من قصص القرآن الكريم تحكي عن قصة سيدنا يونس عليه السلام وماذا فعل مع قومه بدو...
كربوهيدرات الجيدة والسيئة
1. كربوهيدرات الجيدة والسيئة في التغذية
أولا :المعلومات الأساسية عن الكربوهيدرات
Dr. Yousef Elshrek
د يوسف الشريك
2. هناك ثلاث أنواع من المواد النشوية التالية:
• السكريات
• النشويات
• الألياف
الكربوهيدرات عبارة عن ذرات كربون مرتبطة بالماء
3.
4.
5. • تخبر الصيغة الكيمائية بأنها تتكون من كربون
وهيدروجين وأكسيجين بنسبة 1:2:1
وظائف الكربوهيدرات
• مصدر جيد للطاقة التي تستخدم في حركة العضلات
والتفاعلات البيوكيميائية لجميع الكائنات الحية
• تدخل في التركيب البنائي لجدار الخلية
• تدخل في تركيب مركبات الغنية بالطاقة مثل
الأدينوسين الثلاثي الفوسفيت
6. • على سبيل المثال يتكون السكر البسيط مثل سكر جلوكوز
من 6 ذرات من الكربون و 12 من الهيدروجين و 6 من
الأكسيجين ولهة الصيغة الكيمائية التركيبية التالية:-
• C6(H2O)6
D-glucose
7. يتكون جزئ النشا من مجموعة وحدات من سكر جلوكوز
مرتبطة مع بعضها بربطة جليكوسيدية بين كربون ) 1 )
والكربون ) 4 ( ، وقد تصل عدد وحدات سكر الجلوكوز إلي
ميئات في السلسلة الواحدة
8. • السكريات البسيط
• وتسمى أيضا مونوسيس (Monoses)
• يتكون السكر البسيط من سكر أحادي لا يمكن تحليلها
إلى مركبات أبسط منها أي أن الجزئ يتكون من وحدة
بناء واحدة .
• تنقسم السكريات الأحادية إلى سكريات الدهيدية وتسمى
الألدوزات (aldoses) والكيتوزات . ketoses)
• تبعا للمجموعة والوظيفية الموجودة في الجزئ
9. سكريات الثنائية
Disaccharides
تتحلل مائيا إلى وحدتين من السكريات الأحادية ومن أمثلتها
السكروز )غير مختزل( ولاكتوز )مختزل(
لاكتوز
10. • أمثلة للسكريات الثنائية
• المالتوز سكر الشعير يتكون
من وحدتين سكر جلوكوز
والرابطة بينهما ربطة
جليكوسيدية بين ذرة الكربون
1 و 4 مع فقد جزء من الماء
• سكر لاكتوز) يعتبر من
السكريات المختزلة( الذي
يتكون من جزئين سكريات
أحادية وهما الجلوكوز
والجالاكتوز
13. Pentose
D-Xylose
D-Ribose
سكريات الخماسية
من أهمها سكر الرايبوز الذي يدخل في
تركيب الحامض النووي والأرابينوز الذي
يستعمل للكشف عن البكتيريا واللابوز الذي
يدخل في تركيب اللايزوفلافين Lysoflavin المعزول من العضلات القلبية
14. • يدخل الشكل الحلقي للريبوز في
تكوين حامض
ريبونيوليك) (RNA
Ribose
Deoxyribose
يدخل الشكل الحلقي للريبوز في
تكوين حامض ناقص
الأكسجين من الكربون رقم 2
الذي يكون ديوكسي ريبونيوليك
المعروف باسم (DNA)
15. Hexoses
الصيغة الكيمائية للسكر الذي يحتوي على 6 ذرات
كربون )هيكسوس( التالية
C6H12O6.
• يعتبر سكر دي جلوكوز السداسي من أهم مصادر الطاقة للأنسجة
ومصدر الرئيس كوقود للمخ وكريات الدم الحمراءوالجلد
• يتحول سكر دي فركتوز في الكبد والأمعاء إلى سكر جلوكوز
حيث يستفيد منه الجسم في عمليات الميتابوليزمية
• يتحول سكر دي جلوكوز إلى سكر جلوكوز في الكبد في عمليات
الميتابوليزمية ، حيث يتم بناؤه في الغدد اللبنية لتصنيع سكر
الحليب اللاكتوز
17. Heptoses
• يشبه تركيب سيدوهيبتالوس
تركيب سكر الفراكتوز إلا أنه
يحتوي على ذرة واحدة من
الكربون زائدة عنه.
