Функции углеводов. Функция углеводов в клетке. Углеводы — функция и значение для организма

Углеводы – это важнейший компонент клеток органов и тканей, основной источник обеспечения их энергией. Наиболее важны они для людей, занимающихся спортом. Мир углеводов разнообразен и неоднозначен. Многие «обвиняют» их в быстром наборе веса, другие, наоборот, употребляют их в пищу для похудения. Кто же прав?

Что такое углеводы?

Углеводы – это сложные химические соединения, состоящие из углерода, кислорода и водорода. Первые открытые наукой углеводы описывали формулой: C x (H 2 O) y , как будто атомы углерода скреплены с несколькими атомами воды (отсюда и название). Сейчас доказано, что в молекуле углеводов атомы углерода соединены по отдельности с водородом, гидроксильной (ОН) и карбоксильной (С=O) группами. Однако прежнее название прочно прижилось.

Классификация углеводов

В зависимости от количества атомов углерода, входящих в состав молекулы выделяют следующие группы углеводов:

• Моносахариды или простые сахара. Их называют также «быстрыми» углеводами или «легкоусвояемыми».К ним относятся глюкоза, рабиноза, галактоза, фруктоза.
• Дисахариды или сложные сахара (сахароза, мальтоза, лактоза) при расщеплении распадаются на две молекулы моносахаридов.
• Полисахариды – крахмал, клетчатка, пектины, гликоген (животный крахмал). Это «медленные» углеводы – они расщепляются в течение нескольких часов.

Значение углеводов для организма

Значение углеводов сложно переоценить, они выполняют следующие функции:

• Энергетическую, которая осуществляется в процессе метаболизма. В результате окисления 1 г углеводов выделяется около 4 ккал энергии.
• Гидроосмотическую – поддерживают осмотическое давление крови, обеспечивают ткани упругостью.
• Структурную. Углеводы участвуют в построении клетки, из них почти полностью состоят клетки суставов. Вместе с белками образуют ряд ферментов, секретов, гормонов.
• Заняты в синтезе ДНК, АТФ, РНК.
• Клетчатка и пектин способствуют функционированию кишечника.

Метаболизм углеводов

Метаболизм (обмен) углеводов в человеческом организме – сложный многостадийный процесс:

• Расщепление сложных сахаров и полисахаридов на простые сахара, которые быстро всасываются в кровь.
• Распад гликогена до глюкозы.
• Аэробный распад глюкозы до пирувата, с его последующим аэробным окислением.
• Анаэробное окисление глюкозы.
• Взаимопревращения моносахаридов.
• Образование из неуглеводных продуктов углеводов.

Углеводы и инсулин

В цепочке углеводных превращений особое место занимает простой сахар – глюкоза. Нормальный обмен глюкозы в организме происходит с помощью специального гормона поджелудочной железы – инсулина. Он регулирует уровень сахара в крови человека за счёт уменьшения распада гликогена в печени и ускорения его синтеза в мышцах. Инсулин помогает глюкозе проникнуть внутрь клетки.

Нехватка инсулина нарушает углеводный обмен организма, приводит к развитию заболевания под названием сахарный диабет.

Нормы углеводов для взрослого человека

Потребность организма в углеводах напрямую зависит от степени его физической активности и составляет 250–600 г. Людям, регулярно нагружающим свой организм тренировками, нужно употреблять в сутки 500–600 г углеводов и придерживаться следующих рекомендаций:

• Нельзя злоупотреблять легкоусвояемыми углеводами, чтобы не провоцировать ожирение. Однако до и после тренировки разумное количество простых сахаров позволит быстро восстановить силы.
• Следует обязательно употреблять полисахариды для нормальной работы кишечника;
• Большую часть поступающих в организм углеводов должны составлять сложные сахара. Расщепляясь по сложной длительной схеме, они надолго обеспечат организм энергией.

Продукты, богатые углеводами

Правильное употребление углеводов предполагает сбалансированное употребление «быстрых» и «медленных» углеводов. Для удобства составления индивидуального меню и характеристики продуктов с «углеводной точки зрения» был введён показатель – гликемический индекс, его часто обозначают аббревиатурой ГИ. Он показывает, как быстро изменится уровень глюкозы в крови после определённого продукта.

