Υδατάνθρακες

Γενικά

Οι υδατάνθρακες αποτελούν μια από τις κύριες ομάδες ουσιών που χρησιμοποιούνται από τους ζωικούς οργανισμούς για τη διατροφή τους. Αποτελούν το μοναδικό συστατικό που από τη διάσπαση ορισμένων μελών τους, όπως της γλυκόζης, ελευθερώνεται γρήγορα ενέργεια. Η ύπαρξη της γλυκόζης στον οργανισμό ή του πολυμερούς της, του γλυκογόνου, υποβοηθά την γρήγορη αντίδραση του σε περιπτώσεις ανάγκης ή κινδύνου (άγχος, φόβος, κόπωση κτλ.) Η γλυκόζη αποτελεί την κύρια πηγή ενέργειας του οργανισμού ως και τη δημιουργία δευτερογενών μεταβολιτών, εισάγεται στους ζωικούς οργανισμούς με τη διατροφή μας και είναι κυρίως φυτικής προέλευσης. Στα φυτά η γλυκόζη βρίσκεται ελάχιστα στη μορφή του μονομερούς ή του διμερούς (Μαλτόζη) και πολύ περισσότερο στη μορφή του Αμύλου, που όπως είναι γνωστό βρίσκεται υπό μορφή μεγαλομοριακών ενώσεων σε διακλαδισμένη μορφή. Μια άλλη περίπτωση αποτελεί η σύνδεση των υδατανθράκων με άλλα μόρια όπως π.χ. με πρωτεΐνες και σχηματίζουν τις γλυκοπρωτείνες ή τα πρωτογλυκάνια. Η σύνδεση αυτή είναι πολλές φορές εφαπτόμενη με τη λειτουργικότητα μιας πρωτεΐνης. Πολλές από τις γλυκοπρωτείνες είναι συστατικά βιολογικών μεμβρανών και το γλυκοζιτικό μέρος της πρωτεΐνης αποτελεί τον υποδοχέα. Οι υποδοχείς είναι κυρίως υπεύθυνοι για τη μεταφορά σημάτων και παίζουν ένα σημαντικό ρόλο στην ομαλή λειτουργία του οργανισμού.

 

Σημασία των Υδατανθράκων για τη διατροφή του ανθρώπου

Η σημασία των υδατανθράκων της διατροφής σαν πηγή ενέργειας οφείλεται εις το ότι διασπώνται γρήγορα για την απελευθέρωση της ενέργειας. Η γλυκόζη ως γνωστό διαμέσω της γλυκόλυσης ελευθερώνει ενέργεια. Το γλυκογόνο επίσης που θεωρείται σαν αποταμιευμένη μορφή της γλυκόζης διασπάται γρήγορα και βαθμιαία και ελευθερώνει γλυκόζη. Ο οργανισμός επομένως σε περιπτώσεις γρήγορης αντίδρασης όπως συμβαίνει μπροστά σε κίνδυνο, άγχος, ή κόπωση καθώς και μυϊκής αντίδρασης και πτώση της θερμοκρασίας χρησιμοποιεί την υπάρχουσα στον σώμα γλυκόζη ή γλυκογόνο για την απελευθέρωση ενέργειας για την αντίδρασή του.

Όταν πίπτει η συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα (υπογλυκαιμία) ο οργανισμός χάνει θερμότητα, παρουσιάζει μυϊκή ατονία και το άτομο έχει το αίσθημα της κόπωσης. Όταν το ποσό της γλυκόζης στο αίμα πίπτει σε 40 mgr από 100 mgr, ο οργανισμός αισθάνεται ρίγος, χάνει τις αισθήσεις του και υπάρχει παραμόρφωση των οργάνων που ελέγχονται από το παρασυμπαθητικό νευρικό σύστημα, αλλαγή χρώματος (κίτρινο ή κόκκινο). Όλα αυτά τα συμπτώματα παρέρχονται μετά από πρόσληψη γλυκόζης σε μορφή ένεσης στον υποδόριο ιστό ή και ακόμα με την τροφή.

Κατηγορίες υδατανθράκων της διατροφής

Ο οργανισμός χρησιμοποιεί για τη διατροφή του τα μονοσάκχαρα ή δισάκχαρα, το άμυλο, και τα ινίδια που δεν έχουν ενεργειακή σημασία αλλά ποιοτική της διατροφής. Τα απλά σάκχαρα βρίσκονται στη ζάχαρη, στο μέλι, στους φυσικούς χυμούς, στα γλυκά και στο γάλα. Το άμυλο υπάρχει στις πατάτες δημητριακά κτλ. Σήμερα, ένα ευρύ πεδίο της βιοτεχνολογίας ασχολείται με την αύξηση του αμύλου στις πατάτες ή στα δημητριακά. Τα ινίδια είναι και αυτά σύνθετοι υδατάνθρακες, συνήθως γλυκόζης, τα μόρια των οποίων ενώνονται κατά τέτοιο τρόπο που δεν μπορούν να διασπασθούν από τον ανθρώπινο οργανισμό. Έτσι δεν αποτελούν αντικείμενο ενεργειακής εκμετάλλευσης. Έχουν όμως τεράστια σημασία σαν συγκρατητές H2O για την ομαλή λειτουργία της πέψης. Σ’ αυτή την κατηγορία υπάγονται η κυτταρίνη, η ημικυτταρίνη, η πηκτίνη, το άγαρ, η λιγνίνη κ.α.

 

Πόσο απαραίτητοι είναι οι υδατάνθρακες στη διατροφή μας

Η αξιολόγηση των υδατανθράκων στη διατροφή του ανθρώπου παρουσιάζει ορισμένες δυσκολίες γιατί δεν υπάρχει ένα τεστ άμεσης μέτρησης. Συνήθως η αξία των υδατανθράκων όπως και των άλλων ουσιών κρίνεται έμμεσα μετά από μακροχρόνιες παρατηρήσεις. Υπάρχουν δηλαδή πληθυσμοί ανθρώπων που διατρέφονται λόγω της απομόνωσης τους σχεδόν αποκλειστικά χωρίς υδατάνθρακες όπως εκείνη των εσκιμώων και πληθυσμοί που τρέφονται αποκλειστικά από φυτικής προέλευσης διατροφές που είναι πλούσιες σε υδατάνθρακες όπως οι λαοί της Ασίας. Αυτοί οι λαοί παρουσιάζουν διαφορές στη μακροζωία. Η εσκιμώοι ζουν λιγότερο. Βέβαια εδώ πρέπει να λάβουμε υπόψη μας ότι με το κρέας που τρώγουν έχουν αυξημένο ποσοστό κορεσμένων λιπαρών οξέων και ίσως και αυτό να παίζει ένα ρόλο.

Στη σημερινή διατροφή μας οι υδατάνθρακες αποτελούν το 46% από την άποψη απελευθέρωσης ενέργειας (Kcal) και είναι περισσότερο από εκείνο των λιπών που αποτελούν το 42% σε Kcal, και των πρωτεϊνών 12% σε Kcal. Ο υπολογισμός της αναγκαιότητας των υδατανθράκων για την διατροφή του ανθρώπου γίνεται από τον εμπειρικό νόμο ότι για κάθε αναγκαία 100 Kcal πρέπει η τροφή να περιέχει 5g υδατανθράκων. Επομένως μπορούμε να πούμε ότι ο άνθρωπος χρειάζεται 50-100g υδατανθράκων.

Ένα αρνητικό σημείο της σημερινής διατροφής είναι ότι έχει αυξηθεί αισθητά το ποσό των υδατανθράκων που είναι σε μορφή μόνο-ή δισακχαριτών. Έτσι ενώ παλαιότερα η διατροφή (σε θερμίδες) αποτελούσε το 43% σε πολυσακχαρίτες (άμυλο) σήμερα η χρήση του έχει περιορισθεί στο 29%. Αυτή η αλλαγή έχει σοβαρές συνέπειες στην ομαλή λειτουργία του οργανισμού.


Δομικά σάκχαρα

Γλυκοπρωτείνες

Οι πρωτεΐνες που φέρουν στο μόριό τους ομοπολικά συνδεμένους υδατάνθρακες καλούνται Γλυκοπρωτείνες. Οι πρωτεΐνες αυτές έχουν σπουδαίες βιολογικές λειτουργίες όπως την ανοσοβιολογική λειτουργία, το σύστημα αναγνώρισης κυττάρου από κύτταρο, αιμοσυγκόλληση και αναγνώριση του κυττάρου από τον παθογόνο οργανισμό.

Δομή γλυκοπρωτεινών

Το ποσό των υδατανθράκων στις γλυκοπρωτείνες βρίσκεται μεταξύ του 1% και του 30% του συνολικού τους βάρους. Σπανιότερα αναφέρονται γλυκοπρωτείνες με ποσοστό 50% και 60%. Τα πιο κοινά απλά σάκχαρα των γλυκοπρωτεινών είναι η γλυκόζη, η μανόζη, η γαλακτόζη, η φουκόζη η Ν-ακετυλ-γαλακτοζαμίνη, η Ν-ακετυλ-γλυκοζαμίνη και το σιαλικό οξύ. Η σύνδεση τους με τις πρωτεΐνες γίνεται με τα υδροξύλια των αμινοξέων σερίνης και θρεονίνης (Ο-γλυκοζιτικός δεσμός) και με τις αμινομάδες του αμινοξέος ασπαραγγίνης (Ν-γλυκοζιτικός δεσμός). Τα σάκχαρα συνθέτουν τη δικά τους αλυσίδα που περιέχει μέχρι 15 μονοσάκχαρα.

Λειτουργία των γλυκοπρωτεινών

Όσο τελειοποιούνται οι μέθοδοι ανίχνευσης των σακχάρων που υπάρχουν στις πρωτεΐνες τόσο αυξάνει ο αριθμός των γλυκοπρωτεινών. Το ίδιο ισχύει και με τον προσδιορισμό του είδους και του ποσοστού των μονσακχάρων που υπάρχουν στις γλυκοπρωτείνες. Με άλλα λόγια ο αριθμός των γλυκοπρωτεινών και το είδος τους αυξάνει συνεχώς με τον χρόνο, όσο βρίσκονται νέοι μέθοδοι προσδιορισμού των υδατανθράκων. Το ίδιο συμβαίνει και με τον προσδιορισμό της λειτουργικότητας των γλυκοπρωτεινών. Σε ορισμένες απ’ αυτές έχει προσδιορισθεί η λειτουργικότητα τους που συνδέεται με το φαινόμενο της αναγνώρισης. Η αναγνώριση μιας γλυκοπρωτείνης απευθύνεται προς άλλα κύτταρα (cell to cell recognition). Σήμερα δεχόμεθα ότι γλυκοπρωτείνες που έχουν διαφορετική σύσταση και δομή υδατανθράκων έχουν την ικανότητα να δώσουν άλλη πληροφορία. Γλυκοπρωτείνες που βρίσκονται στην επιφάνεια των κυττάρων καθορίζουν το διαφορετικό τύπο ή είδος κυττάρων. Σε όλους μας είναι γνωστός ο ρόλος και η λειτουργικότητα των ομάδων αίματος όπως π.χ. των ομάδων Α, Β, ΑΒ, που οφείλεται στην ύπαρξη διαφορετικών υδατανθράκων στην γλυκοπρωτείνη της επιφάνειας των αιμοσφαιρίων. Η κάθε ομάδα αίματος διαφέρει από τις άλλες γιατί στο τέλος κάθε υδατανθρακικής αλυσίδας έχει διαφορετικό σάκχαρο. Η ομάδα Α έχει στο τέλος Ν-ακετυλ-γαλακτοζαμίνη, η ομάδα Β έχει γαλακτόζη, η ΑΒ και τα δύο μαζί σάκχαρα και η Ο δεν έχει κανένα από τα δύο. Η σύνδεση αυτών των τελικών σακχάρων βρίσκεται απάντα στην κοινή βασική δομή υδατανθράκων της γλυκοπρωτείνης. Η μετατροπή φυσιολογικών κυττάρων σε καρκινικά είναι συνδεμένη με την αλλαγή της δομής των γλυκοπρωτεινών (στο γλυκοειδές μέρος) της επιφάνειας των κυττάρων. Αυτή η αλλαγή προκαλείται με ειδικά ένζυμα που ονομάζονται γλυκοτρανσφεράσες που προκαλούν σύνδεση περισσότερων σακχάρων με Ν ή Ο γλυκοζιτικούς δεσμούς στις πρωτεΐνες της επιφάνειας των καρκινικών κυττάρων. Αυτό προκαλεί διαφοροποίηση των καρκινικών κυττάρων έναντι των κανονικών. Η διαφοροποίηση επίσης της γλυκοπρωτεΐνης της επιφάνειας (δηλαδή του υποδοχέα των κυττάρων) παρέχει τη δυνατότητα στα κύτταρα αυτά να μην υπακούουν στον έλεγχο του οργανισμού και αναπτύσσονται συνεχώς.

Οι γλυκοπρωτείνες του οργανισμού διαφοροποιούνται με την ηλικία τους μέσα στον οργανισμό. Αυτό συμβαίνει με τις πρωτεΐνες του ορού που αντικαθίστανται συνεχώς με νεότερες: Η νεοσυντιθέμενη γλυκοπρωτεΐνη έχει στο τέλος της σιαλικό οξύ ενώ στην παλαιότερη απουσιάζει. Για παράδειγμα η πρωτεΐνη του αίματος ceruloplasmin που καταλύει την οξείδωση (Fe2+ Fe3+) και μεταφέρει το χαλκό του ορού έχει 10 τελικά σιαλικά οξέα. Αν αφαιρεθούν δύο απ’ αυτά τα σιαλικά οξέα ελαττώνεται η βιωσιμότητα αυτής της πρωτεΐνης από 54h σε 5min. Αυτός φαίνεται ότι είναι ο καλύτερος τρόπος αντικατάστασης παλαιωμένων πρωτεϊνών. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι αφαίρεση των υδατανθράκων από την πρωτεΐνη αυξάνει τη δυνατότητα της για πρωτεολυτική διάσπαση.

Ορισμένοι ιοί, συμπεριλαμβανομένων herpes simplex, ηπατίτιδα Β, influenza και ΗΙV περιέχουν στην επιφάνεια της πρωτεΐνες που έχουν τη δυνατότητα σύνδεσης υδατανθράκων. Για τη σύνδεση των υδατανθράκων αυτών στις πρωτεΐνες των ιών απαιτείται η δράση ορισμένων ενζύμων που παράγονται από το κύτταρο του ξενιστή: Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να αυξάνουν και να πολ/ζονται οι ιοί μέσα στον ξενιστή γιατί το ανοσοβιολογικό του σύστημα δεν αναγνωρίζει αυτές τις πρωτεΐνες σαν ξένες. Μια δυνατότητα ελέγχου της ίωσης θα μπορούσε να γίνει με αναστολή των ενζύμων που καταλύουν τη σύνδεση αυτών των υδατανθράκων στην πρωτεΐνη του ιού. Όπως π.χ. στην gp120 πρωτεΐνη του HIV ιού που έχει 20-25 ασπαραγγίνες που πάνω σ’ αυτές ενώνονται σε υδατανθρακικές σειρές.

Η ανίχνευση και ο χαρακτηρισμός των γλυκοπρωτεινών είναι μια δύσκολη διεργασία που όμως με τις ΛΕΚΤΙΝΕΣ η διεργασία αυτή γίνεται απλούστερη.

Επόμενη