Биологическое значение углеводов кратко

Обновлено: 04.07.2024

Углеводы – природные органические соединения, состоящие из молекул углерода и воды.

Наш организм способен запасать углеводы в виде гликогена, который откладывается в печени и мышцах.

Углеводы участвуют в синтезе заменимых аминокислот, являются материалом для роста клеток и питанием для мозга. В организме углеводы преобразуются в глюкозу, которая необходима для адекватной работы всего организма и особенно мозга. Углеводы являются мгновенным источником энергии.

Углеводы можно разделить на простые и сложные. К продуктам, содержащим простые углеводы, относятся мед, сахар, кукурузный сироп, белый хлеб. Сложные углеводы содержатся в макаронах, рисе и картофеле, во фруктах, ягодах и овощах, бобовых, орехах и цельнозерновых продуктах.

Сложные углеводы состоят из молекул сахара, которые связаны вместе в длинные (более 9 мономеров) цепи. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, инулин, некрахмальные полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлозы, пектин). Простые углеводы состоят из 1-2 мономеров, к ним относятся сахара (содержат 1-2 мономера) глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза, сахароза, мальтоза и лактоза.

Ягоды, овощи и цельнозерновые продукты помимо углеводов содержат витамины, клетчатку и антиоксиданты, которые важны для хорошего здоровья и самочувствия. Цельнозерновые продукты содержат также жирные кислоты, магний, витамины группы В, фолат и цинк. Фрукты и крахмалистые овощи содержат, помимо указанных выше нутриентов, фитонутриенты, такие как флавоноиды и каротиноиды.

При употреблении простых углеводовуровень сахара в крови быстро поднимается и также быстро снижается. При употреблении сложных углеводов организму необходимо сперва разложить их до простых углеводов, а затем – до глюкозы. Этот процесс занимает больше времени, таки образом уровень сахара в крови повышается медленнее, и такие углеводы с меньшей вероятностью превращаются в жир.

Если вы употребляете с пищей избыточное количество углеводов, уровень сахара в крови может стать слишком высоким. Это заставит организм вырабатывать больше инсулина, который способствует преобразованию глюкозы в триглицериды — основной материал жировой ткани. Накопление избыточного количества жировой ткани может быть вредно для здоровья.

В условиях недостатка углеводов наш организм вынужден использовать белок или жир для получения энергии. Поскольку белки являются строительными блоками для организма, использование их в качестве источника энергии может неблагоприятно сказаться на здоровье. При использовании жиров в качестве источника энергии в организме образуются кетоновые тела. Повышенный уровень кетонов в крови называется кетозом. Кетоз может быть опасен для организма. Также при низком содержании углеводов в рационе может возникнуть запор из-за недостатка клетчатки и питательных веществ.

Используйте в питании цельнозерновые продукты, сократите количество обычного хлеб и выпечки. Целые фрукты и овощи лучше, чем соки. Хорошо заменить картофель, особенно картофель фри, нутом, чечевицей, фасолью и другими бобовыми.

Количество углеводов, которое необходимо человеку, зависит от возраста, пола, роста, веса и уровня активности. 50—60 % ежедневных калорий должны поступать из углеводов (то есть от 257 до 586 г/сутки).

Физиологическая потребность в усвояемых углеводах для взрослого человека составляет. Физиологическая потребность в углеводах – для детей до года 13 г/кг массы тела, для детей старше года – от 170 до 420 г/сутки. Физиологическая потребность в пищевых волокнах для взрослого человека составляет 20 г/сутки, для детей старше 3 лет – 10 - 20 г/сутки.

Химия углеводов занимает одно из ведущих мест в истории развития органической химии. Тростниковый сахар можно считать первым органическим соединением, выделенным в химически чистом виде. Произведенный в 1861 г. A.M. Бутлеровым синтез (вне организма) углеводов из формальдегида явился первым синтезом представителей одного из трех основных классов веществ (белки, липиды, углеводы), входящих в состав живых организмов. Химическая структура простейших углеводов была выяснена в конце XIX в. в результате фундаментальных исследований Э. Фишера. Значительный вклад в изучение углеводов внесли отечественные ученые А.А. Колли, П.П. Шорыгин, Н.К. Кочетков и др. В 20-е годы нынешнего столетия работами английского исследователя У. Хеуорса были заложены основы структурной химии полисахаридов. Со второй половины XX в. происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, обусловленное их важным биологическим значением.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ УГЛЕВОДОВ

Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями, входящими в состав живых организмов. У человека и животных углеводы выполняют важные функции: энергетическую (главный вид клеточного топлива), структурную (обязательный компонент большинства внутриклеточных структур) и защитную (участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании иммунитета).

Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для синтеза нуклеиновых кислот, они являются составными компонентами нуклеотидных ко-ферментов, играющих исключительно важную роль в метаболизме живых существ. В последнее время все большее внимание к себе привлекают смешанные биополимеры, содержащие углеводы: гликопептиды и глико-протеины, гликолипиды и липополисахариды, гликолипопротеины и т.д. Эти вещества выполняют в организме сложные и важные функции.

С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молоку и т.д.

Следует отметить, что в организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений вместе взятых.

Широкое разнообразие углеводов определяется различием в их молекулярном составе.

Углеводы: что это такое

Углеводы иначе называют глюциды, сахариды. Они представляют собой органические соединения, в состав молекул которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Большая часть веса всего органического вещества Земли представлена ими.

Роль углеводов в организме человека состоит в том, что, попадая в организм, они воздействуют на показатель гликемии, т.е. на количество содержащейся в крови глюкозы.

Глюкоза придает телу человека энергию. Она положительно сказывается на работе мозга.

В крови человека всегда содержится некоторая доля глюкозы. Она откладывается в виде гликогена в мышцах и печени.

Установлено, что наивысший показатель содержания сахара в крови (гипергликемия) достигается примерно через 30 минут после приема на голодный желудок любой углеводосодержащей пищи.

Функция в организме людей

Углеводы в организме человека выполняют следующие функции:

Энергетическая. Она является главной. При расщеплении глюцидов выделяется много энергии. 1 г углеводов, окислившись, дает 4,1 ккал энергии.
Структурная. Сахариды являются одним из материалов для построения стенок и оболочек клеток, других опорных конструкций.
Анаболическая. Высокомолекулярные соединения содержат в своем составе глюциды. Без них не обходится образование ДНК и РНК.
Запасающая. Продукт, синтезируемый из глюкозы (гликоген), накапливается в мышечной ткани и по мере необходимости высвобождает содержащуюся в нем энергию.
Поддержание осмотического (внутриклеточного) давления. Содержание глюкозы напрямую влияет на давление, создаваемое внутри клеток крови.
Рецепторная. Сахариды часто являются структурным элементом клеток, отвечающих за восприятие.

Роль и значение углеводов в организме человека

Значение углеводов состоит в том, что энергия, поступающая с ними в организм, необходима не только для хорошего самочувствия и прилива жизненных сил у человека. Она обеспечивает рост и деление клеток, а в некоторых случаях – правильный обмен веществ.

Важна роль углеводов, если нужен быстрый прилив сил, т.к. организм не тратит много ресурсов и времени на их переваривание, а энергию они отдают мгновенно.

К тому, чем полезны углеводы для организма, можно отнести и поддержание правильного Рh. Нарушение углеводного обмена приводит к истощению клеток.

Пытаясь восполнить недостаток питательных веществ, организм начинает расщеплять жиры, в результате чего выделяются такие элементы, как кетоны. Их избыток может повлиять на кислотно-щелочной баланс организма в сторону окисления.

Метаболизм углеводов

Глюциды составляют 75% суточного рациона. Они дают половину необходимых калорий. В результате переваривания углеводосодержащей пищи в организме вырабатывается множество органических соединений, из которых впоследствии синтезируются липиды, аминокислоты, нуклеотиды. Глюкорониды, которые тоже вырабатываются при потреблении сахаридов, помогают очищать организм от вредных веществ, попадающих из окружающей среды или вырабатываемых внутренними органами.

Глюциды могут не только попадать в организм с пищей, но и вырабатываться из аминокислот, глицерина, молочной кислоты. Поэтому их нельзя назвать незаменимыми. Но роль углеводов в питании настолько важна, что, если они не будут поступать извне, может развиться гипогликемия.

Углеводы и инсулин

В номе в 1 л крови содержится 1 г глюкозы. Если показатель падает ниже, то поджелудочная железа начинает вырабатывать гормон глюкагон, который увеличивает содержание сахара в крови. При потреблении на голодный желудок любого углеводосодержащего продукта количество глюкозы в крови возрастает до максимума через 30 минут после приема пищи. Такое состояние называют гипергликемией. На этом этапе начинается выработка поджелудочной железой инсулина. Он заставляет глюкозу накапливаться в печени и мышцах, снижая ее концентрацию в крови.

Польза углеводов для организма в том, что при гипогликемии они помогают быстро повысить содержание сахара в крови.

Норма потребления углеводов в сутки

Норма потребления глюцидов отличается для разных категорий людей в зависимости от возраста и образа жизни:

дети младше 1 года – 13 г на 1 кг массы тела;
мужчина во взрослом возрасте со средним уровнем физической активности младше 30 лет – 300-350 г в день, старше 30 – 250-300 г;
женщина должна потреблять сахаридов на 30-50 г меньше, чем мужчина;
при повышенной физической активности норма повышается на 40-50 г.

Есть продукты, богатые сахаридами, предпочтительно в первой половине дня, чтобы успеть израсходовать полученную энергию, поскольку установлено, в клетках какого органа человека откладываются углеводы, которые остались невостребованными, – в печени.

Чем опасны безуглеводные диеты

Влияние углеводов на организм человека столь важно, что их недостаток оказывает пагубное воздействие на различные органы и системы:

Со стороны органов пищеварения может развиться гастрит, язва, нарушение микрофлоры кишечника.
Увеличивается нагрузка на печень и почки.
Физически человек чувствует себя не лучшим образом. Он становится слабым, вялым, постоянно хочет спать, у него болит голова, нарушаются процессы пищеварения. Все это – следствие потери организмом необходимых ему минералов и витаминов.
Страдает мозг и нервная система. Замедляются мыслительные процессы. Проявляется раздражительность.

Чем опасны переизбыток или недостаток углеводов

Избыток углеводов может спровоцировать нарушение обмена веществ. Это, в свою очередь, вызывает следующие нарушения:

медленное, затруднительное усвоение пищи;
нарушается гормональный фон;
повышение удельного веса жировой ткани в организме;
поджелудочная железа уже не способна обеспечить организм нужным количеством инсулина, в результате чего развивается сахарный диабет.

Со стороны кровеносной системы появляется опасность тромбоза, поскольку увеличивается количество тромбоцитов. Возрастает вероятность инфаркта или инсульта, т.к. истончаются стенки сосудов. Все эти явления – следствие переизбытка углеводов.

Хронический недостаток глюцидов не менее опасен. Он сопровождается отложением жиров в печени, окислением организма.

Виды углеводов

Сахариды представляют собой многочисленную группу веществ, различных по молекулярному составу. Он и обуславливает большое разнообразие глюцидов.

В зависимости от сложности молекул глюциды классифицируются следующим образом:

моносахариды;
дисахариды;
полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды – углеводы, в состав которых входит только 1 вид молекул. Это такие вещества:

глюкоза (содержится в меде и фруктах);
фруктоза (тоже входит в состав меда и фруктов);
галактоза (есть в составе молока).

Дисахариды

Дисахариды – углеводы, имеющие в составе 2 молекулы. В их число входят:

Сахароза (белый сахар, произведенный из сахарной свеклы или тростника). Она включает глюкозу и фруктозу.
Лактоза (состоит из глюкозы и галактозы), которая присутствует в молоке, выделяемом животными класса млекопитающие.
Мальтоза (включает 2 молекулы глюкозы), которая находится в пиве, кукурузе.

Олигосахариды

Олигосахариды – углеводы, содержащие от 2 до 10 молекул. Наряду с дисахаридами, наиболее распространенной их разновидностью являются трисахариды:

Раффиноза. В ее состав входят галактоза, глюкоза и фруктоза. Содержится в сахарной свекле и семенах хлопчатника.
Генцианоза – содержит 2 молекулы глюкозы и 1 фруктозы. Добывается из корневой части растений рода горечавки.

3 полисахариды

Полисахариды – углеводы с несколькими молекулами. К ним относят:

гликоген (содержится в печенке);
крахмал, содержащий множество молекул глюкозы.

Крахмал включает в себя:

злаковые (пшеница, кукуруза, рисовая крупа);
корнеплоды (картошка, земляная груша, кормовая свекла);
зерновые и бобовые культуры (фасоль, чечевица, зеленый горох, турецкий горох, бобы, соя).

Группы углеводов. Расщепление углеводов в организме

По скорости переработки сахаридов организмом они подразделяются на 2 группы: простые (быстрые) и сложные (медленные).

Простые, или быстрые, углеводы

К быстрым, легкоусвояемым относят глюциды, состоящие из 1 или 2 молекул, например, глюкозу, сахарозу. Такие вещества быстро перерабатываются в организме, поскольку простой состав облегчает их усваивание.

Считается, что продукты, содержащие простые сахариды, плохо сказываются на стройности фигуры. Это происходит потому, что уровень глюкозы в крови быстро вырастает. Организм стремится нормализовать количество сахара. В результате он откладывается в виде жировых запасов.

Помимо пагубного влияния на фигуру, постоянные резкие скачки уровня глюкозы влияют на гормональный фон, заставляют работать поджелудочную железу в интенсивном режиме.

Сложные, или медленные, углеводы

Глюциды с количеством молекул 3 и больше называют сложными, или медленными. Считается, что организм дольше их перерабатывает, поскольку сначала происходит выделение из сложных цепочек молекул простых, а затем организм их усваивает. Потребление таких глюцидов более предпочтительно, чем быстрых. Они надолго обеспечивают чувство насыщения и способствуют хорошей работе желудочно-кишечного тракта. Сложные сахариды благотворно влияют на здоровье пищеварительной системы, т.к. в большинстве своем они содержатся в продуктах, богатых клетчаткой.

Основные источники углеводов

Продукт	Углевод	Количество в продукте на 100 г
Сахар-песок	Сахароза	99,8 г
Мед пчелиный	Глюкоза, фруктоза, крахмал	80,3 г
Крупа рисовая	Крахмал	74 г
Крупа манная	Крахмал	70,6 г
Макароны из муки высшего сорта	Крахмал	70,5 г
Мука пшеничная высшего сорта	Крахмал	69,9 г
Крупа перловая	Крахмал	66,9 г
Крупа пшенная	Крахмал	66,5 г
Крупа гречневая	Крахмал	60,4 г
Хлеб пшеничный из муки высшего сорта	Крахмал	49,2 г
Фасоль	Крахмал	47 г
Чеснок	Крахмал	29,9 г
Банан	Глюкоза, фруктоза, крахмал	21 г
Кукуруза сладкая	Мальтоза	19 г
Картофель	Крахмал	16,3 г
Виноград	Глюкоза, фруктоза	15,4 г

Главные источники углеводов – это овощи и фрукты

Для желающих избавиться от лишнего веса оптимальным источником глюцидов служат овощи и фрукты. Их преимущество в том, что, даже имея в составе достаточное количество сахаридов, они характеризуются низким гликемическим индексом. Это означает, что при их потреблении не происходит скачка глюкозы в крови до слишком высокого уровня. А чем меньше сахара в крови, тем меньшие его запасы отложит организм в виде жира.

Гликемический индекс свежих фруктов составляет в среднем 30, зеленых овощей и томатов – менее 15. Для сравнения тот же показатель для белого хлеба – 95, картофельного пюре – 90.

Чем выше гликемический индекс продукта, тем большее повышение уровня глюкозы в крови он вызывает при потреблении.

В каких продуктах содержатся простые углеводы

Простые углеводы содержатся в следующих часто употребляемых продуктах:

В каких продуктах содержатся сложные углеводы

К основным продуктам, содержащим сложные глюциды, относятся:

печенка;
пшеница;
рис;
картофель;
фасоль;
чечевица;
зеленый горох;
бобы;
соя.

Углеводы – неотъемлемая часть правильного, сбалансированного питания. Их полное исключение из рациона неприемлемо. Но потребление правильных углеводосодержащих продуктов поможет обрести стройность и здоровье.

Углеводы в клетке или сахара представляют одну из наиболее важных групп органических веществ в живых организмах. Это первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза прочих веществ у растений (аминокислот, органических кислот). Углеводы можно найти и в клетках других организмов.

Больше всего углеводов в растительных клетках: здесь их количество может достигать 85-90% от массы сухого вещества. В клетках животных углеводов всего 1-2%.

Структура углеводов такова, что в составе углеводов есть углеводород, кислород, водород. Интересно, что почти все углеводы имеют такое же соотношение водорода и кислорода, что и молекула воды. Именно это и дало им название.

Что касается производных углеводов, то они могут содержать и другие элементы.

По своему строению все углеводы делятся на простые и сложные или моносахариды и полисахариды. Функции простых углеводов в клетке и сложных разные.

Количество атомов углеводорода определяет такие варианты моносахаридов как:

триозы (3С — три атома углерода в цепи);
тетрозы (4С);
пентозы;
гексозы;
гептозы.

Многие функции моносахаридов определены тем, что они могут включать 5 и более атомов углеводорода, растворяясь в воде, и приобретать кольцевую структуру.

В естественных условиях наиболее распространены пентозы, среди которых рибоза, рибулёза и дезоксирибоза, и гексозы — фруктоза, глюкоза и галактоза.

Составными частями АТФ и нуклеиновых кислот являются рибоза и дезоксирибоза. Глюкоза — универсальный источник энергии.

За счет превращений моносахаридов клетки получают необходимую энергию, происходит биосинтез большинства органических веществ, обеспечивается обезвреживание и выведение из организма ядовитых веществ.

К слову, ядовитые вещества могут образовываться в процессе метаболизма (обмена веществ) и в процессе распада белков.

Образование дисахаридов и полисахаридов связано с соединением двух и более моносахаридов вроде глюкозы, ксилозы, галактозы, арабинозы или манозы.

В результате соединения двух молекул моносахаридов происходит образование молекулы дисахарида и выделение воды. Среди представителей этой группу можно выделить сахарозу (тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар) и мальтоза (солодовый сахар).

Дисахариды и моносахариды по своим функциям и свойствам довольно схожи. Они отлично растворяются в воде и отличаются сладковатым вкусом. Чем больше мономеров, тем меньше растворимость полисахаридов и менее сладкий вкус. Среди полисахаридов выделяются крахмал, целлюлоза, инулин, хитин, гликоген.

Полисахариды, такие как целлюлоза, гликоген и крахмал, строятся на глюкозных мономерах, однако имеют разные связи в молекулах. Характер ветвления полимерных цепей тоже различается. Для цепей целлюлозы не характерно ветвление, а для цепей гликогена — да, при этом, сильнее, чем у крахмала.

Значение углеводов

Поговорим о биологическом значении углеводов с учетом строения и функций углеводов.

Ценность заключается в энергетической функции углеводов.

Ферментативное расщепление и окисление — свойства углеводов, которые приводят к высвобождению энергии, используемой клеткой.

Говоря о функциях полисахаридов (основных функциях углеводов) стоит отметить, что они выступают в качестве легко мобилизуемых запасных продуктов и источников энергии (к примеру, гликоген и крахмал), а также строительного материала (вроде хитина и целлюлозы).

Перечислим функции углеводов.

Полисахариды являются удобными запасными веществами по нескольким причинам (биологические функции углеводов):

они не оказывают на клетку осмотического или химического воздействия благодаря своей нерастворимости в воде, что позволяет им дольше храниться в живой клетке;
твердое обезвоженное состояние полисахаридов способствует увеличению полезной массы запасных веществ — благодаря экономии их объема. Это так называемая строительная функция углеводов;
уменьшается вероятность использования этих продуктов разнообразными микроорганизмами и грибами. Они не могут заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела;
запасные полисахариды легко превращаются в простые сахара путем гидролиза.

В клетках и в организме углеводам отводится ряд функций. Во-первых, они накапливаются в качестве запасных питательных веществ. Гликоген накапливается в клетках печени и мышцах, а крахмал — в клубнях и корневищах растений.

Также отметим энергетическую функцию углеводов в клетках, поскольку при окислении молекул углеводов освобождается энергия: 1 грамм углеводов дает 17,6 кДж энергии.

Каково значение углеводов в клетках растений? Структурная функция подразумевает наличие в растительных клетках целлюлозной оболочки, выполняющей роль внешнего скелета.

В животных клетках углеводы входят в состав гликокаликса.

Целлюлоза и хитин

Важнейший структурный компонент клеточных стенок отдельных протистов, грибов и растений — целлюлоза.

В среднем она составляет от 26 до 40% материала клеточной стенки. Однако есть примеры, где целлюлоза — единственная составляющая: это хлопчатник.

Некоторые бактерии, животные и грибы употребляют целлюлозу в пищу. Тем не менее в желудочно-кишечном тракте большинства животных и у всех людей отсутствует фермент целлюлаза, который может расщепить целлюлозу до глюкозы. Поэтому целлюлозу они не усваивают.

При этом, свою роль в питании целлюлоза все же играет, являясь элементом, который придает пище объем и грубую консистенцию, что положительно сказывается на стимуляции перистальтики кишечника.

В кишечнике жвачных животных целлюлоза перерабатывается при помощи бактерий и простейших.

Хитин — составляющий элемент клеточной стенки некоторых протистов и грибов. Ему отводится опорная функция. Некоторые животные, в частности, членистоногие, обладают внешним скелетом, в состав которого входит и хитин.

Это основная информация на тему строения углеводов, а также функций углеводов в клетке.

Читайте также: