О важности углеводов в питании спортсмена. Роль углеводов в питании человека, энергетическая ценность, простые и сложные углеводы, потребность в них, источники

Углеводы в питании человека играют очень важную роль, так как являются важным источником энергии, необходимой для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма на клеточном уровне. Биологическое окисление углеводов образует не только энергию, но и выполняет много регуляторных функций, например, препятствует кетоновому накоплению во время окисления жиров. Нарушение углеводного обмена приводит к сахарному диабету, в результате чего происходит развитие такого заболевания, как ацидоз, что характеризуется смещением кислотно-щелочного баланса организма. Как правило, такие нарушения происходят вследствие невыполнения углеводами своих функций.

Роль углеводов в жизни человека велика, некоторые из них выполняют в организме специализированные функции. Гиалуроновая кислота, например, не даёт возможность болезнетворным бактериям проникнуть через оболочки клеток, а гепарин не позволяет крови сворачиваться в сосудах. Большую роль углеводы играют в защите печени от воздействия различных негативных реакций, которые протекают в этом органе. Глюкуроновая кислота способна взаимодействовать с токсичными веществами, образовывая в результате нетоксичные эфиры, которые легко растворяются в воде и выходят из организма при мочеиспускании.

В человеческом организме углеводы, как правило, накапливаются в малых количествах, поэтому необходимо постоянно пополнять их запас вместе с пищей. Суточная потребность человека в углеводах примерно составляет 500 г. Основными представителями углеводов считаются фруктоза и глюкоза, при соединении которых образуется сахароза или . Такие вещества являются простыми углеводами, моносахаридами или дисахаридами. Как правило, они хорошо растворяются в воде, придавая ей сладковатый вкус. К более сложным углеводам относится целлюлоза и крахмал. Их молекулы достаточно велики и состоят из множества молекул глюкозы. Сложные углеводы или полисахариды в воде нерастворимы.

Основные углеводные источники:

Картофель, бобовые, зерновые;

Фрукты и овощи;

Продукты животного происхождения содержат небольшое количество углеводов.

Исходя из пищевой ценности, углеводы можно поделить на легкоусвояемые и неусвояемые. Усвояемые углеводы – олигосахариды, моносахариды, крахмал и гликоген; неусвояемые – целлюлоза, пектин, инулин, гемицеллюлоза и многие другие. Попадая в желудочно-кишечную систему усвояемые углеводы, как правило, распадаются до моносахаридов.

Глюкоза

Глюкоза является необходимым компонентом углеводного обмена. При её недостатке в крови или наоборот, высокой концентрации, как при диабете, может наступить сонливость и гипогликемическая кома с полной потерей сознания. В чистом виде глюкоза содержится в различных фруктах и овощах. Особенно богаты на этот углевод: виноград, вишня, черешня, земляника, малина, слива, арбуз, тыква, белокочанная капуста и морковь. Глюкоза имеет меньшую сладость, чем сахароза, на 100 единиц сахарозы приходится 74 единицы глюкозы.

Фруктоза

Фруктоза играет большую роль в жизни человека, так как может проникать в клетки из крови без помощи инсулина. Именно поэтому фруктозу рекомендуют больным диабетом в качестве максимально безопасного углеводного источника. Её употребление вместо показано для снижения общего потребления углеводов. Фруктоза содержится в яблоках, винограде, грушах, черешне, вишне, малине, чёрной смородине, землянике, дыне, арбузе. Невелико её содержание в таких овощах, как свекла и белокочанная капуста. Фруктоза слаще сахарозы, однако не вызывает кариес, как это делает .

Галактоза

В свободном виде галактоза не встречается. С глюкозой она образует лактозу, которая является основным углеводом молочных продуктов. При расщеплении лактозы образуется галактоза, которая попадая в печень, превращается в глюкозу. Если у человека в силу наследственности наблюдается недостаток или полное отсутствие фермента, превращающего галактозу в глюкозу, может развиться такое тяжёлое заболевание, как галактоземия, результатом чего нередко становится умственная отсталость. Лактоза содержится в таких продуктах питания, как молоко, творог, сметана, кефир и йогурты.

Сахароза

Молекулы фруктозы и глюкозы образуют сахарозу, которую часто называют пустыми калориями, по причине того, что является чистым углеводом, не содержащим иных питательных веществ таких, как минеральные соли и . Сахароза содержится в таких растительных продуктах, как свекла, персик, дыня, слива, мандарин, морковь. В других овощах наблюдается небольшое количество сахарозы. Источником этого углевода кроме выступает мёд, варенье, мороженое, сладкие напитки и кондитерские изделия. В жизни человека сахароза используется постоянно, нередко неся в себе угрозу здоровью.

Мальтоза

Мальтоза или солодовый образуется, когда соединяются две молекулы глюкозы. Её содержит патока, солод, мёд, кондитерские и хлебобулочные изделия, а также пиво.

Крахмал

Крахмал играет очень важную роль в жизни человека, так как является одним из основных перевариваемых полисахаридов. Его доля в потребляемой пище составляет около 80 %. Источником крахмала являются растительные продукты, преимущественно злаковые: мука, крупы, хлеб и картофель. Наибольшее количество крахмала содержится в рисовой и гречневой крупе, а наименьшее – в овсяной. Также богаты на крахмал изделия из пшеничной и ржаной муки, бобы, чечевица и горох.

Гликоген

Гликоген является животным крахмалом, который состоит из молекул глюкозы. Небольшие количества гликогена отмечаются в мышечной ткани мяса животных и печени.

Следует отметить, что при потреблении углеводов необходимо строго соблюдать меру, так как их избыток нередко ведёт к повышению уровня в организме, что несёт избыточную нагрузку на поджелудочную. Также лишние углеводы могут откладываться в виде жира.

Углеводы играют исключительно важную роль в питании человека. Мозг и нервная система для нормального функционирования требуют только сахар. Другие ткани (например, печень) при отсутствии сахара могут перерабатывать жиры, мозг такой адаптивностью не обладает. Отсутствие достаточного количества сахара в организме может отрицательно сказаться на работе печени и сердца. Белок и жиры так же не будут выполнять своих функций (восстановление тканей и производство энергии) если в организме не будет достаточного количества продуктов расщепления сахара.

Функции углеводов можно разделить на три группы

Энергетическая функция.

При окислении 1 г. углеводов выделяется 4 ккал энергии, которая используется в различных процессах метаболизма.

Атомы углерода углеводов используются организмом не только для биосинтеза самих углеводов, но и белков, нуклеиновых кислот, липидов.

Структурная функция. Углеводы являются важными компонентами стенок бактериальных и растительных клеток, а также оболочек животных клеток.

Защитная функция. С помощью углеводов организм освобождается от вредных веществ. Углеводные остатки входят в состав соединений, ответственных за иммунитет.

Другие (специальные) функции:

предохраняют кровь от свертывания (гепарин), а у некоторых рыб от замерзания;

являются антибиотиками и различными биологически активными веществами. Например, витамин С относится к углеводам. Гликозиды являются стимуляторами сердечной деятельности.

Основным источником углеводов в питании являются растительные продукты. Углеводы по усвояемости делятся на две группы: усвояемые организмом человека (глюкоза, фруктоза, галактоза, сахароза, декстрины, крахмал) и неусвояемые – пищевые волокна или баластные вещества (клетчатка, гемицеллюлоза, пектиновые вещества). Усвояемые углеводы дают организму 50 – 60 % от общего числа калорий. Суточная потребность взрослого человека в усвояемых углеводах составляет 365 – 400 г, в том числе 50–100 г простых сахаров. Оптимальное содержание пищевых волокон в суточном рационе 20 – 25 г, в т. ч. клетчатки и пектина 10 – 15 г.

Рассмотрим физиологическое значение отдельных углеводов.

Глюкоза. В процессе пищеварения углеводы пищи в конечном итоге превращаются в глюкозу, которая поступает в кровь и служит источником энергии для всех органов и тканей. С помощью гормона поджелудочной железы – инсулина – глюкоза превращается в гликоген. Нормальный уровень глюкозы в крови составляет 80-100 мг на 100мл. Систематическое избыточное потребление легкоусвояемых углеводов может способствовать возникновению сахарного диабета, ожирения и атеросклероза.

Фруктоза. Превращение фруктозы в организме протекает несколько иначе, чем глюкозы. Поэтому фруктоза не вызывает увеличение сахара в крови, что важно для больных сахарным диабетом.

Лактоза способствует развитию в желудочно-кишечном тракте молочнокислых бактерий, антагонистов гнилостной микрофлоры. Некоторые люди страдают непереносимостью молока из-за отсутствия фермента лактазы, расщепляющего лактозу.

Крахмал. Занимает в рационе 80% от общего количества потребляемых углеводов. Подвергается перевариванию только после термической обработки. Крахмал усваивается медленнее других углеводов, поэтому потребление не приводит к быстрому увеличению содержания глюкозы в крови.

Пищевые волокна не усваиваются организмом человека, но выполняют положительную роль.

Клетчатка - основной компонент “ грубых” пищевых волокон является обязательным фактором процесса пищеварения: нормализует деятельность полезной микрофлоры кишечника, препятствует всасыванию вредных веществ, способствует выведению из организма холестерина. Клетчатка способствует нормальному продвижению пищи по желудочно-кишечному тракту. Вместе с тем избыток клетчатки провоцирует диарею, снижает усвояемость некоторых витаминов и минеральных веществ.

Пектин выводит из организма многие токсичные вещества: тяжёлые металлы, радионуклеиды, продукты метаболизма гнилостных бактерий.

Превращение углеводов при переработке.

Во время хранения пищевого сырья и его переработке углеводы подвергаются различным и сложным превращениям. Направленность этих процессов зависит от состава углеводного комплекса, условий (влажность, температура, Н среды), наличия ферментов и присутствия других компонентов.

Наиболее распространёнными и важными в пищевой технологии являются процессы:

Меланоидинообразования и карамелизации;

Кислотного и ферментативного гидролиза полисахаридов;

Брожения моносахаридов

Меланоидинообразование – окислительно-восстановительный процесс, который представляет собой совокупность последовательно и параллельно идущих реакций. Этот процесс одновременно получил название реакции Майара, по имени учёного, который в 1912г впервые его описал.

При реакции меланоидинообразования происходит взаимодействие восстанавливающих сахаров с аминокислотами, пептидами и белками, приводящее к образованию тёмно-окрашенных продуктов-меланоидинов. Механизм этой реакции сложен, в результате её образуется большое число промежуточных продуктов, которые на следующих этапах взаимодействуют между собой и с исходными веществами.

В результатате этой реакции в продуктах снижается содержание редуцирующих сахаров и азота аминных групп. Наиболее реакционно способными являются аминокислоты: лизин, глицин, метионин, аланин, валин; наиболее активно из сахаров реагируют ксилоза, арабиноза, глюкоза, галактоза и фруктоза.

Более интенсивно меланоидинообразование протекает в нейтральной и щелочной средах, легче проходит в концентрированных растворах .В результате реакции Майара может связываться до 25% белков, витаминов, аминокислот и многих биологически активных соединений, тем самым снижается пищевая ценность продуктов

Положительным моментом реакции меланообразования является появление привлекательной окраски (золотисто-коричневой, тёмно-коричневой и др.) и своеобразного аромата пищевых продуктов.

Карамелизация сахаров. Нагревание моно- и дисахаров при температуре 100 ° С и выше приводит к изменению химического состава и цвета продуктов. Глубина этих процессов зависит от состава сахаров, их концентрации, степени и продолжительности теплового воздействия Н среды, присутствия примесей.

В общем упрощенном виде схему превращений сахаров при нагревании можно представить следующим образом:

Дисахара Монозы Ангидриды моноз

Оксиметил фурфурол

Окрашенные и гуминовые муравьиная и левулиновая

вещества кислоты

Гидролиз полисахаридов и олигосахаров.

Во многих пищевых производствах имеет место гидролиз олиго- и полисахаридов. Он важен не только для процессов получения пищевых продуктов, но также и для процессов их хранения.

Реакции гидролиза могут приводить к нежелательным изменениям цвета и к неспособности полисахаридов образовывать гели.

Ферментативный гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях и обеспечивает качество готового продукта – в хлебопечении (процесс тестоприготовления и выпечки хлеба), в производстве пива (получение пивного сусла), спирта(подготовка сырья для брожения), в производстве различных сахаристых продуктов (глюкозы, патоки, сахарных сиропов).

В общем виде, схема гидролиза крахмала может быть представлена следующим образом:

(С 6 Н 10 О 5)n (С 6 Н 10 О 5)х С 12 Н 22 О 11

крахмал катализатор декстрины мальтоза

Гидролиз пектинов имеет место при созревании плодов. Под действием пектолитических ферментов нерастворимые протопектины превращаются в растворимые пектины. При этом резко снижается вязкость растительных тканей и уменьшается молекулярная масса пектинов. Таким образом, мякоть плодов размягчается.

Гидролиз сахарозы получил название инверсии, а смесь, образующихся в равных количествах глюкозы и фруктозы, – инвертным сахаром.

С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О C 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6

Сахароза глюкоза фруктоза

Инвертные сиропы используются при приготовлении безалкогольных напитков. Инверсия сахарозы имеет место при производстве виноградных вин. Процессы инверсии предупреждают очерствение конфет и улучшают аромат хлеба.

При гидролизе лактозы образуются глюкоза и галактоза

С 12 Н 22 О 11 C 6 Н 12 О 6 + C 6 Н 12 О 6

Лактоза глюкоза галактоза

Под действием фермента - галактозидазы с этого процесса начинаются все виды брожения молочного сахара.

Брожение моносахаридов

В пищевых технологиях наибольшее значение имеют два основных типа брожения: спиртовое и молочнокислое.

Спиртовое брожение происходит под действием ферментов дрожжей. Суммарное уравнение имеет следующий вид:

C 6 Н 12 О 6 С 2 Н 5 ОН + 2СО 2

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.

Термин «углеводы» происходит от «углерод + вода». Действительно, общая формула любого из этих органических соединений выглядит так: С n (Н 2 О) m .

Основная функция углеводов в питании, наряду с жирами, обеспечение организма энергией. Общая суточная потребность организма в углеводах составляет около 400 г (55-65% пищи). При этом каждый грамм углеводов дает около 4 ккал энергии.

Сбалансированное питание подразумевает следующие соотношения – на 400 г углеводов ежедневно необходимо поступление с пищей до 100 г жиров и 100 г белков (4:1:1).

В быту мы часто встречаемся с углеводами. Во-первых, они содержатся в хлебе, муке, крупах, картофеле, фруктах и ягодах. Во-вторых, углеводы применяются в кулинарии и в чистом виде: для приготовления киселей используется крахмал, а сахар – для сладких блюд.

Углеводы подразделяются на две группы:

• простые сахара , состоящие из одного или двух мономеров. К ним относятся глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар), галактоза (молочный сахар), сахароза (тростниковый или свекольный сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза (пиво). Перед тем как попасть в кишечник они не претерпевают серьезных пищеварительный изменений;
• сложные сахара , состоящие из нескольких мономеров. Они родственны крахмалу и требуют более сложной переработки в пищеварительном тракте. Они присутствуют в злаковых (пшеница, кукуруза, рис, рожь, овес, ячмень), клубневых (картофель), корнеплодах (морковь, брюква), бобовых (горох, нут, сухая фасоль, чечевица, соя).

Гипергликемия и гиперинсулинизм

Все углеводы, попадая в организм, трансформируются в глюкозу, которая в последующем через кровь разносится по всему организму. Утром натощак нормальное содержание глюкозы в крови составляет 3,3-5,5 ммоль/л. Примерно через 20 минут после потребления углеводов происходит повышение содержания глюкозы до максимума, называемое «гликемическим пиком». Поджелудочная железа начинает вырабатывать гормон инсулин, с помощью которого глюкоза поставляется в мышечные ткани или откладывается в качестве резерва в печени (гликоген).

Если поджелудочная железа работает нормально, то количество выделенного инсулина пропорционально количеству глюкозы в крови. Однако с возрастом эти пропорции могут нарушаться. И в результате могут возникнуть две проблемы, связанные с неудовлетворительным усвоением глюкозы: гипергликемия (увеличение содержания глюкозы в крови) и гиперинсулинизм (чрезмерная выработка инсулина).