Чем выше количественное значение этого уровня, тем больше вырабатывается инсулина, который помимо обмена глюкозы в организме выполняет функцию накопления жировых запасов. Чем чаще и сильнее происходят колебания глюкозы в крови, тем меньше шансов у организма запасти углеводы в мышцах.

Медленные, сложные углеводы характеризуются низким и средним ГИ, быстрые (простые) углеводы – высоким.

Низкий ГИ у капусты, бобовых, яблок, абрикосов, слив, грейпфрутов, персиков, яблок.

Средний ГИ имеют овсяная крупа и печенье из неё, ананасы, зелёный горошек, рис, пшено, макароны, гречка.

Продукты с высоким гликемическим индексом: сладости, виноград, бананы, мёд, сухофрукты, картофель, морковь, белый хлеб.

Углеводы в бодибилдинге

Для наращивания мышечной массы следует придерживаться следующих советов:

• Употреблять необходимую для спортсменов суточную норму углеводов.
• При составлении меню на день важно подбирать продукты исходя из их показателя ГИ. Продукты, имеющие низкий и/или средний ГИ нужно употреблять исходя из расчёта 2,5 г углеводов на 1 кг веса человека. Продукты с высоким ГИ должны поступать с пищей в количестве не более 2 г углеводов на 1 кг веса.
• Идеальное время для того, чтобы съесть продукт с высоким уровнем ГИ – в течение 3 часов после тренировки.
• Организм активно запасает углеводы в виде внутримышечного гликогена утром, не позднее, чем через 6 часов после того, как человек проснулся.

Углеводы и похудение

У многих углеводы ассоциируются исключительно со сладостями, а, следовательно, и с лишним весом. Однако существует несложный способ направить углеводы на похудение. Речь не идёт о так называемых углеводных диетах, все же ограничение в белке и полезных жирах может негативно сказаться на здоровье организма. Поэтому такие кардинальные диеты возможны только после индивидуальной консультации с врачом.

Самостоятельно можно и нужно корректировать свой рацион. Однако делать это нужно правильно и прежде всего следует отказаться от быстрых углеводов. Занимающимся спортом разрешается съедать немного продуктов с высоким ГИ (их суточная дозировка не должна превышать 1 г на килограмм веса). Продукты с низким и/или средним гликемическим индексом нужно употреблять из расчёта: 2 г углеводов на 1 кг веса.

Нельзя отказывать себе в какой-то группе продуктов. Углеводы обязательно должны поступать из круп, овощей, фруктов, хлеба.

Углеводы должны быть важнейшей частью рациона любого человека, особенно если он занимается физическими нагрузками. Ведь они – основной источник энергии! Планируйте свой рацион правильно. Будьте энергичны и красивы!

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.

Углеводы – это самый распространенный класс органических веществ. Роль углеводов в организме разнообразна, зависит от их строения, места образования. Максимальное количество углеводов содержится в растениях, где их концентрация достигает 90%. Это объясняется способностью растений синтезировать углеводы из углекислого газа и воды под действием лучей солнца. Называется такая реакция фотосинтезом.

В фотосинтезе принимает участие пигмент хлорофилл. В животных организмах концентрация углеводов значительно меньше, составляет в среднем 2% от массы тела. Некоторые авторы указывают содержание 20%, подразумевая концентрацию в сухом остатке живых существ. В организме человека, по мнению профессора А.П. Нечаева, содержание углеводов не превышает 1% от массы всего тела.

Образование углеводов в живых системах происходит иначе, чем в растениях. Есть также различия в строении.

Состав углеводов

Название класса сформулировали первооткрыватели, у которых сложилось впечатление о содержании в новых веществах угля – углерода и воды в строго определенном соотношении. Впоследствии был установлено, что строение и состав углеводов несколько иной. Название осталось. В начале 20 века Международная комиссия рекомендовала другое название, которое на практике не закрепилось. Приводить его здесь не имеет смысла.

Углеводы – огромный класс веществ, который принято подразделять на простые и сложные

Простые углеводы, несмотря на название, устроены не очень просто. Называют их моносахаридами. По количеству атомов углерода они подразделяются на группы. В целом атомов углерода и атомов кислорода у них содержится поровну, количество атомов водорода вдвое больше, чем каждого из указанных.

