Вуглеводи та ліпіди, джерела; енергія на л; Організація Planet-Vie
Клітини в організмі людини потребують енергії для виконання своїх функцій. Ця енергія забезпечується деградацією органічних молекул. Цей документ забезпечує короткий огляд енергетичної ролі молекул вуглеводів та ліпідів в організмі людини, зокрема, розглядаючи їх взаємозв'язок.
Ви знайдете більш докладні пояснення та анімацію у файлі Bmédia, що стосуються метаболізму.
Від глюкози до АТФ
Усі клітини людського тіла здатні використовувати глюкозу для отримання проміжної енергії: молекули АТФ (аденозинтрифосфату). Ця молекула використовується в багатьох клітинних процесах. Деякі клітини мають надзвичайну потребу в глюкозі як джерелі енергії: це особливо стосується нервових клітин.
Передача хімічної енергії від глюкози до хімічної у формі АТФ відбувається у кілька етапів: гліколіз, потім цикл Кребса та дихальний ланцюг у мітохондріях.
Дуже схематично, гліколіз дозволяє розщеплювати глюкозу до пірувату. Ця деградація дозволяє продукувати два АТФ і два NADH, H + .
У найбільш загальному випадку утворені пірувати потім розкладаються під час циклу Кребса в мітохондріях (в деяких випадках пірувати дозволяють ферментації, яка регенерує НАД +, необхідні для функціонування гліколізу). Це супроводжується тимчасовим утворенням молекул ацетил-коферменту А (ацетил-КоА). Отже, повна деградація пірувату дозволяє завдяки дихальному ланцюгу утворювати АТФ.
На закінчення: гліколіз, цикл Кребса та дихальний ланцюг дозволяють переносити хімічну енергію, що міститься в глюкозі, в хімічну енергію, що міститься в АТФ.
Від ліпідів до АТФ
Розпад жирних кислот, що містяться в деяких ліпідах, також дозволяє клітинам виробляти АТФ. Ця деградація відбувається в мітохондріях відповідно до набору реакцій, згрупованих під терміном спіраль Лінену (або β-окислення жирних кислот).
З кожним "поворотом" спіралі Лінена жирна кислота "втрачає" два вуглецю у вигляді однієї молекули ацетил-КоА. Потім ця молекула ацетил-КоА потрапляє в цикл Кребса, що дозволяє виробляти АТФ.
Зберігання вуглеводів
Вуглеводи - важливе джерело енергії для клітин організму, як тваринних, так і рослинних. Але, хоча потреби клітин постійні, надходження вуглеводів неперервно: протягом дня (з досягненням фотосинтезу) у більшості рослин, після їжі у тварин. Конституція запасів вуглеводів у формі полімерів (значне зберігання в клітині без суттєвої модифікації осмотичного потенціалу) дає змогу постійно мати вуглеводи. Ці запаси вуглеводів по суті складаються з полімерів глюкози: глікогену у тварин та крохмалю в більшості рослин. У деяких рослинах це може бути полімер фруктози, інулін, який накопичується у вакуолях у вигляді кристалів.
У людини глікоген синтезується в гепатоцитах і м’язових клітинах. Тоді лише печінковий глікоген може бути перерозподілений в інші клітини організму. Отже, лише глікоген може становити 10% ваги печінки та 1% ваги м’язів. Ця макромолекула може складатися з понад 50 000 молекул глюкози. Глюкоза пов’язана з головним ланцюгом, від якого починається безліч щільних гілок.
Синтез і деградація глікогену включає безліч реакцій, основні з яких представлені на малюнку нижче.
Тільки глюкоза може вийти з клітини. Однак у м’язових клітинах немає ферменту, який каталізує перетворення глюкозо-6-фосфату в глюкозу. Таким чином, м’язові резерви не можуть бути доступними для інших клітин тіла.
Зберігання ліпідів
Ліпіди переважно зберігаються у вигляді тригліцеридів у вакуолі адипоцитів. Усі ці клітини утворюють жирову тканину, відому як "жирова".
В організмі людини ці запаси значно більші за кількістю, ніж запаси глікогену. Рівень жирових відкладень у тілі (співвідношення між масою жиру та масою тіла) у здорових людей, зокрема, відповідно до віку, коливається від 10 до 25% у чоловіків та від 20 до 35% у чоловіків. Жінки ( джерело).
Від глюкози до ліпідів
Жирні кислоти входять до складу ліпідів, що беруть участь у формуванні біологічних мембран.
Клітини людини здатні синтезувати жирні кислоти з глюкози (однак деякі жирні кислоти не можуть бути синтезовані, кажуть, що вони є необхідними і повинні надходити з їжею). Це також дозволяє організму накопичувати запаси енергії у вигляді ліпідів у більшій кількості, ніж вуглеводи (див. Вище).
Цей синтез вимагає проходження через мітохондрії. Діаграма навпроти спрощено показує початок цього біосинтетичного шляху.
Жирна кислота, що утворюється, подовжується завдяки послідовним додаванням двох вуглеводнів завдяки молекулам малоніл-КоА.
Від ліпідів до кетонів
Мозок - важливий орган людського тіла, який може використовувати лише дуже специфічні молекули як джерело енергії.
За нормальних фізіологічних умов головним джерелом енергії мозку є глюкоза, яка потрапляє всередину глюкози, або з запасів глюкози в організмі, представлених у вигляді печінкового глікогену. Глюкоза, яка легко перетинає гематоенцефалічний бар'єр, перетворюється в клітинах мозку в ацетил-коА, що дозволяє утворювати АТФ в мітохондріях.
Однак запаси вуглеводів обмежені.
У разі голодування, обмеження калорій, вагітності або тривалих фізичних вправ, мозок, хоча і не може використовувати жирні кислоти для енергії, може використовувати іншу категорію молекул, що утворюються з важливих запасів жиру.: Кетонові тіла.
Кетонові тіла синтезуються в мітохондріях печінкової тканини, з жирних кислот при ліполізі жирових тканин (або кетогенних амінокислот, таких як лейцин), це кетогенез. Це β-гідроксибутират (BHB) та ацетоацетат (AcAc), які можуть забезпечити мозок до 60% його енергетичних потреб.
Значна частина ацетил-коА, що утворюється в результаті розщеплення жирних кислот і глюкози, окислюється в циклі Кребса. У разі відсутності глюкози натще виникає дисбаланс між розкладом жирних кислот та вуглеводів. Потім оксалоацетат, вироблений за циклом Кребса, використовується для утворення глюкози (глюконеогенез) і більше не доступний для конденсації з ацетил-коА. Останні, в надлишку, зазнають трансформації у похідні кетону (див. Анімацію на сайті RNBio).
Енергозабезпечення головного мозку спочатку використовує запаси вуглеводів, а потім, як тільки вони вичерпаються, є «альтернативним паливом» із запасів жиру, яке натще зберігає м’язовий білок. Використання мозку лактату для отримання енергії залишається суперечливим.