Домой Паразитология Тип углеводов глюкозы. Виды углеводов, их свойства и функции

Паразитология

Тип углеводов глюкозы. Виды углеводов, их свойства и функции

Вспомните: качественную реакцию на глицерол (§ 32).

Понятие об углеводах и их классификация

В природе большое значение имеют углеводы (сахариды) — органические соединения с общей формулой Cn(H2O)m (m, n > 3).. Название этого класса соединений происходит от их свойства разлагаться на углерод и воду при нагревании или под действием концентрированной сульфатной кислоты, что также отображено в их общей формуле (рис. 36.1).

Рис. 36.1. Под действием концентрированной сульфатной кислоты углеводы разлагаются на углерод и воду

Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды и полисахариды) (схема 6). Принципиально они отличаются тем, что сложные углеводы при определенных условиях гидролизуются до простых (разлагаются), а простые уже гидролизоваться не могут. Молекулы дисахаридов состоят из двух, а полисахаридов — из большого количества остатков молекул моносахаридов.

Схема 6. Классификация углеводов

Глюкоза C 6 H 12 O 6 — самый распространенный углевод в живой природе, именно она является одним из продуктов процесса фотосинтеза, в результате которого растения накапливают энергию Солнца.

Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество без запаха, плотность — 1,54 г/см 3 , температура плавления — 146 °С. При нагревании выше этой температуры вещество разлагается, не доходя до точки кипения. Глюкоза сладкая на вкус, но в полтора раза менее сладкая, чем сахароза. Хорошо растворяется в воде: в 100 г воды при 0 °С растворяется 32 г глюкозы, а при 25 °С — 82 г, плохо растворяется в органических растворителях. Ее растворы не проводят электрический ток (глюкоза — неэлектролит).

Молекула глюкозы содержит несколько групп -OH, как глицерол, поэтому, подобно ему, она может взаимодействовать со свежеосажденным купрум(П) гидроксидом (рис. 36.2, а и б):

При нагревании глюкоза разлагается, как и все углеводы, на углерод и воду:

Глюкоза — один из основных продуктов обмена веществ в живых организмах. В природе она образуется в зеленых частях растений в процессе фотосинтеза, который происходит с поглощением солнечного света:

Возможна также и обратная реакция:

Этим уравнением можно описать суммарный процесс, в результате которого все животные получают энергию для своей жизнедеятельности: глюкоза попадает в наш организм вместе с пищей, кислород мы вдыхаем легкими, а продукт реакции — углекислый газ — выдыхаем. Также это уравнение описывает процесс горения и взрыва глюкозы. Поджечь глюкозу достаточно сложно, она горит только в присутствии катализатора, а взрывается при очень сильном измельчении (см. § 20).

В растениях глюкоза превращается в сложные углеводы — крахмал и целлюлозу:

Рис. 36.2. Качественная реакция на глюкозу: а — свежеосажденный купрум(И) гидроксид; б — при наличии глюкозы осадок исчезает, образуется соединение темно-синего цвета

Синтезировать глюкозу методами органической химии гораздо сложнее. Впервые этот синтез реализовал Эмиль Фишер.

С растительной пищей углеводы попадают в организм животных, где они являются основным источником энергии. Так, из 1 г углеводов организм получает около 17 кДж (4 ккал). Если эта энергия не расходуется полностью, организм откладывает ее «про запас», направляя на синтез жиров.

Впервые глюкозу выделили из винограда, поэтому ее также называют виноградным сахаром. В чистом виде глюкоза содержится в сладких ягодах и фруктах: она обусловливает сладость некоторых частей растений (ягод, плодов, корнеплодов и др.). Вместе с фруктозой она содержится в составе меда.

Содержание глюкозы в крови человека составляет около 0,1 %, отклонение этого показателя от нормы свидетельствует о заболевании сахарным диабетом. Содержание глюкозы в крови (часто этот показатель называют просто «сахар в крови») контролируют, проводя клинический анализ крови. Этот анализ можно сделать и дома с помощью специального устройства — глюкометра (рис. 36.4).

Немецкий химик-органик, лауреат Нобелевской премии по химии 1902 года. Высшее образование получил в университетах Бонна и Страсбурга. В 22 года, после защиты диссертации, стал преподавателем Страсбургского университета. Фишер впервые определил строение некоторых органических веществ: кофеина, пурина, мочевой кислоты, глюкозы и фруктозы. Открыл методы их синтеза. Установил особенности реакций с участием ферментов, предложил классификацию белков. За исследования и синтез сахаридов и производных пурина получил Нобелевскую премию. В его честь Немецкое химическое общество учредило медаль Эмиля Фишера.

