Едим, кушаем, питаемся… А чем и зачем? Часть V. Углеводы

углеводыУглеводы

Здравствуйте, друзья!

Вот мы и добрались до «третьего кита» питания – углеводов. Что же представляют собой углеводы? С точки зрения химии это вещества, в составе молекул которых присутствуют углерод, водород, кислород, общая формула углеводов имеет вид Сn(H2O)m, где n и m могут иметь разные числовые значения. Водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды, отсюда, видимо, и произошло название «углеводы» — углерод и вода, можно встретить и такое толкование – уголь и вода. Почему уголь? Вспоминаем школьные уроки химии: если к углеводу (сахару) добавить сильный водоотнимающий реактив (например, серную кислоту), произойдёт бурная реакция, в результате которой сахар обуглится. Но это так, к слову.

Впервые анализ соединений, получивших название «углеводы», был выполнен в XIX веке, тогда же закрепилось и название, хотя в дальнейшем выяснилось, что кроме углерода, водорода и кислорода производные углеводов могут содержать и другие элементы, например, азот, фосфаты, сульфаты и т.д.

Углеводы можно назвать одной из самых вкусных составляющих пищи: сахар, мёд, виноград, конфеты, шоколад и так далее – именно эти продукты, скорее всего, ассоциируются у многих с понятием «углеводы».

За сладкий вкус углеводы называют сахарами, однако не все соединения, которые относятся к классу углеводов, сладкие.

В предыдущих статьях мы отметили, что углеводы – первичные продукты фотосинтеза зелёных растений и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (аминокислот, органических кислот, спиртов и др.) Зелёные растения образуют углеводы, ассимилируя СО2. Фотосинтез представляет собой цепь последовательных окислительно-восстановительных реакций с участием зелёного пигмента хлорофилла, который улавливает солнечную энергию. Именно за счёт энергии солнца происходит фотохимическое разложение воды, при этом кислород выделяется в атмосферу, а водород используется для восстановления СО2.

На сравнительно ранних этапах фотосинтеза образуется фосфоглицериновая кислота, которая, подвергаясь восстановлению, даёт трёхуглеродные сахара – триозы. В свою очередь две триозы под действием фермента альдолазы конденсируются с образованием гексозы (шестиатомного сахара) – фруктозо-дифосфта, который превращается в другие гексозы – глюкозу, маннозу, галактозу, фруктозу. Гексозы служат исходным материалом для синтеза сложных углеводов – сахарозы, крахмала, инулина, целлюлозы (клетчатки) и других.

Во многих растениях гексозы могут превращаться в полифенолы, фенолкарбоновые кислоты и другие соединения ароматического ряда. Из них образуются дубильные вещества, флавоноиды и так далее.

Вы пока не заснули? Потерпите, впереди ещё несколько «скучных» абзацев! Не разобравшись с вопросом, что представляют собой углеводы, трудно выяснить роль этих веществ в нашем питании. А ведь именно это наша задача – понять, что мы едим и зачем.

Углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей всех живых организмов – и растений, и животных, включая нас с вами. В животной клетке содержится около 2 % углеводов, в растительных – до 85-90%

Это большой класс соединений, объединяющих вещества с сильно различающимися свойствами. Поэтому углеводы выполняют разнообразные функции, об этом поговорим чуть позже.

По способности к гидролизу на мономеры углеводы подразделяют на простые – моносахариды, и сложные — олигосахариды, полисахариды (вспоминаем белки, липиды – тот же принцип).

Моносахариды или монозы – это мономеры, которые не гидролизуются с образованием более простых углеводов. В зависимости от числа атомов углерода, входящих в одну молекулу, различают триозы (С3), тетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (С6), гептозы (С7).

Наиболее распространены в природе моносахариды с пятью и шестью атомами углерода – пентозы и гексозы. Из пентоз наиболее известны рибоза и дезоксирибоза, из гексозглюкоза или виноградный сахар, фруктоза или фруктовый сахар.

