Biochemie
3.2 Metabolismus sacharidů a jeho poruchy
Trávení sacharidů
Trávení stravou přijatých sacharidů začíná již v ústech, kde a-amylasa (ptyalin) endohydrolyticky štěpí 1,4-a-glukosidové vazby potravou přijatých stravitelných polysacharidů (škrob, glykogen). V žaludku je aktivita a-amylas (pH optimum ~6,7) utlumena nízkou hodnotou pH. Trávení pokračuje v tenkém střevě v duodenu, kde jsou přítomny pankreatické a-amylasy. Výsledkem působení a-amylas je směs disacharidu maltózy, trisacharidu maltotriózy, glukosy a a-limitních dextrínů. Ze sliznice tenkého střeva se uvolňují oligosacharidasy (maltasa, dextrinasa), které dokonají štěpení polysacharidů na konečný produkt – glukózu. V tenkém střevě probíhá i štěpení disacharidů laktózy (laktasa; vzniká glukóza a galaktóza) či sacharózy (sacharasa; vzniká glukóza a fruktóza). Monosacharidy jsou vstřebávány enterocyty. Glukóza a galaktóza jsou aktivním kotransportem s Na+ po gradientu uvolňovány do portální krve. Fruktóza se z buněk dostává transportem pasivním. Portální krví jsou monosacharidy transportovány do jater (zásobárna - tvorba glykogenu) a poté do tkání (zdroj energie). Je-li nadbytečný příjem sacharidů, jsou ukládány v podobě tuků.
Metabolismus sacharidů
Na katabolických a anabolických procesech u sacharidů se podílí několik důležitých metabolických drah. Hlavní dráhu katabolismu monosacharidů představuje glykolýza. Glykolýza je sled reakcí vedoucích k přeměně glukózy na 2 molekuly pyruvátu. Za fyziologických podmínek (aerobní odbourávání) je pyruvát přeměněn na acetyl-CoA, který pak vstupuje do citrátového cyklu. Těmito katabolickými procesy je z 1 molekuly glukózy vytvořeno 36 molekul ATP a glukóza je odbourána na CO2 a vodu. Ostatní monosacharidy jsou nejprve fosforylovány a poté převedeny na glukózu či jiný meziprodukt glykolýzy. Alternativní katabolickou dráhou glukózy je pentosofosfátový cyklus důležitý pro produkci NADPH+ H+ (redukční ekvivalenty pro anabolické děje) a ribózy-5-fosfát (prekurzor nukleových kyselin).
Nadbytečné množství glukózy je ukládáno v podobě glykogenu. Syntéza glykogenu (glykogeneze) probíhá z glukóza-1- fosfátu a glykogen je poté ukládán v játrech a svalech. Má-li pak organismus nedostatek glukózy, dojde k uvolnění glukózy z glykogenu (glykogenolýza). Další možnou cestou zisku glukózy je její syntéza z nesacharidových prekurzorů, jako jsou pyruvát, glycerol, laktát či aminokyseliny. Tento anabolický proces je nazýván glukoneogeneze.
Hormonální regulace metabolismu glukózy
Hladiny glukózy v krvi se pohybují v poměrně úzkém rozmezí mezi 3,3 až 5,8 mmol/l a jsou ovlivňovány celou řadou hormonů, jsou to hormony produkované buňkami pankreatu (insulin a glukagon), hormony štítné žlázy, hormony dřeně nadledvin (katecholaminy) či kortisol. Snížení hladin glukózy v krvi způsobuje insulin a to podporou transportu glukózy do buněk, ve kterých stimuluje glykolýzu a dále aktivací syntézy glykogenu. Insulin je hormon účinkující prostřednictvím membránových receptorů. Dojde-li k navázání insulinu na insulinové receptory, dochází nejprve k autofosforylaci receptoru, který pak slouží jako kinasa pro další nitrobuněčné bílkoviny. Spuštění fosforylační kaskády má za následek aktivaci (např.: transport glukózy do buněk, glykolýza, tvorba glykogenu) či inhibici (např.: glukoneogeneze, glykogenolýza) daných procesů. Zvýšení hladiny glukózy v krvi působí glukagon, kortisol či adrenalin. Glukagon působí též prostřednictvím membránových receptorů, ale využívá G-proteinů a molekul cAMP jako druhých poslů. Glukagon stimuluje glykogenolýzu a glukoneogenesi v játrech a v menší míře inhibuje některé enzymy glykolýzy (např.: fosfofruktokinasa) v ostatních tkáních. Dalším hormonem stimulujícím glykogenolýzu a glukoneogenesi je kortisol, ovlivňující především genovou expresi klíčových enzymů obou pochodů.
Jak je patrné z předcházejících řádků, ústřední roli v metabolismu sacharidů hraje glukóza. Nejčastější (v populaci nad 70 let více jak 20%) a též nejznámější poruchou metabolismu glukózy je bezesporu diabetes mellitus, charakterizovaný zvýšenými hladinami glukózy v krvi (= hyperglykémie).