Углеводы. Роль углеводов в организме человека

Химические свойства клеток, входящих в состав живых организмов, зависят прежде всего от количества атомов углерода, составляющих до 50% сухой массы. Атомы карбона находятся в главных органических веществах: белках, нуклеиновых кислотах, липидах и углеводах. К последней группе относятся соединения карбона и воды, соответствующие формуле (CH 2 O) n , где n равно или больше трех. Кроме углерода, гидрогена и оксигена, в состав молекул могут входить атомы фосфора, азота, серы. В данной статье мы изучим роль углеводов в организме человека, а также особенности их строения, свойств и функций.

Классификация

Данную группу соединений в биохимии разделяют на три класса: простые сахара (моносахариды), полимерные соединения с гликозидной связью - олигосахариды и биополимеры с большой молекулярной массой - полисахариды. Вещества вышеназванных классов встречаются в различных видах клеток. Например, крахмал и глюкоза имеются в растительных структурах, гликоген - в гепатоцитах человека и клеточных стенках грибов, хитин - в наружном скелете членистоногих. Все вышеперечисленные вещества - это углеводы. Роль углеводов в организме универсальна. Они - основной поставщик энергии для жизненных проявлений бактерий, животных и человека.

Моносахариды

Имеют общую формулу C n H 2 n O n и делятся на группы в зависимости от количества атомов карбона в молекуле: триозы, тетрозы, пентозы и так далее. В составе клеточных органелл и цитоплазме простые сахара имеют две пространственные конфигурации: циклическую и линейную. В первом случае атомы углерода соединяются друг с другом ковалентными сигма-связями и образуют замкнутые циклы, во втором случае углеродный скелет не замкнут и может иметь разветвления. Чтобы определить, какова роль углеводов в организме, рассмотрим наиболее распространенные из них - пентозы и гексозы.

Изомеры: глюкоза и фруктоза

Они имеют одинаковую молекулярную формулу C 6 H 12 O 6 , но различные структурные виды молекул. Ранее мы уже называли главную роль углеводов в живом организме - энергетическую. Вышеназванные вещества расщепляются клеткой. В результате происходит выделение энергии (17,6 кДж из одного грамма глюкозы). Кроме этого, синтезируется 36 молекул АТФ. Распад глюкозы происходит на мембранах (кристах) митохондрий и представляет собой цепь ферментативных реакций - Цикл Кребса. Он является важнейшим звеном диссимиляции, протекающей во всех без исключения клетках гетеротрофных эукариотических организмов.

Глюкоза образуется также в миоцитах млекопитающих вследствие расщепления в мышечной ткани запаса гликогена. В дальнейшем она используется как легко распадающееся вещество, так как обеспечение клеток энергией - это основная роль углеводов в организме. Растения являются фототрофами и самостоятельно образуют глюкозу в процессе фотосинтеза. Эти реакции называются циклом Кальвина. Исходным веществом служит углекислый газ, а акцептором - риболёзодифосфат. Синтез глюкозы происходит в матриксе хлоропластов. Фруктоза, имея такую же молекулярную формулу, как и глюкоза, содержит в молекуле функциональную группу кетонов. Она более сладкая, чем глюкоза, и находится в меде, а также соке ягод и фруктов. Таким образом, биологическая роль углеводов в организме заключается прежде всего в использовании их в качестве быстрого источника получения энергии.

Роль пентоз в наследственности

Остановимся еще на одной группе моносахаридов - рибозе и дезоксирибозе. Их уникальность заключается в том, что они входят в состав полимеров - нуклеиновых кислот. Для всех организмов, включая неклеточные формы жизни, ДНК и РНК являются главными носителями наследственной информации. Рибоза входит в молекулы РНК, а дезоксирибоза содержится в нуклеотидах ДНК. Следовательно, биологическая роль углеводов в организме человека состоит в том, что они участвуют в образовании единиц наследственности - генов и хромосом.

Примерами пентоз, содержащих альдегидную группу и распространенных в растительном мире, являются ксилоза (содержится в стеблях и семенах), альфа-арабиноза (находится в камеди косточковых плодовых деревьев). Таким образом, распространение и биологическая роль углеводов в организме высших растений достаточно велики.

Что такое олигосахариды

Если остатки молекул моносахаридов, например, таких как глюкоза или фруктоза, связаны ковалентными связями, то образуются олигосахариды - полимерные углеводы. Роль углеводов в организме как растений, так и животных разнообразна. Особенно это касается дисахаридов. Наиболее распространены среди них сахароза, лактоза, мальтоза и трегалоза. Так, сахароза, иначе называемая тростниковым или содержится в растениях в виде раствора и запасается в их корнеплодах или стеблях. В результате гидролиза образуются молекулы глюкозы и фруктозы. имеет животное происхождение. У некоторых людей наблюдается непереносимость этого вещества, связанная с гипосекрецией фермента лактазы, который расщепляет молочный сахар на галактозу и глюкозу. Роль углеводов жизнедеятельности организма разнообразна. Например, дисахарид трегалоза, состоящий из двух остатков глюкозы, входит в состав гемолимфы ракообразных, пауков, насекомых. Также он встречается в клетках грибов и некоторых водорослей.

Еще один дисахарид - мальтоза, или солодовый сахар, содержится в зерновках ржи или ячменя при их прорастании, представляет собой молекулу, состоящую из двух остатков глюкозы. Она образуется в результате распада растительного или животного крахмала. В тонком кишечнике человека и млекопитающих мальтоза расщепляется под действием фермента - мальтазы. При его отсутствии в панкреатическом соке возникает патология, обусловленная непереносимостью в продуктах питания гликогена или растительного крахмала. В этом случае используют специальную диету и добавляют в рацион питания сам фермент.

Сложные углеводы в природе

Они распространены очень широко, особенно в растительном мире, являются биополимерами и имеют большую молекулярную массу. Например, в крахмале она равна 800 000, а в целлюлозе - 1 600 000. Полисахариды отличаются между собой составом мономеров, степенью полимеризации, а также длиной цепей. В отличие от простых сахаров и олигосахаридов, которые хорошо растворяются в воде и имеют сладковатый вкус, полисахариды гидрофобны и безвкусны. Рассмотрим роль углеводов в организме человека на примере гликогена - животного крахмала. Он синтезируется из глюкозы и резервируется в гепатоцитах и клетках скелетных мышц, где его содержание в два раза выше, чем в печени. К образованию гликогена способны также подкожная жировая клетчатка, нейроциты и макрофаги. Другой полисахарид - растительный крахмал, является продуктом фотосинтеза и образуется в зеленых пластидах.

С самого начала человеческой цивилизации главными поставщиками крахмала были ценные сельскохозяйственные культуры: рис, картофель, кукуруза. Они до сих пор являются основой пищевого рациона подавляющего большинства жителей Земли. Именно поэтому так ценны углеводы. Роль углеводов в организме состоит, как мы видим, в их применении в качестве энергоемких и быстро усваиваемых органических веществ.

Существует группа полисахаридов, мономерами которых являются остатки гиалуроновой кислоты. Они называются пектинами и являются структурными веществами клеток растений. Особенно богаты ими кожура яблок, жом свеклы. Клеточные вещества пектины регулируют внутриклеточное давление - тургор. В кондитерской промышленности они используются как желеобразующие вещества и загустители при производстве высококачественных сортов зефира и мармелада. В диетическом питании применяются как биологически активные вещества, хорошо выводящие токсины из толстого кишечника.

Что такое гликолипиды

Это интересная группа комплексных соединений углеводов и жиров, находящихся в нервной ткани. Из неё состоит головной и спинной мозг млекопитающих. Гликолипиды встречаются также в составе клеточных мембран. Например, у бактерий они участвуют в Часть этих соединений является антигенами (вещества, выявляющие группы крови системы Ландштейнера АБ0). В клетках животных, растений и человека, кроме гликолипидов, присутствуют и самостоятельные молекулы жиров. Они выполняют прежде всего энергетическую функцию. При расщеплении одного грамма жира выделяется 38,9 кДж энергии. Для липидов характерна также структурная функция (входят в состав клеточных мембран). Таким образом, эти функции выполняют углеводы и жиры. Их роль в организме исключительно велика.

Роль углеводов и липидов в организме

В клетках человека и животных могут наблюдаться взаимные превращения полисахаридов и жиров, происходящие в результате обмена веществ. Учеными-диетологами установлено, что излишнее потребление крахмалистой пищи приводит к накоплению жира. Если человек имеет нарушения со стороны поджелудочной железы в плане выделения амилазы или ведет малоподвижный образ жизни, его вес может сильно увеличиться. Стоит помнить, что богатая углеводами пища расщепляется в основном в двенадцатиперстной кишке до глюкозы. Она всасывается капиллярами ворсинок тонкого кишечника и депонируется в печени и мышцах в виде гликогена. Чем более интенсивный обмен веществ в организме, тем активнее он расщепляется до глюкозы. Затем она используется клетками как основной энергетический материал. Данная информация служит ответом на вопрос о том, какую роль играет углеводы организме человека.

Значение гликопротеидов

Соединения этой группы веществ представлены комплексом углевод + белок. Их еще называют гликоконъюгатами. Это антитела, гормоны, мембранные структуры. Новейшими биохимическими исследованиями установлено: если гликопротеиды начинают изменять свою нативную (природную) структуру, это приводит к развитию таких сложнейших заболеваний, как астма, ревматоидный артрит, рак. Роль гликоконъюгатов в метаболизме клетки велика. Так, интерфероны подавляют размножение вирусов, иммуноглобулины защищают организм от патогенных агентов. Белки крови также относятся к этой группе веществ. Они обеспечивают защитные и буферные свойства. Все вышеперечисленные функции подтверждает тот факт, что физиологическая роль углеводов в организме разнообразна и чрезвычайно важна.

Где и как образуются углеводы

Основные поставщики простых и сложных сахаров - это зеленые растения: водоросли, высшие споровые, голосеменные и цветковые. Все они содержат в клетках пигмент хлорофилл. Он входит в состав тилакоидов - структур хлоропластов. Российский ученый К. А Тимирязев изучил процесс фотосинтеза, в результате которого образуются углеводы. Роль углеводов в организме растения заключается в накоплении крахмала в плодах, семенах и луковицах, то есть в вегетативных органах. Механизм фотосинтеза достаточно сложен и состоит из серии ферментативных реакций, протекающих как на свету, так и в темноте. Глюкоза синтезируется из углекислого газа под действием ферментов. Гетеротрофные организмы используют зеленые растения в качестве источника пищи и энергии. Таким образом, именно растения являются первым звеном во всех и называются продуцентами.

В клетках гетеротрофных организмов углеводы синтезируются на каналах гладкой (агранулярной) эндоплазматической сети. Затем они используются как энергетический и строительный материал. В растительных клетках углеводы дополнительно образуются в комплексе Гольджи, а затем идут на формирование целлюлозной клеточной стенки. В процессе пищеварения позвоночных животных соединения, богатые углеводами, частично расщепляются в ротовой полости и желудке. Основные же реакции диссимиляции происходят в двенадцатиперстной кишке. В неё выделяется поджелудочный сок, содержащий фермент амилазу, расщепляющий крахмал до глюкозы. Как уже было ранее сказано, глюкоза всасывается в кровь в тонком кишечнике и разносится по всем клеткам. Здесь она используется как источник энергии и структурное вещество. Это объясняет, какую роль в организме играют углеводы.

Надмембранные комплексы гетеротрофных клеток

Они характерны для животных и грибов. Химический состав и молекулярная организация этих структур представлены такими соединениями, как липиды, белки и углеводы. Роль углеводов в организме - это участие в и построении мембран. В клетках человека и животных есть особый структурный компонент, называемый гликокаликсом. Этот тонкий поверхностный слой состоит из гликолипидов и гликопротеидов, связанных с цитоплазматической мембраной. Он обеспечивает непосредственную связь клеток с внешней средой. Здесь же происходит восприятие раздражений и внеклеточное пищеварение. Благодаря своей углеводной оболочке клетки слипаются друг с другом, образуя ткани. Это явление называется адгезией. Добавим также, что «хвосты» углеводных молекул находятся над поверхностью клетки и направлены в межтканевую жидкость.

Другая группа гетеротрофных организмов - грибы, также имеет поверхностный аппарат, называемый клеточной стенкой. В неё входят сложные сахара - хитин, гликоген. Некоторые виды грибов содержат также растворимые углеводы, например трегалозу, называемую грибным сахаром.

У одноклеточных животных, таких как инфузории, поверхностный слой - пелликула, также содержит комплексы олигосахаридов с белками и липидами. У некоторых простейших пелликула достаточно тонкая и не мешает изменению формы тела. А у других она утолщается и становится прочной, как панцирь, выполняя защитную функцию.

Клеточная стенка растений

Она также содержит большое количество углеводов, особенно целлюлозы, собранной в виде пучков волокон. Эти структуры формируют каркас, погруженный в коллоидный матрикс. Он состоит в основном из олиго- и полисахаридов. Клеточные стенки растительных клеток могут одревесневать. В этом случае промежутки между пучками целлюлозы заполняются другим углеводом - лигнином. Он усиливает опорные функции клеточной оболочки. Часто, особенно у многолетних древесных растений, наружный слой, состоящий из целлюлозы, покрывается жироподобным веществом - суберином. Он препятствует попаданию внутрь растительных тканей воды, поэтому нижележащие клетки быстро отмирают и покрываются слоем пробки.

Суммируя вышесказанное, мы видим, что в клеточной стенке растений тесно взаимосвязаны углеводы и жиры. Их роль в организме фототрофов трудно недооценить, так как гликолипидные комплексы обеспечивают опорную и защитную функции. Изучим разнообразие углеводов, характерных для организмов царства Дробянки. К нему относятся прокариоты, в частности бактерии. Их клеточная стенка содержит углевод - муреин. В зависимости от строения поверхностного аппарата бактерии разделяют на грамположительные и грамотрицательные.

Строение второй группы более сложное. Эти бактерии имеют два слоя: пластичный и ригидный. Первый содержит мукополисахариды, например муреин. Его молекулы имеют вид крупных сетчатых структур, образующих капсулу вокруг бактериальной клетки. Второй слой состоит из пептидогликана - соединения полисахаридов и белков.

Липополисахариды клеточной стенки позволяют бактериям прочно прикрепляться к различным субстратам, например, к зубной эмали или к мембране эукариотических клеток. Кроме этого, гликолипиды способствуют слипанию бактериальных клеток между собой. Таким путем образуются, например, цепочки стрептококков, грозди стафилококков, более того, некоторые виды прокариот имеют дополнительную слизистую оболочку - пеплос. Она содержит в своем составе полисахариды и легко разрушается под действием жесткого радиационного излучения или при контакте с некоторыми химическими веществами, например антибиотиками.

Что такое углеводы и сразу же возникает вопрос — зачем они нужны. Некоторые люди по непонятным причинам признают их вредными и объявляют им войну. В настоящее время, четко прослеживается тенденция к всеобщей белконизации питания. Почему-то некоторые считают, что белки являются полезными, а другие компоненты, в том числе и углеводы, организму не нужны (см. ). Однако рациональное питание предполагает несколько иное, сбалансированность и говорит о том, что не только белок нужен организму, но и другие питательные вещества.

Что такое углеводы и зачем они нужны организму

По химическому составу они состоят из углерода, кислорода и водорода. Человек содержит углеводов около 3%. Из них часть (6%) депонируется в печени в виде гликогена, 0,5% в сердце и около 3% в мышечной ткани. В абсолютном выражении в организме взрослого мужчины гликогена содержится около 0,5 кг. Помимо этого сахара находятся в виде глюкозы в плазме крови в растворенном виде. Правда, ее немного, около 5 г. Чем выше тренирован человек, тем те более выражена у него гликогенобразующая функция. А читайте, как использовать шорты для похудения.

В небольшой степени организм способен осуществлять синтез углеводов. Однако основное количество их поступает извне. Большей частью они содержатся в растительной пище. Злаковые культуры содержат их 80%, а содержание в сахаре приближается ко всем 100.

Функции углеводов

1. Энергетическая составляющая. Они являются главными поставщиками энергии в организм. На их долю приходится до 60% всей суточной энергии. Окисляясь, 1 г углеводов дает энергию, эквивалентную 4,1 ккал. При этом образуется и вода. При недостатке углеводов, начинает расходоваться ранее накопленная вода и происходит потеря в весе. Многие это ошибочно принимают за сжигание жира. Но никакого отношения это к данному процессу не имеет. Это говорит лишь о том, что иссякают запасы гликогена.
2. Функция построения (пластическая). Из них состоят ферментные структуры и мембранные клеточные образования. Углеводы включены в полисахаридную структуру и организацию сложных белков. Из них состоят сложные молекулы и осуществляется построение АТФ. Они являются представителями хранилища информации на генном уровне, чем является молекула ДНК. Входят они в состав и РНК.
3. Специфическая функция. Им приписывается роль веществ, обладающих антикоагулянтными свойствами. Они препятствуют свертыванию крови тогда, когда в этом нет необходимости. Организм заботится о том, чтобы был создан их некоторый запас. Для этой цели существует гликоген. Из них состоят рецепторы некоторых гормональных веществ, которые способны оказывать некоторое противоопухолевое действие. О связи гормонов и веса читайте в .
4. Функция, связанная с запасом питательных компонентов. В организме происходит запас из углеводов в форме гликогена. Он является быстромобилизируемым резервным депо, связанным с энергетикой. Гликогеном обеспечивается потребность организма в глюкозе. Это относится к гликогенобразующей функции печени. Создавая депо в мышечных структурах, он обеспечивает организм возможностью физической активности.
5. Функция защиты. состоит из представителей класса сложных углеводов. В состав слизи, которая покрывает поверхность бронхов, выстилает внутреннюю поверхность носа, входят мукополисахариды. Они препятствуют проникновению частиц пыли, микробной флоры, инородных тел.
6. Функция регуляции. Клетчатка относится к углеводам. Она в кишечнике не расщепляется, но способна обусловить активацию его перистальтики. В результате этого улучшается всасывание питательных веществ и пищеварение в целом.

Виды углеводов

Макаронные изделия, представители фруктово-овощного ассортимента, другие продукты являются углеводами. Все углеводы можно разделить на следующие группы:

• моносахариды. Сюда можно отнести представителей простых углеводов. Пищеварительные ферменты их не расщепляют. Они поступают извне с продуктами либо образуются в организме путем расщепления сложных углеводов. Если их содержание увеличивается, начинает активизироваться гормон инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой. Происходит перенаправление в ткани, где синтезируется гликоген с ее участием. Из них могут синтезироваться и жиры;
• дисахариды. Они состоят из нескольких моносахаридов, количество которых составляет от 2 до 10. Типичным представителем является сахароза. У всех них вкус имеет сладковатый характер;
• полисахариды. Относятся к классу сложных углеводов, содержащих в составе огромное количество моносахаридов.

Введение

углеводы гликолипиды биологический

Углеводы - обширный наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в кругообороте углерода они служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями. Углеводы и их производные во всех живых клетках играют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохимических процессов. Углеводы выполняют не только питательную функцию в живых организмах, они также выполняют опорную и структурную функции. Во всех тканях и органах обнаружены углеводы или их производные. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований. Принимают участие в синтезе многих важнейших веществ.

Актуальность

В настоящее время данная тема актуальна, потому что углеводы необходимы организму, так как входят в состав его тканей и выполняют важные функции: - являются главным поставщиком энергии для всех процессов в организме (они могут расщепляться и давать энергию даже в отсутствии кислорода); - необходимы для рационального использования белков (белки при дефиците Углеводов используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций); - тесно связаны с обменом жиров (если вы употребляете слишком много Углеводов, больше, чем может преобразоваться в глюкозу или гликоген (который откладывается в печени и мышцах), то в результате образуется жир. Когда телу нужно больше топлива, жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается); - особенно необходимы мозгу для нормальной жизнедеятельности (если мышечные ткани могут накапливать энергию в виде жировых отложений, то мозг не может так делать, он всецело зависит от регулярного поступления в организм углеводов); - являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот и т.д.

Понятие и классификация углеводов

Углеводами называют вещества с общей формулой Cn(H2O)m, где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы - одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85-90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

·моносахариды или простые сахара;

·олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).

·полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C3), тетрозы (C4), пентозы (C5), гексозы (C6), гептозы (C7).

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются, прежде всего, альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз - обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды

При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров - простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором - гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза - линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками в-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-40 % целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген . Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами в-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH3. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки. Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Краткая характеристика эколого-биологической роли углеводов

Обобщая рассмотренный выше материал, относящийся к характеристике углеводов, можно сделать следующие выводы об их эколого-биологической роли.

1. Они выполняют строительную функцию, как в клетках, так и в организме в целом за счет того, что входят в состав структур, образующих клетки и ткани (особенно это характерно для растений и грибов), например, клеточные оболочки, различные мембраны и т. д., кроме того, углеводы участвуют в образовании биологически необходимых веществ, образующих ряд структур, например в образовании нуклеиновых кислот, составляющих основу хромосом; углеводы входят в состав сложных белков - гликопротеидов, имеющих определенное значение в формировании клеточных структур и межклеточного вещества.

2. Важнейшей функцией углеводов является трофическая функция, состоящая в том, что многие из них являются продуктами питания гетеротрофных организмов (глюкоза, фруктоза, крахмал, сахароза, мальтоза, лактоза и др.). Эти вещества в комплексе с другими соединениями образуют пищевые продукты, используемые человеком (различные крупы; плоды и семена отдельных растений, включающие в свой состав углеводы, являются кормом для птиц, а моносахара, вступая в цикл различных превращений, способствуют образованию как собственных углеводов, характерных для данного организма, так и других органо-биохимических соединений (жиров, аминокислот (но не их белков), нуклеиновых кислот и т. д.).

3. Для углеводов характерна и энергетическая функция, состоящая в том, что моносахара (в частности глюкоза) в организмах легко окисляются (конечным продуктом окисления является СO2 и Н2O), при этом происходит выделение большого количества энергии, сопровождающееся синтезом АТФ.

4. Им присуща и защитная функция, состоящая в том, что из углеводов возникают структуры (и определенные органоиды в клетке), защищающие или клетку, или организм в целом от различных повреждений, в том числе и механических (например, хитиновые покровы насекомых, образующие внешний скелет, оболочки клеток растений и многих грибов, включающих целлюлозу и т. д.).

5. Большую роль играют механическая и формообразующая функции углеводов, представляющие собой способность структур, образованных либо углеводами, либо в сочетании их с другими соединениями, придавать организму определенную форму и делать их механически прочными; так, клеточные оболочки механической ткани и сосудов ксилемы создают каркас (внутренний скелет) древесных, кустарниковых и травянистых растений, хитином образован внешний скелет насекомых и т. д.

Краткая характеристика обмена углеводов в гетеротрофном организме (на примере организма человека)

Важную роль в понимании процессов обмена веществ играет знание о превращениях, которым подвергаются углеводы в гетеротрофных организмах. В организме человека этот процесс характеризуется приведенным ниже схематическим описанием.

Углеводы в составе пищи попадают в организм через ротовую полость. Моносахара в пищеварительной системе практически не подвергаются превращениям, дисахариды - гидролизуются до моносахаридов, а полисахариды подвергаются достаточно значительным превращениям (это относится к тем полисахаридам, которые организмом употребляются в пищу, а углеводы, не являющиеся пищевыми веществами, например, целлюлоза, некоторые пектины, удаляются из организма с каловыми массами).

В ротовой полости пища измельчается и гомогенизируется (становится более однородной, чем до попадания в нее). На пищу воздействует слюна, выделяемая слюнными железами. Она содержит фермент птиалин и имеет щелочную реакцию среды, за счет чего начинается первичный гидролиз полисахаридов, приводящий к образованию олигосахаридов (углеводов с небольшой величиной n).

Часть крахмала может превращаться даже в дисахариды, что можно заметить при длительном пережевывании хлеба (кислый черный хлеб становится сладким).

Пережеванная пища, обильно обработанная слюной и размельченная зубами, через пищевод в виде пищевого комка поступает в желудок, где подвергается воздействию желудочного сока с кислой реакцией среды, содержащего ферменты, воздействующие на белки и нуклеиновые кислоты. В желудке с углеводами практически ничего не происходит.

Затем пищевая кашица поступает в первый отдел кишечника (тонкий кишечник), начинающийся двенадцатиперстной кишкой. В нее поступает панкреатический сок (секрет поджелудочной железы), содержащий комплекс ферментов, способствующих и перевариванию углеводов. Углеводы превращаются в моносахариды, которые растворимы в воде и способны к всасыванию. Пищевые углеводы окончательно перевариваются в тонком кишечнике, а в той его части, где содержатся ворсинки, они всасываются в кровь и поступают в кровеносную систему.

С током крови моносахара разносятся к различным тканям и клеткам организма, но предварительно вся кровь проходит через печень (там она очищается от вредных продуктов обмена). В крови моносахара присутствуют преимущественно в виде альфа-глюкозы (но возможно наличие и других изомеров гексоз, например фруктозы).

Если глюкозы в крови меньше нормы, то часть гликогена, содержащегося в печени, гидролизуется до глюкозы. Избыточное содержание углеводов характеризует тяжелое заболевание человека - диабет.

Из крови моносахариды поступают в клетки, где большая их часть расходуется на окисление (в митохондриях), при котором синтезируется АТФ, содержащая энергию в «удобном» для организма виде. АТФ расходуется на различные процессы, которые требуют энергии (синтез нужных организму веществ, реализация физиологических и других процессов).

Часть углеводов пищи используется для синтеза углеводов данного организма, требующихся для формирования структур клетки, или соединений, необходимых для образования веществ других классов соединений (так из углеводов могут получиться жиры, нуклеиновые кислоты и т. д.). Способность углеводов превращаться в жиры является одной из причин возникновения ожирения - заболевания, влекущего за собой комплекс других заболеваний.

Следовательно, потребление избыточного количества углеводов вредно для человеческого организма, что необходимо учитывать при организации рационального питания.

В растительных организмах, являющихся автотрофами, обмен углеводов несколько иной. Углеводы (моносахара) синтезируются самим организмом из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии. Ди-, олиго- и полисахариды синтезируются из моносахаридов. Часть моносахаридов включается в синтез нуклеиновых кислот. Определенное количество моносахаридов (глюкозы) растительные организмы используют в процессах дыхания на окисление, при котором (как и в гетеротрофных организмах) синтезируется АТФ.

Гликолипиды и гликопротеины как структурно-функциональные компоненты клетки углеводов

Гликопротеины - это белки, содержащие олигосахаридные (гликановые) цепи, ковалентно присоединенные к полипептидной основе. Гликозаминогликаны представляют собой полисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных компонентов, которые обычно содержат аминосахара (глюкоза-мин или галактозамин в сульфированном или несульфированном виде) и уроновую кислоту (глюкуро-новую или идуроновую). Раньше гликозаминогликаны называли мукополисахаридами. Они обычно ковалентно связаны с белком; комплекс одного или более гликозаминогликанов с белком носит название протеогликана. Гликоконъюгаты и сложные углеводы-эквивалентные термины, обозначающие молекулы, которые содержат углеводные цепи (одну или более), ковалентно связанные с белком или липидом. К этому классу соединений относятся гликопротеины, протеогликаны и гликолипиды.

Биомедицинское значение

Почти все белки плазмы человека, кроме альбумина, представляют собой гликопротеины. Многие белки клеточных мембран содержат значительные количества углеводов. Вещества групп крови в ряде случаев оказываются гликопротеинами, иногда в этой роли выступают гликосфинголипиды. Некоторые гормоны (например, хорионический гонадотропин) имеют гликопротеиновую природу. В последнее время рак все чаще характеризуется как результат аномальной генной регуляции. Главная проблема онкологических заболеваний, метастазы, - феномен, при котором раковые клетки покидают место своего происхождения (например, молочную железу), переносятся с кровотоком в отдаленные части тела (например, в мозг) и неограниченно растут с катастрофическими последствиями для больного. Многие онкологи полагают, что метастазирование, по крайней мере частично, обусловлено изменениями в структуре гликоконъюгатов на поверности раковых клеток. В основе целого ряда заболевений (мукополисахаридозы) лежит недостаточная активность различных лизосомных ферментов, разрушающих отдельные гликоза-миногликаны; в результате один или несколько из них накапливаются в тканях, вызывая различные патологические признаки и симптомы. Одним из примеров таких состояний является синдром Хурлера.

Распространение и функции

Гликопротеины имеются у большинства организмов - от бактерий до человека. Многие вирусы животных также содержат гликопротеины, некоторые из этих вирусов интенсивно изучались, отчасти в силу удобства их использования для исследований.

Гликопротеины-это многочисленная группа белков с разнообразными функциями содержание в них углеводов варьирует от 1 до 85% и более (в единицах массы). Роль олигосахаридных цепей в функции гликопротеинов до сих пор точно не определена, несмотря на интенсивное изучение этого вопроса

Гликолипиды - сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. В молекулах гликолипидов есть полярные «головы» (углевод) и неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот). Благодаря этому гликолипиды (вместе с фосфолипидами) входят в состав клеточных мембран.

Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.

Гликосфинголипиды, являющиеся компонентами наружного слоя плазматической мембраны, могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и контактах. Некоторые из них являются антигенами, например антиген Форссмана и вещества, определяющие группы крови системы АВ0. Сходные олигосахаридные цепи обнаружены и у других гликопротеинов плазматической мембраны. Ряд ганглиозидов функционирует в качестве рецепторов бактериальных токсинов (например, холерного токсина, который запускает процесс активации аденилатциклазы).

Гликолипиды в отличие от фосфолипидов не содержат остатков ортофосфорной кислоты. В их молекулах к диацилглицерину гликозидной связью присоединяются остатки галактозы или сульфоглюкозы

Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов

Галактоземия - наследственная патология обмена веществ, обусловленная недостаточностью активности ферментов, принимающих участие в метаболизме галактозы. Неспособность организма утилизировать галактозу приводит к тяжелым поражениям пищеварительной, зрительной и нервной системы детей в самом раннем возрасте. В педиатрии и генетике галактоземия относится к редким генетическим заболеваниям, встречающимся с частотой один случай на 10 000 - 50 000 новорожденных. Впервые клиника галактоземии была описана в 1908 году уребенка, страдавшего сильным истощением, гепато- и спленомегалией, галактозурией; при этом заболевание исчезло сразу после отмены молочного питания. Позднее, в 1956 г. ученый Герман Келкер определил, что в основе заболевания лежит нарушение метаболизма галактозы. Причины болезни Галактоземия является врожденной патологией, наследуемой по аутосомно-рецессивному типу, т. е. заболевание проявляется только в том случае, если ребенок наследует две копии дефектного гена от каждого из родителей. Лица, гетерозиготные по мутантному гену, являются носителями заболевания, однако у них тоже могут развиваться отдельные признаки галактоземии в легкой степени. Превращение галактозы в глюкозу (метаболический путь Лелуара) происходит при участии 3-х ферментов: галактоза-1-фосфатуридилтрансферазы (GALT), галактокиназы (GALK) и уридиндифосфат-галактозо-4-эпимеразы (GALE). В соответствии с дефицитом этих ферментов различают 1 (классический вариант), 2 и 3 тип галактоземии.Выделение трех типов галактоземии не совпадает с порядком действия ферментов в процессе метаболического пути Лелуара. Галактоза поступает в организм с пищей, а также образуется в кишечнике в процессе гидролиза дисахарида лактозы. Путь метаболизма галактозы начинается с ее превращения под действием фермента GALK в галактозо-1-фосфат. Затем при участии фермента GALT галактозо-1-фосфат преобразуется в УДФ-галактозу (уридилдифосфогалактозу). После этого с помощью GALE метаболит превращается в УДФ - глюкозу (уридилдифосфоглюкозу).При недостаточности одного из названных ферментов (GALK, GALT или GALE) концентрация галактозы в крови значительно повышается, в организме накапливаются промежуточные метаболиты галактозы, которые вызывают токсическое поражение различных органов: ЦНС, печени, почек, селезенки, кишечника, глаз и др. Нарушение метаболизма галактозы и составляет суть галактоземии. Наиболее часто в клинической практике встречается классический (1 тип) галактоземии, обусловленный дефектом фермента GALT и нарушением его активности. Ген, кодирующий синтез галактоза-1-фосфатуридилтрансферазы, находится воколоцентромерном участке 2-ой хромосомы. По тяжести клинического течения выделяют тяжелую, среднюю и легкую степени галактоземии. Первые клинические признаки галактоземии тяжелой степени развиваются очень рано, в первые дни жизни ребенка. Вскоре после кормления новорожденного грудным молоком или молочной смесью возникает рвота и расстройство стула (водянистый понос), нарастает интоксикация. Ребенок становится вялым, отказывается от груди или бутылочки; у него быстро прогрессируют гипотрофия и кахексия. Ребенка могут беспокоить метеоризм, кишечные колики, обильное отхождение газов.В процессе обследования ребенка с галактоземией неонатологом выявляется угасание рефлексов периода новорожденности. При галактоземии рано появляется стойкая желтуха различной степени выраженности и гепатомегалия, прогрессирует печеночная недостаточность. К 2-3 месяцу жизни возникают спленомегалия, цирроз печени, асцит. Нарушения процессов свертывания крови приводит к появлению кровоизлияний на коже и слизистых оболочках. Дети рано начинают отставать в психомоторном развитии, однако степень интеллектуальных нарушений при галактоземии не достигает такой тяжести, как при фенилкетонурии. К 1-2 месяцам у детей с галактоземией выявляется двусторонняя катаракта. Поражение почек при галактоземии сопровождается глюкозурией, протеинурией, гипераминоацидурией. В терминальной фазе галактоземии ребенок погибает от глубокого истощения, тяжелой печеночной недостаточности и наслоения вторичных инфекций. При галактоземии средней тяжести также отмечается рвота, желтуха, анемия, отставание в психомоторном развитии, гепатомегалия, катаракта, гипотрофия. Галактоземия легкой степени характеризуется отказом от груди, рвотой после приема молока, задержкой речевого развития, отставанием ребенка в массе и росте. Однако даже при легком течении галактоземии продукты обмена галактозы токсическим образом воздействуют на печень, приводя к ее хроническим заболеваниям.

Фруктоземия

Фруктоземия - это наследственное генетическое заболевание, заключающееся в непереносимости фруктозы (фруктового сахара, содержащегося во всех фруктах, ягодах и некоторых овощах, а также в мёде). При фруктоземии в организме человека мало или практически нет ферментов(энзимов, органических веществ белковой природы, ускоряющих химические реакции, происходящие в организме), принимающих участие в ращеплении и усвоении фруктозы. Заболевание, как правило, обнаруживается в первые недели и месяцы жизни ребенка или с того момента, когда ребенок начинает получать соки и пищу, содержащую фруктозу: сладкий чай, фруктовые соки, овощные и фруктовые пюре. Фруктоземия передается по аутосомно-рецессивному типу наследования (заболевание проявляется, если у обоих родителей есть заболевание). Мальчики и девочки болеют одинаково часто.

Причины болезни

В печени имеется недостаточное количество специального фермента (фруктозо-1-фосфат-альдолазы), который преобразовывает фруктозу. В результате продукты обмена (фруктозо-1-фосфат) накапливаются в организме (печени, почках, слизистых оболочках кишечника) и оказывают повреждающее действие. При этом установлено, что фруктозо-1-фосфат никогда не откладывается в клетках мозга и хрусталике глаза. Симптомы заболевания проявляются после употребления в пищу фруктов, овощей или ягод в любом виде (соки, нектары, пюре, свежие, замороженные или сушеные), а также мёда. Тяжесть проявления зависит от количества употребления продуктов.

Вялость, бледность кожных покровов. Повышенное потоотделение. Сонливость. Рвота. Диарея (частый объемный (большие порции) жидкий стул). Отвращение к сладкой пище. Гипотрофия (дефицит (недостаточность) массы тела) развивается постепенно. Увеличение размеров печени. Асцит (скопление жидкости в брюшной полости). Желтуха (пожелтение кожных покровов) - развивается иногда. Острая гипогликемия (состояние, при котором значительно снижается уровень глюкозы (сахара) в крови) может развиться при одномоментном употреблении большого количества продуктов, содержащих фруктозу. Характеризуется: Дрожанием конечностей; судорогами (приступообразными непроизвольными сокращениями мышц и крайней степенью их напряжения); Потерей сознания вплоть до комы (отсутствия сознания и реакции на любые раздражители; состояние представляет опасность для жизни человека).

Заключение

Значение углеводов в питании человека весьма велико. Они служат важнейшим источником энергии, обеспечивая до 50-70 % общей калорийности рациона.

Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их "сберегающего белок" действия. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г.

С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молоку и т.д. Следует отметить, что в организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений вместе взятых Таким образом: углеводы играют огромную роль в жизни живых организмов на планете ученые считают, что примерно когда появилось первое соединение углевода, появилась и первая живая клетка.

Литература

1. Биохимия: учебник для вузов/ под ред. Е.С.Северина - 5-е изд., - 2009. - 768 с.

2. Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин «Биологическая химия».

3. П.А. Верболович «Практикум по органической, физической, коллоидной и биологической химии».

4. Ленинджер А. Основы биохимии // М.: Мир, 1985

5. Клиническая эндокринология. Руководство / Н. Т. Старкова. - издание 3-е, переработанное и дополненное. - Санкт-Петербург: Питер, 2002. - С. 209-213. - 576 с.

6. Детские болезни (том 2) - Шабалов Н.П. - учебник, Питер, 2011

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Самый распространенный вид органических соединений, обеспечивающий жизнедеятельность всех организмов - углеводы. Эти нутриенты принимают активное участие в процессах метаболизма питательных веществ. Углеводы выглядят, как органические соединения, состоящие из углерода, кислорода и водорода.

Наряду с жирами и белками, углеводы являются одной из основных групп пищевых веществ. Они являются легкодоступными веществами и быстро усваиваются, именно их принято считать основными энергетиками нашего организма.

И все-таки, для чего нужны углеводы в организме, какие из них являются наиболее важными и откуда их восполнять?

Углеводы - это чистая энергия, их важнейшая функция в организме - энергетическая . Без углеводов человеческая жизнь на нашей планете была бы невозможной, они обеспечивают большую часть энергетической потребности человеческого организма. Без их активного участия не сможет сдвинуться с места ни одна мышца, не будет работать дыхательная система, мозг, невозможно сердцебиение.

Участвуя во всех процессах жизнедеятельности человеческого тела, углеводы входят в состав клеточных мембран, соответственно, под их воздействием происходит образование кирпичиков, из которых состоит человек. Поскольку углеводы входят в состав всех слизистых оболочек человека и компонентов иммунной системы, они выполняют защитную функцию организма от бактерий, грибков, различных вирусов и даже механических воздействий.

Наш кишечник должен не только выполнять функцию всасывания полезных веществ из пищи, но и выводить шлаки. Очищение - одна из важных функций углеводов в организме.

Углеводы, как один из важных источников энергии полностью расходуются организмом, не оставляя шлаков. Они входят в состав ДНК, РНК и АТФ активно выполняя в организме еще и строительную функцию.

Виды углеводов и их функции

По химической структуре углеводы условно разделены на сложные (полисахариды) и простые (дисахариды и моносахариды.)

Полисахариды – это сложные углеводы, которые состоят из множества моносахаридов. Среди них такие важнейшие, как клетчатка, крахмал, гликоген.

Моносахариды — самые простые углеводы, которые под воздействием пищеварительных ферментов не расщепляются. К ним относятся фруктоза и глюкоза.

Дисахариды , состоящие из двух остатков моносахаридов, к ним относятся лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар) и сахароза (обычный сахар).

Незначительная часть углеводов синтезируется организмом. Они накапливаются в виде гликогена в клетках печени, мышцах и других тканях, образуя мощный энергетический резерв организма. Однако большая часть попадает в организм человека с пищей.

Наше здоровье зависит от качества нутриентов поступающих в организм. Важную роль углеводов в организме человека доказали многочисленные исследования, проводимые в течение нескольких десятилетий. На бытовом уровне их разделяют на два вида: вредные и полезные.

Так, где же содержатся полезные, а где вредные?

Вредные углеводы . Они попадают в организм из сладостей: тортов, пирожных, булок, мороженого, очищенного сахара, рафинированных и быстроусвояемых продуктов. Поскольку они быстро усваиваются, их еще называют быстрыми, если ими злоупотреблять, оседают на талии и бедрах.

Полезные углеводы. Их поставщиками в организм являются макаронные изделия из твердых сортов пшеницы, ягоды, фрукты, сухофрукты, мед, овощи, молоко, проросшие зерна, отрубной хлеб, злаки.

Зачем нужны быстрые углеводы?

Быстрые углеводы в ограниченных дозах способны принести организму только пользу. Например, 20 г горького шоколада приведут в порядок нервную систему, помогут снять стресс и доставить удовольствие. А в больших дозах они откладываются в жир и могут стать основной причиной ожирения и связанных с ним последствий.

Гликемический индекс

Для определения скорости расщепления и всасывания углеводов предложен показатель, названный гликемическим индексом. За точку отсчета принята глюкоза. При попадании в организм продукта с высоким гликемическим индексом, стремительно возрастает уровень сахара в крови, поджелудочная железа дает выброс инсулина, он снижает уровень сахара в крови и излишек сахара преобразуется в жир. Это приводит к избыточной массе тела, возникает опасность сахарного диабета и артериальной гипертензии.

Когда мы употребляем в пищу продукты, содержащие низкий гликемический индекс они перевариваются медленно и расщепляются до глюкозы тоже медленно, не вызывая увеличения уровня сахара в крови. Поджелудочная железа размеренно вырабатывает инсулин, поскольку не перерабатывает излишки сахара и чувство насыщения более продолжительное.

Отсюда можно сделать вывод: правильный углеводный рацион следует составлять преимущественно из углеводов с низким гликемическим индексом.

Гипогликемия

Мы уже поняли что дают организму углеводы, но что произойдет, если снизить их количество в рационе до минимума?

Недостаток углеводов (гипогликемия) способен нанести вред организму . При недостаточном количестве углеводов в организме у человека снижается умственная и физическая активность, может наблюдаться слабость, появление дрожи в руках и ногах, периодическая головная боль, уменьшается количество сахара в крови. При этом достаточно съесть небольшой кусочек шоколада, и все быстро восстанавливается.

При длительной белковой диете, недостаток углеводов приобретает выраженный хронический характер, происходит постепенное истощение запасов гликогена в печени и вместо него в ее клетках откладывается жир. Нередко это вызывает перерождение печени. Таким образом, углеводы организму не просто нужны, а необходимы, однако их употребление должно быть сбалансированным, исходя из потребности человека в энергии.

Роль углеводов в организме человека велика, эти важные нутриенты на 60 процентов обеспечивают наш организм необходимой энергией, а белки и жиры восполняют остальную долю.

Чтобы обеспечить свой организм необходимым количеством углеводов следует заботиться о сбалансированном полноценном рационе питания.

Почему-то люди решили объявить войну углеводам. Нас пугает всеобщая “белкомания”, поэтому давайте узнаем, что такое углеводы и еще раз обсудим принципы правильного питания.

Что такое углеводы

С точки зрения химии углеводы – это класс органических веществ, в состав которых входит углерод, кислород и водород. В организме их всего примерно 2-3%, которые откладываются в виде гликогена (грубо говоря, оперативный запас энергии). 5-6% от общей массы печени, до 0,5% сердца и 2-3% скелетных мышц – это углеводы.

В теле 70-килограмового мужчины примерно 500 г гликогена, но кроме него есть еще глюкоза, которая в свободном виде “плавает” в крови. Её совсем мало – примерно 5 граммов. Чем более человек тренированный, тем больше гликогена он может запасать.

Тело человека может синтезировать углеводы, но в незначительном количестве, поэтому основное количество углеводов поступает в организм с пищей. Углеводы находятся преимущественно в продуктах растительного происхождения. Например, в злаках их содержится около 80% от общей сухой массы. И к примеру сахар – это вообще на 99,98% углевод.

Для чего нужны углеводы

У углеводов есть свои задачи:

Энергетическая: углеводы обеспечивают 50-60% суточного энергопотребления организма. При окислении 1 г углеводов выделяется 17 кДж энергии или более привычные нам 4,1 ккал и 0,4 г воды. Поэтому когда вы перестаете есть углеводы, вас сначала “сливает”, то есть из вас выходит запасенная ранее вода. Этот процесс многие ошибочно принимают за истинное жиросжигание, в то время как всего лишь истощаются запасы гликогена.

Основной источник энергии для нас – это запасенный в печени и мышцах гликоген и свободная глюкоза в крови, которые образовались из съеденных углеводов.

Пластическая или строительная: из углеводов “строятся” некоторые ферменты, клеточные мембраны, они также входят в состав полисахаридов и сложных белков хрящевой, костной и других тканей. Углеводы хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, рибозы и дезоксирибозы ) участвуют в построении универсального источника энергии АТФ, “хранилища” генетической информации ДНК и макромолекулы, содержащейся в клетках – РНК.

Специфическая: углеводы к примеру, выполняют роль антикоагулянтов, то есть делают так, чтобы кровь не сворачивалась в самый неподходящий момент. Являются рецепторами ряда гормонов или фармакологических веществ – то есть помогают гормонам распознать где и в каком количестве они нужны. Так же они оказывают противоопухолевое действие.

Запас питательных веществ : углеводы накапливаются в скелетных мышцах, печени, сердце и некоторых других тканях в виде гликогена. Гликоген – это быстромобилизуемый энергетический резерв. Функция гликогена печени – обеспечивать глюкозой весь организм, функции гликогена в мышцах – обеспечивать энергией физическую активность.

Защитная: сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы. Мукополисахариды находятся в слизистых веществах, которые покрывают поверхность сосудов носа, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий и вирусов, а также от механических повреждений.

Регуляторная: клетчатка пищи не поддается процессу расщепления в кишечнике, однако активирует перистальтику кишечного тракта, ферменты, использующиеся в пищеварительном тракте, улучшая пищеварение и усвоение питательных веществ.

Какие бывают углеводы

Хлеб, крупы, макароны, овощи, фрукты, сахар – это все продукты растительного происхождения, которые состоят преимущественно из углеводов или моно-, ди- и полисахаридов.

Моносахариды: это простые углеводы, которые не распадаются под воздействием пищеварительных ферментов. Глюкоза и фруктоза – это моносахарид, которые содержатся во многих фруктах, соках, меде и называются сахарами. В организм они поступают как сами по себе, если вы, например, съели ложку сахара или же образуются в процессе пищеварения из более сложных углеводов.

Как только в организме оказывается много свободной глюкозы, активизируется поджелудочная железа, которая выделяет гормон инсулин, благодаря которому глюкоза перенаправляется в ткани, где она используется для синтеза гликогена, а при значительном избытке – и для синтеза жиров (вот он эффект от лишних тортиков и злоупотребления фруктовыми соками!) Чтобы моносахариды были нам друзьями, а не врагами, их количество в питании не должно превышать 25-35 % общего количества съеденных за сутки углеводов.

Грубо говоря, на каждые 2 чайные ложки сахара (моносахариды или простые углеводы) надо употреблять 100 граммов овсянки (сложные углеводы).

Держите себя в руках с простыми углеводами

Нынче очень модно заменять глюкозу фруктозой под эгидой, что – это якобы более полезно и она не запасается в виде жира. Это неправда: глюкоза и фруктоза – родные братья. Их различает только то, что у глюкоза содержит альдегидную функциональную группу, а фруктоза – кетогруппу.

Дисахариды: это составная часть олигосахаридов, которая состоит из 2-10 моносахаридов. Основные дисахариды – это сахароза (обычный столовый сахар), состоящая из остатков глюкозы и фруктозы, мальтоза (солодовые экстракты злаковых, проросшие зерна) или два соединенных между собой остатка глюкозы, лактоза (молочный сахар) имеющая в своем составе остаток глюкозы и галактозы. Все дисахариды имеют сладковатый вкус.

Полисахариды: это сложные углеводы, состоящие из многих сотен или тысяч связанных между собой моносахаридов. Этот вид углеводов содержится в крахмале (картофель, крупы, хлеб, рис и др.), в «животном крахмале» – гликогене, в пищевая клетчатка и пектин (фрукты, овощи, злаки, бобовые, отруби и др.) и легкоусвояемом инулине (топинамбур, корень цикория, лук, чеснок, бананы, ячмень, рожь).

Сколько нужно углеводов?

ВОЗ и РАМН рекомендует есть по 4 г углеводов на каждый кг массы тела. То есть для девушки весом 60 кг нужно съедать 240 г углеводов. Это примерно 360 г отваренного круглого риса, или 1,5 кг варёной картошки, или 2,6 кг сладких яблок, или 12 кг сельдерея.

4 г на каждый кг веса – это рекомендации для малоактивных людей. Для незначительно умеренно активных норма 5-6г, для умеренно активных (например, 3 силовых тренировки в неделю по часу) – 6-7 г. Спортсменам же рекомендуют есть не менее 8-10 г углеводов на каждый кг их мускулистого тела.

А что если без них? Риски белковых (безуглеводных) диет

Да, люди – белковая форма жизни, которая может существовать и без употребления углеводов в пищу, но это нездорово, безграмотно и в перспективе нанесет вред здоровью. Потому что уменьшение содержания углеводов в пище усиливает распад клеточных белков, окисление жиров и образование кетоновых тел, что может привести к ацидозу, то есть увеличить кислотность в организме.

Обычно продукты окисления органических кислот быстро удаляются из организма, но при голодании или низкоуглеводной диете, они задерживаются в организме, что в лучшем случае приведет к появлению в моче ацетоуксусной кислоты и ацетона, а в тяжёлых может привести к коме (такое случается с диабетиками).

Осторожнее с белковыми диетами Дюкана

У “дюкановцев” случается метаболический ацидоз – при недостатке углеводов в тканях накапливаются кислые продукты, то есть возникает кето- или лактоацидоз.

Кетоацидоз возникает вследствие дефицита инсулина. Когда вы едите критически мало углеводов (менее 2 г на кг тела) довольно продолжительное время, то организм подпитывает себя энергией за счет гликогена и запасённых жиров. Мозг же получает энергию в основном утилизируя глюкозу и ацетон для него является токсичным веществом.Непосредственное расщепление жиров не может обеспечить необходимой энергией головной мозг, а так как запасы гликогена относительно невелики (500 г) и истощаются в течение первых дней после отказа от углеводов, то организм может обеспечить мозг энергией либо с помощью глюконеогенеза (внутреннего синтеза глюкозы), либо путём повышения концентрации кетоновых тел в крови для переключения других тканей и органов на альтернативный источник энергии.

В норме при дефиците углеводистой пищи печень из ацетил-КоА синтезирует кетоновые тела - возникает кетоз, не вызывающий электролитных нарушений (является вариантом нормы). Однако в ряде бескомпромиссных случаев также возможна декомпенсация и развитие ацидоза и может привести к диабетической кетоацидотической коме.

Жиры при низкоуглеводных диетах сжигаются хуже, чем при нормальном, сбалансированном питании, так как обычно жиры соединяются с углеводами для последующего преобразования в энергию, а при недостатке углеводов происходит неполноценное сжигание жиров, и образуется побочный продукт – кетоны, которые накапливаются в крови и моче, что вызывает кетоз. Кетоз приводит к снижению аппетита (организм думает, что он на грани выживания), снижается работоспособность, вялость, усталость и раздражительность становятся нормой.

Перебор с углеводами

Систематический перебор с углеводами приводит к преобладанию процессов брожения в кишечнике, а также ожирению, атеросклерозу, сахарному диабету второго типа, так как часть углеводов превращается в жиры и холестерин, которые лежат мёртвым грузом на внутренних органах, поверх наших красивых мышц и всячески вредят кровеносной системе.

Для того, чтобы быть здоровым на самом деле нужно уметь удовлетворять потребности организма таким образом, чтобы было хорошо всему телу в целом, при этом оставаясь в нормальных здоровых рамках. Важно чтобы все органы чувств (в том числе и ваш мозг) радовались еде, чтобы принятие пищи доставляло положительные эмоции.