MONOSACHARIDAI

Monosacharidai gerai tirpsta vandenyje ir netirpsta nepoliniuose tirpikliuose. Dauguma yra saldūs ir dažniausiai yra paprastieji cukrūs. Atsižvelgiant į anglies (C) atomų skaičių, monosacharidai skirstomi į turinčius 3 anglies atomus (triozės), 4C (tetrozės), 5C (pentozės), 6C (heksozės), 7C (heptozės) ir t.t. Labiausiai gamtoje paplitusios pentozės ir heksozės. Angliavandenių pavadinimuose dažniausiai vartojama galūnė -ozė. Į monosacharidų grupę įeina tokie paprastieji angliavandeniai kaip arabinozė, fruktozė, fukozė, galaktozė, gliukozė, liksozė, manozė, ribozė, ksilozė.

Beje, kol dar visai neįsibėgėjome, reikia paminėti, kad beveik visų monosacharidų molekulėse yra asimetrinių (chiralinių) anglies atomų, todėl monosacharidams yra būdinga stereoizomerija (enantiomerija ir diastereomerija). Labai plačiai nesiplečian į nuodugnų angliavandenių biocheminį nagrinėjimą aiškumo dėlei galima tik paminėti: kai kurie monosacharidai turi asimetrinį anglies atomą, jis vadinamas chiraliniu centru. Medžiagos, turinčios chiralinį centrą, yra optiškai aktyvios (jų tirpalai suka tiesiškai poliarizuotos šviesos plokštumą).

Nesimetriško anglies atomo konfigūracija apibūdinama D ir L eilės terminais. Pvz., pats paprasčiausias monosacharidas gali turėti 2 erdvinius izomerus, t.y. D- ir L-, o tokie junginiai vadinami enantiomerais. Jie nesutapatinami, bet yra vienas kito veidrodinis atspindys. Žinoma didėjant asimetrinių anglies atomų skaičiui monosacharidų molekulėse, didėja ir stereoizomerų skaičius (pvz., gali turėti po 8 D ir 8 L eilei, ar net dar daugiau), bet dabar ne apie tai. Esmė ta, kad gamtoje pagrinde vyrauja D-eilės monosacharidai.

Monosacharidai, kurie nėra vienas kito veidrodinis atspindys, vadinami diastereometrais (pvz., gliukozė, manozė, galaktozė). diastereomerai, kurių tik vieno iš kelių chiralinių atomų konfiguracija yra skirtinga, vadinami epimerais (pvz., D-gliukozė ir D-manozė, arba D-ribozė ir D-arabinozė). Taigi, angliavandenių biologinę svarbą nulemia priklausymas D arba L stereocheminei eilei, nes dauguma gamtinių monosacharidų priklauso D eilei. Į gyvųjų organizmų (tame tarpe ir žmogaus) sudėtį įeinantys monosacharidai yra D-eilės (pvz., D-gliukozė ir kt.), nes gyvieji organizmai sugeba panaudoti D-eilės monosacharidus, o L-eilės nenaudoja.

Žemiau pateikta keletas dažniausiai žmogaus maiste sutinkamų angliavandenių.

GLIUKOZĖ (vynuogių cukrus).

Vienas pačių paprasčiausių angliavandenių, randamas daugelyje uogų ir vaisių, daržovėse, meduje. Gliukozė yra žmogaus pagrindinis, patenkantis į kraują, monosacharidas.

Gliukozė yra daugumos organizmo audinių maisto (energijos) medžiaga, ypač ji svarbi smegenims. Gliukozė paprastai gaunama skaidant krakmolą ir yra pakankamai greitai įsisavinama. Kaip junginys, ji būtina biosintezės procesams, o jos perteklius kaupiamas kaip glikogenas. Beje, gliukozės visada yra gyvūnų kraujyje, o esant jos trūkumui tas pats glikogenas verčiamas atgal į gliukozę. Hipoglikemija atsiranda sumažėjus gliukozės koncentracijai kraujyje, kuri paprastai ir yra alkio jutimo priežastimi.

Organizme visi angliavandeniai pagrinde yra skaidomi iki gliukozės, kuri kaip jau minėta yra universali energijos medžiaga žmogaus ląstelėms. Ši laisvoji energija, kuri sukaupta gliukozės molekulėje, yra išskiriama jos skaidymo metu. Dalis šios energijos kaupiama makroenerginiuose junginiuose, daugiausiai ATP, o kita dalis išsisklaido kaip šiluma. Audinių ląstelėse gliukozė gali būti visiškai suskaidoma išsiskiriant CO₂ ir H₂O arba suskilus iš dalies susidaro pieno rūgštis.

Gliukozė visiškai suskaidoma tik tada, kai audiniai gerai aprūpinami deguonimi, t.y. aerobinėmis sąlygomis, pvz., nerviniame audinyje, miokarde, inkstuose. Tuo metu išskiriami dideli energijos kiekiai, kurie būtini audinių fiziologinėms funkcijoms palaikyti.

Audinių ląstelės (pvz., raumenų) anaerobinėmis sąlygomis, t.y. kai audiniai nepakankamai aprūpinami deguonimi, gliukozę oksiduoja (suskaido) iki laktato, kuris pernešamas į kepenis. Eritrocituose ir griaučių raumenyse aktyvaus susitraukinėjimo metu gliukozė skaidoma iš dalies. Abiejų iš šių paminėtų gliukozės skaidymo būdų pradžia yra vienoda, ji prasideda glikolize.

Glikolizė yra pagrindinis, universalus gliukozės skaidymo kelias, jos skaidymo metu išsiskiria energija. T.y. daugiastadis fermentinis procesas, kurio metu gliukozė yra suskaidoma iki piruvo rūgšties ir dalis energijos sukaupiama ATP ir NADH forma. Taipogi nereikia pamiršti, kad gliukozė gali būti pernešama (ypač esant jos pertekliui) į riebalines audinio ląsteles, kur skaidoma iki acetil-KoA ir verčiama riebalais. O kepenys yra viena iš svarbiausių gliukozės (glikogeno formoje) saugyklų. Taipogi kepenyse vyksta gliukozės sintezė iš laktato, piruvato, glicerolio ir alanino. Iš čia gliukozė vėliau gali būti pernešama į smegenų ir kitų organų ir audinių ląsteles.

Plačiau apie gliukozę ir kodėl ji tokia svarbi žmogaus organizmui, bei angliavandenių apykaitos santrauką žr. strp. „Angliavandenių apykaita (visas straipsnis).„. Beje, šioje santraukoje sportininkai gali rast naudingos sau informacijos.

FRUKTOZĖ

Vaisių cukrus – kaip ir gliukozė, fruktozė yra pakankamai lengvai panaudojamas energijos išteklius. Jos yra daug vaisiuose ir uogose, meduje, kai kuriuose augaluose. Fruktozė susidaro plonojoje žarnoje virškinimo metu, skylant sacharozei. Dalis fruktozės organizme yra verčiama į gliukozę.

Įdomu tai, kad nors fruktozė yra saldesnė už gliukozę, bet jos apykaitoje nedalyvauja hormonas insulinas, todėl žmonės sergantys cukriniu diabetu ją lengviau toleruoja negu gliukozę. Beje, kas liečią fruktozės saldumą, tai ji saldesnė ne tik už gliukozę, bet ir už paprastą cukrų. Fruktozę tikslinga naudoti maistui saldinti, kadangi jos reikia tiesiog mažiau, o didesnis paprasto cukraus naudojimas gali turėti turi įtakos riebalų apykaitai ir skatina riebalų kaupimąsi. Kitas pakankamai įdomus faktas yra tas, kad nors žmogaus organizmo ląstelės kaip pagrindinį energijos šaltinį naudoja gliukozę, bet lytinės (pvz., spermatozoidai) naudoja fruktozę, kurią jie sintetina iš tos pačios gliukozės.

Fruktozės metabolizmo organizme metu ji yra panaudojama kitokių medžiagų sintezei ir organizmo energijos aprūpinimui. Šiems virsmų procesams yra reikalingi saviti fermentai, kurių pagalba, pvz., energijos gavimui iš fruktozės, ji organizme gali būti paversta į gliukozę arba į tarpinius jos metabolizmo produktus. Dėl to, fruktozė kartu su gliukoze gali būti oksiduojama iki CO₂ ir H₂O arba panaudojama glikogeno ir riebalų sintezei.

Kartais gali pasitaikyti fruktozės metabolizmo sutrikimai. To priežastimi gali būti fermentų, kurie katalizuoja jos apykaitos tarpines reakcijas, defektas. Tokie sutrikimai pasitaiko labai retai ir paprastai yra jau genetiškai nulemti, bet jei žmogus turi tokį sutrikimą, tai jis gali sukelti rimtas problemas, kadangi besikaupiantys fruktozės tarpiniai metabolitai pasižymi toksiškumu. Suvalgius fruktozės turinčio maisto žmogaus organizmas ima kaupti jos didelius kiekius, prasideda viduriavimas ir vėmimas, atsiranda fruktozurija.

Fruktozurija – fruktozės buvimas šlapime. Normaliomis sąlygomis jos šlapime neturėtų būti, esant fermentų ar kepenų defektui fruktozė iš ląstelių pereina į kraują, o po to ir į inkstus. Stipriai padidėjus fruktozės kiekiui, inkstai jos nebesulaiko ir ji yra šalinama su šlapimu.

Šioje vietoje, kalbant apie fruktozės skaidymo fermentų defektus, reiktų išskirti du galimus sutrikimus. Tai reikiamo fermento nepakankamumas, ko pasekoje ir atsiranda fruktozės perteklius kraujyje, kuris šalinamas per inkstus su šlapimu. Kartais šis sutrikimas klaidingai diagnozuojamas kaip cukrinis diabetas, bet būtent ši fermentų nepakankamumo forma yra laikoma gerybine fruktozurija.

Kitas galimas sutrikimas yra jau minėtas paveldimas genetinis fruktozės netoleravimas. Šis sutrikimas paprastai nepasireiškia kol vaikas minta mamos pienu, t.y. kol maiste nėra fruktozės. Simptomai atsiranda kai mitybos racionas papildomas vaisiais, sultimis, sacharoze. Vėmimas, skausmai pilve, diarėja, hipoglikemija ir gali ištikti netgi koma ar traukuliai, kurie atsiranda per 30 min po maisto davinio, kuriame buvo fruktozės. Mažiems vaikams ir paaugliams, kurie ir toliau gauna fruktozės esant šiam sutrikimui, išsivysto chroniniai kepenų ir inkstų funkcijų sutrikimai.

Bet kaip šis sutrikimas beskambėtų bauginančiai jis pasitaiko gana retai, o vaisius reikia valgyti, juose daug mūsų organizmui reikalingų medžiagų ir vitaminų, na žinoma jei Jūs neturite fruktozurijos.

GALAKTOZĖ.

Pieno cukraus (laktozės) skilimo produktas. Susidaro žarnyne virškinant laktozę, jos yra piene ir pieno produktuose. Galaktozė iš žarnyno patenka į kraują, kurio pagalba nunešama į kepenis ir ten perdaroma į gliukozę. Tam, kad paversti galaktozę į gliukozę yra vykdoma epimerizacijos reakcija, t.y. galaktozėje reikia atlikti anglies (C4) atomo H- ir OH- grupių optinę konfigūraciją. O jei kalbant paprasčiau, tai viename iš vertimų reakcijų momentų tam tikra galaktozės liekana pakeičiama (apkeičiama, perdaroma) į gliukozės liekaną. Tokių virsmų reakcijų iš viso yra trys.

Įdomu tai, kad vienoje iš reakcijų dalyvaujantis fermentas (epimerazė) gali veikti ir kita kryptimi, ne tik versti galaktozę į gliukozę, bet gliukozę į galaktozę. Tokia atvirkštinė epimerizacija yra svarbi glikolipidų ir glikoproteinų sintezėje.

Beje, galaktozė yra reikalinga krūtų liaukoms laktozės sintezei. Laktacijos periodu galaktozė nėra nepakeičiamas maisto komponentas, kadangi gali susidaryti iš gliukozės, t.y. kūdikio mamos pienu maitinimo periodu nėra būtinybės mamai gerti pieną tam, kad gauti galaktozės savo paties pieno gamybai.

Pabaigai galima paminėti, kad per tas tris galaktozės vertimo į gliukozę reakcijas susidarę junginiai (pvz., tokie kaip gliukozės-1-fosfatas ir kt.) jau gali būti organizme įtraukiami į skirtingus metabolinius procesus, pvz., glikogeno sintezę, kepenyse perdaroma į laisvą gliukozę ir naudojama jos koncentracijos palaikymui kraujyje, glikolizę ir ATP sintezę ir kt.

Galaktozės apykaitoje jos liekanos pakeitimas gliukozės liekana yra pakankamai svarbus žmogaus sveikatai, kadangi jis yra susijęs su paveldimos ligos galaktozemijos atsiradimu. Galaktozemija atsiranda esant galaktozės apykaitos sutrikimui, kurį lemia bet kokio iš trijų fermentų, kurie dalyvauja įtraukiant galaktozę į gliukozės apykaitą, paveldimas defektas.

Klasikinė galaktozemija arba paprasčiau sakant labiausiai ištyrinėta yra ta, kurios metu yra fermento galaktozės-1-fosfato uridililtransferazės genetinis defektas. Šis susirgimas pasireiškia gana anksti, ypač pavojingas vaikams, kadangi pagrindiniu angliavandenių šaltiniu jiems tarnauja mamos pienas, kuriame yra laktozės.

Ankstyvieji šio fermento defekto simptomai: vėmimas, diarėja, dehidratacija, kūno masės mažėjimas, gelta. Simptomai pasireiškia netrukus tuoj po gimimo, kai vaikas pradeda gauti pieną. Kraujyje, šlapime ir audiniuose padidėja galaktozės (ir galaktozės-1-fosfato) koncentracija.

Pakankamai rimta galaktozemijos pasekmė yra katarakta ir aklumas. Taip nutinka dėl to, kad akies audiniuose (lęšiuke), veikiant fermentui aldozių reduktazei, galaktozė perdaroma į galaktitolį. Normaliomis galaktozės metabolizmo sąlygomis visos reakcijos vyksta normos ribose, bet nedideliu greičiu. Esant galaktozemijai galaktitolis ima kauptis akies lęšiuke. Galaktitolis ima kauptis tik atsiradus dideliems galaktozės kiekiams kraujyje.

Žmogaus audiniuose, kaip ir akies lęšiuke, nėra fermentų, kurie galėtų skaidyti galaktitolį, todėl jis kaupiasi. Šios medžiagos dideli kiekiai keičia osmosinį slėgį ir akies lęšiuko baltyminiai kristalai yra denatūruojami. Dėl to akies lęšiukas drumstėja, atsiranda katarakta, kuri yra jau pastebima vos po kelių dienų nuo gimimo.

Kitos, nei kiek ne lengvesnės galaktozemijos pasekmės yra kepenyse. Jose ima kauptis galaktozės-1-fosfatas, kuris ima toksiškai veikti hepatocitus. To pasekoje sutrinka kepenų funkcijos: hepatomegalija, riebalinė distrofija. Tokių ligonių inkstuose taipogi padidėja galaktitolio ir galaktozės-1-fosfato koncentracija, kas žinoma veikia jų funkcijas. Tokiais atvejais yra pastebimi sutrikimai galvos smegenyse, vystosi protinis atsilikimas, galima mirtis.

Galaktozemija, atsirandanti esant kitų fermentų stokai, pvz., galaktokinazei, UD-gliukozės epimerazei, taipogi pasižymi kataraktos atsiradimu, bet esant šiam susirgimui nėra pastebimi kepenų, inkstų ir smegenų funkcijų sutrikimai. Kalbant apibendrintai, tai kuo daugiau procentiškai yra sumažėjęs fermentų aktyvumas, tuo labiau gali pasireikšti nepageidaujami sutrikimai. Kartais net 50 % siekiantis fermento aktyvumo sumažėjimas gali stipriai kliniškai nepasireikšti. Todėl laiku pastebėtas ir diagnozuotas sutrikimas bei koreguota mityba (galaktozės pašalinimas iš raciono) gali stipriai pagelbėti daugeliui ligonių.

MANOZĖ.

Nedideli manozės kiekiai į žmogaus organizmą patenka su maisto angliavandeniais, pvz., jos yra spanguolių sultyse. Taipogi manozė gali susidaryti žmogaus organizme iš gliukozės arba skaidant tam tikrus maisto polisacharidus ar glikoproteinus. Manozės apykaita organizme prasideda nuo fermentinių reakcijų, kurių metu susidaro manozės 6-fosfatas, po to fruktozės 6-fosfatas ir metabolizuojamas glikolizės metu. Žmogaus organizme manozė gali virsti ne tik gliukoze, bet ir iš gliukozės gali būti padaryta manozė, taip pat manozė gali būti panaudojama glikolipidu, glikoproteinų ir kitų medžiagų sintezei. Manozė gali pasitarnauti mažinant bakterijų adheziją šlapimo kanaluose.