Buněčná biologie je fascinující vědní obor. Ale molekuly, které pracují uvnitř těchto buněk, to dělají ještě zajímavějším.
Jednou takovou molekulou v našich buňkách je glukóza. Je to primární zdroj energie našeho těla a pohání buňky jako benzín, který pohání auto. Naše tělo si však glukózu nevytváří samo. Pochází především z potravy, kterou jíme, a krev ji pak přenáší do buněk v našem těle. [1]
Vstup glukózy do buněk je dalším fascinujícím procesem. Vědět to nám může pomoci lépe pochopit, jak to buňky přeměňují na energii. Ale co kdybychom to mohli udělat trochu zábavnější? Pojďme prozkoumat, jak glukóza vstupuje do buněk, a uvidíme, zda můžeme přidat trochu elánu do buněčné biologie!
Proč je glukóza důležitá?
Glukóza je jednoduchý cukr (monosacharid) složený ze šesti atomů uhlíku, dvanácti vodíku a šesti atomů kyslíku (C6H12O6). Uchovává chemickou energii potravin ve stabilní formě. Tato energie se uvolňuje do našeho systému, jakmile buňky rozloží glukózu.
Glukóza je nezbytná pro buněčný život téměř všech organismů. Většina buněk v našem těle používá tento jednoduchý cukr jako primární zdroj paliva spolu s tuky a bílkovinami. Získávají z něj energii buněčným dýcháním, které přeměňuje cukry na ATP (adenosintrifosfát). [1-3]
V našem těle je jedním orgánem, který nejvíce potřebuje glukózu, mozek. Ve skutečnosti je to jediný zdroj energie našeho mozku k provádění různých činností. Neurony a jejich chemické posly (neurotransmitery) jej potřebují ke zpracování signálů.
Náš mozek nemůže správně fungovat bez glukózy. Jeho nedostatek brání neuronům ve vytváření neurotransmiterů. Nakonec se neurony snaží vysílat signály do cílových buněk. [4]
Jako hlavní zdroj paliva pro tělo pomáhá glukóza metabolizovat potraviny, které jíme. Pomáhá téměř ve všech fázích buněčného metabolismu, od tvorby energie po tvorbu hormonů a enzymů. Jakmile se glukóza rozpadne, buňky produkují molekulu ATP, která přenáší energii. Tato molekula je zásobárnou energie a téměř pohání každý metabolický proces v buňce. [2, 3]
Poznámka: Metabolismus je chemický proces, který umožňuje našim buňkám přeměnit potravu na energii.
Jak glukóza vstupuje do buněk
Když jíme, jídlo prochází jícnem dolů do našeho žaludku. Žaludek ji pak začne pomocí kyselin a enzymů rozkládat na menší kousky.
Během tohoto procesu naše tělo přeměňuje částice potravy na glukózu. Poté putuje do střev. Odtud se dostává do našeho krevního oběhu. Poté inzulín převezme kontrolu a přesune glukózu z krve do našich buněk. Když glukóza prochází krví, často to nazýváme krevní cukr. [5, 6]
Vstup glukózy do buněk však není tak snadný, jak se zdá. Lipidová dvojvrstva buněk jí brání ve vstupu kvůli její polární povaze. Ke vstupu do buněk tedy využívá specifické transportní proteiny zvané transportéry glukózy.
Obrázek 1. Metabolismus glukózy v normální buňce
Zdroj: Martel a kolega [16], CC-BY-4.0.
Nosné proteiny obvykle transportují různé molekuly v závislosti na typu zapojené buňky. Mají specializované receptory navržené k identifikaci specifických molekul, jako je glukóza. Tyto proteiny pak pomáhají glukóze dostat se do našich buněk pro použití nebo skladování jako energie. Obecně platí, že většina buněk může exprimovat několik typů přenašečů glukózy. [7, 8]
Vychytávání glukózy uvnitř našich buněk obvykle zahrnuje dva typy transportních proteinů:
- Transportéry závislé na sodíku. Tento typ transportéru přesouvá sodík přes buněčnou membránu prostřednictvím aktivního transportu. Sodík pak difunduje dolů a nese molekulu glukózy uvnitř buňky. Tento proces však potřebuje buněčnou energii k transportu glukózy přes plazmatickou membránu. [7]
- Transportéry nezávislé na sodíku. Tento typ transportéru se nespoléhá na sodík při transportu glukózy dovnitř a ven z buněk. Umožňuje glukóze vstoupit do buňky prostřednictvím procesu zvaného usnadněná difúze. Během tohoto procesu působí specifické proteiny jako brána pro molekuly, které procházejí lipidovou bariérou. Tento proces nepotřebuje žádnou energii z buňky a přesune do ní glukózu s malým úsilím. Jako by ne VSTUP do nebo VÝSTUP z cely se stalo. [9]
Stručně řečeno, přenášením glukózy tyto transportní proteiny dodávají našim buňkám palivo, které potřebují. Zajišťují také, že do buňky vstupuje pouze správné množství glukózy. Pokud ne, příliv glukózy by brzdil metabolické procesy v našich buňkách. Nakonec to může vést k nežádoucím vedlejším účinkům, jako je zánět nebo otok. [7-9]
Jednoduše řečeno, transportní proteiny regulují glukózu, aby udržely vnitřní stabilitu našich těl.
