Ogļhidrāti
Ogļhidrātu metabolisms
Apskatīsim ogļhidrātu uzsūkšanās procesu organismā, izmantojot cietes un parastā cukura (saharoze) piemēru, jo tie ir tipiski un ikdienā lietoti pārtikas produkti. Protams, ne celuloze (šķiedrvielas), ne pektīni, ne citas tā sauktās balasta vielas nav patstāvīgi uztura produkti, taču tie ir ļoti noderīgi vai nu kā daļa no atbilstošiem pārtikas produktiem, vai arī kā uztura piedevas to akūtā deficīta dēļ. Kā jau minēts, šie komponenti netiek sašķelti mūsu organisma fermentu darbības rezultātā kuņģa un zarnu traktā (GIT), taču resnajā zarnā tie tiek pakļauti zarnu mikrofloras fermentu iedarbībai, darbojoties ne tikai kā enterosorbenti, bet arī kā barības vide mikrobiotai (prebiotikiem), kas ir ārkārtīgi svarīgi normālas zarnu mikrofloras veidošanai.
Cietes sagremošana (sadalīšana) faktiski sākas un notiek tikai tievajā zarnā. Mutes dobumā cieti var sagremot, jo siekalās ir ferments amilāze (siekalu amilāze), kas var sagremot makaronu un maizes izstrādājumu, putraimu un citu produktu cieti, bet tam nepieciešams rūpīgi sakošļāt ēdienu, ko šobrīd neviens īsti nedara. Kuņģī fermenti, kas sagremo cieti, nav sastopami, tāpēc reāla cietes sadalīšana sākas divpadsmitpirkstu zarnā, iedarbojoties aizkuņģa dziedzera sulas β-amilāzei, kas sadala dažādas cietes līdz tā sauktajiem dekstrīniem, pēc tam līdz īsākiem cukuriem (oligosaharīdiem, apmēram 8–12 glikozes atlikumiem) un galu galā – līdz glikozei (ja tas ir ciete) vai fruktozei (ja tas ir inulīns vai fruktooligosaharīdi). Dekstrīni ir lielas cietes molekulas fragmenti ar ievērojami mazāku masu un izmēriem, kas tālāk tiek pakļauti citu fermentu (piemēram, maltāzes, saharāzes) iedarbībai, kas sadala šos fragmentus. Pārtikas cukurs, t.i., saharoze, tiek šķelta ar saharāzi līdz glikozei un fruktozei.
Glikoze un citi monosaharīdi (mazas ūdenī šķīstošas molekulas) viegli uzsūcas GIT, nonāk asinīs un no turienes tiek uzņemti dažādos patēriņa orgānos, tostarp aknās, muskuļu audos, nervu sistēmas šūnās (tostarp smadzenēs) utt. Aknu un muskuļu šūnas var pārvērst pārmērīgi uzņemto glikozi glikogēnā ("dzīvnieku cietē"), kas kalpo kā rezerves glikozes forma. Tomēr šīs rezerves ir nelielas, tikai daži simti gramu, t.i., nesalīdzināmi mazāk nekā tauku uzkrājumi, kuru masa dažkārt ir pārsteidzoši liela – līdz pat desmitiem kilogramu.
Tādējādi cietes sagremošanā piedalās šādi fermenti: aizkuņģa dziedzera sulas β-amilāze, kas sagremo cieti līdz dekstrīniem; fermenti, kas šķeļ dekstrīnus; maltāze, saharāze utt. Tādējādi sadalīšanas process sasniedz vienkāršos cukurus, visbiežāk glikozi un fruktozi, kas uzsūcas no zarnām asinīs. Šajā un citos glikozes transporta procesos svarīga loma ir specifiskiem glikozes transportētājproteīniem, kurus kontrolē aizkuņģa dziedzera hormons – insulīns. Šī procesa ātrumam ir īpaša nozīme diabēta gadījumā, jo no tā atkarīgs glikozes līmeņa paaugstināšanās ātrums un līmenis asinīs (pat līdz tā straujam pieaugumam) pēc cieti saturošu pārtikas produktu, īpaši mīkstas kviešu šķirnes makaronu, putru un saldu maizīšu uzņemšanas. Jāatzīmē, ka glikozes transportēšana uz smadzeņu šūnām, par laimi, nav atkarīga no insulīna.
Šo procesu var ietekmēt: palēnināt (inhibēt) cietes sagremošanu un gala produktu (galvenokārt glikozes) absorbcijas ātrumu. Šādu īpašību piemīt pupiņu ekstraktam, kas satur fazeolīnu, kas bloķē β-amilāzi un attiecīgi palēnina cietes sagremošanu divpadsmitpirkstu zarnā, tādējādi palēninot glikozes iekļūšanu asinīs. Rezultātā glikozes līmenis asinīs paaugstinās lēnāk, kas ir ļoti svarīgi diabēta gadījumā. Tomēr rodas citas problēmas, jo nesagremotā ciete tālāk nonāk resnajā zarnā, kur tā tiek fermentēta un sašķelta zarnu mikrofloras ietekmē, kas var izraisīt vēdera uzpūšanos, gāzu veidošanos un citus nepatīkamus simptomus. Neskatoties uz to, šī pieeja var būt produktīva, īpaši diabēta gadījumā: izmantojot šādus inhibitorus, diabētiķi, kuri parasti ierobežo cieti saturošu produktu patēriņu, var atļauties apēst nedaudz maizes izstrādājumu. Tas ir aktuāli arī cilvēkiem ar lieko svaru. Fazeolīns palēnina tikai cietes, bet ne saharozes šķelšanu, tādēļ vienīgais veids, kā tikt galā ar pārmērīgu cukura daudzumu uzturā (kas dažkārt var pārsniegt pieļaujamās normas pat 60–70 reizes), ir būtiski ierobežot tā patēriņu, bet diabēta gadījumā to vispār izslēgt no uztura. Turklāt jāizvairās no produktiem, kas satur slēpto cukuru (ko bieži izmanto pārtikas ražotāji, pievienojot cukuru pat maizei).
Cieti saturošu pārtikas produktu, piemēram, putru, makaronu vai maizes sagremošana ir atkarīga no graudu tehnoloģiskās apstrādes un vienlaikus no pārtikas sastāva, jo īpaši pievienotā gaļas proteīna un tauku. No šī viedokļa pilngraudu putras, piemēram, auzu pārslu putra, kas satur daudz šķiedrvielu, lēnāk paaugstina glikozes līmeni asinīs nekā apstrādātie graudi (piemēram, auzu pārslu putra no ātri pagatavojamām pārslām). Glikozes uzsūkšanās palēninās, ja cieti saturoši produkti tiek kombinēti ar taukiem (īpaši tādiem, kas satur omega-3 polinepiesātinātās taukskābes). Tāpēc ieteicams diabēta slimniekiem ievērot šos principus.
Turklāt pašām cietēm, kas atrodas pārtikā, ir dažāds sadalīšanās ātrums, kas atkarīgs no sākotnējās izejvielas, cietes ražošanas tehnoloģijas, šķiedrvielu klātbūtnes un daudzuma (jāuzsver, ka pārtikas cietes nevajadzētu saistīt ar iepakotu cieti, ko mājsaimnieces bieži izmanto ēdiena gatavošanā). Dažādas cietes uzsūcas dažādos ātrumos, un, patērējot pārtikas produktus, kas satur grūti šķeļamas cietes, jo īpaši tās, kas bagātas ar šķiedrvielām, vai pievienojot šķiedrvielas, iespējams regulēt sagremoto cietes produktu uzsūkšanās ātrumu, tādējādi samazinot kaloriju daudzumu un glikozes slodzi uz organismu. Piemēram, cietie kviešu makaroni, kas satur vairāk šķiedrvielu un mazāk cietes nekā mīksto kviešu makaroni, sagremojas lēnāk, ir relatīvi mazkaloriskāki un piemērotāki diabēta slimniekiem, jo lēnāk paaugstina glikozes līmeni asinīs.
Nesagremojamās šķiedrvielas ir bagātīgi atrodamas dažādos dārzeņos, izņemot kartupeļus, savukārt augļi un ogas papildus satur arī noderīgus pektīnus. Tomēr augļi un ogas, īpaši vīnogas, satur daudz vienkāršo cukuru, galvenokārt glikozi un fruktozi. Neskatoties uz šo produktu lietderību kā dabisko vitamīnu, minerālvielu, pektīnu, organisko skābju un citu vielu avotu, to patēriņš diabēta gadījumā, atšķirībā no dārzeņiem, ir jāierobežo. Tāpat diabēta gadījumā jāierobežo arī kartupeļu patēriņš to augstā cietes satura dēļ.
Glikoze, kas uzsūcas no zarnām asinīs, tiek uzņemta visos audos, un, ja tā tiek uzņemta pārmērīgi, tā akumulējas aknās un muskuļu audos kā glikogēns. Glikogēns ir glikozes polimērs, kas atgādina cieti (to dažkārt dēvē par "dzīvnieku cieti"), taču tas ir daudz vairāk sazarots un kalpo kā glikozes rezerves avots. Šīs nelielās rezerves ir ārkārtīgi svarīgas ātrai enerģijas mobilizācijai stresa situācijās: stresa laikā aknu glikogēns tiek mobilizēts hormona adrenalīna ietekmē, kā rezultātā glikoze nonāk asinīs. Šī reakcija uz adrenalīnu ir ļoti spēcīga: viena adrenalīna molekula stimulē 2 miljonu glikozes molekulu izdalīšanos asinīs sekundē.
Glikogēns ir būtisks arī fiziskās slodzes laikā (kas, starp citu, var būt arī stresa reakcija – "cīnies vai bēdz" princips). Sākumā tiek izmantots muskuļu glikogēns, bet, ja tas nav pietiekams, tiek izmantots arī aknu glikogēns. Aknu glikogēns ir ļoti svarīgs arī organisma aizsardzībai pret toksīniem, jo glikoze pārvēršas glikuronskābē, kas piedalās detoksikācijas procesos. Tāpēc cilvēkiem, kas strādā ķīmiskās vai citās kaitīgās ražošanās, ir jābūt paēdušiem darba laikā – ja cilvēks ierodas darbā tukšā dūšā, bez aknu glikogēna rezervēm, viņš var saindēties ātrāk nekā paēdis cilvēks.
Glikogēna šķelšanu ar glikozes izdalīšanos sauc par glikogenolīzi.
Glikoze, tāpat kā citi cukuri (ne tikai monosaharīdi, bet arī oligosaharīdi ķēžu veidā, ieskaitot sazarotas struktūras), ir daļa no daudzām sarežģītām olbaltumvielām (glikoproteīniem) un sarežģītiem lipīdu savienojumiem (glikolipīdiem), kas ir bioloģisko membrānu strukturālie komponenti, receptori, fermenti, imūnsistēmas komponenti (imūnmodulatori) utt. Jāatzīmē, ka glikoproteīnu sintēzi aktīvi regulē augu vielas prenoli, kas atrodas skuju koku skujās, ženšeņā u.c.
Turklāt glikoze, līdzīgi citiem cukuriem, veido savienojumus ar bioloģiski aktīvām augu vielām, tostarp ar pārtikas polifenoliem (piemēram, bioflavonoīdiem, antocianīniem, katehīniem u.c.), veidojot tā sauktos glikozīdus. Organismā tie sadalās, atbrīvojot cukura komponentu, tostarp glikozi, un nesaharīdu komponentu, ko sauc par aglikonu. Atšķirībā no glikozes gan glikozīdi, gan aglikoni tiek klasificēti kā mikrouzturvielas, kam ir svarīga terapeitiskā un profilaktiskā nozīme.
Šo glikozes pārveidošanas ceļu sauc par pentozofosfāta ceļu jeb pentozofosfāta šuntu. Šī procesa rezultātā no glikozes veidojas ne tikai iepriekš minētie cukuri, bet arī vairāki citi cukuri, kā arī ļoti svarīgs koferments – atjaunotā forma NADPH (nikotīnamīda adenīna dinukleotīdfosfāts), kas veidojas uz B₃ vitamīna (nikotīnskābes jeb niacīna) un ATP bāzes. Šis koferments ir nepieciešams dažādiem biosintēzes procesiem (biosintēze – jaunu vielu veidošanās organismā), tostarp holesterīna, steroīdo hormonu, augstāko taukskābju sintēzei, kā arī antioksidantu sistēmas un organisma detoksikācijas procesiem.
Šo glikozes oksidācijas ceļu sauc par apotomisko oksidāciju. Tas sākas no glikozes molekulas pirmā oglekļa atoma un notiek pakāpeniskas molekulas saīsināšanas veidā. Jāatzīmē, ka šajā procesā, papildus iepriekš minētajam B₃ vitamīnam, piedalās arī B₁ vitamīns (tiamīns) savā kofermenta formā.
Glikolīze – galvenais ceļš glikozes enerģētiskai izmantošanai
Cits glikozes pārvērtību ceļš, kas tiks apskatīts sīkāk, ir glikolīze, kas norit pavisam citādi: sešatomu glikozes molekula tiek sadalīta divās trīsoglekļa atlikumu molekulās. Šo ceļu sauc par dihotomisko glikozes oksidāciju.
No otras puses, pati glikoze var sintezēties organismā no dažādām neoglikozes vielām – piruvīnskābes, glicerīna, aminoskābēm utt.. Šis process ir īpaši intensīvs aknās un tiek dēvēts par glikoneoģenēzi (t.i., glikozes jaunas veidošanās process). Tas ir ļoti svarīgs mehānisms, kas efektīvi kompensē glikozes patēriņu, piemēram, enerģētisko patēriņu intensīvas fiziskās slodzes laikā.
Darbojošies muskuļi no asinīm aktīvi uzņem glikozi kā enerģijas avotu, taču tās līmenis asinīs vienmēr paliek stabils (3,3–5,5 mmol/l), jo aknas nepārtraukti ražo jaunu glikozi glikoneoģenēzes procesā, izmantojot piruvīnskābi (piruvātu).
🔥 Smadzenes 80% enerģijas iegūst no glikozes,
🔥 Sirds muskulis 50% enerģijas saņem no glikozes,
🔥 Eritrocīti 100% enerģijas iegūst tikai no glikozes.
Eritrocītiem glikoze ir vienīgais enerģijas avots. Glikozes unikālā īpašība ir tā, ka tā spēj nodrošināt enerģiju anaerobos (t.i., bezskābekļa) apstākļos. Citiem vārdiem sakot, glikoze var sniegt enerģiju pat skābekļa trūkuma gadījumā, atšķirībā no taukskābēm, kas skābekļa klātbūtnē nodrošina ievērojami lielāku enerģijas daudzumu (tāpēc taukiem ir tik augstas kalorijas).
Jāuzsver, ka visi bioķīmiskie procesi, kas saistīti ar glikozes pārveidošanu organismā (enerģijas ražošana, citu cukuru veidošanās, rezerves veidošana), kā arī citiem metabolītiem (taukskābes, aminoskābes utt.), vienmēr sākas ar aktivācijas reakciju. Šī ir sākuma reakcija jebkurā daudzpakāpju metaboliskajā procesā, un tā vienmēr notiek ar ATP enerģijas patēriņu, piedaloties magnija joniem (Mg²⁺). Lai gan dažādiem substrātiem (izejvielām) šie ceļi atšķiras, glikozes aktivācijas reakcija ir tās enzīmiska saistīšanās ar ATP, kā rezultātā veidojas aktīvā glikozes forma – glikozes-6-fosfāts (fosforskābes atlikums ir pievienots glikozes sestajam oglekļa atomam).
Jāatzīmē, ka brīvā glikoze nepiedalās fermentatīvajos procesos, bet ķīmiski tā ir ļoti aktīva un var, īpaši, ja asinīs tās ir pārmērīgi daudz, veidot bīstamus glikozilētus proteīnus. Šī procesa indikators ir paaugstināts glikozilētā hemoglobīna līmenis (norma <6,1%). Tas ir īpaši izteikts diabēta gadījumā.
Brīvā glikoze asinīs parasti atrodas stabilā koncentrācijā 3,3–5,5 mmol/l, piedaloties osmotiskā spiediena uzturēšanā, taču metaboliski tā ir neaktīva. Tikai tad, kad glikoze tiek transportēta šūnā ar īpašu glikozes transportētājproteīnu palīdzību un aktivizēta par glikozes-6-fosfātu, tā var piedalīties visos iepriekš aprakstītajos procesos, tostarp enerģijas ražošanā.
1️⃣ Anaerobais (bezskābekļa) ceļš – glikolīze, kas notiek citoplazmā.
2️⃣ Aerobais (skābekļa atkarīgais) ceļš – oksidatīvā fosforilēšana, kas notiek mitohondrijās.
Aerobais glikozes oksidācijas process bieži sarunvalodā tiek dēvēts par "glikozes sadegšanu", jo tā rezultātā veidojas oglekļa dioksīds un ūdens. Visas organiskās vielas līdzīgi "sadeg", bet to gadījumā enerģija izkliedējas siltuma veidā, neradot "lietderīgu darbu". Savukārt aerobā glikozes oksidācija mitohondrijās nodrošina ATP veidošanos, kas ir lietderīgs enerģijas ieguves mehānisms.
Kā jau iepriekš minēts, glikoze ir vienīgais enerģijas avots, kas var tikt izmantots arī anaerobos apstākļos. Šo procesu sauc par anaerobo glikolīzi.
Savukārt aerobais ceļš, kas ir enerģētiski efektīvāks, tiek dēvēts par aerobo glikolīzi.
Šo glikozes pārvērtību ceļu dēvē par glikozes dihotomisko oksidēšanu (t.i., glikozes molekulas sadalīšanu uz pusēm, atšķirībā no pakāpeniska pārvērtību ceļa, kas sākas no pirmā oglekļa atoma, un kuru sauc par glikozes apotomisko oksidēšanu).
Aerobajā procesā glikoze tiek pilnībā oksidēta līdz galaproduktiem – oglekļa dioksīdam un ūdenim. Šis process norisinās mitohondrijās, piedaloties skābeklim. Šajā gadījumā ATP produkcija ir ievērojami lielāka (gandrīz 20 reizes augstāka). Tomēr aerobā ceļa pirmais posms ir anaerobs. Kā redzēsim tālāk, pēdējais var pastāvēt arī patstāvīgi, piemēram, eritrocītos, kas transportē skābekli, bet paši to nepatērē. Tas ir ļoti racionāli, jo eritrocīti, kuru uzdevums ir transportēt skābekli (un arī oglekļa dioksīdu), nevarētu veikt savu funkciju, ja paši izmantotu transportējamo skābekli. Tā vietā šīs šūnas, kurām nav mitohondriju, iegūst enerģiju, izmantojot bezskābekļa glikozes pārvēršanu (glikolīzi), un divas ATP molekulas tām ir pietiekamas, lai eksistētu un funkcionētu. Tajā pašā laikā tās saglabā skābekli citām audiem, kuriem tas ir nepieciešams enerģijas nodrošināšanai (smadzenēm, sirdij, aknām, strādājošiem muskuļiem utt.), kā arī detoksikācijas un biosintēzes procesiem (t.i., svarīgu vielu veidošanai organismā).
Tādējādi anaerobā ceļa rezultātā veidojas tikai divas ATP molekulas, taču tas ir pirmais posms skābekļa atkarīgajā glikozes pārvērtību ceļā, kurā glikoze pilnībā pārvēršas par oglekļa dioksīdu un ūdeni, iegūstot gandrīz 40 ATP molekulas.
Glikolīze un visi tās 12 posmi norisinās citosolā (šūnas šķidrā daļā) visās šūnās. Glikozes aktivācija notiek, patērējot vienu ATP molekulu un piedaloties Mg²⁺ joniem, veidojot glikozes-6-fosfātu (glikozes aktīvo formu). Otrajā posmā tas pārvēršas par fruktozes-6-fosfātu. Trešajā posmā, patērējot vēl vienu ATP molekulu (un atkal Mg²⁺ jonus), veidojas fruktoze ar divām fosfāta grupām – fruktozes-1,6-difosfāts.
Nākamajā, ceturtajā posmā fruktozes-1,6-difosfāts (simetriska sešogļu molekula) sadalās divās trīsogļu molekulās, no kurām viena piektajā posmā pārvēršas par otru – glicerīnaldehīda-3-fosfātu. Ar to noslēdzas pirmais (sagatavošanas) glikolīzes posms, kurā tiek patērētas divas ATP molekulas.
Tālāk divas glicerīnaldehīda-3-fosfāta molekulas (tāpēc turpmāk visas sastāvdaļas dubultojas) nonāk otrajā glikolīzes posmā (sākot no sestā posma), kur jau veidojas ATP.
Sestais posms – aldehīdgrupas oksidācija glicerīnaldehīda-3-fosfātā (divās molekulās), izmantojot oksidētāju NAD⁺, vienlaikus pievienojot neorganisko fosforskābi (neizmantojot ATP molekulu!), kā rezultātā veidojas divas 1,3-difosfoglicerāta molekulas.
Septītajā posmā viena no fosfāta grupām tiek pārnesta uz ADP, veidojot ATP. Tā kā šajā posmā tiek izmantotas divas ADP molekulas, veidojas divas ATP molekulas. Pēc fosfāta grupas atdalīšanas no 1,3-difosfoglicerāta veidojas 3-fosfoglicerāts.
Eritrocītos, kur glikolīze ir vienīgais enerģijas avots, šim procesam ir interesanta īpatnība. Hipoksijas apstākļos, piemēram, lielā augstumā, pielāgošanās laikā glikolīze var norisināties arī paralēlā ceļā, veidojot nevis 1,3-, bet gan 2,3-difosfoglicerātu (2,3-DPG). Šī molekula viegli saistās ar hemoglobīnu, kas piesaistījis skābekli (oksigenētam hemoglobīnam), veicinot papildu skābekļa atbrīvošanu šūnām un mazinot hipoksiju. Šī ir būtiska adaptīvā reakcija cilvēkiem, kas nodarbojas ar alpīnismu vai strādā kalnos, kur skābekļa spiediens ir zems.
Astotajā posmā divas 3-fosfoglicerāta molekulas pārvēršas par divām 2-fosfoglicerāta molekulām. Devītajā posmā tās pārvēršas par fosfoenolpiruvātu, kas desmitajā posmā nodod savu augstas enerģijas fosfāta grupu ADP, veidojot vēl divas ATP molekulas.
Tādējādi otrajā posmā veidojas četras ATP molekulas, bet, ņemot vērā divu ATP molekulu patēriņu pirmajā posmā, kopējais anaerobās glikolīzes enerģijas ieguvums ir divas ATP molekulas.
Fosfoenolpiruvāts, nododot fosfātu ADP, pārvēršas par pirovīnogskābi (piruvātu). Anaerobos apstākļos piruvāts tālāk pārvēršas par pienskābi (laktātu), piedaloties NADH, kas sestajā posmā tika reducēts.
Ja sistēmā nonāk pietiekami daudz skābekļa, NADH nesadarbojas ar piruvātu, bet gan tiek transportēts uz mitohondrijām, kur piedalās aerobajā oksidācijas procesā, radot ATP un novēršot laktāta veidošanos.
Šāda situācija rodas, piemēram, skrējienā vai sporta spēlēs, kad aerobais process dominē, bet asinīs nepaspēj piegādāt pietiekami daudz skābekļa strādājošajiem muskuļiem.
Tādējādi anaerobā glikolīze nodrošina tikai divas ATP molekulas, tomēr tā ir vienīgā enerģijas ražošanas metode bez skābekļa. Turklāt anaerobais process līdz piruvāta veidošanai ir aerobās oksidācijas sākumposms, kas nodrošina gandrīz 20 reizes lielāku ATP produkciju.
Tādējādi anaerobais (bezskābekļa) glikolīzes process dod tikai divas ATP molekulas. Varētu šķist, ka tas ir maz. Taču šis ir vienīgais enerģētiskais process organismā, kas ir iespējams bez skābekļa.
Vēlreiz atgādinām, ka anaerobais process līdz piruvāta veidošanai ir aerobā glikozes oksidācijas posms, kas turpinās līdz oglekļa dioksīda un ūdens veidošanai, un ATP produkcija rezultātā gandrīz divdesmit reizes pārsniedz anaerobo procesu.
Ja skābeklis nonāk sistēmā pietiekamā daudzumā, sestajā posmā veidotais NADH nepiedalās piruvāta pārvēršanā par laktātu, bet ātri tiek transportēts uz mitohondrijām, kur tas iekļaujas aerobajā (skābekļa atkarīgajā) enerģijas ražošanas procesā – tā sauktajā elpošanas ķēdē. Tāpēc laktāts neveidojas, bet piruvāts tiek transportēts uz mitohondrijām un piedalās aerobajā oksidācijā.
Šāda situācija ir raksturīga, piemēram, skriešanas vai komandu sporta veidu laikā, kad dominē aerobais process, taču asinis nespēj pietiekami ātri piegādāt skābekli strādājošajiem muskuļiem, kā rezultātā rodas skābekļa deficīts (un attiecīgi arī elpas trūkums). Tādējādi daļa piruvāta pārvēršas par laktātu (pienskābi), kas uzkrājas muskuļu audos. Laktāts padara muskuļus skābākus, izraisot noguruma un muskuļu sāpju sajūtu – šo stāvokli sportisti labi pazīst.
Šo procesu veic sarežģīts enzīmu komplekss (šī kompleksa enzīmus apzīmē kā E₁, E₂, E₃), kas tiek dēvēts par "piruvātdehidrogenāzes kompleksu". Šī kompleksa darbībai ir nepieciešami:
🍏 vitamīns B₁ (tiamīns);
🍏 vitamīnam līdzīga viela – lipoīnskābe (LK) – satur disulfīda (S-S) grupu LK;
🍏 vitamīns B₂ (riboflavīns);
🍏 vitamīns B₃ (nikotīnskābe, nikotīnamīds);
🍏 koenzīms A (kura pamatā ir vitamīns B₅ – pantotēnskābe).
Vitamīns B₁ (tiamīns) funkcionē savā aktīvajā formā – kā koenzīms tiamīnpirofosfāts jeb TPF (bieži tiek lietots cits nosaukums – tiamīndifosfāts jeb TDF); šis koenzīms ir cieši saistīts ar enzīma E₁ olbaltumvielu daļu, veidojot kompleksu E₁-TPF.
Vitamīns B₂ (riboflavīns) arī funkcionē savā aktīvajā formā – kā flavīnadendīnukleotīds jeb FAD (FAD cieši saistās ar enzīma E₃ olbaltumvielu daļu, veidojot kompleksu E₃-FAD).
Lipoīnskābe ir cieši saistīta ar savu olbaltumu – enzīmu E₂ kompleksā.
Lai šis daudzpakāpju process varētu norisināties, ir nepieciešami mikrouzturvielas: četri vitamīni attiecīgo koenzīmu veidošanai un vitamīnam līdzīgs savienojums (lipoīnskābe), kā arī minerālvielas – magnijs, cinks un mangāns (saistīti ar vitamīnu B₁ un B₃ funkciju un attiecīgo koenzīmu darbību), magnijs un dzelzs (saistīti ar vitamīna B₂ funkciju un attiecīgā koenzīma darbību).
Šajā procesā piruvāts pārvēršas par "aktīvo etiķskābi", kas tiek iesaistīta Krēbsa ciklā. NADH (atjaunotais nikotīnamīda adenīndinukleotīds) nodod savu ūdeņradi caur elektronu pārneses ķēdi (EPĶ) skābeklim, kā rezultātā tiek ražots ATP.
GLIKOZES APMAIŅAS REGULĀCIJA
Ja galaprodukts, kas veidojas glikozes sadalīšanās rezultātā – ATP – tiek sintezēts pārmērīgā daudzumā, šis ceļš tiek kavēts gan agrīnajos tā posmos (fruktozes-6-fosfāta pārvēršana par fruktozi-1,6-difosfātu), gan vēlākos posmos.
Galvenā regulācija notiek hormonālā līmenī un ne tikai ar insulīna līdzdalību, kā bieži tiek uzskatīts.
Hormonus, kas regulē glikozes līmeni asinīs, iedala divās grupās:
♻️ hormoni, kas paaugstina glikozes līmeni (adrenalīns, glikagons, virsnieru garozas hormoni – glikokortikoīdi, augšanas hormons, vairogdziedzera hormoni) – tos sauc par kontrinsulārajiem hormoniem;
♻️ insulīns.
Tikai insulīns samazina glikozes līmeni un pretēji iedarbojas uz kontrinsulāro hormonu kopējo efektu. Pēdējie faktiski kontrolē adaptācijas procesus, palielina organisma enerģētisko nodrošinājumu, kas nepieciešams izdzīvošanai, tostarp stresa apstākļos.
💥 Glikagons – aizkuņģa dziedzera hormons. Veicina aknu glikogēna mobilizāciju; aktivizē glikoneoģenēzi, veicinot piruvāta uzkrāšanos.
💥 Glikokortikoīdi – kortikosterons, hidrokortizons, kortizons – virsnieru garozas hormoni. Pastiprina glikoneoģenēzes procesu, iekļūstot šūnā un inducējot (stimulējot veidošanās procesu) glikoneoģenēzes fermentus.
💥 Tiroksīns – vairogdziedzera hormons. Palielina glikozes līmeni asinīs, pastiprina glikozes uzsūkšanos zarnās, pastiprina adrenalīna darbību.
💥 Augšanas hormons – pastiprina glikoneoģenēzi un glikozes uzsūkšanos zarnās.
Insulīns samazina glikozes līmeni asinīs un veicina tās izmantošanu šūnā šādos veidos:
🦠 Palielina šūnu membrānu caurlaidību glikozei caur GLUT proteīniem, kas veicina tās izmantošanu šūnā.
🦠 Palielina glikozes oksidēšanos šūnā, aktivizējot pirmo, sākotnējo, glikozes aktivācijas stadiju.
🦠 Stimulē glikogēna sintēzi un tā ķēžu pagarināšanu ar glikozes molekulām.
🦠 Veicina tauku sintēzi no glikozes: insulīna ietekmē 30% glikozes tiek pārvērsti taukos, aktivizējot taukskābju sintēzes fermentus.
🦠 Kavē jaunu glikozes molekulu sintēzi (glikoneoģenēzi), tādējādi samazinot tās līmeni asinīs.
Tomēr nepieciešams līdzsvars starp abu hormonu grupu iedarbību, lai uzturētu glikozes līmeni asinīs diapazonā no 3,3 līdz 5,5 mmol/l. Ja tiek samazināta insulīna darbības efektivitāte (2. tipa diabēts) vai tā produktivitāte (1. tipa diabēts), tad glikozes līmenis asinīs paaugstinās, tomēr, neskatoties uz augsto koncentrāciju asinīs, šūnas cieš no enerģētiskā bada. Vienlaikus attīstās glikozotoksicitāte.
No pirmā acu uzmetiena "glikozotoksicitāte" šķiet paradokss (glikoze – un toksiska?!). Jā, šajos apstākļos tā tiešām ir. Pārmērīga glikozes koncentrācija asinīs, īpaši ilgstoša (kā tas ir diabēta gadījumā), izraisa sirds un asinsvadu sistēmas, redzes, nervu un nieru toksicitāti. Viens no šo patoloģiju molekulārajiem mehānismiem, līdzās hroniskam enerģētiskajam deficītam, ir ķīmiskais bojājums, ko glikoze nodara dažādiem proteīniem. Šo bīstamo procesu sauc par "proteīnu glikāciju" (diagnostiskais rādītājs – glikozētā hemoglobīna līmenis asinīs <6,1%).