Углеводы: для чего нужны и сколько их употреблять в день. О важности углеводов в питании спортсмена

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.

Почему-то люди решили объявить войну углеводам. Нас пугает всеобщая “белкомания”, поэтому давайте узнаем, что такое углеводы и еще раз обсудим принципы правильного питания.

Что такое углеводы

С точки зрения химии углеводы – это класс органических веществ, в состав которых входит углерод, кислород и водород. В организме их всего примерно 2-3%, которые откладываются в виде гликогена (грубо говоря, оперативный запас энергии). 5-6% от общей массы печени, до 0,5% сердца и 2-3% скелетных мышц – это углеводы.

В теле 70-килограмового мужчины примерно 500 г гликогена, но кроме него есть еще глюкоза, которая в свободном виде “плавает” в крови. Её совсем мало – примерно 5 граммов. Чем более человек тренированный, тем больше гликогена он может запасать.

Тело человека может синтезировать углеводы, но в незначительном количестве, поэтому основное количество углеводов поступает в организм с пищей. Углеводы находятся преимущественно в продуктах растительного происхождения. Например, в злаках их содержится около 80% от общей сухой массы. И к примеру сахар – это вообще на 99,98% углевод.

Для чего нужны углеводы

У углеводов есть свои задачи:

Энергетическая: углеводы обеспечивают 50-60% суточного энергопотребления организма. При окислении 1 г углеводов выделяется 17 кДж энергии или более привычные нам 4,1 ккал и 0,4 г воды. Поэтому когда вы перестаете есть углеводы, вас сначала “сливает”, то есть из вас выходит запасенная ранее вода. Этот процесс многие ошибочно принимают за истинное жиросжигание, в то время как всего лишь истощаются запасы гликогена.

Основной источник энергии для нас – это запасенный в печени и мышцах гликоген и свободная глюкоза в крови, которые образовались из съеденных углеводов.

Пластическая или строительная: из углеводов “строятся” некоторые ферменты, клеточные мембраны, они также входят в состав полисахаридов и сложных белков хрящевой, костной и других тканей. Углеводы хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, рибозы и дезоксирибозы ) участвуют в построении универсального источника энергии АТФ, “хранилища” генетической информации ДНК и макромолекулы, содержащейся в клетках – РНК.

Специфическая: углеводы к примеру, выполняют роль антикоагулянтов, то есть делают так, чтобы кровь не сворачивалась в самый неподходящий момент. Являются рецепторами ряда гормонов или фармакологических веществ – то есть помогают гормонам распознать где и в каком количестве они нужны. Так же они оказывают противоопухолевое действие.

Запас питательных веществ : углеводы накапливаются в скелетных мышцах, печени, сердце и некоторых других тканях в виде гликогена. Гликоген – это быстромобилизуемый энергетический резерв. Функция гликогена печени – обеспечивать глюкозой весь организм, функции гликогена в мышцах – обеспечивать энергией физическую активность.

Защитная: 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.

Регуляторная: клетчатка пищи не поддается процессу расщепления в кишечнике, однако активирует перистальтику кишечного тракта, ферменты, использующиеся в пищеварительном тракте, улучшая пищеварение и усвоение питательных веществ.

Какие бывают углеводы

Хлеб, крупы, макароны, овощи, фрукты, сахар – это все продукты растительного происхождения, которые состоят преимущественно из углеводов или моно-, ди- и полисахаридов.

Моносахариды: это простые углеводы, которые не распадаются под воздействием пищеварительных ферментов. Глюкоза и фруктоза – это моносахарид, которые содержатся во многих фруктах, соках, меде и называются сахарами. В организм они поступают как сами по себе, если вы, например, съели ложку сахара или же образуются в процессе пищеварения из более сложных углеводов.

Как только в организме оказывается много свободной глюкозы, активизируется поджелудочная железа, которая выделяет гормон инсулин, благодаря которому глюкоза перенаправляется в ткани, где она используется для синтеза гликогена, а при значительном избытке – и для синтеза жиров (вот он эффект от лишних тортиков и злоупотребления фруктовыми соками!) Чтобы моносахариды были нам друзьями, а не врагами, их количество в питании не должно превышать 25-35 % общего количества съеденных за сутки углеводов.

Грубо говоря, на каждые 2 чайные ложки сахара (моносахариды или простые углеводы) надо употреблять 100 граммов овсянки (сложные углеводы).

Держите себя в руках с простыми углеводами

Нынче очень модно заменять глюкозу фруктозой под эгидой, что – это якобы более полезно и она не запасается в виде жира. Это неправда: глюкоза и фруктоза – родные братья. Их различает только то, что у глюкоза содержит альдегидную функциональную группу, а фруктоза – кетогруппу.

Дисахариды: это составная часть олигосахаридов, которая состоит из 2-10 моносахаридов. Основные дисахариды – это сахароза (обычный столовый сахар), состоящая из остатков глюкозы и фруктозы, мальтоза (солодовые экстракты злаковых, проросшие зерна) или два соединенных между собой остатка глюкозы, лактоза (молочный сахар) имеющая в своем составе остаток глюкозы и галактозы. Все дисахариды имеют сладковатый вкус.

Полисахариды: это сложные углеводы, состоящие из многих сотен или тысяч связанных между собой моносахаридов. Этот вид углеводов содержится в крахмале (картофель, крупы, хлеб, рис и др.), в «животном крахмале» – гликогене, в пищевая клетчатка и пектин (фрукты, овощи, злаки, бобовые, отруби и др.) и легкоусвояемом инулине (топинамбур, корень цикория, лук, чеснок, бананы, ячмень, рожь).

Сколько нужно углеводов?

ВОЗ и РАМН рекомендует есть по 4 г углеводов на каждый кг массы тела. То есть для девушки весом 60 кг нужно съедать 240 г углеводов. Это примерно 360 г отваренного круглого риса, или 1,5 кг варёной картошки, или 2,6 кг сладких яблок, или 12 кг сельдерея.

4 г на каждый кг веса – это рекомендации для малоактивных людей. Для незначительно умеренно активных норма 5-6г, для умеренно активных (например, 3 силовых тренировки в неделю по часу) – 6-7 г. Спортсменам же рекомендуют есть не менее 8-10 г углеводов на каждый кг их мускулистого тела.

А что если без них? Риски белковых (безуглеводных) диет

Да, люди – белковая форма жизни, которая может существовать и без употребления углеводов в пищу, но это нездорово, безграмотно и в перспективе нанесет вред здоровью. Потому что уменьшение содержания углеводов в пище усиливает распад клеточных белков, окисление жиров и образование кетоновых тел, что может привести к ацидозу, то есть увеличить кислотность в организме.

Обычно продукты окисления органических кислот быстро удаляются из организма, но при голодании или низкоуглеводной диете, они задерживаются в организме, что в лучшем случае приведет к появлению в моче ацетоуксусной кислоты и ацетона, а в тяжёлых может привести к коме (такое случается с диабетиками).

Осторожнее с белковыми диетами Дюкана

У “дюкановцев” случается метаболический ацидоз – при недостатке углеводов в тканях накапливаются кислые продукты, то есть возникает кето- или лактоацидоз.

Кетоацидоз возникает вследствие дефицита инсулина. Когда вы едите критически мало углеводов (менее 2 г на кг тела) довольно продолжительное время, то организм подпитывает себя энергией за счет гликогена и запасённых жиров. Мозг же получает энергию в основном утилизируя глюкозу и ацетон для него является токсичным веществом.Непосредственное расщепление жиров не может обеспечить необходимой энергией головной мозг, а так как запасы гликогена относительно невелики (500 г) и истощаются в течение первых дней после отказа от углеводов, то организм может обеспечить мозг энергией либо с помощью глюконеогенеза (внутреннего синтеза глюкозы), либо путём повышения концентрации кетоновых тел в крови для переключения других тканей и органов на альтернативный источник энергии.

В норме при дефиците углеводистой пищи печень из ацетил-КоА синтезирует кетоновые тела - возникает кетоз, не вызывающий электролитных нарушений (является вариантом нормы). Однако в ряде бескомпромиссных случаев также возможна декомпенсация и развитие ацидоза и может привести к диабетической кетоацидотической коме.

Жиры при низкоуглеводных диетах сжигаются хуже, чем при нормальном, сбалансированном питании, так как обычно жиры соединяются с углеводами для последующего преобразования в энергию, а при недостатке углеводов происходит неполноценное сжигание жиров, и образуется побочный продукт – кетоны, которые накапливаются в крови и моче, что вызывает кетоз. Кетоз приводит к снижению аппетита (организм думает, что он на грани выживания), снижается работоспособность, вялость, усталость и раздражительность становятся нормой.

Перебор с углеводами

Систематический перебор с углеводами приводит к преобладанию процессов брожения в кишечнике, а также ожирению, атеросклерозу, сахарному диабету второго типа, так как часть углеводов превращается в жиры и холестерин, которые лежат мёртвым грузом на внутренних органах, поверх наших красивых мышц и всячески вредят кровеносной системе.

Для того, чтобы быть здоровым на самом деле нужно уметь удовлетворять потребности организма таким образом, чтобы было хорошо всему телу в целом, при этом оставаясь в нормальных здоровых рамках. Важно чтобы все органы чувств (в том числе и ваш мозг) радовались еде, чтобы принятие пищи доставляло положительные эмоции.

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.

Самый распространенный вид органических соединений, обеспечивающий жизнедеятельность всех организмов - углеводы. Эти нутриенты принимают активное участие в процессах метаболизма питательных веществ. Углеводы выглядят, как органические соединения, состоящие из углерода, кислорода и водорода.

Наряду с жирами и белками, углеводы являются одной из основных групп пищевых веществ. Они являются легкодоступными веществами и быстро усваиваются, именно их принято считать основными энергетиками нашего организма.

И все-таки, для чего нужны углеводы в организме, какие из них являются наиболее важными и откуда их восполнять?

Углеводы - это чистая энергия, их важнейшая функция в организме - энергетическая . Без углеводов человеческая жизнь на нашей планете была бы невозможной, они обеспечивают большую часть энергетической потребности человеческого организма. Без их активного участия не сможет сдвинуться с места ни одна мышца, не будет работать дыхательная система, мозг, невозможно сердцебиение.

Участвуя во всех процессах жизнедеятельности человеческого тела, углеводы входят в состав клеточных мембран, соответственно, под их воздействием происходит образование кирпичиков, из которых состоит человек. Поскольку углеводы входят в состав всех слизистых оболочек человека и компонентов иммунной системы, они выполняют защитную функцию организма от бактерий, грибков, различных вирусов и даже механических воздействий.

Наш кишечник должен не только выполнять функцию всасывания полезных веществ из пищи, но и выводить шлаки. Очищение - одна из важных функций углеводов в организме.

Углеводы, как один из важных источников энергии полностью расходуются организмом, не оставляя шлаков. Они входят в состав ДНК, РНК и АТФ активно выполняя в организме еще и строительную функцию.

Виды углеводов и их функции

По химической структуре углеводы условно разделены на сложные (полисахариды) и простые (дисахариды и моносахариды.)

Полисахариды – это сложные углеводы, которые состоят из множества моносахаридов. Среди них такие важнейшие, как клетчатка, крахмал, гликоген.

Моносахариды — самые простые углеводы, которые под воздействием пищеварительных ферментов не расщепляются. К ним относятся фруктоза и глюкоза.

Дисахариды , состоящие из двух остатков моносахаридов, к ним относятся лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар) и сахароза (обычный сахар).

Незначительная часть углеводов синтезируется организмом. Они накапливаются в виде гликогена в клетках печени, мышцах и других тканях, образуя мощный энергетический резерв организма. Однако большая часть попадает в организм человека с пищей.

Наше здоровье зависит от качества нутриентов поступающих в организм. Важную роль углеводов в организме человека доказали многочисленные исследования, проводимые в течение нескольких десятилетий. На бытовом уровне их разделяют на два вида: вредные и полезные.

Так, где же содержатся полезные, а где вредные?

Вредные углеводы . Они попадают в организм из сладостей: тортов, пирожных, булок, мороженого, очищенного сахара, рафинированных и быстроусвояемых продуктов. Поскольку они быстро усваиваются, их еще называют быстрыми, если ими злоупотреблять, оседают на талии и бедрах.

Полезные углеводы. Их поставщиками в организм являются макаронные изделия из твердых сортов пшеницы, ягоды, фрукты, сухофрукты, мед, овощи, молоко, проросшие зерна, отрубной хлеб, злаки.

Зачем нужны быстрые углеводы?

Быстрые углеводы в ограниченных дозах способны принести организму только пользу. Например, 20 г горького шоколада приведут в порядок нервную систему, помогут снять стресс и доставить удовольствие. А в больших дозах они откладываются в жир и могут стать основной причиной ожирения и связанных с ним последствий.

Гликемический индекс

Для определения скорости расщепления и всасывания углеводов предложен показатель, названный гликемическим индексом. За точку отсчета принята глюкоза. При попадании в организм продукта с высоким гликемическим индексом, стремительно возрастает уровень сахара в крови, поджелудочная железа дает выброс инсулина, он снижает уровень сахара в крови и излишек сахара преобразуется в жир. Это приводит к избыточной массе тела, возникает опасность сахарного диабета и артериальной гипертензии.

Когда мы употребляем в пищу продукты, содержащие низкий гликемический индекс они перевариваются медленно и расщепляются до глюкозы тоже медленно, не вызывая увеличения уровня сахара в крови. Поджелудочная железа размеренно вырабатывает инсулин, поскольку не перерабатывает излишки сахара и чувство насыщения более продолжительное.

Отсюда можно сделать вывод: правильный углеводный рацион следует составлять преимущественно из углеводов с низким гликемическим индексом.

Гипогликемия

Мы уже поняли что дают организму углеводы, но что произойдет, если снизить их количество в рационе до минимума?

Недостаток углеводов (гипогликемия) способен нанести вред организму . При недостаточном количестве углеводов в организме у человека снижается умственная и физическая активность, может наблюдаться слабость, появление дрожи в руках и ногах, периодическая головная боль, уменьшается количество сахара в крови. При этом достаточно съесть небольшой кусочек шоколада, и все быстро восстанавливается.

При длительной белковой диете, недостаток углеводов приобретает выраженный хронический характер, происходит постепенное истощение запасов гликогена в печени и вместо него в ее клетках откладывается жир. Нередко это вызывает перерождение печени. Таким образом, углеводы организму не просто нужны, а необходимы, однако их употребление должно быть сбалансированным, исходя из потребности человека в энергии.

Роль углеводов в организме человека велика, эти важные нутриенты на 60 процентов обеспечивают наш организм необходимой энергией, а белки и жиры восполняют остальную долю.

Чтобы обеспечить свой организм необходимым количеством углеводов следует заботиться о сбалансированном полноценном рационе питания.

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

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

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

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

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

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