Углеводы. Углеводы — функция и значение для организма

07.05.2019

Сахарный диабет (сахарная болезнь) — сложное расстройство обмена веществ в организме, при котором, в первую очередь, нарушается углеводный обмен. Наряду с этим нарушается и обмен жиров, белков, витаминов и воды.

Из этого определения следует, что начинать наше исследование необходимо с краткого рассмотрения обмена веществ вообще и особенно углеводного обмена в организме человека.

«Обмен веществ и энергии является основным свойством живой материи. Жизнедеятельность возможна лишь при беспрерывном поступлении энергии в организм и использовании им этой энергии.

Энергия необходима для деятельности всех систем и органов, даже если человек находится в полном покое. …Организм получает и использует энергию за счёт поступления с пищей органических веществ, богатых энергией, в процессе расщепления их до конечных продуктов.

Таким образом, обмен веществ заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их для нужд жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду» (А. В. Логинов, 1983).

«Обменом веществ называют всю совокупность реакций, происходящих в организме при его развитии, работе, а также в процессе расщепления тканей или пищи; эти реакции служат источником энергии» (Дж. Роут, 1966).

Обмен веществ начинается с поступления в организм питательных органических веществ, неорганических веществ (кислород воздуха и др.), витаминов и воды.

Питательные органические вещества не только обеспечивают организм необходимой для его жизнедеятельности энергией, но и дают необходимые исходные материалы для так называемых пластических процессов, т. е. обеспечивают построение клеточных структур.

Питательные вещества, поступающие в организм, состоят главным образом из больших, сложных молекул, которые не могут всасываться в пищеварительном тракте, т. к. не проходят через биологические мембраны. «Для того чтобы питательные вещества могли всосаться и затем использоваться организмом, эти молекулы должны быть расщеплены на более мелкие, относительно простые молекулы. Процесс, при котором происходит превращение сложных пищевых веществ в простые молекулы, называется пищеварением. В процессе пищеварения под действием гидролитических ферментов происходит гидролиз углеводов в моносахариды, жиров — в глицерин и жирные кислоты, белков — в аминокислоты» (Дж. Роут, 1966).

Получаемые в результате пищеварения вещества всасываются в кровь и лимфу. При прохождении глицерина и жирных кислот через кишечный эпителий происходит синтез из них специфических для человека жиров. Полученные из пищи водорастворимые простые молекулы попадают в кровь, а синтезированные в кишечном эпителии жиры попадают в лимфу и затем все эти вещества транспортируются кровью и лимфой к клеткам тканей и межклеточному веществу.

Углеводы, жиры (липиды) и белки представляют собой три главных типа пищевых веществ, необходимых для жизнедеятельности организма, и являются также основными составными частями организма.

Обмен веществ (метаболизм) и, в частности, обмен углеводов, жиров и белков в организме происходит в тесном взаимодействии. «Однако в метаболизме каждого из них имеются свои особенности и физиологическое значение их различно. Поэтому принято обмен тех или иных веществ рассматривать отдельно, хотя такое обособление в известной степени искусственно» (А. В. Логинов, 1983).

В основе сахарного диабета лежит расстройство углеводного обмена в организме.

Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире. Растительные вещества являются основным источником углеводов. Из углеводов состоит около 75% твердого вещества растений (70—80% массы сухого вещества клеток). «В животном организме на их долю приходится всего около 2% массы тела, однако и здесь их роль не менее важна» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).

Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле.

Углеводы составляют основную часть пищи млекопитающих. Углевод глюкоза является обязательным компонентом крови и тканей животных и непосредственным источником энергии для клеточных реакций.

К углеводам относятся простые сахара, дисахарид сахароза, полисахариды крахмал, клетчатка (целлюлоза), гликоген (животный крахмал).

Простые сахара глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар) и дисахарид сахароза (окончание «оза» обозначает «сахар») содержатся во многих фруктах и овощах. Много фруктозы содержится в мёде, сладкий вкус мёда обусловлен фруктозой.

Пищевой сахар, которым пользуются в домашнем хозяйстве, производят из сахарной свёклы или сахарного тростника. В процессе их переработки получают сахарозу; по химическому составу она является углеводом-дисахаридом, молекула которого состоит из молекулы глюкозы, химически присоединённой к молекуле фруктозы. Дисахарид состоит из двух моносахаридов, при соединении которых происходит выделение молекулы воды. Сахароза не содержит ни витаминов, ни минеральных солей, ни каких-либо иных биологически активных веществ, которые имеются практически во всех других продуктах питания растительного и животного происхождения.

