Skrevet af Jens Lund, BSc i Biokemi, Professionsbachelor i Ernærig og Sundhed

Vi så i en tidligere artikel, hvordan proteinerne i kosten fordøjes, optages og udnyttes i proteinsyntesen (læs artiklen her). I forlængelse heraf er det naturligt også at gennemgå fordøjelsen og omsætningen af kulhydrat og fedt.

I denne artikel vil vi derfor se nærmere på, hvad der sker i mave-tarmsystemet og senere ude i kroppens celler med de kulhydrater, vi indtager gennem kosten. At have et basalt indblik i disse processer kan bl.a. være gavnligt for forståelsen, når diskussionerne på diverse træningssites når op på et lidt højere teoretisk niveau. For at begrænse artiklens omfang, vil den ikke omhandle kostfibre samt deres fysiologiske og sygdomsforebyggende effekter.

Hvad er kulhydrat?

Kulhydrater er stoffer, der består af kulstof (carbon), ilt (oxygen) og brint (hydrogen). Navnet kulhydrater skyldes for det første, at de indeholder kulstof og for det andet, at hydrogen og oxygen indgår i samme forhold som i vand – 2:1. Kulhydraterne i kosten inddeles efter deres størrelse i monosakkarider, disakkarider, oligosakkarider og polysakkarider. Nedenfor kan du se nogle de vigtigste kulhydrater i kosten, samt hvad de består af.

Monosakkarider – Består af ét sukkermolekyle (hexose)

• Glukose
• Fruktose 
• Galaktose

Vi ser, at monosakkariderne er såkaldte hexoser. Betegnelsen hexose henviser blot til, at de indeholder 6 kulstof-atomer. Frit galaktose findes sjældent i fødevarer, mens glukose og fruktose hovedsageligt findes i frugt, bær, juice og visse grønsager. Glukose er fysiologisk set det vigtigste kulhydrat, idet alle kroppens celler kan udnytte glukose, og når man taler om blodsukkerets niveau, er det også blodets indhold af glukose, man omtaler. Galaktose findes i mælk fra pattedyr, idet galaktosen i mælkekirtler sættes sammen med glukose så der dannes laktose.
 

• Maltose (Glukose + glukose) 
• Laktose (Glukose + galaktose) 
• Sukrose (Glukose + fruktose)

De 3 disakkarider betegnes også maltsukker, mælkesukker og rørsukker, og som du kan se, er de sammensat af to monosakkarider. Sukrose er det, vi kender som almindeligt hvidt bordsukker og findes tilsat i et hav af fødevarer. Laktose findes i mælk og mejeriprodukter og maltose findes f.eks. i øl.
 

• Eksempelvis maltodextrin, som er opbygget af glukose

 
Polysakkarider – Består af > 10 sukkermolekyler (hexoser)

• Stivelse, som er opbygget af glukose 
• Cellulose (kostfiber som også er opbygget af glukose)

Både stivelse og cellulose er opbygget udelukkende af glukose, men på trods af dette, er det kun stivelsen, vi kan fordøje. Denne forskel i fordøjeligheden skyldes forskelle i de to stoffers opbygning. I stivelse er glukosemolekylerne sat sammen vha. alfa-bindinger, mens der i cellulose er tale om beta-bindinger. Kroppen danner ikke et enzym, der er i stand til at spalte beta-bindingerne i cellulose, hvorfor cellulose altså er et ufordøjeligt kulhydrat.
 

Fordøjelsen af kulhydrat

Det er kun monosakkariderne, der er små nok til at kunne blive optaget i tarmvæggen. Formålet med fordøjelsen af disakkarider, oligosakkarider og polysakkarider er derfor, at få dem nedspaltet til monosakkarider.

Fordøjelsen af kulhydrat starter i munden, hvor spyt udskilles fra 3 spytkirtler. I spyttet findes enzymet spytamylase, som starter nedbrydningen af stivelse. Spytamylasen klipper de lange kæder af glukose over til mindre kæder, således at der dannes oligosakkarider (dekstriner). Da maden kun opholder sig kortvarigt i mundhulen, er det dog ikke særlig meget stivelse, der når at blive spaltet i munden.

I mavesækken kan spytamylasen ikke fungere ved det lave pH. Der vil dog alligevel blive fordøjet lidt stivelse, idet føden i mavesækkens øverste del vil placerer sig på en hensigtsmæssig måde, der beskytter spytamylasen med det lave pH.

I tolvfingertarmen fortsættes fordøjelsen af stivelse. Fra bugspytkirtlen udskilles nemlig et sekret der indeholder amylase og det basiske stof bikarbonat. Bikarbonat hæver pH så meget, at amylase kan genoptage nedspaltningen af stivelse til maltose.

Den sidste del af kulhydratfordøjelsen foregår i tyndtarmen vha. de 3 kulhydratspaltende enzymer maltase, laktase og sukrase. Disse 3 enzymer spalter disakkarider til monosakkarider. Maltase spalter maltose til 2 glukosemolekyler, laktase spalter laktose til glukose og galaktose, og sukrase spalter sukrose til glukose og fruktose. Efter fordøjelsen i tyndtarmen bliver monosakkariderne optaget gennem tyndtarmens væg og ført over i blodet.

Nedenfor ses en samlet oversigt over fordøjelsen af kulhydrat:
 

Optagelsen af monosakkarider

Efter fordøjelsen i tyndtarmen bliver monosakkariderne optaget gennem tyndtarmens væg og ført over i blodet. Glukose og galaktose optages meget effektivt vha. et transportprotein kaldet GLUT2.

En del af fruktosen bliver i tarmepitelcellerne omdannet til laktat og glukose, mens resten optages af transportproteinet GLUT5. Fra tarmepitelcellerne optages monosakkariderne i de venøse blodkar, som omgiver tarmepitelet, og føres derefter via lever-portåren til leveren.

Omsætningen af kulhydrat 

I leveren bliver galaktose og den resterende fruktose omdannet til glukose eller forbrændt direkte i leveren. Det er derfor næsten udelukkende glukose, der frigøres fra leveren og føres med blodet videre til andre organer og væv. 

Glukose er kroppens foretrukne brændstof og kan lagres i form af glykogen i lever og muskler.  Glykogen er ligesom stivelse lange kæder af glukosemolekyler, der er sat sammen. Lagringskapaciteten er dog begrænset til ca. 100 g i leveren og 300 – 400 g i musklerne. Det er meget praktisk at deponere glukose i form af glykogen i stedet for frit glukose. Dette skyldes, at ophobning af glukose i cellerne vil medfører en ekstrem indsugning af væske (osmose), hvilket ville sprænge cellerne i stykker. Den osmotiske effekt reduceres kraftigt ved at deponere glukose i form af glykogen. Man kommer dog ikke uden om, at der, for hvert gram glykogen der deponeres i muskel- og levercellerne, bindes 3 gram vand.
 

Regulering af blodsukkeret 

Blodsukkeret ligger normalt mellem 4 og 6 mmol/L hos raske personer, men kan stige op til 8 mmol/L efter et måltid. Denne stigning i blodsukkeret stimulerer de såkaldte beta-celler i bugspytkirtlen til at øge deres udskillelse af insulin. Insulin sænker blodsukkeret ved at fremme især muskel- og fedtcellers optagelse af glukose. Mere præcist virker insulin ved at øge mængden af de transportproteiner der kaldes GLUT4 i cellemembranerne. Dette sætter muskel- og fedtcellerne i stand til at optage glukosen, som strømmer rundt i blodet, og dermed forhindre en fuldstændig uhæmmet stigning i blodsukkeret. Insulin fremmer desuden dannelsen af glykogen i musklerne og fedt i fedtcellerne, øger glukoseforbrændingen i de fleste celler og forhindrer leverens omdannelse af protein til glukose. 