•Sedoheptulose has the same structure as fructose, but it has one extra carbon.
Sedoheptulose
19. • توجد السكريات الأحادية في الطبيعة أساسا كمكونات للسكريات
المحدودة أو عديدة التسكر،ووجود أو توجد السكريات الأحادية على
حالتها في الطبيعية بنسبة ضئيلة.
• يعتبر سكر الجلوكوز أكثر إنتشارا حيث يوجد في النبات ويصل
وجوده في دم للإنسان بنسبة ما بين 0.8 - % 1.0 . %
• الصفات العامة للسكريات الاحادية:-
• من أهم صفاتها التالية
.1 سريعة الذوبان في الماء و لا تذوب في المحاليل غير القطبية مثل
الأثير ويقل ذوبانها في الكحول.
.2 لها خاصية النفاذية عبر الأغشية شبه نفاذة
.3 جميع السكريات الاحادية مختزلة لأنها تحتوي على مجموعات
مختزلة خرة مثل مجموعة الكربونيلية أو الدهيدية في الالدوزات
أو كيتونية في الكيتوزات
20. .4 تفاعلاتها متعادلة
.5 تتواجد في تركيب غير متفرغ
.6 حلوة الطعم
.7 أغليبتها نشطة ضوئيا.
21. كربوهيدرات محدودة التسكر
Oligosaccharides
• إصطلاح Oligo معناه محدود
• تتكون هذه المجموعة على عدد محدود من وحدات السكر
الاحادية من 2 – 10 وحدات
• قد تكون هذه الوحدات متجانسة أو غير متجانسة
• يمكن تحللها بالتحليل المائي عن طريق الاحماض أو
الانزيمات المتخصصة إلى وحدات أحادية المكونة لها.
22. الكربوهيدرات عديدة السكريات) المعقدة(
• الكربوهيدرات المعقدة
• عدد وحداتها تصل إلى أكثر
من 10 من وحدات السكر
الاحادي ) قد تكون متجانسة
أو غير متجانسة الوحدات(
• يعتبر النشا من المواد
السكريات المعقدة الذي
يتكون من عدد كبير من
وحدات سكر الجلوكوز، قد
تكون سلسلته مستقيمة أو
متفرعة
مستقيمة
متفرعة
23. • الصيغة الكيمائية الأساسية للنشا هي
• يعتبر النشا من الوحدات العديدو للسكريات الأحادي الجلوكوز
المرتبطة مع بعضها عن طريق كربون 1 وكربون 4
• مثال :-
(C6H10O5)n.
amylose.
24. النشاط البصري للسكريات الأحادية
Optical activity of monosaccharides
• عند إحتواء على مركب على ذرة كربون أو أكثر غير متناظرة
( (Asymmetric فالمركب يكون فعالا بصريا Optical activity كما
هو الحال في السكريات الاحادية والاحماض الامينية
•Chemistry Of or relating to a carbon atom having four different atoms or structural groups attached to it, resulting in an unbalanced spatial arrangement of atoms in a molecule, so that the molecule cannot be superimposed on its mirror image
• وعليه فعندما تمر حزمة من الضوء المستقطبة Polarimeter على
المحلول ، فإن الأشعاع المستقطب إما يدور
.1 يمينا فيكون المركب أيمن الدوران ويرمز له + ) أو ( D
.2 يسارا فيكون المركب أيسر الدوران ويرمز له - ) أو ( L كما هو
موضح في الشكل التالي
25.
26. التركيب الحلقي للسكريات الأحادية
• توجد السكريات في الصورة الحلقية.
• يطلق عليها اسم اسيتال الحلقي (Cyclic hemiacetal) • إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل إلى أسفل اطلق عليه اسم
المتناظر ألفا.
• إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل إلى أعلى اطلق عليه اسم
المتناظر بيتا.
27.
28. • تكوين الجلايكوسيدات Glycosides Formation
• تتكون المركبات الجلايكوسيدات من إتحاد السكريات الأحادية مع
مجموعة الهيدروكسيل لمركب أخر في وجود حامض معدني كعامل
مساعد مثل :- يتفاعل محلول أتفا حلوكوز مع الكحول الميثايل في
درجة الغليان عند وجود 0.5 % كلوريد الهيدروجين ، كعامل
مساعد لينتج مزيجا من ألفا – ميثايل D جلوكوسايد ...... وبيتا –
ميثايل D جلوكوسايد
• ألفا أميلوز
• يتركب من وحدتين سكر الجلوكوز ترتبطتين برابطة جليكوسيدية
ألفا ) 4 - 1 )
• تكون فيه وحدات الجلوكوز سلسلة مستقيمة ، حيث يصل وزنه
الجزئي حوالي مليون
• سريع دوبان في الماء يتحلل بواسطة إنزيم ألفا أميليز إلى جلوكوز
ومالتوز
29. • التقسيم التغذوي
• تنقسم الكربوهيدرات من الناحية الغذائية إلى قسمين
•1 - الكربوهيدرات غير الذائبة Insoluble Carbohydrate :
• وتعرف أيض ا بالألياف الخام Crude Fiber
• وهي المركبات التي تتكون من سكريات عديدة ولا يمكن هضمها،
وتشتمل الألياف الخام على السيلولوز، الهيميسيلولوز، اللجنين،
والبكتين والتي توجد في الجدر النباتية )السيقان( وقشور البذور.
• ولا تعتبر الألياف الخام مهمةللإنسان من الوجهة الغذائية، كما هو
الحال مع الحيوانات المجترة، وذلك لأن الإنسان ليس له القدرة
على هضم هذه الألياف.
30. • تعمل كمادة مالئة للغذاء حيث يمكن أن تزداد نسبتها في
الغذاء لتعطي الشعور بالشبع
• كما يمكن زيادة الألياف في غذاء الحيوان المراد تقليل
الطاقة في غذائه من أجل تقليل دهن الجسم
• الألياف الخام لها صفات ملينة حيث تقوم بامتصاص كميات
كبيرة من الماء نتيجة عدم هضمها وهذا بدوره يعمل على
سهولة حركة فضلات الطعام في الأمعاء.
31. الكربوهيدرات الذائبة
Soluble Carbohydrate
• وتشتمل الكربوهيدرات الذائبة على
.1 النشا ) العديد من الجلوكوز(
.2 الدكسترينات ) تحتوي على العديد من السكريات الأحادية
وتنتج عند التحلل الجزئي للنشاء (،
.3 الجليكوجين ) يحتوي على العديد من السكريات الأحادية
ويوجد في الخلايا الحيوانية فقط في الكبد والعضلات (
.4 وكذلك السكريات المختلفة )السكريات الثنائية(.
• وعلى العموم فإن الناتج النهائي لعملية هضم
الكربوهيدرات هي السكريات الأحادية.
32. • دورة الكربوهيدرات في الجسم
• تنقسم الكربوهيدرات إلى جزيء غير مهضوم يتكون معظمه من الألياف
الخام، يخرج مع البراز
• والجزء الآخر يهضم على شكل سكريات أحادية، ويستفاد من الجزء
المهضوم عن طريق المسارات التالية…
•1 - إنتاج الطاقة التي يحتاجها الجسم بشكل مباشر.
•2 - تكوين أحماض أمينية غير أساسية يحتاجها الجسم ولا تكون متوفرة في
الغذاء وذلك عن طريق إضافة مجموعة أمين إلى الحامض الكيتوني.
•4 - تكوين جليكوجين الكبد والعضلات، والتي تستخدم لإنتاج الطاقة عند
الحاجة إليها في حالة عدم توفر الغذاء مع ملاحظة أن جليكوجين الكبد
يتحول إلى جلوكوز ليزود خلايا الجسم المختلفة به وذلك لتستخدمه في
إنتاج الطاقة، أما جليكوجين العضلات فلا يستخدم إلا في إنتاج الطاقة في
العضلات.