В промышленности глюкозу добывают гидролизом крахмала или целлюлозы. Но чистая глюкоза не имеет широкого применения. Такую глюкозу используют в различных биологических и биохимических исследованиях. В медицине ее используют для проведения глюкозотолерантного теста — исследования, позволяющего диагностировать сахарный диабет. При некоторых заболеваниях раствор глюкозы вводят человеку внутривенно. В пищевой промышленности в качестве подсластителя ее используют мало: она дороже и менее сладкая, чем сахар.

Для глюкозы характерна реакция брожения. Под действием молочнокислых бактерий из глюкозы образуется молочная кислота:

Эта реакция происходит при скисании молока и является основой изготовления различных молочнокислых продуктов — простокваши, йогуртов, сыра, сметаны и др. Молочнокислое брожение происходит при квашении капусты и других овощей, предотвращает развитие гнилостных бактерий и способствует длительному хранению продуктов. Этот процесс также может происходить в ротовой полости, что вызывает кариес зубов.

Сахароза

Наибольшее значение среди дисахаридов имеет сахароза C 12 H 22 O 1r Это химическое название обычного сахара, получаемого из сахарной свеклы или сахарного тростника.

Сахароза — бесцветное кристаллическое вещество без запаха, плотность — 1,59 г/см 3 , температура плавления — 186 °С. Сахароза сладкая на вкус (в полтора раза слаще глюкозы). Очень хорошо растворяется в воде: в 100 г воды при 0 °С растворяется 179 г сахарозы, а при 100 °С — 487 г.

Как и глюкоза, сахароза разлагается при нагревании:

Эта реакция происходит при изготовлении карамели и выпекании пирожных и тортов, благодаря ей образуется сладкая карамелизирован-ная корочка со специфическим привкусом жженого сахара (рис. 36.5).

Как и большинство органических веществ, сахароза может гореть с образованием углекислого газа и воды:

Но если просто пытаться поджечь сахар, то он не воспламенится: для этого нужен катализатор — соли Лития. Сильно измельченный сахар может не только гореть — его взвесь в воздухе может взорваться, о чем говорилось в § 20.

Рис. 36.5. Плавление сахарозы сопровождается изменением цвета и появлением специфического запаха карамели

Сахарозу называют дисахаридом, поскольку молекула сахарозы состоит из остатков молекул двух моносахаридов — глюкозы и фруктозы, соединенных между собой.

При гидролизе сахарозы в кислой среде или под действием ферментов связь между этими остатками разрывается и образуются молекулы глюкозы и фруктозы:

Такое преобразование происходит в организмах пчел: собирая нектар с цветков, они потребляют сахарозу, которая затем гидролизуется. Поэтому мед — это смесь равных количеств глюкозы и фруктозы, конечно, с примесями других веществ (рис. 36.6).

В больших количествах сахароза содержится только в трех растениях: сахарной свекле и сахарном тростнике, используемых для промышленного производства сахара, а также в сахарном клене (из него

получают кленовый сироп). Для привлечения насекомых сахароза в небольшом количестве содержится в нектаре цветов, а также во фруктах и ягодах.

В Украине сахарная промышленность — одна из старейших и самых важных отраслей пищевой промышленности, продукция которой является ценным продуктом экспорта. Значительный вклад в развитие сахарной отрасли в Украине сделал выдающийся украинский ученый Н. А. Бунге.

Выдающийся украинский химик, профессор Киевского университета. Родился в Варшаве. Окончил Киевский университет, в котором с 1870 года преподавал техническую химию. Основные научные достижения относятся к технической химии, в частности виноделию, сахарному производству. Усовершенствовал технологию производства сахара из сахарной свеклы. Исследовал технологию образования сахарных кристаллов, условия образования, состав и преобразование свекольного студня. Организовал техническую школу по сахароварению, опубликовал 33 тома «Ежегодника свеклосахарной промышленности». Был одним из организаторов газового и электрического освещения, а также водоснабжения Киева.

Сегодня в Украине около 100 сахарных заводов с общей максимальной мощностью около 7 млн тонн в год. На этих предприятиях могут производить сахар как из свеклы (местное сырье), так и из тростника (экспортируют обычно из Кубы). Самым большим заводом является Лохвицкий сахарный комбинат (Полтавская область) с ежедневной мощностью 9300 тонн сахара. В последние годы в Украине производят около 2 млн тонн сахара ежегодно, часть которого идет на экспорт.

Коричневый сахар — это обычный тростниковый сахар, который в процессе производства недочистили от примесей. Интересно, что в его производстве меньше технологических процессов (отсутствует окончательная очистка), в производстве он дешевле, но в продаже гораздо дороже обычного белого сахара.

Слова «сахароза» и «сахар» происходят от древнеиндийского «саркара», что означает кусочки кристаллического вещества, образующиеся при сгущении сока сахарного тростника.

Некоторые представители углеводов

Из всех моносахаридов наиболее важным является глюкоза, так как она является структурной единицей для построения молекул большинства ди- и полисахаридов, поступающих в организм с пищей. Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы.

Полисахариды в процессе движения по желудочно-кишечному тракту (ЖКТ) расщепляются до моносахаридов и всасываются в кровь в тонком кишечнике. С кровью воротной вены большая часть глюкозы (около половины) из кишечника поступает в печень, остальная глюкоза через общий кровоток транспортируется в другие ткани. Концентрация глюкозы в крови в норме поддерживается на постоянном уровне и составляет 3,33-5,55 мкмоль/л, что соответствует 80-100 мг в 100 мл крови. Транспорт глюкозы в клетки регулируется во многих тканях гормоном поджелудочной железы - инсулином. В клетке в ходе многостадийных химических реакций глюкоза превращаются в другие вещества, которые в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды, при этом выделяется энергия, используемая организмом для обеспечения жизнедеятельности. При снижении уровня глюкозы в крови или ее высокой концентрации (и невозможности использования в полном объеме), как это происходит при диабете, наступает сонливость, а в некоторых случаях - потеря сознания (гипогликемическая кома ).

Без присутствия инсулина глюкоза не поступает в клетки и не может быть использована в качестве топлива. В этом случае ее роль выполняют жиры (это характерно для людей с сахарным диабетом). Скорость поступления глюкозы в ткани мозга и печени не зависит от инсулина и определяется только концентрацией ее в крови. Эти ткани называются инсулинонезависимыми .

Фруктоза -вкусный углевод.

Является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное топливо - глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать уровень сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 - сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.

Галактоза -молочный углевод.

В продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой - лактозу (молочный сахар) - основной углевод молока и молочных продуктов.

Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращает-ся в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание - галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.

Сахароза - «пустой» углевод.

Содержание сахарозы в сахаре составляет 95%. Сахар быстро расщепляется в ЖКТ, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар - это чистый углевод, он не содержит других питательных веществ, таких как, например, витамины, минеральные соли. При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза - солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебо-булочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.

Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Таким образом, количество поступающе-го сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм.

Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы.

Крахмал -распространенный углевод.

Основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов. Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) до 70% - в рисовой. Много крахмала содержится и в бобовых продуктах - от 40% в чечевице до 44% в горохе. По причине высокого содержания крахмала в картофеле (15-18%) в диетологии его относят не к овощам, где основные углеводы представлены моно- и дисахаридами, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.

Основное отличие крахмала от других полисахаридов состоит с том, что расщепление крахмала начинается уже в полости рта при участии слюны, которая частично расщепляет гликозидные связи, образуя менее крупные, чем крахмал молекулы - декстрины. Затем процесс переваривания крахмала происходит постепенно на протяжении всего ЖКТ.

Гликоген -углевод прозапас.

Молекула гликогена содержит до 1 млн. остатков глюкозы, следовательно, на синтез расходуется значительное количество энергии. Необходимость превращения глюкозы в гликоген связана с тем, что накопление значительного количества глюкозы в клетке привело бы к повышению осмотического давления, так как глюкоза хорошо растворимое вещество. Напротив, гликоген содержится в клетке в виде гранул и малорастворим. Распад гликогена - гликогенолиз - происходит в период между приемами пищи. Таким образом, гликоген - удобная форма накопления углеводов, имеющая активно разветвленную структуру, что позволяет быстро и эффектив-но расщеплять гликоген на глюкозу и оперативно использовать как источник энергии.

Гликоген запасается, главным образом, в печени (до 6% от массы печени) и в мышцах, где его содержание редко превышает 1%. Запасы углеводов в организме нормального взрослого человека (массой 70 кг) после приема пищи составляют около 327 г.

Функция мышечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозы, используемой в энергети-ческих процессах в самой мышце. Гликоген печени используется для поддержания физиологических концентраций глюкозы в крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи. Через 12-18 ч после приема пищи запас гликогена в печени почти полностью истощается. Содержание мышечного гликогена заметно снижается только после продолжительной и напряженной физической работы.

Пищевые волокна -комплексный углевод.

Это комплекс углеводов: клетчатки (целлюлозы), гемицеллюлозы, пектинов, камедей (гумми), слизи, а также не являющегося углеводом лигнина. Таким образом, пищевые волокна - это большая группа веществ различной химической природы, источником которых служат растительные продукты. Пищевых волокон много в отрубях, непросеянной муке и хлебе из нее, крупах с оболочками, бобовых, орехах. Меньше пищевых волокон в большинстве овощей, фруктов и ягод и особенно в хлебе из муки тонкого помола, макаронах, в очищенных от оболочек крупах (рис, манная крупа и др.)

Углеводы являются источником энергии в организме: при сгорании 1 г углеводов образуется 3,75 ккал. Они входят в состав клеток и тканей, ферментов, некоторых гормонов, факторов свертывания крови и др.
Углеводы делятся на моносахариды (глюкоза и фруктоза), дисахариды (сахароза и лактоза) и полисахариды (крахмал, клетчатка, пектин, гликоген). Быстрее всех всасываются глюкоза и фруктоза - содержатся во фруктах, ягодах, меде.
Основными источниками сахарозы являются сахар, кондитерские изделия, свекла, морковь и др.
Лактоза находится в молочных продуктах.
В кишечнике сахароза при помощи ферментов распадается на глюкозу и фруктозу, а лактоза - на глюкозу и галактозу.
Наиболее высокое содержание крахмала - в крупах, макаронах, хлебе, картофеле, бобовых. В кишечнике он медленно переваривается и распадается до глюкозы.
Клетчатка почти не всасывается, но участвует в формировании каловых масс, улучшает двигательную функцию кишечника и предупреждает развитие запоров, повышает выведение холестерина из организма, улучшает выделение желчи. Клетчатка содержится в овощах, фруктах, ягодах, бобовых, крупах (овсяной, гречневой), хлебе из муки грубого помола.
Пектин обладает адсорбирующими свойствами и поэтому применяется при лечении поносов, для профилактики хронических интоксикаций, назначается лицам, контактирующим с солями тяжелых металлов. Пектином богаты овощи, фрукты и ягоды.
В мышцах и печени содержится около 1,5 кг гликогена, который является резервом углеводов в организме. При углеводной недостаточности эти запасы быстро расходуются, а в дальнейшем углеводы в организме синтезируются из белков и жиров, что способствует накоплению в крови недоокисленных продуктов обмена и развитию ацидоза.
Потребность в углеводах определяется характером выполняемой работы и составляет 300-500 г в сутки, из них 20-30% -легкоусвояемые (сахар, варенье, мед, сироп и т. д.). В рационе пожилых людей количество углеводов не должно превышать 250-300 г в сутки, из них 15-20% легкоусвояемых. При ожирении и других заболеваниях углеводы в диете ограничиваются, но их ограничение должно происходить постепенно, чтобы организм мог приспособиться к новым условиям обмена. Начинать следует с 200-250 г в сутки в течение 7- 10 дней, затем довести это количество до 100 г.

Недостаток в питании углеводов в течение длительного времени или резкое их ограничение нарушает их синтез из белков и жиров, что способствует снижению сахара в крови, понижению умственной и физической работоспособности, появлению слабости, сонливости, головокружения, головной боли, чувства голода, дрожи в руках. Эти явления исчезают после приема сахара или другой сладкой пищи.

Вредным для организма является и избыток углеводов в питании, особенно легкоусвояемых. Он способствует развитию атеросклероза, сердечно -сосудистых заболеваний, сахарного диабета, ожирения, кариеса зубов.
Роль углеводов в жизнедеятельности человеческого организма
Основная функция углеводов - обеспечение энергией всех процессов в организме. Клетки способны получать из углеводов энергию, как при их окислении, т.е. "сгорании", так и в анаэробных условиях (без доступа кислорода). Боль в мышцах после тяжелой работы - результат действия на клетки молочной кислоты, которая образуется при анаэробном распаде углеводов, когда для обеспечения работы мышечных клеток не хватает кислорода, поступающего с кровью.

Часто резкое ограничение углеводов в диете ведет к значительным нарушениям обмена веществ. Особенно страдает при этом белковый обмен. Белки при дефиците углеводов используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций. Это приводит к повышенному образованию азотистых веществ и, как следствие, к повышенной нагрузке на почки, нарушениям солевого обмена и другим, вредным для здоровья, последствиям. При достаточном поступлении углеводов с пищей белки используются, главным образом, для пластического обмена, а не для производства энергии. Таким образом, углеводы необходимы для рационального использования белков. Они также способны стимулировать окисление промежуточных продуктов обмена жирных кислот.

Этим, однако, не исчерпывается роль углеводов. Они являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот, являются предшественниками образования жиров, иммуноглобулинов, играющих важную роль в системе иммунитета, и гликопротеидов - комплексов углеводов и белков, которые являются важнейшими компонентами клеточных оболочек. Гиалуроновые кислоты и другие мукополисахариды образуют защитную прослойку между всеми клетками, из которых состоит организм.

При дефиците углеводов в пище организм использует для синтеза энергии не только белки, но и жиры. При усиленном распаде жиров могут возникнуть нарушения обменных процессов, связанные с ускоренным образованием кетонов (к этому классу веществ относится известный всем ацетон) и накоплением их в организме. Избыточное образование кетонов при усиленном окислении жиров и частично белков может привести к "закислению" внутренней среды организма и отравлению тканей мозга вплоть до развития ацидотической комы с потерей сознания.

Углеводы по своей химической структуре можно разделить на простые (моно- и дисахариды) и сложные (полисахариды). Простые углеводы состоят из замкнутых в кольцо молекул с пятью (пентозы) или шестью (гексозы) атомами углерода. На каждый из атомов углерода в такой молекуле приходится два атома водорода и один атом кислорода. Отсюда и происходит их общее название (уголь + вода). Конечным продуктом обмена углеводов является вода и углекислый газ. Моносахариды различаются по своим свойствам (и названиям) в зависимости от того, сколько атомов углерода входит в молекулу, каким образом она свернута в кольцо, и от того, как при этом изгибаются углы получившегося пяти- или шестиугольника.

При соединении двух молекул моносахаридов образуются дисахариды; полисахариды состоят из прямых или разветвленных цепочек молекул моносахаридов различной длины. В молекуле животных углеводов гликогене может быть до 1 миллиона моносахаридов.

Эксперты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ, 2002) предложили упрощенную классификацию углеводов:
Классификационные группы Углеводы
Сахара (1-2 мономера):
Моносахариды
Дисахариды
глюкоза, фруктоза, галактоза
сахароза, лактоза
Олигосахариды (3-9 мономеров): мальтодекстрины
Полисахариды (более 9 мономеров):
крахмал
некрахмальные полисахариды
амилоза, амилопектин
целлюлоза, пектин

Глюкоза - самый важный простой углевод
Наиболее важной из всех моносахаридов является глюкоза, так как она является структурной единицей (кирпичиком) для построения большинства пищевых ди- и полисахаридов. С пищей к нам поступают моно-, ди- и полисахариды. Всасываются в кишечнике моносахариды. Полисахариды в процессе движения по ЖКТ расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов и всасываются в кровь в тонком кишечнике. С кровью воротной вены большая часть глюкозы (около половины) из кишечника поступает в печень, остальная глюкоза через общий кровоток транспортируется в другие ткани. Концентрация глюкозы в крови в норме поддерживается на постоянном уровне и составляет 3,33-5,55 мкмоль/л, что соответствует 80-100 мг в 100 мл крови.Транспорт глюкозы в клетки регулируется во многих тканях гормоном поджелудочной железы - инсулином. В клетке в ходе многостадийных химических реакций глюкоза превращаются в другие вещества, которые в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды, при этом выделяется энергия, используемая организмом для обеспечения жизнедеятельности. При снижении уровня глюкозы в крови или ее высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания (гипогликемическая кома).

Без присутствия инсулина глюкоза не поступит в клетку и не будет использована в качестве топлива. В этом случае в качестве топлива обычно используются жиры (это характерно для людей с сахарным диабетом). Скорость поступления глюкозы в ткани мозга и печени не зависит от инсулина и определяется только концентрацией ее в крови. Эти ткани называются инсулинонезависимыми.

Фруктоза - вкусный углевод
Является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное "топливо" - глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать уровень сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 - сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.

Галактоза - молочный углевод
В продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой - лактозу (молочный сахар) - основной углевод молока и молочных продуктов.

