išnaudojamos, o tolimesniu gliukozės šaltiniu tarnauja tik gliukoneogenezės procesas (iš laktato, glicerolio ir aminorūgščių). Tokiomis sąlygomis gliukoneogenezė greitėja, o glikolizė lėtėja, dėl to insulino koncentracija mažėja ir didėja glukagono koncentracija. Be viso to, 1 ar 2 parų bėgyje, didesne dalimi pasireiškia ir kitas reguliacinis mechanizmas – kai kurių fermentų sintezės indukcija ir represija: sumažėja glikolizės fermentų kiekis ir padidėja gliukoneogenezės fermentų. Fermentų sintezės pakitimai taipogi yra surišti su insulino ir gliukagono poveikiu.
Maždaug nuo antros badavimo dienos, gliukoneogenezės greitis iš aminorūgščių ir glicerolio pasiekia maksimalų pagreitį. Gliukoneogenezės greitis iš laktato išlieka pastovus. Tokiu būdu, kaip jau ir buvo minėta, kiekvieną parą yra pagaminama apie 100 g gliukozės, pagrinde tai vyksta kepenyse.
Reikėtų pažymėti, kad badaujant gliukozė nėra naudojama raumenų ir riebalų ląstelėmis, kadangi nesant insulino ji negali į jas patekti. Tokiu būdu gliukozė yra saugoma smegenų ir kitų, nuo gliukozės priklausomų, ląstelių aprūpinimui. Kadangi įprastose sąlygose raumenys yra vienas iš pagrindinių gliukozės vartotojų, tai badaujant raumenų nustojimas naudoti gliukozę turi žymią reikšmę aprūpinant gliukoze smegenis. Badavimo dienoms užsitęsus pakankamai ilgai (kelios dienos ir ilgiau), smegenys ima naudoti ir kitokius energijos būdus, bet čia jau kita tema.
Nereikėtų pamiršti, kad nesubalansuota mityba taipogi yra tam tikra badavimo rūšis. Tiksliau kalbant, toks mitybos būdas, kai pagal kaloringumą racionas turi mažai angliavandenių – angliavandenių badas. Šiuo atveju taip pat suaktyvinama gliukoneogenezė, o gliukozės sintezei yra naudojamos aminorūgštys ir glicerolis, kuris susidaro iš maisto baltymų ir riebalų.
Galop beliko išsiaiškint kokie pagrindiniai gliukozės reguliavimo kraujyje procesai vyksta ramybės ir aktyvaus fizinio aktyvumo būsenose. Kaip ir poilsio, taip ir besitęsiančio fizinio darbo metu, iš pat pradžių gliukozės šaltiniu raumenims pasitarnauja glikogenas, kuris buvo išsaugotas pačiuose raumenyse, o po to kraujo gliukozė. Yra žinoma, kad 100 g glikogeno yra sunaudojama maždaug per 15 min bėgimo, o suvalgius angliavandenių glikogeno atsargos raumenyse sudaro 200-300 g. Paveikslėlyje (žr. pav. žemiau) yra pateiktos kepenų glikogeno ir gliukoneogenezės reikšmės aprūpinant raumenis gliukoze skirtingo intensyvumo ir laikotarpio sąlygomis.
Pateikti duomenys leidžia padaryti išvadą, kad glikolizės, gliukoneogenezės, glikogeno sintezės ir skaidymo greičių koordinacijos dėka, beje, dalyvaujant hormonams, yra sudaromos sąlygos:
• užkirsti per daug didelį gliukozės kiekio kraujyje padidėjimą po valgio;
• glikogeno kaupimui ir jo panaudojimui tarp maisto vartojimų;
• aprūpinti raumenis gliukoze, kuriose energijos poreikis greitai auga esant raumenų veiklai;
• aprūpinti gliukoze ląsteles, kurios bado sąlygomis kaip energijos šaltinį išskirtinai naudoja gliukozę (nervinės ląstelės, eritrocitai, sėklidės ir kt.)
Pav.: kepenų glikogeno ir gliukoneogenezės indėlis palaikant kraujo gliukozės lygį ramybės (poilsio) periodu ir ilgalaikių fizinių pratimų metu. Stulpelio juodoji dalis – kepenų glikogeno indėlis palaikant kraujo gliukozės lygį; šviesi – gliukoneogenezės indėlis. Didinant fizinės apkrovos laikotarpį nuo 40 min (2) iki 210 min (3) glikogeno skaidymas ir gliukoneogenezė praktiškai vos ne vienodu lygiu aprūpina kraują gliukoze. 1- ramybės būsena (postabsorbcinis periodas); 2, 3 – fizinė apkrova.