Biologia komórki to fascynująca dziedzina nauki. Ale cząsteczki działające wewnątrz tych komórek sprawiają, że jest to jeszcze bardziej interesujące.
Jedną z takich cząsteczek w naszych komórkach jest glukoza. Jest to główne źródło energii naszego organizmu, które zasila komórki niczym benzyna napędzająca samochód. Jednak nasz organizm nie wytwarza glukozy samodzielnie. Pochodzi głównie z pożywienia, które jemy, a następnie krew przenosi go do komórek naszego ciała. [1]
Kolejnym fascynującym procesem jest wnikanie glukozy do komórek. Wiedza o tym może pomóc nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób komórki przekształcają ją w energię. Ale co by było, gdybyśmy mogli sprawić, że nauka będzie trochę przyjemniejsza? Zbadajmy, w jaki sposób glukoza dostaje się do komórek i zobaczmy, czy możemy dodać trochę pikanterii do biologii komórkowej!
Dlaczego glukoza jest ważna?
Glukoza to cukier prosty (monosacharyd) składający się z sześciu atomów węgla, dwunastu atomów wodoru i sześciu atomów tlenu (C6H12O6). Przechowuje energię chemiczną żywności w stabilnej formie. Energia ta zostaje uwolniona do naszego organizmu, gdy komórki rozkładają glukozę.
Glukoza jest niezbędna do życia komórkowego prawie wszystkich organizmów. Większość komórek w naszym organizmie wykorzystuje ten prosty cukier jako główne źródło paliwa, obok tłuszczów i białek. Pozyskują z niego energię poprzez oddychanie komórkowe, które przekształca cukry w ATP (trifosforan adenozyny). [1-3]
W naszym organizmie narządem, który najbardziej potrzebuje glukozy, jest mózg. W rzeczywistości jest to jedyne źródło energii naszego mózgu potrzebnej do wykonywania różnych czynności. Neurony i ich przekaźniki chemiczne (neuroprzekaźniki) potrzebują go do przetwarzania sygnałów.
Bez glukozy nasz mózg nie może prawidłowo funkcjonować. Jej brak powstrzymuje neurony od wytwarzania neuroprzekaźników. W końcu neurony mają trudności z wysłaniem sygnałów do komórek docelowych. [4]
Jako główne źródło paliwa organizmu, glukoza pomaga metabolizować żywność, którą jemy. Pomaga na prawie wszystkich etapach metabolizmu komórkowego, od wytwarzania energii po wytwarzanie hormonów i enzymów. Po rozpadzie glukozy komórki wytwarzają cząsteczkę przenoszącą energię ATP. Cząsteczka ta jest magazynem energii i niemal napędza każdy proces metaboliczny w komórce. [2, 3]
Uwaga: metabolizm to proces chemiczny, który umożliwia naszym komórkom przekształcanie pożywienia w energię.
Jak glukoza dostaje się do komórek
Kiedy jemy, pokarm przedostaje się do żołądka przez przełyk. Następnie żołądek zaczyna rozkładać go na mniejsze kawałki za pomocą kwasów i enzymów.
Podczas tego procesu nasz organizm zamienia cząsteczki jedzenia w glukozę. Następnie trafia do jelit. Stamtąd trafia do naszego krwioobiegu. Następnie insulina przejmuje kontrolę i przenosi glukozę z krwi do naszych komórek. Kiedy glukoza przemieszcza się przez krew, często nazywamy ją cukrem we krwi. [5, 6]
Jednak przedostanie się glukozy do komórek nie jest tak proste, jak się wydaje. Dwuwarstwa lipidowa komórek blokuje jej przedostawanie się ze względu na jej polarny charakter. Aby przedostać się do komórek, wykorzystuje specyficzne białka transportowe zwane transporterami glukozy.
Rysunek 1. Metabolizm glukozy w normalnej komórce
Źródło: Martel i współpracownik [16], CC-BY-4.0.
Białka nośnikowe zwykle transportują różne cząsteczki w zależności od rodzaju zaangażowanej komórki. Mają wyspecjalizowane receptory zaprojektowane do identyfikacji określonych cząsteczek, takich jak glukoza. Białka te pomagają następnie glukozie przedostać się do naszych komórek w celu wykorzystania lub magazynowania jako energia. Ogólnie rzecz biorąc, większość komórek może wykazywać ekspresję kilku typów transporterów glukozy. [7, 8]
W pobieraniu glukozy przez nasze komórki zwykle biorą udział dwa rodzaje białek transportowych:
- Transportery zależne od sodu. Ten typ transportera przenosi sód przez błonę komórkową poprzez transport aktywny. Następnie sód dyfunduje w dół, przenosząc cząsteczkę glukozy do wnętrza komórki. Proces ten wymaga jednak energii komórkowej do transportu glukozy przez błonę plazmatyczną. [7]
- Transportery niezależne od sodu. Ten typ transportera nie wykorzystuje sodu do transportu glukozy do i z komórek. Umożliwia glukozie przedostanie się do komórki w procesie zwanym dyfuzją ułatwioną. Podczas tego procesu określone białka działają jak brama dla cząsteczek przedostających się przez barierę lipidową. Proces ten nie wymaga energii z komórki i przenosi do niej glukozę przy niewielkim wysiłku. To tak, jakby nie WEJŚCIE do lub WYJŚCIE z celi się wydarzyło. [9]
Krótko mówiąc, przenosząc glukozę, te białka transportowe zapewniają naszym komórkom paliwo, którego potrzebują. Dbają również o to, aby do komórki dostała się tylko odpowiednia ilość glukozy. W przeciwnym razie napływ glukozy utrudniłby procesy metaboliczne w naszych komórkach. Ostatecznie może to spowodować niepożądane skutki uboczne, takie jak stan zapalny lub obrzęk. [7-9]
Mówiąc najprościej, białka transportowe regulują glukozę, aby utrzymać wewnętrzną stabilność naszego organizmu.
Co robi glukoza w naszym organizmie?
Kiedy glukoza dostaje się do naszego organizmu, rozprzestrzenia się po całym organizmie wraz z krwią. Dopóki pozostaje we krwi, wykorzystuje układ krwionośny jak rurociąg paliwowy. Glukoza opuszcza ten rurociąg, gdy wzrasta poziom cukru we krwi lub gdy nasze komórki muszą ponownie uzupełnić zapasy paliwa.
Nasz organizm pracuje w taki sposób, aby utrzymać stały poziom glukozy we krwi. Trzustka odgrywa kluczową rolę w tym, jak nasz organizm radzi sobie z poziomem cukru we krwi. Jego komórki beta co kilka sekund sprawdzają poziom glukozy w naszej krwi. Komórki te uwalniają insulinę, gdy wykryją wzrost poziomu cukru. [8]
Glukoza znajdująca się w naszej krwi nie może sama przedostać się do komórek. Potrzebuje pomocy, aby opuścić krwiobieg. Insulina wykonuje to zadanie, działając jak klucz. Mówi komórkom, aby się odblokowały, aby glukoza mogła przedostać się do ich wnętrza. Następnie glukoza przemieszcza się z krwi i przyłącza się do białka transportowego na powierzchni komórek. Gdy przekroczy barierę lipidową, komórki wykorzystują ją lub przechowują według własnego uznania. [8, 10]
Co się stanie, jeśli będę mieć cukrzycę?
Cukrzyca pojawia się, gdy organizm nie wytwarza wystarczającej ilości insuliny. Brak insuliny oznacza więcej glukozy we krwi niż zwykle. Ten wysoki poziom cukru we krwi z czasem prowadzi do stanu zwanego hiperglikemią. Ten stan może zmienić sposób, w jaki nasz organizm przetwarza i przechowuje glukozę w naszych komórkach.
U osób z hiperglikemią glukoza dociera do komórek wolniej niż zwykle ze względu na niski poziom insuliny. Dlatego zamiast przedostać się do komórek, utknie w krwiobiegu. Jeśli glukoza pozostanie tam przez dłuższy czas, może uszkodzić naczynia krwionośne przenoszące tlen do naszych narządów. [11, 12]
Co więcej, ograniczony dostęp do glukozy może pozbawić komórki paliwa potrzebnego do prawidłowego funkcjonowania. Komórki zaczynają następnie wykorzystywać tkankę tłuszczową jako paliwo. Z biegiem czasu spalanie tłuszczu może prowadzić do zagrażających życiu powikłań zdrowotnych, zwanych cukrzycową kwasicą ketonową (wysoki poziom kwasu we krwi). [13, 14]
Pacjenci z cukrzycą powinni przyjmować leki i wprowadzać zmiany w stylu życia, aby kontrolować poziom cukru we krwi. Modyfikacje stylu życia, jakie mogą wprowadzić, obejmują:
- Stosowanie zrównoważonej diety
- Wybieranie żywności o niskim indeksie glikemicznym (IG)
- Regularne spożywanie posiłków
- Picie dużej ilości wody
- Unikaj palenia i alkoholu
- Tracić na wadze
- Dołączenie do programu ćwiczeń
Często zadawane pytania (FAQ)
Gdzie magazynowany jest nadmiar glukozy?
Gdy komórki uzupełnią swoje zapotrzebowanie energetyczne, przechowują pozostałą glukozę w małych wiązkach, przekształcając ją w glikogen. Glikogen magazynowany jest w wątrobie i mięśniach. Nasze ciała mogą przechowywać wystarczającą ilość glikogenu, aby zapewnić nam energię na około jeden dzień.
Mimo to, jeśli glukoza pozostanie nawet po zmagazynowaniu jej w postaci glikogenu, nasze ciała przekształcają ją w tłuszcz. Ta konwersja często zachodzi w wątrobie i tkance tłuszczowej. A jeśli spożycie węglowodanów regularnie przekracza limity magazynowania glikogenu, tłuszcze zaczynają się gromadzić. To gromadzenie się tłuszczu zwiększa ryzyko różnych schorzeń, w tym cukrzycy, stłuszczenia wątroby i chorób serca. [8, 10]
W jaki sposób cząsteczki glukozy są wykorzystywane wewnątrz komórek?
Kiedy glukoza wiąże się z powierzchnią komórki, białka transportowe pomagają jej przedostać się do środka. Następnie komórka wykorzystuje lub przechowuje glukozę według własnego uznania. Jeśli komórka potrzebuje uzupełnienia zapasów paliwa, rozkłada glukozę, tworząc ATP (patrz rysunek 1).
Cząsteczka ATP jest jak komórkowa waluta energetyczna. Komórki wykorzystują go do napędzania niemal wszystkich czynności, w tym reakcji metabolicznych, procesów poznawczych i ekspresji genów. [15]
Porady dotyczące kontrolowania szybkości trawienia glukozy
Jednym ze skutecznych sposobów kontrolowania poziomu cukru we krwi jest regulacja szybkości trawienia glukozy. W ten sposób możemy utrzymać stały poziom cukru we krwi, unikając nagłego skoku. Poniżej przedstawiono kilka technik, które można zastosować w celu regulacji szybkości trawienia:
- Staraj się jeść produkty o niskim IG i wysokiej zawartości błonnika. Takie wybory żywieniowe spowalniają tempo trawienia, ponieważ zawierają mniej strawnych węglowodanów.
- Jedz powoli. Kiedy jemy powoli, pomaga nam to lepiej monitorować, ile jemy. Dzięki temu nawykowi żywieniowemu nie będziemy się przejadać.
- Wybieraj złożone posiłki. Rozważ złożone węglowodany zamiast prostych cukrów w posiłkach, aby spowolnić proces trawienia. Nasze ciała szybko wchłaniają cukry proste, takie jak biały ryż lub biały chleb. Ta duża prędkość trawienia może spowodować nagły wzrost poziomu cukru we krwi.
Końcowe przemyślenia
Glukoza jest głównym źródłem energii dla prawie wszystkich komórek naszego ciała. Kiedy jednak poziom glukozy we krwi utrzymuje się przez długi czas na wysokim poziomie, mogą wystąpić różne problemy zdrowotne.
Dlatego osoby chore na cukrzycę powinny wiedzieć, w jaki sposób glukoza dostaje się do naszych komórek i jest wykorzystywana. Dzięki tej wiedzy mogą lepiej regulować poziom cukru we krwi i unikać nadmiernych skoków glukozy.
Bibliografia
1. Chen LQ, Cheung LS, Feng L, Tanner W, Frommer WB. Transport cukrów. Annu Rev Biochem. 2 czerwca 2015 r.;84(1):865-94. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-060614-033904.
2. Richter EA, Hargreaves M. Ćwiczenia, GLUT4 i wychwyt glukozy w mięśniach szkieletowych. Przeglądy fizjologiczne. 1 lipca 2013; 93(3):993-1017. DOI: https://doi.org/10.1152/physrev.00038.2012.
3. Gurung P, Zubair M, Jialal I. Glukoza w osoczu. StatPerły. 23 listopada 2022 r. Identyfikator półki na książki: 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. Zmienność glikemii i poziom glukozy w mózgu w cukrzycy typu 1. Cukrzyca. 1 stycznia 2019 r.;68(1):163-71. DOI: https://doi.org/10.2337/db18-0722.
5. Mulukutla BC, Yongky A, Le T, Mashek DG, Hu WS. Regulacja metabolizmu glukozy – perspektywa bioprzetwarzania komórek. Trendy w biotechnologii. 1 sierpnia 2016 r.;34(8):638-51. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2016.04.012.
6. Chandel NS. Metabolizm węglowodanów. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii. 1 stycznia 2021 r.;13(1):a040568. DOI: https://doi.org/10.1101/cshperspect.a040568.
7. Navale AM, Paranjape AN. Transportery glukozy: rola fizjologiczna i patologiczna. Przeglądy biofizyczne. 2016 marzec;8(1):5-9. DOI: https://doi.org/10.1007%2Fs12551-015-0186-2.
8. Hantzidiamantis PJ, Lappin SL. Fizjologia, glukoza. W: StatPearls [Internet]. Wyspa Skarbów (Floryda): wydawnictwo StatPearls; Identyfikator półki na książki, styczeń 2022 r.: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK545201/.
9. Szablewski L. Rozdział wprowadzający: Transportery glukozy. Poziomy glukozy we krwi 2019, 18 lutego. IntechOpen. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.82263.
10. Nakrani MN, Wineland RH, Anjum F. Fizjologia, metabolizm glukozy. W: StatPearls [Internet]. Wyspa Skarbów (Floryda): wydawnictwo StatPearls; Identyfikator półki na książki, styczeń 2022 r.:: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560599/.
11. Richter B, Hemmingsen B, Metzendorf MI, Takwoingi Y. Rozwój cukrzycy typu 2 u osób z pośrednią hiperglikemią. Baza danych przeglądów systematycznych Cochrane. 2018(10):CD012661. DOI: https://doi.org/10.1002%2F14651858.CD012661.pub2.
12. Tabák AG, Herder C, Rathmann W, Brunner EJ, Kivimäki M. Stan przedcukrzycowy: stan wysokiego ryzyka rozwoju cukrzycy. Nazwa naukowego czasopisma medycznego. 16 czerwca 2012 r.;379(9833):2279-90. DOI: https://doi.org/10.1016/s0140-6736(12)60283-9.
13. Berbudi A, Rahmadika N, Tjahjadi AI, Ruslami R. Cukrzyca typu 2 i jej wpływ na układ odpornościowy. Aktualne recenzje cukrzycy. 2020 maj;16(5):442. DOI: https://doi.org/10.2174/1573399815666191024085838.
14. Khan RM, Chua ZJ, Tan JC, Yang Y, Liao Z, Zhao Y. Od stanu przedcukrzycowego do cukrzycy: diagnoza, leczenie i badania translacyjne. Medycyna. 29 sierpnia 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, Więckowski MR. Synteza i magazynowanie ATP. Sygnalizacja purynergiczna. wrzesień 2012; 8(3):343-57. DOI: https://doi.org/10.1007/s11302-012-9305-8.
16. Keating E, Martel F. Antymetaboliczne działanie polifenoli w komórkach raka piersi: skupienie się na wychwycie i metabolizmie glukozy. Granice w żywieniu. 2018 16 kwietnia; 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.