Значение простых углеводов в организме. — нарушение углеводного обмена в организме

Белки, жиры и углеводы - это основные источники энергии человека. Белки ответственны за формирование органов, жиры - за формирование клеток и защиту внутренних органов, а вот с углеводами почему-то всегда возникает много вопросов. И далеко не каждый человек знает основную роль углеводов в организме человека. Так ли они необходимы, и нужны ли они вообще! Давайте разберемся.

Что такое углеводы?

Углеводы являются так называемыми микронутриентами - важный источник энергии для здорового функционирования и для жизнедеятельности клеток нашего организма. Если рассмотреть ежедневный рацион среднестатистического человека, то его большую часть будут занимать именно углеводы. Так что же это такое?

Углеводами называется отдельный класс химических соединений, относящихся к органическим, и обладающих общей структурной формулой. Это если рассматривать с точки зрения науки.

Другими же словами, углеводами принято называть молекулы, соединения, состоящие из атомов углерода, кислорода и водорода.

К данному классу химических соединений можно отнести крахмалсодержащие и сахаристые вещества. В зависимости от состава, меняется основная структурная формула этих жизненно важных элементов, соответственно, меняется и их функциональность.

Теоретически, углеводы разделяют на:

• простые - моно- и диасахариды;
• сложные, к которым относятся и полисахариды.

К группе простых относятся:

• глюкоза;
• фруктоза;
• галактоза;
• лактоза;
• сахароза;
• мальтоза.

Обычно сладкий вкус этих веществ достаточно просто определяется в составе продуктов и блюд. Они очень быстро растворяются в воде. Легко усваиваются в человеческом организме и быстро обогащают его энергией.

Вторую группу представляют такие углеводы, как крахмал, пектин, гликоген и клетчатка.

Функция углеводов в организме человека

При поступлении данных элементов в организм человека через растительную пищу, они позволяют высвобождать энергию, однако это далеко не единственная роль данных веществ. На самом деле, значение углеводов в организме человека огромное.

Наиболее важные функции, которые выполняют углеводы:

1. Очистка желудочно-кишечного тракта. Не все вещества, которые входят в состав многих продуктов и блюд являются полезными. Благодаря этим элементам, в том числе и клетчатке, происходит самостоятельное очищение. В противном случае возможна была бы интоксикация.
2. Питание органов. Глюкоза, которая является простым углеводом, питает ткани головного мозга, сердечной мышцы, а также принимает непосредственное участие в образовании гликоген - основной компонент для стабильного функционирования печени.
3. Повышение иммунитета. Благодаря гепарину происходит профилактика чрезмерной свертываемости крови, а с помощью полисахаридов происходит наполнение кишечника всеми необходимыми активными веществами, которые направляются на борьбу с инфекциями.
4. Строительный материал. Дело в том, что без данных веществ невозможно образование некоторых разновидностей клеток в организме человека. В качестве примера можно рассмотреть синтез нуклеиновых кислот и клеточной мембраны.
5. Регулировка обменных процессов. Процесс окисления может ускоряется или, наоборот, замедляться, в зависимости от данных везеств.
6. Помощь в процессе расщепления и усвоения белков и жиров, которые поступают в организм с пищей.

Чтобы углеводы помогали, а не вредили нашему организму, их необходимо употреблять в умеренном количестве, чтобы не допустить избытка данного вещества.

Переизбыток углеводов – заболевания и последствия

Основной проблемой, с которой человек может столкнуться в случае избытка углеводов в его организме является нарушенный обмен веществ. А при данном нарушении запускаются другие процессы, пагубно влияющие на состояние здоровья в целом. Среди них:

• замедление процесса расщепления питательных элементов и веществ;
• нарушения гормонального фона;
• повышенный уровень отложения жиров, что можно объяснить переходом углеводов в жировые молекулы;
• развитие или усугубление сахарного диабета, что происходит из-за истощения клеток щитовидной железы, отвечающих да выработку инсулина.

Из-за повышения уровня глюкозы в крови, в организме человека активизирует я множество негативных процессов и изменений. Среди них можно отметить увеличение вероятности склеивания тромбоцитов, что часто становится основной первопричиной тромбоза.

Сосуды становятся более хрупкими, в результате чего увеличивается риск возникновения патологий органов сердечно-сосудистой системы, в частности сердечной мышцы. Люди с избытком данных веществ чаще сталкиваются с проблемой инсультов и инфарктов.

Среди менее опасных последствий можно выделить развитие патогенной микрофлоры в ротовой полости под воздействием сочетания глюкозы и фруктозы с кислотой средой. Это провоцирует разрушение зубной эмали, развитие кариеса, при этом значительно ухудшается цвет зубов и их состояние в целом.

Сколько необходимо употреблять углеводов?

Чтобы питание было более сбалансированное, а количество углеводов не превышал норму, рекомендуется придерживаться следующих правил:

• детям в возрасте до года следует давать по 13 г углеводов на 1 кг массы тела;
• взрослым до 30 лет, при отсутствии серьезных физических нагрузок, достаточно 300-500 г углеводов в день;
• для женщин все эти нормы должны быть приблизительно на 30-50 грамм меньше;
• в случае занятий спортом и активного образа жизни, допускается превышение нормы на 40-50 грамм данного вещества в сутки.

Чтобы не нарушать функцию очищения кишечника, необходимо, чтобы клетчатка и пищевые волокна присутствовали в ежедневном рационе не менее 20 грамм.

Следует отметить, что в последнее время увеличился риск развития аллергической реакции на продукты, в составе которых имеются углеводы. Особенно это важно при включении подобных продуктов в рацион маленьких детей.

Продукты, богатые на содержание углеводов, лучше не употреблять в вечернее время суток, незадолго до сна. Ведь именно в это время происходит замедление обменных процессов в организме. Более того, выделяемая с помощью углеводов энергия будет невостребованной.

Это интересно

В случае с некоторыми отдельными сладкими продуктами огромную роль играет не только объем сахаров на 100 грамм этого продукта, но и количество влаги.

Дело в том, что вода с легкостью выводится из человеческого организма, при этом в работе остаются так называемые моносахариды. Ел же в продукте ее присутствует достаточное количество, то человек может получать больше глюкозы и других сахаров, чем необходимо.

Существует также теория, что человеку для получения достаточного количества клетчатки на день, необходимо всего лишь съесть одно яблоко. На самом деле это миф. Человеку требуется до пяти несладких фруктов в день с целью достижения нормального уровня суточного потребления.

Еще одним интересным моментом является то, что нельзя отдавать предпочтение только крахмалсодержащим углеводам или же моносахаридам. Необходимо обеспечить баланс примерно 1:1,5 в пользу крахмалсодержащих продуктов для нормального функционирования организма. Поэтому обязательно в рационе должны присутствовать каши, хлеб и другие подобные продукты в достаточном количестве.

Если не запивать водой или любой другой жидкостью продукты с содержанием подобных элементов, то в случае превышения нормы, риск превращения их в жиры значительно снижается. Поэтому диетологи рекомендуют пить только по истечению часа после приема пищи.

Мало кому известен также такой факт, что свежевыжатые соки необходимо употреблять в разбавленном виде. В таком случае снижается нагрузка на внутренние системы, и уменьшается калорийность употребляемого продукта.

Подводя итоги, если употреблять углеводы грамотно, то они способны принести пользу вашему организму. Однако не следует усердствовать с такими продуктами, и важно придерживаться вышеперечисленных рекомендаций специалистов.

Видео «Роль различных углеводов в питании человека»

Информационное видео, в котором эксперт расскажет о роли углеводов в питании человека, и о том, как они влияют на организм, и для чего они необходимы.

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!

Исключите большую часть углеводов из вашего рациона. Употребляйте любые продукты, содержащие протеин. Оптимизируйте обмен веществ в вашем организме.

Сегодня ученые знают, что ничто не превращается в жир быстрее, чем углеводы. Даже ЖИРНАЯ ПИЩА увеличивает ваш вес не столь быстро, как это делает пища углеводная. Организм, другими словами, гораздо лучше нас разбирается в "топливе" для себя. В химическом отношении ваша система лучше знает, чем себя кормить: углеводами, жирами или протеином - и действует соответственно. Углеводы в организме - продукт на запас, избыточный продукт. Углеводы подобны вещам, которые мы откладываем для дождливой погоды, то есть когда нечего есть. А как организм хранит такие продукты? В виде жира - вот как. Углеводы избыточны для вашего организма. Они являются премией, которую вы даете себе, превышающей то, что необходимо вам для жизни. Но если вы имеете избыточный вес, вы не должны хотеть или нуждаться в каких-либо добавках.

Моя концепция правильной диеты гласит : не нужно исключать какие-либо необходимые продукты. Не нужно ходить голодным, мучить себя голодом или страдать . Исключите только излишества. Ваш организм может прекрасно обойтись без них, уверяю вас. Разве не правда, что углеводы не являются необходимостью для вас? Большинство биохимиков считают именно так. Но моя диетическая программа не преследует цель привести вас к крайним выводам фундаментальных исследований. Я не хочу делать из вас подопытных кроликов (или каких-либо кроликов вообще!) Не исключайте углеводы, только снизьте их потребление. Возможно, ученые не согласятся, что вы сможете жить здоровой жизнью при нулевом потреблении углеводов, но вам трудно будет найти такого, у которого был бы весомый аргумент в пользу высокого потребления углеводов.

Почему я говорю, что моя диета может "оптимизировать" обмен? Потому что я почти уверен, что если у вас избыточный вес, то это от вредных привычек в питании, которые появились у вас многие годы назад. Вы приучили свой организм получать энергию из вредных для него источников, то есть из мучного и сладкого. Спросите себя сейчас: "Что является для меня основным продуктом питания?" И если вы уже давно страдаете полнотой, держу пари, что ответом будет "хлеб", или, может быть, "рис", или даже "печеные бобы". Словом, что-нибудь содержащее углеводы и избыточные калории. Поэтому чтобы сбросить вес, вам и вашему организму придется переучиваться.

Самое главное: хлеб неприемлем для человеческой жизнедеятельности как основной продукт . Другое дело - мясо. "Натурально" стройные люди знают об этом интуитивно, без всякой диеты.

Организм может использовать протеины и жиры непосредственно как источник энергии. Некоторые люди (красноречивейший пример - эскимосы) поколениями живут лишь на мясе и жирах. Наши доисторические предки, вероятно, имели диету, очень похожую на диету эскимосов, дополненную орехами и ягодами. Разумеется, люди способны почти полностью обходиться без углеводов. Разница только в том, что от мяса и жиров организм становится "активнее", а от углеводов - "тупее".

Вы видите, что организм откладывает про запас те углеводы, что вы ему даёте - и будет копить, пока вы не будете весить 300 фунтов ( 136 килограммов ). Даже если и после этого вы дадите организму углеводы, он усвоит и их. С протеинами и жирами иначе. Организм знает, как их использовать, что ему нужно в этих продуктах и как избавиться от их избытка. Можно сказать, что ваш организм гораздо умнее поступает с протеинами, чем с углеводами. Вот почему по моей диете вам можно есть абсолютно все, что содержит чистые белки и жиры. Потому что ваш организм знает, как ими распорядиться и сколько их ему нужно.

Если вы уже давно имеете избыточный вес, значит, вы приучили ваш организм к одной и той же схеме обмена. Вы нагружаете организм углеводами, последние переходят в жир, который и хранится в вашем теле. Вновь поступающие вещества (особенно углеводы) сжигаются ради энергии. Отложившийся жир остается нетронутым. Еще углеводов сегодня? И ваше тело, как рачительный хозяин, отложит и их впрок. В виде жира. Но если вы резко снизите потребление углеводов? Организм сосредоточится на поисках источников энергии. И почему бы ему не начать сжигать те самые запасы жира? Именно -вы сбрасываете вес.

"Подождите-ка" - говорите вы. "Если мой организм ищет себе топливо, почему же, как вы сказали, я не буду испытывать голода по вашей диете?" Не волнуйтесь. Протеин - вот в чем секрет. Мясо , как я говорил, и есть основной продукт для жизнедеятельности вашего организма. Протеины (или белки) - это то, что действительно необходимо вашему организму для самообновления, замены старых клеток, и именно протеин обостряет в организме жизнь. Ваш организм будет усваивать протеина столько, сколько требуется, и избегать излишков независимо от того, сколько вы едите. Вот здесь я добрался до истины, когда искал способ избавиться от лишнего веса.

Организм не может откладывать протеин в "жировой банк". Это я и имел в виду, когда говорил, что ваш организм жизненно активен больше от протеинов, чем от углеводов. И вот почему вы сможете есть все, что содержит чистый протеин, сбрасывая при этом лишний вес.

По моей диете, вы можете есть все, что содержит протеин (мясо, рыбу, сыр, птицу, яйца) и все, в чем есть жиры (масло, майонез, крем), но без углеводов. Вы должны сократить (но не исключить) их потребление. Это значит, что вы измените своим привычкам так же, как вы измените свой обмен веществ. В наших статьях есть раздел , с помощью которого можно составить список желательных продуктов питания. Но сначала вам самим необходимо все понять. После того, как вы усвоите принципы, вы можете изредка обращаться к тому разделу.

Углеводы вместе с жирами и белками являются базовыми источниками энергии у человека.

Белки способствуют формированию тканей мышц, жиры защищают органы от повреждений.

Для простых и сложных углеводных соединений характерна своя роль и классификация.

Роль углеводных соединений в организме

Углеводы в человеческом организме играют следующие роли:

• энергетическую;
• защитную;
• регуляторную;
• структурную;
• рецепторную;
• запасающую.

Энергетическая роль заключается в способности соединений к быстрому расщеплению. Более половины всей суточной энергии покрывают именно эти соединения, которые при быстром расщеплении высвобождают много энергии, что создает чувство насыщения и прилив бодрости. Распавшийся 1 грамм углеводов высвобождает порядка 4,1 ккал энергии.

Защитная роль веществ проявляется в их присутствии в составе слизистых оболочек, защищающих органы от различных воздействий. Углеводное соединение гепарин является компонентом крови и препятствует ее свертыванию.

Вещества обеспечивают осмотическое давление. В этом заключается их функция регуляторов в организме. Осмотическое давление крови напрямую зависит от уровня глюкозы в ней.

Вещества являются компонентами клеток и служат строительным материалом для их создания, задействованы в построении молекул РНК, ДНК. Некоторые из соединений входят в состав клеточных рецепторов.

Углеводы являются частью сложных молекул. По этой причине они выполняют функцию запасных питательных веществ. При необходимости запасенные организмом углеводные элементы активно расходуются. При этом энергетическая и запасающая функции веществ находятся во взаимодействии. У человека запасающую функцию выполняет гликоген.

Классификация и отличие

Все углеводы делятся на две большие категории:

• простые (быстрые);
• сложные (медленные).

Таблица классификации углеводов:

Моносахариды — легкоусвояемые вещества. Для их расщепления требуется незначительное количество времени. В их составе имеется только одна молекула.

Дисахариды имеют в своем составе несколько молекул. По этой причине они расщепляются дольше, чем моносахариды.

Все сложные углеводные соединения проходят длительную переработку в человеческом организме. Ряд полисахаридов не усваивается им до конца. Это касается клетчатки.

Простые соединения существенно отличаются от сложных по различным критериям. При этом у обоих типов веществ разная питательная ценность и особое влияние на здоровье.

Таблица отличий:

Частое употребление быстрых углеводов провоцирует ожирение и постоянное ощущение голода. Употребление медленных соединений рекомендуется для похудения и контроля веса.

Чем грозит недостаток и избыток углеводов?

Переизбыток и недостаток веществ опасны для здоровья человека.

Недостаток провоцирует у людей:

• снижение работоспособности;
• ухудшение памяти и способностей к мышлению;
• бессонницу;
• постоянные депрессии;
• снижение концентрации лептина;
• повышение концентрации кортизола;
• нарушение выработки гормонов щитовидки;
• сбой в работе половых гормонов;
• сбой в функционировании кишечника и желудка.

Видео о роли углеводов в организме человека:

Появление у человека депрессий и бессонницы на фоне недостатка веществ объясняется слабой выработкой нейротрансмиттеров. Эти вещества участвуют в передаче нервных импульсов через сеть нейронов.

Проблемы со стулом возникают при недостатке в организме необходимой для его нормального функционирования клетчатки.

Переизбыток веществ в человеческом организме грозит следующими последствиями:

• быстрый набор веса, который может привести к ожирению;
• повышение концентрации инсулина в крови из-за постоянного переизбытка в ней сахара;
• развитие заболеваний, одно из которых сахарный диабет;
• общее ухудшение самочувствия;
• постоянная сонливость;
• состояние апатии и упадка сил.

Избыток и недостаток веществ индивидуален для каждого человека. Люди с нормальным весом и показателями сахара в крови нуждаются в не менее 100 граммах углеводов ежедневно. Спортсмены и люди, занятые физическим трудом, нуждаются в больших количествах данных соединений. Высока при этом потребность в быстрых углеводах сразу после тренировок.

Людям, ведущим неактивный образ жизни, опасен переизбыток углеводных веществ. Это может спровоцировать у них ожирение и развитие сахарного диабета. Им необходима сниженная ежедневная норма данных элементов.

Быстрые углеводы и лишний вес

Быстрые углеводные соединения при частом их употреблении приводят к повышенному снабжению организма сахаром, что сказывается на весе. При наличии в продуктах сахара, пшеничной муки, сиропа и прочих простых углеводов необходимо снизить их потребление.

Избыточное употребление продуктов, в составе которых присутствуют простые углеводные элементы, формирует у человека непрекращающееся чувство голода. При этом у него постоянно возникает необходимость в дополнительном перекусе.

При поступлении веществ в организм резко повышается концентрация глюкозы в крови. Это приводит к активизации работы поджелудочной железы, вырабатывающей инсулин. Гормон способствует выводу глюкозы из крови, но при этом она трансформируется в жир. Образовавшиеся жировые клетки способствуют быстрому набору веса.

Помимо наращивания жировой массы, вещества провоцируют у человека метаболический синдром, который проявляется в виде:

• гипертонии;
• постоянного повышения сахара в крови;
• постепенного развития диабета.

Избыток быстрых углеводов чреват не только ожирением и диабетом, но и развитием сердечно-сосудистых заболеваний. Простые углеводы и ожирение, развившееся на их фоне, нередко становятся причиной раковых заболеваний.

Способствует ожирению следующий список продуктов, в составе которых имеются быстрые углеводные соединения:

• макароны в избыточном потреблении;
• жареный картофель;
• все виды сладкого;
• мучное (белый хлеб, изделия из сдобного теста).

Для контроля веса следует отказаться от употребления каш быстрого приготовления. Зерна в них не имеют питательной оболочки. Такие каши не способствуют насыщению организма, но нагружают его лишними калориями.

Быстрые соединения не оказывают существенного влияния на вес людей только в случае их активного образа жизни и наличия у них физических нагрузок. После любых нагрузок возникает потребность в быстрых углеводах, которые способны быстро устранить последствия гипогликемии. При этом вещества быстро компенсируют недостаток сахара в крови и возвращают его в норму. В остальное время требуется контроль за потреблением продуктов с такими соединениями.

Принципы правильного питания

Для нормального самочувствия и поддержания веса на постоянном уровне необходимо соблюдать следующие принципы питания:

• разнообразие еды, включающей растительные и животные продукты;
• питание по графику (рекомендуется употребление еды 5 раз в день, не делая длинных промежутков времени между приемами пищи);
• прием еды маленькими порциями;
• потребление калорий по ежедневной норме, которая для мужчин составляет 2200 ккал, для женщин — 1800 ккал;
• тщательное пережевывание пищи, что способствует ее лучшему усвоению и насыщению организма;
• соблюдение питьевого режима (1,5-2 литра чистой воды каждодневно);
• снижение потребления сахара, выпечки, сладкого, алкоголя;
• частое потребление растительной пищи;
• снижение потребления жареной, острой и копченой еды;
• вечерний прием еды за 3 часа до сна;
• употребление на завтрак медленных углеводов (каш, овощей);
• употребление воды за 30 минут до трапезы, но не во время нее;
• употребление молочных продуктов в качестве перекуса;
• снижение потребления соли;
• ограниченное потребление животных жиров;
• преимущественное употребление свежеприготовленной пищи;
• преимущественный прием белковой еды на завтрак и обед;
• отсутствие голодовок и недоеданий.

Видео: 5 правил здорового питания:

Тем, кому необходимо контролировать свой вес, рекомендуется придерживаться следующего ежедневного рациона:

• первый завтрак — белковые омлеты, каши, молочные продукты (медленные углеводы);
• второй завтрак — кисломолочные продукты, творог, орехи;
• обед — овощные супы, отварное или паровое нежирное мясо индейки, курицы с гарниром из различных круп;
• полдник — йогурт, творог, фрукты или орехи;
• ужин — небольшое количество мяса со свежим овощным салатом.

Необходимо соблюдение ограничения на употребление сладкого, являющегося простым углеводом. Во всех случаях рекомендуется употреблять продукты с быстрыми углеводными элементами только до обеда.

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.