Олигосахариды – это углеводы, которые при гидролизе распадаются на несколько моносахаридов (от двух до десяти).

При объединении двух моноз получаются дисахариды. К наиболее значимым дисахаридам относятся:

сахароза (свекловичный или тростниковый сахар)

глюкоза + фруктоза = сахароза;

лактоза (молочный сахар)

глюкоза + галактоза = лактоза;

мальтоза (солодовый сахар)

глюкоза + глюкоза = мальтоза.

Мальтоза образуется из крахмала в процессе его расщепления под действием ферментов амилаз. Лактоза содержится только в молоке. Сахароза наиболее распространена в растениях.

Из природных трисахаридов можно назвать рафинозу (содержит остатки фруктозы, глюкозы и галактозы), которая в больших количествах содержится в сахарной свёкле, а также есть в других растениях.

Моно- ди- и трисахариды хорошо растворимы в воде, обладают сладким вкусом.

Полисахариды – это класс сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров – моносахаридов. Полисахариды, состоящие из моносахаридов одного типа, называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин, гликоген и т.д.), разных типов – гетерополисахариды (гепарин, гиалуроновая кислота и др.)

Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса.

Наиболее важными полисахаридами растительного происхождения являются крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества; животного происхождения гликоген, хитин и другие.

Во всех этих полисахаридах мономером является глюкоза. При этом свойства полисахаридов различны.

Крахмал выступает в роли резервного полисахарида растений. Нашим организмом усваивается хорошо, при полном гидролизе распадаясь до глюкозы.

Целлюлоза или клетчатка является опорным строительным материалом растений и обладает большой механической прочностью (древесина, например, содержит до 70% целлюлозы). Целлюлоза в желудочно-кишечном тракте человека не переваривается – нет пищеварительных ферментов, содержащих бета-глюкозидазу (в молекуле целлюлозы остатки глюкозы соединены бета-гликозидными связями, в отличие от молекулы крахмала, где имеют место альфа-гликозидные связи).

В плодах и овощах содержатся пектиновые вещества – полигалактуроновая кислота. Пектины способны к желеобразованию, некоторые из них оказывают противоязвенный эффект.

Целлюлоза и пектины – это балластные вещества, которые ещё называют пищевыми волокнами. Они относятся к неусвояемым, но очень важны в питании, так как стимулируют перистальтику кишечника, формируют в нём нормальную микрофлору, создают чувство сытости, выполняют функцию сорбента – выводят холестерин, жёлчные кислоты, токсины и т.д.

Среди структурных полисахаридов животного происхождения назову хитин. Подобно целлюлозе в растениях, он выполняет опорные и механические функции в организмах беспозвоночных, в основном это роговые оболочки насекомых и ракообразных.

Главным резервным полисахаридом человека и высших животных является гликоген. По структуре и функциям он напоминает крахмала. Накапливается гликоген главным образом в печени и в скелетных мышцах и используется, когда нужно быстро восполнить недостаток глюкозы. Только гликоген, запасённый в гепатоцитах (клетках печени), может быть переработан в глюкозу для нужд всего организма. В мышцах гликоген расщепляется на глюкозу исключительно для локального потребления.

Метаболизм гликогена контролируется гормонами: в печени – инсулином, глюкагоном, адреналином, в мышцах – инсулином и адреналином. При недостаточном уровне глюкозы в крови выделяется гормон глюкагон, в крайних случаях адреналин. При повышении уровня глюкозы в крови выделяется инсулин. Всё это приводит к тому, что инсулин стимулирует синтез гликогена, а адреналин и глюкагон – его распад.

Моносахариды быстро повышают содержание сахара в крови, поэтому их ещё называют «быстрыми углеводами», они обладают высоким гликемическим индексом. Полисахариды, что и понятно, усваиваются гораздо медленнее, так как вначале расщепляются до простых соединений.

Гликемический индекс — показатель влияния продуктов питания после их употребления на уровень сахара в крови. Гликемический индекс является отражением сравнения реакции организма на продукт с реакцией организма на чистую глюкозу, у которой гликемический индекс равен 100. Гликемические индексы всех остальных продуктов сравниваются с гликемическим индексом глюкозы, в зависимости от того, как быстро они усваиваются.«- Википедия.)

Итак, что собой представляю углеводы, мы в общих чертах выяснили. Рассмотрим функции углеводов.

Первое, что приходит на ум, когда мы говорим об углеводах – это один из основных (но не единственный) источников энергии для организма. Подвергаясь глубокому расщеплению, углеводы в итоге превращаются в оксид углерода и воду с высвобождением энергии. Можно найти такую информацию: при расщеплении одного грамма углеводов выделяется примерно 4 кКал или около 17.5 кДж.

Однако этим функции углеводов не исчерпываются.

В предыдущих статьях мы отметили, что углеводы, совместно с протеинами и липидами, выполняют структурно-пластическую функцию.

В построении клеточных мембран участвуют гликопротеины и гликолипиды. В состав межклеточного матрикса входят гетерополисахариды, например, гиалуроновая кислота. В синтезе нуклеиновых кислот участвуют пентозы (рибоза водит в состав РНК, дезоксирибоза – в состав ДНК). Моносахариды участвуют в образовании аминокислот и т.д. Сурфактант лёгких имеет липидо-белково-углеводную природу. Специфичность гликолипидов (транспортных белков, белков-рецепторов, ферментов, гормонов и т.д.) обусловлена именно входящими в их состав молекулами олигосахаридов. Различия в строении олигосахаридных фрагментов клеточной оболочки эритроцитов обеспечивают групповую принадлежность крови и т.д.

Запасающая функция выражается в накоплении гликогена.

Защитная функция углеводов заключается в том, что производные глюкозы участвуют в обезвреживании токсичных веществ. Взаимодействуя в печени со многими ядовитыми соединениями, углеводы переводят их в безвредные и легко растворимые вещества. Полисахарид гепарин препятствует свёртыванию крови. Различные вязкие секреты (слизь), выделяемые железами, богаты углеводами и их производными. Они предохраняют пищевод, кишечник, бронхи и другие органы от механических повреждений, проникновения болезнетворных бактерий и вирусов.

Разговор о функциях углеводов можно продолжить, но и из этого малого перечня понятно, что углеводы важны не только в качестве источника энергии, без них нарушится вся слаженная работа организма.

В основном углеводы мы получаем с пищей в готовом виде; растительного происхождения – больше, гликоген животных – меньше. Лактозу можно получить только с молоком млекопитающих. Преимущественно это ди- и полисахариды, которые служат источником моносахаридов. В то же время углеводы могут синтезироваться в организме и из «неуглеводистого сырья» — пировиноградной, молочной кислоты, глицерина, аминокислот и других органических веществ, поэтому сложно отнести их к незаменимым компонентам питания.

Однако попытки сознательно исключить углеводы из рациона могут привести (и приводят) к гипогликемии. Почему так происходит?

Дело в том, что глюкоза – необходимая часть крови. Уменьшение содержания глюкозы повышает возбудимость некоторых клеток головного мозга, они начинают реагировать на очень слабые импульсы. Импульсы, получаемые от этих клеток мышцами, могут вызвать судороги, привести к потере сознания и более тяжёлым последствиям. Головной мозг функционирует только в том случае, когда к нему в качестве энергетического материала поступает глюкоза – клетки мозга расходуют до 100 г глюкозы в сутки, окисляя её аэробным путём. Высвобождаемая при распаде молекулярных связей энергия используется, в том числе, на передачу нервных импульсов.

Несколько слов есть смысл сказать об аэробном и анаэробном окислении глюкозы. Но это в следующей статье.

{lang: 'ru'}

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс

Едим, кушаем, питаемся… А чем и зачем? Часть V. Углеводы: 1 комментарий

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *