Неверно что организмом человека усваивается мальтоза
Неверно что организмом человека усваивается мальтоза
Влечение к употреблению сладкого – довольно распространённая среди людей зависимость. Привычка пище с высоким содержанием сладких, или нейтральных на вкус простых углеводов (картофель, макароны, белый хлеб, рафинированные злаки) зачастую формируется в раннем детстве. Именно деформация питания с преобладанием в рационе углеводов провоцирует наблюдаемый в последние годы рост числа так называемых болезней цивилизации (ожирение, диабет, гипертония, кариес).
Современные заменители сахара разрабатываются на основе последних достижений клинической нутрициологии, выпускаются с использованием инновационных производственных технологий, что обеспечивает получение безопасных для здоровья сахарозаменителей. Сахарозаменители не содержат глюкозы, следовательно, при употреблении в пищу не стимулируют выработку инсулина, что позволяет активно использовать их для заместительного подслащивания продуктов, предназначенных к употреблению больными сахарным диабетом, ожирением и другими патологиями, при которых рекомендуется избегать «инсулиновых пиков».
Сахарозаменители должны соответствовать следующим требованиям:
1. Приятный сладкий вкус и отсутствие нежелательного послевкусия.
2. Безвредность для организма человека.
3. Отсутствие влияния на углеводный обмен.
4. Хорошая растворимость в воде (быстрое и полное растворение).
5. Стойкость к кулинарной обработке (температуре).
Какие бывают заменители сахара
Вещества не обладающие, или почти не обладающие энергетической ценностью и метаболизирующиеся без участия инсулина, не влияющие на уровень сахара крови, называют подсластителями.
При оценке степени сладости сахарозамещающих веществ сравнивают их пороговые (минимальные) концентрации, при которых начинает ощущаться сладкий вкус.
Так, сладкий вкус при использовании сахара чувствуется при его содержании в стакане воды в количестве 700 мг. А сладость при использовании сахарина при 1,6 мг (то есть сахарин в 400 раз слаще сахара)
Также используют коэффициент сладости; у сахарозы он равен 1, у глюкозы 0,81, у фруктозы 1,73 (это наиболее сладкий сахар из всех естественных сахаров)
Натуральные сахарозаменители
Фруктоза. Является углеводом. Природные источники: ягоды, фрукты, мед. Коэффициент сладости 1,2-1,7. На треть менее калорийна, чем сахар. В значительно меньшей степени влияет на уровень глюкозы крови, поэтому в умеренных количествах допустимо употребление людьми, страдающими сахарным диабетом. Однако даже полная замена сахара на фруктозу в рационе не исключает угрозу возникновения ожирения. Также рассматривается вопрос о том, что пищевой режим с высоким содержанием фруктозы и одновременным дефицитом магния, может служить фактором, способствующим развитию метаболического синдрома с ожирением, гипертонией и резистентностью тканей к инсулину. Суточная доза не более 30-40 г в сутки.
Мёд. Является инертным сахаром. Включает в свой состав фруктозу, глюкозу, мальтозу, галактозу, лактозу, триптофан и алитам.
Эритрит. Или «дынный сахар» – заменитель сахара, получаемый из природных источников. Внешне очень похож на кристаллический сахар. Уровень сладости эритрита составляет около 70% от уровня обычного сахара. При этом калорийность на 95 % ниже, чем у сахара. Не вызывает кариес, метаболизируются без участия инсулина. Оказывает положительное влияние на углеводный обмен и снижает показатели оксидативного стресса. Часто используется в комбинациях с другими подсластителями, так как эффективно корректирует специфические вкусовые оттенки и нежелательное послевкусие, свойственные некоторым подслащивающим веществам. На сегодняшний момент эритриол заслуженно считается «золотым стандартом» сахарозаменителей и подсластителей.
Синтетические подсластители
В подавляющем большинстве не имеют энергетической ценности, и не усваиваются организмом человека. Ассортимент подсластителей этого класса постоянно обновляется и расширяется благодаря использованию наукоемких инновационных технологий производства и химического синтеза.
Ацесульфам калия. Торговое наименование – «Sweet One». Коэффициент сладости 200. В безалкогольных напитках, особенно за рубежом, широко применяется смесь ацесульфама калия с аспартамом. Детям, беременным и кормящим женщинам употреблять не рекомендуется.Максимально допустимая суточная доза 1,0 г.
Сахарин. Коэффициент сладости 400-450. Торговые наименования: Сукразит, Милфорд Зус, Сладис. Организмом не усваивается. Входит в состав многих таблетированных сахарозаменителей. Предполагается, что сахарин обладает канцерогенной активностью и оказывает неблагоприятное влияние на течение желчекаменной болезни; как побочный эффект после его употребления нередко дебютирует «синдром беспокойных ног» проявляющийся неприятными ощущениями покалывания в области голеней, стоп. Максимально допустимая суточная доза 0,2 г.
Цикламат. Коэффициент сладости 50. Торговое наименование – Цукли. Чаще всего используется соли цикламата (цикламат натрия, цикламат кальция) и цикламатовая кислота. Цикламат обычно не используют в чистом виде, а добавляют в состав комплексных таблетированных сахарозаменителей. Все цикламаты легко растворяются в воде и термически устойчивы, могут использоваться в процессе приготовления горячих блюд. Противопоказаниями к его употреблению являются заболевания почек, период беременности и лактации. Цикламат натрия нежелательно употреблять людям с артериальной гипертензией. С 1969 года цикламат и его производные запрещёны к применению в США и ряде европейских стран из-за подозрения, что они провоцируют почечную недостаточность. На территории Российской Федерации запрета на использование цикламата нет, более того, цикламат – один из наиболее часто использующихся подсластителей, что, возможно, обьясняется его низкой ценой. Суточная доза не должна превышать 11 мг/кг массы тела
Сукралоза. Производное сахарозы. Коэффициент сладости 600. Торговое наименование – Спленда. Не влияет на уровень глюкозы в крови и не участвует в углеводном обмене; может использоваться беременными, кормящими матерями и детьми. Максимально допустимая суточная доза 18 мг/кг массы тела.
Ксилит. Получают из отходов переработки кукурузы и хлопковых семян. Коэффициент сладости 1,0. Энергетическая ценность и сладость аналогичны сахару, однако, ксилит не оказывает разрушительного влияния на состояние эмали зубов, предотвращает развитие кариеса, потому входит в состав некоторых зубных паст и жевательных резинок. Повышает секрецию желудочного сока, обладает желчегонным и слабительным действиями.
Максимально допустимая суточная доза 40-50 г в сутки.
Сорбит. Многоатомный спирт натурального происхождения. Содержится в плодах рябины, яблоках, абрикосах. Коэффициент сладости 0,6, в 4 раза менее калориен, нежели сахар. Иногда сорбит добавляют в соки и прохладительные напитки в качестве консерванта.
Рекомендуется не превышать рекомендованные безопасные дозы употребления сахарозаменителей и подсластителей. Синтетические подсластители активно применяются в питании людей менее 100 лет, в последние десятилетия активно синтезируются новые формы подслащивающих веществ. Можно сказать, что период накопления доказательной базы по безопасности подсластителей еще не завершен. При этом, подсластители «первого поколения», синтезированные в начале и середине прошлого века (цикламаты и сахарин), по степени сладости и вкусовым качествам значительно уступают подсластителями нового поколения (аспартам, сукралоза, ацесульфам калия) как по органолептическим показателям, так и по количеству побочных эффектов.
Желательно использовать в своем питании сахарозаменители только эпизодически, в составе рациона со сниженным содержанием простых углеводов. При ежедневном, бесконтрольном употреблении подсластителей возрастает риск развития и закрепления неадекватной оценки калорийности простых углеводов, что нередко приводит к перееданию и прогрессии ожирения.
Мальтоза
Мальтоза («maltum» в переводе с латинского означает «солод») – природный дисахарид, построенный двумя остатками D – глюкозы, соединенными между собой.
Другое название вещества – «солодовый сахар». Термин присвоен французским химиком Николом Теодором де Соссюром в начале XIX столетия.
Главная роль соединения – снабжение организма человека энергией. Мальтоза образуется в результате частичного гидролиза крахмала под действием ферментов или при нагревании с кислотами. Сахаристое вещество в «свободном виде» встречается в томатах, плесневых грибах, дрожжах, проросших зернах ячменя и некоторых других зерновых, апельсинах, мёде.
Общие сведения
Мальтоза – что это такое?
4–О–α–D–глюкопиранозил–D–глюкоза – белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде, нерастворимый в эфире, этиловом спирте. Дисахарид, попадая в пищеварительный тракт, быстро гидролизуется на глюкозу под действием фермента мальтазы и кислот, которые содержатся в пищеварительном соке поджелудочной железы и кишечнике, после чего всасывается и попадает в кровь. Он восстанавливает растворы Фелинга (медно-тартратный реактив) и азотнокислого серебра.
Химическая формула мальтозы – C12H22O11.
Какая пищевая ценность продукта?
Солодовый сахар, в отличие от тростникового и свекольного, менее сладок. Используется в качестве пищевой добавки для приготовления сбитня, медовухи, кваса, домашнего пива.
Интересно, что сладость фруктозы оценивается в 173 балла, сахарозы – 100 баллов, глюкозы – 81, мальтозы – 32 и лактозы – 16. Несмотря на этом, во избежание появления проблем с лишним весом, соизмеряйте потребление углеводов с количеством затраченных калорий.
Энергетическое соотношение мальтозы Б : Ж : У равняется 0 % : 0 % : 105%. Калорийность – 362 ккал на 100 грамм продукта.
Метаболизм дисахарида
Мальтоза легко усваивается в человеческом организме. Соединение расщепляется под действием ферментов мальтазы и a – глюкозидазы, которые содержатся в пищеварительном соке. Их отсутствие говорит о генетическом сбое в организме и приводит к врожденной непереносимости солодового сахара. В результате для поддержания хорошего самочувствия таким людям важно исключить из рациона любые продукты, содержащие гликоген, крахмал, мальтозу.
В норме у здорового человека после попадания в ротовую полость дисахарид подвергается воздействию энзима амилазы. Затем углеводная пища поступает в желудок и кишечник, где под воздействием ферментов поджелудочной железы происходит ее переваривание. Окончательная переработка дисахарида на моносахариды происходит посредством ворсинок, выстилающих тонкую кишку. Высвободившиеся молекулы глюкозы быстро покрывают энергетические затраты человека при интенсивных нагрузках. Кроме того, мальтоза образуется при частичном гидролитическом расщеплении основных резервных соединений – крахмала и гликогена.
Ее гликемический индекс – 105, поэтому больным сахарным диабетом следует исключить данный продукт из меню, поскольку он вызывает стремительное повышение уровня сахара в крови и резкий выброс инсулина.
Суточная потребность
Химический состав мальтозы зависит от сырья, из которого она произведена (пшеницы, ячменя, кукурузы, ржи).
При этом, усреднённый витаминно-минеральный комплекс солодового сахара включает следующие нутриенты:
Диетологи рекомендуют ограничить потребление сахаров до 100 грамм в день. При этом, количество мальтозы в сутки для взрослого человека может достигать 35 грамм.
Для снижения нагрузки на поджелудочную железу и профилактики развития ожирения, при употреблении суточной нормы солодового сахара следует отказаться от приема других сахаросодержащих продуктов (фруктозы, глюкозы, сахарозы). Людям преклонного возраста прием соединения рекомендуется снизить до 20 грамм в день.
Интенсивные физические нагрузки, занятия спортом, повышенная умственная активность требуют больших энергозатрат и увеличивают потребность организма в простых углеводах. Малоподвижный образ жизни, заболевание сахарным диабетом, сидячая работа, наоборот, требуют ограничения количества дисахарида до 10 грамм в сутки и других простых углеводов.
Симптомы, сигнализирующие о дефиците глюкозы в организме:
Как правило, нехватка дисахарида – редкое явление, поскольку организм человека самостоятельно продуцирует соединение из гликогена, крахмала.
Признаки передозировки солодового сахара:
При проявлении симптомов излишка прием продуктов, богатых на мальтозу следует отменить.
Польза и вред
Мальтоза, в составе пасты из протертой проросшей пшеницы, является кладезем витаминов, минералов, клетчатки и аминокислот.
Это универсальный источник энергии для клеток организма. Помните, длительное хранение солодового сахара приводит к потере полезных свойств.
Мальтозу запрещено принимать людям с непереносимостью продукта, поскольку она может нанести серьезный ущерб состоянию здоровья человека.
Кроме того, сахаристое вещество при неконтролируемом употреблении приводит к:
Для поддержания хорошего самочувствия и здоровья организма рекомендуется употреблять солодовый сахар в умеренном количестве, не превышающем суточную норму. Иначе полезные свойства продукта нивелируются и наносят вред, а он сам по праву начинает оправдывать свое негласное название «сладкая смерть».
Источники
Мальтозу получают в результате брожения солода, в качестве которого используют следующие злаковые культуры: пшеницу, маис, рожь, рис или овес. Интересно, что в состав патоки входит солодовый сахар, добытый из плесневых грибов.
| Наименование | Содержание солодового сахара в 100 граммах изделия, грамм |
|---|---|
| Мальтозный сироп | 99,20 |
| Патока мальтозная крахмальная, белая | 68,00 |
| Патока из сахарной свеклы, черная | от 19,00 |
| Патока из карамели | 16,00 |
| Солод | 5,00 |
| Мед | 4,50 |
| Мармелад | 4,20 |
| Квас | 2,20 |
| Мороженное | 2,00 |
| Пиво | 1,80 |
| Хлеб солодовый | 1,30 |
| Мюсли | 1,10 |
| Хлебцы | 0,80 |
| Детское питание | 0,50 |
| Чечевица | 0,30 |
В незначительном количестве мальтоза сосредоточена в проросшем зерне, мёде, помидорах, апельсинах, дрожжах.
Применение
Солодовый сахар имеет менее выраженный вкус и приторность, чем свекольный или тростниковый. Благодаря этому его добавляют в диетические продукты, мюсли, детское питание (молочные смеси, фруктовые пюре), как сахарозаменитель. Мальтозу применяют в пекарском деле, кондитерском производстве при изготовлении сладких сиропов.
В Китае солодовый сахар используют для приготовления ячменной патоки, она необходима в пивоварении, винокурении. Кроме этого, ее добавляют в выпечку хлебобулочных изделий (печенья, хлебцев, крекеров), поскольку она разрыхляет тесто, делает сдобу пышной и воздушной. Полученный сироп насыщает вкус соков, мороженого, каш, блинов. Это безвредный натуральный пищевой краситель.
Мальтозная патока
Сладкий светло – коричневый сироп получают путем осахаривания крахмалосодержащего сырья ферментами, фильтрованием кукурузы, ячменного солода и их последующим увариванием. Мальтозная патока готовится без использования химических катализаторов и кислот. Благодаря малому содержанию глюкозы, сироп не кристаллизуется во времени, имеет легкий солодовый запах, требует меньшего добавления сахара. По своему составу патока схожа с пивным или квасным суслом.
Низкоосахаренный мальтозный сироп используется для создания мармелада, замороженной молочной продукции, а высокоосахаренный – для консервации, выпечки, являясь прямым заменителем сахара или сырьевым наполнителем.
Наличие большого количества сбраживаемых сахаров обуславливает широкое применение патоки в пивоварении. Она придает характерную вязкость, смягчает вкус хмельного напитка.
Мальтозный солодовый сироп ускоряет процесс дображивания пива, сокращая его в три раза. Благодаря данному свойству, патока применяется пивоваренными компаниями в целях экономии, для повышения производительности.
Вывод
Мальтоза – легкоусвояемый дисахарид, который образуется в человеческом организме из крахмала, гликогена.
Солодовый сахар – отличный источник энергии, содержащий ряд жизненно – важных нутриентов. Из-за обилия органических веществ, соединение не может долго храниться в продуктах питания.
В настоящее время диетологи сходятся во мнении, что мальтоза гораздо полезнее, чем фруктоза, сахароза. Дисахарид широко используется в кулинарии, пивоварении, винокурении. При попадании в организм вещество эффективно борется с признаками энергетического истощения, нехваткой сил, заряжает бодростью.
На сегодняшний день свойства мальтозы недостаточно изучены. Медики утверждают, что чрезмерное потребление продукта (свыше 40 грамм в день) может нанести вред здоровью. Соблюдайте умеренность в еде, и организм одарит вас хорошим самочувствием!
Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru
Неверно что организмом человека усваивается мальтоза
Все биологические процессы, происходящие в окружающем мире, по своей сути являются химическими реакциями. Первую химическую реакцию человек осуществил, когда разжег костер – это реакция горения. Первое антибактериальное применение продуктов брожения и величайшее открытие в области медицины совершил Нострадамус. Большинство из нас знает его как предсказателя, но его основная заслуга состоит в том, что он нашел способ борьбы с чумой с помощью уксусной кислоты. История свидетельствует, чума лишила Нострадамуса и первой семьи, и друзей. С тех пор он искал средство борьбы от страшной болезни. Найдя чудо-лекарство, исследователь переезжал из города в город, где появлялась чума, спасая множество жизней [1].
Первым биохимиком была клетка, которая научилась энергетическому обмену: научилась поглощать свет и выделять энергию, необходимую для жизнеобеспечения. Таким образом, первый биохимик – это и есть сама жизнь. Все процессы, которые протекают в клетках живого организма, – это биохимические реакции.
Название «углеводы» появилось из-за того, что многие представители данного класса имеют общую формулу: Сn(Н2О)m, где n и m >= 4. Известно множество углеводов, не соответствующих этой формуле, но несмотря на это термин «углеводы» употребляется и по сей день. Другое общепринятое название этого класса соединений – сахара.
Все углеводы можно разделить на четыре больших класса.
Моносахариды – это гетерофункциональные соединения, содержащие оксогруппу и несколько гидроксильных групп. Они не могут быть гидролизованы до более простых форм углеводов и являются структурной единицей любых углеводов, например, глюкоза, фруктоза, рибулоза, рамноза. Содержатся в различных продуктах: фрукты, мёд, некоторые виды вина, шоколад.
Олигосахариды – это соединения, построенные из нескольких остатков моносахаридов, связанных между собой гликозидной связью. Они делятся по числу моносахаридов в молекуле на дисахариды, трисахариды и т.д. К биологически активным производным олигосахаридов относятся некоторые антибиотики, сердечные гликозиды.
Дисахариды – это углеводы, которые при гидролизе дают две одинаковые или различные молекулы моносахарида и связаны между собой гликозидной связью, например, лактоза, сахароза, мальтоза. При гидролизе из дисахаридов образуется глюкоза.
Полисахариды – имеют общий принцип строения с олигосахаридами, за исключением моносахаридных остатков – полисахариды могут содержать их сотни и даже тысячи. Примеры: крахмал, гликоген, хитин, целлюлоза [2].
Для лучшего понимания реакций расщепления углеводов в организме, рассмотрим более подробно глюкозу, участвующую в этих процессах.
Глюкоза является одним из самых распространенных углеводов в природе, моносахарид, или гексоза С6Н12О6. Второе её название – виноградный сахар. Это растворимое в воде вещество белого цвета, сладкое на вкус. В молекуле глюкозы имеется четыре неравноценных асимметрических атома углерода (рис. 1):
Рис. 1. Строение молекулы глюкозы
Для такого соединения возможно 24 = 16 стереоизомеров, которые образуют 8 пар зеркальных оптических антиподов. Каждое из восьми соединений представляет собой диастереомер (диа – двойной) с присущими только ему физическими свойствами (растворимость, температура плавления и т.д.).
Глюкоза содержится в растительных и живых организмах. Велико ее содержание в виноградном соке, в меде, фруктах и ягодах, в семенах, листьях крапивы. Глюкоза повышает работоспособность мозга, благотворно влияет на нервную систему человека. Именно поэтому в стрессовых ситуациях люди иногда хотят чего-нибудь сладкого. Помимо этого, глюкоза применяется в медицине для приготовления лечебных препаратов, консервирования крови, внутривенного вливания и т.д. Она широко применяется в кондитерском производстве, производстве зеркал и игрушек (серебрение). Ее используют при окраске тканей и кож.
Биохимические реакции расщепления углеводов в организме человека
Для поддержания жизнедеятельности организма используется энергия, скрытая в химических связях продуктов питания. Во многих продуктах питания содержится значительное количество углеводов в виде полисахаридов (сахар, крахмал, клетчатка) и моноз (глюкоза, фруктоза, лактоза и др.). К примеру, в картофеле содержание крахмала составляет до 16 %, в рисе – 78 %, а в белом хлебе – 51 %.
Уже во рту человека начинается процесс расщепления углеводов. Происходит гидролиз крахмала под действием биологического катализатора – фермента амилазы, который содержится в пище. Под действием амилазы молекула крахмала расщепляется на довольно короткие цепочки, которые состоят из глюкозных звеньев. После этого углеводы попадают в желудок. Далее под действием желудочного сока заканчивается кислотный гидролиз крахмала. Крахмал распадается до отдельных глюкозных звеньев. Глюкоза попадает в кишечник и через стенки кишок поступает в кровь, разносящую её по всему человеческому организму.
Содержание глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне при помощи гормона инсулина, который выделяется поджелудочной железой. Инсулин полимеризует избыточную глюкозу в животный крахмал – гликоген, который откладывается в печени. Часть гликогена в печени может гидролизоваться в глюкозу, далее поступающую обратно в кровь. Это происходит при понижении содержания глюкозы в крови. Если поджелудочная железа не может вырабатывать инсулин, содержание глюкозы в крови повышается, что приводит к диабету. Именно поэтому людям, болеющим сахарным диабетом, необходимо регулярно вводить в кровь инсулин.
Молекула глюкозы, попадая в клетку организма, окисляется, «сгорает» с образованием воды и диоксида углерода. При этом выделяется энергия, необходимая организму для движения, согревания, осуществления различных физических нагрузок и т.д. Но биологическое окисление глюкозы похоже на обычное горение лишь по своим конечным результатам. Биологическое окисление – процесс медленный, многоступенчатый. Только малая часть высвобождаемой при окислении энергии превращается на каждой стадии данного процесса в тепло. Значительная доля энергии, заключенной в химических связях глюкозы, расходуется на образование других веществ, из которых важнейшее в биоэнергетике – аденозинтрифосфорная кислота C10H16N5O13P3 (АТФ). Это соединение состоит из трех частей – гетероцикла аденина, рибозы (сахара) и трех остатков фосфорной кислоты, образующей с рибозой сложный эфир (рис.2).
Рис. 2. Структура аденозинтрифосфорной кислоты
АТФ в клетках – универсальная энергетическая валюта. Множество ферментов умеют вести химические реакции, осуществляющиеся с затратой энергии, за счет гидролитического отщепления одного или двух остатков фосфорной кислоты от молекулы АТФ (этот процесс сопровождается выделением энергии), или наоборот, умеют использовать энергию, которая высвобождается в реакциях с выделением энергии для того, чтобы АТФ образовалась. Расщепляя АТФ, клетка использует высвобождаемую энергию на биосинтез различных соединений, а окисляя углеводы – синтезирует АТФ.
Первая стадия «сгорания» глюкозы в клетке – взаимодействие глюкозы с АТФ (рис. 3). При этом АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфат C10H15N5O10P2), а глюкоза – в 6-фосфат. Этот процесс фосфорилирования происходит под действием фермента гексокиназы за счет перенос остатка фосфорной кислоты (H3PO4) от фосфорилирующего агента – донора к субстрату:
Рис. 3. Взаимодействие глюкозы с АТФ
Следующий этап окисления – «рокировка» глюкозофосфата во фруктозофосфат, который происходит под действием фермента изомеразы (рис.4). Рокировка типа глюкоза–фруктоза делает доступным для фосфорилирования еще один гидроксил сахара (т.к. взаимодействовать с АТФ могут только краевые гидроксилы):
Рис. 4. Взаимодействие глюкозо-6-фосфата и фермента изомеразы
После второго фосфорилирования уже под действием другого фермента – фосфорфруктокиназы – получается в итоге фруктозо-1,6-дифосфат (C6H14O12P2 ) (рис.5):
Рис. 5. Взаимодействие фруктозо-6-фосфата и 6-фосфоруктокиназы
Фруктозо-1,6-дифосфат распадается на две части. Получается дигидроксиацетонфосфат ( C3H7O6P ) и глицеральдегид-3-фосфат ( C3H7O6P) (рис. 6).
Рис. 6. Распад Фруктозо-1,6-дифосфата
Клетке нужен только второй продукт, и она с помощью фермента изомеразы превращает первый фосфат во второй (чтобы не было отходов производства) (рис. 7).
Рис. 7. Превращение диоксиацетон-фосфата в глицеральдегид-3-фосфат
На данной стадии в реакцию вступают два соединения: глутатион – соединение, несущее меркаптогруппу SН и никотинамидаденинуклеотид (НАД). НАД легко присоединяет водород: НАД-Н2.
Далее развивается процесс, мало изученный в деталях, но описать его можно пока следующим образом. Под действием НАД и его восстановленной формы, фермента дегидрогеназы и фосфорной кислоты, глицеральдегид-3-фосфат превращается в смешанный ангидрид 3-фосфоглицериновой и фосфорной кислот (рис. 8).
Рис. 8. Превращение глицеральдегид-3-фосфата в смешанный ангидрид 3-фосфоглицериновой и фосфорной кислот
Всё это время энергия только поглощалась, так как АТФ переходил в АДФ. Теперь в реакции будет вступать АДФ, а в продуктах появится АТФ, и энергия будет выделяться. Так, под действием АДФ и фермента фосфоглицераткиназы образуется 3-фосфоглицериновая кислота (рис. 9).
Рис. 9. Образование 3-фосфоглицерата
В ней фермент фосфоглицеромутаза вызывает «рокировку» фосфатной группы в положение 2 (рис. 10).
Рис. 10. Превращение 3-фосфоглицерата в 2-фосфоглицерат
На полученный продукт воздействует фермент енолаза и АДФ – получается пировиноградная кислота (рис. 11, 12).
Рис. 11. Дегидратация 2-фосфоглицерата
Рис. 12. Перенос фосфорильной группы с фосфоенолпирувата на АДФ. Образование пирувата
Процесс превращения глюкозы в пировиноградную кислоту в клетке называется гликолизом [3]. В результате гликолиза клетка получает из одной молекулы глюкозы восемь молекул АТФ и две молекулы пировиноградной кислоты. Превращение глюкозы в пировиноградную кислоту является первой стадией, общей для нескольких процессов. То же самое происходит под действием дрожжей на раствор сахара. Но реакция не закачивается получением пировиноградной кислоты. От этой кислоты отщепляется (под действием фермента декарбоксилазы) молекула диоксида углерода и образуется уксусный альдегид, который, в свою очередь, атакуется ферментом дегидрогеназой и НАД-Н2. В результате при отсутствии кислорода получается этиловый спирт.
На самом деле уравнение этого сложного процесса выглядит довольно просто:
С6Н12О6 à 2С2Н5ОН + 2СО2
Это и есть процесс брожения. В мышцах НАД-Н2 восстанавливает пировиноградную кислоту в молочную. Это происходит при большой нагрузке, когда кровь не успевает подводить кислород в нужном количестве. Поэтому у спортсменов, пробежавших дистанцию, резко увеличивается в крови количество молочной кислоты [4].
Ферменты – это биологические катализаторы, имеющие белковую природу, помогающие ускорить химические реакции как в живых организмах, так и вне их. Ферменты обладают высокой каталитической активностью. К примеру, чтобы расщепить молекулу полиуглевода (крахмал, целлюлозу) или какой – либо белок на составные части, их нужно несколько часов кипятить с крепкими растворами щелочей либо кислот. А ферменты пищеварительных соков (пепсин, протеаза, амилаза) способны гидролизовать эти вещества буквально за несколько секунд при температуре 37 °С. Помимо этого, ферменты обладают избирательностью своего действия в отношении структуры субстрата, условий проведения реакции и её типа (фермент превращает только данный тип субстратов в определенных реакциях и условиях). Ферменты катализируют огромное количество реакций, протекающих в живой клетке при размножении, дыхании, обмене веществ и т.д. [5].
В современном понимании биохимическое расщепление углеводов – это метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода. Огромную роль в биохимических процессах играют микроорганизмы, ферменты и катализаторы. Считается, что анаэробный гликолиз (расщепление углеводов) был первым источником энергии для общих предков всех живых организмов до того, как концентрация кислорода в атмосфере стала достаточно высокой, и поэтому эта форма генерации энергии в клетках – более древняя. За очень редкими исключениями она существует и у всех ныне живущих клеток.
В настоящее время ученые считают, что все реакции биохимического расщепления углеводов на начальной стадии имеют общую схему вплоть до образования пировиноградной кислоты. Затем, в зависимости от условий и качества ферментов, из пировиноградной кислоты образуются конечные продукты реакции: спирты, кислоты (уксусная, лимонная, молочная, яблочная, масляная и т.д.), альдегиды, углекислый газ, водород, вода и пр.
Изучение биохимических реакций расщепления углеводов в организме человека и анализ использованных источников позволили сделать следующие выводы:
1. В общем виде схему механизма расщепления углеводов можно представить следующим образом: сложный углевод (дисахарид, полисахарид) à глюкоза à эфиры фосфорных кислот à глицериновый альдегид à глицериновая кислота à пировиноградная кислота à далее возможны любые упомянутые выше направления.
2. Биохимические реакции углеводов лежат в основе жизнедеятельности клеток живых организмов, в том числе и человека.
3. Биохимические процессы расщепления углеводов, которые изображаются простыми, на первый взгляд, уравнениями начальных и конечных продуктов, на самом деле представляют собой сложные и многоступенчатые процессы.
4. Для осуществления биохимических процессов необходимы ферменты и катализаторы, которые ускоряют реакции расщепления углеводов в тысячи раз.
Изучая сложнейшие процессы, происходящие в живой клетке, ученые задумываются: а нельзя ли, научившись у природы, провести в колбах и ретортах искусственные химические процессы, копирующие биохимические реакции? Начатые по инициативе академика Н.Н. Семенова, такие исследования в области «химической бионики» успешно ведутся в России и во всем мире [6].