Функции фруктозы в организме: Фруктоза

Содержание

— взаимопревращение — Биохимия

Поскольку в кишечнике всасываются все поступающие с пищей моносахариды (фруктоза, галактоза, манноза и т.п.), то перед организмом встает задача превратить полученные гексозы в глюкозу для ее дальнейшего использования в реакциях метаболизма – происходит превращение сахаров. При дефекте соответствующих ферментов возникает накопление моносахаридов в крови – галактоземия и фруктоземия.

Превращение моносахаров

Цель этого процеса – создание только одного субстрата для реакций метаболизма, а именно α-D-глюкозы, что позволяет сэкономить ресурсы, не образовывать множество ферментов для каждого вида моносахарида. Реакции образования свободной глюкозы протекают в эпителии кишечника и, в основном, в гепатоцитах.

У детей некоторое время после рождения, даже при гипогликемии, в крови отмечается относительный избыток других моносахаридов, например, фруктозы и галактозы, что обычно связано с функциональной незрелостью печени.

Превращение галактозы

Галактоза сначала подвергается фосфорилированию по 1-му атому углерода. Отличительной особенностью является превращение в глюкозу не напрямую, а через синтез УДФ-галактозы из галактозо-1-фосфата. Источником УМФ является УДФ-глюкоза, имеющаяся в клетке. Образованная УДФ-галактоза впоследствии изомеризуется в УДФ-глюкозу и далее ее судьба различна.

Она может:

участвовать в реакции переноса УМФ на галактозо-1-фосфат,

превращаться в свободную глюкозу и выходить в кровь,

отправляться на синтез гликогена.

Превращение галактозы в глюкозу

(обратимость обеих уридил-трансферазных реакций не показана)

Биохимическое усложнение вроде бы простой реакции эпимеризации вызвано, видимо, синтезом УДФ-галактозы из глюкозы в молочной железе для получения лактозы при образовании молока. Также галактоза используется при синтезе соответствующих гексозаминов в гетерополисахаридах.

Нарушения превращения галактозы

Нарушения обмена галактозы могут быть вызваны генетическим дефектом одного из ферментов:

галактокиназы, частота дефекта 1:500000,

галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы, частота дефекта 1:40000,

эпимеразы, частота дефекта менее 1:1000000.

Заболевание, возникающее при этих нарушениях, получило название галактоземия.

Диагностика. Дети отказываются от еды. Концентрация галактозы в крови возрастает до 11,1-16,6 ммоль/л (норма 0,3-0,5 ммоль/л), в крови появляется галактозо-1-фосфат. К лабораторным критериям относятся также билирубинемия, галактозурия, протеинурия, гипераминоацидурия, накопление гликозилированного гемоглобина.

Патогенез. Избыток галактозы превращается в спирт галактитол (дульцитол), накапливающийся в хрусталике и осмотически привлекающий сюда воду. Изменяется солевой состав, нарушается конформация белков хрусталика, что приводит к катаракте в молодом возрасте. Катаракта возможна даже у плодов матерей с галактоземией, употреблявших молоко во время беременности.

При дефекте галактозо-1-фосфат-уридил-трансферазы АТФ постоянно расходуется на фосфорилирование галактозы и дефицит энергии угнетает активность многих ферментов, «токсически» действуя на нейроны, гепатоциты, нефроциты. Как результат возможны задержка психомоторного развития, умственная отсталость, некроз гепатоцитов и цирроз печени. В почках и кишечнике избыток галактозы и ее метаболитов ингибирует всасывание аминокислот.

Основы лечения. Исключение из рациона молока и других источников галактозы позволяет предотвратить развитие патологических симптомов. Однако сохранность интеллекта может быть достигнута только при ранней, не позднее первых 2 месяцев жизни, диагностике и вовремя начатом лечении.

Превращение фруктозы

В целом переход фруктозы в глюкозу осуществляется по двум направлениям. Сначала происходит активация фруктозы посредством фосфорилирования либо 6-го атома углерода при участии гексокиназы, либо 1-го атома при участии фруктокиназы.

В печени имеются оба фермента, однако гексокиназа имеет гораздо более низкое сродство к фруктозе и этот путь превращения слабо выражен. Образованный ею фруктозо-6-фосфат далее изомеризуется и глюкозо-6-фосфатаза отщепляет уже ненужный фосфат с получением глюкозы.

Если работает фруктокиназа, то образуется фруктозо-1-фосфат, под действием соответствующей альдолазы он превращается в глицеральдегид и диоксиацетонфосфат. Глицеральдегид фосфорилируется до глицеральдегидфосфата и вместе с диоксиацетонфосфатом они в дальнейших реакциях либо используются в гликолизе, либо в реакциях глюконеогенеза превращаются в фруктозо-6-фосфат и далее в глюкозу.

Особенностью мышц является отсутствие фруктокиназы, поэтому фруктоза в них превращается сразу в фруктозо-6-фосфат и поступает в реакции гликолиза или синтеза гликогена.

Пути метаболизма фруктозы и ее превращение в глюкозу

Особенностью метаболизма фруктозы является то, что фермент фруктокиназа является инсулин-независимым. В результате превращение фруктозы в пировиноградную кислоту и ацетил-SКоА происходит быстрее, чем для глюкозы. Это объясняется «игнорированием» лимитирующей реакции метаболизма глюкозы, катализируемой фосфофруктокиназой. Дальнейший метаболизм ацетил-SКоА в данном случае может привести к избыточному образованию жирных кислот и триацилглицеролов.

Нарушения метаболизма фруктозы

Эссенциальная фруктозурия

Генетический дефект фруктокиназы приводит к доброкачественной эссенциальной фруктозурии, протекающей безо всяких отрицательных симптомов.

Наследственная фруктозурия

Заболевание формируется вследствие наследственных аутосомно-рецессивных дефектов других ферментов обмена фруктозы. Частота 1:20000.

Дефект фруктозо-1-фосфатальдолазы, которая в норме присутствует в печени, кишечнике и корковом веществе почек, проявляется после введения в рацион младенца соков и фруктов, содержащих фруктозу.

Патогенез связан со снижением мобилизации гликогена из-за ингибирования гликогенфосфорилазы фруктозо-1-фосфатом и ослаблением глюконеогенеза, т. к. дефектный фермент способен участвовать в реакциях аналогично фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазе. Проявляется заболевание снижением концентрации фосфатов в крови, гиперфруктоземией, тяжелой гипогликемией. Отмечается вялость, нарушения сознания, почечный канальцевый ацидоз.

Диагноз ставится исходя из «непонятного» заболевания печени, гипофосфатемии, гиперурикемии, гипогликемии и фруктозурии. Для подтверждения проводят тест толерантности к фруктозе. Лечение включает диету с ограничением сладостей, фруктов, овощей.

Дефект фруктозо-1,6-дифосфатазы проявляется сходно с предыдущим, но не так тяжело.

Сахар

Преимущество 1

Сахар как углевод играет исключительно важную роль, являясь для человека основным источником легко утилизируемой энергии, необходимой для жизнедеятельности всех клеток тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. Организмом человека сахар усваивается полностью и при окислении 1 г сахарозы образуется 4 ккал энергии.

Основная функция сахарозы в организме – накопление и выработка энергии, обезвреживание и удаление нежелательных веществ, регулирование жирового и белкового обмена.

Рациональное ежедневное потребление сахара в соответствии с физиологическими нормами следует считать одним из естественных элементов здорового образа жизни.

Преимущество 2

Практически абсолютная безопасность, т.к. сахар является высокоочищенным продуктом, не содержащим ГМО, обладающим натуральными свойствами и беспримесностью, недостижимой для многих других сладких веществ и продуктов питания. Сахар, в отличие от фруктозы и искуственных подсластителей, не сокращает разнообразие микрофлоры желудочно-кишечного тракта, не нарушает метаболические процессы в организме и при правильном потреблении не приводит к ожирению.

