Почему углеводы считаются главными источниками энергии в клетке кратко
Обновлено: 06.07.2024
Организму человека для здоровой жизнедеятельности необходима энергия, которая поступает вместе с пищей. Примерно половину энергетической потребности обеспечивают продукты, содержащие углеводы.
Что такое углеводы
Углеводы – это органические вещества, основной источник энергии для вашего организма.
Существуют простые и сложные углеводы.
- Сложные углеводы. Медленные. В продуктах содержится много клетчатки, они расщепляются медленно и имеют высокую питательную ценность.
К ним относятся крупы и макаронные изделия, горох, чечевица, фасоль, свекла, кукуруза, картофель, морковь, тыква, зерновые культуры и злаки, цельнозерновой хлеб.
- Простые углеводы. Быстрые. В продуктах содержит мало клетчатки, они расщепляются быстро и имеют низкую питательную ценность.
К ним относятся: мёд, сахар, варенье, джемы, сиропы, газировка, кондитерские изделия, белый хлеб, сладкие фрукты и овощи.
Углеводы должны составлять основную часть рациона. Средняя потребность в углеводах в день для взрослого зависит от индивидуальных потребностей самого организма. Но требуется не меньше 130 грамм.
Значение углеводов трудно переоценить. Глюкоза является основным энергетическим источником в организме человека, идет на построение многих важных веществ в организме - гликогена (энергетический резерв), входит в состав клеточных мембран, ферментов, гликопротеидов, гликолипидов, участвует в большинстве реакций, происходящих в организме человека. В то же время именно сахароза является основным источником глюкозы, который поступает во внутреннюю среду. Содержащая практически во всех растительных продуктах питания, сахароза обеспечивает необходимый приток энергетического и незаменимого вещества - глюкозы.
Необходимо следить за своим питанием и по возможности корректировать образ жизни. Сбалансированное содержание всех полезных веществ в рационе человека способствует нормальной работе всех систем организма и сохранению крепкого здоровья.
Берегите своё здоровье и здоровье своих близких.
Углеводы обладают очень простой молекулярной структурой и легко растворяются в воде. Они легко и быстро проникают в любые клетки организма и обеспечивают их энергией. Более 99% всех углеводов, используемых нашим организмом, становятся источником энергии.
В нормальных условиях организм человека использует глюкозу в качестве единственного энергоносителя для обеспечения энергетических потребностей самых важных органов и систем. К ним относятся головной мозг, эритроциты (красные клетки крови), органы зрения и органы гормональной регуляции (например надпочечники). Кроме того, глюкоза критически важна для питания плода, а также для образования материнского молока (лактоза, главный сахар молока, синтезируется из глюкозы).
В условиях длительного голодания человек и животные могут использовать в качестве источника энергии и другие вещества (например, такие продукты распада жиров, как кетоны), но даже в этих критических ситуациях полностью отказаться от глюкозы мы не можем.
2. На что расходуется еще 1% углеводов?
Глюкозу и другие простые углеводы растения успешно используют в качестве строительного материала. Огромные стволы деревьев — это не что иное, как сложные углеводы, такие как целлюлоза и лигнин.
Хотя у человека и животных главным строительным материалом являются белки, углеводы тоже участвуют в образовании многих очень важных соединений. Белково-углеводными соединениями (гликопротеинами) являются многие гормоны, многие ферменты, а также всем известный коллаген. Не меньшее значение у соединений углеводов с жирными кислотами (гликолипиды), имеющими особое значение для функционирования нейронов головного мозга.
3. Основной источник углеводов – это растения?
Да, растения – это основной и очень богатый источник углеводов в природе. И казалось бы, любое животное, питающееся преимущественно растительной пищей, не должно испытывать никаких проблем с углеводами и получать их в готовом виде. Но!
Плоды и семена дикорастущих растений (вспомните полевые злаковые сорняки или дикую яблоню) составляют менее 1% от массы всего растения в отличие от культивируемых человеком аналогов.
В рационе травоядных львиная доля углеводов представлена неперевариваемыми пищевыми волокнами. Из них невозможно получить не то что глюкозу, а вообще хоть что-то питательное. К счастью, у травоядных есть помощники – миллиарды бактерий, населяющих желудок и кишечник. Именно они расщепляют сложные пищевые волокна и образуют из них летучие жирные кислоты.
4. Что такое летучие жирные кислоты?
Летучие жирные кислоты – главные источники энергии для животных. Несмотря на то, что в составе растительного корма формально присутствует огромное количество глюкозы, животные не могут получить ее напрямую и вынуждены синтезировать самостоятельно.
Синтез этих кислот – непростой и энергозатратный процесс, приносящий не так много глюкозы. Поэтому травоядные животные вынуждены синтезировать последнюю практически постоянно (а, значит, постоянно есть), а ее запасы в виде гликогена крайне невелики.
5. А как же хищники?
Плотоядные животные вообще не получают углеводов из пищи. Количество гликогена, которое есть в мясе и печени их жертв, настолько мало, что им можно пренебречь.
Более того, у большинства хищников отсутствует генетическая способность распознавать сладкий вкус. На протяжении тысяч поколений они никогда не сталкивались со свободными углеводами в пище, что подтверждается фактом отсутствия в слюне (например кошачьей) фермента амилазы, необходимого для первичного расщепления углеводов пищи.
Также тот факт, что строгие хищники в процессе эволюции практически не сталкивались с пищевыми углеводами, подтверждает крайне низкая активность глюкокиназы – синтезируемого в печени фермента, ключевого элемента утилизации глюкозы, поступающей вместе с пищей.
Глюкокиназа осуществляет первичный метаболизм глюкозы, и повышение активности глюкокиназы служит сигналом для синтеза инсулина, запускающего масштабную утилизацию глюкозы.
6. Откуда берется глюкоза для мозга?
Хотя хищники практически не получают углеводов с пищей, это совсем не значит, что они им не нужны: головной мозг постоянно нуждается в очень большом количестве глюкозы. Эту глюкозу хищники вынуждены синтезировать сами, используя в качестве исходного субстрата белок.
Именно это, кстати, и объясняет еще одну удивительную способность хищников съедать и усваивать огромные количества пищевого белка без риска белковой интоксикации, как это часто встречается у всеядных животных и человека.
7. Как это устроено у людей?
Для древнего человека пищевые углеводы были крайне редким элементом рациона. И глюкозу наши предки тоже в основном синтезировали самостоятельно, занимая по этому показателю (в силу своей всеядности) промежуточное положение между чистыми травоядными и строгими хищниками.
Да, у нас нет огромного многокамерного желудка как у травоядных, но зато природа наделила нас очень длинным кишечником, густо населенным бактериями, которые помогают расщеплять неперевариваемые пищевые волокна растительной пищи, образуя летучие жирные кислоты.
Конечно, в рационе человекообразных обезьян, первобытного человека и наших предков присутствовали чистые углеводы, которые могли усваиваться напрямую из пищи за счет поглощения плодов, семян, почек и сладких корнеплодов.
Однако возможности организма большинства животных и человека по усвоению чистых углеводов из пищи весьма ограничены. Если рассматривать не отдельные сезоны или географические области, а общую эволюцию питания животных и человека, становится ясно: большую часть углеводов нам приходилось синтезировать самим.
2. Какую роль играют углеводы в живом организме?
Ответ. Углеводы в живом организме выполняют ряд функций: энергетическую, строительную, защитную, запасающую функции.
Вопросы после §9
1. Какие углеводы называют моно-, олиго– и полисахаридами?
Ответ. Моносахариды (от греч. monos – один) – бесцветные кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус. Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. Рибоза входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ряда ферментов. Дезоксирибоза входит в состав ДНК. Глюкоза (виноградный сахар) является мономером полисахаридов (крахмала, гликогена, целлюлозы). Она есть в клетках всех организмов. Фруктоза входит в состав олигосахаридов, например сахарозы. В свободном виде содержится в клетках растений. Галактоза также входит в состав некоторых олигосахаридов, например лактозы.
Олигосахариды (от греч. oligos – немного) образованы двумя (тогда их называют дисахариды) или несколькими моносахаридами, связанными ковалентно друг с другом с помощью гликозидной связи. Большинство олигосахаридов растворимы в воде и имеют сладкий вкус. Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды: сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар).
Полисахариды (от греч. poly – много) являются полимерами и состоят из неопределённо большого (до нескольких сотен или тысяч) числа остатков молекул моносахаридов, соединённых ковалентными связями. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и др. Интересно, что крахмал, гликоген и целлюлоза, играющие важную роль в живых организмах, построены из мономеров глюкозы, но связи в их молекулах различны. Кроме того, у целлюлозы цепи не ветвятся, а у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала.
2. Какие функции выполняют углеводы в живых организмах?
Ответ. Основная функция углеводов – энергетическая. При их ферментативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж.
Углеводы выполняют запасающую функцию. При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании.
Очень важной является структурная, или строительная, функция углеводов. Они используются в качестве строительного материала. Так, целлюлоза благодаря особому строению нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 20–40 % материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей.
Хитин входит в состав клеточных стенок некоторых простейших и грибов. В качестве важного компонента наружного скелета хитин встречается у отдельных групп животных, например у членистоногих.
Углеводы выполняют защитную функцию. Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении стволов и веток растений, например слив, вишен), препятствующие проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов, являются производными моносахаридов.
Твердые клеточные стенки одноклеточных и хитиновые покровы членистоногих, в состав которых входят углеводы, также выполняют защитные функции.
3. Почему углеводы считаются главными источниками энергии в клетке?
Ответ. Углеводы считаются главными источниками энергии в клетке потому, что при их расщеплении выделяется достаточно количества энергии. Углеводы доступны организму. Расщепление углеводов происходит быстрее, чем остальных органических веществ.
► Обычно в клетке животных организмов содержится около 1 % углеводов, в клетках печени их содержание доходит до 5 %, а в растительных клетках – до 90 %. Подумайте и объясните почему.
Ответ. В растительных клетках - большой процент углеводов, т. Так как растения автотрофы и в их клетках постоянно идёт процесс фотосинтеза углеводов.
В печени животных более высокое содержание углеводов, т. к. в её клетках находится запас глюкозы в виде гликогена.
Выясните, какие это соединения.
Ответ. Общая формула углеводов Сn(H2O)m. Однако с развитием химии углеводов обнаружены соединения, состав которых не отвечает приведенной общей формуле,но обладающие свойствами веществ своего класса(например,C5H10O4-Дезоксирибоза). Еще одним примером может служить молочная кислота С3Н6 О3.
Углеводы обладают очень простой молекулярной структурой и легко растворяются в воде. Они легко и быстро проникают в любые клетки организма и обеспечивают их энергией. Более 99% всех углеводов, используемых нашим организмом, становятся источником энергии.
В нормальных условиях организм человека использует глюкозу в качестве единственного энергоносителя для обеспечения энергетических потребностей самых важных органов и систем. К ним относятся головной мозг, эритроциты (красные клетки крови), органы зрения и органы гормональной регуляции (например надпочечники). Кроме того, глюкоза критически важна для питания плода, а также для образования материнского молока (лактоза, главный сахар молока, синтезируется из глюкозы).
В условиях длительного голодания человек и животные могут использовать в качестве источника энергии и другие вещества (например, такие продукты распада жиров, как кетоны), но даже в этих критических ситуациях полностью отказаться от глюкозы мы не можем.
2. На что расходуется еще 1% углеводов?
Глюкозу и другие простые углеводы растения успешно используют в качестве строительного материала. Огромные стволы деревьев — это не что иное, как сложные углеводы, такие как целлюлоза и лигнин.
Хотя у человека и животных главным строительным материалом являются белки, углеводы тоже участвуют в образовании многих очень важных соединений. Белково-углеводными соединениями (гликопротеинами) являются многие гормоны, многие ферменты, а также всем известный коллаген. Не меньшее значение у соединений углеводов с жирными кислотами (гликолипиды), имеющими особое значение для функционирования нейронов головного мозга.
3. Основной источник углеводов – это растения?
Да, растения – это основной и очень богатый источник углеводов в природе. И казалось бы, любое животное, питающееся преимущественно растительной пищей, не должно испытывать никаких проблем с углеводами и получать их в готовом виде. Но!
Плоды и семена дикорастущих растений (вспомните полевые злаковые сорняки или дикую яблоню) составляют менее 1% от массы всего растения в отличие от культивируемых человеком аналогов.
В рационе травоядных львиная доля углеводов представлена неперевариваемыми пищевыми волокнами. Из них невозможно получить не то что глюкозу, а вообще хоть что-то питательное. К счастью, у травоядных есть помощники – миллиарды бактерий, населяющих желудок и кишечник. Именно они расщепляют сложные пищевые волокна и образуют из них летучие жирные кислоты.
4. Что такое летучие жирные кислоты?
Летучие жирные кислоты – главные источники энергии для животных. Несмотря на то, что в составе растительного корма формально присутствует огромное количество глюкозы, животные не могут получить ее напрямую и вынуждены синтезировать самостоятельно.
Кислота | Роль в организме |
Уксусная кислота | Является одним из ключевых звеньев цикла Кребса, в результате которого образуется клеточная энергия. Также используется для синтеза жира – еще одного источника энергии, в том числе через механизм синтеза глюкозы из жирных кислот. |
Масляная кислота | Имеет огромное значение для жизнедеятельности толстого кишечника: является энергетическим субстратом для клеток последнего, участвует в регуляции проницаемости его стенок и способствует поддержанию нормальной кишечной микрофлоры. |
Пропионовая кислота | Служит главным источником синтеза глюкозы, без которой животные не могут поддерживать нормальный энергетический обмен, несмотря на наличие упомянутых выше альтернативных источников энергии. |
Синтез этих кислот – непростой и энергозатратный процесс, приносящий не так много глюкозы. Поэтому травоядные животные вынуждены синтезировать последнюю практически постоянно (а, значит, постоянно есть), а ее запасы в виде гликогена крайне невелики.
5. А как же хищники?
Плотоядные животные вообще не получают углеводов из пищи. Количество гликогена, которое есть в мясе и печени их жертв, настолько мало, что им можно пренебречь.
Более того, у большинства хищников отсутствует генетическая способность распознавать сладкий вкус. На протяжении тысяч поколений они никогда не сталкивались со свободными углеводами в пище, что подтверждается фактом отсутствия в слюне (например кошачьей) фермента амилазы, необходимого для первичного расщепления углеводов пищи.
Также тот факт, что строгие хищники в процессе эволюции практически не сталкивались с пищевыми углеводами, подтверждает крайне низкая активность глюкокиназы – синтезируемого в печени фермента, ключевого элемента утилизации глюкозы, поступающей вместе с пищей.
Млекопитающее | Добавка глюкозы в корм | Повышенный уровень глюкозы в крови |
Кошки (хищники) | 1-2 г на 1 кг массы | 5-6 часов после еды |
Собаки (всеядные) | 1-2 г на 1 кг массы | 1-2 часа после еды |
Глюкокиназа осуществляет первичный метаболизм глюкозы, и повышение активности глюкокиназы служит сигналом для синтеза инсулина, запускающего масштабную утилизацию глюкозы.
6. Откуда берется глюкоза для мозга?
Хотя хищники практически не получают углеводов с пищей, это совсем не значит, что они им не нужны: головной мозг постоянно нуждается в очень большом количестве глюкозы. Эту глюкозу хищники вынуждены синтезировать сами, используя в качестве исходного субстрата белок.
Именно это, кстати, и объясняет еще одну удивительную способность хищников съедать и усваивать огромные количества пищевого белка без риска белковой интоксикации, как это часто встречается у всеядных животных и человека.
7. Как это устроено у людей?
Для древнего человека пищевые углеводы были крайне редким элементом рациона. И глюкозу наши предки тоже в основном синтезировали самостоятельно, занимая по этому показателю (в силу своей всеядности) промежуточное положение между чистыми травоядными и строгими хищниками.
Да, у нас нет огромного многокамерного желудка как у травоядных, но зато природа наделила нас очень длинным кишечником, густо населенным бактериями, которые помогают расщеплять неперевариваемые пищевые волокна растительной пищи, образуя летучие жирные кислоты.
Млекопитающие | Летучие жирные кислоты | Жиры, образующиеся в изобильные пищевые периоды | Белок |
Травоядные | + | + | |
Хищники | + | ||
Всеядные (человек) | + | + | + |
Конечно, в рационе человекообразных обезьян, первобытного человека и наших предков присутствовали чистые углеводы, которые могли усваиваться напрямую из пищи за счет поглощения плодов, семян, почек и сладких корнеплодов.
Однако возможности организма большинства животных и человека по усвоению чистых углеводов из пищи весьма ограничены. Если рассматривать не отдельные сезоны или географические области, а общую эволюцию питания животных и человека, становится ясно: большую часть углеводов нам приходилось синтезировать самим.
Читайте также:
- План внеурочной деятельности школа 62 екатеринбург
- Культуроведческая компетенция учащихся формируется в какой школе
- Какая связь объективной действительности наблюдается среди людей долгожителей кратко
- Как ухаживать за спортивной одеждой и обувью кратко
- В чем специфика социологического подхода к исследованию личности кратко