Ugljikohidrati su jedan od tri makronutrijenta, uz proteine i masti. Radi se o molekulama sastavljenima od ugljika, kisika i vodika, a koje tijelo koristi kao izvor energije za svakodnevne aktivnosti.

Ugljikohidrate se najčešće dijeli na monosaharide, disaharide, oligosaharide i polisaharide.

Vrste ugljikohidrata

1. Monosaharidi

Monosaharidi su jednostavni šećeri koji se sastoje od jedne molekule, kao što su glukoza, fruktoza i galaktoza. Ovi jednostavni šećeri imaju i jednostavnu strukturu u kojem su ugljik, vodik i kisik u omjeru 1:2:1.

Glukoza je šećer koji se u organizmu metabolizira u energiju. Budući da je D-izomer dominantan u prirodi, enzimi u ljudskom tijelu su prilagođeni da se mogu spajati samo na šećere u ovoj formi. Fruktoza je strukturalni izomer glukoze, što znači da ima istu kemijsku formulu, ali različitu strukturu (fruktoza je keton u linearnoj formi, dok je glukoza aldehid).

Nakon konzumacije fruktoza se apsorbira i konvertira u glukozu u jetri. Izvori fruktoze su voće, med i kukuruzni sirup. Galaktoza se od glukoze razlikuje samo po poziciji jednog atoma u molekuli, pa je se naziva epimerom glukoze. Galaktoza se spaja s glukozom i stvara laktozu u mlijeku. Nakon apsorpcije, galaktoza se konvertira u glukozu u jetri nakon čega se koristi za stvaranje energije.

2. Disaharidi

Disaharidi su također jednostavni šećeri, a sastoje se od dvije molekule. U ovu skupinu se ubrajaju sukroza, laktoza i maltoza. Oni se stvaraju reakcijom u kojoj se stapaju dvije molekule monosaharida. Veza koja se nalazi između ovih sviju molekula se zove glikozidna veza.

Sukroza se nalazi u kuhinjskom šećeru i sastoji se od molekule glukoze i fruktoze. Laktoza je, kako je ranije rečeno, spoj glukoze i galaktoze. Između ovih dviju molekula se nalazi beta glikozidna veza koju neki ljudi ne mogu probaviti pa se taj slučaj manifestira kao intolerancija na laktozu. Maltoza je molekula sastavljena od dviju molekula glukoze, a koristi se u proizvodnji alkohola. Iako je nema u prirodi, u organizmu se može proizvesti razbijanjem škrobi od strane enzima u ustima.

3. Oligosaharidi

Oligosaharidi i polisaharidi su ugljikohidrati koji sadrže više od dvije molekule jednostavnih šećera, a razlikuju se po dužini strukture. Oligosaharidi obično imaju od 3 do 10 molekula šećera, dok polisaharidi mogu imati i preko 3000 jedinica.

Oligosaharidi su sastavljeni od ponavljajućih jedinica galaktoze, glukoze i fruktoze, a nalazimo ih u grahoricama i mahunarkama. Zbog jedinstvene glikozidne veze, ne mogu biti razbijene na jednostavne šećere pa zbog toga ne mogu biti ni apsorbirane u tankom crijevu već ih najčešće metaboliziraju bakterije u debelom crijevu pri čemu se stvaraju neugodni plinovi.

4. Polisaharidi

Polisaharidi su najčešće monomeri koji se sastoje od tisuća ponavljajućih jedinica glukoze. Najpoznatiji polisaharid je škrob, najčešći oblik ugljikohidrata u biljkama koji dolazi u dva različita oblika, kao amiloza i amilopektin. Izvori škroba su krumpir, grahorice, tjestenina, riža itd. Najpoznatiji amilopektin je glikogen, glavna forma ugljikohidrata koji se pohranjuje u tijelu za proizvodnju energije. Glikogen se pohranjuje u jetri i mišićima odakle se sintetizira i razgrađuje, ovisno o potrebama tijela za energijom.

Probavljive forme polisaharida su poznate kao dijetalna vlakna i dolaze u različitim oblicima, kao celuloza, hemiceluloza, pektin, guma itd. Celuloza je netopivo vlakno, dok su ostali topivi.

Osim ovih šećera, u nukleotidima se nalaze i dodatna dva šećera: RNA i DNA. Oba ova šećera su peterostrani šećeri, dok RNA ima jednu ugljičnu skupinu više od DNA.

Funkcija ugljikohidrata

U ljudskom organizmu, ugljikohidrati imaju šest važnih funkcija:

• opskrba energijom i reguliraju razinu šećera u krvi
• sprječavanje korištenja proteina za energiju
• razbijanje stanice masnih kiselina i prevencija ulaska u stanje ketoze
• sudjelovanje u mnogim biološkim procesima staničnog prepoznavanja
• daju okus i zaslađuju hranu
• služe kao dijetalna vlakna

1. Opskrba energijom i reguliraju razinu šećera u krvi

Glukoza je jedini šećer koji ljudsko tijelo može koristiti za proizvodnju energije. Stoga, svi probavljivi ugljikohidrati moraju biti konvertirani u glukozu kako bi ih se moglo iskoristiti.

Zbog važnosti pravilne stanične funkcije, razina glukoze u krvi mora biti relativno konstantna. Među brojnim metaboličkim funkcijama koje jetra provodi, nalazi se i regulacija šećera u krvi. Tijekom unosa hrane, beta stanice gušterače prepoznaju porast razine šećera u krvi te počinju s izlučivanjem inzulina. Inzulin se veže za stanice glukoze te potiče sintezu glikogena. Na ovaj način, jetra može reakcijom inzulina smanjiti i regulirati povišene razine glukoze.

U suprotnom, hormon glukagon je izlučen u krvotok od strane alfa stanice gušterače kao reakcija na padajuće razine šećera u krvi. Imajući u vidu funkcioniranje stanica mišića i mozga, glukagon podiže razine glukoze. Naime, ovaj hormon brani korištenje glukoze od strane mišića i drugih stanica i potiče razbijanje glikogena i jetri i ispuštanje glukoze u krv. Glukagon potiče i glukoneogenezu, proces koji uključuje sintezu glukoze iz prekursora aminokiselina. Akcijama i inzulina i glukagona, razina šećera u krvi je regulirana između 70 i 115mg/100 ml krvi.

Drugi hormoni koji reguliraju razine glukoze su epinefrin i kortizol. Oba se izlučuju iz nadbubrežne žlijezde. Epinefrin oponaša djelovanje glukagona, dok se kortizol izlučuje tijekom perioda emocionalnog stresa i tijekom treninga.

2. Sprječavanje korištenje proteina za energiju

Dovoljan unos ugljikohidrata hranom sprječava korištenje proteina kao izvora energije. Usporava se proces glukoneogeneze i aminokiseline su oslobođene za biosintezu enzima, antitijela, receptora i drugih važnih proteina. Osim toga, dodatan unos ugljikohidrata sprječava razgradnju mišićnih tkiva (katabolizam) te ulazak u stanje ketoze.

Iako se mozak može priviknuti na korištenje ketona kao goriva za rad, u periodu prije toga pojedinci osjećaju slabost, glavobolje, mučnine i opću slabost.

3. Okus i slatkoća hrane

Jedna manje važna, ali poznata funkcija ugljikohidrata jest davanje okusa i slatkoće hrani. Receptori koji se nalaze na jeziku se povezuju s ugljikohidratima i šalju poruke mozgu o slatkoći hrane. Primjerice, fruktoza je dvostruko slađa od sukroze, a ona je za 30% slađa od glukoze.

Dijetalna vlakna

Dijetalna vlakna imaju važnu ulogu u funkcioniranju organizma. Topiva vlakna neprobavljena prolaze kroz tanko crijevo te se u debelom crijevu razgrađuju na masne kiseline i plinove. Masne kiseline stvorene na ovaj način se u debelom crijevu mogu iskoristiti kao gorivo ili će biti apsorbirane u krvotok. Stoga, dijetalna vlaka su neophodna za normalan rad probavnog trakta.

Općenito govoreći, vlakna pomažu u izbacivanju otpada i toksina iz organizma. Ona pomažu u formiranju stolice te lakšem izbacivanju iz organizma. Upravo smanjen unos vlakana te tvrda stolica potiče nastanak malih rana na debelom crijevu. Osim toga, na ovaj način mogu nastati i hemoroidi.

Sudjelovanje u mnogim biološkim procesima staničnog prepoznavanja

Osim što imaju svoje nutritivne funkcije, ugljikohidrati igraju važnu ulogu u procesima staničnog prepoznavanja. Primjerice, imunoglobulini (antitijela) i peptidni hormoni sadrže sekvence glukoproteina. Ove sekvence se sastoje od aminokiselina vezanih na ugljikohidrate.

Metabolizam ugljikohidrata i vježbanje

Budući da se probavljive vrste ugljikohidrata pretvaraju u glukozu, važno je znati kako glukoza može proizvesti energiju u obliku adenozin trifosfata (ATP) za mnoge stanice i tkiva. Glukoza se metabolizira u tri faze:

1. glikoliza
2. Krebsov ciklus
3. oksidativna fosforilacija

Tijekom vježbanja, razine hormona se izmjenjuju te ovo ometanje homeostaze pojačava metabolizam glukoze i drugih molekula koji nose energiju.

1. Glikoliza

Razbijanje stanica glukoze za proizvodnju energije počinje procesom glikolize. Glukoza ulazi u citosol ili citoplazmu, koloidnu tekućinu unutar stanice. Nakon toga se glukoza razbija na dvije molekule piruvata serijom od 10 različitih reakcija. Svaku reakciju katalizira različit enzim, a rezultat su dvije molekule ATP-a koje nastaju iz svake molekule glukoze. Najvažniji enzim u glikolizi se naziva fosfofruktokinaza (PFK).

Pojednostavljeno, kad je stanica puna ATP-a ili energije, zaustavlja se djelovanje PFK-a i razbijanje glukoze za proizvodnju energije se usporava. Dakle, PFK regulira korištenje glukoze kako bi se zadovoljilo potrebe stanice za energijom. 

2. Krebsov ciklus i oksidativna fosforilacija

Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline je metabolički ciklus u kojem stanica koristi kisik u procesu staničnog disanja, a tijekom kojeg su mnoge komponente proizvedene i uništene. Krebsov ciklus počinje kad se piruvat formiran u citoplazmi tijekom glikolize prenosi u mitohondrij gdje je pohranjena većina energije proizvedena iz glukoze. U mitohondriju se piruvat pretvara u acetil CoA, glavni supstrat Krebsovog ciklusa.

Dalje, on se oslobađa acetilne skupine i stvara limunsku kiselinu, a koja se potom rješava dvije molekule CO2 i pretvara ponovo u molekulu koja iznova ulazi u isti proces. Najbitniji dio ovog ciklusa je dio u kojem se generiraju molekule ATP-a, koje se koriste za proizvodnju energije. Oksidacijom glukoze se, uz niz drugih reakcija, proizvodi molekula ATP-a. Upravo taj proces se naziva oksidativna fosforilacija.

Iako oksidativna fosforilacija ima veliku mogućnost stvaranje energije, stvaranje ATP-a je limitirano kisikom. Naime, kisik je prisutan u stanici cirkuliranjem hemoglobina, ali je dostupan samo onda kada potrebe stanice za energijom ne prelaze razinu proizvodnje ATP-a oksidativnom fosforilacijom.

U ovom slučaju, kad je tijelu potreban veća količina energije, prelazi se na anaerobnu glikolizu kao glavni izvor energije. No, anaerobna glikoliza, osim proizvodnje energije, proizvodi i mliječnu kiselinu što povećava pH vrijednost aktivnih tkiva i izaziva grčeve i umor.

Ugljikohidrati i vježbanje

Metabolizam ugljikohidrata se treba uzimati u obzir i kad se osmišljavaju planovi treninga i ciljevi koji se žele postići. Nutricionisti u svojim planovima prehrane gotovo redovno naglašavaju važnost unosa kompleksnih ugljikohidrata (polisaharida i oligosaharida) kao izvora energije.

Istovremeno, jednostavni šećeri koji se brzo apsorbiraju i završavaju u krvotoku naglo podižu razinu šećera u krvi, te brzo opskrbljuju i energijom. Za razliku od brzih šećera, škrob se prvo mora razbiti na stanice glukoze da bi se mogao apsorbirati u krvotok. Na ovaj način, energija koju se dobiva iz tjestenine ili povrća, polako će ulaziti u krvotok pa i opskrbljivati organizam energijom kroz duži vremenski period.

Stoga, koliko prije treninga treba jesti? Većina će obrok bogat kompleksnim ugljikohidratima isprazniti iz želuca u roku od 3 sata. No, iako se dio energije za trening koristi iz škrobi koja je unesena hranom, većina energije za trening dolazi iz u mišićima pohranjenog glikogena. Stoga, obrok prije treninga je bitan za popunjene zaliha glikogena. Također, zbog mogućnosti da na sebe veže vodu, glikogen omogućava i organizmu da ostane hidriran tijekom treninga.

Gubljenje kilograma svakako je povezano s ugljikohidratima. Fluktuacija hormona potaknuta probavom ugljikohidrata olakšava i topljenje masnog tkiva. Primjerice, unos obroka bogatog ugljikohidratima će potaknuti lučenje inzulina. Inzulin potiče masne stanice otpuštanje masnih kiselina i potiče njihovu sintezu.

Dijete sa sniženim unosom ugljikohidrata i bez tjelesne aktivnosti najčešće usporavaju metabolizam te ne potiču gubitak viška kilograma. Točnije, kilogrami će možda i pasti, ali izgubljeno neće biti masno, već mišićno tkivo uslijed katabolizma koji se događa s nedostatnim unosom nutrijenata. Sa smanjenim udjelom mišićnog tkiva, smanjit će se i bazalni metabolizam (potrošnja energije u stanju mirovanja) budući da mišići u stanju mirovanja i vježbanja troše više energije od masnog tkiva.

Dakle, osmišljena prehrana koja u pravo vrijeme uključuje kvalitetne ugljikohidrate uz redovnu tjelesnu aktivnost najbolji su recept za potrošnju masnog tkiva i stjecanje željene forme. Stoga, uključite kompleksne ugljikohidrate u prehranu, posebno u prvi obrok u danu i obrok prije treninga te tijelo opskrbite energijom i omogućite normalno funkcioniranje metabolizma koje će onda nesmetano koristiti masne zalihe i topiti višak kojeg se želite riješiti.

Objavljeno 11.04.2021.