•5 - تكوين دهن الجسم، والذي يستخدم بدوره لإنتاج الطاقة
33. تشمل كلمة التمثيل الغذائي )الأيض( Metabolism :
1 - الهضم
2 - الامتصاص
3 - الاستعمال أو الاستخدام
-
أ البناء أو التصنيع Anabolism = synthesis
-
ب الهدم Catabolism = Breakdown
4 - الإخراج
34. أولا ا: أيض الجلوكوز Glucose Metabolism
• من المعروف أن البناء الحيوي للجلوكوز من ثاني أكسيد الكربون
والماء يتم في النباتات الخضراء عن طريق عملية البناء الضوئي والتي
تتطلب كمية من الطاقة تقدر بحوالي 670 كيلو كالورى لكل مول من
الجلوكوز.
• ومن الجلوكوز يصنع النبات ما يحتاجه من أصناف الكربوهيدرات
الأخرى، وكذلك العديد من الجزيئات الحيوية الأخرى اللازمة لنموه
وتكاثره، وتعتمد الحيوانات في غذائها على النبات، فمن جزيئاته
تستخلص الطاقة اللازمة لنموها، كما تصنع ما يخصها من جزيئات.
35. • وكذلك نجد بأن الجسم له القدرة أيضا على بناء الجلوكوز
ولكن من مواد أولية بسيطة غير كربوهيدراتية مثل
البيروفات pyruvate .
• يعتبر البناء الحيوي للجلوكوز في الحيوانات الراقية
ضروري وذلك لأن كلا من كريات الدم الحمراء والمخ تعتمد
بدرجة كبيرة على الجلوكوز كمصدر للوقود، كما تبنى
المواد الكربوهيدراتية الأخرى من مواد أولية بسيطة التي
تتحول أولا إلى الجلوكوز، ومنها الجلايكوجين الذي يتم
تخزينه في الكبد والعضلات، واللاكتوز الذي يبنى في الغدد
الثديية.
• كما يعتبر تكوين الجلوكوز من البروبيونات من العمليات
النشطة في الحيوانات المجترة مثل الأبقار، فالبروبيونات
وهي الناتج الرئيسي لعملية التخمر في المعدة الأولي تمتص
بواسطة الحيوانات المجترة حيث يتم تحويلها إلى جلوكوز
والمواد الكربوهيدراتية الأخرى.
36. بعض السكريات الأحادية تمر من الكبد إلى الدورة العامة لكي
تصل إلى خلايا الأنسجة لتقوم بالوظائف التالية:
.1 أكسدة كاملة لإنتاج الطاقة والماء وثاني أكسيد
الكربون
.2 الجلوكوز والجالاكتوز يكونان اللاكتوز في الغدد
الثديية المفرزة للحليب
.3 الجلوكوز يتحول إلى دهون ويخزن تحت الجلد
37. المسارات التالية تبين تحول الجلوكوز في الكبد والعكس
1- سكعلاو دبكلا يف زوكولج ىلإ زوتكرفلا لوحتيFructokinase+ ATPFructose-1-phosphateMutaseFructose-6-phosphateGlucose-6-phosphateFructosephosphataseGlucokinase+ ATPGlucoseIsomerase
38. 2- سكعلاو دبكلا يف زوكولج ىلإ زوتكلااجلا لوحتيGalactoseGalactose1-PhosphateUDP-GlucoseGlucose-1-PUDP-GlalactoseUDP-GlucoseEpimeraseGlucose1-PhosphateMutaseGlucose-6-PphosphataseGlucoseUTPPPGalactokinase+ ATP
39. استحداث الجلوكوز من مصادر غير كربوهيدراتية
Gluconeogenesis
• يمكن لمعظم أنسجة الجسم أن تكتفي بالأحماض الدهنية
كمصدر للطاقة في حال عدم توفر الجلوكوز بكميات
مناسبة.
• وتشذ عن هذه القاعدة خلايا الدماغ وخلايا الدم
الحمراء، إذ تعتمد هذه الخلايا على الجلوكوز كمصدر
أساسي للطاقة لقيامها بوظائفها.
• وهذا يتطلب توافر الجلوكوز في الدم بتركيز كافي،
ويتحقق هذا عادة بتحويل الجلايكوجين المخزون في
الكبد إلى جلوكوز وإطلاقه إلى الدم.
40. • لكن كمية الجلايكوجين التي يخزنها الكبد لا تكفي إلا لوقت
قصير
• فإذا لم يتناول الإنسان طعام ا خلال هذه الفترة فإن على خلايا
الكبد أن تصنع الجلوكوز من مصادر أخرى غير الكربوهيدراتية
لتزود به خلايا الدماغ وخلايا الدم الحمراء، وتعتبر هذه المهمة
من مسؤوليات الكبد.
• وأيضا يصنع الكبد الجلوكوز في حالة أخرى. وهي التمارين
العضلية الشديدة، وأن العضلات تعاني من نقص نسبي في
الأكسجين الوارد اليها في هذه الحالة.
• وينتج عن ذلك أن تسير تفاعلات تحلل الجلوكوز في المسار
اللاهوائي الذي ينتهي بتكون اللاكتات.
• وتنتقل اللاكتات في الدم إلى الكبد ليصنع منها الجلوكوز
ويطلقه إلى الدم ثانية.
41. • كما يتم إنتاج الجلوكوز في كلتا الحالتين الصيام
والتمارين العضلية الشديدة في سلسلة من التفاعلات
تعرف بمسار استحداث الجلوكوز من مصادر أخرى عدا
الكربوهيدرات.
• وتبدأ تفاعلات هذا المسار بالبيروفات وتنتهي
بالجلوكوز.
• وقد يبدو ظاهري ا أن هذا هو عكس مسار تحلل الجلوكوز
الذي يبدأ بالجلوكوز وينتهي بالبيروفات لكن المسارين
مختلفان وإن اشتركا في معظم التفاعلات.
• كما في الشكل التالي:
42.
43. مصادر استحداث الجلوكوز غير الكربوهيدراتية
1 -الدهون
الجليسيرول Glycerol الذي يتم تحلله من الأنسجة الدهنية Adipocyte lipolysis
44. 2 - تاتكلالا Lactate التي تنتج في العضلات نتيجة الصيام أو المجهود
العضلي الشديد ثم يذهب إلى الدم الذي ما يلبث عند وجود الأكسجين أن
يتحول إلى جلوكوز من مصادر غير كربوهيدراتية ومن ثم إلى مجرى
الدموي ثم إلى العضلات مباشرة أو يخزن على صورة جليكوجين لحين
الحاجة إليه مرة أخرى وتسمى هذه العملية دورة كوري أو تمثيل
اللاكتات.
45. 3 - ضامحلأا ةينيملأا acids Amino وتتكون بنقل مجموعة الأمين إلى
البيروفات أو من البيروفات الناتج من عملية تحلل السكر
Glycolysis أومن تحلل الأحماض الأمينية أو من دورة الألانين.
46. تنظيم كمية الإنزيمات في عمليتي التحلل واستحداث للجلوكوز:
-
أ عند الصوم : هرمون )الجلوكاجون ، الكورتيزول(
- تحث إنزيمات استحداث الجلوكوز gluconeogenic
- يثبط إنزيمات تحلل الجلوكوز glycolytic
- يساعد على تصنيع الجلوكوز في الكبد
-
ب عند التغذية :هرمون الأنسولين
- يحث إنزيمات تحلل الجلوكوز glycolytic
- تثبط إنزيمات استحداث الجلوكوز gluconeogenic
- استخدام الجلوكوز في الكبد
47. ثانيا: أيض الجلايكوجين Glycogen Metabolism :
• يخزن فائض الغذاء في الجسم على هيئة دهون. وهذه المركبات
أكثر ملائمة من غيرها لخزن الطاقة، لكن خزن كميات من
الجلوكوز على هيئة جلايكوجين أمر ضروري أيضا ، إذ يعطي
تحلل الجلايكوجين هذا إلى جلوكوز حاجة الخلايا في الفترات
التي تفصل بين الوجبات الغذائية حيث يتوقف ورود الجلوكوز
من الأمعاء.
• ومن جهة ثانية يساعد خزن الجلايكوجين على المحافظة على
تركيز جلوكوز الدم ضمن الحدود الطبيعية في الفترة التي تلي
الطعام مباشرة حيث يزداد معدل ورود الجلوكوز من الأمعاء.
والفضل في ذلك يعود إلى الكفاءة العالية والسرعة في تحويل
الجلوكوز إلى جلايكوجين.
48. • يخزن الجلايكوجين بصورة رئيسية في الكبد والعضلات.
• أما ما يخزن في العضلات فيستهلك من قبل العضلات نفسها
لإنتاج الطاقة الكيميائية اللازمة للتقلص العضلي.
• وأما ما يخزن في الكبد فإنه يتحلل إلى جلوكوز وينطلق هذا
إلى الدم ليسد حاجة الخلايا إليه.
• والمعنى الحرفي لكلمة جلايكوجين هو مولد السكر، إذ أن
الجلوكوز هو الناتج الوحيد لهدم الجلايكوجين.
49. تصنيع الجليكوجين Glycogen synthesis :
• ينشط تركيب الجلايكوجين في الفترة بعد وجبات الطعام
مباشرة، حيث يأخذ تركيز جلوكوز الدم بالازدياد نتيجة
وروده من الأمعاء، فيزداد إفراز الأنسولين من
البنكرياس، ويساعد هذا على دخول الجلوكوز إلى الخلايا
وتنشيط صنع الجلايكوجين منه.
-(1—>4) Linkages -(1—>6) Linkage -(1—>4) Linkages
50. يساعد على نمو جزيء الجليكوجين إنزيمان :
• الانزيم الأول يحفز إضافة جزيء الجلوكوز إلى النهاية الحرة لإحدى
السلاسل الفرعية الكثيرة في جزيء الجليكوجين والارتباط المتكون
في هذه الحالة هو ارتباط جلايكوسيدي (α -1,4) ويسمى الإنزيم
جليكوجين سيثتيز Glycogen synthetase ويعمل الأنسولين على
تنشيط هذا الإنزيم.
• وأما الإنزيم الثاني فيعمل على تكوين السلاسل الفرعية أي تشعيب
الجلايكوجين، ويعرف بإنزيم التشعيب Branching enzyme ،
وطريقة عمله تتلخص بنقل قطعة من إحدى السلاسل )مؤلفة من عدة
جزيئات من الجلوكوز(، وربطها بارتباط جلايكوسيدي (α -1,6) مع
ذرة الكربون السادسة لأحد جزيئات الجلوكوز في السلسلة الأصلية، أو
في سلسلة فرعية مجاورة. وبفعل هذين الإنزيمين ينمو جزيء
الجلايكوجين ويزداد تفرعا.
51. تصنيع الجلايكوجين
• عملية تصنيع الجلايكوجين من العمليات الماصة للطاقة،
ولذا لابد من تنشيط جزيئات الجلوكوز قبل إضافتها إلى
الجليكوجين
• ويلاحظ أن إضافة جزيء من الجلوكوز إلى الجليكوجين
يستهلك 2 جزيء من ATP • وترمز n لعدد جزيئات الجلوكوز في جزيء الجليكوجين.
52. ويتم ذلك من خلال التفاعلات التالية:
.1 تنقل إلى الجلوكوز مجموعة فوسفات من جزيء ATP
بمساعدة إنزيم هكسوكينيز أو جلوكوكينيز فيتكون جلوكوز –
6 - فوسفات.
جلوكوز + ATP ــــــــ← جلوكوز – 6 - فوسفات + ADP
.2 ثم تنتقل هذه المجموعة إلى الكربون الأول من جزيء
الجلوكوز نفسه فينتج جلوكوز – 1 - فوسفات.
جلوكوز – 6 - فوسفات ــــــــــ← جلوكوز – 1 - فوسفات
53. .3 يتفاعل المركب الأخير مع النيوكليوتيد يوريدين ثلاثي الفوسفات UTP
فينتج مركب يوريدين ثنائي فوسفات الجلوكوز (UDP-G) وهو الشكل
المنشط للجلوكوز.
جلوكوز – 1 - فوسفات + UTP ــــــــ← يوريدين ثنائي فوسفات الجلوكوز
(UDP-G)
4 . بعد ذلك ينتقل الجلوكوز المنشط هذا إلى نهاية إحدى السلاسل الفرعية
في جزيء الجلايكوجين تارك ا النيوكليوتيد يوريدين ثنائي الفوسفات
UDP
•(UDP-G) + جليكوجين n) ــــــــــــــــ← جليكوجين (n+1) + UDP
. ولكي يتم نقل جزيء جلوكوز آخر لا بد من إعادة تكوين اليوريدين
ثلاثي الفوسفات UTP ويتم ذلك بانتقال مجموعة فوسفات من ATP إلى
UDP
•UDP + ATP ــــــــ← UTP + ADP
