Углеводы. Состав и функции
Углеводы являются основным повседневным источником энергии человека и наибольшей по массе составной частью пищевого рациона человека.
Углеводы являются органическими соединениями, включающими в себя углерод, водород и кислород.
Углеводы подразделяются на две основные категории - простые и сложные. Простые углеводы – моносахариды - это различные сахара, состоящие из одной молекулы. Сюда относятся глюкоза, фруктоза и галактоза. Сложные углеводы в свою очередь подразделяются на дисахариды и полисахариды. Дисахариды – это сахароза, мальтоза, лактоза. Полисахариды включают в себя крахмал, гликоген, целлюлозу, гемицеллюлозу и клетчатку.
Моносахариды
Глюкоза используется организмом для энергетических нужд, для питания мозга, работающих мышц, в том числе сердечной мышцы, эритроцитов, для обеспечения работы центральной нервной системы. Глюкоза обеспечивает поддержание необходимого уровня сахара крови и создания запасов гликогена печени. Если получаемое с пищей количество углеводов недостаточно, необходимая концентрация глюкозы в крови может поддерживаться некоторое время за счет расщепления гликогена печенью.
Глюкоза входит в состав важнейших для человека дисахаридов - сахарозы, лактозы, мальтозы, является структурной единицей (мономером), на основе которой построены важнейшие полисахариды - гликоген, крахмал и целлюлоза (клетчатка).
Глюкоза быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте и поступает в кровь, а затем в клетки органов и тканей, где вовлекается в процессы окисления. Окисление глюкозы сопряжено с образованием АТФ (аденозинтрифосфорная кислоты).
Глюкоза является непосредственным предшественником гликогена и при избыточном поступлении глюкозы в организм легко превращается в гликоген.
Глюкоза легко превращается в организме человека в триглицериды, причем, этот процесс особенно усиливается при избыточном поступлении глюкозы с пищей.
Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, но она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70-80%) задерживается в печени, не вызывает перенасыщения крови сахаром, легко вовлекается в обменные процессы. Отличается от других сахаров фруктоза и тем, что обладает сравнительно невысокой стойкость - при продолжительном кипячении фруктоза начинает частично изменяться.
Фруктоза в 3 раза слаще глюкозы и в 2 раза слаще сахарозы, усваивается лучше сахарозы.
Галактоза в природе в чистом виде не встречается, получается путём расщепления молочного сахара (лактозы). Большая часть ее превращается в печени человека в глюкозу и участвует в построении гемицеллюлоз.
Дисахариды
Сахароза - получается при соединении глюкозы и фруктозы. Обычный сахар, применяемый повседневно.
Мальтоза – образуется при соединении двух молекул глюкозы. Получается, в частности, при расщеплении крахмала.
Лактоза – молочный сахар, содержится только в молоке. Получается при соединении глюкозы и галактозы.
Полисахариды
Полисахариды характеризуются плохой растворимостью в воде.
Крахмал состоит из большого числа молекул (до 1000) моносахаридов. Человек может усваивать крахмал Обладает свойством только коллоидальной растворимости.
Сложность строения молекул полисахаридов является причиной их нерастворимости. Крахмал обладает свойством только коллоидальной растворимости. Превращения крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре. Превращение в глюкозу происходит через ряд промежуточных образований.
Гликоген используется в организме как источник энергии для питания работающих мышц, органов и систем. Также является первичным источником глюкозы и энергии. Мышечный гликоген используется напрямую в качестве энергии. Гликоген из печени может преобразовываться в глюкозу и переноситься кровью к различным тканям по мере необходимости.
В печени гликоген содержится в значительном количестве (до 20% в пересчете на сырую массу). Восстановление гликогена происходит путем peсинтеза гликогена за счет глюкозы крови.
Целлюлоза - состоит из множества молекул глюкозы и является базовым элементом растений. По химической струк¬туре весьма близка к полисахаридам. Является разновидностью клетчатки. Человек не может усваивать целлюлозу.
Гемицеллюлоза включает в себя пектин и агар-агар. Гемицеллюлоза обладает способностью впитывать воду, образуя гель. Человек не усваивает гемицеллюлозу.
Пектиновые вещества по своей химической структуре могут быть отнесены к коллоидным полисахаридам, или глюкополисахаридам. Различают два основных вида пектиновых веществ — протопектин и пектин.
Протопектин представляет собой соединение пектина с целлюлозой. В связи с этим прoтопектин при расщеплении на свои составные части может служить источником пектина. Протопектины нерастворимы в воде. Содержатся в клеточных стенках плодов, образуя межклеточную прослойку в их тканях и являясь связывающим и скрепляющим материалом между отдельными клетками.
Пектины являются растворимыми веществами, хорошо усваивающимся в организме. Пектин подвергается гидролизу под действием фермента пектиназы, при этом образуются пектиновая кислота и метиловый спирт. Необходимо отметить, что метиловый спирт (и пектиновая кислота) присутствуют в перезрелых и испорченных плодах и ягодах, a, также, в плодовых и виноградных винах. Основным свойством пектиновых веществ, определившим их использование в пищевой промышленности, является способность преобразовываться в водном растворе в присутствии кислоты н сахара в желеобразную, коллоидную массу. И чем выше содержание в пектине метилового спирта, нем лучше его желирующие свойства.
Клетчатка не усваивается человеком, содержится только в растительной пище. Существует два вида клетчатки – растворимая и нерастворимая. Оба этих вида необходимо важно употреблять каждый день. Под действием фермента целлюлазы, выделяемой бактериями, клетчатка расщепляется c образованием растворимых соединений, которые частично всасываются. Клетчатка играет важную роль в стимулировании перистальтики кишечника. Наряду с этим, клетчатка растительной пищи адсорбирует стерины и препятствует обратному их всасы¬ванию. Благодаря этому улучшается выведение холестерина из организма.
Функции Значение углеводов
Значение углеводов в питании человека чрезвычайно велико.
Углеводы служат важнейшим источником энергии, обеспечивая до 50—70 % общей энергетической ценности рациона. Большая часть глюкозы используется для сиюминутных потребностей клеток в энергии (1 г глюкозы обеспечивает выделение 4,1 ккал энергии). При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал и утилизируются в основном для различных пластических нужд. Если после усвоения глюкозы, вся она не расходуется, то оставшаяся часть запасается в виде гликогена в печени (преимущественно) и мышечных тканях как энергетический резерв (правда, небольшой емкости).
Если после окончания процесса накопления гликогена организм еще продолжает получать глюкозу, то она преобразуется в жирные кислоты и запасается в виде жировых тканей.
Углеводы играют важную роль в реализации пластических функций организма. Глюкоза, фруктоза, галактоза аминосахара и др. являются обязательными составными частями гликопротеидов. К их числу принадлежит большинство белков плазмы крови, включая иммуноглобулины и трансферрин, ряд гормонов, ферментов, факторов свертывания крови и др. Гликопротеиды и гликолипиды, наряду с белками и фосфолипидами, являются необходимыми компонентами клеточных мембран, играют важную роль в межклеточном взаимодействии и росте клеток, их дифференцировке и решении задач иммунитета.
Углеводы пищи являются предшественниками гликогена и триглицеридов, входят в состав заменимых аминокислот, участвуют в построении коферментов, нуклеиновых кислот, АТФ и других биологически важных соединений.
Углеводы необходимы для регуляции нервных тканей, в частности, центральная нервная система расходует около 140 г глюкозы за сутки, для обеспечения функционирования кровеносной системы - эритроциты крови расходуют до 40 г, и являются единственным источником энергии для мозга.
В организме человека все углеводы расщепляются ферментами слюны, поджелудочного и кишечного сока до простейших сахаров и всасываются в виде глюкозы через стенку кишок в кровь. Из воротной вены глюкоза поступает в печень, где часть ее превращается в гликоген и жир, а другая часть переходит, не задерживаясь в печени, в большой круг кровообращения и распределяется по всем органам. В значительном количестве глюкоза используется скелетными мышцами, где она окисляется непосредственно или откладывается в виде гликогена, а также мышцами сердца и мозговой тканью, но значительного накопления глюкозы здесь не происходит. Во всех этих случаях запасы гликогена идут на удовлетворение собственных потребностей тканей, и только гликоген печени, превращаясь в глюкозу, используется для нужд всего организма и поддерживает определенный уровень сахара в крови.