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.

Роль летучих жирных кислот в организме
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.

Активность глюкокиназы у хищников и всеядных
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.

Источники синтеза глюкозы у млекопитающих
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: