Углеводы – главный источник энергии в организме человека.
Общая формула углеводов Сn(H2O)m
Углеводы - вещества состава См Н2п Оп, имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека. Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. На долю углеводов приходится около 80 % сухого вещества растений и около 20 % животных. Растения синтезируют углеводы из неорганических соединений - углекислого газа и воды (СО2 и Н2 О).
Запасы углеводов в виде гликогена в организме человека составляют примерно 500 г. Основная масса его (2/3) находится в мышцах, 1/3 – в печени. В промежутках между приемами пищи гликоген распадается на молекулы глюкозы, что смягчает колебания уровня сахара в крови. Запасы гликогена без поступления углеводов истощаются примерно за 12-18 часов. В этом случае включается механизм образования углеводов из промежуточных продуктов обмена белков. Это обусловлено тем, что углеводы жизненно необходимы для образования энергии в тканях, особенно мозга. Клетки мозга получают энергию преимущественно за счет окисления глюкозы.
Виды углеводов
Углеводы по своей химической структуре можно разделить на простые углеводы (моносахариды и дисахариды) и сложные углеводы (полисахариды).
Простые углеводы (сахара)
Глюкоза – наиболее важный из всех моносахаридов, так как она является структурной единицей большинства пищевых ди- и полисахаридов. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических реакций превращаются в другие вещества и в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды – используются как «топливо» для клеток. Глюкоза – необходимый компонент обмена углеводов. При снижении ее уровня в крови или высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания (гипогликемическая кома).
Глюкоза «в чистом виде», как моносахарид, содержится в овощах и фруктах. Особенно богаты глюкозой виноград – 7,8%, черешня, вишня – 5,5%, малина – 3,9%, земляника – 2,7%, слива – 2,5%, арбуз – 2,4%. Из овощей больше всего глюкозы содержится в тыкве – 2,6%, в белокочанной капусте – 2,6%, в моркови – 2,5%.
Глюкоза обладает меньшей сладостью, чем самый известный дисахарид – сахароза. Если принять сладость сахарозы за 100 единиц, то сладость глюкозы составит 74 единицы.
Фруктоза является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» - глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 – сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.
Основными источниками фруктозы в пище являются виноград – 7,7%, яблоки – 5,5%, груши – 5,2%, вишня, черешня – 4,5%, арбузы – 4,3%, черная смородина – 4,2%, малина – 3,9%, земляника – 2,4%, дыни – 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико – от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде – около 3,7%. Достоверно доказано, что фруктоза, обладающая значительно более высокой сладостью, чем сахароза, не вызывает кариеса, которому способствует потребление сахара.
Галактоза в продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой – лактозу (молочный сахар) – основной углевод молока и молочных продуктов.
Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. При этом возможно обильное газообразование, живот «пучит». В кисломолочных продуктах большая часть лактозы сброжена до молочной кислоты, поэтому люди с лактазной недостаточностью могут переносить кисломолочные продукты без неприятных последствий. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.
Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращается в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание - галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.
Сахароза - это дисахарид, образованный молекулами глюкозы и фруктозы. Содержание сахарозы в сахаре 99,5%. То, что сахар – это «белая смерть», любители сладкого знают так же хорошо, как курильщики то, что капля никотина убивает лошадь. К сожалению, обе эти прописные истины чаще служат поводом для шуток, чем для серьезных размышлений и практических выводов.
Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар – это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли. Из растительных продуктов больше всего сахарозы содержится в свекле – 8,6%, персиках – 6,0%, дынях – 5,9%, сливах – 4,8%, мандаринах – 4,5%. В овощах, кроме свеклы, значительное содержание сахарозы отмечается в моркови – 3,5%. В остальных овощах содержание сахарозы колеблется от 0,4 до 0,7%. Кроме собственно сахара, основными источниками сахарозы в пище являются варенье, мед, кондитерские изделия, сладкие напитки, мороженое.
При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза - солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебобулочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.
Сложные углеводы
Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы.
Крахмал – основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов.
Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) до 70% - в рисовой. Из злаков меньше всего крахмала содержится в овсяной крупе и продуктах ее переработки: толокне, овсяных хлопьях «Геркулес» - 49%. Макаронные изделия содержат от 62 до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта – от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки – от 35 до 51% крахмала, мука – от 56 (ржаная) до 68% (пшеничная высшего сорта). Крахмала много и в бобовых продуктах – от 40% в чечевице до 44% в горохе. По этой причине сухие горох, фасоль, чечевицу, нут относят к зернобобовым. Особняком стоят соя, которая содержит только 3,5% крахмала, и соевая мука (10-15,5%). По причине высокого содержания крахмала в картофеле (15-18%) в диетологии его относят не к овощам, где основные углеводы представлены моносахариды и дисахаридами, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.