По этой причине компании с мировым брендом предпочитают использовать белый сахар, а не другие заменители сахара, в производстве безалкогольных напитков.

Сахар относится к продуктам со средним значением гликемического индекса (ГИ=69-70), отражающим с какой скоростью углеводосодержащий продукт расщепляется в организме и преобразуется в глюкозу (для чистой глюкозы ГИ=100). Потребление продуктов с высоким ГИ вызывает сильную и резкую нагрузку на поджелудочную железу, обременяя ее интенсивно вырабатывать гормон инсулин, необходимый для снижения сахара в крови и для превращения излишков глюкозы в жир в качестве энергетического запаса организма. Например, можно сравнить ГИ следующих продуктов: картофельное пюре (90), рисовая каша (90), белый хлеб (85), пиво (110), кукурузный сироп (115).

Преимущество 3

Сахар имеет чистый сладкий вкус, без посторонних привкуса и запаха, как в сухом сахаре, так и в его водном растворе.

Преимущество 4

Сахар – важный структурообразующий компонент подавляющего большинства кондитерских изделий и фруктовых подварок. Он является наполнителем массы и обеспечивает текстуру молочных десертов, мороженого, спредов и других изделий, как на фруктовой, так и на жировой основе, а также выполняет роль консервирующего агента для различных изделий из плодов и ягод — варений, джемов, желе.

Микроорганизмы, присутствующие в продуктах, нуждаются в воде, чтобы расти. Они поглощают воду через наружный слой клетки. Если концентрация сахара в пище поднимается до определенного уровня, вся вода задерживается сахаром. Это уменьшает количество доступной микроорганизмам воды, препятствуя таким образом их росту, за счет чего срок годности продуктов продлевается.

Преимущество 5

Важное свойство сахара заключается в том, что он может усилить вкус и аромат выше и ниже порогового значения сладости. Например, небольшое количество сахара может усилить кислый или горький вкус таких продуктов, как томатный соус.

Сахар может придавать многим продуктам аппетитный цвет. Это происходит за счет карамелизации (реакция Майяра).

Карамелизация происходит при нагреве сахара, в результате чего получается коричневое вещество, называемое карамелью. Это вещество как пищевой краситель используется в безалкогольных напитках, пиве, кондитерской продукции, супах и соусах.

Реакция Майяра (реакция между сахаром и аминокислотой) приводит к потемнению некоторых продуктов, как, например, хлеб, кофе, десерты и торты, и появлению типичных вкусовых качеств, запаха приготовляемой пищи.

Преимущество 6

Технологические и потребительские свойства, повышающие эффективность использования:

1. Стабильность вкусовых качеств при длительном хранении;

Срок годности белого сахара устанавливает изготовитель. Рекомендуемые сроки годности белого сахара:

— кристаллического — четыре года от даты изготовления;

— кускового — два года от даты изготовления;

— сахарной пудры — полтора года от даты изготовления.

2. Стабильность свойств на свету;

3. Отсутствие окрашивания воды (напитков) посторонним цветом;

4. Стабильность при нагревании.

Преимущество 7

Физиологическая ценность определяется положительным действием на нервную, сердечно-сосудистую, пищеварительную и другие системы человека. Полезен для ежедневного употребления (согласно рекомендуемым нормам, потребление сахара во всех продуктах питания должно составлять около 10 % от калорийности суточного рациона питания человека, что в пересчете составляет примерно 80 г/сут для мужчин и 60 г/сут для женщин). Сокращение потребления сахара вполне здоровыми людьми приводит к развитию признаков гипогликемии (низкого уровня глюкозы в крови): слабость, усталость, затруднение концентрации внимания, озноб, дрожь, сердцебиение, головная боль. В более тяжелых случаях возможны двоение в глазах, путаница в мыслях, раздражительность, агрессивность и развитие бессонницы.

