Ο μεταβολισμός της τροφής. Μέρος πρώτο. Πως και σε ποια μορφή μεταφέρονται οι υδατάνθρακες τα λίπη και οι πρωτεΐνες της τροφής μας στα κύτταρο

Της Δήμητρας Σπανού , Χημικού, Καθηγήτριας Β/θμιας Εκπ/σης

Ποιες ουσίες αποτελούν την τροφή μας

Οι ουσίες που μας δίνουν ενέργεια και υλικό για να κτίσουμε τον οργανισμό μας είναι οι υδατάνθρακες οι πρωτείνες και τα λίπη. Για να φτάσουν όμως αυτά να επιτελέσουν το ρόλο τους ,περνάν από μια μακρά διαδικασία διασπασεων και αποσυνθέσεων , ώστε να φτάσουν σε μορφή κατάλληλη να εισέλθουν  στα κύτταρα. Εκεί στα κύτταρα γίνεται η κυρίως διεργασία του μεταβολισμού. Όμως η προεργασία αρχίζει από την πρώτη μπουκιά μας , 

συνεχίζεται στο υπόλοιπο πεπτικό μας σύστημα,  και τέλος όταν έχει γίνει μια σχετικά καλή πρώτη  επεξεργασία στην τροφή παραλαβανεται   από τις εντερικές λάχνες του  

 όπου μετά από κάποια επεξεργασία διοχετεύονται στο αίμα

  Τι συμβαίνει σε γενικές γραμμές με την κάθε κατηγορία τροφής

 Ας παρακολουθήσουμε βήμα προς βήμα την πορεία της τροφής  από το αίμα   έως τα κύτταρο

. Στη συνέχεια οδηγούνται με κάποιες ενδιάμεσες στάσεις στα κύτταρα.αρα

Κάποια από τα αμινοξέα και η γλυκόζη μπορούν να μεταφερθούν  απ' ευθείας στους μύες  για να δημιουργήσουν απαραίτητες πρωτεϊνες και για να δώσουν ενέργεια αντίστοιχα με την βοήθεια της ορμόνης ινσουλίνης που παράγεται στο πάγκρεας.

Ο κύριος όγκος και των τριών κατηγοριών όμως οδηγείται στο ήπαρ. Εκεί δημιουργείται το γλυκογόνο  (αποθήκευση ενέργειας) από την γλυκόζη. Σχηματίζονται επίσης πολλά ένζυμα με την βοήθεια αμινοξέων ου φτάνουν εκεί και τα  κετοσώματα από την διεργασία των λιπών 

Τα κετοσώματα είναι ουσίες πολύ εύχρηστες σε διάφορες περιπτώσεις και σύνηθη καύσιμα για  πολλους ιστούς εκτός τον ιστό του εγκεφάλου,τον  φλοιό επινεφριδίων και τα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Αν υπάρχει περίσσεια  λιπαρών οξέων αυτά οδηγούνται στον λιπώδη ιστό για αποθήκευση. Το ίδιο  και  αν υπάρχει περίσσεις γλυκόζης (γιατί η ποσότητα του γλυκογόνου με την οποία αποθηκεύεται είναι περιορισμένη) αποθηκεύεται και αυτή στα λιπώδη κύτταρα με την μορφή λίπους, 

Η χημεία των τροφών και οι  μεταβολές τους κατά την πέψη

Οι υδατάνθρακες των τροφών μας είναι μόρια  διμερή και  πολυμερή  των μονοσαχαριτών 

Δηλαδή γλυκόζης, φρουκτόζης, λακτόζης  μαλτόζη κ.α.. 

Τους συναντάμε επίσης σαν αμυλοδεξτρίνες -ουσίες διαλυτές που δημιουργήθηκαν στη διάρκεια υδρόλυσης του άμυλου σε σάκχαρη (σαχαρόζη, λακτόζη, μαλτόζη..)  

Μέσω της γαστρεντερικής οδού μετατρέπονται σε μονοσακχαρίτες .  Για την συνέχεια πρέπει να ξέρουμε ότι στα κύτταρα γίνονται επεξεργασίες ουσιών για να αποδώσουν ενέργεια   Οι υδατανθρακες μπορούν να μπουν ΄στις διεργασίες αυτές για περαιτέρω  επεξεργασία μέσα στα κύτταρα μόνο με τη μορφή γλυκόζης. Τα ονόματά των διεργασιών-κύκλων είναι: Γλυκόλυση, Κύκλο του Κρεμπς και οξειδωτική φωσφωρυλίωση που γίνονται μέσα στο κύτταρα και θα μας απασχολήσουν ίσως, κάποια άλλη φορά όχι εδώ.

Στο πεπτικό ξεκινάειή η διαδικασία διάσπασης πολυμερών υδατανθράκων (άμυλο) από το στόμα με το ένζυμο α αμυλάση και συνεχίζεται μέχρι το στομάχι όπου το όξινο PH καταστρέφει την α αμυλάση. Η διάσπαση του αμύλου μας δίνει ολισακχαρίτες, δισακχαρίτες και γλυκόζη. Υδρόλυση με αμυλάση γίνεται και στο πάγκρεας γιατί και αυτό παράγει αμυλάση αλλά γίνεται και στους  νεφρούς. Στο πεπτικό ολοκληρώνεται η διάσπαση στο λεπτό έντερο, όπου η μαλτόζη μετατρέπεται σε ισομαλτάση. Στις μικρολάχνες του ανώτερου τμήματος του λεπτου έντερου βρίσκονται ένζυμα όπως η μαλτάση, η ισομαλτάση,η σουκράση.

Τελικά από τις μικρολάχνες απορροφόνται κυρίως η γλυκόζη αλλά και η γαλακτόζη. Επίσης πιο  αργή είναι η απορρόφηση της φρουκτόζη υποβοηθούμενη από την ουσία GLUTs  εάν υπάρχει έλλειψη γλυκόζης.

Συνοψίζοντας :Οι παντός είδους αφομοιώσιμοι υδατάνθρακες διασπώνται από τα ένζυμα , ήδη αρχή  γίνεται στην στοματική κοιλότητα , μπαίνουν στο αίμα με την μορφή γλυκόζης και από εκεί μεταφέρεται απ' ευθείας στο ήπαρ.

Βέβαια υπάρχουν και μή αφομοιώσιμοι υδατάνθρακες για κάθε ένα οργανισμό που αποβάλλονται αναλλοίωτοι απ ευθείας από το πεπτικό χωρίς να περάσουν στον οργανισμό μέσω του αίματος π.χ.. κυτταρίνη για τον άνθρωπο

Στο ήπαρ τώρα, ένα μέρος της γλυκόζης μετατρέπεται σε  γλυκογόνο και έτσι σαν γλυκογόνο,  αποθηκεύονται οι υδατάνθρακες στον ανθρώπινο οργανισμό με την βοήθεια της ορμόνης ινσουλίνης.

και το υπόλοιπο διανέμεται από το αίμα στους ιστούς, τον εγκέφαλο, τα ερυθρά αιμοσφαίρια κ.α. και περνά μέσα στα κύτταρα. Σε αυτό συντελουν διαμεμβρανιακές πρωτεινες μεταφορείς GLUT1 (για ερυθροκύτταρα, εγκεφαλονωτιαίο, πλακούντα, εμβρυικοί ιστοί), GLUT2 (ήπαρ, β κύτταρα, πάγκρεας, νεφρούς, λεπτό έντερο), glut3 (νευρώνες εγκεφάλου) GLUT4 (λιπώδης ιστός, καρδιά, σκελετικοί μύες), GLUT5 (λεπτό έντερο), GLUT7(ενδοπλασματικό ηπατοκυττάρων)  που βοηθούν στη μεταφορά της γλυκόζης.

Αντίστοιχα τα λίπη που είναι εστέρες γλυκερίνης (τριγλυκερίδια) με λιπαρά οξές (κορεσμένα και ακόρεστα) διασπώνται, κυρίως στον δωδεκαδάκτυλο  ,σε ποιο απλά μόρια και περνάν στις εντερικές λάχνες. Στη  συνέχεια τα εντερικά κύτταρα  μετατρέπουν σε  χυλομικρά   που λιπαρά   που έχουν απορροφήσει από την τροφή και έτσι σαν χυλομικρά περνούν στο αίμα. Τα χυλομικρά είναι μίγμα από τριγλικερίδια γλυκερόλη και φωσφωλιπίδια εστέρες γλυκερόλης , εστέρες ρετινόλης  αποπρωτείνες (που συνδέονται με τα λιπαρά για να την μεταφορά τους) 

Τα τριγλυκερίδια του λίπους των τροφών διασπώνται στο έντερο και στη συνέχεια μετατρέπονται σε χυλομικρά και  VLDL (very low density lipoprotein-πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνη και διαφέρει πολυ λίγο από τα χυλομικρά ) στην περιφέρεια

 , όπου υφίστανται εκτενή επεξεργασία πριν φτάσουν στο ήπαρ.

 Γιατί τα λιπαρά συνδέονται με προβλήματα στο κυκλοφορικό σύστημα

...Τα λίπη και η χοληστερόλη δεν μπορούν να κινηθούν εύκολα στο υδατικό περιβάλλον του αίματος. Σε αυτό τα βοηθούν οι λιποπρωτείνες 

, χυλομικρα που συντίθενται στο έντερο και είναι εξειδικευμένα να μεταφέρουν μέσα στο σώμα προιόντα που έρχονται από έξω π.χ.ουσίες από τροφή

  η VLDL(πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτείνη) που παράγεται στο ηπαρ, μεταφέρει προιόντα που παράγονται στον  οργανισμό,

Αντίστοιχο ρόλο έχει και η LDL χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτείνη και γνωστή σαν κακή χοληστερόλη (παράγεται από την μετατροπή  της VLDL στην κυκλοφορία του αίματος ) 

Τα λιπίδια λοιπόν υπό μορφή χυλομικρών φτάνουν

Στην επιφάνεια των τριχοειδων αγγείων του αίματος όπου επισυνάπτεται το ένζυμο λιποπρωτεινική λιπάση  LPL που είναι ένα υδατοδιαλυτό ένζυμο που υδρολυει τριγλυκερίδια σε λιποπρωτεινες (όπως εκείνα που βρίσκονται στα χυλομικρά και στην πολύ χαμηλής πυκνότητας VLDL και αποδίδονται  δυο ελεύθερα λιπαρά οξέα  και μια μονοακυλγλυκερόλη.. Η λιποπρωτεινική λιπάση παίζει επίσης ρόλο στο να προωθήσει τα υπολλείμματα των χυλομικρών πλούσιων σε χοληστερόλη και λιπαρά οξέα στα κύτταρα ώστε να συνεχιστεί εκεί η περαιτέρω επεξεργασία και να μην μείνουν στα τοιχώματα των τριχοειδών και δημιουργήσουν πρόβλημα.

Είναι διαδεδομένο το σπουδαίο αυτό ένζυμο στην καρδιά τους σκελετικούς μυς των ιστών τον λιπωδη ιστό και τους μαστικούς αδένες των θηλάζουσων  εκκρίνεται από παρεγχυματικά κύτταρα σε σύνδεση με γλυκόζη και επισυνάπτεται στα τριχοειδή από heparen θειωμένων πρωτεογλυκανών.

 Οι πρωτείνες των τροφών

 Πολυμερή που αποτελούνται κυρίως από αμινοξέα, αφού υποστούν μια πρώτη επεξεργασία  στο όξινο περιβάλλον του στομάχου και με το ένζυμο πρωτεάση που υπάρχει στο γαστρικό υγρό συνεχίζουν την πορεία τους στο πεπτικό όπου και τα άλλα ένζυμα επίσης του παγκρεατικού και του εντερικού υγρού  συνεχίζουν μετατρέπουν τις πρωτεϊνες σε πεπτίδια και  κυρίως σε αμινοξέα . 

Από το έντερο  λοιπόν περνούν  στο αίμα τα  αμινοξέα και σε ελάχιστες περιπτώσεις  πρωτεϊνες . Τα αμινοξέα που περνούν στο αίμα από την διάσπαση των πρωτεινών στο πεπτικό ονομάζονται ελέυθερα αμινοξέα και είναι περίπου 45 γραμμάρια  από αυτά 40 γραμμάρια  στους μυες, 1 γραμμάριο στον ορό και 2-4 στο ήπαρ (με ευκολία στον μεταβολισμό τους)

 Από τα είκοσι δυο αμινοξέα των τροφών θα ασχοληθούμε  εδώ  δέκα από αυτά που θεωρούνται απαραίτητα, και πρέπει να τα παίρνουμε με την τροφή μας γιατί δεν τα συνθέτει ο οργανισμός (αν και αυτό  δεν είναι απόλυτα ακριβές)

Ποιος είναι ο ρόλος και ποια η τύχη τους.

 Απαραίτητα αμινοξέα  

Αργινίνη (ημιαπαραίτητο αμυνοξύ) Βασικό  σε παιδιά και σε αρρώστους

Η βαλίνη  Γλυκογονικό αμινοξύ Από τα τρία αμινιξέα που έχουν διακλάδωση στην ανθρακική αλυσίδα Ενδιάμεσα παράγεται α κετοβαλερικό οξύ

Έλλειψη βαλίνης έχουμε αρνητικό ισοζύγιο αζώτου στον οργανισμό και δυσλειτουργία του νευρικού συστήματος

Η θρεονίνη   πρωτεινικό αμινοξύ. Το πλευρικό υδροξύλιο βοηθά τις τροποποιήσεις του αμινιξέος (γλυκοξυλίωση , φωσφωρυλίωση) Εντοπίζεται στην περιφέρεια υδατοδιαλυτών πρωτεινών. Απαραίτητο για την σύνθεση πρωτεϊνών.

Η Θρυπτοφάνη  Χρησιμοποιείται σε δομικές πρωτείνες Στο μόριό του περιέχει τον δακτύλιο της ινδόλης. Αν λείπει παρατηρείται έλλειψη αζώτου και ελλάτωση των λευκομάτων του πλάσματος και της αιμοσφαιρίνης

Η λυσίνη, συναντάται σε φυτικούς ιστούς. Στον ανθρώπινο οργανισμό την βρίσκουμε ενσωματωμένη στους ιστούς κυρίως συνδετικό, Δεν είναι ακριβώς γνωστός ο ρόλος της .

Οι λευκίνες (λευκίνη και ισολευκίνη)  Αμινοξέα με διακλάδωση στην ανθρακική αλυσίδα

Όταν η λευκίνη απαμινωθεί μας δίνει το ένα κετοξύ που στην συνέχεια παράγει το ακετοξικό οξύ

Η ισολευκίνη αντίστοιχα κατά τον μεταβολισμό της δίνει ακετυλοσυνένζυμοΑ  και προπινιοσυνένζυμο Α που μπαίνουν , στον μεταβολισμό των υδατανθράκων και στον μεταβολισμό των λιπων  αντίστοιχα 

Η έλλειψή τους δημιουργεί αρνητικό ισοζύγιο αζώτου στον οργανισμό εκτός αν δωθούν ορισμένα προιόντα από τα πρώτα στάδια του μεταβολισμού τους. Από τα ενδιάμεσα του μεταβολισμού τους είναι απαραίτητα για τη βιοσύνθεση χοληστερόλης.

Η ιστιδίνη  Το ιμιδαζόλιο της ιστιδίνης συναρμόζεται με μεταλλικά ιόντα στα καταλυτικά κέντρα πολλών ενζύμων (μεταλλοπρωτεΐνες)

Η μεθειονίνη    Προμηθεύει τις βιοχημικές αντιδράσεις στον οργανισμό με μεθυλικές  και άλλες μονοανθρακικές μονάδες . Είναι η σημαντικότερη πηγή θείου για τον οργανισμό

Η φαινυλαλανινη  Ενα από τα 24 πρωτεινικά αμινοξέα.  Οι οργανισμοί των ζώων δε μπορούν να συνθέσουν τον δακτύλιο του βενζόλιου σε αντίθεση με τα φυτά. Συμμετέχει σε αντιδράσεις τρανζαμίνωσης. Μετατρέπεται σε άλλα σπουδαία αμινιξέα όπως ντοπαμίνη νοραντοπαμίνη, μελανίνη, επινεφρίνη

Συνοψίζοντας λοιπόν από αυτά τα απαραίτητα αμινοξέα, άλλα παρέχουν στον οργανισμό το άζωτο που χρειάζεται, άλλα αποδίδουν μεθυλενομάδες ή θείο, άλλα είναι δομικά συστατικά πρωτεϊνών ή δεσμεύουν μεταλλικα ιόντα μέσα σε ενώσεις ή δημιουργούν κετονοξέα που παίρνουν μέρος σε πολλές βιοχημικές διεργασίες του οργανισμού.

Η αποθήκευση της ενέργειας από τις τροφές 

Τελειώνοντας να θυμόμαστε ότι τα μόρια των τροφών προορισμένα να δώσουν ενέργεια στον οργανισμό συγκεντρώνονται αρχικά στους μυες (αμινοξέα) στο ήπαρ (γλυκογόνο) και στον λιπώδη ιστό τριγλυκερίδια για να διατεθούν όπου υπάρχει ανάγκη και αφού γίνει η επεξεργασία από όργανα όπως το ήπαρ, (απελευθέρωση γλυκόζης από το γλυκογόνο) και τα νεφρά .Στη συνέχεια να προωθηθούν στους ιστούς για να γίνουν οι καύσεις και να αποδοθεί η ενέργεια. Να θυμηθούμε ότι ο νευρικός ιστός επιλέγει πιο καθαρά καύσιμα (γλυκόζη κυρίως ) όπως και τα κύτταρα του αίματος . Σε άλλες περιπτώσεις ιστών χρησιμοποιούναι και τα κετοσώματα (ενδιάμεσα προιόντα κατεργασίας λιπιδίων αλλά και υδατανθράκων.  

Το ακριβώς πως γίνονται αυτές οι καύσεις στα κύτταρα είναι ένα άλλο κεφάλαιο στη ιστορία μας.

                                                              Δήμητρα Σπανού

Πηγές: Βιολογική χημεία Αν. Χρηστομάνου, Βιβλία ΟΕΔΒ, Σημειώσεις Βιολογικής Χημείας κατά τας παραδόσεις του υφηγητού Α. Γρανίτσα 1966, Η χημεία στο πιάτο Α. Βαρβόγλη 2008,Πληροφορίες από το διαδύκτιο (Βικιπαίδεια κ.λ.π.)