В топинамбуре и некоторых других растениях углеводы запасаются в виде полимера фруктозы - инулина. Пищевые продукты с добавкой инулина рекомендуют при диабете и особенно – для его профилактики (напомним, что фруктоза дает меньшую нагрузку на поджелудочную железу, чем другие сахара).
Гликоген - «животный крахмал» - состоит из сильно разветвленных цепочек молекул глюкозы. Он в небольших количествах содержится в животных продуктах (в печени 2-10%, в мышечной ткани – 0,3-1%).
Продукты с высоким содержанием углеводов
Наиболее распространенными углеводами являются глюкоза, фруктоза и сахароза, входящие в состав овощей, фруктов и меда. Лактоза входит в состав молока. Сахар-рафинад представляет собой соединение фруктозы и глюкозы.
Глюкоза играет центральную роль в процессе обмена веществ. Она является поставщиком энергии для таких органов, как головной мозг, почки, и способствует выработке красных кровяных телец.
Человеческий организм не в состоянии делать слишком большие запасы глюкозы и потому нуждается в ее регулярном пополнении. Но это не значит, что нужно есть глюкозу в чистом виде. Гораздо полезнее употреблять ее в составе более сложных углеводных соединений, например, крахмала, который содержится в овощах, фруктах, зерновых. Все эти продукты, кроме того, являются настоящим кладезем витаминов, клетчатки, микроэлементов и других полезных веществ, помогающих организму бороться со многими болезнями. Полисахариды должны составлять большую часть всех поступающих в наш организм углеводов.
Важнейшие источники углеводов
Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70-80 % глюкозы и фруктозы.
Для обозначения количества углеводов в пище используется специальная хлебная единица.
К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.
Углеводы применяют в качестве:
Для производства бездымного пороха (пироксилина),
Взрывчатых веществ,
Искусственных волокон (вискоза).
Огромное значение имеет целлюлоза как источник для получения этилового спирта
1.Энергетическая
Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека, при расщеплении 1г углеводов освобождается 17,8 кДж энергии.
2. Структурная.
Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.
3. Запасающая.
Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных
· Углеводы используются с глубокой древности - самым первым углеводом (точнее смесью углеводов), с которой познакомился человек, был мёд.
· Родиной сахарного тростника является северо-западная Индия-Бенгалия. Европейцы познакомились с тростниковым сахаром благодаря походам Александра Македонского в 327 г. до н.э.
· Крахмал был известен ещё древним грекам.
· Свекловичный сахар в чистом виде был открыт лишь в 1747 г. немецким химиком А. Маргграфом
· В 1811 г. русский химик Кирхгоф впервые получил глюкозу гидролизом крахмала
· Впервые правильную эмпирическую формулу глюкозы предложил шведский химик Я. Берцеллиус в 1837 г. С6Н12О6
· Синтез углеводов из формальдегида в присутствии Са(ОН)2 был произведён А.М. Бутлеровым в 1861 г.
Заключение
Значение углеводов трудно переоценить. Глюкоза является основным энергетическим источником в организме человека, идет на построение многих важных веществ в организме – гликогена (энергетический резерв), входит в состав клеточных мембран, ферментов, гликопротеидов, гликолипидов, участвует в большинстве реакций, происходящих в организме человека. В то же время именно сахароза является основным источником глюкозы, который поступает во внутреннюю среду. Содержащая практически во всех растительных продуктах питания, сахароза обеспечивает необходимый приток энергетического и незаменимого вещества – глюкозы.
Организму обязательно нужны углеводы (свыше 56% энергии мы получаем за счет углеводов)
Углеводы бывают простые и сложные(из-за строения молекул их так назвали)
Минимальное количество углеводов должно быть не меньше 50-60 г
Углеводы альдозы , а кетонную – кетозы
Функции углеводов в организме.
Основные функции углеводов в организме:
1. Энергетическая функция. Углеводы являются одним из основных источников энергии для организма, обеспечивая не менее 60 % энергозатрат. Для деятельности мозга, почек, крови практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 17,15 кДж/моль или 4,1 ккал/моль энергии.
2. Пластическая или структурная функция . Углеводы и их производные обнаруживаются во всех клетках организма. В растениях клетчатка служит основным опорным материалом, в организме человека кости и хрящи содержан сложные углеводы. Гетерополисахариды, например, гиалуроновая кислота, входят в состав клеточных мембран и органоидов клетки. Участвуют в образовании ферментов, нуклеопротеидов (рибоза, дезоксирибоза) и др.
3. Защитная функция . Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами или их производными (мукополисахаридами и др.) они защищают внутренние стенки половых органов ЖКТ, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов. В ответ на антигены в организме синтезируются иммунные тела, которые являются гликопротеидами. Гепарин предохраняет кровь от свертывания (входит в противосвертывающую систему) и выполняет антилипидемическую функцию.
4. Регуляторная функция. Пища человека содержит большое количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя, таким образом, в регуляции акта перистальтики. Глюкоза в крови участвует в регуляции осмотического давления и поддержании гомеостаза.
5. Специфические функции. Некоторые углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, обеспечении специфичности групп крови и т.д.
Классификация углеводов.
Углеводы классифицируют по величине молекул на 3 группы:
1. Моносахариды – содержат 1 молекулу углевода (альдозы или кетозы).
· Триозы (глицериновый альдегид, диоксиацетон).
· Тетрозы (эритроза).
· Пентозы (рибоза и дезоксирибоза).
· Гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).
2. Олигосахариды - содержат 2-10 моносахаридов.
· Дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза).
· Трисахариды и т.д.
3. Полисахариды - содержат более 10 моносахаридов.
· Гомополисахариды – содержат одинаковые моносахариды (крахмал, клетчатка, целлюлоза состоят только из глюкозы).
· Гетерополисахариды- содержат моносахариды разного вида, их пароизводные и неуглеводные компоненты (гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты).
Схема № 1. Классификация углеводов.
Углеводы
Моносахариды Олигосахариды Полисахариды
1. Триозы 1. Дисахариды 1. Гомополисахариды
2. Тетрозы 2. Трисахариды 2. Гетерополисахариды
3. Пентозы 3. Тетрасахариды
4. Гексозы
Свойства углеводов.
1. Углеводы – твердые кристаллические белые вещества, практические все сладкие на вкус.
2. Почти все углеводы хорошо растворимы в воде, при этом образуются истинные растворы. Растворимость углеводов зависит от массы (чем больше масса, тем менее растворимо вещество, например, сахароза и крахмал) и строения (чем разветвленнее структура углевода, тем хуже растворимость в воде, например крахмал и клетчатка).
3. Моносахариды могут находится в двух стереоизомерных формах : L–форма (leavus – левый) и D- форма (dexter – правый). Эти формы обладают одинаковыми химическими свойствами, но отличаются, расположением гидроксидных групп относительно оси молекулы и оптической активностью, т.е. вращают на определенный угол плоскость поляризованного света, который проходит через их раствор. Причем плоскость поляризованного света вращается на одну величину, но в противоположных направлении. Рассмотрим образование стереоизомеров на примере глицеринового альдегида:
СНО СНО
НО -С-Н Н-С-ОН
СН2ОН СН2ОН
L – форма D – форма
При получении моносахаридов в лабораторных условиях, стереоизомеры образуются в соотношении 1:1, в организме синтез происходит под действием ферментов, которые строго отличают L – форму и D – форму. Поскольку синтезу и распаду в организме подвергаются исключительно D-сахара, в эволюции постепенно исчезли L-стереоизомеры (на этом основано определение сахаров в биологических жидкостях с помощью поляриметра).
4. Моносахариды в водных растворах могут взаимопревращаться, такое свойство называют муторатацией.
НО-СН2 О=С-Н
С О НО-С-Н
Н Н Н Н-С-ОН
С С НО-С-Н
НО ОН Н ОН НО-С-Н
С С СН2-ОН
НО-СН2
Н Н ОН
НО ОН Н Н
Бетта-форма.
В водных растворах мономеры, состоящие из 5 и более атомов, могут находится в циклической (кольцевой) альфа- или бетта-формах и незамкнутой (открытой) формах, причем их соотношение 1:1. Олиго- и полисахариды состоят из мономеров в циклической форме. В циклической форме углеводы устойчивы и молоактивны, а в открытой обладают высокой реакционной способностью.
5. Моносахариды могут восстанавливаться до спиртов.
6. В открытой форме могут взаимодействовать с белками, липидами, нуклеотидами без участия ферментов. Эти реакции получили название - гликирования. В клинике применяют исследование уровня гликозилированного гемоглобина или фруктозамина для постановки диагноза сахарный диабет.
7. Моносахариды могут образовывать эфиры. Наибольшее значение имеет свойство углеводов образовывать эфиры с фосфорной кислотой, т.к. чтобы включиться в обмен углевод должен стать фосфорным эфиром, например, глюкоза перед окислением превращается в глюкозо-1-фосфат или глюкозо-6-фосфат.
8. Альдолазы обладают способностью восстанавливать в щелочной среде металлы из их окислов в закиси или в свободное состояние. Это свойство используют в лабораторной практике для обнаружения альдолоз (глюкозы) в биологических жидкостях. Чаще всего используют реакцию Троммера при которой альдолоза восстанавливает окись меди в закись, а сама окисляется в глюконовую кислоту (окисляется 1 атом углерода).
CuSO4 + NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4
Голубой цвет
C5H11COH + 2Cu(OH)2 C5H11COOH + H2O + 2CuOH
Кирпично-красный цвет
9. Моносахариды могут окисляться до кислот не только в реакции Троммера. Например, при окислении 6 углеродного атома глюкозы в организме образуется глюкуроновая кислота, которая соединяется с ядовитыми и плохо растворимыми веществами, обезвреживает их и переводит в растворимые, в таком виде эти вещества выводятся из организма с мочой.
10.Моносахариды могут соединяться между собой и образовывать полимеры. Связь, которая при этом возникает называется гликозидной , она образуется за счет ОН-группы первого углеродного атома одного моносахарида и ОН-группой четвертого (1,4-гликозидная связь) или шестого углеродного атома (1,6-гликозидная связь) другого моносахарида. Кроме этого могут образовываться альфа-гликозидная связь (между двумя альфа-формами углевода) или бетта-гликозидная связь (между альфа- и бетта- формами углевода).
11.Олиго- и полисахариды могут подвергаться гидролизу с образованием мономеров. Реакция идет по месту гликозидной связи, причем этот процесс ускоряется в кислой среде. Ферменты в организме человека могут различать альфа- и беттагликозидные связи, поэтому крахмал (имеет альфагликозидные связи) переваривается в кишечнике, а клетчатка (имеет беттагликозидные связи) нет.
12.Моно- и олигосахариды могут подвергаться брожению: спиртовому, молочнокислому, лимоннокислому, маслянокислому.
Общая характеристика углеводов.
Углеводы – органические соединения, которые являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов. Углеводы, содержащие альдегидную группу, называются альдозы , а кетонную – кетозы . Большинство из них (но не все!например, рамноза С6Н12О5) соответствуют общей формуле Сn(Н2О)m, отчего и получили свое историческое название - углеводы. Но есть ряд веществ, например, уксусная кислота С2Н4О2 или СН3СООН, которые хоть и соответствует общей формуле, но не относится к углеводам. В настоящее время принято другое название, которое наиболее верно отражает свойства углеводов – глюциды (сладкий), но историческое название так прочно вошло в жизнь, что им продолжают пользоваться. Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70-80 % массы сухого вещества клеток. В животном организме на их долю приходится всего около 2 % массы тела, однако и здесь их роль не менее важна. Доля их участия в общем энергетическом балансе оказывается весьма значительной, превышающей почти в полтора раза долю белков и липидов вместе взятых. В организме углеводы способны откладываться в виде гликогена в печени и расходоваться по мере необходимости.
Углеводы – это органические вещества, которые входят в состав тканей человеческого и животного организма и способствуют выработке энергии для полноценной работы всех органов. Они делятся на моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Являются неотъемлемыми компонентами тканей и клеток всех живых организмов и выполняют важные функции для их жизнедеятельности.
Почему углеводы так важны? Учеными доказано, что употребление достаточного количества веществ способствует быстроте реакции, стабильному бесперебойному функционированию мозговой деятельности. Это незаменимый источник энергии для людей, ведущих активный образ жизни.
Если вы придерживаетесь , то соблюдаете суточную норму белков, жиров и углеводов. Выясним, как это эффективнее сделать и зачем это необходимо для здоровья. В последние годы диетологи нивелируют пользу углеводов, призывая к и для похудения. Но какие проблемы стоят за отказом от употребления углеводов? И какие приносят максимальную пользу? Давайте выясним особенности и определим, какую пищу следует оставить в рационе, а от какой отказаться.
Углеводы – необходимый компонент для выработки энергии в организме любого живого существа. Но кроме этого, они выполняют целый ряд полезных функций, которые улучшают функции жизнедеятельности.
- Структурная и опорная. Вещества способствуют построению клеток и тканей всех живых существ и даже растений.
- Запасающая. Благодаря углеводам в органах удерживаются питательные компоненты, которые без них быстро выводятся и не приносят пользу.
- Защитная. Оберегает от неблагоприятных воздействий факторов внешней и внутренней среды.
- Пластическая. Углеводы участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК, потому что входят в состав сложных молекул, например, пентозы.
- Регулирующая. Углеводы активируют процессы пищеварения в желудочно-кишечном тракте.
- Антикоагулирующая. Воздействуют на свертываемость крови и эффективны в борьбе с опухолями.
- Осмотическая. Компоненты принимают участие в контроле осмотического давления.
Вместе с углеводами поступает много полезных веществ: крахмал, глюкоза, гепарин, фруктоза, дезоксирибоза и хитин. Но следует соблюдать уровень поступаемых углеводов, потому что при избыточном количестве они накапливаются в мечении и мышцах в виде гликогена.
Обратите внимание на то, что окисление 1 г. веществ способствует выделению 20 кДж чистой энергии, поэтому организм человека усиленно работает на протяжении целого дня. Если ограничить количество поступившего вещества, иммунитет ослабится, и сил станет намного меньше.
Важно! При дефиците углеводов самочувствие человека значительно ухудшается. Замедляется , нарушается работа сердечно-сосудистой системы, ухудшается состояние нервной системы.
Обмен углеводов состоит из нескольких этапов. Сначала они расщепляются в ЖКТ до состояния моносахаридов. Затем всасываются в кровеносное русло. Синтезируются и распадаются в тканях, расщепляют сахар и превращаются в гескоз. Завершающая стадия углеводного обмена – аэробное окисление гликолиза.
Мнение эксперта
Егорова Наталья Сергеевна
Врач-диетолог, г. Нижний Новгород
Да, углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток человеческого организма, а также играют незаменимую роль в метаболизме. Но самая главная их функция - это ежедневное обеспечение энергией внутренних органов, мышечной ткани и нервных клеток. Отмечу, что головной мозг и нервная система «питаются» исключительно за счет углеводов, поэтому их нехватка критична для людей, чья работа связана с активной умственной деятельностью.
Я крайне негативно отношусь к диетам, которые полностью исключают или значительно ограничивают употребление углеводов. Ведь в рационе здорового человека должны в нормальных количествах присутствовать все необходимые нутриенты, клетчатка, витамины и минералы.
Но отмечу, что не все углеводы одинаково полезны. Если говорить о «быстрых» углеводах, которые содержатся в белом хлебе, сладостях и сдобной выпечке, то они являются довольно «сомнительным» источником энергии. Они откладываются в организме в виде жировых отложений, способствуя быстрому набору веса.
Так что употреблять углеводы нужно с умом, отдавая предпочтение тем, которые имеют низкий гликемический индекс (ГИ).
Вред и польза углеводов
Чтобы правильно составить свой рацион питания, нужно сначала убедиться в пользе пищи, которая поступает в организм.
Рассмотрим преимущества компонентов:
- Обеспечение энергией. Для любой деятельности, даже чистки зубов, нужны определенные усилия. Так как в углеводах содержится сахар, который содержит инсулин, при правильных подсчетах можно регулировать его уровень. Это полезное свойство при сахарном диабете и контроле веса.
- Борьба с болезнями, спровоцированными нарушением обмена веществ. Углеводные волокна защищают больных сахарным диабетом 2-го типа, с повышенным холестерином и ожирением. Благодаря углеводной диете стабилизируется ритм сердца и кровяное давление.
- Контроль массы тела. Если изменить список употребляемых продуктов, можно избавиться от избыточного веса. Полностью отказывать от пищи не нужно, иначе возможны нарушения. Например, цельнозерновая еда способствует уменьшению удельного веса.
- Повышение настроения. Продукты, содержащие углеводы, способствуют увеличенной выработке серотонина. Если от них отказаться, со временем развивается тревожность, депрессия и неоправданный гнев.
Как мы видим, положительных свойств предостаточно, но следует также сказать о вреде. В результате они оказывают негативное влияние на фигуру мужчины или женщины.
После того, как восполняется дефицит, остаточные вещества преобразовываются в жиры и откладываются на проблемных участках тела (животе, бедрах, ягодицах).
Интересно! Особую опасность для здоровья представляют рафинированные углеводы. Они используют энергетические запасы, истощая организм. Из-за синтетического производства легко усваиваются, но не приносят ничего хорошего. В большом количестве есть в лимонадах, шоколаде, чипсах.
Особенность углеводов в том, что их переесть легче, чем жиров и белков. Это обосновано тем, что много углеводов содержится в сладостях, выпечке, газированных напитках. Если бесконтрольно употреблять эту пищу, то очень легко превысить суточную дозу.
Виды углеводов
Все углеводы делятся на две группы: и . Они отличаются друг от друга химическим составом, воздействием на клетки и отвечают на вопрос, что такое углеводы в продуктах питания. Процесс расщепления простых углеводов заканчивается на образовании 1 – 2 моносахаридов. Медленные (или сложные), в свою очередь, состоят из 3-х и больше моносахаридов, которые долго перевариваются и быстро проникают в клетки.
| Тип углевода | Название | Где встречается |
| Моносахарид | Глюкоза | Мед, виноград |
| Фруктоза (фруктовый) | Цитрусовые, персики, арбуз, яблоки, варенья, компоты, сухофрукты, соки, джемы | |
| Дисахарид | Сахароза (пищевой) | Мучные кондитерские изделия, сахар, варенье, компот, сок |
| Лактоза (молочный) | Кефир, молоко, сливки | |
| Мальтоза (солодовый) | Квас, пиво | |
| Полисахарид | Крахмал | Картофель, крупы, макароны и другие мучные изделия |
| Животный крахмал (гликоген) | Запас энергии, который содержится в мышцах и печени | |
| Клетчатка | Свежие фрукты и овощи, крупы (овсяная, перловая, гречневая), отруби из ржи и пшеницы, хлеб из муки грубого помола |
Простые углеводы вырабатывают энергию, которой не хватает надолго. Поэтому быстрее возникает чувство голода после приема пищи. Кроме этого они включают быстроусвояемый сахар, который повышает уровень глюкозы в крови. За счет этого существует риск возникновения диабета или ожирения.
Чтобы ограничить простые углеводы, не употребляйте пакетированные соки, крахмалистые фрукты, картофельный и кукурузный крахмал. Воздержитесь от любых снэков, макаронов из мягких сортов пшеницы, каш быстрого приготовления и хлебобулочных изделий из пшеничной привычной муки.
Это важно! Чтобы не отказываться полностью от сладостей и вредных продуктов, замените их полезными. Пшеничную муку замените овсяной, а сахар медом.
Сложные или медленные углеводы защищают от неконтролируемого переедания, так как обеспечивают энергией на долгое время. Именно их следует употреблять во время диеты. У сложных веществ низкий гликемический индекс, поэтому их можно употреблять людям, страдающим диабетом. Они содержатся в злаковых, бобовых, овощах, фруктах и зелени.
В чем содержатся углеводы?
Если вы беспокоитесь о своем здоровье и качестве фигуры, то должны изучить принципы правильного питания. Придерживаясь их, вы не только избавитесь от лишнего веса, но и очиститесь от токсинов и других вредных веществ, заметите улучшение состояния кожи, волос, ногтей и функционирования внутренних органов. Опасными продуктами, с высоким содержанием простых углеводов являются все, которые изготовлены производственным путем. На это указывает наличие органического состава без ГМО, усилителей вкуса, красителей, продолжительных сроков хранения. Чтобы обезопасить себя от вредных продуктов, возьмите за привычку самостоятельное приготовление еды. Тогда вы точно будете знать энергетическую ценность каждого блюда и обезопасите себя от переедания.
Изучите предложенную таблицу и список продуктов с высоким содержанием углеводов, и определите для себя основные составляющие вашего меню.
| Продукты питания | Содержание углеводов в 100 граммах | Калорийность (на 100 г) |
| Хлебо-булочные и кондитерские изделия | ||
| Вареные макаронные изделия из твердых сортов пшеницы | 25 | 118 |
| Пшеничный хлеб | 50 | 240 |
| Хлеб из муки грубого помола | 42 | 210 |
| Отруби | 27 | 206 |
| Мука высшего сорта | 80 | 350 |
| Сдобная выпечка | 55 | 530 |
| Пирожное с кремом | 68 | 450 |
| Бисквит | 55 | 320 |
| Крупы | ||
| Гречка | 62 | 313 |
| Рис | 87 | 372 |
| Овсянка | 15 | 88 |
| Пшено | 69 | 348 |
| Молочные продукты | ||
| Цельное молоко | 12 | 158 |
| Кефир | 5 | 52 |
| Мясные продукты | ||
| Говяжья колбаса | 15 | 260 |
| Свиная колбаса | 12 | 318 |
| Фрукты | ||
| Бананы | 20 | 78 |
| Апельсины | 8 | 35 |
| Виноград | 15 | 72 |
| Груши | 10 | 42 |
| Дыни | 5 | 24 |
| Изюм | 65 | 245 |
| Инжир | 10 | 45 |
| Чернослив | 40 | 160 |
| Овощи | ||
| Картофель отварной/жареный | 17/38 | 80/253 |
| Морковь | 5 | 25 |
| Болгарский перец | 15 | 20 |
| Кукуруза | 15 | 80 |
| Свекла | 10 | 45 |
| Сладости | ||
| Шоколадные конфеты | 55 | 570 |
| Молочный ирис | 72 | 440 |
| Молочный шоколад | 62 | 530 |
| Леденцы | 88 | 330 |
| Сахар (песок) | 105 | 395 |
| Клубничное варенье | 72 | 272 |
| Абрикосовый джем | 53 | 208 |
| Маринады и соусы | ||
| Майонез (Провансаль) | 2,6 | 624 |
| Кетчуп | 26 | 99 |
| Напитки | ||
| Кока-кола | 11 | 58 |
| Лимонад | 5 | 21 |
| Кофе с молоком | 11 | 58 |
| Какао | 17 | 102 |
| Алкогольные напитки | ||
| Водка | 0,4 | 235 |
| Красное сухое вино | 20 | 68 |
| Белое сухое вино | 20 | 66 |
| Пиво | 10 | 32 |
Не стоит полностью отказываться от сложных углеводов. Из предложенного перечня видно, что даже некоторые фрукты и овощи насыщены веществами.
Не думайте, что относится к углеводам только вредная пища, в некоторых продуктах содержатся медленные (сложные), поэтому приносят пользу. Необходимыми также считается цельное зерно, бобовые культуры, нежирные молочные продукты.
Интересно! Потребность суточной энергии зависит от каждого человека индивидуально и от способа его жизни. Для спортсменов и людей, ведущих активный образ жизни, норма разная. Диетологи рекомендуют составлять меню из расчета 45 – 65% еды из сложных углеводов.
Для набора мышечной массы часто рекомендуют употреблять большое количество белков и отказаться от углеводов. Но это не совсем правильное решение. Нужно только немного сократить простые и увеличить сложные. Иначе после расходования углеводной энергии примется за белковую. Как мы видим, сложные углеводы обладают высокой ценностью для человека. Они выполняют необходимые функции для полноценной жизни. Но избыточное количество провоцирует отложение нежелательных жиров. Сбалансируйте свой рацион, чтобы получать все необходимые компоненты. Тогда вы заметите улучшение состояния здоровья и фигуры.
Углеводы — органические соединения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой C n (H 2 O) m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды — простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α- или β-изомеров.
Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др. Дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4) отличается от рибозы (С 5 Н 10 О 5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.
Глюкоза, или виноградный сахар (С 6 Н 12 О 6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами заключается в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы — над плоскостью.
Глюкоза — это:
- один из самых распространенных моносахаридов,
- важнейший источник энергии для всех видов работ, происходящих в клетке (эта энергия выделяется при окислении глюкозы в процессе дыхания),
- мономер многих олигосахаридов и полисахаридов,
- необходимый компонент крови.
Фруктоза, или фруктовый сахар , относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.
Олигосахариды — углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов — растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной .
Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар , — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название — сахар ). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10-18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).
Мальтоза, или солодовый сахар , — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.
Лактоза, или молочный сахар , — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всех млекопитающих (2-8,5%).
Полисахариды — это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов — не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.
Крахмал (С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал — основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса — до 86%, пшеницы — до 75%, кукурузы — до 72%, в клубнях картофеля — до 25%. Крахмал — основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент — амилаза).
Гликоген (С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген — основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание — до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.
(С 6 Н 10 О 5) n — полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесине — до 50%, в волокнах семян хлопчатника — до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.
Инулин — полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.
Гликолипиды — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и липидов.
Гликопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения углеводов и белков.
Функции углеводов
Строение и функции липидов
Липиды не имеют единой химической характеристики. В большинстве пособий, давая определение липидам , говорят, что это сборная группа нерастворимых в воде органических соединений, которые можно извлечь из клетки органическими растворителями — эфиром, хлороформом и бензолом. Липиды можно условно разделить на простые и сложные.
Простые липиды в большинстве представлены сложными эфирами высших жирных кислот и трехатомного спирта глицерина — триглицеридами. Жирные кислоты имеют: 1) одинаковую для всех кислот группировку — карбоксильную группу (-СООН) и 2) радикал, которым они отличаются друг от друга. Радикал представляет собой цепочку из различного количества (от 14 до 22) группировок -СН 2 -. Иногда радикал жирной кислоты содержит одну или несколько двойных связей (-СН=СН-), такую жирную кислоту называют ненасыщенной . Если жирная кислота не имеет двойных связей, ее называют насыщенной . При образовании триглицерида каждая из трех гидроксильных групп глицерина вступает в реакцию конденсации с жирной кислотой с образованием трех сложноэфирных связей.
Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты , то при 20°С они — твердые; их называют жирами , они характерны для животных клеток. Если в триглицеридах преобладают ненасыщенные жирные кислоты , то при 20 °С они — жидкие; их называют маслами , они характерны для растительных клеток.
1 — триглицерид; 2 — сложноэфирная связь; 3 — ненасыщенная жирная кислота;
4 — гидрофильная головка; 5 — гидрофобный хвост.
Плотность триглицеридов ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают, находятся на ее поверхности.
К простым липидам также относят воски — сложные эфиры высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (обычно с четным числом атомов углерода).
Сложные липиды . К ним относят фосфолипиды, гликолипиды, липопротеины и др.
Фосфолипиды — триглицериды, у которых один остаток жирной кислоты замещен на остаток фосфорной кислоты. Принимают участие в формировании клеточных мембран.
Гликолипиды — см. выше.
Липопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединения липидов и белков.
Липоиды — жироподобные вещества. К ним относятся каротиноиды (фотосинтетические пигменты), стероидные гормоны (половые гормоны, минералокортикоиды, глюкокортикоиды), гиббереллины (ростовые вещества растений), жирорастворимые витамины (А, D, Е, К), холестерин, камфора и т.д.
Функции липидов
| Функция | Примеры и пояснения |
|---|---|
| Энергетическая | Основная функция триглицеридов. При расщеплении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж. |
| Структурная | Фосфолипиды, гликолипиды и липопротеины принимают участие в образовании клеточных мембран. |
| Запасающая | Жиры и масла являются резервным пищевым веществом у животных и растений. Важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания. Масла семян растений необходимы для обеспечения энергией проростка. |
| Защитная | Прослойки жира и жировые капсулы обеспечивают амортизацию внутренних органов. Слои воска используются в качестве водоотталкивающего покрытия у растений и животных. |
| Теплоизоляционная | Подкожная жировая клетчатка препятствует оттоку тепла в окружающее пространство. Важно для водных млекопитающих или млекопитающих, обитающих в холодном климате. |
| Регуляторная | Гиббереллины регулируют рост растений.
Половой гормон тестостерон отвечает за развитие мужских вторичных половых признаков. Половой гормон эстроген отвечает за развитие женских вторичных половых признаков, регулирует менструальный цикл. Минералокортикоиды (альдостерон и др.) контролируют водно-солевой обмен. Глюкокортикоиды (кортизол и др.) принимают участие в регуляции углеводного и белкового обменов. |
| Источник метаболической воды | При окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды. Важно для обитателей пустынь. |
| Каталитическая | Жирорастворимые витамины A, D, E, K являются кофакторами ферментов, т.е. сами по себе эти витамины не обладают каталитической активностью, но без них ферменты не могут выполнять свои функции. |
Перейти к лекции №1 «Введение. Химические элементы клетки. Вода и другие неорганические соединения»
Перейти к лекции №3 «Строение и функции белков. Ферменты»
Определение
Углеводы (сахара или сахариды) - органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп.
Соотношение водорода и кислорода в молекулах первых известных представителей углеводов было 2:1. Поскольку общую молекулярную формулу углеводов можно записать как: $C_x(H_2O)_y$, то можно сказать, что углеводы являются соединениями углерода и воды.
Углеводы являются важным компонентом клеток, а следовательно и тканей всех живых организмов, составляя (по сухой массе) основную часть живой биомассы (растений - до 80% и до 3% - животных) на Земле. Источником углеводов для растительных организмов является процесс фотосинтеза:
Фотосинтез протекает в клетках растений и приводит к синтезу углеводов из воды и углекислого газа. Уравнение фотосинтеза можно записать следующим образом:
$6CO_2 +6H_2O \xrightarrow{h\nu} C_6H_{12}O_6$
Углеводы - весьма обширный класс органических соединений, среди них встречаются вещества с сильно различающимися свойствами. Это позволяет углеводам выполнять разнообразные функции в живых организмах.
ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ
1. Энергетическая функция . Углеводы служат источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.
2. Структурная и опорная функции. Углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Так целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелета членистоногих.
3. Защитная роль у растений . У некоторых растений есть защитные образования (шипы, колючки и др.), состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток.
4. Пластическая функция . Углеводы входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК).
5. Запасающая функция . Углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин - у растений.
6. Осмотическая функция . Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100-110 мг/л глюкозы, от концентрации которой зависит осмотическое давление крови.
7. Рецепторная функция . Олигосахариды входят в состав воспринимающей части многих клеточных рецепторов или молекул-лигандов.
КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
Углеводы можно классифицировать по различным признакам. Самый важный -это количество структурных единиц.
1. По количеству структурных единиц - сахаридов углеводы делятся на простые сахара или моносахариды и полимеры этих простых сахаров или полисахариды. Среди полисахаридов следует выделить группу олигосахаридов , содержащих в молекуле от 2 до 10 моносахаридных остатков. К ним относятся, в частности, дисахариды.
Определение
Определение
Моносахариды - углеводы, которые не гидролизуются (не разлагаются водой).
В зависимости от числа атомов углерода в цепи, моносахариды подразделяются на:
триозы (содержат три углеродных атома),
тетрозы (четыре атома С),
пентозы (пять атомов),
гексозы (шесть атомов) и т.д.
В природе моносахариды представлены в основном пентозами и гексозами.
К пентозам относятся рибоза $C_5H_{10}O_5$ и дезоксирибоза $C_5H_{10}O_4$. Они входят в состав РНК и ДНК.
Запомни! Глюкоза , фруктоза , галактоза относятся к гексозам и имеют общую молекулярную формулу $C_6H_{12}O_6$
Определение
Дисахариды - углеводороды, которые при гидролизе образуют две молекулы моносахаридов. Общая молекулярная формула дисахаридов $C_{12}H_{22}O_{11}$
Общее уравнение гидролиза дисахаридов можно записать следующим образом:
$C_{12}H_{22}O_{11} +H_2O \longrightarrow 2C_6H_{12}O_6$
Определение
Полисахариды - углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов, чаще всего глюкозы.
К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза и др.
Запомни! Чтобы получить молекулярную формулу полисахарида, нужно от молекулы глюкозы "отнять" молекулу воды и записать выражение с индексом n: $(C_6H_{10}O_5)_n$
2. По скорости усвоения организмами :
Простые или быстрые углеводы синтезируются в зелёных растениях и легко растворяются в воде. Эти углеводы имеют высокий гликемический индекс , то есть очень быстро усваиваются организмом. Продукты, богатые сложными углеводами, расщепляются медленно, постепенно повышая содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, поэтому их ещё называют медленными углеводами .
3. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные . Углеводы, состоящие из трех или более единиц, называются сложными.
Сложные углеводы являются продуктами поликонденсации простых сахаров (моносахаридов) и, в отличие от простых, в процессе гидролитического расщепления способны распадаться на мономеры, с образованием сотни и тысячи молекул моносахаридов.