Полисахариды — сложные углеводы, состоящие из многих молекул моносахаридов, поэтому их молекулярный вес очень высок. Они во многом отличаются от простых сахаров, не обладают сладким вкусом.

Углеводы в виде крахмала откладываются в запас растениями, в виде гликогена — в организме животных и человека. В организме человека углеводы откладываются в основном в печени, а также в скелетных мышцах, которые являются углеводными депо организма (гликоген растворим в воде, он найден в печени и скелетной мышечной ткани, а также в мышце сердца).

Крахмал и гликоген построены только из молекул глюкозы. При недостатке глюкозы гликоген быстро расщепляется и восстанавливает её нормальный уровень в крови.

Целлюлоза (клетчатка) образует опорные структуры растений, формирует основные структуры деревьев и растений, придающих им устойчивость. В растениях углеводы служат в основном опорным материалом. Клетчатка — самый распространённый на Земле углевод растений.

Углеводы в организме человека являются главным источником энергии, обеспечивая не менее 60% энергозатрат. «Для деятельности мозга, клеток крови, мозгового вещества почек практически вся энергия поставляется за счёт окисления глюкозы» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).

«Важная роль углеводов в энергетических процессах связана с тем, что они способны быстро расщепляться и окисляться с выделением энергии, откладываться в депо и легко из него извлекаться и проникают в виде моносахаридов в кровь, тканевую жидкость и клетки. Использование организмом углеводов в качестве энергетического материала особенно выгодно в случаях экстренной потребности в энергии, например, при эмоциях, сильных мышечных усилиях и других состояниях» (А. В. Логинов, 1983).

Такова энергетическая функция углеводов в организме человека.

Пластическую функцию в организме человека углеводы выполняют, входя в состав биологических мембран и органоидов клеток, участвуя в образовании ферментов и т. д., а защитную функцию — входя непосредственно или в виде производных (мукополисахаридов и др.) в состав секретов (слизей), выделяемых различными железами. «Они защищают внутренние стенки полых органов желудочно-кишечного тракта, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).

Регуляторную функцию углеводов в организме человека связывают с клетчаткой. Этот полисахарид нерастворим в воде, практически не поддается действию ферментов, присутствующих в пищеварительном тракте человека. Но пища человека содержит значительное количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, активируя таким образом перистальтику, моторику желудка и кишечника, создаёт ощущение сытости.

«Отдельные углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, образовании антител, обеспечении специфичности групп крови и т. д.». Эту функцию углеводов в организме именуют специфической.

«Суточная потребность в углеводах для человека составляет в среднем 400—450 г с учётом возраста, рода трудовой деятельности, пола и некоторых других факторов» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).

Наиболее богаты углеводами в пище человека сахар, сладости, хлеб, хлебопродукты, крупы и крупяные изделия, картофель. Углеводы всех этих разных продуктов превращаются в кишечнике в глюкозу, которая, в свою очередь, при усвоении клетками тканей окисляется, т. е. распадается до углекислого газа и воды. Процесс окисления углеводов в тканях сопровождается освобождением энергии, которая используется для жизнедеятельности организма.

Простейшие углеводы называют моносахаридами или простыми сахарами. Моносахариды состоят из одной молекулы сахара и представляют собой твёрдые кристаллические вещества, растворимые в воде и сладкие на вкус. Моносахариды гидролизу не подвергаются и, таким образом, являются элементарными составными частицами всех других углеводов.

«Три важнейших моносахарида — глюкоза, фруктоза и галактоза — главные конечные продукты переваривания углеводов. Эти моносахариды поступают в кровь и с током крови, через воротную вену, попадают в печень».

Галактоза в природных условиях в свободном виде не встречается, этот сахар вместе с глюкозой образует дисахарид лактозу (молочный сахар). Лактоза синтезируется в молочных железах животных в период лактации из глюкозы крови.

Глюкозу иногда называют также декстрозой (виноградным сахаром), а фруктозу — левулёзой (фруктовым сахаром).

Из известных сахаров самый сладкий — фруктоза. Его сладость вдвое превосходит сладость глюкозы и в пять раз — галактозы. Глюкоза по сладости занимает третье место, уступая в этом отношении только фруктозе и сахарозе.

Фруктоза примерно в 2 раза медленнее всасывается из кишечника по сравнению с глюкозой.

Для нашего организма очевидна (об этом я говорила ранее). А углеводы? Поговорим о них, о значении и функциях углеводов для организма, какие продукты являются основными источниками углеводов и нужно ли соблюдать норму потребления углеводов.

Ведь часто именно углеводы обвиняют в избыточном весе, а порой мы слышим, что углеводы — это источник энергии. Думаю, есть повод в этом разобраться.

Функции углеводов в организме

Основных функций углеводов не так много — всего три, но они очень важны для человека, судите сами:

основная функция углеводов — источник энергии, которая просто необходима для нормальной работы всех органов нашего организма, скелетным мышцам при нагрузке требуется сахар, энергия необходима для роста и деления клеток. Для переваривания углеродной пищи не требуется много времени, соответственно не появляется после приема пищи сонливость, вялость, а, наоборот высвобождается энергия. Кстати, при физической нагрузке в первую очередь организм использует именно углеводы, а уже при их недостатке, подключаются жиры. И именно во время углеродного расхода, организм менее страдает от физической нагрузки, т. е. не так устает и более экономно использует свою жизненную энергию.
важнейшая функция углеводов — помощь нашей центральной нервной системе, которая страдает от недостатка углеводов. Наш мозг достаточно активно поглощает сахар. Ведь не зря перед экзаменами рекомендуют есть шоколад.
еще одна функция углеводов, это их участие в обмене белков и жиров.

Как видим, углеводы оказывают большое значение для организма человека. Теперь разберём основные виды и группы углеводов.

Виды углеводов

Моносахариды — это глюкоза, фруктоза, галактоза;
Дисахариды – это лактоза, сахароза, мальтоза;
Полисахариды – это крахмал, гликоген, клетчатка.

Группы углеводов

Простые (легкоусвояемые)- это моносахариды и дисахариды, а если проще, то это сахар, мед, варенье, кондитерские изделия, сдоба.
Сложные (комплексные) – это полисахариды, а если проще, то это натуральные углеводы, которые содержатся в зерновых продуктах, корнеплодах, свежих овощах и фруктах, в горохе, бобах.

Основные источники углеводов

растительные продукты;
мучные изделия;
сладости;
молоко и некоторые молочные продукты

Крахмал и сахар – это «горючее» для мускульной работы и источник физической активности, то есть основной источник пищевой энергии.

Но их избыток, не используемый в качестве энергии, преобразуется организмом в жиры и запасается в наименее подвижных частях тела, что надо учитывать людям склонным к полноте, людям, у которых физическая нагрузка минимальна. Следует избегать злоупотребления сладостями, мучными изделиями и другими концентратами легкоусвояемых углеводов.

Еще одним плюсом продуктов, относящихся к группе сложных углеводов, является то, что в них содержится клетчатка. В пищеварительном тракте человека нет фермента, способного расщеплять клетчатку, она не переваривается и не усваивается, потому не имеет прямого питательного значения. Однако она играет важную роль в процессе пищеварения, способствуя передвижению пищи по пищеварительному тракту и его нормальному опорожнению. При отсутствии или недостатке ее в пищевом рационе развивается атония кишечника и как следствие – запоры.

Благодаря клетчатке даже сладкие фрукты не повышают резко сахар в крови, как, например, из тех же фруктов, приготовленные соки, так как в соке клетчатки уже нет. Именно поэтому больным сахарным диабетом разрешается, в умеренных, конечно, дозах употреблять свежие фрукты и овощи.

Так же в продуктах из группы сложных углеводов содержится пектин, благодаря которому выводится лишний холестерин из организма, улучшает перистальтику кишечника, и вообще пектин называют натуральным «чистильщиком организма».

Вот что пишет известный физиолог Шелтон:

«Фрукты представляют собой больше, чем просто удовольствие для глаз, носа и языка – они содержат смеси чистых, питательных, настоящих пищевых элементов. Вместе с орехами, зелеными овощами фрукты представляют собой идеальную пищу для человека».

Норма потребления углеводов в сутки

Хотя роль углеводов в организме человека очень важна, их потребление необходимо нормировать. Суточная норма потребления углеводов должна быть в 4 — 5 раз больше нормы белков и жиров. Нормальным употреблением считается 300 гр. в день. Можно увеличить до 500 гр. только при интенсивных физических и умственных нагрузках. При этом легкоусвояемых углеводов должно быть не более 20% от общего объёма.

Потребление углеводов сверх норм является одним из факторов, способствующих ожирению. Излишняя перегрузка желудочно-кишечного тракта углеводистой пищей, вызывает ощущение тяжести, затрудняет пропитывание пищи желудочным соком и ферментами, ухудшает усвояемость. Однако нельзя и допускать значительного снижения установленных норм углеводов во избежание гипогликемии, сопровождающейся общей слабостью, сонливостью, расстройством памяти, головной болью.

P.S. К сожалению, наши производители добавляют сахар практически во все продукты. Так как для увеличения срока хранения добавляются консерванты, которые не добавляют вкуса продуктам, для улучшения вкуса добавляется сахар. То же происходит и с обезжиренными продуктами.

Я не призываю вас отказываться от продуктов фабричного изготовления, просто помните об этом, когда думаете, что вы мало употребляете легкоусвояемых углеводов, так не пьете сладкий чай, кофе и т. п.

Я рассказала вам о функциях углеводов для организма, какова роль углеводов в организме, какие продукты являются основными источниками углеводов и нужно ли соблюдать норму потребления углеводов.

Дополнительно посмотрите видео.

Думаю, это полезно знать!

Елена Касатова. До встречи у камина.

Основными источниками энергии для человека являются . Именно содержанием этих веществ часто описывают питательную ценность продуктов. Белки отвечают за формирование внутренних органов, мышечной ткани и жидкостей. Жиры формируют мембраны клеток, создают защитные оболочки для внутренних органов, помогают усваивать витамины и вырабатывать гормоны. Какова же роль углеводов в организме человека?

Роль углеводов в организме человека велика. Углеводы являются основным источником энергии, необходимой для работы всех органов, мышц, роста и деления клеток. Углеводы расщепляются очень быстро, при их расщеплении высвобождается много энергии. Богатая углеводами пища мгновенно создаёт ощущение сытости, не вызывая чувства тяжести в желудке. В некоторых случаях очень важным становится тот факт, что переваривание углеводов не вызывает так называемой «послеобеденной депрессии». Этот термин обозначает состояние вялости, апатии, сонливости после еды. Послеобеденная депрессия возникает тогда, когда организм направляет все силы на переваривание и усвоение пищи. Во время ответственных проектов, экзаменов, других случаев, требующих концентрации внимания, послеобеденная депрессия просто недопустима. Именно поэтому в таких ситуациях советуют кушать пищу, богатую углеводами, например, шоколад или конфеты. Человек не чувствует голода, получает необходимое количество энергии, и его организм не перегружен сложно перевариваемой пищей.

Углеводы важны и для , для нормального функционирования всех органов и систем. Так, гормоны, ферменты, секреты вырабатываются преимущественно за счёт белков, но углеводы также задействованы в процессах синтеза. При отсутствии углеводов организму не хватило бы энергии ни на внешнюю деятельность, ни на работу внутренних органов, ни на рост и деление клеток.

Углеводы человек получает с пищей. Специалисты выделяют простые углеводы – моносахариды, и сложные углеводы – полисахариды. К моносахаридам относится глюкоза, фруктоза и галактоза, а к полисахаридам – крахмал, пектин и клетчатка. Моносахариды содержатся преимущественно в мёде, сахаре, кондитерских изделиях, фруктах. Полисахариды мы получаем из овощей, бобовых и злаковых культур. Самыми ценными источниками углеводов специалисты считают фрукты, овощи, бобовые и злаки. Кондитерские изделия, конечно, дают энергию, но рафинированный сахар приносит больше вреда, чем пользы.

Диетологи рекомендуют кушать пищу, богатую углеводами, отдельно от других продуктов. Объясняется это несколькими причинами. Во-первых, углеводы начинают расщепляться уже в пищеводе, а жиры и белки перерабатываются дольше и сложнее. При расщеплении белков организм получает много энергии, и у него не возникает необходимости в расщеплении жиров до энергии. В результате жиры, получаемые с пищей, переходят в разряд запасов и уходят в жировые отложения. Во-вторых, сахар вызывает брожение пищи в желудке, вызывая вздутие живота, изжогу, отрыжку. Нарушается секреция желудочного сока, переваривание и усвоение пищи становится менее эффективным.

Углеводы играют важную роль в жизнедеятельности организма человека. Чтобы быть здоровым, необходимо следить за качеством пищи и выбирать натуральные источники углеводов. Будьте здоровы!

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.