Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями живых организмов. В организме животных и человека углеводы выполняют весьма важные функции: прежде всего энергетическую (главный вид клеточного топлива), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур), защитную (велико значение полисахаридов в поддержании иммунитета).
Углеводы также используются для синтеза нуклеиновых кислот (рибоза, дезоксирибоза), они являются составными компонентами нуклеотидных коферментов, играющих исключительно важную роль в метаболизме живых существ. В последнее время все большее внимание стали привлекать сложные смешанные биополимеры, содержащие углеводы. К таким смешанным биополимерам относятся, помимо нуклеиновых кислот, гликопептиды и гликопротеиды, гликолипиды и липополисахариды, гликолипопротеиды и т. д. Эти вещества выполняют сложные и важные функции в организме.
В составе тела человека и животных углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды. В растительных организмах на долю углеводов приходится до 80% сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений, вместе взятых.
Впервые термин "углеводы" был предложен профессором Дерптского (ныне Тартуского) университета К. Шмидтом в 1844 г. В то время предполагали, что все углеводы имеют общую формулу C m (Н 2 O) n , т.е. углерод + вода. Отсюда и название "углеводы". Например, глюкоза и фруктоза имеют формулу С 6 (Н 2 О) 6 , тростниковый сахар (сахароза) - С 12 (Н 2 О) 11 , крахмал - [С 6 (Н 2 О) 5 ] n и т. д. В дальнейшем же оказалось, что ряд соединений, принадлежащих по своим свойствам к классу углеводов, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле (например, дезоксирибоза - С 5 Н 10 О 4 . В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин "углеводы" заменить термином "глициды", однако он не получил широкого распространения. Старое название "углеводы" укоренилось и прочно удерживается в науке, являясь общепризнанным.
Необходимо отметить, что химия углеводов занимает одно из ведущих мест в истории развития органической химии. Тростниковый сахар можно считать первым органическим соединением, выделенным в химически чистом виде. Произведенный в 1861 г. А. М. Бутлеровым синтез (вне организма) углеводов из формальдегида явился первым синтезом одного из трех основных веществ (белки, липиды, углеводы), входящих в состав живых организмов. Химическая структура простейших сахаров была выяснена в конце XIX века в результате фундаментальных исследований немецких ученых Г. Клиани и Э. Фишера. Значительный вклад в изучение сахаров внесли отечественные ученые А. А. Колли, П. П. Шорыгин и др. В 20-е годы нынешнего столетия работами английского исследователя У. Хеуорса были заложены основы структурной химии полисахаридов. Со второй половины XX века происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, обусловленное их важным биологическим значением.
Согласно принятой в настоящее время классификации, углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды можно рассматривать как производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную (альдегидную или кетонную) группу. Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид и называется альдозой; при любом другом положении этой группы моносахарид является кетоном и называется кетозой.
Простейшими представителями моносахаридов являются триозы: глицеральдегид и дигидроксиацетон. При окислении первичной спиртовой группы трехатомного спирта - глицерина - образуется глицеральдегид (альдоза), а окисление вторичной спиртовой группы приводит к образованию дигидроксиацетона (кетоза):
Стереоизомерия моносахаридов . Все моносахариды содержат один или более асимметричных атомов углерода: альдотриозы - 1 центр асимметрии, альдотетрозы - 2, альдопентозы - 3, альдогексозы - 4 и т. д. Кетозы содержат на один асимметричный атом меньше, чем альдозы с тем же числом углеродных атомов. Следовательно, кетотриоза - дигидроксиацетон - не содержит асимметричных атомов углерода. Все же остальные моносахариды могут существовать в виде различных стереоизомеров. Для обозначения стереоизомеров удобны проекционные формулы, предложенные Э. Фишером. Для получения проекционной формулы углеродную цепь моносахарида располагают по вертикали с альдегидной (или кетонной) группой в верхней части цепи, а сама цепь должна иметь форму полукольца, обращенного выпуклостью к наблюдателю (рис. 79).
Общее число стереоизомеров для любого моносахарида выражается формулой: N = 2 n , где N - число стереоизомеров, а n - число асимметричных атомов углерода. Как уже отмечалось, глицеральдегид содержит только один асимметричный атом углерода и поэтому может существовать в виде двух различных стереоизомеров.
Тот изомер глицеральдегида, у которого при проекции модели на плоскость ОН-группа у асимметричного атома углерода расположена с правой стороны, принято считать D-глицеральдегидом, а зеркальное отражение - L-глицеральдегидом:
Альдогексозы содержат четыре асимметричных атома углерода и могут существовать в виде 2 4 = 16 стереоизомеров, представителем которых, например, является глюкоза. Для альдопентоз и альдотетроз число стереоизомеров равно 2 3 = 8 и 2 2 = 4 соответственно.
Все изомеры моносахаридов подразделяются на D- и L-формы (D- и L-конфигурация) по сходству расположения атомных групп у последнего центра асимметрии с расположением групп у D- и L-глицеральдегида. Природные гексозы - глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза, принадлежат, как правило, по стереохимической конфигурации к соединениям D-ряда.
Известно также, что природные моносахариды обладают оптической активностью. Способность вращать плоскость поляризованного луча света - одна из важнейших особенностей веществ (в том числе моносахаридов), молекулы которых имеют асимметричный атом углерода или же асимметричны в целом. Свойство вращать плоскость поляризованного луча вправо обозначают знаком (+), а в противоположную сторону - знаком (-). Так, D-глицеральдегид вращает плоскость поляризованного луча вправо, т. е. D-глицеральдегид является D(+)-альдотриозой, а L-глицеральдегид - L(-)-альдотриозой. Однако следует помнить, что направление угла вращения поляризованного луча, которое определяется асимметрией молекулы в целом, заранее не предсказуемо. Моносахариды, относящиеся по стереохимической конфигурации к D-ряду, могут быть левовращающими. Так, обычная форма глюкозы, встречающаяся в природе, является правовращающей, а обычная форма фруктозы - левовращающей.
Циклические (полуацетальные) формы моносахаридов (формулы Толленса). Любой из моносахаридов, обладая рядом конкретных физических свойств (температура плавления, растворимость и т. д.), характеризуется специфической величиной удельного вращения [α] 20 D . Установлено, что величина удельного вращения при растворении любого моносахарида постепенно меняется и лишь при длительном стоянии раствора достигает вполне определенного значения. Так, например, свежеприготовленный раствор глюкозы имеет [α] 20 D = + 112,2°, которое после длительного стояния достигает равновесного значения [α] 20 D = + 52,5°. Изменение удельного вращения растворов моносахаридов при стоянии (во времени) называется мутаротацией. Очевидно, мутаротация должна вызываться изменением асимметрии молекулы, а следовательно, трансформацией ее структуры в растворе.
Явление мутаротации имеет следующее объяснение. Известно, что альдегиды и кетоны легко и обратимо реагируют с эквимолярным количеством спирта с образованием полуацеталей:
Реакция образования полуацеталя может осуществляться и в пределах одной молекулы, если это не связано с пространственными ограничениями. По теории Байера, внутримолекулярное взаимодействие спиртовой и карбонильной групп наиболее благоприятно, если оно приводит к образованию пяти- или шестичленных циклов. При образовании полуацеталей возникает новый асимметричный центр (в случае D-глюкозы - это C 1). Шестичленные кольца сахаров называют пиранозами, а пятичленные - фуранозами. α-Форма - это та, у которой расположение полуацетального гидроксила такое же, как гидроксила (свободного или участвующего в образовании оксидного кольца) у асимметричного углеродного атома, определяющего принадлежность к D- или L-ряду. Иными словами, в формулах с α-модификацией моносахаридов D-ряда полуацетальный гидроксил пишут справа, а в формулах представителей L-ряда - слева. При написании β-формы поступают наоборот.
Часто α- и β-формы называют анамерами (от греч. ана - вверх, кверху от), так как при обычном вертикальном изображении формул альдоз эти формы отличаются конфигурациями у первого углеродного атома.
Таким образом, явление мутаротации связано с тем, что каждый твердый препарат сахара представляет собой какую-либо одну циклическую (полуацетальную) форму, но при растворении и стоянии растворов эта форма через альдегидную превращается в другие таутомерные циклические формы до достижения состояния равновесия. При этом удельное вращение, характерное для исходной циклической формы, постепенно меняется, и, наконец, устанавливается постоянное удельное вращение, характерное для равновесной смеси таутомеров. Например, установлено, что в водных растворах глюкоза находится главным образом в виде α- и β-глюкопираноз, в меньшей степени α- и β-глюкофураноз и совсем небольшое количество - в виде альдегидной формы. При этом следует подчеркнуть, что из различных таутомерных форм глюкозы в свободном состоянии известны лишь α- и β-пиранозы. Существование малых количеств фураноз и альдегидной формы в растворах доказано, но в свободном состоянии они не могли быть выделены вследствие неустойчивости. Ниже приведены таутомерные циклические формы D-глюкозы [показать]
Проекционные формулы Хеуорса
В 20-х годах XX столетия Хеуорс предложил более совершенный способ написания структурных формул углеводов. В отличие от формул Толленса, имеющих контур прямоугольников, формулы Хеуорса - шести- или пятиугольники, причем они изображены в перспективе: кольцо лежит в горизонтальной плоскости. Находящиеся ближе к читателю связи изображают более жирными линиями (углеродные атомы цикла не пишут). Заместители, расположенные справа от остова молекулы при ее линейном изображении, помещают ниже плоскости кольца, а заместители, находящиеся слева, занимают положение выше плоскости кольца. Обратное правило применяют только для того единственного углеродного атома, гидроксильная группа которого участвует в образовании циклического полуацеталя. Так, у D-сахаров группу СН 2 ОН пишут в верхнем положении, а водородный атом при том же углеродном атоме - внизу. Наконец, следует помнить, что при написании структурных формул по Хеуорсу гидроксильная группа при С 1 будет расположена ниже плоскости кольца в α-форме и выше в β-форме [показать]
Конформации моносахаридов . Проекционные формулы Хеуорса не отражают подлинной конформации моносахаридов. Работами Ривса, а затем и многих других авторов показано, что, подобно циклогексану, пиранозное кольцо может принимать две конфигурации - форму кресла и форму лодки. Конфигурация формы кресла обычно более устойчива, и, по-видимому, именно она преобладает в большей части природных сахаров (рис. 80).
Основные реакции моносахаридов,
продукты реакций и их свойства
- Реакции полуацетального гидроксила
. Как уже отмечалось, моносахариды как в кристаллическом состоянии, так и в растворе в
основном существуют в полуацетальных формах. Полуацетальный гидроксил отличается большей реакционной способностью и может замещаться
другими группировками в реакциях со спиртами, карбоновыми кислотами, фенолами и т. д. Соединение, которое действует на полуацетальный
гидроксил моносахарида, называют агликоном, а продукт реакции - гликозидом. Соответственно α- и β-изомерам моносахаридов
существуют α- и β-гликозиды. Например, при реакции метилового спирта (агликон) с глюкозой (допустим, в β-пиранозной
форме) в присутствии неорганических кислот образуется продукт алкилирования - метил-β-D-глюкопиранозид:
При действии на β-D-глюкопиранозу уксусной кислотой образуется продукт ацилирования - ацетил-β-D-глюкопиранозид:
Ацилированию и метилированию способны подвергаться и остальные гидроксильные группы моносахаридов, хотя это требует намного более жестких условий. В тех случаях, когда в качестве агликонов выступают спирты, фенолы или карбоновые кислоты, продукты реакции называют О-гликозидами. Следовательно, метил-β-D-глюкопиранозид и ацетил-β-D-глюкопиранозид являются О-гликозидами (связь с агликоном осуществляется через кислород). Природные О-гликозиды, большинство из которых образуется в результате жизнедеятельности растений, существуют преимущественно в β-форме.
Весьма важным классом гликозидов являются N-гликозиды, в которых связь с агликоном осуществляется через азот, а не через кислород. Существуют еще S-гликозиды, которые представляют собой производные циклических форм тиосахаридов, в меркаптогруппе (-SH) при C 1 которых атом водорода замещен радикалом. S-Гликозиды содержатся в ряде растений (горчица, черногорка, боярышник и др.).
N-гликозиды рассматривают как производные сахаров, у которых гликозильная часть молекулы связана через атом азота с радикалом органического соединения, не являющегося сахаром. Как и О-гликозиды, N-гликозиды могут быть построены как пиранозиды или как фуранозиды и иметь α- и β-форму:
К N-гликозидам принадлежат исключительно важные в обмене веществ продукты расщепления нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов (нуклеотиды и нуклеозиды), АТФ, НАД, НАДФ некоторые антибиотики и т. п.
- Реакции с участием карбонильной группы.
Хотя линейная гидроксикарбонильная форма присутствует в кристаллических препаратах
моносахаридов и их растворах в незначительных количествах, все же ее участие в таутомерном равновесии сообщает моносахаридам все
свойства, присущие альдегидам (в альдозах) или кетонам (в кетозах). Со способностью альдоз и кетоз присоединять спирты мы уже
познакомились (см. выше). Рассмотрим теперь некоторые другие свойства.
- Аминосахара
- производные моносахаридов, гидроксильная группа которых (-ОН) замещена аминогруппой (-NН 2).
В зависимости от положения аминогруппы (при атомах углерода) в молекуле аминосахара различают 2-амино-, 3-амино-, 4-амино-сахара
и т. д. По числу аминогрупп выделяют моноаминосахара и диаминосахара.
Аминосахара обладают всеми свойствами аминов, обычных моносахаров, а также специфическими свойствами, обусловленными пространственной близостью гидроксильных и аминных групп.
В организме человека и животных наиболее важными амино-сахарами являются D-глюкозамин и D-галактозамин:
Аминосахара входят в состав мукополисахаридов животного, растительного и бактериального происхождения, являются углеводными компонентами различных гликопротеинов и гликолипидов. В составе этих высокомолекулярных соединений аминогруппа аминосахара чаще всего ацилирована, а иногда сульфирована (см. хондроитин-4-сульфат).
Олигосахариды - углеводы, молекулы которых содержат от 2 до 8-10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. В соответствии с этим различают дисахариды, трисахариды и т. д.
Дисахариды - сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на две молекулы моносахаридов. Дисахариды наряду с полисахаридами являются одним из основных источников углеводов в пище человека и животных. По своему строению дисахариды являются гликозидами, в которых две молекулы моносахаридов соединены гликозидной связью.
Среди дисахаридов особенно широко известны мальтоза, лактоза и сахароза.
Мальтоза, являющаяся α-глюкопиранозил-(1-4)-α-глюкопиранозой, образуется в качестве промежуточного продукта при действии амилаз на крахмал (или гликоген), содержит два остатка α-D-глюкозы. Название сахара, чей полуацетальный гидроксил участвует в образовании гликозидной связи, оканчивается на "ил".
В молекуле мальтозы у второго остатка глюкозы имеется свободный полуацетальный гидроксил. Такие дисахариды обладают восстанавливающими свойствами.
Одним из наиболее распространенных дисахаридов является сахароза - обычный пищевой сахар. Молекула сахарозы состоит из одного остатка D-глюкозы и одного остатка D-фруктозы. Следовательно, это - α-глюкопиранозил-(1-2)-β-фруктофуранозид:
В отличие от большинства дисахаридов сахароза не имеет свободного полуацетального гидроксила и не обладает восстанавливающими свойствами.
Дисахарид лактоза содержится только в молоке и состоит из D-галактозы и D-глюкозы. Это - α-глюкопиранозил-(1-4)-глюкопираноза:
Поскольку в молекуле лактозы имеется свободный полуацетальный гидроксил (в остатке глюкозы), она принадлежит к числу редуцирующих дисахаридов.
Среди природных трисахаридов важное значение имеют немногие. Наиболее известна рафиноза, содержащая остатки фруктозы, глюкозы и галактозы, которая находится в больших количествах в сахарной свекле и во многих других растениях.
В целом олигосахариды, присутствующие в растительных тканях, разнообразнее по своему составу, чем олигосахариды животных тканей.
С точки зрения общих принципов строения полисахариды можно разделить на две группы, а именно: на гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа, и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев.
С точки зрения функционального назначения полисахариды также могут быть разделены на две группы: структурные и резервные полисахариды. Важным структурным полисахаридом является целлюлоза, а главные резервные полисахариды - гликоген и крахмал (у животных и растений соответственно). Здесь будут рассмотрены только гомополисахариды. Гетерополисахариды описаны в главе "Биохимия соединительной ткани".
Крахмал представляет собой смесь двух гомополисахаридов: линейного - амилозы и разветвленного - амилопектина, общая формула которых (С 6 Н 10 O 5) n [показать] .
Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10-30%, амилопектина - 70-90%. Полисахариды крахмала построены из остатков глюкозы, соединенных в амилозе и в линейных цепях амилопектина α-1,4-глюкозидными связями, а в точках ветвления амилопектина - межцепочечными α-1,6-глюкозидными связями.
В молекуле амилозы связано в среднем около 1000 остатков глюкозы, отдельные линейные участки молекулы амилопектина состоят из 20-30 таких единиц.
В воде амилоза не дает истинного раствора. Цепочка амилозы в воде образует гидратированные мицеллы. В растворе при добавлении йода амилоза окрашивается в синий цвет. Амилопектин также дает мицеллярные растворы, но форма мицелл несколько иная. Полисахарид амилопектин окрашивается йодом в красно-фиолетовый цвет.
Крахмал имеет молекулярную массу 10 6 -10 7 . При частичном кислотном гидролизе крахмала образуются полисахариды меньшей степени полимеризации - декстрины, при полном гидролизе - глюкоза. Крахмал является наиболее важным для человека пищевым углеводом; содержание его в муке 75-80%, в картофеле 25%.
Гликоген - главный резервный полисахарид высших животных и человека, построенный из остатков α-D-глюкозы. Эмпирическая формула гликогена, как и крахмала (С 6 Н 10 O 5) n . Гликоген содержится практически во всех органах и тканях животных и человека; наибольшее количество его находится в печени и мышцах. Молекулярная масса гликогена 10 7 -10 9 и выше. Его молекула построена из ветвящихся полиглюкозидных цепей, в которых остатки глюкозы соединены α-1,4-глюкозидными связями. В точках ветвления имеются α-1,6-глюкозидные связи. Гликоген по своему строению близок к амилопектину.
В молекуле гликогена различают внутренние ветви - участки полиглюкозидных цепей между точками ветвления, и наружные ветви - участки от периферической точки ветвления до нередуцирующего конца цепи (рис. 81) [показать] . При гидролизе гликоген, подобно крахмалу, расщепляется с образованием сначала декстринов, затем мальтозы и, наконец, глюкозы.
Целлюлоза (клетчатка) - наиболее широко распространенный структурный полисахарид растительного мира.
Целлюлоза состоит из α-глюкозных остатков в их β-пиранозной форме, т. е. в молекуле целлюлозы β-глюкопиранозные мономерные единицы линейно соединены между собой β-1,4-глюкозидными связями.
Углеводы альдозы , а кетонную – кетозы
Функции углеводов в организме.
Основные функции углеводов в организме:
1. Энергетическая функция. Углеводы являются одним из основных источников энергии для организма, обеспечивая не менее 60 % энергозатрат. Для деятельности мозга, почек, крови практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 17,15 кДж/моль или 4,1 ккал/моль энергии.
2. Пластическая или структурная функция . Углеводы и их производные обнаруживаются во всех клетках организма. В растениях клетчатка служит основным опорным материалом, в организме человека кости и хрящи содержан сложные углеводы. Гетерополисахариды, например, гиалуроновая кислота, входят в состав клеточных мембран и органоидов клетки. Участвуют в образовании ферментов, нуклеопротеидов (рибоза, дезоксирибоза) и др.
3. Защитная функция . Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами или их производными (мукополисахаридами и др.) они защищают внутренние стенки половых органов ЖКТ, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов. В ответ на антигены в организме синтезируются иммунные тела, которые являются гликопротеидами. Гепарин предохраняет кровь от свертывания (входит в противосвертывающую систему) и выполняет антилипидемическую функцию.
4. Регуляторная функция. Пища человека содержит большое количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя, таким образом, в регуляции акта перистальтики. Глюкоза в крови участвует в регуляции осмотического давления и поддержании гомеостаза.
5. Специфические функции. Некоторые углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, обеспечении специфичности групп крови и т.д.
Классификация углеводов.
Углеводы классифицируют по величине молекул на 3 группы:
1. Моносахариды – содержат 1 молекулу углевода (альдозы или кетозы).
· Триозы (глицериновый альдегид, диоксиацетон).
· Тетрозы (эритроза).
· Пентозы (рибоза и дезоксирибоза).
· Гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).
2. Олигосахариды - содержат 2-10 моносахаридов.
· Дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза).
· Трисахариды и т.д.
3. Полисахариды - содержат более 10 моносахаридов.
· Гомополисахариды – содержат одинаковые моносахариды (крахмал, клетчатка, целлюлоза состоят только из глюкозы).
· Гетерополисахариды- содержат моносахариды разного вида, их пароизводные и неуглеводные компоненты (гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты).
Схема № 1. Классификация углеводов.
Углеводы
Моносахариды Олигосахариды Полисахариды
1. Триозы 1. Дисахариды 1. Гомополисахариды
2. Тетрозы 2. Трисахариды 2. Гетерополисахариды
3. Пентозы 3. Тетрасахариды
4. Гексозы
Свойства углеводов.
1. Углеводы – твердые кристаллические белые вещества, практические все сладкие на вкус.
2. Почти все углеводы хорошо растворимы в воде, при этом образуются истинные растворы. Растворимость углеводов зависит от массы (чем больше масса, тем менее растворимо вещество, например, сахароза и крахмал) и строения (чем разветвленнее структура углевода, тем хуже растворимость в воде, например крахмал и клетчатка).
3. Моносахариды могут находится в двух стереоизомерных формах : L–форма (leavus – левый) и D- форма (dexter – правый). Эти формы обладают одинаковыми химическими свойствами, но отличаются, расположением гидроксидных групп относительно оси молекулы и оптической активностью, т.е. вращают на определенный угол плоскость поляризованного света, который проходит через их раствор. Причем плоскость поляризованного света вращается на одну величину, но в противоположных направлении. Рассмотрим образование стереоизомеров на примере глицеринового альдегида:
СНО СНО
НО -С-Н Н-С-ОН
СН2ОН СН2ОН
L – форма D – форма
При получении моносахаридов в лабораторных условиях, стереоизомеры образуются в соотношении 1:1, в организме синтез происходит под действием ферментов, которые строго отличают L – форму и D – форму. Поскольку синтезу и распаду в организме подвергаются исключительно D-сахара, в эволюции постепенно исчезли L-стереоизомеры (на этом основано определение сахаров в биологических жидкостях с помощью поляриметра).
4. Моносахариды в водных растворах могут взаимопревращаться, такое свойство называют муторатацией.
НО-СН2 О=С-Н
С О НО-С-Н
Н Н Н Н-С-ОН
С С НО-С-Н
НО ОН Н ОН НО-С-Н
С С СН2-ОН
НО-СН2
Н Н ОН
НО ОН Н Н
Бетта-форма.
В водных растворах мономеры, состоящие из 5 и более атомов, могут находится в циклической (кольцевой) альфа- или бетта-формах и незамкнутой (открытой) формах, причем их соотношение 1:1. Олиго- и полисахариды состоят из мономеров в циклической форме. В циклической форме углеводы устойчивы и молоактивны, а в открытой обладают высокой реакционной способностью.
5. Моносахариды могут восстанавливаться до спиртов.
6. В открытой форме могут взаимодействовать с белками, липидами, нуклеотидами без участия ферментов. Эти реакции получили название - гликирования. В клинике применяют исследование уровня гликозилированного гемоглобина или фруктозамина для постановки диагноза сахарный диабет.
7. Моносахариды могут образовывать эфиры. Наибольшее значение имеет свойство углеводов образовывать эфиры с фосфорной кислотой, т.к. чтобы включиться в обмен углевод должен стать фосфорным эфиром, например, глюкоза перед окислением превращается в глюкозо-1-фосфат или глюкозо-6-фосфат.
8. Альдолазы обладают способностью восстанавливать в щелочной среде металлы из их окислов в закиси или в свободное состояние. Это свойство используют в лабораторной практике для обнаружения альдолоз (глюкозы) в биологических жидкостях. Чаще всего используют реакцию Троммера при которой альдолоза восстанавливает окись меди в закись, а сама окисляется в глюконовую кислоту (окисляется 1 атом углерода).
CuSO4 + NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4
Голубой цвет
C5H11COH + 2Cu(OH)2 C5H11COOH + H2O + 2CuOH
Кирпично-красный цвет
9. Моносахариды могут окисляться до кислот не только в реакции Троммера. Например, при окислении 6 углеродного атома глюкозы в организме образуется глюкуроновая кислота, которая соединяется с ядовитыми и плохо растворимыми веществами, обезвреживает их и переводит в растворимые, в таком виде эти вещества выводятся из организма с мочой.
10.Моносахариды могут соединяться между собой и образовывать полимеры. Связь, которая при этом возникает называется гликозидной , она образуется за счет ОН-группы первого углеродного атома одного моносахарида и ОН-группой четвертого (1,4-гликозидная связь) или шестого углеродного атома (1,6-гликозидная связь) другого моносахарида. Кроме этого могут образовываться альфа-гликозидная связь (между двумя альфа-формами углевода) или бетта-гликозидная связь (между альфа- и бетта- формами углевода).
11.Олиго- и полисахариды могут подвергаться гидролизу с образованием мономеров. Реакция идет по месту гликозидной связи, причем этот процесс ускоряется в кислой среде. Ферменты в организме человека могут различать альфа- и беттагликозидные связи, поэтому крахмал (имеет альфагликозидные связи) переваривается в кишечнике, а клетчатка (имеет беттагликозидные связи) нет.
12.Моно- и олигосахариды могут подвергаться брожению: спиртовому, молочнокислому, лимоннокислому, маслянокислому.
Общая характеристика углеводов.
Углеводы – органические соединения, которые являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов. Углеводы, содержащие альдегидную группу, называются альдозы , а кетонную – кетозы . Большинство из них (но не все!например, рамноза С6Н12О5) соответствуют общей формуле Сn(Н2О)m, отчего и получили свое историческое название - углеводы. Но есть ряд веществ, например, уксусная кислота С2Н4О2 или СН3СООН, которые хоть и соответствует общей формуле, но не относится к углеводам. В настоящее время принято другое название, которое наиболее верно отражает свойства углеводов – глюциды (сладкий), но историческое название так прочно вошло в жизнь, что им продолжают пользоваться. Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70-80 % массы сухого вещества клеток. В животном организме на их долю приходится всего около 2 % массы тела, однако и здесь их роль не менее важна. Доля их участия в общем энергетическом балансе оказывается весьма значительной, превышающей почти в полтора раза долю белков и липидов вместе взятых. В организме углеводы способны откладываться в виде гликогена в печени и расходоваться по мере необходимости.
Вы делаете это несколько раз в день, каждый день в течении всей вашей жизни. Каждый из нас, по своему, диетолог. Когда вы готовите себе кашу или отбивную Но как мы не становимся врачами, приклеивая пластырь Так и не становимся настоящими диетологами, открывая холодильник. Диетология или нутрициология - это целая наука. Диетология - мультидисциплинарная, это значит что она объединяет в себе множество наук. Это физиология, химия, биология и даже социальные науки. Основной инструмент диетологии - диеты. Это организованные системы питания. Набор продуктов, подходящих для решения конкретной задачи, для конкретного человека Цели и задачи, как правило, разные Поэтому схемы, вроде самые здоровые и правильное питание Одному человеку могут подойти, а другому могут навредить. Ведь понятие правильное питание для одного и того же человека весом в 100 кг и человека весом в 50 кг, будут поразительно отличаться Точно выяснить влияние конкретного продукта На здоровье зачастую очень сложно и дорого. Переменных много. Продукты, даже самые простые Отличаются друг от друга по макро- и микронутриентам Плюс у каждого человека свои особенности питания и предпочтения. Если мы помещаем людей в условия двойного плацебо контролируемого эскперемента И годами полностью контролируем диету до грамма Такое представить довольно сложно Все потому что исследования такого формата дорогие. У пищевой индустрии таких денег особенно нет. А у фарминдустрии они есть Поэтому, плацебо-контролируемые исследования золотой стандарт именно в исследованиях лекарств А на пищевые добавки или на пищу не получить патент. Поэтому сейчас почти все исследования о здоровом питании Это эпидемиологические исследования Ученые изучают рацион и образ жизни определенных людей. И делают выводы на основании корреляции. Чем они питались и как это повлияло на их здоровье. Но если детально изучать слишком дорого и сложно. А другие исследования это статистические корреляции, Тогда зачем инвестировать в исследования питания? Ведь люди и без науки едят и некоторые даже очень много. Производителям сладостей или алкоголя, например, Доказывать вредность или полезность своих продуктов В сравнении с фарминдустрией, чаще всего не требуется. На продукты всегда есть спрос. Их и так уже покупают Но основные, научно-обоснованные столбы правильного питания, все таки наукой установлены. Эти исследования финансировались в основном государствами, которые хотят, чтобы граждане Которые приводят в движение экономику были здоровыми и продуктивными. И мы говорим об эпидемии ожирения. Эволюционно человек склонен набирать вес Ведь хомо, на протяжении сотен тысяч лет, жили в условиях жесточайшего дифицита Пищу нужно было добывать. Пищу нужно было запасать. И тот, кто это делал Хорошо имел преимущество. Проще говоря, Лишний вес, гарантия выживания и показатель здоровья. Но сейчас все изменилось. 21 век. Малоподвижный образ жизни. Гиподинамия, доступность высококалорийных продуктов. Мы просто набираем телефон и к нам приезжает пицца. И все больше тучных людей самого разного возраста С хроническими заболеваниями, которые связаны с Высоким индексом массы тела. Все это современная наука называет - метаболическим ожирением или метаболическим синдромом. Основные последствия избыточного лишнего веса это Это повышение риска развития диабета и сердечно сосудистых заболеваний. Заболевания опорно-двигатального аппарата И кто знает синдром ночного апноэ или "храпа" И другие ассоциируемые с ожирением заболевания. Главным критерием оценки рисков для здоровья, согласно ВОЗ Служит индекс массы тела или ИМТ ИМТ позволяет оценить отклонение веса человека от нормы, И выяснить, является ли масса нормальной, избыточной или недостаточной. Данный критерий является косвенным, поскольку композиция тела Т.е. пропорция мышечной массы и жировой массы у разных людей различны. Процент жира может изменятся от пола, расы и гинетики. К примеру: Азиаты имеют более высокое содержание массы жира в теле При более низких значениях индекса массы тела, Особенно в молодом возрасте. Более того, процент жира в теле увеличивается с возрастом А процент мышечной массы снижается. Вроде как индекс массы тела остается одинаковым, но уже совсем не так. Так же для оценки рисков для здоровья нужно учитывать другие метаболические показатели. Это инсулин, гликированный гемоглобин, липидный профиль крови и другие показатели. Тем не менее, диабет второго типа И сердечно сосудистые заболевания Это спутники избыточной массы тела И с возрастом риски увеличиваются Ученые попытались проследить связь между общей смертностью и ИМТ Ряд данных показывает, чем ближе мы к норме ИМТ, Тем выше вероятность прожить дольше. Особенно если человек не увлекается алкоголем или курением Международная коллаборация научных центрах, в разных странах мира Провели мета-анализ в 239 Качественных перспективных исследований. С участием, почти более 10 миллионов человек, в возрасте от 20 до 90 лет И они выяснили, что быть даже слишком худым Т.е. иметь низкий ИМТ Ниже 18,5, тоже вредно. Как избыточная масса тела, так и недостаток массы тела Повышает риски смертности от всех причин. Проблема ясна, эту проблему нужно решить. Инструментом служить диетический паттерн, т.е. диета. Которой стоит придерживаться. Тут мы сталкиваемся с колоссальным разнообразием схем, диеты различных решений. Каждый имеет свои плюсы и минусы. Низкоуглеводные диеты, кето диеты. Диеты в которых исключается или сводится к минимуму из макронутриентов. Это углеводы. Либо низкожировые диеты, где исключаются жиры Низкобелковые диеты с исключением белковой пищи. Периодическое голодание, белково-углеводное чередование, раздельное питание Их множество и можно продолжать так далее Исследование пищевых протоколов, показывает Что, на самом деле, нету разницы в достижении основного результата Снижения веса или сброса веса, или набора веса Какой диеты вы не придерживались. По скольку все диеты, как бы их не называли, все таки строятся на одном принципе. Количество энергии, которое человек получает с пищей И расход энергии. Например низкожировые диеты исключают из рациона Самый высококалорийный нутриент - жиры И в таком случае, если у вас нет жиров в питании Очень сложно получить энергии больше, чем вы тратите Как бы вы не ели Если совсем просто, если вы едите меньше, чем вы тратите вы худеете. Если больше чем тратите, вы потолостеете. Инструментом в этом случае служит простой принцип подсчета калорий. И контроль потребляемой вами пищей. Но, к сожалению, такой простой принцип слишком труден на практике От 60 до 90 процентов людей По разным оценкам, которые похудели, не в силах сохранить результат снижения веса. И это все связано с непониманием работы всех диет. В их основе лежит профицит или дефицит калорийности Людям же проще применить какие-то экстремальные подходы Жесткие ограничения, вроде "исключаем все мучное" Либо исключаем полностью жиры, либо только фрукты в течении месяца. Либо не едим совсем мяса и, конечно, в таком режиме люди получают результат. А когда получают результат возвращаются к старому протоколу питания и набирают вес опять. Такие готовые схемы диеты - работают, однако они оказывают больше негативных последствий для здоровья и психики. Несмотря на очевидные результаты по снижению веса. В этом и есть проблема готовых диет. Легко запомнить короткий список, того, что можно есть. Но с этим трудно жить. Мы все любим простые решения, они всего лучше укладываются в голове. Но категоричный и жесткий подход, очень трудно превратить в образ жизни и трудно придерживаться его в долгосрочной перспективе. Более того, исследования в области контроля калорийности питания демонстрируют, что без системы, а по субъективным ощущениям, добровольцы, как правило, недооценивают количество съеденных калорий. По заявлениям добровольцев они потребляли 1500 калорий в день, а по оценкам исследователей, которые следили за добровольцами, на самом деле они наедали 3000 калорий. И если вы хотите держать свой вес под контролем, первое, что нужно сделать это научится оценивать калорийность и состав продукта. Т.е. то количество еды, которое вы употребляете в день. На первых парах это довольно сложно, но в долговременной перспективе это себя оправдывает. Это и есть гигиена питания, мы едим каждый день, как и чистим зубы. Почему мы так мало знаем о том, что мы едим? Быстрое снижение веса имеет право на существование, например для шоу или для фотосессии. Но надо понимать, что результат будет короткосрочным. Если у вас 25 лишних киллограмм, настраивайтесь на год снижения веса и изменения образа жизни в последующем. И мы переходим к третьему пункту, что же такое правильное питание? ГМО, сахар, жиры, соли, глютен, е-добавки, глютомат, консерванты, мясо, дрожи, молочный сахар, лактоза или пальмовое масло, фаст-фуд В общественном сознании все эти вещи считаются вредными для здоровья. Не есть после 6, больше овощей и молочных продуктов, веганство, отказ от сахара, осознанное питание, палио-диеты, несколько стаканов воды в день. Фрукты на завтрак или перед сном. Такие схемы считаются полезными для здоровья. Но увы, что первое утверждение, что второе, являются диетическими мифами. И вот почему. В сфере диетологии принято разделять продукты на полезные/здоровые и вредные/опасные. Такая дихотомия - деление на черное и белое, зачастую приводит к серьезным проблемам. Например глютен,. В СМИ, в профессиональной сфере, активно демонизируют клейковину, это белок пшеницы. И это яркий пример склонности людей, увлеченных идеями здорового образа жизни, перегибать палку. Целиакия или непереносимость глютена, это проблема максимум 1% населения. Т.е. конкретно у вас, скорее всего, ее нет. И вот люди берут и проецируют проблему маленькой категории населения На всю популяцию в целом. Это так же странно, если бы мы решили, что у какой-то конкретной группы людей есть аллергия на морепродукты. Давайте объявим всем репродукты опасные и скажем что это источники всех бед. Это и есть идеи безглютеновой диеты. Но часто такие идеи работают, потому что исключая глютен, убирают из своего питания массу фаст-фуда и других высоко рафинированных продуктов. И потом говорят об опасности глютена. И вообще положительный результат от многих диет это, как правило, случайные совпадения. Такая же история и с конкретными веществами. Вроде лактозы, молочного сахара, соли, пищевых добавок, белков и конечно сахара. Массовом сознании какими только ужасными чертами только не наделяют сахар и набирают вес от него, и зависимость вызывает, чуть ли не как наркотики. И считается, что сахар связан с риском развития диабета второго типа и эпидемии ожирения. Последние исследования наглядно демонстрируют потребление сахара в Китае в 10 раз ниже, чем в США. Но при этом распространённость диабета, на сравниваемом участке после 50 лет - выше и даже растет. Примерно похожая картина при сравнении в Англии и США. В Англии потребление сахара, за последние 50 лет целенаправленно снижается, но при этом распространённость диабета не ниже американских показателей и так же наблюдается продолжение роста диабета. КНДР с ростом благосостояния граждан, активной урбанизации, увеличением доступности высококалорийных продуктов питания. При одновременном снижении двигательной активности мы имеем нарушение энергетического баланса в теле и следствием которой накопление избыточной массы тела, за счет жировых отложений. И сахар тут, в общем то, не при чем. Так же история и у пищевой зависимости от сахара, проверяли почти 1500 студентов, прогнали на предмет признаков пищевой зависимости к определенным категориям продуктов. А так же им замеряли ИМТ, текущие данные показывают, что сладкие продукты вносят минимальный вклад в пищевую зависимость и в увеличение риска лишнего веса. Вместо этого, данные согласуются с уже известными представлениями о том, что плотность энергии пищи, т.е. калорийность и индивидуальный опыт приема пищи играют решающую роль в проблеме эпидемии ожирения. Если говорить проще и своими словами, то беда не в сахаре, а в сочетании факторов, которые делают какой-то конкретный продукт или категорию продуктов. Одновременно желанными и очень калорийными. И это есть фаст-фуд, сахар тут не при чем. Так что же такое правильное питание? Исследуя воздействие пищи на человека ученые исследуют не сам продукт, а то, что содержится в пище. Состав. Что влияет на здоровье. Пища состоит из макро- и микронутриентов. Макронутриенты это белки, жиры, углеводы. То, что вы можете найти на пачке любого продукта, познакомившись с ним. Микронутриенты это витамины и минералы. Микронутриенты в отличие от макронутриентов не несут энергетической ценности, они не имеют калорий. Но тем не менее являются необходимыми или ветальными веществами для здоровья и протекания различных биохимических процессах в теле. Чтобы понять, сколько требуется лично вам, вы можете воспользоваться готовыми калькуляторами калорий. Или посчитать свою норму потребления энергии. Вы так же можете узнать, какое количество белков, жиров, углеводов, необходимо лично вам. С этим вы можете познакомится на различных сайтах здравоохранения. Где создаются таблицы и выделяются нормы потребления для конкретных лиц, для конкретных возрастных категорий, женщин, мужчин и т.д. Ссылки на данные таблицы и на сайты организации здравоохранения будут в описании к видео на YouTube. Правильное питание должно соответствовать потребностям организма в энергии и обеспечивать необходимый уровень углеводов, белков и жиров. И от человека к человеку разные группы, индивидуальные особенности, пищевые предпочтения, непереносимость конкретных продуктов, правильное питание для всех этих людей будет разное. Поэтому нет четко-установленного эталона правильного питания. Приблизительные нормы потребления макро, микронутриентов установлены ВОЗ и организациями здравоохранения. Для специфических задач требуется выходить за нормы потребления. Если вы занимаетесь тяжелым трудом или спортом. Минералы, микроэлементы, витамины, а так же достаточное количество воды в день необходимо телу. В итоге, учитывая индивидуальные особенности каждого человека, необходимо рассчитать количество энергии, которое требуется лично для вас. Учитывать все макронутриенты: белки, жиры, углеводы. Схемы, которые подозревают удаление одного из макронутриентов из диеты как правило приводит к проблемам со здоровьем. И не дает долгосрочных результатов. Если вы хотите сокращать количество калорий, сокращайте общее объемы пищи. А не конкретные элементы. Следите за ИМТ. С возрастом ИМТ меняется и это является предиктором заболеваний сердечно-сосудистой системы. Если хотите сохранить свое здоровье и снизить риски развития диабета второго типа, контролируйте свой вес. Сделать это можно с помощью простых схем. Контроля калорий и потребляемой пищей. И так друзья, спасибо большое за внимание. С вами был Сацулин Борис. Подписывайтесь на SciOne и ссылки для ознакомления с вопросом есть в описании к видео на YouTube. Ну что ж, спасибо и да прибудет с вами наука.
Определение
Углеводы (сахара или сахариды) - органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп.
Соотношение водорода и кислорода в молекулах первых известных представителей углеводов было 2:1. Поскольку общую молекулярную формулу углеводов можно записать как: $C_x(H_2O)_y$, то можно сказать, что углеводы являются соединениями углерода и воды.
Углеводы являются важным компонентом клеток, а следовательно и тканей всех живых организмов, составляя (по сухой массе) основную часть живой биомассы (растений - до 80% и до 3% - животных) на Земле. Источником углеводов для растительных организмов является процесс фотосинтеза:
Фотосинтез протекает в клетках растений и приводит к синтезу углеводов из воды и углекислого газа. Уравнение фотосинтеза можно записать следующим образом:
$6CO_2 +6H_2O \xrightarrow{h\nu} C_6H_{12}O_6$
Углеводы - весьма обширный класс органических соединений, среди них встречаются вещества с сильно различающимися свойствами. Это позволяет углеводам выполнять разнообразные функции в живых организмах.
ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ
1. Энергетическая функция . Углеводы служат источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.
2. Структурная и опорная функции. Углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Так целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелета членистоногих.
3. Защитная роль у растений . У некоторых растений есть защитные образования (шипы, колючки и др.), состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток.
4. Пластическая функция . Углеводы входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК).
5. Запасающая функция . Углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин - у растений.
6. Осмотическая функция . Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100-110 мг/л глюкозы, от концентрации которой зависит осмотическое давление крови.
7. Рецепторная функция . Олигосахариды входят в состав воспринимающей части многих клеточных рецепторов или молекул-лигандов.
КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
Углеводы можно классифицировать по различным признакам. Самый важный -это количество структурных единиц.
1. По количеству структурных единиц - сахаридов углеводы делятся на простые сахара или моносахариды и полимеры этих простых сахаров или полисахариды. Среди полисахаридов следует выделить группу олигосахаридов , содержащих в молекуле от 2 до 10 моносахаридных остатков. К ним относятся, в частности, дисахариды.
Определение
Определение
Моносахариды - углеводы, которые не гидролизуются (не разлагаются водой).
В зависимости от числа атомов углерода в цепи, моносахариды подразделяются на:
триозы (содержат три углеродных атома),
тетрозы (четыре атома С),
пентозы (пять атомов),
гексозы (шесть атомов) и т.д.
В природе моносахариды представлены в основном пентозами и гексозами.
К пентозам относятся рибоза $C_5H_{10}O_5$ и дезоксирибоза $C_5H_{10}O_4$. Они входят в состав РНК и ДНК.
Запомни! Глюкоза , фруктоза , галактоза относятся к гексозам и имеют общую молекулярную формулу $C_6H_{12}O_6$
Определение
Дисахариды - углеводороды, которые при гидролизе образуют две молекулы моносахаридов. Общая молекулярная формула дисахаридов $C_{12}H_{22}O_{11}$
Общее уравнение гидролиза дисахаридов можно записать следующим образом:
$C_{12}H_{22}O_{11} +H_2O \longrightarrow 2C_6H_{12}O_6$
Определение
Полисахариды - углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов, чаще всего глюкозы.
К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза и др.
Запомни! Чтобы получить молекулярную формулу полисахарида, нужно от молекулы глюкозы "отнять" молекулу воды и записать выражение с индексом n: $(C_6H_{10}O_5)_n$
2. По скорости усвоения организмами :
Простые или быстрые углеводы синтезируются в зелёных растениях и легко растворяются в воде. Эти углеводы имеют высокий гликемический индекс , то есть очень быстро усваиваются организмом. Продукты, богатые сложными углеводами, расщепляются медленно, постепенно повышая содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, поэтому их ещё называют медленными углеводами .
3. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные . Углеводы, состоящие из трех или более единиц, называются сложными.
Сложные углеводы являются продуктами поликонденсации простых сахаров (моносахаридов) и, в отличие от простых, в процессе гидролитического расщепления способны распадаться на мономеры, с образованием сотни и тысячи молекул моносахаридов.
Углеводы – это органические вещества, которые входят в состав тканей человеческого и животного организма и способствуют выработке энергии для полноценной работы всех органов. Они делятся на моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Являются неотъемлемыми компонентами тканей и клеток всех живых организмов и выполняют важные функции для их жизнедеятельности.
Почему углеводы так важны? Учеными доказано, что употребление достаточного количества веществ способствует быстроте реакции, стабильному бесперебойному функционированию мозговой деятельности. Это незаменимый источник энергии для людей, ведущих активный образ жизни.
Если вы придерживаетесь , то соблюдаете суточную норму белков, жиров и углеводов. Выясним, как это эффективнее сделать и зачем это необходимо для здоровья. В последние годы диетологи нивелируют пользу углеводов, призывая к и для похудения. Но какие проблемы стоят за отказом от употребления углеводов? И какие приносят максимальную пользу? Давайте выясним особенности и определим, какую пищу следует оставить в рационе, а от какой отказаться.
Углеводы – необходимый компонент для выработки энергии в организме любого живого существа. Но кроме этого, они выполняют целый ряд полезных функций, которые улучшают функции жизнедеятельности.
- Структурная и опорная. Вещества способствуют построению клеток и тканей всех живых существ и даже растений.
- Запасающая. Благодаря углеводам в органах удерживаются питательные компоненты, которые без них быстро выводятся и не приносят пользу.
- Защитная. Оберегает от неблагоприятных воздействий факторов внешней и внутренней среды.
- Пластическая. Углеводы участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК, потому что входят в состав сложных молекул, например, пентозы.
- Регулирующая. Углеводы активируют процессы пищеварения в желудочно-кишечном тракте.
- Антикоагулирующая. Воздействуют на свертываемость крови и эффективны в борьбе с опухолями.
- Осмотическая. Компоненты принимают участие в контроле осмотического давления.
Вместе с углеводами поступает много полезных веществ: крахмал, глюкоза, гепарин, фруктоза, дезоксирибоза и хитин. Но следует соблюдать уровень поступаемых углеводов, потому что при избыточном количестве они накапливаются в мечении и мышцах в виде гликогена.
Обратите внимание на то, что окисление 1 г. веществ способствует выделению 20 кДж чистой энергии, поэтому организм человека усиленно работает на протяжении целого дня. Если ограничить количество поступившего вещества, иммунитет ослабится, и сил станет намного меньше.
Важно! При дефиците углеводов самочувствие человека значительно ухудшается. Замедляется , нарушается работа сердечно-сосудистой системы, ухудшается состояние нервной системы.
Обмен углеводов состоит из нескольких этапов. Сначала они расщепляются в ЖКТ до состояния моносахаридов. Затем всасываются в кровеносное русло. Синтезируются и распадаются в тканях, расщепляют сахар и превращаются в гескоз. Завершающая стадия углеводного обмена – аэробное окисление гликолиза.
Мнение эксперта
Егорова Наталья Сергеевна
Врач-диетолог, г. Нижний Новгород
Да, углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток человеческого организма, а также играют незаменимую роль в метаболизме. Но самая главная их функция - это ежедневное обеспечение энергией внутренних органов, мышечной ткани и нервных клеток. Отмечу, что головной мозг и нервная система «питаются» исключительно за счет углеводов, поэтому их нехватка критична для людей, чья работа связана с активной умственной деятельностью.
Я крайне негативно отношусь к диетам, которые полностью исключают или значительно ограничивают употребление углеводов. Ведь в рационе здорового человека должны в нормальных количествах присутствовать все необходимые нутриенты, клетчатка, витамины и минералы.
Но отмечу, что не все углеводы одинаково полезны. Если говорить о «быстрых» углеводах, которые содержатся в белом хлебе, сладостях и сдобной выпечке, то они являются довольно «сомнительным» источником энергии. Они откладываются в организме в виде жировых отложений, способствуя быстрому набору веса.
Так что употреблять углеводы нужно с умом, отдавая предпочтение тем, которые имеют низкий гликемический индекс (ГИ).
Вред и польза углеводов
Чтобы правильно составить свой рацион питания, нужно сначала убедиться в пользе пищи, которая поступает в организм.
Рассмотрим преимущества компонентов:
- Обеспечение энергией. Для любой деятельности, даже чистки зубов, нужны определенные усилия. Так как в углеводах содержится сахар, который содержит инсулин, при правильных подсчетах можно регулировать его уровень. Это полезное свойство при сахарном диабете и контроле веса.
- Борьба с болезнями, спровоцированными нарушением обмена веществ. Углеводные волокна защищают больных сахарным диабетом 2-го типа, с повышенным холестерином и ожирением. Благодаря углеводной диете стабилизируется ритм сердца и кровяное давление.
- Контроль массы тела. Если изменить список употребляемых продуктов, можно избавиться от избыточного веса. Полностью отказывать от пищи не нужно, иначе возможны нарушения. Например, цельнозерновая еда способствует уменьшению удельного веса.
- Повышение настроения. Продукты, содержащие углеводы, способствуют увеличенной выработке серотонина. Если от них отказаться, со временем развивается тревожность, депрессия и неоправданный гнев.
Как мы видим, положительных свойств предостаточно, но следует также сказать о вреде. В результате они оказывают негативное влияние на фигуру мужчины или женщины.
После того, как восполняется дефицит, остаточные вещества преобразовываются в жиры и откладываются на проблемных участках тела (животе, бедрах, ягодицах).
Интересно! Особую опасность для здоровья представляют рафинированные углеводы. Они используют энергетические запасы, истощая организм. Из-за синтетического производства легко усваиваются, но не приносят ничего хорошего. В большом количестве есть в лимонадах, шоколаде, чипсах.
Особенность углеводов в том, что их переесть легче, чем жиров и белков. Это обосновано тем, что много углеводов содержится в сладостях, выпечке, газированных напитках. Если бесконтрольно употреблять эту пищу, то очень легко превысить суточную дозу.
Виды углеводов
Все углеводы делятся на две группы: и . Они отличаются друг от друга химическим составом, воздействием на клетки и отвечают на вопрос, что такое углеводы в продуктах питания. Процесс расщепления простых углеводов заканчивается на образовании 1 – 2 моносахаридов. Медленные (или сложные), в свою очередь, состоят из 3-х и больше моносахаридов, которые долго перевариваются и быстро проникают в клетки.
| Тип углевода | Название | Где встречается |
| Моносахарид | Глюкоза | Мед, виноград |
| Фруктоза (фруктовый) | Цитрусовые, персики, арбуз, яблоки, варенья, компоты, сухофрукты, соки, джемы | |
| Дисахарид | Сахароза (пищевой) | Мучные кондитерские изделия, сахар, варенье, компот, сок |
| Лактоза (молочный) | Кефир, молоко, сливки | |
| Мальтоза (солодовый) | Квас, пиво | |
| Полисахарид | Крахмал | Картофель, крупы, макароны и другие мучные изделия |
| Животный крахмал (гликоген) | Запас энергии, который содержится в мышцах и печени | |
| Клетчатка | Свежие фрукты и овощи, крупы (овсяная, перловая, гречневая), отруби из ржи и пшеницы, хлеб из муки грубого помола |
Простые углеводы вырабатывают энергию, которой не хватает надолго. Поэтому быстрее возникает чувство голода после приема пищи. Кроме этого они включают быстроусвояемый сахар, который повышает уровень глюкозы в крови. За счет этого существует риск возникновения диабета или ожирения.
Чтобы ограничить простые углеводы, не употребляйте пакетированные соки, крахмалистые фрукты, картофельный и кукурузный крахмал. Воздержитесь от любых снэков, макаронов из мягких сортов пшеницы, каш быстрого приготовления и хлебобулочных изделий из пшеничной привычной муки.
Это важно! Чтобы не отказываться полностью от сладостей и вредных продуктов, замените их полезными. Пшеничную муку замените овсяной, а сахар медом.
Сложные или медленные углеводы защищают от неконтролируемого переедания, так как обеспечивают энергией на долгое время. Именно их следует употреблять во время диеты. У сложных веществ низкий гликемический индекс, поэтому их можно употреблять людям, страдающим диабетом. Они содержатся в злаковых, бобовых, овощах, фруктах и зелени.
В чем содержатся углеводы?
Если вы беспокоитесь о своем здоровье и качестве фигуры, то должны изучить принципы правильного питания. Придерживаясь их, вы не только избавитесь от лишнего веса, но и очиститесь от токсинов и других вредных веществ, заметите улучшение состояния кожи, волос, ногтей и функционирования внутренних органов. Опасными продуктами, с высоким содержанием простых углеводов являются все, которые изготовлены производственным путем. На это указывает наличие органического состава без ГМО, усилителей вкуса, красителей, продолжительных сроков хранения. Чтобы обезопасить себя от вредных продуктов, возьмите за привычку самостоятельное приготовление еды. Тогда вы точно будете знать энергетическую ценность каждого блюда и обезопасите себя от переедания.
Изучите предложенную таблицу и список продуктов с высоким содержанием углеводов, и определите для себя основные составляющие вашего меню.
| Продукты питания | Содержание углеводов в 100 граммах | Калорийность (на 100 г) |
| Хлебо-булочные и кондитерские изделия | ||
| Вареные макаронные изделия из твердых сортов пшеницы | 25 | 118 |
| Пшеничный хлеб | 50 | 240 |
| Хлеб из муки грубого помола | 42 | 210 |
| Отруби | 27 | 206 |
| Мука высшего сорта | 80 | 350 |
| Сдобная выпечка | 55 | 530 |
| Пирожное с кремом | 68 | 450 |
| Бисквит | 55 | 320 |
| Крупы | ||
| Гречка | 62 | 313 |
| Рис | 87 | 372 |
| Овсянка | 15 | 88 |
| Пшено | 69 | 348 |
| Молочные продукты | ||
| Цельное молоко | 12 | 158 |
| Кефир | 5 | 52 |
| Мясные продукты | ||
| Говяжья колбаса | 15 | 260 |
| Свиная колбаса | 12 | 318 |
| Фрукты | ||
| Бананы | 20 | 78 |
| Апельсины | 8 | 35 |
| Виноград | 15 | 72 |
| Груши | 10 | 42 |
| Дыни | 5 | 24 |
| Изюм | 65 | 245 |
| Инжир | 10 | 45 |
| Чернослив | 40 | 160 |
| Овощи | ||
| Картофель отварной/жареный | 17/38 | 80/253 |
| Морковь | 5 | 25 |
| Болгарский перец | 15 | 20 |
| Кукуруза | 15 | 80 |
| Свекла | 10 | 45 |
| Сладости | ||
| Шоколадные конфеты | 55 | 570 |
| Молочный ирис | 72 | 440 |
| Молочный шоколад | 62 | 530 |
| Леденцы | 88 | 330 |
| Сахар (песок) | 105 | 395 |
| Клубничное варенье | 72 | 272 |
| Абрикосовый джем | 53 | 208 |
| Маринады и соусы | ||
| Майонез (Провансаль) | 2,6 | 624 |
| Кетчуп | 26 | 99 |
| Напитки | ||
| Кока-кола | 11 | 58 |
| Лимонад | 5 | 21 |
| Кофе с молоком | 11 | 58 |
| Какао | 17 | 102 |
| Алкогольные напитки | ||
| Водка | 0,4 | 235 |
| Красное сухое вино | 20 | 68 |
| Белое сухое вино | 20 | 66 |
| Пиво | 10 | 32 |
Не стоит полностью отказываться от сложных углеводов. Из предложенного перечня видно, что даже некоторые фрукты и овощи насыщены веществами.
Не думайте, что относится к углеводам только вредная пища, в некоторых продуктах содержатся медленные (сложные), поэтому приносят пользу. Необходимыми также считается цельное зерно, бобовые культуры, нежирные молочные продукты.
Интересно! Потребность суточной энергии зависит от каждого человека индивидуально и от способа его жизни. Для спортсменов и людей, ведущих активный образ жизни, норма разная. Диетологи рекомендуют составлять меню из расчета 45 – 65% еды из сложных углеводов.
Для набора мышечной массы часто рекомендуют употреблять большое количество белков и отказаться от углеводов. Но это не совсем правильное решение. Нужно только немного сократить простые и увеличить сложные. Иначе после расходования углеводной энергии примется за белковую. Как мы видим, сложные углеводы обладают высокой ценностью для человека. Они выполняют необходимые функции для полноценной жизни. Но избыточное количество провоцирует отложение нежелательных жиров. Сбалансируйте свой рацион, чтобы получать все необходимые компоненты. Тогда вы заметите улучшение состояния здоровья и фигуры.