Imellem måltiderne falder blodsukkeret, idet glukose konstant bruges i bl.a. de røde blodlegemer og nervesystemet. Hypoglykæmi (for lavt blodsukker) er en tilstand, hvor koncentrationen af glukose i blodet er helt nede på 2 – 3 mmol/L. Hypoglykæmi kan udover, at nedsætte arbejdsevnen, som du sikkert har oplevet, også føre til bevidstløshed, idet centralnervesystemet er dybt afhængigt af glukose. Det er derfor hensigtsmæssigt, at et lavt blodsukker stimulerer bugspytkirtlens alfa-celler til at udskille hormonet glukagon. Glukagon fremmer nedbrydningen af glykogen i leveren (glykogenolysen), og modvirker således et for kraftigt fald i blodsukkeret mellem måltiderne. Er glykogendepotet helt tomt, vil glukagon fremme omdannelsen af bl.a. aminosyrer til glukose (glukoneogenesen) samt fedtforbrændingen.

Adrenalin, kortisol og væksthormon deltager også i blodsukkerreguleringen. Deres samt insulins og glukagons funktioner er samlet nedenfor.
 

Forbrænding af glukose

Vi ved, at 1 g kulhydrat (glukose) giver energimængde på 17 kJ (4 kcal), men hvordan udnytter kroppen den energi, der findes i kulhydrat? Det vil vi i det følgende se nærmere på.

Den kemisk bundne energi, som findes i et glukosemolekyle, kan kroppen ikke bruge. Derfor må energien ”overføres” til molekylet adenosin-tri-phosphat (ATP). Den kemiske energi i ATP kan kroppen nemlig udnytte til f.eks. muskelsammentrækninger eller i andre cellulære processer.



Når kroppen skal bruge energi til en proces fraspaltes en phosphatgruppe i ATP, således at det omdannes til adenosin-di-phosphat (ADP) og frit phosphat (P). Ved denne fraspaltning af P frigøres energi. Kroppen har dog kun en begrænset mængde ATP, hvorfor ATP hele tiden må gendannes. Og det er her i denne gendannelse, at kostens næringsstoffer kommer ind i billedet.

Kroppens celler ”udvinder” den kemisk bundne energi i glukose ved hjælp af et hav af kemiske processer. Det vil være alt for omfattende, at give en komplet beskrivelse af alle disse reaktioner, hvorfor vi blot ser overordnet på, hvordan energiomsætningen finder sted.

Glukose starter med at indgå i den kemiske reaktionsrække som kaldes glykolysen. Glykolysen finder sted i cellevæsken (cytoplasmaet), og i processen omdannes 1 glukosemolekyle til 2 molekyler pyruvat, mens der gendannes 2 molekyler ATP.

Er der ikke tilstrækkeligt med ilt tilstede i cellen vil pyruvat blive omdannet til laktat. Det dannede laktat kan enten blive ført til leveren og blive omdannet til glukose, eller det kan senere, når der igen er tilstrækkeligt med ilt i cellen, blive omdannet til pyruvat og derefter til acetyl-CoA for til sidst, at indgå i den aerobe gendannelse af ATP.
I den aerobe gendannelse af ATP, som foregår i cellernes mitokondrier, bliver pyruvat først omdannet til stoffet acetyl-CoA (udtales acetyl coenzym A). Acetyl-CoA kan derefter træde ind i den såkaldte citronsyrecyklus, hvor der gradvist fraspaltes kuldioxid og hydrogen. Citronsyrecyklus er, som navnet antyder, en cyklisk proces, hvor acetyl-CoA i første trin sammenkobles med oxaloacetat så der dannes citronsyre. Gennem fraspaltninger af CO₂ og hydrogen bliver oxaloacetat gendannet, og kan derefter på ny sammenkobles med acetyl-CoA, hvorved endnu en cyklus kan gennemføres.

Der bliver i glykolysen og i omdannelsen af pyruvat til acetyl-CoA også produceret hydrogen, og dette hydrogen benyttes, sammen med det fraspaltede hydrogen fra citronsyrecyklus, til at gendanne ATP. Det fraspaltede hydrogen indeholder energirige elektroner, som ved at gennemløbe elektrontransportkæden frigiver deres energi.
Denne frigivne energi benyttes til at pumpe protoner (H⁺) over mitokondriets indre membran. Nogle steder i den indre membran kan protonerne sive tilbage ind i mitokondriet, og når dette sker, bliver ATP gendannet vha. enzymet ATP-syntase.

Til slut vil de nu energifattige elektroner blive forenet med H⁺ og O₂ under dannelse af H₂O. Samlet kan hele processen skrives således, idet der for hvert glukosemolekyle der forbrændes, dannes ca. 30 ATP: 

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ à 6 CO₂ + 6 H₂O + energi (ATP)

Opsummering

Kostens kulhydrater inddeles i monosakkarider, disakkarider, oligosakkarider og polysakkarider. Det er dog kun monosakkariderne, der er små nok til at kunne blive optaget i tyndtarmen. Det er derfor nødvendigt at di-, oligo-, og polysakkariderne spaltes til monosakkarider i fordøjelsessystemet.

I munden påbegynder enzymet spytamylase spaltningen af stivelse til oligosakkarider og maltose. Denne spaltning fortsætter i mavesækken indtil al spytamylasen er denatureret og dermed ikke længere aktivt pga. det lave pH. I tolvfingertarmen udskilles bugspyt fra bugspytkirtlen. Bugspyttet indeholder bl.a. amylase og det basiske stof bikarbonat. Bikarbonaten hæver pH, så amylase kan færdiggøre spaltningen af stivelse til maltose.

Senere i tolvfingertarmen udskilles enzymerne maltase, laktase og sukrase, som spalter hhv. maltose, laktose og sukrose. Efter dette optages monosakkariderne gennem tyndtarmen og føres med blodet til leveren. I leveren omdannes fruktose og galaktose til glukose og et eventuelt overskud af sukker deponeres i form af glykogen.

Det er hovedsageligt de to hormoner insulin og glukagon, som regulerer blodsukkeret. Insulinudskillelsen øges efter et måltid, for at forhindre for store stigninger i blodsukkeret, mens glukagonudskillelsen øges mellem måltiderne for at forhindre et for lavt blodsukker.

Glukose bliver ude i cellerne forbrændt vha. forskellige biokemiske processer. Først omdannes glukose til 2 molekyler pyruvat i glykolysen, derefter omdannes de 2 pyruvatmolekyler til 2 acetyl-CoA-molekyler, som dernæst kan træde ind i citronsyrecyklus. Undervejs i citronsyrecyklus fraspaltes hydrogenatomer, som i elektrontransportkæden benyttes til at gendanne ATP.

At have et basalt indblik i disse processer kan være gavnligt for forståelsen, når diskussionerne når op på et lidt højere teoretisk niveau

Litteratur:

Nordic Nutrition Recommendations 2004 – Integrating nutrition and physical activity, 4. Udgave, 2004. 
Nedergaard, Gustav: Human ernæring – Grundbog i ernæringslære, 4. udgave, Nucleus, 2006.
Schibye & Klausen: Menneskets fysiologi – Hvile og arbejde, 2. udgave, FADL’s forlag, 2005. 
Nielsen & Springborg: ind under huden – Anatomi og fysiologi, 2. udgave, Munksgaard Danmark, 2005. 
Bremer, Jens: Biokemi og molekylærbiologi, 2. udgave, Nucleus 2005

Artikler og indlæg udformes af skribenter, som fungerer uafhængigt fra Bodylab.dk. Dette betyder, at de holdninger der udtrykkes ikke skal ses som et udtryk for virksomhedens eller medarbejdernes holdninger. Alle artikler og indlæg på Bodylab.dk er derfor udelukkende et udtryk for skribentens egne holdninger.