Лактоза
Расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Дефицит этого фермента наблюдается примерно у 40% взрослого населения. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. При этом возможно обильное газообразование, живот "пучит". В кисломолочных продуктах большая часть лактозы сброжена до молочной кислоты, поэтому люди с лактазной недостаточностью могут переносить кисломолочные продукты без неприятных последствий. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.

Сахароза - "пустой" углевод
Дисахарид, образованный молекулами глюкозы и фруктозы, - это сахароза. Содержание сахарозы в сахаре составляет 95%. Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют "носителем пустых калорий", так как сахар - это чистый углевод, он не содержит других питательных веществ, таких как, например, витамины, минеральные соли.При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза - солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебобулочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.

Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы. Основным средством депонирования (накопления) углеводов в растениях является полисахарид - крахмал. У животных в этом качестве выступает гликоген.

Крахмал - распространенный углевод
Основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов.Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) до 70% - в рисовой. В злаках меньше всего крахмала содержится в овсе и продуктах его переработки: толокне, овсяных хлопьях "Геркулес" - 49%. Макаронные изделия содержат от 62% до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта - от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки - от 35% до 51% крахмала, мука - от 56% (ржаная) до 68% (пшеничная высшего сорта). Крахмала много и в бобовых продуктах - от 40% в чечевице до 44% в горохе. По этой причине сухие горох, фасоль, чечевицу, нут относят к зернобобовым. Особняком стоят соя, которая содержит только 3,5% крахмала, и соевая мука (10,0-15,5%). По причине высокого содержания крахмала в картофеле (15-18%) в диетологии его относят не к овощам, где основные углеводы представлены моно- и дисахаридами, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.

Основное отличие полисахаридов состоит с том, что при переваривании крахмала в желудочно-кишечном тракте происходит ферментативное расщепление и образование моносахаридов, главным из которых является глюкоза. Расщепление крахмала начинается в полости рта при участии слюны, которая частично расщепляет молекулярные связи, образуя менее крупные, чем крахмал молекулы - декстрины. А затем процесс переваривания происходит постепенно на протяжении всего ЖКТ.Молекула гликогена содержит до 1 млн. остатков глюкозы, следовательно, на синтез расходуется значительное количество энергии. Необходимость превращения глюкозы в гликоген связана с тем, что накопление значительного количества глюкозы в клетке привело бы к повышению осмотического давления, так как глюкоза хорошо растворимое вещество. Напротив, гликоген содержится в клетке в виде гранул, и мало растворим. Распад гликогена - гликогенолиз - происходит в период между приемами пищи. Гликоген - удобная форма накопления углеводов, имеющая активно разветвленную структуру, что позволяет быстро и эффективно расщеплять гликоген на глюкозу и оперативно использовать как источник энергии.

Гликоген - углевод прозапас
Главная форма запаса углеводов у животных. Гликоген запасается, главным образом, в печени (до 6% от массы печени) и в мышцах, где его содержание редко превышает 1%. Запасы углеводов в организме нормального взрослого человека (массой 70 кг) после приема пищи составляют около 327 г:
гликоген печени 4,0% = 72 г (масса печени 1800 г);
мышечный гликоген 0,7% = 245 г (масса мышц 35 кг);
внеклеточная глюкоза 0,1% = 10 г (общий объем внеклеточной жидкости 10 л).

Функция мышечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозы, используемой в энергетических процессах в самой мышце. Гликоген печени используется для поддержания физиологических концентраций глюкозы в крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи. Через 12-18 ч после приема пищи запас гликогена в печени почти полностью истощается. Содержание мышечного гликогена заметно снижается только после продолжительной и напряженной физической работы.

Пищевые волокна - комплексный углевод
Это комплекс углеводов: клетчатки (целлюлозы), гемицеллюлозы, пектинов, камедей (гумми), слизи, а также не являющегося углеводом лигнина. Таким образом, пищевые волокна - это большая группа веществ различной химической природы, источником которых служат растительные продукты. Некоторые авторы причисляют к пищевым волокнам аминосахара грибов и ракообразных, например хитин и хитозан.

Пищевых волокон много в отрубях, непросеянной муке и хлебе из нее, крупах с оболочками, бобовых, орехах. Меньше пищевых волокон в большинстве овощей, фруктов и ягод и особенно в хлебе из муки тонкого помола, макаронах, в очищенных от оболочек крупах (рис, манная крупа и др.)

Для нашего организма углеводы являются одним из ключевых источников энергии. Сегодня мы рассмотрим виды и а также узнаем, в каких продуктах питания они содержатся.

Зачем человеку нужны углеводы?

Прежде чем рассмотреть виды углеводов, разберемся с их функциями. В организме человека всегда есть углеводный запас в виде гликогена. Он составляет порядка 0,5 кг. 2/3 этого вещества находится в мышечных тканях, а еще треть - в печени. В промежутках между едой гликоген распадется на глюкозу, нивелируя тем самым колебания содержания сахара в крови.

Без поступления в организм углеводов запасы гликогена заканчиваются через 12-18 часов. Если это происходит, углеводы начинают образовываться из промежуточных продуктов белкового обмена. Эти вещества жизненно необходимы человеку, так как они, в основном за счет образуют в наших тканях энергию.

Дефицит

При хроническом дефиците углеводов запас гликогена в печени истощается, и в ее клетках начинают откладываться жиры. Это приводит к перерождению печени и нарушению ее функций. Когда человек потребляет с пищей недостаточное количество углеводов, его органы и ткани начинают использовать для синтеза энергии не только белок, но и жир. Усиленный распад жиров приводит к нарушению обменных процессов. Причина тому - ускоренное образование кетонов (самый известный из них - ацетон) и скапливание их в организме. Когда кетоны образуются в избытке, внутренняя среда организма «закисляется», а ткани головного мозга постепенно начинают отравляться.

Избыток

Как и дефицит, избыток углеводов не сулит пользы организму. Если человек принимает с пищей слишком много углеводов, уровень инсулина и глюкозы в крови повышается. В результате образуются жировые отложения. Происходит это следующим образом. Когда человек после завтрака целый день не ест, а вечером, придя с работы, решает принять обед, полдник и ужин одновременно, организм пытается бороться с избытком углеводов. Так и происходит повышение уровня сахара в крови. Чтобы глюкоза из крови перешла в клетки тканей, нужен инсулин. Он, в свою очередь, попадая в кровь, дает стимул синтезу жиров.

Кроме инсулина, обмен углеводов регулируют и другие гормоны. Глюкокортикоиды - гормоны коры надпочечников, которые стимулируют синтез глюкозы из аминокислот в печени. Этот же процесс усиливается По функциям глюкокортикоиды и глюкагон противоположны инсулину.

Норма

Согласно нормам, углеводы должны составлять 50-60 % от калорийности пищи. Исключать их из рациона нельзя, несмотря на то что они отчасти «виновны» в образовании лишних килограммов.

Углеводы: виды, свойства

По своей химической структуре углеводы делятся на простые и сложные. К первым относятся моно- и дисахариды, а ко вторым - полисахариды. Разберем оба класса веществ подробнее.

Простые углеводы

Глюкоза . Начинаем рассматривать простые виды углеводов с самого главного из них. Глюкоза выступает структурной единицей основного количества поли- и дисахаридов. При обмене веществ она распадается на молекулы моносахаридов. Они, в свою очередь, в ходе сложной реакции превращаются в вещества, окисляемые до воды и углекислого газа, которые являются топливом для клеток.

Глюкоза является важным компонентом в углеводном обмене. Когда его уровень в крови падает или высокая концентрация делает нормальное функционирование организма невозможным (как в случае с диабетом), человек испытывает сонливость и может потерять сознание (гипогликемическая кома).

В чистом (как моносахарид) содержится в большом количестве овощей и фруктов. Особенно этим веществом богаты такие фрукты:

виноград - 7,8 %;
вишня и черешня - 5,5 %;
малина - 3,9 %;
земляника - 2,7 %;
арбуз и слива - 2,5 %.

Среди овощей, богатых глюкозой, можно отметить: тыкву, белокочанную капусту и морковь. В них содержится около 2,5 % этого компонента.

Фруктоза . Это один из наиболее распространенных фруктовых углеводов. Он, в отличие от глюкозы, может проникать из крови в ткани без участия инсулина. Поэтому фруктоза считается оптимальным для людей, страдающих диабетом. Ее часть попадает в печень, где она превращается в глюкозу - более универсальное «топливо». Такое вещество также может повысить уровень сахара в крови, но не настолько, как другие простые углеводы. Фруктоза превращается в жиры легче, чем глюкоза. Но ее главное преимущество состоит в том, что она слаще глюкозы и сахарозы в 2,5 и 1,7 раз соответственно. Поэтому данный углевод применяют вместо сахара с целью понижения калорийности пищи.

Больше всего фруктозы содержится во фруктах, а именно:

винограде - 7,7 %;
яблоках - 5,5 %;
грушах - 5,2 %;
вишне и черешне - 4,5 %;
арбузах - 4,3 %;
черной смородине - 4,2 %;
малине - 3,9 %;
землянике - 2,4 %;
дыне - 2,0 %.

В овощах фруктозы содержится меньше. Больше всего ее можно встретить в белокочанной капусте. Кроме того, фруктоза присутствует в меде - порядка 3,7 %. Достоверно известно, что она не вызывает кариеса.

Галактоза . Рассматривая виды углеводов, мы уже познакомились с некоторыми простыми веществами, которые можно встретить в продуктах в свободном виде. Галактоза таковой не является. Она образует дисахарид с глюкозой, который называется лактозой (она же молочный сахар) - основной углевод молока и продуктов, полученных из него.

В желудочно-кишечном тракте лактоза под действием фермента лактазы расщепляется на глюкозу и галактозу. У некоторых людей наблюдается непереносимость молока, связанная с нехваткой в организме лактазы. В нерасщепленном виде лактоза является хорошим питательным веществом для микрофлоры кишечника. В кисломолочных продуктах львиная доля этого вещества сбраживается до молочной кислоты. Благодаря этому люди, у которых наблюдается лактазная недостаточность, могут без неприятных последствий употреблять кисломолочные продукты. Кроме того, в них есть молочнокислые бактерии, которые подавляют деятельность микрофлоры кишечника и нивелируют последствия действия лактозы.

Галактоза, образование которой происходит при распаде лактозы, в печени превращается в глюкозу. Если у человека недостает фермента, который отвечает за данный процесс, у него может развиться такое заболевание, как галактоземия. В коровьем молоке содержится 4,7 % лактозы, в твороге - 1,8-2,8 %, в сметане - 2,6-3,1 %, в кефире - 3,8-5,1 %, в йогуртах - порядка 3 %.

Сахароза. На этом веществе мы закончим рассматривать простые виды углеводов. Сахароза - это дисахарид, который состоит из глюкозы и фруктозы. В сахаре содержится 99,5 % сахарозы. Сахар стремительно расщепляется желудочно-кишечным трактом. Глюкоза с фруктозой всасываются в кровь человека и служат не только источником энергии, но и самым важным предшественником гликогена в жире. Так как сахар представляет собой углеводы в чистом виде, не содержащие питательных веществ, многие его называют источником «пустых калорий».

Свекла - самый богатый сахарозой продукт (8,6 %). Среди других растительных плодов можно выделить персик - 6 %, дыню - 5,9 %, сливу - 4,8 %, мандарин - 4,5 %, морковь - 3,5 %. В других овощах и фруктах содержание сахарозы колеблется в приделах 0,4-0,7 %.

Пару слов стоит сказать также о мальтозе . Этот углевод состоит из двух молекул глюкозы. содержится в меде, патоке, кондитерских изделиях, солоде и пиве.

Сложные углеводы

Теперь обсудим виды сложных углеводов. Таковыми называются все полисахариды, которые встречаются в рационе человека. За редким исключением среди них можно встретить полимеры глюкозы.

Крахмал . Это основной углевод, перевариваемый человеком. На него приходится 80 % потребляемых с пищей углеводов. Крахмал содержится в картофеле и злаковых продуктах, а именно: крупе, муке, хлебе. Больше всего этого вещества можно встретить в рисе - 70 % и гречке - 60 %. Среди злаков самое меньшее содержание крахмала наблюдается в овсяной крупе - 49 %. В макаронных изделиях содержится до 68 % этого углевода. В пшеничном хлебе крахмала 30-50 %, а в ржаном - 33-49 %. Данный углевод также встречается в бобовых - 40-44 %. В картофеле содержится до 18 % крахмала, поэтому диетологи иногда относят его не к овощам, а к крахмалистым продуктам, как и зерновые с бобовыми.

Инулин . Данный полисахарид является полимером фруктозы, который содержится в топинамбуре и в меньшей мере в других растениях. Продукты, содержащие инулин, назначают при диабете и его профилактике.

Гликоген . Его часто называют «животным крахмалом». Он состоит из разветвленных молекул глюкозы и содержится в животных продуктах, а именно: печени - до 10 % и мясе - до 1 %.

Заключение

Сегодня мы рассмотрели основные виды углеводов и узнали, какие функции они выполняют. Теперь наш подход к питанию будет более осмысленным. Краткое резюме вышесказанного: