Функции углеводов. Функция углеводов в клетке

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.

Триозы – содержат в основе молекулы три атома углерода. В свободном виде встречаются редко. Производные триоз, содержащие фосфор, образуются при расщеплении углеводов в организме человека.
Тетрозы распространены мало.
Пентозы (5 атомов углерода в скелете молекулы) встречаются в природе чаще, обычно, как составляющая часть более крупных соединений.
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.

Сложные углеводы с очень большой молекулярной массой называют несахароподобными или полисахаридами.
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.

), 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

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.
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.
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.
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.
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.

Говоря о роли углеводов в организме человека, особое внимание стоит уделить клетчатке и пектинам – трудноусвоямым углеводам, которые не являются энергетическими источниками, но тем не менее играют крайне важную функцию. Подробно о том, для чего нужны углеводы человеку, какие бывают виды углеводов, и чем опасен их переизбыток – вашему вниманию в этом материале.

Виды углеводов: простые и сложные, легкоусвояемые и трудноусвояемые

Углеводы активно питают головной мозг и обеспечивают большую часть энергетических потребностей организма. Для чего именно нужны углеводы, и какую они выполняют функцию?

Углеводы, которые поступают в наш организм, подразделяются на четыре вида. Углеводы бывают простые и сложные, легкоусвояемые и трудноусвояемые.

Основными простыми углеводами являются: глюкоза, галактоза и фруктоза (моносахариды), а также сахароза, лактоза и мальтоза (дисахариды). Они очень быстро всасываются и резко повышают уровень сахара в крови.

Когда говорят о необходимости ограничить легко усваиваемые углеводы, то речь идет, прежде всего, о продуктах, содержащих в больших количествах глюкозу и сахарозу: сахаре, меде, сладостях.

К сложным видам углеводов (полисахаридам) относятся: крахмал, гликоген, клетчатка, пектины. Многие диетологи советуют планировать свой рацион так, чтобы 60 % его составляли углеводы - один из важнейших источников питательных веществ и энергии. 1 г усвояемых углеводов при окислении в организме дает 16,7 кДж (4 ккал). Углеводы необходимы для нормального обмена белков и жиров. Для чего нужен этот вид углеводов в организме человека и как он влияет на пищеварение? В комплексе с белками они синтезируют некоторые гормоны и ферменты, секреты слюнных и других образующих слизь желез, а также иные биологически важные соединения.

Особое значение имеют пищевые волокна (клетчатка и пектины), которые почти не перевариваются в кишечнике и не являются источниками энергии. Однако эти «балластные вещества», трудноусвояемые углеводы, играют важнейшую роль в питании, стимулируя деятельность кишечника и улучшая пищеварение.

Крахмал медленно переваривается, расщепляясь до глюкозы. И так же медленно, но зато на длительное время повышает уровень сахара в крови. Когда возникает необходимость ограничить «тяжелые» (трудноусвояемые) углеводы, то в первую очередь имеется в виду крахмал. Крахмал, поступающий в организм из риса, манной крупы, картофеля и хлеба, переваривается легче и быстрее, чем тот, который содержится в пшене, гречневой, перловой и ячневой крупах, горохе и фасоли. Крахмал в натуральном виде, например в киселях, усваивается очень быстро. А вот поджаривание круп, напротив, затрудняет его усвоение.

Гликоген, называемый также животным крахмалом, поскольку содержится исключительно в животных продуктах, откладывается в клетках мышц и печени. Он образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный дефицит глюкозы, а также расходуется нашими мышцами при физических нагрузках.

Заболевания, связанные с избытком углеводов в организме

Углеводы – главный источник энергии в организме, однако во всем нужно соблюдать меру. Избыток углеводов в организме - весьма распространенная причина нарушения обмена веществ и вызванных им заболеваний. При рациональном питании до 30 % углеводов пищи способно переходить в жиры. При избытке углеводов этот процент значительно повышается, что неизбежно ведет к накапливанию избыточного веса. Поэтому при важно ограничить употребление легкоусвояемых углеводов.

Систематическое чрезмерное потребление углеводов при недостатке в рационе пищевых волокон способствует возникновению и прогрессированию сахарного диабета, в особенности при наследственной предрасположенности к нему. Это обусловлено перегрузкой, а затем истощением клеток поджелудочной железы, вырабатывающей необходимый для усвоения глюкозы инсулин.

Нарушения жирового обмена, характерные для атеросклероза, также могут быть спровоцированы избыточным потреблением легкоусвояемых углеводов, особенно сахарозы.

Так что значительно полезнее черпать необходимые организму углеводы из овощей, фруктов, зерновых и бобовых.

Злоупотребление продуктами, в которых содержится много сахара, ведет к гипергликемии - повышению уровня глюкозы в крови. Это отрицательно влияет на клетки кровеносных сосудов, способствует склеиванию тромбоцитов в крови, что создает опасность возникновения тромбозов, особенно при и . Кроме того, ученые установили, что в данном случае резко возрастает чувствительность организма к различной природы аллергенам и снижается сопротивляемость инфекциям.

Ещё одно заболевание, связанное с избытком углеводов, это кариес зубов.

Стрептококки, обитающие в полости рта, способны расщеплять глюкозу и фруктозу с образованием кислот (пировиноградной, молочной). В результате среда во рту становится кислой и кислоты начинают образовывать соли с кальцием зубной эмали. Эмаль разрушается, микроорганизмы проникают глубоко в костную ткань зуба, что является началом кариозного процесса. Да еще вдобавок в кислой среде замедляется рост нормальной микрофлоры и развивается : в микрофлоре ротовой полости повышается уровень самого кариесогенного микроорганизма -Streptococcus rautans.

Сладости также способствуют адгезии (прилипанию) микроорганизмов к эмали зубов.

Для чего нужны углеводы в организме человека

Наш кишечник должен не только хорошо всасывать полезные вещества из пищи, но и регулярно выводить шлаки. Одна из важных функций, для чего нужны углеводы в организме, - это очищение.

Как уже говорилось, наш организм снабжен различными эффективными механизмами самоочищения. Основные пути выведения вредных веществ через легкие, печень, кишечник (со стулом), кожу (с потом) и почки (с мочой).

Однако у большинства людей органы, отвечающие за очищение, постоянно работают в усиленном режиме и испытывают серьезные нагрузки. Так, например, печени, которую по праву называют главным фильтром организма, сплошь и рядом приходится иметь дело с жирной пищей, химическими пищевыми добавками, алкоголем, большим количеством лекарств.

Очень опасны запоры: кишечник не выводит отходы, а вместо этого абсорбирует и накапливает токсины, что ведет к самоотравлению организма.

Для того чтобы этого не произошло, следует обязательно включить в свой рацион достаточное количество пищевых волокон, которые восстановят моторику и обеспечат ежедневное опорожнение кишечника.

К ним относятся клетчатка (целлюлоза), образующая оболочки растительных клеток, и пектины, связывающие эти клетки между собой. Клетчатка стимулирует двигательную функцию кишечника и желчеотделение, формирует каловые массы, создает чувство насыщения, способствует выведению из организма холестерина. Пектины впитывают в себя вредные вещества, уменьшают в кишечнике гнилостные процессы, способствуют заживлению его слизистой оболочки. Эти свойства пектинов широко используются при лечении . Пектинами богаты : фрукты, ягоды и некоторые овощи (свекла, морковь, петрушка).

Длительный недостаток в рационе «балластных» веществ ведет к запорам, способствует возникновению дивертикул, полипоза, геморроя и даже рака толстой и прямой кишки, а также является одним из факторов риска в развитии атеросклероза, желчнокаменной болезни.

Однако избыточное потребление пищевых волокон также вредно, поскольку влечет за собой вздутие живота, усиленное газообразование с явлениями метеоризма, ухудшение усвоения белков, жиров, кальция, железа и других микроэлементов.

Продукты с низким и высоким содержанием клетчатки

Ниже приводится количество клетчатки (г) на 100 г продукта:

Очень высокое (более 1,5) содержание клетчатки в следующих продуктах питания: пшеничные отруби, фасоль, орехи, овсяная крупа, свежие грибы, малина, клубника, черника, черная, белая и красная смородина, клюква, крыжовник, чернослив.
Высокое (1-1,5). Гречневая, перловая и ячневая крупы, овсяные хлопья «Геркулес», лущеный горох, картофель, морковь, белокочанная капуста, зеленый горошек, баклажаны, сладкий болгарский перец, тыква, щавель, айва, апельсины, лимоны, брусника.
Умеренное (0,6-0,9). Ржаной хлеб, пшено, зеленый лук, огурцы, свекла, помидоры, редис, цветная капуста, дыня, абрикосы, груши, персики, яблоки, бананы, мандарины.
Низкое (0,3-0,5). Рис, кабачки, листовой салат. Также к продуктам с низким содержанием клетчатки относятся арбуз, вишни, сливы, черешня.

Продукты питания, обогащенные клетчаткой

Ржаные отруби очень богаты группы В, магнием, калием, клетчаткой. Их добавляют в мучные изделия, каши, супы, компоты, а также используют для приготовления целебного напитка - отвара отрубей. Эти продукты, обогащенные клетчаткой, включают в состав диет при гипертонии, сахарном диабете, атеросклерозе, ожирении, запорах, желчнокаменной болезни. Особенно полезны отмытые от крахмала безуглеводные отруби.

Белково-отрубяной хлеб с увеличением содержания белков и уменьшением количества углеводов (соответственно до 23 % и 16 %) является диетическим продуктом. В этом хлебе очень много витаминов группы В, микроэлементов и клетчатки. Но при этом его энергетическая ценность составляет всего лишь 0,76 МДж (180 ккал). Этот продукт с высоким содержанием клетчатки включают в состав диет при сахарном диабете, ожирении и других заболеваниях, связанных с .

Докторский хлеб с отрубями также является продуктом с высоким содержанием клетчатки, витаминов группы В и микроэлементов. Он Включается в состав диет при запорах, атеросклерозе, ишемической болезни сердца и желчнокаменной болезни.

Бессолевой хлеб из ржаной муки содержит всего лишь 52 мг натрия в 100 г продукта (вместо 300-400 мг в других видах хлеба). Его включают в состав диет при гипертонии, нарушениях кровообращения, заболеваниях почек.

Статья прочитана 5 396 раз(a).

Химические свойства клеток, входящих в состав живых организмов, зависят прежде всего от количества атомов углерода, составляющих до 50% сухой массы. Атомы карбона находятся в главных органических веществах: белках, нуклеиновых кислотах, липидах и углеводах. К последней группе относятся соединения карбона и воды, соответствующие формуле (CH 2 O) n , где n равно или больше трех. Кроме углерода, гидрогена и оксигена, в состав молекул могут входить атомы фосфора, азота, серы. В данной статье мы изучим роль углеводов в организме человека, а также особенности их строения, свойств и функций.

Классификация

Данную группу соединений в биохимии разделяют на три класса: простые сахара (моносахариды), полимерные соединения с гликозидной связью - олигосахариды и биополимеры с большой молекулярной массой - полисахариды. Вещества вышеназванных классов встречаются в различных видах клеток. Например, крахмал и глюкоза имеются в растительных структурах, гликоген - в гепатоцитах человека и клеточных стенках грибов, хитин - в наружном скелете членистоногих. Все вышеперечисленные вещества - это углеводы. Роль углеводов в организме универсальна. Они - основной поставщик энергии для жизненных проявлений бактерий, животных и человека.

Моносахариды

Имеют общую формулу C n H 2 n O n и делятся на группы в зависимости от количества атомов карбона в молекуле: триозы, тетрозы, пентозы и так далее. В составе клеточных органелл и цитоплазме простые сахара имеют две пространственные конфигурации: циклическую и линейную. В первом случае атомы углерода соединяются друг с другом ковалентными сигма-связями и образуют замкнутые циклы, во втором случае углеродный скелет не замкнут и может иметь разветвления. Чтобы определить, какова роль углеводов в организме, рассмотрим наиболее распространенные из них - пентозы и гексозы.

Изомеры: глюкоза и фруктоза

Они имеют одинаковую молекулярную формулу C 6 H 12 O 6 , но различные структурные виды молекул. Ранее мы уже называли главную роль углеводов в живом организме - энергетическую. Вышеназванные вещества расщепляются клеткой. В результате происходит выделение энергии (17,6 кДж из одного грамма глюкозы). Кроме этого, синтезируется 36 молекул АТФ. Распад глюкозы происходит на мембранах (кристах) митохондрий и представляет собой цепь ферментативных реакций - Цикл Кребса. Он является важнейшим звеном диссимиляции, протекающей во всех без исключения клетках гетеротрофных эукариотических организмов.

Глюкоза образуется также в миоцитах млекопитающих вследствие расщепления в мышечной ткани запаса гликогена. В дальнейшем она используется как легко распадающееся вещество, так как обеспечение клеток энергией - это основная роль углеводов в организме. Растения являются фототрофами и самостоятельно образуют глюкозу в процессе фотосинтеза. Эти реакции называются циклом Кальвина. Исходным веществом служит углекислый газ, а акцептором - риболёзодифосфат. Синтез глюкозы происходит в матриксе хлоропластов. Фруктоза, имея такую же молекулярную формулу, как и глюкоза, содержит в молекуле функциональную группу кетонов. Она более сладкая, чем глюкоза, и находится в меде, а также соке ягод и фруктов. Таким образом, биологическая роль углеводов в организме заключается прежде всего в использовании их в качестве быстрого источника получения энергии.

Роль пентоз в наследственности

Остановимся еще на одной группе моносахаридов - рибозе и дезоксирибозе. Их уникальность заключается в том, что они входят в состав полимеров - нуклеиновых кислот. Для всех организмов, включая неклеточные формы жизни, ДНК и РНК являются главными носителями наследственной информации. Рибоза входит в молекулы РНК, а дезоксирибоза содержится в нуклеотидах ДНК. Следовательно, биологическая роль углеводов в организме человека состоит в том, что они участвуют в образовании единиц наследственности - генов и хромосом.

Примерами пентоз, содержащих альдегидную группу и распространенных в растительном мире, являются ксилоза (содержится в стеблях и семенах), альфа-арабиноза (находится в камеди косточковых плодовых деревьев). Таким образом, распространение и биологическая роль углеводов в организме высших растений достаточно велики.

Что такое олигосахариды

Если остатки молекул моносахаридов, например, таких как глюкоза или фруктоза, связаны ковалентными связями, то образуются олигосахариды - полимерные углеводы. Роль углеводов в организме как растений, так и животных разнообразна. Особенно это касается дисахаридов. Наиболее распространены среди них сахароза, лактоза, мальтоза и трегалоза. Так, сахароза, иначе называемая тростниковым или содержится в растениях в виде раствора и запасается в их корнеплодах или стеблях. В результате гидролиза образуются молекулы глюкозы и фруктозы. имеет животное происхождение. У некоторых людей наблюдается непереносимость этого вещества, связанная с гипосекрецией фермента лактазы, который расщепляет молочный сахар на галактозу и глюкозу. Роль углеводов жизнедеятельности организма разнообразна. Например, дисахарид трегалоза, состоящий из двух остатков глюкозы, входит в состав гемолимфы ракообразных, пауков, насекомых. Также он встречается в клетках грибов и некоторых водорослей.

Еще один дисахарид - мальтоза, или солодовый сахар, содержится в зерновках ржи или ячменя при их прорастании, представляет собой молекулу, состоящую из двух остатков глюкозы. Она образуется в результате распада растительного или животного крахмала. В тонком кишечнике человека и млекопитающих мальтоза расщепляется под действием фермента - мальтазы. При его отсутствии в панкреатическом соке возникает патология, обусловленная непереносимостью в продуктах питания гликогена или растительного крахмала. В этом случае используют специальную диету и добавляют в рацион питания сам фермент.

Сложные углеводы в природе

Они распространены очень широко, особенно в растительном мире, являются биополимерами и имеют большую молекулярную массу. Например, в крахмале она равна 800 000, а в целлюлозе - 1 600 000. Полисахариды отличаются между собой составом мономеров, степенью полимеризации, а также длиной цепей. В отличие от простых сахаров и олигосахаридов, которые хорошо растворяются в воде и имеют сладковатый вкус, полисахариды гидрофобны и безвкусны. Рассмотрим роль углеводов в организме человека на примере гликогена - животного крахмала. Он синтезируется из глюкозы и резервируется в гепатоцитах и клетках скелетных мышц, где его содержание в два раза выше, чем в печени. К образованию гликогена способны также подкожная жировая клетчатка, нейроциты и макрофаги. Другой полисахарид - растительный крахмал, является продуктом фотосинтеза и образуется в зеленых пластидах.

С самого начала человеческой цивилизации главными поставщиками крахмала были ценные сельскохозяйственные культуры: рис, картофель, кукуруза. Они до сих пор являются основой пищевого рациона подавляющего большинства жителей Земли. Именно поэтому так ценны углеводы. Роль углеводов в организме состоит, как мы видим, в их применении в качестве энергоемких и быстро усваиваемых органических веществ.

Существует группа полисахаридов, мономерами которых являются остатки гиалуроновой кислоты. Они называются пектинами и являются структурными веществами клеток растений. Особенно богаты ими кожура яблок, жом свеклы. Клеточные вещества пектины регулируют внутриклеточное давление - тургор. В кондитерской промышленности они используются как желеобразующие вещества и загустители при производстве высококачественных сортов зефира и мармелада. В диетическом питании применяются как биологически активные вещества, хорошо выводящие токсины из толстого кишечника.

Что такое гликолипиды

Это интересная группа комплексных соединений углеводов и жиров, находящихся в нервной ткани. Из неё состоит головной и спинной мозг млекопитающих. Гликолипиды встречаются также в составе клеточных мембран. Например, у бактерий они участвуют в Часть этих соединений является антигенами (вещества, выявляющие группы крови системы Ландштейнера АБ0). В клетках животных, растений и человека, кроме гликолипидов, присутствуют и самостоятельные молекулы жиров. Они выполняют прежде всего энергетическую функцию. При расщеплении одного грамма жира выделяется 38,9 кДж энергии. Для липидов характерна также структурная функция (входят в состав клеточных мембран). Таким образом, эти функции выполняют углеводы и жиры. Их роль в организме исключительно велика.

Роль углеводов и липидов в организме

В клетках человека и животных могут наблюдаться взаимные превращения полисахаридов и жиров, происходящие в результате обмена веществ. Учеными-диетологами установлено, что излишнее потребление крахмалистой пищи приводит к накоплению жира. Если человек имеет нарушения со стороны поджелудочной железы в плане выделения амилазы или ведет малоподвижный образ жизни, его вес может сильно увеличиться. Стоит помнить, что богатая углеводами пища расщепляется в основном в двенадцатиперстной кишке до глюкозы. Она всасывается капиллярами ворсинок тонкого кишечника и депонируется в печени и мышцах в виде гликогена. Чем более интенсивный обмен веществ в организме, тем активнее он расщепляется до глюкозы. Затем она используется клетками как основной энергетический материал. Данная информация служит ответом на вопрос о том, какую роль играет углеводы организме человека.

Значение гликопротеидов

Соединения этой группы веществ представлены комплексом углевод + белок. Их еще называют гликоконъюгатами. Это антитела, гормоны, мембранные структуры. Новейшими биохимическими исследованиями установлено: если гликопротеиды начинают изменять свою нативную (природную) структуру, это приводит к развитию таких сложнейших заболеваний, как астма, ревматоидный артрит, рак. Роль гликоконъюгатов в метаболизме клетки велика. Так, интерфероны подавляют размножение вирусов, иммуноглобулины защищают организм от патогенных агентов. Белки крови также относятся к этой группе веществ. Они обеспечивают защитные и буферные свойства. Все вышеперечисленные функции подтверждает тот факт, что физиологическая роль углеводов в организме разнообразна и чрезвычайно важна.

Где и как образуются углеводы

Основные поставщики простых и сложных сахаров - это зеленые растения: водоросли, высшие споровые, голосеменные и цветковые. Все они содержат в клетках пигмент хлорофилл. Он входит в состав тилакоидов - структур хлоропластов. Российский ученый К. А Тимирязев изучил процесс фотосинтеза, в результате которого образуются углеводы. Роль углеводов в организме растения заключается в накоплении крахмала в плодах, семенах и луковицах, то есть в вегетативных органах. Механизм фотосинтеза достаточно сложен и состоит из серии ферментативных реакций, протекающих как на свету, так и в темноте. Глюкоза синтезируется из углекислого газа под действием ферментов. Гетеротрофные организмы используют зеленые растения в качестве источника пищи и энергии. Таким образом, именно растения являются первым звеном во всех и называются продуцентами.

В клетках гетеротрофных организмов углеводы синтезируются на каналах гладкой (агранулярной) эндоплазматической сети. Затем они используются как энергетический и строительный материал. В растительных клетках углеводы дополнительно образуются в комплексе Гольджи, а затем идут на формирование целлюлозной клеточной стенки. В процессе пищеварения позвоночных животных соединения, богатые углеводами, частично расщепляются в ротовой полости и желудке. Основные же реакции диссимиляции происходят в двенадцатиперстной кишке. В неё выделяется поджелудочный сок, содержащий фермент амилазу, расщепляющий крахмал до глюкозы. Как уже было ранее сказано, глюкоза всасывается в кровь в тонком кишечнике и разносится по всем клеткам. Здесь она используется как источник энергии и структурное вещество. Это объясняет, какую роль в организме играют углеводы.

Надмембранные комплексы гетеротрофных клеток

Они характерны для животных и грибов. Химический состав и молекулярная организация этих структур представлены такими соединениями, как липиды, белки и углеводы. Роль углеводов в организме - это участие в и построении мембран. В клетках человека и животных есть особый структурный компонент, называемый гликокаликсом. Этот тонкий поверхностный слой состоит из гликолипидов и гликопротеидов, связанных с цитоплазматической мембраной. Он обеспечивает непосредственную связь клеток с внешней средой. Здесь же происходит восприятие раздражений и внеклеточное пищеварение. Благодаря своей углеводной оболочке клетки слипаются друг с другом, образуя ткани. Это явление называется адгезией. Добавим также, что «хвосты» углеводных молекул находятся над поверхностью клетки и направлены в межтканевую жидкость.

Другая группа гетеротрофных организмов - грибы, также имеет поверхностный аппарат, называемый клеточной стенкой. В неё входят сложные сахара - хитин, гликоген. Некоторые виды грибов содержат также растворимые углеводы, например трегалозу, называемую грибным сахаром.

У одноклеточных животных, таких как инфузории, поверхностный слой - пелликула, также содержит комплексы олигосахаридов с белками и липидами. У некоторых простейших пелликула достаточно тонкая и не мешает изменению формы тела. А у других она утолщается и становится прочной, как панцирь, выполняя защитную функцию.

Клеточная стенка растений

Она также содержит большое количество углеводов, особенно целлюлозы, собранной в виде пучков волокон. Эти структуры формируют каркас, погруженный в коллоидный матрикс. Он состоит в основном из олиго- и полисахаридов. Клеточные стенки растительных клеток могут одревесневать. В этом случае промежутки между пучками целлюлозы заполняются другим углеводом - лигнином. Он усиливает опорные функции клеточной оболочки. Часто, особенно у многолетних древесных растений, наружный слой, состоящий из целлюлозы, покрывается жироподобным веществом - суберином. Он препятствует попаданию внутрь растительных тканей воды, поэтому нижележащие клетки быстро отмирают и покрываются слоем пробки.

Суммируя вышесказанное, мы видим, что в клеточной стенке растений тесно взаимосвязаны углеводы и жиры. Их роль в организме фототрофов трудно недооценить, так как гликолипидные комплексы обеспечивают опорную и защитную функции. Изучим разнообразие углеводов, характерных для организмов царства Дробянки. К нему относятся прокариоты, в частности бактерии. Их клеточная стенка содержит углевод - муреин. В зависимости от строения поверхностного аппарата бактерии разделяют на грамположительные и грамотрицательные.

Строение второй группы более сложное. Эти бактерии имеют два слоя: пластичный и ригидный. Первый содержит мукополисахариды, например муреин. Его молекулы имеют вид крупных сетчатых структур, образующих капсулу вокруг бактериальной клетки. Второй слой состоит из пептидогликана - соединения полисахаридов и белков.

Липополисахариды клеточной стенки позволяют бактериям прочно прикрепляться к различным субстратам, например, к зубной эмали или к мембране эукариотических клеток. Кроме этого, гликолипиды способствуют слипанию бактериальных клеток между собой. Таким путем образуются, например, цепочки стрептококков, грозди стафилококков, более того, некоторые виды прокариот имеют дополнительную слизистую оболочку - пеплос. Она содержит в своем составе полисахариды и легко разрушается под действием жесткого радиационного излучения или при контакте с некоторыми химическими веществами, например антибиотиками.

Действительно ли углеводы являются причиной лишнего веса? Эффективны ли безуглеводные диеты? И зачем вообще нужны углеводы в организме человека?
Пришло время, наконец-то, закрыть для себя все эти вопросы.

Среди всех органических веществ на нашей планете углеводы являются наиболее распространенными, то есть составляют основу жизни на планете. В пищу человек употребляет простые углеводы (моно- и дисахариды: глюкозу, фруктозу, сахарозу, лактозу и пр.) и сложные (полисахариды), цепочки которых состоят из простых молекул. Полисахариды условно делят на усваиваемые (например, крахмал и инулин) и неусваиваемые (клетчатку).

Переведем все это в гастрономическую плоскость:
— простые углеводы – это сахара, содержащиеся во фруктах и сладких овощах, молоке и, собственно, сладостях
— сложные углеводы содержатся в крупах и мучных изделиях, орехах и бобовых, овощах, корнеплодах
— клетчаткой богаты оболочки зерна, зелень и некоторые овощи (кабачки, тыква, свекла, морковь и др.).

Роль углеводов в организме

Попадая в организм, любой углевод расщепляется до глюкозы. Ее организм не в состоянии разрушить, и она просто проходит по ЖКТ в неизменном виде, попутно улучшая пищеварение. Глюкоза – прямой источник энергии для организма. Специальный гормон — инсулин, транспортирует глюкозу к нуждающимся в ней тканям, где она выполняет роль «топлива».

Умеет тело и запасать глюкозу. Она выстраивается в цепочки гликогена, который хранится в печени и мышцах на случай длительного голода или физической активности. Помимо этого, глюкоза используется для формирования других важных углеводных соединений. Например, гиалуроновой кислоты, которая удерживает влагу в тканях кожи и способствует ее упругости. А еще, так необходимого для нормальной подвижности и прочности суставов — глюкозамина, входящего в состав хрящей и внутрисуставной жидкости.

Углеводные структуры входят и в состав слизи, которая покрывает стенки носоглотки, кишечника, репродуктивных органов, и защищает их от повреждений и инфекций. Также, углеводы в организме человека участвуют в регуляции густоты крови, в построении клеточных мембран и в работе целого ряда гормонов.

Кроме того, глюкоза — это единственное «топливо» для мозга. Если другие системы могут использовать в качестве источника энергии , то самому главному нашему органу необходимы именно углеводы.

Учитывая функции углеводов в организме, их дефицит чреват неприятными последствиями:
снижением общего иммунитета;
ухудшением пищеварения;
снижением когнитивных функций (памяти, концентрации внимания, реакции);
ухудшением эмоционального состояния;
нарушением менструального цикла у женщин;
повышенной утомляемостью.

При длительном ограничении углеводов организм может полностью перейти на использование и жиров в качестве «топлива». При их расщеплении образуются трудновыводимые продукты распада. Поэтому такое питание подходит далеко не всем.

Многие знают о способности углеводов удерживать воду. Именно благодаря этому «безуглеводки» дают результат быстрого похудения. В первые несколько дней стремительно «сливается» жидкость, что сопровождается приятными изменениями на весах. Но в долгосрочной перспективе это может ухудшить общую гидратацию тканей, в результате чего мышцы и кожа станут менее эластичными, а значит – слабыми и подверженными повреждениям.

Избыток углеводов

Перебарщивать с «углями» тоже нельзя, особенно с простыми. Злоупотребление ими стимулирует бродильные процессы в кишечнике, провоцирует угревую сыпь и аллергию. А также, способствует преждевременному старению кожи и внутренних органов.

Повышенное содержание глюкозы в крови вызывает резкий выброс инсулина. Данный гормон транспортирует глюкозу куда надо, но ее избыток организм откладывает про запас в виде жира. Если вы будете превышать рекомендуемую суточную калорийность белками или жирами, вы неизбежно поправитесь.

Но углеводы в организме человека чуть более коварны. Регулярное злоупотребление сахарами приводит к тому, что чувствительность клеток к инсулину снижается. В результате вес набирается еще быстрее, а сбрасываться будет тяжелее. А если продолжать углеводную «перегрузку», можно заполучить сахарный диабет.

Исследования показали, что люди, которые переедают свою норму калорий углеводами, более склонны к отложению жира на животе и внутри брюшной полости. Те же, кто превышал калорийность всеми нутриентами одинаково, показали более равномерное распределение жира на теле. Большое количество жира в области живота – прямая предпосылка к развитию болезней сердца, а посему есть повод задуматься.

Норма потребления углеводов

Что ж, хватит страшилок. Все есть лекарство и все есть яд. А значит, и в количестве углеводов найдется золотая середина.
Людям с невысокой активностью ВОЗ рекомендует употреблять около 4 г углеводов (на каждый килограмм массы тела) в сутки. Умеренно активным – 5-7 г. А спортсменам – целых 8-10 г на 1 кг своего веса. Желательно, чтобы простые углеводы составляли не более 30% от общего их количества.

Вывод

Ничего нового. Углеводы в организме так же необходимы, как и другие нутриенты. Просто не стоит перегибать палку. Вот и все.