Energetický metabolizmus – sacharidy

V tomto článku začnem od bodu, keď sa konečné produkty trávenia sacharidov dostanú do krvi. To, ako a prečo sa tam dostanú, je rozobraté v predošlých článkoch, v ktorých sa jednoducho môžete zorientovať kliknutím na mapu vpravo.

Najdôležitejším a najľahšie využiteľným palivom v ľudskom tele je glukóza. Jej metabolizmus sa líši pre rôzne druhy buniek v tele. Poďme sa teda bližšie pozrieť na jej osud v rôznych orgánoch.

Mozog – je závislý na trvalom prísune glukózy. V kľudovom stave je zodpovedný za zhruba 20 % celkovej spotreby glukózy v tele. Toto je dôvod, prečo jej hladina v krvi musí byť striktne regulovaná, pri poklese pod asi 2,5 mmol/l hrozí mozgová dysfunkcia. V stave hladovania alebo nutričnej ketózy je však mozog schopný zhruba 75 % svojich energetických nárokov kryť z ketónových látok, ktoré vytvára pečeň z aminokyselín a mastných kyselín.

Kostrové svaly – čo sa týka paliva, sú značne adaptibilné. Môžu spaľovať glukózu, mastné kyseliny aj ketónové látky a žiadne z palív pre ne nie je nevyhnutné. Glukóza z krvi do svalov vstupuje cez bunkové steny. Následne môže priamo vstupovať do glykolýzy a pri dostatku kyslíka do citrátového (Krebsovho) cyklu, alebo môže byť v svale uložená v podobe svalového glykogénu. Tento tvorí v dobre živenom ľudskom tele okolo 1-2 % hmotnosti svalov, u trénovaných vytrvalostných športovcov môže byť táto hodnota aj vyššia. V prípade potreby sa svalový glykogén štiepi na glukózu-6-fosfát (čo je glukóza, esterifikovaná zvyškom kyseliny fosforečnej), ktorý však nedokáže prestupovať cez bunkovú stenu. Vo svaloch nie je prítomný enzým glukóza-6-fasfatáza, ktorý dokáže štiepiť glukózu-6-fosfát na glukózu a fosforový zvyšok, takže svalový glykogén môže byť použitý iba na krytie energetických potrieb svalu samotného.

Srdcový sval – na rozdiel od kostrových svalov musí pracovať nepretržite po celý život. Taktiež môže spaľovať ketolátky, mastné kyseliny aj glukózu. V kľudovom stave však primárne využíva mastné kyseliny, v stave vysokej záťaže zvyšuje spotrebu glukózy.

Červené krvinky – ich jediným palivom je glukóza a energiu získavajú výhradne anaeróbnou glykolýzou.

Pečeň – je metabolickým centrom organizmu, prebieha v nej obrovské množstvo premien látok. Pečeňové bunky sú v príjme glukózy nezávislé na inzulíne, preto je rýchlosť vstrebávania viac-menej úmerná jej koncentrácii v krvi. V metabolizme sacharidov vstupuje pečeň do hry nasledovne:

• „vychytávaním“ glukózy z krvi pri jej zvýšenej hladine
• uvoľňovaním pri hladine zníženej
• uskladnenie glukózy v podobe pečeňového glykogénu, na rozdiel od svalov, však pečeň má enzým glukóza-6-fasfatázu, takže z glukóza-6-fosfátu dokáže vytvoriť voľnú glukózu a uvoľniť ju do krvi
• pri naplnení zásob pečeňového glykogénu sa glukóza cez glykolýzu premieňa na acetyl-CoA, ktorý však nevstupuje do citrátového cyklu, ale je použitý na syntézu mastných kyselín (ktoré sú po transporte do tukových buniek uložené ako triacylglyceroly – tuky) alebo fosfolipidov a cholesterolu
• vychytávanie produktu anaeróbnej glykolýzy – laktátu – a jeho premena na glukózu
• vytváranie glukózy z glukogénnych aminokyselín a glycerolu

Tukové tkanivo – prijíma z krvi glukózu, z ktorej následne vytvára glycerol-3-fosfát. Tento je esterifikovaný mastnými kyselinami z pečene alebo z potravy za vzniku tuku.

Teraz sa poďme bližšie pozrieť, na jednotlivé metabolické dráhy, ktoré som spomínal vyššie.

Glykolýza – je to anaeróbne štiepenie 1 molekuly glukózy na 2 molekuly pyruvátu (kyseliny pyrohroznovej). V tomto procese je energetickým výťažkom regenerácia dvoch molekúl adenozíndifosfátu (ADP) na adenozíntrifosfát (ATP).

Homofermentačné kvasenie – je pokračovaním glykolýzy v podmiekach nedostatku kyslíka. 2 molekuly pyruvátu sú fermentované na dve molekuly laktátu. K tomuto procesu dochádza vo svaloch v prvotných fázach výkonu, keď ešte dýchanie a krvný obeh nie sú dostatočne rozbehnuté na dodávanie zvýšeného množstva kyslíka. Červené krvinky sa spoliehajú výhradne na fermentáciu. Laktát je následne vyplavený do krvi, ktorá ho transportuje do pečene, kde sa mení na glukózu. Príčinou svalovej únavy nie je (navzdory rozšírenej predstave) hromadenie laktátu, pokusmi bolo dokázané, že svaly si dokážu udržať výkon pri jeho vysokých koncentráciách, ak je udržované konštantné pH.

Citrátový cyklus a oxidačná fosforylácia – sú pokračovaním glykolýzy za prítomnosti kyslíka. Dve molekuly pyruvátu sa na konci menia na 6 molekúl oxidu uhličitého a 6 molekúl vody, regeneruje sa 36 molekúl ATP. Týmto procesom bude venovaný samostatný článok, keďže sú spoločné aj pre mastné kyseliny a aminokyseliny.

Syntéza glykogénu – prebieha v hlavne v pečeni a vo svaloch. Glykogén je zásobná forma glukózy. Je vytvorený naviazaním množstva molekúl glukózy za sebou do radu a po každých 8-12 dochádza k vetveniu reťazca. Vo výsledku teda vzniká vejárovitý tvar molekuly, ktorý obsahuje tisícky molekúl glukózy.Pri maximálnych zásobách môže tvoriť až 10 % hmotnosti buniek pečene. Tuky sa môžu javiť ako výhodnejší zásobný zdroj energie, pretože je ich v tele oveľa viac a energia je v nich uložená kompaktnejšie. Ukladanie glykogénu je však nevyhnutné z nasledovných dôvodov:

• glykogén (glukóza z neho) sa môže spotrebúvať anaeróbne
• živočíchy nedokážu premieňať mastné kyseliny na glukózu, takže samotný metabolizmus tukov nie je schopný stabilizovať glykémiu (hladinu glukózy v krvi)
• energia z glykogénu je dostupná prakticky okamžite

Štruktúra glykogénu - v jeho strede je špecifická bielkovina, na ktorú sa viaže prvá molekula glukózy - zdroj: wikimedia

Rozklad glykogénu – prebieha, keď bunka potrebuje viac paliva ako je dodávané krvou. Ako už bolo spomenuté, v tomto procese vzniká glukóza-6-fosfát, ktorá neprestupuje cez bunkové steny. Len v pečeni je prítomný enzým, ktorý štiepi glukózu-6-fosfát na glukózu, ktorá potom môže putovať do krvi. Svalový glykogén môže byť použitý len vo svaloch. Čím väčšia je molekula glykogénu, tým viac je rozvetvená a jeho rozklad prebieha práve na týchto rozvetvených koncoch. To znamená, že na začiatku výkonu, keď sú zásoby plné a molekuly veľké, dokáže sa za jednotku času uvoľniť viac glukózy ako v priebehu výkonu, keď už sú molekuly zmenšené čerpaním.

Glukoneogenéza – prebieha v pečeni a v malej miere v obličkách. Je to tvorba glukózy z necukrových zdrojov – glycerol,laktát, pyruvát a glukogénne aminokyseliny. Prebieha hlavne v počiatočných fázach hladovania, keď už pečeň nie je schopná stabilizovať glykémiu z vlastných zásob glykogénu.

Pentózový cyklus – je dôležitý napr. pri biosyntéze mastných kyselín a cholesterolu.

Syntéza glykoproteínov – sú to bielkoviny obsahujúce sacharidy.

Okrem glukózy je často v potrave prijímaná aj fruktóza a galaktóza.

Metabolizmus fruktózy vo svale je podobný metabolizmu glukózy, fruktóza je fosforylovaná na fruktóza-6-fosfát, čo je jeden z medziproduktov glykolýzy. Ďalej pokračuje po zhodnej dráhe. V pečeni je dráha o dosť zložitejšia, fruktóza môže byť metabolizovaná na glycerol, ktorý sa použije na výstavbu tukov v tukových bunkách alebo tiež vstúpi do glykolýzy.

Metabolizmus galaktózy je založený na premene na jeden z medziproduktov glykolýzy, glukózu-6-fosfát.

Týmto článkom sa uceľuje popis toho, čo sa deje so sacharidmi od ich konzumácie až po výslednú premenu na oxid uhličitý a vodu, v ďalších článkoch sa už snáď budú viac rozoberať praktické dôsledky pre šport a výživu a bude v nich menej biochémie (možno :D).