Функции углеводов в организме (биологическая роль)
Углеводы преимущественно используются организмом в качестве источника энергии. Например, упрощённо процесс получения энергии из глюкозы (основого и наиболее универсального углевода для человека и животных) можно проиллюстрировать химической формулой:
C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + Энергия.
Т.е. глюкоза окисляется с образованием энергии, воды и углекислого газа.
В организме из углеводов также могут синтезироваться липиды и некоторые аминокислоты. И углеводы входят в состав некоторых компонентов клеток.
Мальтоза С12Н22О11
Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.
| Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом (одно из циклических звеньев может раскрываться в альдегидную группу) и вступает в реакции, характерные для альдегидов. |
При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.
C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6
Это дисахарид, состоящий из двух остатков α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.
| Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов. |
Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы.
Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C6H10O5)n, но совершенно различные свойства.
Это объясняется особенностями их пространственного строения.
Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:
Список продуктов с большим количеством углеводов
Таблица содержания углеводов в продуктах питания.
| № | Количество углеводов | Доля от суточной нормы на 100 г | |
| 1 | Фруктоза заменитель сахара | 100,0 г | 32,3% |
| 2 | Стевия (сахарозаменитель) заменитель сахара | 100,0 г | 32,3% |
| 3 | Сахар сахарный песок | 100,0 г | 32,3% |
| 4 | Сахар коричневый | 98,1 г | 31,6% |
| 5 | Жевательная резинка | 96,7 г | 31,2% |
| 6 | Яблоки сушёные | 93,5 г | 30,2% |
| 7 | Помадка | 93,2 г | 30,1% |
| 8 | Крахмал кукурузный | 91,3 г | 29,4% |
| 9 | Сукралоза заменитель сахара | 91,2 г | 29,4% |
| 10 | Конфеты Skittles | 90,8 г | 29,3% |
| 11 | Ирис | 90,4 г | 29,2% |
| 12 | Воздушный рис готовый к употреблению | 89,8 г | 29,0% |
| 13 | Сахарин заменитель сахара | 89,1 г | 28,7% |
| 14 | Аспартам заменитель сахара | 89,1 г | 28,7% |
| 15 | Слива сушёная низкое содержание воды | 89,1 г | 28,7% |
| 16 | Тапиока в сухом виде | 88,7 г | 28,6% |
| 17 | Бананы сушёные | 88,3 г | 28,5% |
| 18 | Мука арроурут | 88,2 г | 28,4% |
| 19 | Отруби кукурузные необработанные термически | 85,6 г | 27,6% |
| 20 | Персик сушёный | 83,2 г | 26,8% |
| 21 | Крахмал картофельный | 83,1 г | 26,8% |
| 22 | Абрикосы сушёные низкое содержание воды | 82,9 г | 26,7% |
| 23 | Клюква сушёная | 82,8 г | 26,7% |
| 24 | Мука кукурузная | 82,8 г | 26,7% |
| 25 | Мёд | 82,4 г | 26,6% |
| 26 | Хлебцы ржаные | 82,2 г | 26,5% |
| 27 | Рис клейкий (липкий) в сухом виде | 81,7 г | 26,3% |
| 28 | Зефир (маршмэллоу) | 81,3 г | 26,2% |
| 29 | Картофельные хлопья в сухом виде (пюре быстрого приготовления) | 81,2 г | 26,2% |
| 30 | Рис пропаренный в сухом виде | 80,9 г | 26,1% |
| 31 | Корица порошок | 80,6 г | 26,0% |
| 32 | Лапша рисовая в сухом виде | 80,2 г | 25,9% |
| 33 | Мука рисовая | 80,1 г | 25,8% |
| 34 | Рис длиннозёрный в сухом виде | 80,0 г | 25,8% |
| 35 | Крупа кукурузная сухая | 79,9 г | 25,8% |
| 36 | Воздушная пшеница готовая к употреблению | 79,6 г | 25,7% |
| 37 | Морковь сушёная | 79,6 г | 25,7% |
| 38 | Изюм без косточек | 79,5 г | 25,7% |
| 39 | Рис в сухом виде | 79,3 г | 25,6% |
| 40 | Лапша кукурузная в сухом виде | 79,3 г | 25,6% |
| 41 | Крендельки без соли | 79,2 г | 25,5% |
| 42 | Рис круглозёрный в сухом виде | 79,2 г | 25,5% |
| 43 | Луковый порошок | 79,1 г | 25,5% |
| 44 | Попкорн карамельный | 79,1 г | 25,5% |
| 45 | Рис бурый пропаренный в сухом виде | 78,7 г | 25,4% |
| 46 | Манго сушёное | 78,6 г | 25,3% |
| 47 | Мука ячменная солодовая | 78,3 г | 25,3% |
| 48 | Манка крупа манная сухая | 78,0 г | 25,2% |
| 49 | Попкорн без соли | 77,9 г | 25,1% |
| 50 | Попкорн солёный | 77,8 г | 25,1% |
Вся таблица углеводов
Простые и сложные углеводы
Углеводы состоят из повторяющихся звеньев в виде цепочек. Каждое такое звено называется сахаридом. Организм для получения энергии сначала разбирает эти звенья (такой процесс называется гидролизом), а затем подвергает каждое звено гликолизу с последующим получением энергии.
Простые углеводы (быстрые)
Группу простых углеводов составляют моносахариды (один сахарид) и дисахариды (два сахарида). Их так же называют сахарами, они быстро и легко усваиваются.
Моносахариды
Простейшие углеводы состоят всего из одного сахарида и поэтому получили название моносахариды (такие углеводы уже не распадаются гидролизом на более простые).
Фруктоза, глюкоза и галактоза — это простые углеводы (моносахариды), они имеют одинаковую химическую формулу C6H12O6, но различаются пространственным строением и свойствами (такие молекулы называют изомерами).
Глюкоза и фруктоза в свободной форме содержатся в больших количествах в ягодах и фруктах. Эти моносахариды также входят в состав сложных углеводов: дисахаридов и полисахаридов.
Галактоза в природе в свободной форме встречается очень редко.
Дисахариды
Сахароза — это дисахарид. В быту сахароза известна как простой сахар (получаемый из сахарной свеклы и сахарного тростника).
Она состоит из двух сахаридов — фруктозы и глюкозы. Чтобы получить из сахарозы глюкозу и фруктозу, организм подвергает её гидролизу (в присутствии кислоты), что можно проиллюстрировать простой химической формулой:
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
По аналогии дисахарид лактоза состоит из остатков двух моносахаридов: глюкозы и галактозы. Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы.
Сложные углеводы (медленные) — полисахариды
Сложные углеводы состоят из длинных разветвлённых цепочек сахаридов. Сложные углеводы называют полисахаридами.
Полисахариды состоят из десятков, сотен или тысяч моносахаридов.
Клетчатка (целлюлоза) и крахмал — это полисахариды.
При полном гидролизе (в процессе пищеварения) крахмал в организме человека распадается на глюкозу.
Пищеварительные соки не способны разрушить клетчатку и выделить глюкозу, но она так же необходима пищеварению.
Гликоген — «животный крахмал» — тоже полисахарид. Организм синтезирует его из глюкозы и откладывает преимущественно в печени и мышцах. При необходимости организм легко отщепляет от этого полисахарида глюкозу и использует в качестве источника энергии.
Целлюлоза и хитин — полисахариды, выполняют роль опорного материала растений и животных. Очень интересно, как сахариды с одной стороны, являются прекрасным источником энергии, а с другой — структурными элементами с большой механической прочностью, например, входят в состав древесины или роговых оболочек насекомых.
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
- Твердые прозрачные кристаллы белого цвета, большинство из них имеет сладкий вкус.
- Имеют низкую температуру плавления, кипения.
- Способность углеводных соединений растворяться в воде зависит от массы, строения. Вещества с меньшей массой и простой структурой растворяются в воде лучше, чем углеводные соединения с большой массой и разветвленной структурой.
- Чем проще углеводное соединение, тем оно слаще.
- Моносахариды способны сбраживаться под воздействием микроорганизмов: дрожжей, молочных бактерий и других веществ.
- Углеводные соединения обладают гидрофильностью, то есть способностью к связыванию воды. Отсюда их высокая гигроскопичность, которая лежит в основе негативных изменений качества пищи.
- Охлаждение полисахаридов расщепляет их на моносахариды.
- Помогают синтезировать нуклеиновые кислоты.
- Повышают уровень глюкозы в крови.
- Помогают организму утилизировать жир.
- Входят в состав клеток, тканей, межклеточных жидкостей.
- Негативно влияют на эмаль зубов, провоцируют появление кариеса.
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.
Относительная сладость углеводов
При употреблении простых углеводов мы ощущаем сладость. Если принять сладость сахарозы за 100, то сладость фруктозы будет равняться 173, а глюкозы — 74,3.
| Относительная сладость | Процент от фруктозы | |
| Лактоза | 16,0 | 9.2% |
| Галактоза | 32,1 | 18.6% |
| Мальтоза | 32,5 | 18.8% |
| Глюкоза | 74,3 | 42.9% |
| Мёд | 97,0 | 56.1% |
| Сахароза | 100,0 | 57.8% |
| Фруктоза | 173,0 | 100% |
Как усваиваются углеводы
Углеводный обмен в организме человека заключается в его преобразовании в энергию, необходимую для жизни. Это происходит в несколько этапов:
- На первом этапе углеводы, попавшие в организм человека, начинают расщепляться на простые сахариды. Происходит это уже во рту под воздействием слюны.
- В желудке на нераспавшиеся во рту сложные сахариды начинает воздействовать желудочный сок. Он расщепляет даже лактозу до состояния галатозы, которая впоследствии преобразуется в необходимую глюкозу.
- В кровь глюкоза всасывается через стенки тонкого кишечника. Часть ее, даже минуя этап накопления в печени, сразу преображается в энергию для жизни.
- Далее процессы переходят на клеточный уровень. Глюкоза заменяет собой молекулы кислорода в крови. Это становится сигналом для поджелудочной железы о начале выработки и выброса в кровь инсулина – вещества, необходимого для доставки гликогена, в который преобразовалась глюкоза, внутрь клеток. То есть гормон помогает организму усваивать глюкозу на молекулярном уровне.
- Гликоген синтезируется в печени, именно она перерабатывает углеводы в необходимое вещество и даже способна делать небольшой запас гликогена.
- Если глюкозы слишком много, печень превращает их в простые жиры, связав их в цепочку нужными кислотами. Такие цепочки при первой необходимости расходуются организмом для превращения в энергию. Если они остаются невостребованными, то переводятся под кожу в виде жировых тканей.
- Доставленный инсулином в клетки мышечных тканей гликоген при необходимости, а именно при дефиците кислорода, означающего физическую нагрузку, вырабатывает энергию для мышц.