1. Триозы – содержат в основе молекулы три атома углерода. В свободном виде встречаются редко. Производные триоз, содержащие фосфор, образуются при расщеплении углеводов в организме человека.
2. Тетрозы распространены мало.
3. Пентозы (5 атомов углерода в скелете молекулы) встречаются в природе чаще, обычно, как составляющая часть более крупных соединений.
4. Гексозы – самая важная и распространенная группа простых углеводов. Они содержат 6 атомов углерода. К гексозам относится глюкоза, фруктоза, галактоза и многие другие вещества. Самый важный простой углевод, обеспечивающий все обменные процессы человека, — это глюкоза. В биохимических реакциях в организме она участвует в виде фосфорных производных. Сложные углеводы также подразделяются на группы. Атомов кислорода в них меньше, чем атомов углерода. Сложные углеводы могут иметь средние размеры и очень большие размеры.

Сложные углеводы средних размеров называют сахароподобными или олигосахаридами. Приставка в переводе с греческого обозначает «малый». Они содержат до 10 остатков моносахаридов.

1. Сложные углеводы с очень большой молекулярной массой называют несахароподобными или полисахаридами.
2. Они имеют длинные, иногда разветвленные цепи из моносахаридов. При разрушении под действием воды все полисахариды в конечном итоге распадаются до смеси моносахаридов.

В целом в биосфере углеводов содержится больше, чем всех остальных органических соединений в сумме. Простые и сложные углеводы в равной мере важны для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Главные функции углеводов в организме можно представить в перечне.

• При окислении 1 гр углеводов в организме образуется 4 ккал энергии, часть из которой расходуется на обеспечение нужд органов, тканей, работу сердца, мышц. «Лишняя» энергия, не востребованная в данный момент времени, может запасаться в особенном соединении – АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). При появлении потребности АТФ может расщепляться и снабжать организм недостающей энергией. Углеводы обеспечивают 58% суточных энергозатрат человека.

• Разнообразно участие углеводов в непосредственном и опосредованном построении тканей организма.
  • Сложные производные – мукополисахариды формируют соединительные ткани, хрящевое наполнение суставов.
  • Остатки моносахаридов, образующиеся при расщеплении углеводов в организме, используются для образования (биосинтеза) новых белков, липидов.

• Функции углеводов в клетке заключаются в регуляции обмена жиров. Часто при сильных физических нагрузках, низком содержании углеводов в рационе происходит накопление вредных продуктов, например, ацетона. Все особенности питания в период активных физических занятий целесообразно согласовать со специалистом.

• Многие моносахариды имеют сладкий вкус, доставляют удовольствие при приеме пищи. Это один из необходимых источников положительных эмоций, необходимых для нормальной работы нервной системы.

• Простые и сложные углеводы участвуют в запасании (депонировании) энергии. При избытке моносахаридов из них образуется полисахарид – гликоген, который накапливается в печени и мышцах.

• Разнообразны специфические функции углеводов в организме.
  • Сложные производные принимают участие в формировании группы крови.
  • Некоторые биополимеры, имеющие углеводную составляющую, расщепляют чужеродные вирусы, токсины.
  • Комплексы белков с углеводами обеспечивают передачу нервных импульсов.
  • Гепарин предотвращает образование сгустков в кровеносных сосудах.

• Важна функция углеводов в клетках печени. Глюкуроновая кислота, образующаяся при окислении глюкозы, связывает токсины в печени, превращает их в растворимую форму, которая легко выводится из организма.

Расщепление углеводов в организме

По пищевой ценности углеводы подразделяют на усваиваемые и неусваиваемые.

К усваиваемым относят :

• моносахариды,
• сахароподобные сложные углеводы,
• некоторые несахароподобные углеводы.

Из полисахаридов человек может усваивать только крахмал, гликоген (животный крахмал).

Легче всего усваиваются углеводы с маленькой и средней массой молекулы. По этому признаку происходит деление на быстрые и медленные углеводы.

• Моносахариды, например глюкоза, усваиваются очень быстро, т.к. ей не нужно претерпевать никаких предварительных реакций. Углеводы, состоящие из смеси двух моносахаридов усваиваются тоже быстро. Например, мед состоит из смеси равных частей глюкозы и фруктозы. Глюкоза к усвоению готова. Фруктозе нужно только немного видоизмениться.

• Огромные молекулы полисахаридов, типа крахмала, гликогена, усваиваются медленнее. Цепь, состоящая из нескольких тысяч звеньев сначала должна претерпеть расщепление до моносахаридов. На это уходит время и некоторая энергия.

Быстрые и медленные углеводы

Быстрые и медленные углеводы одинаково важны для человека. Следует учитывать скорость их расщепления, в соответствии с которой корректировать рацион. Интенсивность процессов усвоения углеводов характеризуется гипогликемическим индексом углеводов, который отображает способность продукта повышать уровень глюкозы в крови. Чем быстрее происходит всасывание в пищевом тракте, тем быстрее увеличивается концентрация глюкозы в крови.

• Максимальный гипогликемический индекс углеводов имеет глюкоза, 105 единиц. Солодовый сахар – мальтоза, состоящий из двух остатков глюкозы имеет показатель 100 единиц.

• Фруктоза характеризуется цифрой 20. Это объясняется тем, что для превращения в глюкозу она должна перегруппироваться (изомеризоваться). На такую трансформацию фруктозы требуется время.

• Низкий показатель фруктозы объясняет не очень высокие цифры ГИ для сахарозы (59). Она состоит из двух связанных звеньев, одним из которых является фруктоза. Нужно звенья сначала расщепить, потом фруктозе видоизмениться.

• У меда такие же моносахариды – глюкоза и фруктоза, но они не связаны друг с другом, находятся в смеси. Звенья расщеплять не нужно. ГИ меда выше, чем у сахарозы, составляет 87.

• У крахмала, содержащегося в приготовленных продуктах: вареном белом рисе, картофеле, пшеничном хлебе ГИ не мал, составляет 72; 90, 72, соответственно. Это объясняется расщеплением молекул крахмала при термической обработке.

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.

И снова здравствуйте, дорогие посетители портала о здоровье «сайт». Продолжаем рубрику , и сегодня речь пойдет об углеводах. В этой статье Вы узнаете о том, что такое углеводы, какие бывают виды углеводов, а также какую роль они играют в человеческом организме.

Углеводы — что это такое?

В статье про мы уже упоминали об углеводах, как о макронутриентах , которые являются наиболее важным источником энергии для жизнедеятельности клеток нашего тела. Да и, вообще, если взять рацион среднестатистического человека, то именно углеводы занимают большую часть его рациона.

— это целый класс химических соединений, которые относятся к органическим и имеют общую структурную формулу Сm (H2O) n, где значения «m» и «n» всегда должны быть больше «трех» .

Иными словами, в молекуле углеводов на каждый атом углерода приходится молекула воды. Например, формула глюкозы будет выглядеть так: C6H12O6 .

В природе углеводы встречаются фактически во всех видов организмов:

• растительных
• животных
• бактериях
• грибах

Если отдельно рассматривать растительные организмы, то в них на углеводы приходится 80-90 процентов из расчета на сухое вещество клетки, то есть, у растений углеводы являются одним из основных структурных материалов. В животных организмах цифра будет гораздо ниже — от 1 до 5 процентов. Ну и в микроорганизмах, соответственно, на углеводы приходится примерно 12-30 процентов.

Термин "углеводы" для данного класса органических веществ предложил известный отечественный ученый немецко-балтийского происхождения Карл Шмидт в 1844 году.

Виды углеводов

В зависимости от молекулярной сложности углевода или, если быть точнее, от количества структурных единиц (сахаридов) различают 3 класса углеводов:

1. Моносахариды
2. Олигосахариды
3. Полисахариды

1. Моносахариды

Моносахаридами называют простые углеводы, которые содержат всего одну структурную единицу. Моносахариды также часто называют «простыми сахарами».

По сути моносахариды представляют собой кристаллические вещества, которые неплохо растворяются в воде, а если их попробовать на вкус, то они окажутся очень даже сладкими!

К важнейшим представителям моносахаридов относятся:

• Пентозы . К ним относятся: рибоза — моносахарид, который входит в состав нуклеоновых кислот РНК, а также в состав молекул АТФ. Дезоксирибоза — входит в состав молекулы ДНК
• Гексозы . Одним из наиболее распространенных представителей является простой сахар — глюкоза . Именно глюкоза является основным энергетическим субстратом для клеток нашего тела, а также основным мономером главного эндогенного углеводного резерва — гликогена .
• Галактоза — простой углевод, который входит в состав лактозы — углевода, который по своей природе является дисахаридом и содержится в молочных продуктах.
• Фруктоза . Также, как и глюкоза, фруктоза встречается как в свободном, так и связанном виде. На вкус фруктоза примерно в полтора раза слаще сахарозы и примерно в два с половиной раза слаще глюкозы. Именно поэтому фруктозу часто добавляют в различные диетические продукты, так как она, в сравнении с другими моносахаридами, дает такую же сладость при меньшем количестве, что позволяет снизить общую калорийность продукта. Помимо этого фруктоза лучше, чем глюкоза и сахароза растворяется в воде.

2. Олигосахариды

По сути олигосахариды являются сахароподобными веществами, особенностью которых является относительно небольшая молекулярная масса, а также неплохая растворимость в воде. Как правило, олигосахариды сладки на вкус.

Число структурных единиц, входящих в состав олигосахаридов составляет от «2» до «10» сахаридов .

Самые распространенные из них — дисахариды (две структурные единицы). К ним относятся прежде всего:

• Мальтоза — его еще называют «солодовый сахар». Очень много мальтозы содержится в представителях зерновых культур.
• Лактоза (глюкоза плюс галактоза) - дисахарид, который содержится в молоке
• Сахароза (глюкоза плюс фруктоза) - содержится в огромном количестве растений, но особо много ее в таких растениях, как сахарный тростник и сахарная свекла.

3. Полисахариды

Полисахариды представляют собой сложные высокомолекулярные вещества, которые состоят из более, чем 10 остатков моносахаридов.

Количество структурных единиц, входящих в состав моносахаридов может составлять сотни и даже тысячи моносахаридов. Давайте рассмотрим важнейшие из полисахаридов:

• Крахмал — строится из остатков глюкозы, является основным сложным углеводом у растений. В человеческом теле крахмал очень даже неплохо усваивается.
• Гликоген — сложный углевод животного происхождения. Его еще часто называют «животным крахмалом». Он также состоит из остатков глюкозы, как и крахмал, только его цепь более разветвленная, чем у крахмала. Гликоген является главным внутреннем «депо» глюкозы для человека. Значительная его часть откладывается в наших мышцах и в печени, а также в других органах.
• Целлюлоза (клетчатка) — представляет собой сложный линейный полисахарид. В отличие от крахмала и гликогена остатки глюкозы в молекуле целлюлозы соединены немного иначе. Данный полисахарид является структурным компонентом клеточных стенок растений. В организме человека клетчатка не переваривается, зато невероятно полезна для кишечника.
• Хитин — азотсодержащее вещество, которое входит в состав панцирей многих членистоногих, а также входит в состав клеточных стенок бактериальных организмов и грибов.

Роль углеводов в организме человека

Углеводы, как правило, обеспечивают до 50-80 процентов потребности организма в энергии . При окислении одного грамма глюкозы выделяется 17,6 килоджоулей энергии, что эквивалентно 4,1 килокалориям .

Помимо покрытия текущих энергетических затрат клеток нашего тела, углеводы также выполняют запасающую функцию . В человеческом теле глюкоза, образованная в процессе гидролиза углеводов, принимаемых с пищей, откладывается на запас в виде сложного полисахарида — гликогена . У растений глюкоза депонируется в виде растительного полисахарида — крахмала, а у грибов — также, как и у нас, в виде гликогена.

Некоторые клетки нашего организма используют глюкозу в качестве главного энергетического материала (например, мозг). Когда таким клеткам нужна энергия, а человек давно не ел углеводов с пищей, происходит следующее: гликоген, хранящийся в печени, отдает свою глюкозу в кровь, тем самым, повышая сахар в крови.

Некоторые сложные углеводистые соединения выполняют защитную функцию . Например, такое вещество, как гепарин, участвует в предотвращении свертываемости крови.

В организме грибов, растений и микроорганизмов углеводы также выполняют структурную функцию — то есть, являются стройматериалом для их клеток. У людей же улеводы особо не являются строительным материалом. Разве что некоторые углеводы входят в состав нуклеиновых кислот (рибоза — РНК, дезоксирибоза — ДНК) и других веществ.

Также огромную роль для работы желудочно-кишечного тракта играют неперевариваемые углеводы — клетчатка. Про клетчатку я, вообще, напишу отдельную статью в ближайшее время.

В этой статье мы вкратце рассмотрели углеводы и их роль в человеческом организме. В следующем выпуске я расскажу Вам про такой важный показатель пищевой ценности углеводов, как гликемический индекс .