Преимущество 8

Антидепрессантные свойства – прием сахара в чистом виде или в составе кондитерских изделий частично снимает стрессы, нервные напряжения, избавляет от депрессии (особенно женщин). Ощущение сладкого, воспринимаемое рецепторами языка, тонизирует центральную нервную систему. После приема сахарозы в составе какого-либо продукта поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин, который, в свою очередь, приводит к выделению серотонина, называемого гормоном счастья.

Преимущество 9

Возможность создания на основе белого сахара широкого ассортимента других видов продуктов для маркетингового продвижения на рынке: жидкий сахар, инвертированные сиропы, желирующий сахар, помадный сахар влажный и сухой, быстрорастворимый сахар, мягкий сахар, желтый сахар, коричневый сахар, ванильный сахар, обогащенный сахар с различными добавками экстрактов растений, ароматизаторов и др.

%NC_WIDGET_SHOW(‘Addthis’)%

версия для печати

Метаболизм глюкозы и фруктозы | Здоровое питание

Майкл Р. Пелузо, доктор философии. Обновлено 20 декабря 2018 г.

Глюкоза и фруктоза — простые сахара, имеющие одинаковую химическую формулу с разным структурным расположением атомов. Глюкоза является источником энергии для всех ваших тканей и может запасаться организмом для получения энергии по мере необходимости. Он также используется для производства других сахаров, необходимых в вашем генетическом материале и соединительных тканях. Фруктоза в основном метаболизируется в печени, а излишки используются для образования жира.

Гликолиз

Гликолиз — это начальный процесс получения энергии из глюкозы. После того, как глюкоза попадает в клетки ваших тканей, фермент, называемый фосфофруктокиназой, определяет, будет ли глюкоза использоваться для получения энергии. Если вашей клетке нужна энергия, фосфофруктокиназа позволит продолжить гликолиз. Если ваша клетка хорошо снабжается кислородом, глюкоза будет полностью сжигаться для получения энергии, что называется аэробным гликолизом. Если кислорода не хватает, глюкоза сгорает лишь частично, а затем превращается в молочную кислоту. Это называется анаэробным гликолизом, и он возникает, когда ваши мышцы усердно работают, но не получают достаточного количества кислорода.

Гликоген

Если глюкоза поступает в ваши клетки и не требуется немедленно для получения энергии, молекулы глюкозы могут быть связаны друг с другом в разветвленные цепи и храниться в виде крахмала, называемого гликогеном. Когда необходима энергия, гликоген может расщепляться до глюкозы. Ваши мышцы хранят гликоген для собственного использования. Однако ваша печень может хранить большое количество глюкозы в виде гликогена, и если уровень глюкозы в крови становится слишком низким, гликоген может расщепляться на глюкозу и высвобождаться в кровь для использования другими тканями.

Глюконеогенез

Когда уровень глюкозы в крови падает слишком низко, ваша печень также может производить глюкозу из неглюкозных источников, а затем выделять глюкозу в кровь для использования другими тканями в качестве энергии. Этот процесс называется глюконеогенезом. Азот можно удалить из аминокислот, а остаточные молекулы превратить в глюкозу. Молочная кислота от анаэробного гликолиза в мышцах и глицерин от распада триглицеридов в жировых тканях также могут возвращаться в печень для производства глюкозы.

Пентозофосфатный путь

Пентозофосфатный путь превращает шестиуглеродную молекулу глюкозы в пятиуглеродный пентозный сахар, называемый рибозой, который используется в качестве компонента нуклеиновых кислот, присутствующих в вашем генетическом материале. Во время метаболизма глюкозы в рибозу также вырабатывается молекула НАДФН, которая используется в процессе производства холестерина и жирных кислот.

Сахара соединительной ткани

Глюкозу можно модифицировать и использовать для образования белково-сахарных комплексов, из которых состоят соединительные ткани и смазочные жидкости. Примеры включают хондроитин, кератин и гиалуронат в хрящах, костях, сердечных клапанах, коже и глазах.

Фруктоза

Фруктоза метаболизируется главным образом в печени. Фруктозу можно использовать для производства глюкозы посредством глюконеогенеза или для производства энергии посредством гликолиза. Однако, в отличие от глюкозы, фруктоза вступает в гликолиз на этапе, который обходит регуляторный контроль, осуществляемый фосфофруктокиназой. Это позволяет беспрепятственно преобразовывать избыточную фруктозу в холестерин и триглицериды, которые могут повышать уровень липидов в крови и увеличивать жировые отложения.

Ссылки

Биохимия, пятое издание; Джереми Берг и др.
Страница медицинской биохимии: метаболизм гликогена
Страница медицинской биохимии: гликозаминогликаны и протеогликаны
Американский журнал клинического питания: промежуточный метаболизм фруктозы
Майкл Пелузо — ученый на пенсии в области биохимии питания. Он получил степень магистра. в области питания Калифорнийского университета в Дэвисе и доктора философии. в области питания из Университета Миссури. Работа Пелузо появилась в научных публикациях, таких как «Журнал питания», «Липиды» и «Экспериментальная биология и медицина».
Fructose and Its Importance for Human Body — 1112 Words
Table of Contents
1. Introduction
2. Background
3. Review and Discussion of Current Research
4. Recommendations and Conclusions
5. References
Introduction
Carbohydrates present the основной и легкодоступный источник энергии для организма человека. Фруктоза – моносахарид, входящий в состав сахарозы. Это питательное вещество обеспечивает такие функции, как производство энергии и гликогена, а также накопление жира. Исследования показывают, что, несмотря на такие полезные функции, избыток фруктозы может вызывать избыточный вес и ожирение (Tappy & Lê, 2010). Это питательное вещество было выбрано из-за его большой важности для человеческого организма, а также его потенциала в отношении быстрорастущих показателей ожирения во всем мире.
История вопроса
Фруктоза — один из наиболее распространенных углеводов, содержащихся во фруктах. В отличие от глюкозы, она может проникать из крови в клетки тканей без участия инсулина – гормона, понижающего уровень глюкозы в крови. По этой причине фруктоза рекомендуется как самый безопасный источник углеводов для людей с диабетом. Среди ключевых ролей и функций этого питательного вещества можно отметить участие в питании мозга, баланс уровня сахара, образование гликогена, поддержку мускулатуры и т. д. (White, 2013).
Дефицит фруктозы в организме человека обычно выражается в апатии, раздражительности, грусти без видимых причин, что может привести к депрессии и снижению природной энергии. Напротив, симптомы и последствия избытка фруктозы включают избыточный вес и ожирение, а также неспособность контролировать свой режим питания.
Люди с диабетом и те, кто потребляет большое количество указанного питательного вещества, подвержены высокому риску его избытка и неблагоприятного воздействия. Дефицит фруктозы может наблюдаться у людей с мальабсорбцией и непереносимостью фруктозы. Учитывая повышенное потребление фруктозосодержащих сахаров во всем мире, вышеуказанному населению необходимо своевременно проводить диагностику и назначать диету с ограничением фруктозы (White, 2013). Однако не существует конкретной популяции, для которой данное питательное вещество является особенно значимым, поскольку оно важно для каждого человека. Источниками фруктозы являются вишня, банан, манго, грейпфрут, маринованный лук, виноград, яблоко и т. д., а некоторые лекарства также доступны.
Тщательный обзор существующей научной литературы показывает, что отношение исследователей к использованию фруктозы неоднозначно. С одной стороны, van Buul, Tappy, and Brouns (2014) считают, что фруктоза скорее функциональна, так как предотвращает развитие кариеса и налета, не нагружает поджелудочную железу, а также намного слаще сахара. С другой стороны, Tappy и Lê (2010) утверждают, что это способствует ожирению и вызывает развитие подагры. Однако все они единодушны в том, что фруктоза, содержащаяся в различных фруктах и овощах и употребляемая в достаточном количестве, не может принести организму ничего, кроме пользы. Представляется важным подробно рассмотреть оба мнения.
Из положительной стороны повышенного потребления фруктозы можно отметить то, что она стабилизирует уровень сахара в крови и усваивается в основном без инсулина, являясь эффективным подсластителем для больных сахарным диабетом. Средняя суточная доза для больных сахарным диабетом не должна превышать 50 г. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» — глюкозу. Другими словами, фруктоза также способна повышать уровень сахара в крови, хотя и в гораздо меньшей степени, чем другие сахара.
Фруктоза легче глюкозы, она может превращаться в жиры. Ключевое преимущество фруктозы в том, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 раза слаще сахарозы. Поэтому фруктоза не вызывает гормональных всплесков, способствует нормальному обмену веществ и, по сравнению с сахарозой, в три раза медленнее повышает уровень сахара в крови. Его использование вместо сахара может снизить общее потребление углеводов.
В Соединенных Штатах некоторые заменители сахара запрещены из-за их влияния на массовое ожирение, особенно на основе фруктозы. Дело в том, что в США производство выпечки, шоколада и сладостей содержит большое количество фруктозы, которая в такой дозировке может быть опасна. Поскольку фруктоза мгновенно растворяется в организме и медленно повышает уровень сахара в крови, ее можно рассматривать как вариант для людей с диабетом. Однако это не означает, что людям с данным заболеванием следует полностью заменить сахар фруктозой и употреблять ее в неограниченных количествах.
Изучая и анализируя реакцию организма на это питательное вещество, Таппи и Ле (2010) выявили очевидный вред фруктозы. Например, организм человека не чувствует себя насыщенным при регулярном употреблении этого нутриента, так как он влияет на выработку особого гормона под названием лептин, который сигнализирует мозгу о сытости. Поэтому люди постоянно испытывают чувство голода, а это приводит к сильному аппетиту и перееданию, что приводит к лишнему весу. В соответствии с приведенным выше утверждением исследовательский проект Agrawal предполагает, что избыточное потребление фруктозы неблагоприятно влияет на фенотип эпикардиальной жировой ткани (ЭТ) и вызывает ожирение («Grant abstract», 2017).
Небольшая калорийность – около 400 калорий на 100 граммов – фруктоза ни в коем случае не является диетическим продуктом (Sánchez-Lozada et al., 2010). Поскольку в организме она перерабатывается только печенью и практически полностью усваивается клетками печени, избыточное поступление фруктозы превращает ее в жировые отложения. Это чревато ожирением и опасным заболеванием печени – жировым гепатозом (Sánchez-Lozada et al., 2010). Более того, метаболизм фруктозы аналогичен метаболизму алкоголя, потому что фруктоза поступает непосредственно в печень. Его избыток может спровоцировать типичные для алкоголизма заболевания, такие как сердечно-сосудистые и печеночные.
Подводя итог, можно сказать, что фруктоза является ценным питательным веществом, ключевая роль которого заключается в производстве энергии. Люди с диабетом и избыточным весом должны избегать фруктозы. Этот нутриент не влияет на чувство сытости и может спровоцировать ожирение. Лучшим решением для предотвращения ожирения и снижения риска развития диабета является минимизация потребления заменителей сахара и любых продуктов, содержащих большое количество фруктозы (White, 2013).
Пища должна состоять из натуральных овощей, фруктов и цельнозерновых продуктов. В частности, фрукты содержат клетчатку, регулирующую всасывание сахаров и, соответственно, уровень сахара в крови. Как правило, люди получают фруктозу из любых сладких фруктов и ягод.
White (2013) утверждает, что растительные волокна действуют как противоядия, предотвращая передозировку фруктозы в организме. Поэтому потребление адекватной дозы фруктозы никогда не станет фактором, вызывающим ожирение или резко повышающим уровень инсулина в крови. Таким образом, как избыток, так и дефицит фруктозы оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Говоря о направлениях будущих исследований, можно подчеркнуть необходимость изучения влияния напитков, подслащенных фруктозой, и связи между чувствительностью к инсулину у людей и потреблением фруктозы.