Co dělá glukóza v našem těle?
Když glukóza vstoupí do našeho systému, cestuje po celém těle krevním řečištěm. Dokud zůstává v krvi, využívá oběhový systém jako palivové potrubí. Glukóza opouští toto potrubí, když hladina cukru v krvi stoupá nebo když naše buňky potřebují doplnit zásoby paliva.
Naše těla pracují tak, aby udržovala konstantní hladinu glukózy v krvi. Slinivka břišní hraje klíčovou roli v tom, jak se naše tělo vypořádává s krevními cukry. Jeho beta buňky kontrolují hladinu glukózy v naší krvi každých pár sekund. Tyto buňky uvolňují inzulín, když zaznamenají zvýšení hladiny cukru. [8]
Glukóza v naší krvi se nemůže sama dostat do buněk. Potřebuje pomoc opustit krevní oběh. Inzulin dělá tuto práci za to tím, že funguje jako klíč. Říká buňkám, aby se odemkly, aby do nich mohla vstoupit glukóza. Glukóza se poté pohybuje z krve a váže se na transportní protein na povrchu buněk. Jakmile překročí lipidové bariéry, buňky jej použijí nebo uloží, jak uznají za vhodné. [8, 10]
Co se stane, když budu mít diabetes?
K cukrovce dochází, když naše tělo nedokáže vytvořit dostatek inzulínu. Nedostatek inzulínu znamená více glukózy v krvi než obvykle. Tato vysoká hladina cukru v krvi vede časem ke stavu zvanému hyperglykémie. Tento stav může změnit způsob, jakým naše tělo zpracovává a ukládá glukózu v našich buňkách.
U hyperglykemických lidí se glukóza dostává do buněk pomaleji než obvykle kvůli nízké hladině inzulínu. Takže uvízne v krevním řečišti, místo aby se dostal do buněk. Pokud tam glukóza zůstane po dlouhou dobu, může poškodit krevní cévy přivádějící kyslík do našich orgánů. [11, 12]
Navíc omezený přístup ke glukóze může připravit buňky o palivo, které potřebují, aby dobře fungovaly. Buňky pak začnou využívat tělesný tuk jako palivo. Toto spalování tuků může časem vést k život ohrožující zdravotní komplikaci zvané diabetická ketoacidóza (vysoká hladina kyseliny v krvi). [13, 14]
Pacienti s diabetem by měli užívat léky a změnit životní styl, aby udrželi hladinu cukru v krvi pod kontrolou. Změny životního stylu, které mohou provést, zahrnují následující:
- Jíst vyváženou stravu
- Výběr potravin s nízkým glykemickým indexem (GI)
- Jíst pravidelně
- Pití velkého množství vody
- Vyhněte se kouření a alkoholu
- Hubnout
- Vstup do cvičebního programu
Často kladené otázky (FAQ)
Kde se ukládá přebytečná glukóza?
Poté, co buňky doplní své energetické potřeby, uloží zbývající glukózu v malých svazcích tím, že ji přemění na glykogen. Glykogen se ukládá v játrech a svalech. Naše těla si mohou uchovat dostatek glykogenu, který nám postačí na jeden den.
Pokud však glukóza zůstane i po jejím uložení jako glykogen, naše tělo ji přemění na tuk. K této přeměně často dochází v játrech a tukových tkáních. A pokud náš příjem sacharidů pravidelně překračuje limity pro ukládání glykogenu, tuky se začnou hromadit. Toto nahromadění tuku zvyšuje riziko různých stavů, včetně cukrovky, ztučnění jater a srdečních chorob. [8, 10]
Jak se molekuly glukózy používají uvnitř buněk?
Když se glukóza naváže na povrch buňky, transportní proteiny jí pomohou dostat se dovnitř. Buňka pak využívá nebo skladuje glukózu, jak uzná za vhodné. Pokud buňka potřebuje doplnit zásoby paliva, rozloží glukózu a vytvoří ATP (viz obrázek 1).
Molekula ATP je jako měna buněčné energie. Buňky jej využívají k pohonu téměř všech činností, včetně metabolických reakcí, kognitivních procesů a genové exprese. [15]
Rady pro kontrolu rychlosti trávení glukózy
Jedním z účinných způsobů, jak udržet hladinu cukru v krvi pod kontrolou, je regulace rychlosti trávení glukózy. Tímto způsobem můžeme udržet stabilní hladinu cukru v krvi a vyhnout se náhlému nárůstu. Níže jsou uvedeny některé techniky, které lze použít k regulaci rychlosti trávení:
- Zkuste jíst potraviny s nízkým GI a vysokým obsahem vlákniny. Tyto výběry potravin zpomalí rychlost trávení, protože tyto potraviny obsahují méně stravitelné sacharidy.
- Jezte pomalu. Když jíme pomalu, pomáhá nám to lépe sledovat, kolik toho zkonzumujeme. Tento stravovací návyk může zajistit, že se nepřejídáme.
- Vyberte si komplexní jídla. Zvažte v jídle složité sacharidy než jednoduché cukry, abyste zpomalili trávicí proces. Naše těla rychle absorbují jednoduché cukry, jako je bílá rýže nebo bílý chléb. Tato rychlá rychlost trávení může způsobit náhlé zvýšení hladiny cukru v krvi.
Závěrečné myšlenky
Glukóza je primárním zdrojem energie pro téměř všechny buňky v našem těle. Ale když hladina glukózy v krvi zůstává vysoká po dlouhou dobu, mohou nastat různé zdravotní problémy.
Proto by ti s diabetem měli rozumět tomu, jak glukóza vstupuje do našich buněk a jak je využívána. S těmito znalostmi mohou lépe regulovat hladinu cukru v krvi a vyhnout se nepřiměřeným výkyvům glukózy.
Reference
1. Chen LQ, Cheung LS, Feng L, Tanner W, Frommer WB. Transport cukrů. Annu Rev Biochem. 2. června 2015; 84 (1): 865-94. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-060614-033904.
2. Richter EA, Hargreaves M. Cvičení, GLUT4 a příjem glukózy kosterním svalstvem. Fyziologické recenze. 1. července 2013; 93(3):993-1017. DOI: https://doi.org/10.1152/physrev.00038.2012.
3. Gurung P, Zubair M, Jialal I. Plazmatická glukóza. StatPearls. 23. listopadu 2022. ID knihovny: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/nbk541081/.
4. Hwang JJ, Jiang L, Sanchez Rangel E, Fan X, Ding Y, Lam W, Leventhal J, Dai F, Rothman DL, Mason GF, Sherwin RS. Glykemická variabilita a hladiny glukózy v mozku u diabetu 1. typu. Diabetes. 1. ledna 2019;68(1):163-71. DOI: https://doi.org/10.2337/db18-0722.
5. Mulukutla BC, Yongky A, Le T, Mashek DG, Hu WS. Regulace metabolismu glukózy – pohled z buněčného biozpracování. Trendy v biotechnologiích. 1. srpna 2016;34(8):638-51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2016.04.012.
6. Chandel NS. Metabolismus sacharidů. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii. 1. ledna 2021;13(1):a040568. DOI: https://doi.org/10.1101/cshperspect.a040568.
7. Navale AM, Paranjape AN. Transportéry glukózy: fyziologická a patologická role. Biofyzikální recenze. březen 2016;8(1):5-9. DOI: https://doi.org/10.1007%2Fs12551-015-0186-2.
8. Hantzidiamantis PJ, Lappin SL. Fyziologie, Glukóza. In: StatPearls [Internet]. Ostrov pokladů (FL): StatPearls Publishing; ID knihovny z ledna 2022: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK545201/.
9. Szablewski L. Úvodní kapitola: glukózové transportéry. Hladiny glukózy InBlood 2019 18. února IntechOpen. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.82263.
10. Nakrani MN, Wineland RH, Anjum F. Fyziologie, Metabolismus glukózy. In: StatPearls [Internet]. Ostrov pokladů (FL): StatPearls Publishing; ID knihovny z ledna 2022:: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560599/.
11. Richter B, Hemmingsen B, Metzendorf MI, Takwoingi Y. Vývoj diabetes mellitus 2. typu u lidí se střední hyperglykémií. Cochranova databáze systematických recenzí. 2018(10):CD012661. DOI: https://doi.org/10.1002%2F14651858.CD012661.pub2.
12. Tabák AG, Herder C, Rathmann W, Brunner EJ, Kivimäki M. Prediabetes: a high-risk state for diabetes development. Lancet. 16. června 2012;379(9833):2279-90. DOI: https://doi.org/10.1016/s0140-6736(12)60283-9.
13. Berbudi A, Rahmadika N, Tjahjadi AI, Ruslami R. Diabetes 2. typu a jeho vliv na imunitní systém. Aktuální recenze diabetu. Květen 2020;16(5):442. DOI: https://doi.org/10.2174/1573399815666191024085838.
14. Khan RM, Chua ZJ, Tan JC, Yang Y, Liao Z, Zhao Y. Od prediabetu k diabetu: diagnostika, léčba a translační výzkum. Medicina. 29. srpna 2019;55(9):546. DOI: https://doi.org/10.3390/medicina55090546.
15. Bonora M, Patergnani S, Rimessi A, De Marchi E, Suski JM, Bononi A, Giorgi C, Marchi S, Missiroli S, Poletti F, Wieckowski MR. Syntéza a skladování ATP. Purinergní signalizace. 2012 září;8(3):343-57. DOI: https://doi.org/10.1007/s11302-012-9305-8.
16. Keating E, Martel F. Antimetabolické účinky polyfenolů v buňkách rakoviny prsu: Zaměření na příjem glukózy a metabolismus. Hranice ve výživě. 16. dubna 2018, 5:25. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2018.00025.
Official staff of Sinocare.
Note: All information on Sinocare blog articles is for educational purposes only. For specific medical advice, diagnoses, and treatment, consult your doctor.
← Starší příspěvek Novější příspěvek →