В зависимости от формы гипергликемии уровень глюкозы может быть до 9 ммоль/л натощак. Это чаще встречается после семидесяти лет. Сама по себе гипогликемия не представляет серьезной опасности для здоровья. Однако гиперинсулинизм, вызываемый им, опасен, потому что он вызывает реактивную гипогликемию и как результат – недомогание, усталость, увеличение веса.

Необходимо также помнить, что при высокотемпературной обработке пищи белки и углеводы, содержащиеся в ней, вступают между собой в химическую реакцию, называемую «реакцией Маярда». В результате этой реакции образуются продукты, замедляющие процесс обновления клеток тканей, артерий, хрусталика глаза и ускоряющие процесс старения организма. Причем реакция Маярда имеет место и в нашем организме. В нормальных условиях скорость протекания этой реакции настолько мала, что продукты реакции успевают удаляться, а при резком повышении сахара в крови при диабете скорость реакции значительно увеличивается и, накопившиеся продукты реакции, могут вызвать вышеназванные нарушения. Вот почему важно держать под контролем гипогликемию.

В кулинарии продукты реакции Маярда визуально представляют собой «аппетитные» хрустящие корочки на различных жаренных и запеченных продуктах: корочка на свежевыпеченном хлебе, корочка на гусе, приготовленном в духовке и т.п. Причем эти хрустящие корочки особенно быстро образуются в сухом воздухе. При определенной влажности они не образуются. Например, при приготовлении мяса в фольге или микроволновке она не образуется за счет влажности воздуха.

Непереносимость молочного сахара (лактозы)

Не секрет, что у определенной части людей существует непереносимость молочного сахара, содержащегося в молоке и молочных продуктах. Это связано с тем, что молочный сахар в организме расщепляется на глюкозу и галактозу при помощи фермента лактазы. И в таком уже виде усваивается организмом.

Однако с возрастом нарастает дефицит лактазы, ведущий к непереносимости лактозы. Следствием этого может служить жидкий стул (диарея) или вздутие живота, которые возникают через некоторое время после употребления молока. Не следует забывать, что накопившаяся в организме плохо переваренная лактоза может вызвать катаракту глаз! Поэтому, если вы чувствуете непереносимость лактозы, то исключите из своего рациона молоко, творог, сливочные сырки, любые блюда на основе молока.

Конечно, для нейтрализации действия лактозы можно принимать таблетки лактазы или добавлять этот фермент в молочный продукт за несколько часов до его употребления. Однако лучше предпочесть те молочные продукты, в которых под действием ферментов практически уничтожена лактоза. Это сыры и йогурты.

Осторожно: сахар!

Питательная ценность обычного сахара равна нулю. Поэтому лучше предпочтение отдать фруктам, которые обладают не только энергетической ценностью, но и содержат витамины и минеральные соли.

Что такое гликемический индекс (ГИ) и как его учитывать при выборе продуктов питания?

По этому индексу можно судить о влиянии продуктов питания после их употребления на уровень сахара в крови. Чем выше гликемический индекс у продукта питания, тем быстрее он расщепляется в организме и быстрее поднимается уровень сахара в крови.

В качестве точки отсчета принята глюкоза, у которой ГИ=100. Данные о гликемическом индексе углеводов сведены в таблицы. ГИ продукта зависит от вида углеводов, количества клетчатки, белков и жиров, содержащихся в продукте, а также способа его термической обработки. К сожалению, на упаковках отечественных продуктов не указывается гликемический индекс продукта.

Естественно, для большинства людей предпочтительнее продукты с низким гликемическим индексом, так как при их употреблении происходит постепенный подъем и спад сахара в крови. Это особенно важно для диабетиков. Такой эффект так же полезен и здоровым людям, желающим похудеть.

Преимущества продуктов с низким ГИ заключается в том, что они:

• не приводят к значительному гиперинсулинизму;
• в меньшей степени вызывают гипергликемию;
• ограничивают появление вредных веществ в результате реакции Маярда;
• содержат больше растительных белков и клетчатки;
• содержат витамины, минеральные соли и микроэлементы.

Таблица гликемических индексов продуктов питания

Углеводы — органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они синтезируются в растениях из воды и углекислого газа под действием солнечного света.

С пищей поступают простые и сложные, усвояемые и неусвояемые углеводы. Основными простыми углеводами являются глюкоза, галактоза и фруктоза (моносахариды), сахароза, лактоза и мальтоза (дисахариды). К сложным углеводам (полисахариды) относятся крахмал, гликоген, клетчатка, пектины, гемицеллюлоза.

Углеводы необходимы для нормального обмена белков и жиров в организме человека . В комплексе с белками они образуют некоторые гормоны и ферменты, секреты слюнных и других образующих слизь желез, а также другие важные соединения.

Особое значение имеют клетчатка, пектины, гемицеллюлоза, которые только частично перевариваются в кишечнике и являются незначительным источником энергии. Однако эти полисахариды составляют основу пищевых волокон и играют важную роль в питании. Содержатся углеводы в основном в продуктах растительного происхождения.

Глюкоза

Глюкоза — главный поставщик энергии для мозга. Она содержится в плодах и ягодах и необходима для снабжения энергией и образования в печени гликогена.

Фруктоза

Фруктоза почти не требует для своего усвоения гормона инсулина, что позволяет рекомендовать ее источники при сахарном диабете, но в ограниченном количестве. Основными поставщиками сахарозы служат сахар, кондитерские изделия, варенье, мороженое, сладкие напитки, а также некоторые овощи и фрукты: свекла, морковь, абрикосы , персики, сладкая слива и другие. В кишечнике сахароза расщепляется на глюкозу и фруктозу.

Лактоза

Лактоза содержится в молочных продуктах. При врожденном или приобретенном (чаще всего в результате заболеваний кишечника) недостатке фермента лактозы в кишечнике нарушается распад лактозы на глюкозу и галактозу и возникает непереносимость молочных продуктов.

В кисломолочных продуктах лактозы меньше, чем в молоке, так как при сквашивании молока из лактозы образуется молочная кислота.

Мальтоза

Мальтоза (солодовый сахар) — промежуточный продукт расщепления крахмала пищеварительными ферментами и ферментами проросшего зерна (солода). Образующаяся мальтоза распадается до глюкозы. В свободном виде мальтоза содержится в меде, экстракте из солода (патоке мальтозной), пиве.

Крахмал

Крахмал составляет 80% и более от всех углеводов в питании человека. Его источниками являются мука, крупы, макаронные изделия, хлеб, бобовые и картофель.

Крахмал относительно медленно переваривается, расщепляясь до глюкозы. Легче и быстрее переваривается крахмал из риса и манной крупы, чем из пшена, гречневой, перловой и ячневой круп, из картофеля и хлеба.

Сложный углевод

Сложный углевод клетчатка не переваривается в организме человека, но стимулирует работу кишечника, создает условия для развития полезных бактерий. В продуктах питания она должна присутствовать обязательно (содержится в овощах, фруктах, пшеничных отрубях).

Пектины

Пектины стимулируют пищеварение и способствуют выведению вредных веществ. Особенно много их в яблоках, сливе, крыжовнике, клюкве.

Недостаток углеводов приводит к нарушению обмена жиров и белков , расходу белков пищи и тканевых белков. В крови накапливаются вредные продукты неполного окисления жирных кислот и некоторых аминокислот, кислотно-основное состояние организма сдвигается в кислую сторону. При сильном дефиците углеводов возникают слабость, сонливость, головокружение, головные боли, чувство голода, тошнота, потливость, дрожь в руках. Эти явления быстро проходят после приема сахара. При длительном ограничении углеводов в диете их количество все же не должно быть ниже 100 г.

Избыток углеводов может приводить к ожирению . Систематическое чрезмерное потребление сахара и других легкоусвояемых углеводов способствует проявлению скрытого сахарного диабета из-за перегрузки, а затем истощения клеток поджелудочной железы, вырабатывающих необходимый для усвоения глюкозы инсулин.

Но сам сахар и содержащие его продукты не вызывают сахарный диабет, а только могут быть факторами риска развития уже возникшего заболевания.