Какие функции выполняют углеводы в живых организмах кратко
Обновлено: 08.07.2024
1) запасная функция (форма запасания энергии) - крахмал, гликоген
2) защитная функция гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат - находятся в жидкости, смазывающей поверхность суставов, гепарин - препятствует свертыванию крови, различные слизи - капсулы бактерий, слизистые оболочки нашего организма
3) энергетическая - глюкоза - один из основных источников энергии, поступающих с пищей
4) рецепторная - углеводы в составе белков (гликопротеины) являются средством общения клетки с окружающей средой - рецепторами.
5) структурная - целлюлоза создает скелет для растительной клетки, хитин - каркас для крабов, раков, насекомых.
Углеводы обладают несколькими функциями в клетках. Они являются превосходным источником энергии для большого числа различных процессов, протекающих в наших клетках. Некоторые углеводы могут обладать и структурной функцией. Например, вещество, благодаря которому растения имеют большие размеры и которое придает древесине прочность, является полимерной формой глюкозы, известное под названием целлюлоза. Другие типы полимерных сахаров составляют резервные формы энергии, которые известны как крахмал и гликоген. Крахмал встречается в растительных продуктах, например в картошке, а гликоген обнаруживают у животных. Короткая молекула гликогена представлена ниже.
Углеводы необходимы для передачи сигналов от одной клетке к другой. Они способствуют также образованию контактов между клетками и с веществом, окружающим их в организме. Способность организма противостоять заражению микробами, а также ликвидация чужеродного вещества из организма (например, задерживание пыли и пыльцы благодаря присутствию слизи в носовой полости и гортани) также зависит от свойств углеводов.
Углеводы или сахара – одни из важнейших органических веществ в природе. Функция углеводов в организме человека связана с процессом метаболизма – гликолизом, в результате которого высвобождается энергия.
Строение
Молекула углевода состоит из нескольких карбонильных (=С=O) и гидроксильных (-ОН) групп. В зависимости от строения различают три группы углеводов:
- моносахариды;
- олигосахариды;
- полисахариды.
Моносахариды – простейшие сахара, состоящие всего из одной молекулы. Моносахариды включают несколько групп, различающихся количеством атомов углерода в молекуле – структурной единице. Моносахариды, содержащие три атома углерода, называются триозами, пять – пентозами, шесть – гексозами и так далее. Наиболее значимыми для живых организмов являются пентозы, входящие в состав нуклеиновых кислот, и гексозы, из которых состоят полисахариды. Пример гексозы – глюкоза.
Рис. 1. Глюкоза.
Олигосахариды включают от двух до 10 структурных единиц. В зависимости от их количества выделяют:
- дисахариды – диозы;
- трисахариды – триозы;
- тетрасахариды – тетраозы;
- пентасахариды;
- гексасахариды и т.д.
Наиболее значимым являются дисахариды (лактоза, сахароза, мальтоза) и трисахариды (рафиноза, мелицитоза, мальтотриоза).
В состав олигосахаридов могут входить однородные и неоднородные молекулы. В связи с этим различают:
- гомоолигосахариды – все молекулы одинаковой структуры;
- гетероолигосахариды – молекулы разной структуры.
Рис. 2. Гомоолигосахариды и гетероолигосахариды.
Наиболее сложными углеводами являются полисахариды, состоящие из множества (от 10 до тысяч) моносахаридов. К ним относятся:
В отличие от олигосахаридов и моносахаридов полисахариды жёсткие, нерастворимые в воде вещества без сладкого вкуса.
Формула углеводов – Cn(H2O)m. В молекуле любого углевода присутствуют не меньше трёх атомов углерода.
Функции
Основная функция углеводов в клетке – превращение в энергию. АТФ (аденозинтрифосфат) – универсальный источник энергии – включает моносахарид рибозу. АТФ формируется в результате гликолиза – окисления и распада глюкозы на пируват (пировиноградную кислоту). Гликолиз проходит в несколько этапов. Углеводы полностью окисляются до углекислого газа и воды, при этом высвобождается энергия.
В таблице перечислены основные функции углеводов.
Функция
Описание
Полисахариды являются материалом для опорных структур. Благодаря целлюлозе, входящей в клеточную стенку, растения приобретают жёсткость. Хитин входит в состав клеток грибов и придаёт жёсткость экзоскелету членистоногих
Углеводы – главный источник энергии. При расщеплении грамма углеводов выделяется 17,6 кДж энергии
Образуют шипы и колючки растений
Запасаются в виде зёрен крахмала у растений и гранул гликогена у животных. При недостатке энергии крахмал и гликоген расщепляются до глюкозы
Регулируют осмотическое давление
Некоторые углеводы образуют с липидами и белками сложные структуры – гликолипиды и гликопротеины. Они входят в состав клеточных мембран. Антитела, плазма крови, рецепторные белки – гликопротеины.
Что мы узнали?
Сахара – сложные органические соединения, необходимые всем живым организмам. Они состоят из одной или нескольких молекул, содержащих несколько карбонильных и гидроксильных групп. Углеводы выполняют важные биологические функции. Углеводы являются источником энергии, входят в состав клеточных стенок растений и грибов, составляют экзоскелет членистоногих. Они накапливаются в виде крахмала и гликогена, участвуют в передаче сигналов, регулируют осмотическое давление.
Углеводы, как и другие макронутриенты (жиры и белки), 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
Далее приведены основные группы и виды углеводов.
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.
Основные углеводные источники для организма
Главными источниками углеводов из пищи являются: фрукты, ягоды и другие плоды, из приготовленных — хлеб, макароны, крупы, сладости. Картофель содержит углеводы в виде крахмала и пищевых волокон. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % глюкозы и фруктозы.
- Энергетическая функция. Энергию человек получает с продуктами питания. Около половины необходимого энергопотребления человек получает с продуктами, богатыми углеводными соединениями. Мозг энергетически полностью питается углеводами. Окисляясь, один грамм углеводов выделяет около 18 КДж энергии.
- Строительная функция. Нуклеотиды, нуклеиновые кислоты содержат углеводные соединения: рибозу, дезоксирибозу. В структуре клеточных мембран присутствуют углеводы. Глюкоза, в процессе окисления (гликолиза), превращается в глюкуроновую кислоту, глюкозамин, другие продукты окисления. Они являются компонентами полисахаридов, сложных белков. Так реализуется строительная функция углеводов.
- Накопительная функция. Скелетные мышцы, печень, другие ткани запасают гликоген – углеводный продукт.
- Защитная функция. Иммунная система содержит высокомолекулярные углеводные вещества, которые называются сложными. Они блокируют проникновение бактерий, вирусов, оберегают от механических влияний.
- Осмотическая функция. Углеводы способны регулировать осмотическое давление. Уровень осмотического давления крови зависит от количественных показателей глюкозы.
- Рецепторная функция. Клеточные рецепторы гликопротеиды содержат углеводные соединения.
- Опорная. У растений и некоторых животных углеводные соединения являются опорным (скелетным) материалом.
- Регуляторная. Клетчатка способна регулировать перистальтику.
- Генетическая. Углеводные соединения являются компонентами ДНК, РНК.
- Специфическая. Влияют на нервные импульсы, образование антител.
Биологические функции углеводов определяют их необходимость для того, чтобы человек жил полноценной жизнью.
Что такое углеводы
Углеводами называют вещества органического происхождения. Они состоят из карбонильных и гидроксильных групп. Углеродные гидраты дали название классу углеводных соединений. Большая часть органических веществ нашей планеты в массовом соотношении состоит из углеводных соединений.
Состав углеводов
Строение углеводов неоднородно. Углеводные соединения состоят из углерода, водорода, кислорода. Общая формула углеводов выглядит так: Cn(H2O)m. Кислород с углеродом образуют карбонильные группы, кислород с водородом – гидроксильные. Одна молекула содержит водород и кислород в соотношении два к одному.
Отдельные элементы, из которых состоят углеводы, называются сахаридами. Гидролизная способность на низкомолекулярные вещества у углеводных соединений разная. Поэтому они делятся на простые и сложные по составу, а по усвояемости бывают быстрыми и медленными углеводами.
Свойства углеводов
Виды углеводов
Классификация углеводов зависит от их способности к разложению в водной среде и образованию новых веществ – к гидролизу. Углеводы бывают:
- Простыми – называются моносахаридами.
- Сложными:
- дисахаридные соединения,
- олигосахаридные соединения,
- полисахаридные соединения.
Моносахаридами называются простейшие углеводные соединения, состоящие из одной единицы и не способные образовывать еще более простые вещества. Синтез их производится зелеными растениями. Они легко соединяются с водой.
Самым популярным моносахаридом является глюкоза (C6H12O6). Большой процент глюкозы в винограде, виноградном соке, меде. Фруктоза, глюкозный изомер, тоже принадлежит к моносахаридам. При необходимости, чтобы получить хорошую порцию глюкозы нужно питаться яблоками, цитрусовыми, персиками, арбузами, сухофруктами, соками, компотами, вареньем, медом.
Это быстрые углеводы, имеющие повышенный индекс гликемии, стремительно повышающие уровень сахара в крови. Моносахариды способны дать скорую, но непродолжительную энергию.
Дисахаридами называются сложные вещества органического происхождения, двумолекулярные, расщепляющиеся в момент гидролизного процесса. Это различные сахара. Один из распространенных дисахаридов: мальтоза или солодовый сахар (C12H22O11), являющийся составным пивным, квасным элементом. Дисахаридом сахарозой – пищевым сахаром – наполнены сахара, изделия из муки, соки, компоты, варенье. Дисахаридом лактозой – молочным сахаром – молочные продукты.
Олигосахаридами называются углеводные соединения со сложной структурой, синтезированные более чем из двух (до 10) моносахаридных остатков. Самым часто встречаемым природным олигосахаридом является рафиноза (C18H32O16). Рафинозу формируют глюкозные, фруктозные и галактозные элементы. Она содержится в бобах, белокочанной и брюссельской капусте, брокколи, цельных злаках.
Полисахаридами называются сложноструктурные высокомолекулярные углеводные соединения, в структуре молекул которых от десяти до ста и нескольких тысяч моносахаридных единиц. Хорошо известный полисахарид – крахмал, (C₆H₁0O5)n. Крахмала много в мучных изделиях, крупах, картофеле. Самый полезный полисахарид клетчатка содержится в грече, перловке, овсянке, отрубях пшеницы и ржи, хлебе из грубо молотой муки, фруктах, овощах. Полисахарид гликоген, накапливающийся в печени, мышцах, является для человека энергетическим ресурсом.
Сложные углеводы характеризуются пониженным индексом гликемии, за счет этого повышение глюкозы в крови происходит постепенно. Полезные углеводы способны дать длительный энергетический запас.
Какую роль в организме выполняют углеводы
Значение углеводов очень важно для людей.
- Основная функция углеводов – питать в энергетическом плане. В процессе распада углеводных соединений выделяемая энергия затрачивается для главных процессов метаболизма клеток. Окисление одного грамма вещества дает четыре калории или почти 18 КДж.
- Строительство клеточных мембран, выработка нуклеиновых кислот, ферментов, нуклеотидов не обходятся без углеводных соединений.
- Выполняют функцию антикоагулянтов – веществ, угнетающих активность свертываемости крови, препятствующие образованию тромбов.
- Являются компонентом слизи, защищающей органы желудочно-кишечного тракта, органы дыхания, мочеполовые органы от вирусов, бактерий, физических воздействий.
- Пищеварительные ферменты стимулируются благодаря углеводным соединениям, что способствует улучшению пищеварительных процессов, активизации работы желудочной перистальтики.
- Без углеводных веществ не могут происходить обменные процессы в организме.
Перечисленные свойства объясняют, для чего нужны углеводы человеку.
В каких продуктах содержатся углеводы
Таблица углеводов даст возможность понять, какое количество вещества содержат продукты, которые человек употребляет в пищу.
Продукты, богатые углеводами
Продукты, содержащие углеводы
Молочные
Орехи, семечки
| Продукт | Содержание углеводов (в граммах) на 100 грамм продукта |
|---|---|
| Арахис | 10 |
| Грецкий орех | 11 |
| Орех кедра | 13 |
| Кешью | 23 |
| Миндаль | 13 |
| Фисташки | 27 |
| Фундук | 9 |
| Подсолнечник | 10 |
| Кунжут | 12 |
Фрукты, овощи
| Продукт | Содержание углеводов (в граммах) на 100 грамм продукта |
|---|---|
| Айва | 10 |
| Абрикос | 9 |
| Алыча | 8 |
| Ананас | 11 |
| Авокадо | 2 |
| Апельсин | 8 |
| Арбуз | 6 |
| Баклажан | 5 |
| Банан | 21 |
| Брусника | 8 |
| Брюква | 8 |
| Базилик | 3 |
| Виноград | 15 |
| Вишня | 11 |
| Голубика | 7 |
| Гранат | 14 |
| Груша | 10 |
| Грейпфрут | 7 |
| Дыня | 7 |
| Ежевика | 4 |
| Земляника | 8 |
| Инжир свежий | 12 |
| Кабачки | 5 |
| Капуста белокочанная | 5 |
| Капуста брокколи | 7 |
| Капуста брюссельская | 3 |
| Капуста кольраби | 8 |
| Капуста краснокочанная | 5 |
| Капуста пекинская | 2 |
| Капуста савойская | 6 |
| Капуста цветная | 4 |
| Картофель | 16 |
| Киви | 8 |
| Кинза | 4 |
| Клюква | 4 |
| Кресс-салат | 6 |
| Крыжовник | 9 |
| Лимон | 3 |
| Зеленый лук | 3 |
| Репчатый лук | 8 |
| Лук порей | 6 |
| Малина | 8 |
| Манго | 15 |
| Мандарин | 8 |
| Морковь | 7 |
| Морошка | 7 |
| Морская капуста | 3 |
| Нектарин | 11 |
| Облепиха | 6 |
| Огурец | 3 |
| Папайя | 11 |
| Корень пастернака | 9 |
| Болгарский перец | 5 |
| Персик | 10 |
| Петрушка | 8 |
| Помело | 10 |
| Помидоры | 4 |
| Ревень | 3 |
| Редис | 3 |
| Редька | 7 |
| Репа | 6 |
| Красная рябина | 9 |
| Черноплодная рябина | 11 |
| Салат | 2 |
| Свекла | 9 |
| Зелень сельдерея | 2 |
| Корень сельдерея | 7 |
| Слива | 10 |
| Смородина | 7-8 |
| Спаржа | 3 |
| Топинамбур | 13 |
| Тыква | 4 |
| Укроп | 6 |
| Хрен | 11 |
| Хурма | 15 |
| Черешня | 11 |
| Черника | 8 |
| Чеснок | 30 |
| Шиповник | 22 |
| Шпинат | 2 |
| Щавель | 3 |
| Яблоки | 10 |
Знание, где содержатся углеводы, какова их массовая доля, поможет избежать значительного и быстрого скачка глюкозы в крови, приобретения лишних калорий.
Не менее важную роль играет умение различать, в каких продуктах содержатся быстроусвояемые и медленные углеводные вещества. Простые углеводы – это какие продукты? Это продукты с высоким содержанием моносахаридов.
Для человека пользу представляют продукты, включающие сложные углеводные соединения.
Продукты без углеводов
В полезное меню следует включать медленные углеводные соединения, то есть те, которые усваиваются постепенно.
Каши лучше готовить из круп, не подвергавшихся обработке, использовать для этого не молоко, а воду. Есть без сахара.
Не стоит отказываться от отрубей, мюсли, потому что они усваиваются медленно, улучшают работу пищеварительной системы.
Горох, фасоль, нут, чечевица содержат медленные углеводные соединения, поэтому их можно смело включить в пищевой рацион.
Отсутствие сладкого вкуса поможет определить продукты, имеющие низкий гликемический индекс.
Меню для здоровья должно включать продукты с низким содержанием углеводов. Это овощные, фруктовые, молочные продукты, зелень, орехи.
Кроме продуктов с низким содержанием углеводных соединений есть продукты, которые их не содержат совсем.
- Мясные: курица, индейка, кролик, телячья, свиная, баранья вырезка.
- Ливер: печень, почки, сердце.
- Рыба: речная, морская нежирных сортов.
- Морепродукты: креветки, крабы, кальмары.
- Растительное масло: подсолнечное, оливковое, кунжутное.
- Грибы. Незначительное количество содержат только белые грибы, подберезовики: не более 1-2 грамм на 100 грамм продукта.
- Сыр: Рокфор, Бри, Чеддер, Пармезан, Тильзитер и другие.
- Алкогольные напитки: водка, коньяк, джин, бренди, ром.
Норма углеводов в день
Суточная норма углеводов зависит от пола, возраста, жизненного образа человека.
В день мужчине весом 50 кг требуется 160 грамм – для снижения веса, 215 грамм – для сохранения веса, 275 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день мужчине весом 60 кг требуется 165 грамм – для снижения веса, 230 грамм – для сохранения веса, 290 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день мужчине весом 70 кг требуется 175 грамм – для снижения веса, 250 грамм – для сохранения веса, 300 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день мужчине весом 80 кг требуется 185 грамм – для снижения веса, 260 грамм – для сохранения веса, 320 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 50 кг требуется 120 грамм – для снижения веса, 150 грамм – для сохранения веса, 200 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 60 кг требуется 150 грамм – для снижения веса, 190 грамм – для сохранения веса, 245 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 70 кг требуется 170 грамм – для снижения веса, 200 грамм – для сохранения веса, 260 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 80 кг требуется 150 грамм – для снижения веса, 220 грамм – для сохранения веса, 240 грамм – для увеличения мышечной массы.
Углеводные нормы в сутки можно высчитать. Для этого от показателей роста нужно вычесть 100, а потом полученный результат умножить на 3,5.
Недостаточное или избыточное потребление углеводных соединений нанесут вред человеку.
При избытке углеводных соединений, поглощаемых организмом, происходит резкий выброс инсулина в кровь, откладываются избыточные жиры. Это может спровоцировать сахарный диабет, ожирение, а затем и другие проблемы со здоровьем.
Ограниченное поступление углеводных соединений истощает запасы гликогена, происходит ожирение печени, что приводит к ее дисфункции. Повышается утомляемость, слабость, снижается физические и интеллектуальные способности. Нехватка поставщиков энергетических запасов приводит к быстрому расщеплению жиров, из-за чего вырабатываются вредные катены. Катены способны окислить организм, вызвать кетоацидотическую кому.
Читайте также: