Все про углеводы: виды, значение, источники и функции углеводов в организме человека. Зачем человеку нужны углеводы: в какие продукты они входят, и как их правильно употреблять

Углеводы, которые относятся к классу многоатомных спиртов, играют важную роль в питании человека. Они обязательно должны присутствовать в рационе каждого, поскольку именно эти вещества на 50 – 60% восполняют потребность в энергии.

Значение углеводов для организма крайне важно, но не забывайте, что они бывают простыми и сложными. И если первые, в основном, полезны, то со вторыми вы должны быть крайне осторожными.

Роль углеводов в жизни человека

Значение углеводов заключается сразу в нескольких функциях, помогающих мужчинам и женщинам вести нормальный образ жизни. Основными из этих функций являются:

1. Энергетическая. За счет окисления компонентов выделяется энергия, которую организм потом использует для удовлетворения своих потребностей. Значение углеводов в питании крайне важно, ведь именно они дают силы на целый день.
2. Гидроосмотическая. Значение углеводов в питании очень велико, ведь именно благодаря им в межклеточном веществе человека удерживаются ионы магния, кальция, а также молекулы воды.
3. Структурная. Некоторые из этих веществ входят в состав соединительных тканей. А кроме того, они вместе с белками способны образовывать ферменты, гормоны и другие соединения в организме.
4. Защитная. Значение углеводов для организма очень важно, т.к. некоторые из них обеспечивают прочность стенок сосудов, другие – входят в состав смазки, покрывающей трущиеся друг о друга суставы человека, третьи – присутствуют в структуре слизистых оболочек.
5. Кофакторная. Определенные виды рассматриваемых веществ участвуют в образовании ферментов, отвечающих за свертываемость крови, а также входят в состав ее плазмы.

Таким образом, переоценить значение углеводов в жизни человека очень сложно – без них мужчинам и женщинам просто не обойтись. Однако для того, чтобы вещества хорошо усваивались, их нужно принимать в четко определенных количествах.

Расчет нормы углеводов

Значение углеводов в жизни человека настолько высоко, что без них жить практически невозможно, поэтому необходимо знать свою норму потребления. Как уже упоминалось выше, вещества данной категории могут быть простыми и сложными. Ко второй группе относятся, преимущественно, разнообразные сахара. Они не полезны, а в большом количестве и вредны для человека.

Поэтому старайтесь, чтобы количество сахара в вашем рационе не превышало 10% от общей его калорийности. Исключение могут сделать для себя лишь люди, занимающиеся тяжелым физическим трудом.

Однако и потребление простых углеводов также следует регламентировать. Помните, что существуют определенные нормы, которых должен придерживаться каждый человек, независимо от того, занимается ли он спортом или нет.

В частности, считается, что молодые люди ежедневно должны съедать 5 г углеводов на 1 кг массы своего тела. А если мужчина или женщина занимается спортом или тяжелым физическим трудом, это значение может быть повышено до 8 г.

Превышать количество углеводов нежелательно, но не следует и снижать его. Ведь в противном случае в организме начинается распад жиров и белков, что может, в конце концов, привести к интоксикации. Поэтому, если по какой-то причине хотите перейти на низкоуглеводную диету, сначала посоветуйтесь с врачом.

Биологическое значение углеводов для человека очень важно, но в меру. Сокращайте количество сахара и клетчатки в рационе постепенно, чтобы не нанести травму своему организму и помочь ему привыкнуть к новому обмену веществ.

И снова здравствуйте, дорогие посетители портала о здоровье «сайт». Продолжаем рубрику , и сегодня речь пойдет об углеводах. В этой статье Вы узнаете о том, что такое углеводы, какие бывают виды углеводов, а также какую роль они играют в человеческом организме.

Углеводы — что это такое?

В статье про мы уже упоминали об углеводах, как о макронутриентах , которые являются наиболее важным источником энергии для жизнедеятельности клеток нашего тела. Да и, вообще, если взять рацион среднестатистического человека, то именно углеводы занимают большую часть его рациона.

— это целый класс химических соединений, которые относятся к органическим и имеют общую структурную формулу Сm (H2O) n, где значения «m» и «n» всегда должны быть больше «трех» .

Иными словами, в молекуле углеводов на каждый атом углерода приходится молекула воды. Например, формула глюкозы будет выглядеть так: C6H12O6 .

В природе углеводы встречаются фактически во всех видов организмов:

• растительных
• животных
• бактериях
• грибах

Если отдельно рассматривать растительные организмы, то в них на углеводы приходится 80-90 процентов из расчета на сухое вещество клетки, то есть, у растений углеводы являются одним из основных структурных материалов. В животных организмах цифра будет гораздо ниже — от 1 до 5 процентов. Ну и в микроорганизмах, соответственно, на углеводы приходится примерно 12-30 процентов.

Термин "углеводы" для данного класса органических веществ предложил известный отечественный ученый немецко-балтийского происхождения Карл Шмидт в 1844 году.

Виды углеводов

В зависимости от молекулярной сложности углевода или, если быть точнее, от количества структурных единиц (сахаридов) различают 3 класса углеводов:

1. Моносахариды
2. Олигосахариды
3. Полисахариды

1. Моносахариды

Моносахаридами называют простые углеводы, которые содержат всего одну структурную единицу. Моносахариды также часто называют «простыми сахарами».

По сути моносахариды представляют собой кристаллические вещества, которые неплохо растворяются в воде, а если их попробовать на вкус, то они окажутся очень даже сладкими!

К важнейшим представителям моносахаридов относятся:

• Пентозы . К ним относятся: рибоза — моносахарид, который входит в состав нуклеоновых кислот РНК, а также в состав молекул АТФ. Дезоксирибоза — входит в состав молекулы ДНК
• Гексозы . Одним из наиболее распространенных представителей является простой сахар — глюкоза . Именно глюкоза является основным энергетическим субстратом для клеток нашего тела, а также основным мономером главного эндогенного углеводного резерва — гликогена .
• Галактоза — простой углевод, который входит в состав лактозы — углевода, который по своей природе является дисахаридом и содержится в молочных продуктах.
• Фруктоза . Также, как и глюкоза, фруктоза встречается как в свободном, так и связанном виде. На вкус фруктоза примерно в полтора раза слаще сахарозы и примерно в два с половиной раза слаще глюкозы. Именно поэтому фруктозу часто добавляют в различные диетические продукты, так как она, в сравнении с другими моносахаридами, дает такую же сладость при меньшем количестве, что позволяет снизить общую калорийность продукта. Помимо этого фруктоза лучше, чем глюкоза и сахароза растворяется в воде.

2. Олигосахариды

По сути олигосахариды являются сахароподобными веществами, особенностью которых является относительно небольшая молекулярная масса, а также неплохая растворимость в воде. Как правило, олигосахариды сладки на вкус.

Число структурных единиц, входящих в состав олигосахаридов составляет от «2» до «10» сахаридов .

Самые распространенные из них — дисахариды (две структурные единицы). К ним относятся прежде всего:

• Мальтоза — его еще называют «солодовый сахар». Очень много мальтозы содержится в представителях зерновых культур.
• Лактоза (глюкоза плюс галактоза) - дисахарид, который содержится в молоке
• Сахароза (глюкоза плюс фруктоза) - содержится в огромном количестве растений, но особо много ее в таких растениях, как сахарный тростник и сахарная свекла.

3. Полисахариды

Полисахариды представляют собой сложные высокомолекулярные вещества, которые состоят из более, чем 10 остатков моносахаридов.

Количество структурных единиц, входящих в состав моносахаридов может составлять сотни и даже тысячи моносахаридов. Давайте рассмотрим важнейшие из полисахаридов:

• Крахмал — строится из остатков глюкозы, является основным сложным углеводом у растений. В человеческом теле крахмал очень даже неплохо усваивается.
• Гликоген — сложный углевод животного происхождения. Его еще часто называют «животным крахмалом». Он также состоит из остатков глюкозы, как и крахмал, только его цепь более разветвленная, чем у крахмала. Гликоген является главным внутреннем «депо» глюкозы для человека. Значительная его часть откладывается в наших мышцах и в печени, а также в других органах.
• Целлюлоза (клетчатка) — представляет собой сложный линейный полисахарид. В отличие от крахмала и гликогена остатки глюкозы в молекуле целлюлозы соединены немного иначе. Данный полисахарид является структурным компонентом клеточных стенок растений. В организме человека клетчатка не переваривается, зато невероятно полезна для кишечника.
• Хитин — азотсодержащее вещество, которое входит в состав панцирей многих членистоногих, а также входит в состав клеточных стенок бактериальных организмов и грибов.

Роль углеводов в организме человека

Углеводы, как правило, обеспечивают до 50-80 процентов потребности организма в энергии . При окислении одного грамма глюкозы выделяется 17,6 килоджоулей энергии, что эквивалентно 4,1 килокалориям .

Помимо покрытия текущих энергетических затрат клеток нашего тела, углеводы также выполняют запасающую функцию . В человеческом теле глюкоза, образованная в процессе гидролиза углеводов, принимаемых с пищей, откладывается на запас в виде сложного полисахарида — гликогена . У растений глюкоза депонируется в виде растительного полисахарида — крахмала, а у грибов — также, как и у нас, в виде гликогена.

Некоторые клетки нашего организма используют глюкозу в качестве главного энергетического материала (например, мозг). Когда таким клеткам нужна энергия, а человек давно не ел углеводов с пищей, происходит следующее: гликоген, хранящийся в печени, отдает свою глюкозу в кровь, тем самым, повышая сахар в крови.

Некоторые сложные углеводистые соединения выполняют защитную функцию . Например, такое вещество, как гепарин, участвует в предотвращении свертываемости крови.

В организме грибов, растений и микроорганизмов углеводы также выполняют структурную функцию — то есть, являются стройматериалом для их клеток. У людей же улеводы особо не являются строительным материалом. Разве что некоторые углеводы входят в состав нуклеиновых кислот (рибоза — РНК, дезоксирибоза — ДНК) и других веществ.

Также огромную роль для работы желудочно-кишечного тракта играют неперевариваемые углеводы — клетчатка. Про клетчатку я, вообще, напишу отдельную статью в ближайшее время.

В этой статье мы вкратце рассмотрели углеводы и их роль в человеческом организме. В следующем выпуске я расскажу Вам про такой важный показатель пищевой ценности углеводов, как гликемический индекс .

Введение

углеводы гликолипиды биологический

Углеводы - обширный наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в кругообороте углерода они служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями. Углеводы и их производные во всех живых клетках играют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохимических процессов. Углеводы выполняют не только питательную функцию в живых организмах, они также выполняют опорную и структурную функции. Во всех тканях и органах обнаружены углеводы или их производные. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований. Принимают участие в синтезе многих важнейших веществ.

Актуальность

В настоящее время данная тема актуальна, потому что углеводы необходимы организму, так как входят в состав его тканей и выполняют важные функции: - являются главным поставщиком энергии для всех процессов в организме (они могут расщепляться и давать энергию даже в отсутствии кислорода); - необходимы для рационального использования белков (белки при дефиците Углеводов используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций); - тесно связаны с обменом жиров (если вы употребляете слишком много Углеводов, больше, чем может преобразоваться в глюкозу или гликоген (который откладывается в печени и мышцах), то в результате образуется жир. Когда телу нужно больше топлива, жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается); - особенно необходимы мозгу для нормальной жизнедеятельности (если мышечные ткани могут накапливать энергию в виде жировых отложений, то мозг не может так делать, он всецело зависит от регулярного поступления в организм углеводов); - являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот и т.д.

Понятие и классификация углеводов

Углеводами называют вещества с общей формулой Cn(H2O)m, где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы - одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85-90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

·моносахариды или простые сахара;

·олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).

·полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C3), тетрозы (C4), пентозы (C5), гексозы (C6), гептозы (C7).

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются, прежде всего, альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз - обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды

При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров - простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором - гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза - линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками в-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-40 % целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген . Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами в-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH3. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки. Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Краткая характеристика эколого-биологической роли углеводов

Обобщая рассмотренный выше материал, относящийся к характеристике углеводов, можно сделать следующие выводы об их эколого-биологической роли.

1. Они выполняют строительную функцию, как в клетках, так и в организме в целом за счет того, что входят в состав структур, образующих клетки и ткани (особенно это характерно для растений и грибов), например, клеточные оболочки, различные мембраны и т. д., кроме того, углеводы участвуют в образовании биологически необходимых веществ, образующих ряд структур, например в образовании нуклеиновых кислот, составляющих основу хромосом; углеводы входят в состав сложных белков - гликопротеидов, имеющих определенное значение в формировании клеточных структур и межклеточного вещества.

2. Важнейшей функцией углеводов является трофическая функция, состоящая в том, что многие из них являются продуктами питания гетеротрофных организмов (глюкоза, фруктоза, крахмал, сахароза, мальтоза, лактоза и др.). Эти вещества в комплексе с другими соединениями образуют пищевые продукты, используемые человеком (различные крупы; плоды и семена отдельных растений, включающие в свой состав углеводы, являются кормом для птиц, а моносахара, вступая в цикл различных превращений, способствуют образованию как собственных углеводов, характерных для данного организма, так и других органо-биохимических соединений (жиров, аминокислот (но не их белков), нуклеиновых кислот и т. д.).

3. Для углеводов характерна и энергетическая функция, состоящая в том, что моносахара (в частности глюкоза) в организмах легко окисляются (конечным продуктом окисления является СO2 и Н2O), при этом происходит выделение большого количества энергии, сопровождающееся синтезом АТФ.

4. Им присуща и защитная функция, состоящая в том, что из углеводов возникают структуры (и определенные органоиды в клетке), защищающие или клетку, или организм в целом от различных повреждений, в том числе и механических (например, хитиновые покровы насекомых, образующие внешний скелет, оболочки клеток растений и многих грибов, включающих целлюлозу и т. д.).

5. Большую роль играют механическая и формообразующая функции углеводов, представляющие собой способность структур, образованных либо углеводами, либо в сочетании их с другими соединениями, придавать организму определенную форму и делать их механически прочными; так, клеточные оболочки механической ткани и сосудов ксилемы создают каркас (внутренний скелет) древесных, кустарниковых и травянистых растений, хитином образован внешний скелет насекомых и т. д.

Краткая характеристика обмена углеводов в гетеротрофном организме (на примере организма человека)

Важную роль в понимании процессов обмена веществ играет знание о превращениях, которым подвергаются углеводы в гетеротрофных организмах. В организме человека этот процесс характеризуется приведенным ниже схематическим описанием.

Углеводы в составе пищи попадают в организм через ротовую полость. Моносахара в пищеварительной системе практически не подвергаются превращениям, дисахариды - гидролизуются до моносахаридов, а полисахариды подвергаются достаточно значительным превращениям (это относится к тем полисахаридам, которые организмом употребляются в пищу, а углеводы, не являющиеся пищевыми веществами, например, целлюлоза, некоторые пектины, удаляются из организма с каловыми массами).

В ротовой полости пища измельчается и гомогенизируется (становится более однородной, чем до попадания в нее). На пищу воздействует слюна, выделяемая слюнными железами. Она содержит фермент птиалин и имеет щелочную реакцию среды, за счет чего начинается первичный гидролиз полисахаридов, приводящий к образованию олигосахаридов (углеводов с небольшой величиной n).

Часть крахмала может превращаться даже в дисахариды, что можно заметить при длительном пережевывании хлеба (кислый черный хлеб становится сладким).

Пережеванная пища, обильно обработанная слюной и размельченная зубами, через пищевод в виде пищевого комка поступает в желудок, где подвергается воздействию желудочного сока с кислой реакцией среды, содержащего ферменты, воздействующие на белки и нуклеиновые кислоты. В желудке с углеводами практически ничего не происходит.

Затем пищевая кашица поступает в первый отдел кишечника (тонкий кишечник), начинающийся двенадцатиперстной кишкой. В нее поступает панкреатический сок (секрет поджелудочной железы), содержащий комплекс ферментов, способствующих и перевариванию углеводов. Углеводы превращаются в моносахариды, которые растворимы в воде и способны к всасыванию. Пищевые углеводы окончательно перевариваются в тонком кишечнике, а в той его части, где содержатся ворсинки, они всасываются в кровь и поступают в кровеносную систему.

С током крови моносахара разносятся к различным тканям и клеткам организма, но предварительно вся кровь проходит через печень (там она очищается от вредных продуктов обмена). В крови моносахара присутствуют преимущественно в виде альфа-глюкозы (но возможно наличие и других изомеров гексоз, например фруктозы).

Если глюкозы в крови меньше нормы, то часть гликогена, содержащегося в печени, гидролизуется до глюкозы. Избыточное содержание углеводов характеризует тяжелое заболевание человека - диабет.

Из крови моносахариды поступают в клетки, где большая их часть расходуется на окисление (в митохондриях), при котором синтезируется АТФ, содержащая энергию в «удобном» для организма виде. АТФ расходуется на различные процессы, которые требуют энергии (синтез нужных организму веществ, реализация физиологических и других процессов).

Часть углеводов пищи используется для синтеза углеводов данного организма, требующихся для формирования структур клетки, или соединений, необходимых для образования веществ других классов соединений (так из углеводов могут получиться жиры, нуклеиновые кислоты и т. д.). Способность углеводов превращаться в жиры является одной из причин возникновения ожирения - заболевания, влекущего за собой комплекс других заболеваний.

Следовательно, потребление избыточного количества углеводов вредно для человеческого организма, что необходимо учитывать при организации рационального питания.

В растительных организмах, являющихся автотрофами, обмен углеводов несколько иной. Углеводы (моносахара) синтезируются самим организмом из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии. Ди-, олиго- и полисахариды синтезируются из моносахаридов. Часть моносахаридов включается в синтез нуклеиновых кислот. Определенное количество моносахаридов (глюкозы) растительные организмы используют в процессах дыхания на окисление, при котором (как и в гетеротрофных организмах) синтезируется АТФ.

Гликолипиды и гликопротеины как структурно-функциональные компоненты клетки углеводов

Гликопротеины - это белки, содержащие олигосахаридные (гликановые) цепи, ковалентно присоединенные к полипептидной основе. Гликозаминогликаны представляют собой полисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных компонентов, которые обычно содержат аминосахара (глюкоза-мин или галактозамин в сульфированном или несульфированном виде) и уроновую кислоту (глюкуро-новую или идуроновую). Раньше гликозаминогликаны называли мукополисахаридами. Они обычно ковалентно связаны с белком; комплекс одного или более гликозаминогликанов с белком носит название протеогликана. Гликоконъюгаты и сложные углеводы-эквивалентные термины, обозначающие молекулы, которые содержат углеводные цепи (одну или более), ковалентно связанные с белком или липидом. К этому классу соединений относятся гликопротеины, протеогликаны и гликолипиды.

Биомедицинское значение

Почти все белки плазмы человека, кроме альбумина, представляют собой гликопротеины. Многие белки клеточных мембран содержат значительные количества углеводов. Вещества групп крови в ряде случаев оказываются гликопротеинами, иногда в этой роли выступают гликосфинголипиды. Некоторые гормоны (например, хорионический гонадотропин) имеют гликопротеиновую природу. В последнее время рак все чаще характеризуется как результат аномальной генной регуляции. Главная проблема онкологических заболеваний, метастазы, - феномен, при котором раковые клетки покидают место своего происхождения (например, молочную железу), переносятся с кровотоком в отдаленные части тела (например, в мозг) и неограниченно растут с катастрофическими последствиями для больного. Многие онкологи полагают, что метастазирование, по крайней мере частично, обусловлено изменениями в структуре гликоконъюгатов на поверности раковых клеток. В основе целого ряда заболевений (мукополисахаридозы) лежит недостаточная активность различных лизосомных ферментов, разрушающих отдельные гликоза-миногликаны; в результате один или несколько из них накапливаются в тканях, вызывая различные патологические признаки и симптомы. Одним из примеров таких состояний является синдром Хурлера.

Распространение и функции

Гликопротеины имеются у большинства организмов - от бактерий до человека. Многие вирусы животных также содержат гликопротеины, некоторые из этих вирусов интенсивно изучались, отчасти в силу удобства их использования для исследований.

Гликопротеины-это многочисленная группа белков с разнообразными функциями содержание в них углеводов варьирует от 1 до 85% и более (в единицах массы). Роль олигосахаридных цепей в функции гликопротеинов до сих пор точно не определена, несмотря на интенсивное изучение этого вопроса

Гликолипиды - сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. В молекулах гликолипидов есть полярные «головы» (углевод) и неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот). Благодаря этому гликолипиды (вместе с фосфолипидами) входят в состав клеточных мембран.

Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.

Гликосфинголипиды, являющиеся компонентами наружного слоя плазматической мембраны, могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и контактах. Некоторые из них являются антигенами, например антиген Форссмана и вещества, определяющие группы крови системы АВ0. Сходные олигосахаридные цепи обнаружены и у других гликопротеинов плазматической мембраны. Ряд ганглиозидов функционирует в качестве рецепторов бактериальных токсинов (например, холерного токсина, который запускает процесс активации аденилатциклазы).

Гликолипиды в отличие от фосфолипидов не содержат остатков ортофосфорной кислоты. В их молекулах к диацилглицерину гликозидной связью присоединяются остатки галактозы или сульфоглюкозы

Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов

Галактоземия - наследственная патология обмена веществ, обусловленная недостаточностью активности ферментов, принимающих участие в метаболизме галактозы. Неспособность организма утилизировать галактозу приводит к тяжелым поражениям пищеварительной, зрительной и нервной системы детей в самом раннем возрасте. В педиатрии и генетике галактоземия относится к редким генетическим заболеваниям, встречающимся с частотой один случай на 10 000 - 50 000 новорожденных. Впервые клиника галактоземии была описана в 1908 году уребенка, страдавшего сильным истощением, гепато- и спленомегалией, галактозурией; при этом заболевание исчезло сразу после отмены молочного питания. Позднее, в 1956 г. ученый Герман Келкер определил, что в основе заболевания лежит нарушение метаболизма галактозы. Причины болезни Галактоземия является врожденной патологией, наследуемой по аутосомно-рецессивному типу, т. е. заболевание проявляется только в том случае, если ребенок наследует две копии дефектного гена от каждого из родителей. Лица, гетерозиготные по мутантному гену, являются носителями заболевания, однако у них тоже могут развиваться отдельные признаки галактоземии в легкой степени. Превращение галактозы в глюкозу (метаболический путь Лелуара) происходит при участии 3-х ферментов: галактоза-1-фосфатуридилтрансферазы (GALT), галактокиназы (GALK) и уридиндифосфат-галактозо-4-эпимеразы (GALE). В соответствии с дефицитом этих ферментов различают 1 (классический вариант), 2 и 3 тип галактоземии.Выделение трех типов галактоземии не совпадает с порядком действия ферментов в процессе метаболического пути Лелуара. Галактоза поступает в организм с пищей, а также образуется в кишечнике в процессе гидролиза дисахарида лактозы. Путь метаболизма галактозы начинается с ее превращения под действием фермента GALK в галактозо-1-фосфат. Затем при участии фермента GALT галактозо-1-фосфат преобразуется в УДФ-галактозу (уридилдифосфогалактозу). После этого с помощью GALE метаболит превращается в УДФ - глюкозу (уридилдифосфоглюкозу).При недостаточности одного из названных ферментов (GALK, GALT или GALE) концентрация галактозы в крови значительно повышается, в организме накапливаются промежуточные метаболиты галактозы, которые вызывают токсическое поражение различных органов: ЦНС, печени, почек, селезенки, кишечника, глаз и др. Нарушение метаболизма галактозы и составляет суть галактоземии. Наиболее часто в клинической практике встречается классический (1 тип) галактоземии, обусловленный дефектом фермента GALT и нарушением его активности. Ген, кодирующий синтез галактоза-1-фосфатуридилтрансферазы, находится воколоцентромерном участке 2-ой хромосомы. По тяжести клинического течения выделяют тяжелую, среднюю и легкую степени галактоземии. Первые клинические признаки галактоземии тяжелой степени развиваются очень рано, в первые дни жизни ребенка. Вскоре после кормления новорожденного грудным молоком или молочной смесью возникает рвота и расстройство стула (водянистый понос), нарастает интоксикация. Ребенок становится вялым, отказывается от груди или бутылочки; у него быстро прогрессируют гипотрофия и кахексия. Ребенка могут беспокоить метеоризм, кишечные колики, обильное отхождение газов.В процессе обследования ребенка с галактоземией неонатологом выявляется угасание рефлексов периода новорожденности. При галактоземии рано появляется стойкая желтуха различной степени выраженности и гепатомегалия, прогрессирует печеночная недостаточность. К 2-3 месяцу жизни возникают спленомегалия, цирроз печени, асцит. Нарушения процессов свертывания крови приводит к появлению кровоизлияний на коже и слизистых оболочках. Дети рано начинают отставать в психомоторном развитии, однако степень интеллектуальных нарушений при галактоземии не достигает такой тяжести, как при фенилкетонурии. К 1-2 месяцам у детей с галактоземией выявляется двусторонняя катаракта. Поражение почек при галактоземии сопровождается глюкозурией, протеинурией, гипераминоацидурией. В терминальной фазе галактоземии ребенок погибает от глубокого истощения, тяжелой печеночной недостаточности и наслоения вторичных инфекций. При галактоземии средней тяжести также отмечается рвота, желтуха, анемия, отставание в психомоторном развитии, гепатомегалия, катаракта, гипотрофия. Галактоземия легкой степени характеризуется отказом от груди, рвотой после приема молока, задержкой речевого развития, отставанием ребенка в массе и росте. Однако даже при легком течении галактоземии продукты обмена галактозы токсическим образом воздействуют на печень, приводя к ее хроническим заболеваниям.

Фруктоземия

Фруктоземия - это наследственное генетическое заболевание, заключающееся в непереносимости фруктозы (фруктового сахара, содержащегося во всех фруктах, ягодах и некоторых овощах, а также в мёде). При фруктоземии в организме человека мало или практически нет ферментов(энзимов, органических веществ белковой природы, ускоряющих химические реакции, происходящие в организме), принимающих участие в ращеплении и усвоении фруктозы. Заболевание, как правило, обнаруживается в первые недели и месяцы жизни ребенка или с того момента, когда ребенок начинает получать соки и пищу, содержащую фруктозу: сладкий чай, фруктовые соки, овощные и фруктовые пюре. Фруктоземия передается по аутосомно-рецессивному типу наследования (заболевание проявляется, если у обоих родителей есть заболевание). Мальчики и девочки болеют одинаково часто.

Причины болезни

В печени имеется недостаточное количество специального фермента (фруктозо-1-фосфат-альдолазы), который преобразовывает фруктозу. В результате продукты обмена (фруктозо-1-фосфат) накапливаются в организме (печени, почках, слизистых оболочках кишечника) и оказывают повреждающее действие. При этом установлено, что фруктозо-1-фосфат никогда не откладывается в клетках мозга и хрусталике глаза. Симптомы заболевания проявляются после употребления в пищу фруктов, овощей или ягод в любом виде (соки, нектары, пюре, свежие, замороженные или сушеные), а также мёда. Тяжесть проявления зависит от количества употребления продуктов.

Вялость, бледность кожных покровов. Повышенное потоотделение. Сонливость. Рвота. Диарея (частый объемный (большие порции) жидкий стул). Отвращение к сладкой пище. Гипотрофия (дефицит (недостаточность) массы тела) развивается постепенно. Увеличение размеров печени. Асцит (скопление жидкости в брюшной полости). Желтуха (пожелтение кожных покровов) - развивается иногда. Острая гипогликемия (состояние, при котором значительно снижается уровень глюкозы (сахара) в крови) может развиться при одномоментном употреблении большого количества продуктов, содержащих фруктозу. Характеризуется: Дрожанием конечностей; судорогами (приступообразными непроизвольными сокращениями мышц и крайней степенью их напряжения); Потерей сознания вплоть до комы (отсутствия сознания и реакции на любые раздражители; состояние представляет опасность для жизни человека).

Заключение

Значение углеводов в питании человека весьма велико. Они служат важнейшим источником энергии, обеспечивая до 50-70 % общей калорийности рациона.

Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их "сберегающего белок" действия. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г.

С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молоку и т.д. Следует отметить, что в организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений вместе взятых Таким образом: углеводы играют огромную роль в жизни живых организмов на планете ученые считают, что примерно когда появилось первое соединение углевода, появилась и первая живая клетка.

Литература

1. Биохимия: учебник для вузов/ под ред. Е.С.Северина - 5-е изд., - 2009. - 768 с.

2. Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин «Биологическая химия».

3. П.А. Верболович «Практикум по органической, физической, коллоидной и биологической химии».

4. Ленинджер А. Основы биохимии // М.: Мир, 1985

5. Клиническая эндокринология. Руководство / Н. Т. Старкова. - издание 3-е, переработанное и дополненное. - Санкт-Петербург: Питер, 2002. - С. 209-213. - 576 с.

6. Детские болезни (том 2) - Шабалов Н.П. - учебник, Питер, 2011

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

), не ограничиваются выполнением какой-то одной функции в организме человека. Помимо того, что обеспечение энергией основная функциональная роль углеводов , они так же необходимы для нормальной деятельности сердца, печени, мышц и центральной нервной системы. Являются важной составляющей в регуляции обмена белков и жиров.

Основные биологические функции углеводов, для чего они необходимы в организме

1. Энергетическая функция.
   Главная функция углеводов в организме человека. Являются основным энергетическим источником для всех видов работ, происходящих в клетках. При расщеплении углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50 – 60 % суточного энергопотребления организма и все энергетические расходы мозга (мозг поглощает около 70% глюкозы, выделяемой печенью). При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. В качестве основного энергетического источника в организме используется свободная глюкоза или запасенные углеводы в виде гликогена.
2. Пластическая (строительная) функция.
   Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АДФ, АТФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов. Отдельные углеводы являются структурными компонентами клеточных мембран. Продукты превращения глюкозы (глюкуроновая кислота, глюкозамин и др.) входят в состав полисахаридов и сложных белков хрящевой и других тканей.
3. Запасающая функция.
   Углеводы запасаются (накапливаются) в скелетных мышцах (до 2%), печени и других тканях в виде гликогена. При полноценном питании в печени может накапливаться до 10% гликогена, а при неблагоприятных условиях его содержание может снижаться до 0,2% массы печени.
4. Защитная функция.
   Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды находятся в слизистых веществах, которые покрывают поверхность сосудов носа, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий и вирусов, а также от механических повреждений.
5. Регуляторная функция.
   Входят в состав мембранных рецепторов гликопротеидов. Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100-110 мг/% глюкозы, от концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови. Клетчатка из пищи не расщепляется (переваривается) в кишечнике, однако активирует перистальтику кишечного тракта, ферменты, использующиеся в пищеварительном тракте, улучшая пищеварение и усвоение питательных веществ.

Группы углеводов

• Простые (быстрые) углеводы
  Различают два вида сахаров: моносахариды и дисахариды. Моносахариды содержат одну сахарную группу, как, например, глюкоза, фруктоза или галактоза. Дисахариды образованы остатками двух моносахаридов и представлены, в частности, сахарозой (обычный столовый сахар) и лактозой. Быстро повышают содержание сахара в крови и обладают высоким гликемическим индексом.
• Сложные (медленные) углеводы
  Полисахариды представляют собой углеводы, содержащие три и более молекул простых углеводов. К данному виду углеводов относятся, в частности, декстрины, крахмалы, гликогены и целлюлозы. Источниками полисахаридов являются крупы, бобовые, картофель и другие овощи. Постепенно повышают содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс.
• Неусваиваемые (волокнистые)
  Клетчатка (пищевые волокна), не обеспечивают организм энергией, но играет огромную роль в его жизнедеятельности. Содержится главным образом в растительных продуктах с низким или очень низким содержанием сахара. Следует заметить, что клетчатка замедляет усвоение углеводов, белков и жиров (может быть полезным при похудении). Является источником питания для полезных бактерий кишечника (микробиом)

Виды углеводов

Моносахариды

• Глюкоза
  Моносахарид, бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, содержится практически в каждой углеводной цепочке.
• Фруктоза
  Фруктовый сахар в свободном виде присутствует почти во всех сладких ягодах и плодах, самый сладкий из сахаров.
• Галактоза
  Не встречается в свободной форме; в связанном с глюкозой виде он образует лактозу, молочный сахар.

Дисахариды

• Сахароза
  Дисахарид, состоящий из комбинации фруктозы и глюкозы, имеет высокую растворимость. Попадая в кишечник, распадается на данные компоненты, которые затем всасываются в кровь.
• Лактоза
  Молочный сахар, углевод группы дисахаридов, содержится в молоке и молочных продуктах.
• Мальтоза
  Солодовый сахар, легко усваивается организмом человека. Образуется в результате объединения двух молекул глюкозы. Мальтоза возникает в результате расщепления крахмалов в процессе пищеварения.

Полисахариды

• Крахмал
  Порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Крахмал является наиболее распространенным углеводом в рационе человека и содержится во многих основных продуктах питания.
• Клетчатка
  Сложные углеводы, представляющие собой жесткие растительные структуры. Составная часть растительной пищи, которая не переваривается в организме человека, но играет огромную роль в его жизнедеятельности и пищеварении.
• Мальтодекстрин
  Порошок белого или кремового цвета, со сладковатым вкусом, хорошо растворим в воде. Представляет собой промежуточный продукт ферментного расщепления растительного крахмала, в результате чего молекулы крахмала делятся на фрагменты – декстрины.
• Гликоген
  Полисахарид, образованный остатками глюкозы; основной запасной углевод, нигде кроме организма не встречается. Гликоген, образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы в организме человека.

Углеводы – это самый распространенный класс органических веществ. Роль углеводов в организме разнообразна, зависит от их строения, места образования. Максимальное количество углеводов содержится в растениях, где их концентрация достигает 90%. Это объясняется способностью растений синтезировать углеводы из углекислого газа и воды под действием лучей солнца. Называется такая реакция фотосинтезом.

В фотосинтезе принимает участие пигмент хлорофилл. В животных организмах концентрация углеводов значительно меньше, составляет в среднем 2% от массы тела. Некоторые авторы указывают содержание 20%, подразумевая концентрацию в сухом остатке живых существ. В организме человека, по мнению профессора А.П. Нечаева, содержание углеводов не превышает 1% от массы всего тела.

Образование углеводов в живых системах происходит иначе, чем в растениях. Есть также различия в строении.

Состав углеводов

Название класса сформулировали первооткрыватели, у которых сложилось впечатление о содержании в новых веществах угля – углерода и воды в строго определенном соотношении. Впоследствии был установлено, что строение и состав углеводов несколько иной. Название осталось. В начале 20 века Международная комиссия рекомендовала другое название, которое на практике не закрепилось. Приводить его здесь не имеет смысла.

Углеводы – огромный класс веществ, который принято подразделять на простые и сложные

Простые углеводы, несмотря на название, устроены не очень просто. Называют их моносахаридами. По количеству атомов углерода они подразделяются на группы. В целом атомов углерода и атомов кислорода у них содержится поровну, количество атомов водорода вдвое больше, чем каждого из указанных.

1. Триозы – содержат в основе молекулы три атома углерода. В свободном виде встречаются редко. Производные триоз, содержащие фосфор, образуются при расщеплении углеводов в организме человека.
2. Тетрозы распространены мало.
3. Пентозы (5 атомов углерода в скелете молекулы) встречаются в природе чаще, обычно, как составляющая часть более крупных соединений.
4. Гексозы – самая важная и распространенная группа простых углеводов. Они содержат 6 атомов углерода. К гексозам относится глюкоза, фруктоза, галактоза и многие другие вещества. Самый важный простой углевод, обеспечивающий все обменные процессы человека, — это глюкоза. В биохимических реакциях в организме она участвует в виде фосфорных производных. Сложные углеводы также подразделяются на группы. Атомов кислорода в них меньше, чем атомов углерода. Сложные углеводы могут иметь средние размеры и очень большие размеры.

Сложные углеводы средних размеров называют сахароподобными или олигосахаридами. Приставка в переводе с греческого обозначает «малый». Они содержат до 10 остатков моносахаридов.

1. Сложные углеводы с очень большой молекулярной массой называют несахароподобными или полисахаридами.
2. Они имеют длинные, иногда разветвленные цепи из моносахаридов. При разрушении под действием воды все полисахариды в конечном итоге распадаются до смеси моносахаридов.

В целом в биосфере углеводов содержится больше, чем всех остальных органических соединений в сумме. Простые и сложные углеводы в равной мере важны для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Главные функции углеводов в организме можно представить в перечне.

• При окислении 1 гр углеводов в организме образуется 4 ккал энергии, часть из которой расходуется на обеспечение нужд органов, тканей, работу сердца, мышц. «Лишняя» энергия, не востребованная в данный момент времени, может запасаться в особенном соединении – АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). При появлении потребности АТФ может расщепляться и снабжать организм недостающей энергией. Углеводы обеспечивают 58% суточных энергозатрат человека.

• Разнообразно участие углеводов в непосредственном и опосредованном построении тканей организма.
  • Сложные производные – мукополисахариды формируют соединительные ткани, хрящевое наполнение суставов.
  • Остатки моносахаридов, образующиеся при расщеплении углеводов в организме, используются для образования (биосинтеза) новых белков, липидов.

• Функции углеводов в клетке заключаются в регуляции обмена жиров. Часто при сильных физических нагрузках, низком содержании углеводов в рационе происходит накопление вредных продуктов, например, ацетона. Все особенности питания в период активных физических занятий целесообразно согласовать со специалистом.

• Многие моносахариды имеют сладкий вкус, доставляют удовольствие при приеме пищи. Это один из необходимых источников положительных эмоций, необходимых для нормальной работы нервной системы.

• Простые и сложные углеводы участвуют в запасании (депонировании) энергии. При избытке моносахаридов из них образуется полисахарид – гликоген, который накапливается в печени и мышцах.

• Разнообразны специфические функции углеводов в организме.
  • Сложные производные принимают участие в формировании группы крови.
  • Некоторые биополимеры, имеющие углеводную составляющую, расщепляют чужеродные вирусы, токсины.
  • Комплексы белков с углеводами обеспечивают передачу нервных импульсов.
  • Гепарин предотвращает образование сгустков в кровеносных сосудах.

• Важна функция углеводов в клетках печени. Глюкуроновая кислота, образующаяся при окислении глюкозы, связывает токсины в печени, превращает их в растворимую форму, которая легко выводится из организма.

Расщепление углеводов в организме

По пищевой ценности углеводы подразделяют на усваиваемые и неусваиваемые.

К усваиваемым относят :

• моносахариды,
• сахароподобные сложные углеводы,
• некоторые несахароподобные углеводы.

Из полисахаридов человек может усваивать только крахмал, гликоген (животный крахмал).

Легче всего усваиваются углеводы с маленькой и средней массой молекулы. По этому признаку происходит деление на быстрые и медленные углеводы.

• Моносахариды, например глюкоза, усваиваются очень быстро, т.к. ей не нужно претерпевать никаких предварительных реакций. Углеводы, состоящие из смеси двух моносахаридов усваиваются тоже быстро. Например, мед состоит из смеси равных частей глюкозы и фруктозы. Глюкоза к усвоению готова. Фруктозе нужно только немного видоизмениться.

• Огромные молекулы полисахаридов, типа крахмала, гликогена, усваиваются медленнее. Цепь, состоящая из нескольких тысяч звеньев сначала должна претерпеть расщепление до моносахаридов. На это уходит время и некоторая энергия.

Быстрые и медленные углеводы

Быстрые и медленные углеводы одинаково важны для человека. Следует учитывать скорость их расщепления, в соответствии с которой корректировать рацион. Интенсивность процессов усвоения углеводов характеризуется гипогликемическим индексом углеводов, который отображает способность продукта повышать уровень глюкозы в крови. Чем быстрее происходит всасывание в пищевом тракте, тем быстрее увеличивается концентрация глюкозы в крови.

• Максимальный гипогликемический индекс углеводов имеет глюкоза, 105 единиц. Солодовый сахар – мальтоза, состоящий из двух остатков глюкозы имеет показатель 100 единиц.

• Фруктоза характеризуется цифрой 20. Это объясняется тем, что для превращения в глюкозу она должна перегруппироваться (изомеризоваться). На такую трансформацию фруктозы требуется время.

• Низкий показатель фруктозы объясняет не очень высокие цифры ГИ для сахарозы (59). Она состоит из двух связанных звеньев, одним из которых является фруктоза. Нужно звенья сначала расщепить, потом фруктозе видоизмениться.

• У меда такие же моносахариды – глюкоза и фруктоза, но они не связаны друг с другом, находятся в смеси. Звенья расщеплять не нужно. ГИ меда выше, чем у сахарозы, составляет 87.

• У крахмала, содержащегося в приготовленных продуктах: вареном белом рисе, картофеле, пшеничном хлебе ГИ не мал, составляет 72; 90, 72, соответственно. Это объясняется расщеплением молекул крахмала при термической обработке.