Углеводы – главный источник энергии в организме человека.
Общая формула углеводов Сn(H2O)m
Углеводы — вещества состава См Н2п Оп, имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека. Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. На долю углеводов приходится около 80 % сухого вещества растений и около 20 % животных. Растения синтезируют углеводы из неорганических соединений — углекислого газа и воды (СО2 и Н2 О).
Запасы углеводов в виде гликогена в организме человека составляют примерно 500 г. Основная масса его (2/3) находится в мышцах, 1/3 – в печени. В промежутках между приемами пищи гликоген распадается на молекулы глюкозы, что смягчает колебания уровня сахара в крови. Запасы гликогена без поступления углеводов истощаются примерно за 12-18 часов. В этом случае включается механизм образования углеводов из промежуточных продуктов обмена белков. Это обусловлено тем, что углеводы жизненно необходимы для образования энергии в тканях, особенно мозга. Клетки мозга получают энергию преимущественно за счет окисления глюкозы.
Виды углеводов
Углеводы по своей химической структуре можно разделить на простые углеводы (моносахариды и дисахариды) и сложные углеводы (полисахариды).
Простые углеводы (сахара)
Глюкоза – наиболее важный из всех моносахаридов, так как она является структурной единицей большинства пищевых ди- и полисахаридов. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических реакций превращаются в другие вещества и в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды – используются как «топливо» для клеток. Глюкоза – необходимый компонент обмена углеводов. При снижении ее уровня в крови или высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания ( гипогликемическая кома ).
Глюкоза «в чистом виде», как моносахарид, содержится в овощах и фруктах. Особенно богаты глюкозой виноград – 7,8%, черешня, вишня – 5,5%, малина – 3,9%, земляника – 2,7%, слива – 2,5%, арбуз – 2,4%. Из овощей больше всего глюкозы содержится в тыкве – 2,6%, в белокочанной капусте – 2,6%, в моркови – 2,5%.
Глюкоза обладает меньшей сладостью, чем самый известный дисахарид – сахароза. Если принять сладость сахарозы за 100 единиц, то сладость глюкозы составит 74 единицы.
Фруктоза является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» — глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 – сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.
Основными источниками фруктозы в пище являются виноград – 7,7%, яблоки – 5,5%, груши – 5,2%, вишня, черешня – 4,5%, арбузы – 4,3%, черная смородина – 4,2%, малина – 3,9%, земляника – 2,4%, дыни – 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико – от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде – около 3,7%. Достоверно доказано, что фруктоза, обладающая значительно более высокой сладостью, чем сахароза, не вызывает кариеса, которому способствует потребление сахара.
Галактоза в продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой – лактозу (молочный сахар) – основной углевод молока и молочных продуктов.
Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. При этом возможно обильное газообразование, живот «пучит». В кисломолочных продуктах большая часть лактозы сброжена до молочной кислоты, поэтому люди с лактазной недостаточностью могут переносить кисломолочные продукты без неприятных последствий. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.
Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращается в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание — галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.
Содержание лактозы в коровьем молоке составляет 4,7%, в твороге – от 1,8% до 2,8%, в сметане – от 2,6 до 3,1%, в кефире – от 3,8 до 5,1%, в йогуртах – около 3%.
Сахароза — это дисахарид, образованный молекулами глюкозы и фруктозы. Содержание сахарозы в сахаре 99,5%. То, что сахар – это «белая смерть», любители сладкого знают так же хорошо, как курильщики то, что капля никотина убивает лошадь. К сожалению, обе эти прописные истины чаще служат поводом для шуток, чем для серьезных размышлений и практических выводов.
Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар – это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли. Из растительных продуктов больше всего сахарозы содержится в свекле – 8,6%, персиках – 6,0%, дынях – 5,9%, сливах – 4,8%, мандаринах – 4,5%. В овощах, кроме свеклы, значительное содержание сахарозы отмечается в моркови – 3,5%. В остальных овощах содержание сахарозы колеблется от 0,4 до 0,7%. Кроме собственно сахара, основными источниками сахарозы в пище являются варенье, мед, кондитерские изделия, сладкие напитки, мороженое.
При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза — солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебобулочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.
Сложные углеводы
Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы.
Крахмал – основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов.
Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе ( ядрице ) до 70% — в рисовой. Из злаков меньше всего крахмала содержится в овсяной крупе и продуктах ее переработки: толокне, овсяных хлопьях «Геркулес» — 49%. Макаронные изделия содержат от 62 до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта – от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки – от 35 до 51% крахмала, мука – от 56 ( ржаная ) до 68% ( пшеничная высшего сорта ). Крахмала много и в бобовых продуктах – от 40% в чечевице до 44% в горохе. По этой причине сухие горох, фасоль, чечевицу, нут относят к зернобобовым. Особняком стоят соя, которая содержит только 3,5% крахмала, и соевая мука ( 10-15,5% ). По причине высокого содержания крахмала в картофеле ( 15-18% ) в диетологии его относят не к овощам, где основные углеводы представлены моносахариды и дисахаридами, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.
В топинамбуре и некоторых других растениях углеводы запасаются в виде полимера фруктозы — инулина. Пищевые продукты с добавкой инулина рекомендуют при диабете и особенно – для его профилактики (напомним, что фруктоза дает меньшую нагрузку на поджелудочную железу, чем другие сахара).
Гликоген — «животный крахмал» — состоит из сильно разветвленных цепочек молекул глюкозы. Он в небольших количествах содержится в животных продуктах (в печени 2-10%, в мышечной ткани – 0,3-1%).
Продукты с высоким содержанием углеводов
Наиболее распространенными углеводами являются глюкоза, фруктоза и сахароза, входящие в состав овощей, фруктов и меда. Лактоза входит в состав молока. Сахар-рафинад представляет собой соединение фруктозы и глюкозы.
Глюкоза играет центральную роль в процессе обмена веществ. Она является поставщиком энергии для таких органов, как головной мозг, почки, и способствует выработке красных кровяных телец.
Человеческий организм не в состоянии делать слишком большие запасы глюкозы и потому нуждается в ее регулярном пополнении. Но это не значит, что нужно есть глюкозу в чистом виде. Гораздо полезнее употреблять ее в составе более сложных углеводных соединений, например, крахмала, который содержится в овощах, фруктах, зерновых. Все эти продукты, кроме того, являются настоящим кладезем витаминов, клетчатки, микроэлементов и других полезных веществ, помогающих организму бороться со многими болезнями. Полисахариды должны составлять большую часть всех поступающих в наш организм углеводов.
Важнейшие источники углеводов
Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % глюкозы и фруктозы.
Для обозначения количества углеводов в пище используется специальная хлебная единица.
К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.
Углеводы применяют в качестве:
— лекарственных средств,
— для производства бездымного пороха (пироксилина),
— взрывчатых веществ,
— искусственных волокон (вискоза).
— огромное значение имеет целлюлоза как источник для получения этилового спирта
Функции
1.Энергетическая
Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека, при расщеплении 1г углеводов освобождается 17,8 кДж энергии.
2. Структурная.
Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.
3. Запасающая.
Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных
Группы углеводов Особенностистроения молекулы Свойства углеводов Моносахариды Число атомов С
С3-триозы
С4-тетрозы
С5-пентозы
С6-гексозы
Бесцветны, хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус. Олигосахариды Сложные углеводы. Содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков Хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус. Полисахариды Сложные углеводы, состоящие из большого числа мономеров-простых сахаров и их производных С увеличением числа мономерных звеньев растворимость уменьшается, исчезает сладкий вкус. Появляется способность ослизняться и набухать Историческая справка
· Углеводы используются с глубокой древности — самым первым углеводом (точнее смесью углеводов), с которой познакомился человек, был мёд.
· Родиной сахарного тростника является северо-западная Индия-Бенгалия. Европейцы познакомились с тростниковым сахаром благодаря походам Александра Македонского в 327 г. до н.э.
· Крахмал был известен ещё древним грекам.
· Свекловичный сахар в чистом виде был открыт лишь в 1747 г. немецким химиком А. Маргграфом
· В 1811 г. русский химик Кирхгоф впервые получил глюкозу гидролизом крахмала
· Впервые правильную эмпирическую формулу глюкозы предложил шведский химик Я. Берцеллиус в 1837 г. С6Н12О6
· Синтез углеводов из формальдегида в присутствии Са(ОН)2 был произведён А.М. Бутлеровым в 1861 г.
Заключение
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.
Организму обязательно нужны углеводы (свыше 56% энергии мы получаем за счет углеводов)
Углеводы бывают простые и сложные( из-за строения молекул их так назвали)
Минимальное количество углеводов должно быть не меньше 50-60 г
Проверь свои знания:
— 1А
— 2В
— 3Б
— 4Б
— 5Б
— 6Б
Для успешной работы нашего организма необходимо постоянное поступление жиров, протеинов и углеводов. Какое место занимают углеводы в данном списке? Что они собой представляют? В чем же заключается их основная функция? На все данные вопросы есть ответы.
Углеводы – это органические молекулы, состоящие из неразветвленных цепей атомов углерода, пары гидроксильных групп и карбонильной группы.
Различают простые, сложные и волокнистые углеводы. К простым углеводам относятся моно-и дисахариды, которые содержат соответственно одну или две сахарные группы (глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза). К сложным углеводам принадлежат полисахариды, которые имеют в составе от трех молекул углерода (крахмал, целлюлоза). Волокнистые углеводы представляют собой обычную пищевую клетчатку, которая, как известно, способствует лучшему пищеварению. В конечном же итоге любой углевод распадается до моносахаридов, которые могут быть использованы в качестве источника энергии для обеспечения процессов метаболизма и синтеза других молекулярных комплексов.
Углеводы содержатся в различных продуктах питания. Простые сахара можно найти в кондитерских изделиях, полуфабрикатах и фруктах, в то время как источником сложных сахаров являются зерновые, хлеб, макаронные изделия и овощи.
Углеводы, необходимые нам для нормальной жизнедеятельности, принимают участие в процессах гликолиза, гликогенеза и гликонеогенеза. Под гликолизом подразумевается расщепление глюкозы и других сахаров с выделением жизненно важной энергии. В результате гликогенеза из глюкозы синтезируется гликоген, который накапливается в печени и мышцах как резервный источник энергии. Кроме того, углеводы стимулируют образование гликогена из жирных кислот и белков (гликонеогенез). Получается так, что наша центральная нервная система получает энергию преимущественно за счет глюкозы.
Простые углеводы, такие как глюкоза, мгновенно усваиваются организмом и способствуют более быстрому восстановлению за счет стремительной выработки гликогена. Поскольку эффект от применения таких сахаров краткосрочный, следует дополнять их потребление сложными сахарами.
Употребляйте больше сложных и меньше простых углеводов
Сложные углеводные комплексы способны поддерживать постепенный выброс энергии для обеспечения работы организма на протяжении дня. Медленное расщепление углеводов препятствует резкому скачку сахара в крови, что, в свою очередь, способствует постепенному росту инсулина для синтеза действительно важной энергии и медленному накоплению гликогена в мышцах и печени, что и было подтверждено результатами проведенных исследований.
Диетологи рекомендуют, чтобы углеводы составляли 50-60 процентов от ежедневного рациона, хотя данная цифра может быть скорректирована в соответствии с вашими целями. Если вам нужна углеводная загрузка, то необходимо принять углеводный комплекс за 45 минут до тренировки, чтобы обеспечить максимальный выброс гликогена для улучшения общей работоспособности организма. Кроме того, простые сахара рекомендуется потреблять во время тренировки для поддержания уровня гликогена в крови.
Потребление углеводов почти не имеет никаких побочных эффектов. Исключение может составить только избыточный прием, что может спровоцировать ожирение и связанные с ним заболевания. Кроме того, людям, склонным к набору излишнего веса, следует следить за количеством углеводов в своем рационе, чтобы не накопить излишки жира.
Углеводы идеально сочетаются с креатином и протеинами, что ускоряет восстановление и рост мышечной массы. Их можно найти почти во всем спортивном питании.
Таким образом, углеводные добавки являются отличным источником энергии для обеспечения оптимального функционирования всего организма. Чтобы углеводы не превратились из поставщиков необходимой энергии в залежи излишнего жира, придерживайтесь правил их приема и корректируйте программу потребления в зависимости от ваших личных потребностей и целей тренировки.
Углеводы служат основным источником энергии. Примерно 60% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть – за счет белков и жиров. Углеводы содержатся преимущественно в продуктах растительного происхождения.
В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов делятся на: простые углеводы – моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза); сложные углеводы – полисахариды (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, клетчатка).
Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам. Простые углеводы. Моносахариды.
Моносахариды – самый быстрый и качественный источник энергии для процессов, происходящих в клетке. Глюкоза – наиболее распространенный моносахарид. Она содержится во многих плодах и ягодах, а также образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе и сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии. Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Однако она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70 – 80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщение крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности. Основными источниками фруктозы являются фрукты, ягоды, сладкие овощи.
Основными пищевыми источниками глюкозы и фруктозы служит мед: содержание глюкозы достигает 36.2%, фруктозы – 37.1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. В семечковых преобладает фруктоза, а в косточковых (абрикосы, персики, сливы) – глюкоза. Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока – лактозы. Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Простые углеводы. Дисахариды.
Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу. Сахароза. Важнейший пищевой источник ее тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахаре-песке составляет 99.75%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты. Попадая в организм, она легко разлагается на моносахариды. Но это возможно, если мы потребляем сырой свекольный или тростниковый сок. Обыкновенный сахар имеет на много более сложный процесс усвоения.
Это важно! Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, пищи, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы. Лактоза (молочный сахар) – основной углевод молока и молочных продуктов. Ее роль весьма значительна в раннем детском возрасте, когда молоко служит основным продуктом питания. При отсутствии или уменьшении фермента лактозы, расщепляющей лактозу до глюкозы и галактозы, в желудочно-кишечном тракте наступает непереносимость молока. Сложные углеводы. Полисахариды.
Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка. Мальтоза (солодовый сахар) – промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена в желудочно-кишечном тракте. В свободном виде в пищевых продуктах она встречается в меде, солоде, пиве, патоке и проросшем зерне. Крахмал – важнейший поставщик углеводов. Он образуется и накапливается в хлоропластах зеленых частей растения в форме маленьких зернышек, откуда путем гидролизных процессов переходит в водорастворимые сахара, которые легко переносятся через клеточные мембраны и таким образом попадают в другие части растения, в семена, корни, клубни и другие. В организме человека крахмал сырых растений постепенно распадается в пищеварительном тракте, при этом распад начинается еще во рту. Слюна во рту частично превращает его в мальтозу. Вот почему хорошее пережевывание пищи и смачивание ее слюной имеет исключительно важное значение. Старайтесь в своем питании чаще использовать продукты, содержащие естественную глюкозу, фруктозу и сахарозу. Наибольшее количество сахара содержится в овощах, фруктах и сухофруктах, а также проросшем зерне.
Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре. Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы. Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта. Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.
Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 – 500 г. в сутки. У спортсменов по мере увеличения интенсивности и тяжести физических нагрузок потребность в углеводах увеличивается и может возрастать до 800 г в сутки.
Это важно! Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 – 60г., чтобы избежать кетоза, кислого состояния крови, которое может развиться, если для образования энергии используются преимущественно запасы жира. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.
Если употреблять слишком много углеводов, больше, чем организм может преобразоваться в глюкозу или гликоген, то в результате, это ведет к ожирению. Когда телу нужно больше энергии, то жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).
При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 – 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением. Где содержатся полезные углеводы: фрукты, ягоды, сухофрукты, овощи, проросшие зерна, мед, молоко. Где содержатся вредные углеводы: сахар, кондитерские изделия, мучные изделия (за исключением хлеба из отрубей).
Вопрос 1. Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?
Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем соотношение водорода и кислорода в них 2:1, как в молекуле воды. Именно по этой причине эти вещества получили свое название «углеводы». Вопрос 2. Какие углеводы называются моно-, ди- и полисахаридами?
Моносахариды — это углеводы, в состав которых входит от трех до шести атомов углерода. Из шестиуглеродных сахаров известны глюкоза, фруктоза, галактоза, из пятиуглеродных сахаров — рибоза и дезоксирибоза. Последние входят в состав нуклеиновых кислот.
Дисахариды состоят из двух молекул моносахаридов. Например, сахароза (тростниковый сахар) состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Из дисахаридов известны также мальтоза (солодовый сахар) и лактоза (молочный сахар). И моно- и дисахариды растворимы в воде и сладки на вкус.
Полисахариды — сложные сахара, состоящие из множества мономеров, которыми являются моносахариды. К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Целлюлоза — линейный полимер, состоящий из множества молекул глюкозы. Крахмал и гликоген также состоят из глюкозы, только имеют разветвленную структуру.
Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка.
Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.
Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы.
Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.
Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.
Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 – 500 г. в сутки. 2. ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В МЕДИЦИНЕ
2.1. Применение углеводов в парентеральном питании
Углеводы используются для парентерального питания в силу того, что они являются наиболее доступными источниками энергии для организма больного. Их энергетическая ценность составляет 4 ккал/г. Учитывая то, что суточная потребность в энергии составляет около 1 500-2 000 ккал, то становится понятной проблема изолированного применения углеводов для ее покрытия. Если перевести расчет на изотонический раствор глюкозы, то для этого потребуется перелить не менее 7-10 л жидкости, что может привести к таким осложнениям, как гипергидратация, отек легких, сердечно-сосудистые нарушения.
Применение же более концентрированных растворов глюкозы чревато опасностью возникновения гиперосмолярности плазмы, а также раздражением интимы вен с развитием флебитов и тромбофлебитов.
Для того чтобы исключить осмотический диурез, нельзя допускать превышения скорости вливания глюкозы более 0,4-0,5 г/кг/ч. В переводе на изотонический раствор глюкозы это составляет чуть более 500 мл для больного массой 70 кг. Чтобы предупредить возможные осложнения, обусловленные нарушением толерантности к углеводам, надо добавлять к раствору глюкозы инсулин в соотношении 1 ЕД инсулина на 3-4 г сухого вещества глюкозы. Кроме положительного влияния на утилизацию глюкозы инсулин играет важную роль в абсорбции аминокислот.
Среди многочисленных углеводов, существующих в природе, в практике парентерального питания применяют глюкозу, фруктозу, сорбитол, глицерол, декстран, этиловый алкоголь. 2.2. Использование углеводов при диетическом питании Многие диеты основаны на исключении из рациона углеводов и увеличении потребления белков и жиров. Опрос, проведенный министерством сельского хозяйства США показал, что еда с повышенным употреблением углеводов менее калорийна и более питательна. Также было обнаружено, что взрослые люди, употребляющие в пищу много углеводов, как правило, обладают нормальным весом.
В США около 55% населения страдает от избыточного веса, и за последние 20 лет этот уровень увеличивается. В ходе Длительного опроса населения о потреблении пищевых продуктов (Continuing Survey of Food Intakes by Individuals) 1994-1996 года министерство сельского хозяйства собрало данные о режиме питания 10 014 американцев. Информацию разделили на четыре части по уровню потребления углеводов: менее 30%, 30-45%, 45-55% и более 55%. Люди, употреблявшие в пищу в основном углеводы, получали на 300 калорий меньше при одинаковом общем объеме потребления еды. Из всех опрошенных у них был самый низкий индекс массы тела. Это происходит главным образом из-за того, что на 1000 калорий продуктов с высоким содержанием углеводов приходится большее количество воды и клетчатки. Эта группа также получала больше питательных веществ, таких как витамин А, каротин, витамин С, кальций, магний и железо. В меньших количествах в их питании содержались жиры, холестерин, натрий, цинк и витамин В12.
Доктор Шанти Боуман (Shanthy Bowman), главный автор исследования и научный сотрудник министерства сельского хозяйства, сообщил, что у «взрослых, которые получали более 55% энергии из углеводов, была энергетически ограниченная, но питательная диета вне зависимости от выбора продуктов». Люди из этой группы употребляли мало молока, мяса, рыбы, и выбирали эти продукты с пониженным содержанием жиров. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 – 60 г. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.
Избыточное потребление углеводов ведет к ожирению. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).
При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 – 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алабин В. Г., Скрежко А. Д. Питание и здоровье. – Минск, 1994
2. Бальсевич В.К. Питание человека. – М., Интел, 2000
3. Березин И. П., Дергачев Ю.В. Школа здоровья. – СПб, 2001
4. Воробьев В.И. Слагаемые здоровья. – М., Интел, 2002
5. Егорушкин А. С. Про витамины. – М.: Высшая школа, 1998
6. Куценко Г.И., Новиков Ю.В. Книга о здоровом образе жизни. – М., Приор, 2000
7. Петров В. К. Жить, чтобы есть, или есть, чтобы жить? – М., Инфра-М, 2002
8. Сотник Ж.Г., Заричанская Л.А. Белки, жиры и углеводы. – М., Приор, 2000
1997/98 УЧ.ГОД
Выпускной экзамен по биологии за 9-й класс
Проподаватель Рощина
Оценка 5
УЧЕБНО-ВОСПИТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС №326
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКОЛА
ВЫПУСКНОЙ РЕФЕРАТ
ПО БИОЛОГИИ
Тема:
БЕЛКИ, ЖИРЫ И УГЛЕВОДЫ
КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
Ученицы 9В класса
Бронштейн Аси
Москва 1998 год
СОДЕРЖАНИЕ
ВСТУПЛЕНИЕ БЕЛКИ. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ОБМЕН БЕЛКОВ УГЛЕВОДЫ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ОБМЕН УГЛЕВОДОВ ЖИРЫ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ОБМЕН ЖИРОВ
ВСТУПЛЕНИЕ
Нормальная деятельность организма возможна при непрерывном поступлении пищи. Входящие в состав пищи жиры, белки, углеводы, минеральные соли, вода и витамины необходимы для жизненных процессов организма.
Питательные вещества являются как источником энергии, покрывающем расходы организма, так и строительным материалом, который используется в процессе роста организма и воспроизведения новых клеток, замещающих отмирающие. Но питательные вещества в том виде, в каком они употребляются в пищу, не могут всосаться и быть использованными организмом. Только вода, минеральные соли и витамины всасываются и усваиваются в том виде, в каком они поступают.
Питательными веществами называются белки, жиры и углеводы. Эти вещества являются необходимыми составными частями пищи. В пищеварительном тракте белки, жиры и углеводы подвергаются как физическим воздействиям (измельчаются и перетираются), так и химическим изменениям, которые происходят под влиянием особых веществ — ферментов, содержащихся в соках пищеварительных желёз. Под влиянием пищеварительных соков питательные вещества расщепляются на более простые, которые всасываются и усваиваются организмом.
БЕЛКИ
СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ
«Во всех растениях и животных присутствует некое вещество, которое без сомнения является наиболее важным из всех известных веществ живой природы и без которого жизнь была бы на нашей планете невозможна. Это вещество я наименовал — протеин». Так писал еще в 1838 году голландский биохимик Жерар Мюльдер, который впервые открыл существование в природе белковых тел и сформулировал свою теорию протеина. Слово «протеин» (белок) происходит от греческого слова «протейос», что означает «занимающий первое место». И в самом деле, все живое на земле содержит белки. Они составляют около 50% сухого веса тела всех организмов. У вирусов содержание белков колеблется в пределах от 45 до 95%.
Белки являются одними из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое место. Около 30% всех белков человеческого тела находится в мышцах, около 20% — в костях и сухожилиях и около 10% — в коже. Но наиболее важными белками всех организмов являются ферменты, которые, холя и присутствуют в их теле и в каждой клетке тела в малом количестве, тем не менее управляют рядом существенно важных для жизни химических реакций. Все процессы, происходящие в организме: переваривание пищи, окислительные реакции, активность желез внутренней секреции, мышечная деятельность и работа мозга регулируется ферментами. Разнообразие ферментов в теле организмов огромно. Даже в маленькой бактерии их насчитываются многие сотни.
Белки, или, как их иначе называют, протеины, имеют очень сложное строение и являются наиболее сложными из питательных веществ. Белки — обязательная составная часть всех живых клеток. В состав белков входят: углерод, водород, кислород, азот, сера и иногда фосфор. Наиболее характерно для белка наличие в его молекуле азота. Другие питательные вещества азота не содержат. Поэтому белок называют азотосодержащис веществом.
Основные азотосодержащие вещества, из которых состоят белки, — это аминокислоты. Количество аминокислот невелико — их известно только 28. Все громадное разнообразие содержащихся в природе белков представляет собой различное сочетание известных аминокислот. От их сочетания зависят свойства и качества белков.
При соединении двух или нескольких аминокислот образуется более сложное соединение — полипептид. Полипептиды, соединяясь, образуют еще более сложные и крупные частицы и в итоге — сложную молекулу белка.
Когда в пищеварительном тракте или в эксперименте белки расщепляются на более простые соединения, то через ряд промежуточных стадий ( альбумоз и пептонов) они расщепляются на полипептиды и, наконец, на аминокислоты. Аминокислоты в отличие от белков легко всасываются и усваиваются организмом. Они используются организмом для образования собственного специфического белка. Если же вследствие избыточного поступления аминокислот их расщепление в тканях продолжается, то они окисляются до углекислого газа и воды.
Большинство белков растворяется в воде. Молекулы белков в силу их больших размеров почти не проходят через поры животных или растительных мембран. При нагревании водные растворы белков свертываются. Есть белки (например, желатина), которые растворяются в воде только при нагревании.
При поглощении пища сначала попадает в ротовую полость, а затем по пищеводу в желудок. Чистый желудочный сок бесцветен, имеет кислую реакцию. Кислая реакция зависит от наличия соляной кислоты, концентрация которой составляет 0,5%.
Желудочный сок обладает свойством переваривать пищу, что связано с наличием в нем ферментов. Он содержит пепсин — фермент, расщепляющий белок. Под влиянием пепсина белки расщепляются на пептоны и альбумозы. Железами желудка пепсин вырабатывается в неактивном виде, переходит в активную форму при воздействии на него соляной кислоты. Пепсин действует только в кислой среде и при попадании в щелочную среду становится не гативным.
Пища, поступив в желудок, более или менее длительное время задерживается в нем — от 3 до 10 часов. Срок пребывания пищи в желудке зависит от ее характера и физического состояния — жидкая она или твердая. Вода покидает желудок немедленно после поступления. Пища, содержащая большее количество белков, задерживается в желудке дольше, чем углеводная; еще дольше остается в желудке жирная пища. Передвижение пищи происходит благодаря сокращению желудка, что способствует переходу в пилорическую часть, а затем в двенадцатиперстную кишку уже значительно переваренной пищевой кашицы.
Пищевая кашица, поступившая в двенадцатиперстную кишку, подвергается дальнейшему перевариванию. Здесь на пищевую кашицу изливается сок кишечных желез, которыми усеяна слизистая оболочка кишки, а также сок поджелудочной железы и желчь. Под влиянием этих соков пищевые вещества — белки, жиры и углеводы — подвергаются дальнейшему расщеплению и доводятся до такого состояния, когда могут всосаться в кровь и лимфу.
Поджелудочный сок бесцветен и имеет щелочную реакцию. Он содержит ферменты, расщепляющие белки, углеводы и жиры.
Одним из основных ферментов является трипсин, находящийся в соке поджелудочной железы в недеятельном состоянии в виде трипсиногена. Трипсиноген не может расщеплять белки, если не будет переведен в активное состояние, т.е. в трипсин. Трипсиноген переходит в трипсин при соприкосновении с кишечным соком под влиянием находящегося в кишечном соке вещества энтерокиназы. Энтерокиназа образуется в слизистой оболочке кишечника. В двенадцатиперстной кишке действие пепсина прекращается, так как пепсин действует только в кислой среде. Дальнейшее переваривание белков продолжается уже под влиянием трипсина.
Трипсин очень активен в щелочной среде. Его действие продолжается и в кислой среде, но активность падает. Трипсин действует на белки и расщепляет их до аминокислот; он также расщепляет образовавшиеся в желудке пептоны и альбумозы до аминокислот.
В тонких кишках заканчивается переработка пищевых веществ, начавшаяся в желудке и двенадцатиперстной кишке. В желудке и двенадцатиперстной кишке белки, жиры и углеводы расщепляются почти полностью, только часть их остается непереваренной. В тонких кишках под влиянием кишечного сока происходит окончательное расщепление всех пищевых веществ и всасывание продуктов расщепления. Продукты расщепления попадают в кровь. Это происходит через капилляры, каждый из которых подходит к ворсинке, расположенной на стенке тонких кишков.
ОБМЕН БЕЛКОВ
После расщепления белков в пищеварительном тракте образовавшиеся аминокислоты всасываются в кровь. В кровь всасывается также незначительное количество полипептидов — соединений, состоящих из нескольких аминокислот. Из аминокислот клетки нашего тела синтезируют белок, причем белок, который образуется в клетках человеческого организма, отличается от потребленного белка и характерен для человеческого организма.
Образование нового белка в организме человека и животных идет беспрерывно, так как в течении всей жизни взамен отмирающих клеток крови, кожи, слизистой оболочки, кишечника и т. д. создаются новые, молодые клетки. Для того чтобы клетки организма синтезировали белок, необходимо, чтобы белки поступали с пищей в пищеварительный канал, где они подвергаются расщиплению на аминокислоты, и уже из всосавшихся аминокислот будет образован белок.
Если же, минуя пищеварительный тракт, ввести белок непосредственно в кровь, то он не только не может быть использован человеческим организмом, он вызывает ряд серьезных осложнений. На такое введение белка организм отвечает резким повышением температуры и некоторыми другими явлениями. При повторном введении белка через 15-20 дней может наступить даже смерть при параличе дыхания, резком нарушение сердечной деятельности и общих судорогах.
Белки не могут быть заменены какими-либо другими пищевыми веществами, так как синтез белка в организме возможен только из аминокислот.
Для того чтобы в организме мог произойти синтез присущего ему белка, необходимо поступление всех или наиболее важных аминокислот.
Из известных аминокислот не все имеют одинаковую ценность для организма. Среди них есть аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированными в организме из других аминокислот; наряду с этим есть и незаменимые аминокислоты, при отсутствии которых или даже одной из них белковый обмен в организме нарушается.
Белки не всегда содержат все аминокислоты: в одних белках содержится большее количество необходимых организму аминокислот, в других — незначительное. Разные белки содержат различные аминокислоты и в разных соотношениях.
Белки, в состав которых входят все необходимые организму аминокислоты, называются полноценными; белки, не содержащие всех необходимых аминокислот, являются неполноценными белками.
Для человека важно поступление полноценных белков, так как из них организм может свободно синтезировать свои специфические белки. Однако полноценный белок может быть заменен двумя или тремя неполноценными белками, которые, дополняя друг друга, дают в сумме все необходимые аминокислоты. Следовательно, для нормальной жизнедеятельности организма необходимо, чтобы в пище содержались полноценные белки или набор неполноценных белков, по аминокислотному содержанию равноценных полноценным белкам.
Поступление полноценных белков с пищей крайне важно для растущего организма, так как в организме ребенка не только происходит восстановление отмирающих клеток, как у взрослых, но и в большом количестве создаются новые клетки.
Обычная смешанная пища содержит разнообразные белки, которые в сумме обеспечивают потребность организма в аминокислотах. Важна не только биологическая ценность поступающих с пищей белков, но и их количество. При недостаточном количестве белков нормальный рост организма приостанавливается или задерживается, так как потребности в белке не покрываются из-за его недостаточного поступления.
К полноценным белкам относятся преимущественно белки животного происхождения, кроме желатины, относящейся к неполноценным белкам. Неполноценные белки — преимущественно растительного происхождения. Однако некоторые растения (картофель, бобовые и др.) содержат полноценные белки. Из животных белков особенно большую ценность для организма представляют белки мяса, яиц, молока и др.
УГЛЕВОДЫ
СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ
Углеводы или сахариды — одна из основных групп органических соединений организма. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях ( органические кислоты, аминокислоты), а также содержатся в клетках всех других живых организмов. В животной клетке содержание углеводов колеблется в пределах 1-2%, в растительной оно может достигать в некоторых случаях 85-90% массы сухого вещества.
Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем у большинства углеводов водород и кислород содержатся в том же соотношении, что и в воде ( отсюда их название — углеводы). Таковы, например, глюкоза С6Н12О6 или сахароза С12Н22О11. В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Все углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды).
Среди моносахаридов по числу углеродных атомов различают триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и гептозы (7С). Моносахариды с пятью и более атомами углерода, растворяясь в воде, могут приобретать кольцевую структуру. В природе наиболее часто встречаются пентозы ( рибоза, дезоксирибоза, рибулоза) и гексозы ( глюкоза, фруктоза, галактоза). Рибоза и дезоксирибоза играют важную роль в качестве составных частей нуклеиновых кислот и АТФ. Глюкоза в клетке служит универсальным источником энергии. С превращением моносахаридов связаны не только обеспечение клетки энергией, но и биосинтез многих других органических веществ, а также обезвреживание и выведение из организма ядовитых веществ, проникающих извне или образующихся в процессе обмена веществ, например, при распаде белков. Ди — и полисахариды образуются путем соединения двух и более моносахаридов, таких, как глюкоза галактоза маноза, арабиноза или ксилоза. Так, соединяясь между собой с выделением молекулы воды, две молекулы моносахаридов образуют молекулу дисахарида. Типичными представителями этой группы веществ являются сахароза ( тростниковый сахар), мальтаза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). Дисахариды по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те, и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус. К числу полисахаридов принадлежит крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, каллоза и др.
Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой. Полисахариды играют главным образом роль запасных продуктов и легко мобилизуемых источников энергии ( например, крахмал и гликоген), а также используются в качествестроительного материала ( целлюлоза, хитин). Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объема. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями и другими микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают вещества всей поверхностью тела. И наконец, при необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза.
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
Углеводы, как уже говорилось выше, играют очень важную роль в организме, являясь основным источником энергии. Углеводы поступают к нам в организм в виде сложных полисахаридов — крахмала, дисахаридов и моносахаридов. Основное количество углеводов поступает в виде крахмала. Расщепившись до глюкозы, углеводы всасываются и через ряд промежуточных реакций распадаются на углекислый газ и воду. Эти превращения углеводов и окончательное окисление сопровождаются освобождением энергии, которая и используется организмом.
Расщепление сложных углеводов — крахмала и солодового сахара, начинается уже в полости рта, где под влиянием птиалина и мальтазы крахмал расщепляется до глюкозы. В тонких кишках все углеводы расщепляются до моносахаридов.
Угле воды всасываются преимущественно в виде глюкозы и только отчасти в виде других моносахаридов ( галактозы, фруктозы). Их всасывание начинается уже в верхних отделах кишечника. В нижних отделах тонких кишок в пищевой кашице углеводов почти не содержится. Углеводы через ворсинки слизистой оболочки, к которым подходят капилляры, всасываются в кровь, и с кровью, оттекающей от тонкого кишечника, попадают в воротную вену. Кровь воротной вены проходит через печень. Если концентрация сахара в крови человека равна 0,1%, то углеводы проходят печень и поступают в общий кровоток.
Количество сахара в крови все время поддерживается на определенном уровне. В плазме содержание сахара составляет в среднем 0,1%. В сохранении постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. При обильном поступлении сахара в организм его излишек откладывается в печени и вновь поступает в кровь, когда содержание сахара в крови падает. В печени углеводы содержатся в виде гликогена.
При употреблении в пищу крахмала уровень сахара в крови заметным изменениям не подвергается, так как расщепление крахмала в пищеварительном тракте длятся продолжительное время и образовавшиеся при этом моносахариды всасываются медленно. При поступлении значительного количества (150-200г) обычного сахара или глюкозы уровень сахара в крови резко повышается.
Такое повышение сахара в крови называется пищевой или алиментарной гипергликемией. Избыток сахара выводится почками, и в моче появляется глюкоза.
Выведение сахара почками начинается в том случае, когда уровень сахара в крови составляет 0,15-0,18%. Такая алиментарная гипергликемия наступает обычно после употребления большого количества сахара и вскоре проходит, не вызывая каких-либо нарушений в деятельности организма.
Однако при нарушении внутрисекреторной деятельности поджелудочной железы наступает заболевание, известное под названием сахарной болезни или сахарного диабета. При этом заболевании уровень сахара в крови повышается, печень теряет способность заметно удерживать сахар, и начинается усиленное выделение сахара с мочой.
Гликоген откладывается не только в печени. Значительное его количество содержатся также в мышцах, где он потребляется в цепи химических реакций, протекающих в мышцах при сокращении.
При физической работе потребление углеводов усиливается, и их количество в крови увеличивается. Повышенная потребность в глюкозе удовлетворяется как расщеплением гликогена печени на глюкозу и поступлением последней в кровь, так и гликогеном, содержащимся в мышцах.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Этот моносахарид входит в состав протоплазмы клеток и, следовательно, необходим при образовании новых клеток, особенно в период роста. Большое значение имеет глюкоза в деятельности центральной нервной системы. Достаточно, чтобы концентрация сахара в крови понизилась до 0,04%, как начинаются судороги, теряется сознание и т.д.; иначе говоря, при понижении сахара в крови в первую очередь нарушается деятельность центральной нервной системы. Достаточно такому больному ввести в кровь глюкозу или дать поесть обычного сахара, как все нарушения исчезают. Более резкое и длительное понижение уровня сахара в крови — глипогликемия, может повлечь за собой резкие нарушения деятельности организма и привести к смерти.
При небольшом поступлении углеводов с пищей они образуются из белков и жиров. Таким образом, полностью лишить организм углеводов не удается, так как они образуются и из других пищевых веществ.
ЖИРЫ
СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ
В состав жиров входят углерод, водород и кислород. Жир имеет сложное строение; его составными частями является глицерин (С3Н8О3) и жирные кислоты, при соединении которых и образуются молекулы жира. Наиболее распространенными являются три жирных кислоты: олеиновая (С18Н34О2), пальмитиновая (С16Н32О2) и стеариновая (С18Н36О2). От сочетания этих жирных кислот при их соединении с глицерином зависит образование того или другого жира. При соединении глицерина с олеиновой кислотой образуется жидкий жир, например, растительное масло. Пальмитиновая кислота образует более твердый жир, входит в состав сливочного масла и является главной составляющей частью человеческого жира. Стеариновая кислота входит в состав еще более твердых жиров, например, сала. Для того, чтобы человеческий организм мог синтезировать специфический жир, необходимо поступление всех трех жирных кислот.
В процессе пищеварения жир расщепляется на составные части — глицерин и жирные кислоты. Жирные кислоты нейтрализуются щелочами, в результате чего образуются их соли — мыла. Мыла растворяются в воде и легко всасываются.
Жиры являются составной частью протоплазмы и входят в состав всех органов, тканей и клеток организма человека. Кроме того, жиры представляют собой богатый источник энергии.
Расщепление жиров начинается в желудке. В желудочном соке содержится такое вещество как липаза. Липаза расщепляет жиры на жирные кислоты и глицерин. Глицерин растворяется в воде и легко всасывается, а жирные кислоты не растворяются в воде. Желчь способствует их растворению и всасыванию. Однако в желудке расщепляется только жир, раздробленный на мелкие частицы, например жир молока. Под влиянием желчи действие липазы усиливается в 15-20 раз. Желчь способствует тому, чтобы жир распался на мельчайшие частицы.
Из желудка пища попадает в двенадцатиперстную кишку. Здесь на нее изливается сок кишечных желез, а также сок поджелудочной железы и желчь. Под влиянием этих соков жиры подвергаются дальнейшему расщиплению и доводятся до такого состояния, когда могут всосаться в кровь и лимфу. Затем, по пищеварительному тракту пищевая кашица попадает в тонкий кишечник. Там, под влиянием кишечного сока происходит окончательное расщепление и всасывание.
Жир под влиянием фермента липазы расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Глицерин растворяется и легко всасывается, а жирные кислоты нерастворимы в кишечном содержимом и не могут всосаться.
Жирные кислоты входят в соединение со щелочами и желчными кислотами и образуют мыла, которые легко растворяются и поэтому без затруднений проходят через кишечную стенку. В отличие от продуктов расщепления углеводов и белков продукты расщепления жиров всасываются не в кровь, а в лимфу, причем глицерин и мыла, проходя через клетки слизистой оболочки кишечника, вновь соединяются и образуют жир; поэтому уже в лимфатическом сосуде ворсинки находятся капельки вновь образованного жира, а не глицерин и жирные кислоты.
ОБМЕН ЖИРОВ.
Жиры, как и углеводы, являются в первую очередь энергетическим материалом и используются организмом как источник энергии.
При окислении 1г жира количество освобождающейся энергии в два с лишним раза больше, чем при окислении такого же количества углеродов или белков.
В органах пищеварения жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Глицерин всасывается легко, а жирные кислоты только после омыления.
При прохождении через клетки слизистой оболочки кишечника из глицерина и жирных кислот вновь синтезируется жир, который поступает в лимфу. Образовавшийся при этом жир отличается от потребленного. Организм синтезирует жир, свойственный данному организму. Так, если человек потребляет разные жиры, содержащие олеиновую, пальмитиновую стеариновую жирные кислоты, то его организм синтезирует специфический для человека жир. Однако если в пище человека будет содержаться только какая-то одна жирная кислота, например олеиновая, если она будет преобладать, то образовавшийся при этом жир будет отличаться от человеческого и приближаться к более жидким жирам. При употреблении же в пищу преимущественно бараньего сала жир будет более твердый. Жир по своему характеру отличается не только у различных животных, но и в разных органах одного и того же животного.
Жир используется организмом не только как богатый источник энергии, он входит в состав клеток. Жир является обязательной составной частью протоплазмы, ядра и оболочки. Остаток поступившего в организм жира после покрытия его потребности откладывается в запас в виде жировых капель.
Жир откладывается преимущественно в подкожной клетчатке, сальнике, вокруг почек, образуя почечную капсулу, а также в других внутренних органах и в некоторых других участках тела. Значительное количество запасного жира содержится в печени и мышцах. Запасной жир является в первую очередь источником энергии, который мобилизуется, когда расход энергии превышает его поступление. В таких случаях жир окисляется до конечных продуктов распада.
Кроме энергетического значения, запасной жир играет и другую роль в организме; например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный — предохраняет почку от ушибов и т. д. Жира в организме может откладываться в запас довольно значительное количество. У человека он составляет в среднем 10-20% веса. При ожирении, когда нарушаются обменные процессы в организме, количество отложенного жира доходит до 50% веса человека.
Количество отложившегося жира зависит от ряда условий: от пола, возраста, условий работы, состояния здоровья и т.д. При сидячем характере работы отложение жира происходит более энергично, поэтому вопрос о составе и количестве пищи людей, ведущих сидячий образ жизни, имеет очень важное значение.
Жир синтезируется организмом не только из поступившего жира, но и из белков и углеводов. При полном исключении жира из пищи он все же образуется и в довольно значительном количестве может откладываться в организме. Основным источником образования жира в организме служат преимущественно углеводы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. В.И. Товарницкий: Молекулы и вирусы;
2. А.А. Маркосян: Физиология;
3. Н.П. Дубинин: Гинетика и человек;
4. Н.А. Лемеза: Биология в экзаменационных вопросах и ответах.
Углеводы – о них больше всего говорят и спорят приверженцы разных диет. Надо ли их есть вообще? А если надо, то когда и сколько? Каким продуктам
питания, содержащим углеводы отдавать предпочтение? Вот на эти и ещё некоторые дополнительные вопросы мы ответим в этом материале.
Углеводы являются основным источником энергии для жизнедеятельности мышечной, нервной системы, и внутренних органов. С одной стороны углеводы
необходимы нам, но с другой стороны избыток их в рационе автоматически приводит к набору лишнего веса, что способствует развитию многих болезней.
Углеводы, имеющие простой состав быстро усваиваются организмом, быстро повышают уровень сахара в крови и способствуют ожирении. Зато сложные углеводы
долго усваиваются организмом и делают человека энергичным, здоровым, стройным.
Энергетическая роль углеводов
Человек ежедневно 60% калорий должен получать из углеводов – это примерно 300 – 350 грамм углеводов. Очень часто люди в наборе лишнего веса обвиняют
только углеводы и поэтому многие диеты для сброса веса в первую очередь ограничивают употребление именно углеводов. При этом ориентируя людей на
белковую или жирную пищу – под предлогом, что её съесть много нельзя. Такой подход в питании вреден для организма и не способствует
нормализации веса. Вот почему:
1. один грамм белка имеет такую же энергетическую ценность, как и грамм углеводов;
2. во время диеты с низким содержанием углеводов энергия необходимая для жизни организма будет добываться при разрушении собственных тканей
(мышцы, внутренние органы);
3. со временем нарушается обмен веществ;
4. увеличивается нагрузка на почки;
5. начинается жировое перерождение печени.
К таким негативным последствиям приводит рацион питания бедный углеводами. Большинство же современных людей страдает от излишнего употребления пищи
богатой углеводами.
Сложные и простые углеводы
Простые углеводы усваиваются быстро, быстро повышают уровень сахара в крови, но после такой еды чувство голода возвращается тоже быстро. Ингредиенты
таких продуктов практически моментально превращаются в глюкозу, в ответ на это поджелудочная железа вырабатывает инсулин, который превращает глюкозу
в жир. Кроме этого пища, состоящая из простых углеводов, как правило, не содержит в себе витаминов и микроэлементов которые необходимы для
пищеварения. Этот дефицит организм компенсирует за счёт использования собственных запасов. По этой причине увлечение простыми углеводами приводит к
дефициту полезных веществ в организме, особенно витаминов группы В.
Сложные углеводы организм переваривает долго, при этом не происходит резкого скачка уровня сахара в крови, поджелудочная железа работает спокойно.
После употребления сложных углеводов человек себя чувствует сытым долго. Что важно эти продукты богаты витаминами, минералами, клетчаткой которые
жизненно необходимы человеку. Благодаря такой пище улучшается работа кишечника, нормализуется уровень холестерина, организм легче избавляется от
шлаков и токсинов.
Продукты содержащие «простые» и «сложные» углеводы. Правила употребления углеводов.
«Простые» или «плохие» углеводы содержатся в мучных и макаронных изделиях, сахаре, мороженном, сладких напитках, алкоголе, в рафинированных
глазированных хлопьях, белом рисе, картошке и в большинстве рафинированных продуктах. Их количество в рационе не должно превышать 10 – 15% от всех
углеводов, то есть 30 – 40 грамм в день, а при склонности к лишнему весу – 5 – 10%. Отдельно несколько важных слов надо сказать о мёде. Несмотря на
то, что этот продукт состоит из простых углеводов, в нём содержится огромное количество витаминов и минеральных веществ.
«Сложные» или «хорошие» углеводы содержатся в овощах, фруктах, ягодах и бобовых, орехах, семенах, хлебе из муки грубого помола, нешлифованном рисе и
других цельнозерновых крупах, мюсли из цельных злаков, макаронах из твёрдых сортов пшеницы. Наиболее полезны углеводы, которые прошли наименьшую
кулинарную обработку.
Углеводы лучше употреблять в первой половине дня. Исследования подтверждают, что те люди кто на завтрак или обед регулярно кушают сложные углеводы,
меньше страдают лишним весом и сопутствующими (сахарный диабет, высокое давление) заболеваниями.
Дополнительные статьи с полезной информацией
Обмен веществ в тканях человека
Сейчас мы много слышим и читаем об обмене веществ, каждый понимает что эти процессы влияют на внешний вид, здоровье и работоспособность. Но часто
превращение ингредиентов поступивших в организм с пищей, воспринимается сильно просто и отсюда возникает желание отрегулировать обменные процессы с
помощью какого либо лекарства или природного препарата. При этом забывается, что физиологические процессы происходящие в тканях человека сложны и
регулируются на нескольких уровнях.
Читать далее…
Описание жиров поступающих в наш организм с пищей
Один из самых противоречивых компонентов нашей пищи – это жиры. Одни специалисты считают их лютыми врагами человека, а другие добрейшими
союзниками. Разобраться в этом вопросе поможет информация о строении, происхождении и роли жиров в нашем организме.
Читать далее…
Углеводы
Оглавление
Введение
1. Классификация и строение углеводов
2. Важнейшие моносахариды
3.Эпимеризация
4. Циклические формы моноз,мутаратация
5. Образование гликозидов
ВведениеВ живой природе широко распространенывещества, многим из которых соответствует формула Сх(Н2О)у.Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что иобусловило их название – углеводы. К углеводам относится обычный сахар –сахароза, виноградный сахар – глюкоза, фруктовый сахар – фруктозаи молочный сахар – мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятоеназвание сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода иводы в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:
хСО2 + уH2О + солнечнаяэнергия ?® Сх(Н2О)у +хО2
При окислении углеводов в организмеэнергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:
Сх(Н2О)у+ хО2 ?® хСО2 + уH2О + энергия 1. Классификацияи строение углеводов
Простейшие углеводы, негидролизующиеся в более простые, называют моносахаридами или монозами.Углеводы, при гидролизе которых образуются две молекулы моносахаридов, называютдисахаридами, или биозами. При гидролизе полисахаридов, или полиоз,образуется большое количество молекул моноз. Углеводы, состоящие из 2-10молекул моносахаридов, часто называют олигосахаридами.
Углеводы являются полиоксиальдегидамиили полиоксикетонами. Полиокси-альдегиды называют альдозами аполиоксикетоны – кетозами. В зависимости от числа атомов углерода вмонозе ее называют триозой, тетрозой, пентозой или гексозой.
В моносахаридах имеется несколькостереоцентров, и поэтому для их написания часто используются проекционныеформулы Фишера. Конфигурация каждого моносахарида определяется по наиболеестаршему хиральному центру (наиболее удаленному от карбонильной группы).Простейшими триозами являются глицериновый альдегид НОСН2СН(ОН)СНО идигидроксиацетон НОСН2СОСН2ОН. У глицеринового альдегидаимеется один стереоцентр, и поэтому он существует в виде двух энантиомеров: /> />
(R)-(+)-глицериновый альдегид (S)-(-)-глицериновый альдегид
D-глицериновый альдегид L-глицериновыйальдегид
D-Глицериновый альдегид вращаетплоскость поляризованного света вправо (+), в то время как L-глицериновыйальдегид – влево (-). Оба изомера глицеринового альдегида используются в качествеконфигурационных стандартов для всех моносахаридов. В формулах Фишерамоносахаридов D-ряда гидроксил у предпоследнего атома углерода пишется справа, ау L-ряда – слева.
В начале века, когда абсолютнуюконфигурацию органических соединений устанавливать еще не умели, пользовалисьдругой системой обозначения конфигурации. По этой системе (+)-глицериновыйальдегид обозначалиD-(+)-глицериновым альдегидом, а (-)-глицериновыйальдегид – L(-)-глицериновым альдегидом. Оба изомера глицеринового альдегида исейчас используются в качестве конфигурационных стандартов для всехмоносахаридов. В формулах Фишера моносахаридов D-ряда гидроксил упредпоследнего атома углерода пишется справа, а у L-ряда – слева. Упр. 1. Напишите формулыФишера альдотетроз и обозначьте конфигурации их стереоцентров. Какие из нихотносятся к D-, а какие к L-ряду. Тетрозы с расположением гидроксильных групп вформулах Фишера с одной стороны называют эритрозами, а с разных сторон –треозами. Подпишите названия тетроз под их формулами.Ответ: (2R,3R)-2,3,4-тригидроксибутанальназывают D-эритрозой. /> /> /> /> D-эритроза L-эритроза D-треоза L-треоза 2.Важнейшие моносахариды
Наиболее распространенныммоносахаридом является D-глюкоза. Ее формулу запомнить очень легко: этоальдогексоза, в формуле Фишера которой все гидроксильные группы, за исключениемодной – второй сверху (у C-3) располагаются справа. /> /> /> D-манноза D-глюкоза D-галактоза
Альдогексозу, отличающуюся отD-глюкозы расположением первой гидроксильной группы (у C-2), называютD-маннозой, а третьей (у C-4) – D-галактозой. D-Фруктоза отличается отD-глюкозы тем, что она кетоза, а не альдоза. /> /> /> D-фруктоза D-арабиноза L-арабиноза
Кроме гексоз большое значение имеют ипентозы. D-Арабиноза отличается от D-глюкозы как бы отсутствием С-1. В природераспространена L-арабиноза, являющаяся зеркальным изображением D-арабинозы. Онасодержится в вишневом клее. Формулу ксилозы можно вывести из формулы глюкозыудалением последнего атома углерода. В формуле D-рибозы, входящей в состав нуклеиновыхкислот, все гидроксильные группы располагаются справа. В состав нуклеиновыхкислот входит также 2-дезокси-D-рибоза, отличающаяся от D-рибозы отсутствиемгидроксильной группы у второго атома углерода. Упр. 2. Изобразите проекционные формулыФишера следующих гексоз D-ряда: глюкоза, манноза, галактоза и фруктоза.
/>/>/> D-ксилоза D-рибоза 2-дезокси-D-рибоза 3.Эпимеризация
При действии оснований, например наглюкозу, водород a-углеродногоатома по отношению к карбонильной группе переходит к кислороду этой группы, врезультате чего образуется енольная форма. При этом исчезает хиральностьвторого углеродного атома. При обратном превращении возвращающийся протон можетподходить с любой из сторон плоскости, что будет приводить как к образованиюисходной D-глюкозы, так и нового углевода D-маннозы, т.е. возникает изомер сновым положением гидроксильной группы. Кроме того, возникает еще один углевод сновым расположением карбонильной группы. Такое превращение называется эпимеризацией. />/> D-глюкоза енольная форма(ендиол) D-манноза /> />
D-фруктоза
Два стереоизомера, содержащиенесколько хиральных центров, но различающиеся конфигурацией только одного изцентров, называют эпимерами. Два углевода, отличающиесяразличным положением гидроксильной группы называются эпимерами.Образование равновесной смеси трех углеводов может проходить при обработкеоснованиями любого из этих трех углеводов. Упр. 3. Какие моносахариды называютэпимерными? Напишите проекционные формулы моноз эпимерных D-маннозе. 4.Циклические формы моноз, мутаротация
Характерной особенностьюгидроксиальдегидов и гидроксикетонов, к которым относятся монозы, является ихсклонность к образованию циклических полуацеталей и полукеталей; особенно легкоэто происходит, если образующиеся циклы состоят из 5 и 6 атомов, включаякислород.
/>
5-гидроксипентаналь (открытая форма) (циклическаяформа)
Открытые и циклические формыуглеводов находятся между собой в равновесии, достигающемся в результатетаутомерного превращения. Такой вид таутомерии называют кольчато-цепнойтаутомерией.
Размер цикла указывается путем заменыродового суффикса моноз –оза на –пираноза – для шестичленныхциклов и –фураноза для пятичленных циклов. Названия циклов происходят отназваний соответствующих кислородсодержащих гетероциклов:
/> />
фуран пиран
В отличие от обычных альдегидов альдозы не реагируют сбисульфитом натрия и не дают красного окрашивания с фуксинсерной кислотой. Этообъясняется тем, что альдозы существуют преимущественно в циклических формах.
Глюкоза обычно дает шестичленныйполуацеталь и, следовательно, для этого используется гидроксильная группа,находящаяся при С-5. При образовании циклической формы С-1 становитсястереоцентром: появляюшаяся у него полуацетальная гидроксильная группа (ееназывают гликозидной) может располагаться как слева, так и справа:
/>
a-D-глюкопираноза D-глюкоза b-D-глюкопираноза
(формула Толленса) (формула Фишера) (формула Толленса)
Циклические формы альдоз являются полуацеталями. Ониобразуются путем внутримолекулярного взаимодействия гидроксильной икарбонильной групп. При этой реакции образуется новый стереоцентр у С-1 атома.Циклические формы моноз представляют собой диастереомеры. Такого родадиастереомеры называют аномерами. Полуацетальный атом углерода называютаномерным атомом. Аномеры обозначают a и b-аномерамив зависимости от расположения гидроксильной группы у С-1 атома. У a-аномера гликозидный гидроксилрасполагается по ту же сторону, что и у предпоследнего атома углерода (в D-рядусправа), а у b-аномера – подругую (в D-ряду – слева). Полное название обоих аномеров D-глюкозы будетсоответственно a-или b-D-глюкопираноза.
В конформационной формуле b-аномера D-глюкопиранозы всегидроксильные группы и группа –СН2ОН занимают экваториальноеположение. Формула a-аномераотличается аксиальным расположением аномерного гидроксила. Оба аномера
D-глюкозы в кристаллическом состояниивполне устойчивы и каждый из них может быть выделен в чистом виде, оба онивращают плоскость поляризованного света.
Для обозначения циклических форм внастоящее время в химии углеводов чаще применяют кресловидные формулы,аналогичные тем, которыми обозначают циклогексан и его производные.
/>
Т.пл. 146оС Т. пл. 150оС D-глюкоза a-D-глюкопираноза b-D-глюкопираноза
[a]20D+112o+19O
36% 64%
D-(+)-Глюкоза кристаллизуется из водыв виде a-D-глюкопиранозы, а из пиридина – ввиде b-D-глюкопиранозы. В водном раствореустанавливается равновесие, при котором имеется 36% a-D-глюкопиранозы и 64% b-D-глюкопиранозы, что дает дляудельного вращения раствора усредненное значение [a]20D = +52,5O.
Это явление называется мутаротацией.Угол вращения плоскости поляризованного света раствора во время установленияравновесия между изомерами постепенно изменяется. Явление мутаротацииобъясняется тем, что при расциклизации исчезает стереоцентр у С-1 (превращениев карбонильную группу), а последующая циклизация ведет к образованию обоиханомеров. Мутаротации подвергаются лишь сахара со свободным гликозиднымгидроксилом, то есть способные к кольчато-цепной таутомерии.
Если один из аномеров перевести в раствор,то каждый из них превратится в равновесную смесь аномеров с удельным оптическимвращением +52,5о, состоящую на 36% из a-аномера и на 64% из b-аномера. Концентрация открытой формы, через которуювзаимопревращаются аномеры, составляет лишь 0,024%.
Иногда циклические формы изображаютбез уточнения ориентации гликозидного гидроксила:
/>
D-глюкопираноза
Поскольку D-манноза отличается отD-глюкозы расположением гидроксильной группы лишь у С-2, а D-галактоза – у С-4,то конформационные формулы этих моноз легко выводятся из конформационных формулсоответствующих аномеров глюкозы:
/> />
b-D-маннопираноза a-D-галактопираноза
Предпочтительность аксиальногоположения гидроксильной группы называется аномерным эффектом. Упр. 4. В отличие от глюкозы D-манноза на 69% состоит из a-аномера и на 31% из b-аномера. Напишите формулы обоиханомеров маннопиранозы. Упр.5. Гексозу, в формуле Фишера которойвсе гидроксильные группы
располагаются справа, называют D-аллозой.Изобразите открытую и циклическую формулы D-аллозы.
Кроме конформоционных формул дляциклических форм углеводов часто пользуются упрощенными циклическими формуламипо Хейворту (Хеуорсу) (Haworth). Переход от конформационных формул к формуламХейворта очень прост: цикл уплощают, связи с атомом углерода заместителейизображают вертикально.
/> />
конформационная формула формулаХеуорса
b-D-глюкопиранозы b-D-глюкопиранозы
Формулы Хеуорса остальных альдогексозлегко выводятся из формулы
b-D-глюкопиранозы. Все, что в формулеФишера пишется справа в циклических формулах, пишется снизу и наоборот:
/> /> /> />
D-фруктоза b-D-фруктофураноза b-D-глюкопираноза
Если мы хотим перевернуть циклическуюформулу с выносом из плоскости рисунка, то следует все заместители поменятьместами.
/> />
b-D-фруктофураноза Упр. 6. Назовите следующие монозы:
(а)/>(б) />
/>
(в) (г) (д) Упр. 7. Напишите конформационные формулы a-D-глюкопиранозы, b-D-глюкопи-ранозы, a-D-фруктофуранозы, b-D-галактопиранозы и a-D-маннопиранозы. Упр. 8. Гексоза, отличающаяся от глюкозылишь расположением альдегидной группы, называется гулозой. Напишите формулуэтой гексозы и в ее названии укажите, к какому ряду (D или L) она относится. Упр. 9. Напишите перспективные формулы поХеуорсу b-D-глюкопиранозы, a-D-глюкопиранозы, b-D-фруктофуранозы, a-D-галактопиранозы и b-D-маннопиранозы. Упр.10. Какое явление называют мутаротацией?Объясните на примере D-маннозы, учитывая, что оба аномера в равновесной системенаходятся в пиранозной форме. Как можно обнаружить мутаротацию?
Углеводы – основной источник энергии для организма. Однако при их избытке организм превращает углеводы в жиры и откладывает “про запас” – отсюда лишний вес, ожирение.
Углеводы бывают простые – сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза) и сложные (крахмал, целлюлоза, пищевые волокна). Они необходимы в ежедневном рационе, чтобы белок, нужный для построения тканей, не растрачивался в качестве источника энергии, в использовался там, где он нужен для восстановления. Средняя потребность в них для людей, не занимающихся спортом или тяжелым физическим трудом – 400—500г в сутки, из них крахмала 350-400г, Сахаров (глюкозы, фруктозы, сахарозы) – 50-100г. Простые углеводы могут содержать максимум до 20% дневного рациона, причем самый полезный из них – фруктоза, как следует из названия, содержащийся во фруктах и соках из них.
Чтобы справиться с огромным количеством сахара в крови, начинает в экстренном режиме работать поджелудочная железа, вырабатывая инсулин, который переводит глюкозу в гликоген. Чуть меньший, но тоже не маленький вред наносит одномоментное съедание большого количества сдобы (пирожки, булочки, печеньки, вафельки и т. п.).
В противовес “плохим” углеводам существуют и так называемые “хорошие” – сложные, например, крахмал. При его попадании в ЖКТ, он некоторое время переваривается, распадаясь на простые сахара, которые вводятся в кровь постепенно, не вызывая шока и гиперактивности поджелудочной железы. Некоторые сложные углеводы (клетчатка, целлюлоза и др.) в организме человека не перевариваются вовсе. Тем не менее, это необходимый компонент питания: они стимулируют перистальтику кишечника, формируют каловые массы, способствуя тем самым выведению шлаков и очистке организма. Кроме того, клетчатка хоть и не переваривается человеком, но служит источником питания для полезной кишечной микрофлоры. Много клетчатки содержат овощи и фрукты, ржаной хлеб, отруби. Овощи, фрукты, ягоды, зелень должны составлять основу диетического рациона питания для снижения веса. Овощи – это источник витаминов, микроэлементов, пищевых волокон, необходимых для нормализации обмена веществ и снижения веса. Сырые овощи содержат тартроновую кислоту, препятствующую превращению углеводов в жиры.
Капуста, морковь, свекла, лук, чеснок, редис, редька, репа, тыква имеют высокую питательную ценность и низкую калорийность. Салаты из них, заправленные растительным маслом или сметаной, легко усваиваются и прекрасно насыщают. Ешьте их, чтобы похудеть, сбросить вес. Ежедневный рацион должен содержать не менее 25г целлюлозы и других неперевариваемых полисахаридов (балластных веществ). Это особенно актуально для пожилых и склонных к запорам людям. Полезно принимать препараты целлюлозы (таблетки МКЦ и аналогичные). Лучшие источники углеводов (в %): мед – 80, курага – 45, яблоки, апельсины, груши – 10, изюм – 65, орехи – 10, соки – 12-14, картофель – 20, отруби – 85, греча – 68, рис – 72, овсянка – 53.
Откажитесь от простых углеводов. Исключите из своего меню сахар, конфеты, сдобу, глазированные сырки, торты и пирожные. При. этом обязательно употребляйте понемногу овощи, крупы, орехи. Введите в свое ежедневное меню отруби, будьте уверены, что ни один грамм из них-не переварится и не отложится у вес на бедрах. Их можно добавлять в каши, супы, просто заваривать или даже употреблять в сухом виде, только обязательно запивая большим количеством жидкости. Не существует официальных норм потребления углеводов, но 50г в день – необходимый минимум. В противном случае затормозится образование каловых масс, начнется запор. Запор опасен тем, что в состоянии необычно низкого поступления питательных веществ (“вы сидите на диете”) организм начинает интенсивнее использовать существующие запасы, в том числе -увеличивается всасывание из кишечника, причем всасываются в кровь вредные продукты распада, токсины, пищевые яды. Отсутствие ежедневного стула приводит к усталости, бессоннице, упадку сил, раздражительности (до истерик), перепадов настроения, подавленности, сухости кожных покровов, потере волосами природного блеска, морщинам, мешкам под глазами. Поэтому перед любой (особенно радикальной монодиетой на грани голодания) диетой обязательное условие – очистка кишечника с помощью кружки Эсмарха и травяных настоев, с помощью препаратов Александрийского листа (сенны).
Кроме того от недостатка углеводов может развиться кетоз – насыщение крови кетоновыми телами (продуктами распада белков).
Углеводы (сахара) — одна из наиболее важных и распростра-ненныхгрупп природных органических соединений.
Они составляют 80% массы сухого вещества растений и около2% сухого вещества животных организмов.
Животные и человек не способны синтезировать сахара иполуча-ют их с различными пищевыми продуктами растительного происхожде-ния.
В растениях углеводы образуются из двуокиси углерода иводы в процессе сложной реакции фотосинтеза, осуществляемой за счет солнеч-нойэнергии с участием зелёного пигмента растений — хлорофилла.
В зависимости от строения углеводы (сахара) делятся на:
6СО2 + 6Н2О — С6Н12О6 + 6О2
1. Моносахариды:
— глюкоза С6Н12О6
— фруктоза С6Н12О6
— рибоза С5Н10О5
2. Дисахариды:
— сахароза С12Н22О11
3. Полисахариды:
— крахмал (С6Н10О5)n
— целлюлоза (С6Н10О5)n
Моносахариды
Глюкоза С6Н12О6
В организме человека глюкоза содержится в мышцах, в кровии в небольших количествах во всех клетках.
Много глюкозы находится во фруктах, ягодах, нектарецветов, осо-бенно много в винограде.
В природе глюкоза образуется в растениях в результатефотосин-теза в присутствии зелёного вещества — хлорофилла, содержащего атоммагния.
6СО2 + 6Н2О — С6Н12О6 + 6О2
Различают следующие структурные формулыглюкозы:
— с открытой цепью — глюкоза является одновременномногоатом-
ным спиртом иальдегидом.
— циклическая, которая имеет различное пространственноестрое-
ние:
а — форма глюкозы — гидроксильные группы (-ОН) при первом и
втором атомахуглерода расположены по одну сторону кольца.
б — форма глюкозы — гидроксидные группы находятся по разные
стороны кольцамолекулы.
Эти формынаходятся в растворе в химическом равновесии друг
с другом(реакция мутаротации глюкозы).
Н О
СН2ОН С СН2ОН
Н О Н Н–С–ОН Н О ОН
Н ==== НО–С–Н ==== Н
ОН Н Н–С–ОН ОН Н
ОН ОН Н–С–ОН ОН Н
Н ОН СН2ОН Н ОН
а — глюкоза б — глюкоза
Получение:
1. Гидролиз крахмала в присутствии серной кислоты(промышлен-
ный способполучения):
(С6Н10О5)n + nН2О — nC6H12O6
крахмал глюкоза
2. Синтез из формальдегида в присутствии гидроксидакальция
(предложен А.М. Бутлеровым):
О са(он)2
6Н–С — С6Н12О6
формальдегид Н глюкоза
Физическиесвойства:
Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество со сладкимвку-сом, хорошо растворимое в воде.Из водного раствора кристализуется.
Химические свойства:
Химические свойства обусловлены наличием альдегидной(-СНО) и гидроксильной (-ОН) групп.
1. Свойства, характерные для спиртов:
— взаимдействиес карбоновыми кислотами с образованием слож-
ных эфиров(реакция этерификации).
2. Свойства, характерные для альдегидов:
-взаимодействиес оксидом серебра ( I ) в аммиачном растворе
(реакция«серебряного зеркала»):
О О
СН2ОН–[CH(OH)]4–С +Аg2O—– CH2OH–[CH(OH)]4–C +2Ag
глюкоза Н глюконовая кислота ОН
-восстановление (гидрирование) — до шестиатомного спирта (сор-
бита):
О [H]
СН2ОН–[CH(OH)]4–С — СН2ОН–[CH(OH)]4–СН2ОН
глюкоза Н сорбит
3.Специфические реакции — брожение:
— спиртовоеброжение:
С6Н12О6 — 2С2Н5ОН + 2СО2
глюкоза этиловый спирт
— молочнокислыеброжение:
О
С6Н12О6 — 2СН3–СН–С
ОН ОН
глюкоза молочная кислота
– маслянокислоеброжение:
О
С6Н12О6 — С3Н7–С +2Н2 +2СО2
ОН
глюкоза масляная кислота
Применение:
— в кондитерской промышленности,
— в медицине,
— в химическом производстве используются продуктыброжения (спирт).
Фруктоза
Н
Н–С–ОН
НОСН2 О ОН С=О
НО–С–Н
Н НО или Н–С–ОН
Н СН2ОН Н–С–ОН
Н–С–ОН
ОН Н Н
Фруктоза является кетоноспиртом, т.к. содержитфункциональные группы спиртов -ОН и кетонов С=О.
Фруктозу получают гидролизом сахарозы иполисахаридов.Хорошо усваивается организмом.
Дисахариды .
Дисахариды — кристаллические углеводы, молекулы которыхпост-роены из соединённых между собой остатков двух молекул моносахари-дов.
Они хорошо кристаллизуются, ратворимые в воде, обладаютслад-ким вкусом.
При гидролизе молекула дисахарида расщепляется на двемолекулы моносахаридов.
СН2ОН
Н О Н НОСН2 О ОН Н2SО4, t
Н +Н2О ———-
ОН Н Н НО
ОН —О— СН2ОН
Н ОН ОН Н
сахароза
СН2ОН
Н О Н НОСН2 О ОН
Н
—— ОН Н + Н НО
ОН ОН Н СН2ОН
Н ОН ОН Н
глюкоза фруктоза
Простейшими представителями дисахаридов являются обычныйсвекловичный или тростниковый сахар — сахароза, солодовый сахар — мальтоза,молочный сахар — лактоза и целлобиоза.
Все эти дисахариды имеют одну и туже формулу С12Н22О11.
Сахароза.
Молекула сахарозы состоит из взаимосвязанных остатковмолекул глюкозы и фруктозы.
Сахароза входит в состав свекольного сока и сахарноготростняка, из которых её получают в промышленности.
Физическиесвойства:
Сахароза (чистая) — бесцветное кристаллическое вещество,слвдко-го вкуса, хорошо растворимое в воде.
Химическиесвойства:
Сахароза подвергается гидролизу — разложению вприсутствии ми-неральной кислоты и повышенной температуре на глюкозу ифруктозу.
С12Н22О11 + Н2О ——- С6Н12О6 + С6Н12О6
сахароза фруктоза глюкоза
Применение:
— в качестве продукта питания,
— в кондитерской промышленности,
— для получения искусственного мёда (гидролиз сахарозы).
I . Углеводы.
Углеводы – вещества состава Сn(Н2О)m, имеющие первостепенное биохимическое ёзначение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека.Название углеводы возникло на основании данных анализа первых известных представителей этой группы соединения. Вещества этой группы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение чиселатомов водорода и кислорода в них такое же, как и в воде, т.е. на каждые 2 атома водорода приходится один атом кислорода. В прошлом столетии их рассматривали как гидраты углерода. Отсюда и возниклорусское название углеводы, предложенное в 1844г. К.Шмидтом. Общая формула углеводов, согласно сказанному, СмН2пОп. При вынесении «n» за скобки получается формула См(Н2О)n, которая очень наглядно отражаетназвание «угле – воды».
Изучение углеводов показало, что существуют соединения, которые по всем свойствам нужно отнести в группу углеводов, хотя они имеют состав не точно соответствующий формулеСмH2пОп. Тем не менее старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название -глициды.
Большой класс углеводов разделяют на две группы: простые и сложные.
Простыми углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться собразованием более простых углеводов, у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода СпН2nОп.
Сложными углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способныгидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода СмН2пОп.
II. Классификация всех видов углеводов.
Углеводы
ПростыеСложные
МОНОСАХАРИДЫ ДИСАХАРИДЫ
Тетрозы С4Н8О4…
Федеральное агентство по образованию
Контрольная работа
по дисциплине «Физиологические и санитарно-гигиенические основы питания»
тема: «Биологическая роль углеводов» Содержание Введение 1. Углеводы и их значение в питании 2. Виды углеводов Заключение Список используемой литературы Введение Гигиена питания — наука о закономерностях и принципах организации рационального (оптимального) питания здорового и больного человека. В ее рамках разрабатывают научные основы и практические мероприятия по оптимизации питания различных групп населения и санитарной охране пищевых ресурсов, сырья и продуктов на всех этапах их производства и оборота.
Фундаментальные аспекты гигиены питания связаны с изучением физиологических процессов, биохимических механизмов переваривания, усвоения пищи и клеточной метаболизации нутриентов и других компонентов пищевых продуктов, а также нутриогеномики, т.е. основ алиментарной регуляции экспрессии генов.
Гигиена питания, с одной стороны, определяет нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии, разрабатывает требования к качеству пищевой продукции и рекомендации по употреблению различных групп пищевых продуктов в зависимости от возрастных, социальных, географических и экологических факторов, режиму и условиям питания, а с другой стороны, регламентирует мероприятия по санитарно-эпидемиологической (гигиенической) экспертизе качества и безопасности пищевых продуктов и контактирующих с ними материалов и по контролю соответствия пищевых объектов на этапе их строительства и во время эксплуатации.
Гигиена питания как наука развивается с использованием общей методологии научных исследований в области физиологии, биохимии, токсикологии, микробиологии, эпидемиологии, внутренних болезней, а также собственных уникальных подходов и методик, включающих в себя оценку состояния питания, параметров пищевого статуса и алиментарной адаптации, показателей пищевой и биологической ценности продуктов.
Современный период развития гигиены питания связан с реализацией следующих научно-практических направлений:
разработка основ государственной политики в области здорового питания населения России;
фундаментальные исследования физиолого-биохимических основ питания;
постоянный мониторинг состояния питания населения России;
организация профилактики алиментарно-зависимых заболеваний;
исследования по проблеме безопасности пищевых продуктов;
разработка научно-методических подходов к оценке нетрадиционных и новых пищевых источников;
разработка и совершенствование научных основ и практики детского, диетического и профилактического питания;
научное обоснование и практическое осуществление системы алиментарной адаптации в современных экологических условиях;
широкое внедрение образовательных и просветительских программ и проектов как в системе профессионального образования и обучения, так и в обществе в целом.
В настоящее время гигиена питания в третий раз за последние 100 лет приобретает мощный общественный характер, обеспечивая выработку государственных подходов в области питания населения.
Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения. Правильное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний, продлению жизни людей, повышению работоспособности и создает условия для адекватной адаптации их к окружающей среде.
Вместе с тем в последнее десятилетие состояние здоровья населения характеризуется негативными тенденциями. Продолжительность жизни населения в России значительно меньше, чем в большинстве развитых стран. Увеличение частоты сердечно-сосудистых, онкологических и других хронических неинфекционных заболеваний в определенной степени связано с питанием. У большинства населения России выявлены нарушения полноценного питания, обусловленные как недостаточным потреблением пищевых веществ, в первую очередь витаминов, макро — и микроэлементов (кальция, йода, железа, фтора, цинка и др.), полноценных белков, так и их нерациональным соотношением.
Одним из важных элементов являются углеводы. Онислужат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть — за счет белков и жиров.
Мир углеводов представляется нам очень неоднозначным. Иногда углеводы обвиняют в том, что именно они являются причиной лишнего веса. А иногда, наоборот, говорят, что углеводы — это идеальный источник энергии для организма. 1. Углеводы и их значение в питании
Впервые термин «углеводы» был предложен профессором Дерптского (ныне Тартуского) университета К.Г. Шмидтом в 1844 г. В то время предполагали, что все углеводы имеют общую формулу Cm (H2O) n, т.е. углевод + вода. Отсюда название «углеводы». В дальнейшем оказалось, что ряд соединений, по своим свойствам относящихся к классу углеводов, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле.
В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин «углеводы» заменить термином «глициды», однако старое название «углеводы» укоренилось и является общепризнанным.
Углеводы образуются в растениях при фотосинтезе и поступают в организм главным образом с растительными продуктами. Однако все большее значение в питании приобретают добавленные углеводы, которые чаще всего представлены сахарозой (или смесями других сахаров), получаемой промышленным способом и вводимой затем в пищевые рецептуры.
Величина потребности в углеводах для человека определяется их ведущей ролью в обеспечении организма энергией и нежелательностью синтеза глюкозы из жиров (а тем более из белков) и находится в прямой зависимости от энергозатрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 — 500 г. в сутки.
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 — 60 г.
Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов. Избыточное потребление углеводов ведет к ожирению. При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 — 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.
Углеводы являются основными энергонесущими элементами в питании человека, обеспечивая 50-70% общей энергетической ценности рациона.
Наряду с основной энергетической функцией углеводы участвуют в пластическом обмене. Углеводы оказывают антикетогенное действие, стимулируя окисление ацетилкоэнзима А, образующегося при окислении жирных кислот. Основным источником углеводов в питании человека является растительная пища, и только лактоза и гликоген содержатся в продуктах животного происхождения.
Основная функция углеводов — обеспечение энергией всех процессов в организме. Клетки способны получать из углеводов энергию, как при их окислении, т.е. «сгорании», так и в анаэробных условиях (без доступа кислорода). В результате метаболизации 1 г углеводов организм получает энергию, эквивалентную 4 ккал. Обмен углеводов тесно связан с обменом жиров и белков, что обеспечивает их взаимные превращения. При умеренном недостатке углеводов в питании депонированные жиры, а при глубоком дефиците (менее 50 г/сут) и аминокислоты (как свободные, так и из состава мышечных белков) вовлекаются в процесс глюконеогенеза, приводящий к получению необходимой организму энергии. Боль в мышцах после тяжелой работы — результат действия на клетки молочной кислоты, которая образуется при анаэробном распаде углеводов, когда для обеспечения работы мышечных клеток не хватает кислорода, поступающего с кровью.
Часто резкое ограничение углеводов в диете ведет к значительным нарушениям обмена веществ. Особенно страдает при этом белковый обмен. Белки при дефиците углеводов используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций. Это приводит к повышенному образованию азотистых веществ и, как следствие, к повышенной нагрузке на почки, нарушениям солевого обмена и другим, вредным для здоровья, последствиям.
При дефиците углеводов в пище организм использует для синтеза энергии не только белки, но и жиры. При усиленном распаде жиров могут возникнуть нарушения обменных процессов, связанные с ускоренным образованием кетонов (к этому классу веществ относится известный всем ацетон) и накоплением их в организме. Избыточное образование кетонов при усиленном окислении жиров и частично белков может привести к «закислению» внутренней среды организма и отравлению тканей мозга вплоть до развития ацидотической комы с потерей сознания. При достаточном поступлении углеводов с пищей белки используются, главным образом, для пластического обмена, а не для производства энергии. Таким образом, углеводы необходимы для рационального использования белков. Они также способны стимулировать окисление промежуточных продуктов обмена жирных кислот.
Этим, однако, не исчерпывается роль углеводов. Они являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот, являются предшественниками образования жиров, иммуноглобулинов, играющих важную роль в системе иммунитета, и гликопротеидов — комплексов углеводов и белков, которые являются важнейшими компонентами клеточных оболочек. Гиалуроновые кислоты и другие мукополисахариды образуют защитную прослойку между всеми клетками, из которых состоит организм.
Интерес к углеводам сдерживался чрезвычайной сложностью их структуры. В отличие от мономеров нуклеиновых кислот (нуклеотидов) и белков (аминокислот), которые способны связываться между собой только одним определенным путем, моносахаридные единицы в олигосахаридах и полисахаридах могут соединяться между собой несколькими путями по множеству разных положений.
Со второй половины XX в. происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, обусловленное их важным биологическим значением.
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.
Итак, выделюбиологическое значение углеводов:
Углеводы выполняют пластическую функцию, то есть участвуют в построении костей, клеток, ферментов. Они составляют 2-3 % от веса.
Углеводы являются основным энергетическим материалом. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.
В крови содержится 100-110 мг глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.
Пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ.
Углеводы выполняют защитную роль в растениях. 2. Виды углеводов
Различают две основные группы углеводов: простые и сложные. К простым углеводам относятся глюкоза, фруктоза, галактоза, сахароза, лактоза и мальтоза. К сложным — крахмал, гликоген, клетчатка и пектиновые вещества.
Углеводы подразделяются на моносахариды (простые), олигосахариды и полисахариды (сложные).
1. Моносахариды
глюкоза
–PAGE_BREAK–фруктоза
галактоза
манноза
2. Олигосахариды
Дисахариды
сахароза (обычный сахар, тростниковый или свекловичный)
мальтоза
изомальтоза
лактоза
лактулоза
3.Полисахариды
декстран
гликоген
крахмал
целлюлоза
галактоманнаны Моносахариды (простые углеводы) являются наиболее простыми представителями углеводов и при гидролизе не расщепляются до более простых соединений. Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам.
В зависимости от числа углеродных атомов в молекулах моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы и гексозы. Для человека наиболее важны гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.) и пентозы (рибоза, дезоксирибоза и др.).
При соединении двух молекул моносахаридов образуются дисахариды.
Наиболее важной из всех моносахаридов является глюкоза, так как она является структурной единицей (кирпичиком) для построения большинства пищевых ди — и полисахаридов. Транспорт глюкозы в клетки регулируется во многих тканях гормоном поджелудочной железы — инсулином.
У человека излишки глюкозы в первую очередь превращаются именно в гликоген — единственный резервный углевод животных тканей. В организме человека общее содержание гликогена составляет около 500 г — это суточный запас углеводов, используемый при их глубоком дефиците в питании. Длительный дефицит гликогена в печени ведет к дисфункции гепатоцитов и ее жировой инфильтрации. Олигосахариды — более сложные соединения, построенные из нескольких (от 2 до 10) остатков моносахаридов. Они делятся на дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее важны для человека дисахариды — сахароза, мальтоза и лактоза. Олигосахариды, к которым относятся рафиноза, стахиоза, вербаскоза, в основном содержатся в бобовых и продуктах их технологической переработки, например в соевой муке, а также в незначительных количествах во многих овощах. Фрукто-олигосахариды встречаются в зерновых (пшенице, ржи), овощах (луке, чесноке, артишоках, спарже, ревене, цикории), а также в бананах и меде.
К группе олигосахаридов также относятся мальто-декстрины, являющиеся основными компонентами промышленно производимых из полисахаридного сырья сиропов, паток. Одним из представителей олигосахаридов является лактулоза, образующаяся из лактозы в процессе тепловой обработки молока, например при выработке топленого и стерилизованного молока.
Олигосахариды практически не расщепляются в тонком кишечнике человека из-за отсутствия соответствующих ферментов. По этой причине они обладают свойствами пищевых волокон. Некоторые олигосахариды играют существенную роль в жизнедеятельности нормальной микрофлоры толстого кишечника, что позволяет отнести их к пребиотикам — веществам, частично ферментирующимся некоторыми кишечными микроорганизмами и обеспечивающим поддержание нормального микробиоценоза кишечника. Полисахариды — высокомолекулярные соединения-полимеры, образованные из большого числа мономеров, в качестве которых выступают остатки моносахаридов. Полисахариды делятся на перевариваемые и неперевариваемые в желудочно-кишечном тракте человека. В первую подгруппу входят крахмал и гликоген, во вторую — разнообразные соединения, из которых наиболее важны для человека целлюлоза (клетчатка), гемицсллюлоза и пектиновые вещества.
Олиго — и полисахариды объединяют термином «сложные углеводы». Моно — и дисахариды обладают сладким вкусом, в связи с чем их называют также «сахарами». Полисахариды сладким вкусом не обладают. Сладость сахароз различна. Если сладость раствора сахарозы принять за 100 %, то сладость эквимолярных растворов других Сахаров составит: фруктозы — 173 %, глюкозы — 81 %, мальтозы и галактозы — 32 % и лактозы — 16 %.
Основным усваиваемым полисахаридом является крахмал — пищевая основа зерновых, бобовых и картофеля. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов. Он представляет из себя сложный полимер, состоящий из двух фракций: амилозы — линейного полимера и амило-пектина — разветвленного полимера. Именно соотношение этих двух фракций в различных сырьевых источниках крахмала и определяет его различные физико-химические и технологические характеристики, в частности растворимость в воде при разной температуре. Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель.
Для облегчения усвоения крахмала организмом продукт, содержащий его, должен быть подвергнут тепловой обработке. При этом образуется крахмальный клейстер в явной форме, например кисель, или скрытом виде в составе пищевой композиции: каше, хлебе, макаронах, блюд из бобовых. Крахмальные полисахариды, поступившие с пищей в организм, подвергаются последовательной, начиная с ротовой полости, ферментации до мальтодекстринов, мальтозы и глюкозы с последующим практически полным усвоением.
Вторым перевариваемым полисахаридом является гликоген. Его пищевое значение невелико — с рационом поступает не более 10-15 г гликогена в составе печени, мяса и рыбы. При созревании мяса гликоген превращается в молочную кислоту.
Некоторые сложные углеводы (клетчатка, целлюлоза и др.) в организме человека не перевариваются вовсе. Тем не менее, это необходимый компонент питания: они стимулируют перистальтику кишечника, формируют каловые массы, способствуя тем самым выведению шлаков и очистке организма. Кроме того, клетчатка хоть и не переваривается человеком, но служит источником питания для полезной кишечной микрофлоры. Заключение
Значение углеводов в питании человека весьма велико. Они служат важнейшим источником энергии, обеспечивая до 50-70 % общей калорийности рациона.
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их «сберегающего белок» действия. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г.
С нарушением обмена углеводовтесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молокуи т.д. Следует отметить, что в организмечеловека и животного углеводыприсутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белкии липиды; в растительных организмахза счет целлюлозына долю углеводовприходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфереуглеводовбольше, чем всех других органических соединений вместе взятых. Список используемой литературы
1. Справочник по диетологии/под ред. А.А. Покровского, М.А. Самсонова. — М.: Медицина, 1981
2. Популярно о питании. Под ред. А.И. Столмаковой, И.О. Мартынюка, Киев, «Здоровье», 1990
3. Королев А.А. Гигиена питания — 2-е изд. Перераб. и доп. — М.: «Академия», 2007
4. Ауреден Л. Как стать красивой. — М.: Топикал, 1995
5. hudeemtut.ru
6. Ленинджер А. Основы биохимии // М.: Мир, 1985.
Ссылки (links): http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4631.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/1083.htmlwww.xumuk.ru/biospravochnik/999.htmlwww.xumuk.ru/biospravochnik/692.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/486.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/2335.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/2/5126.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/567.htmlhudeemtut.ru/
Углеводы – главный источник энергии в организме человека.
Общая формула углеводов Сn(H2O)m
Углеводы — вещества состава См Н2п Оп, имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека. Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. На долю углеводов приходится около 80 % сухого вещества растений и около 20 % животных. Растения синтезируют углеводы из неорганических соединений — углекислого газа и воды (СО2 и Н2 О).
Запасы углеводов в виде гликогена в организме человека составляют примерно 500 г. Основная масса его (2/3) находится в мышцах, 1/3 – в печени. В промежутках между приемами пищи гликоген распадается на молекулы глюкозы, что смягчает колебания уровня сахара в крови. Запасы гликогена без поступления углеводов истощаются примерно за 12-18 часов. В этом случае включается механизм образования углеводов из промежуточных продуктов обмена белков. Это обусловлено тем, что углеводы жизненно необходимы для образования энергии в тканях, особенно мозга. Клетки мозга получают энергию преимущественно за счет окисления глюкозы.
Виды углеводов
Углеводы по своей химической структуре можно разделить на простые углеводы (моносахариды и дисахариды) и сложные углеводы (полисахариды).
Простые углеводы (сахара)
Глюкоза – наиболее важный из всех моносахаридов, так как она является структурной единицей большинства пищевых ди- и полисахаридов. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических реакций превращаются в другие вещества и в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды – используются как «топливо» для клеток. Глюкоза – необходимый компонент обмена углеводов. При снижении ее уровня в крови или высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания ( гипогликемическая кома ).
Глюкоза «в чистом виде», как моносахарид, содержится в овощах и фруктах. Особенно богаты глюкозой виноград – 7,8%, черешня, вишня – 5,5%, малина – 3,9%, земляника – 2,7%, слива – 2,5%, арбуз – 2,4%. Из овощей больше всего глюкозы содержится в тыкве – 2,6%, в белокочанной капусте – 2,6%, в моркови – 2,5%.
Глюкоза обладает меньшей сладостью, чем самый известный дисахарид – сахароза. Если принять сладость сахарозы за 100 единиц, то сладость глюкозы составит 74 единицы.
Фруктоза является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» — глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 – сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.
Основными источниками фруктозы в пище являются виноград – 7,7%, яблоки – 5,5%, груши – 5,2%, вишня, черешня – 4,5%, арбузы – 4,3%, черная смородина – 4,2%, малина – 3,9%, земляника – 2,4%, дыни – 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико – от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде – около 3,7%. Достоверно доказано, что фруктоза, обладающая значительно более высокой сладостью, чем сахароза, не вызывает кариеса, которому способствует потребление сахара.
Галактоза в продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой – лактозу (молочный сахар) – основной углевод молока и молочных продуктов.
Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. При этом возможно обильное газообразование, живот «пучит». В кисломолочных продуктах большая часть лактозы сброжена до молочной кислоты, поэтому люди с лактазной недостаточностью могут переносить кисломолочные продукты без неприятных последствий. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.
Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращается в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание — галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.
Содержание лактозы в коровьем молоке составляет 4,7%, в твороге – от 1,8% до 2,8%, в сметане – от 2,6 до 3,1%, в кефире – от 3,8 до 5,1%, в йогуртах – около 3%.
Сахароза — это дисахарид, образованный молекулами глюкозы и фруктозы. Содержание сахарозы в сахаре 99,5%. То, что сахар – это «белая смерть», любители сладкого знают так же хорошо, как курильщики то, что капля никотина убивает лошадь. К сожалению, обе эти прописные истины чаще служат поводом для шуток, чем для серьезных размышлений и практических выводов.
Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар – это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли. Из растительных продуктов больше всего сахарозы содержится в свекле – 8,6%, персиках – 6,0%, дынях – 5,9%, сливах – 4,8%, мандаринах – 4,5%. В овощах, кроме свеклы, значительное содержание сахарозы отмечается в моркови – 3,5%. В остальных овощах содержание сахарозы колеблется от 0,4 до 0,7%. Кроме собственно сахара, основными источниками сахарозы в пище являются варенье, мед, кондитерские изделия, сладкие напитки, мороженое.
При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза — солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебобулочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.
Сложные углеводы
Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы.
Крахмал – основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов.
Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе ( ядрице ) до 70% — в рисовой. Из злаков меньше всего крахмала содержится в овсяной крупе и продуктах ее переработки: толокне, овсяных хлопьях «Геркулес» — 49%. Макаронные изделия содержат от 62 до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта – от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки – от 35 до 51% крахмала, мука – от 56 ( ржаная ) до 68% ( пшеничная высшего сорта ). Крахмала много и в бобовых продуктах – от 40% в чечевице до 44% в горохе. По этой причине сухие горох, фасоль, чечевицу, нут относят к зернобобовым. Особняком стоят соя, которая содержит только 3,5% крахмала, и соевая мука ( 10-15,5% ). По причине высокого содержания крахмала в картофеле ( 15-18% ) в диетологии его относят не к овощам, где основные углеводы представлены моносахариды и дисахаридами, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.
В топинамбуре и некоторых других растениях углеводы запасаются в виде полимера фруктозы — инулина. Пищевые продукты с добавкой инулина рекомендуют при диабете и особенно – для его профилактики (напомним, что фруктоза дает меньшую нагрузку на поджелудочную железу, чем другие сахара).
Гликоген — «животный крахмал» — состоит из сильно разветвленных цепочек молекул глюкозы. Он в небольших количествах содержится в животных продуктах (в печени 2-10%, в мышечной ткани – 0,3-1%).
Продукты с высоким содержанием углеводов
Наиболее распространенными углеводами являются глюкоза, фруктоза и сахароза, входящие в состав овощей, фруктов и меда. Лактоза входит в состав молока. Сахар-рафинад представляет собой соединение фруктозы и глюкозы.
Глюкоза играет центральную роль в процессе обмена веществ. Она является поставщиком энергии для таких органов, как головной мозг, почки, и способствует выработке красных кровяных телец.
Человеческий организм не в состоянии делать слишком большие запасы глюкозы и потому нуждается в ее регулярном пополнении. Но это не значит, что нужно есть глюкозу в чистом виде. Гораздо полезнее употреблять ее в составе более сложных углеводных соединений, например, крахмала, который содержится в овощах, фруктах, зерновых. Все эти продукты, кроме того, являются настоящим кладезем витаминов, клетчатки, микроэлементов и других полезных веществ, помогающих организму бороться со многими болезнями. Полисахариды должны составлять большую часть всех поступающих в наш организм углеводов.
Важнейшие источники углеводов
Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % глюкозы и фруктозы.
Для обозначения количества углеводов в пище используется специальная хлебная единица.
К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.
Углеводы применяют в качестве:
— лекарственных средств,
— для производства бездымного пороха (пироксилина),
— взрывчатых веществ,
— искусственных волокон (вискоза).
— огромное значение имеет целлюлоза как источник для получения этилового спирта
Функции
1.Энергетическая
Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека, при расщеплении 1г углеводов освобождается 17,8 кДж энергии.
2. Структурная.
Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.
3. Запасающая.
Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных
Группы углеводов Особенностистроения молекулы Свойства углеводов Моносахариды Число атомов С
С3-триозы
С4-тетрозы
С5-пентозы
С6-гексозы
Бесцветны, хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус. Олигосахариды Сложные углеводы. Содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков Хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус. Полисахариды Сложные углеводы, состоящие из большого числа мономеров-простых сахаров и их производных С увеличением числа мономерных звеньев растворимость уменьшается, исчезает сладкий вкус. Появляется способность ослизняться и набухать Историческая справка
· Углеводы используются с глубокой древности — самым первым углеводом (точнее смесью углеводов), с которой познакомился человек, был мёд.
· Родиной сахарного тростника является северо-западная Индия-Бенгалия. Европейцы познакомились с тростниковым сахаром благодаря походам Александра Македонского в 327 г. до н.э.
· Крахмал был известен ещё древним грекам.
· Свекловичный сахар в чистом виде был открыт лишь в 1747 г. немецким химиком А. Маргграфом
· В 1811 г. русский химик Кирхгоф впервые получил глюкозу гидролизом крахмала
· Впервые правильную эмпирическую формулу глюкозы предложил шведский химик Я. Берцеллиус в 1837 г. С6Н12О6
· Синтез углеводов из формальдегида в присутствии Са(ОН)2 был произведён А.М. Бутлеровым в 1861 г.
Заключение
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.
Организму обязательно нужны углеводы (свыше 56% энергии мы получаем за счет углеводов)
Углеводы бывают простые и сложные( из-за строения молекул их так назвали)
Минимальное количество углеводов должно быть не меньше 50-60 г
Проверь свои знания:
— 1А
— 2В
— 3Б
— 4Б
— 5Б
— 6Б
Для успешной работы нашего организма необходимо постоянное поступление жиров, протеинов и углеводов. Какое место занимают углеводы в данном списке? Что они собой представляют? В чем же заключается их основная функция? На все данные вопросы есть ответы.
Углеводы – это органические молекулы, состоящие из неразветвленных цепей атомов углерода, пары гидроксильных групп и карбонильной группы.
Различают простые, сложные и волокнистые углеводы. К простым углеводам относятся моно-и дисахариды, которые содержат соответственно одну или две сахарные группы (глюкоза, фруктоза, лактоза, сахароза). К сложным углеводам принадлежат полисахариды, которые имеют в составе от трех молекул углерода (крахмал, целлюлоза). Волокнистые углеводы представляют собой обычную пищевую клетчатку, которая, как известно, способствует лучшему пищеварению. В конечном же итоге любой углевод распадается до моносахаридов, которые могут быть использованы в качестве источника энергии для обеспечения процессов метаболизма и синтеза других молекулярных комплексов.
Углеводы содержатся в различных продуктах питания. Простые сахара можно найти в кондитерских изделиях, полуфабрикатах и фруктах, в то время как источником сложных сахаров являются зерновые, хлеб, макаронные изделия и овощи.
Углеводы, необходимые нам для нормальной жизнедеятельности, принимают участие в процессах гликолиза, гликогенеза и гликонеогенеза. Под гликолизом подразумевается расщепление глюкозы и других сахаров с выделением жизненно важной энергии. В результате гликогенеза из глюкозы синтезируется гликоген, который накапливается в печени и мышцах как резервный источник энергии. Кроме того, углеводы стимулируют образование гликогена из жирных кислот и белков (гликонеогенез). Получается так, что наша центральная нервная система получает энергию преимущественно за счет глюкозы.
Простые углеводы, такие как глюкоза, мгновенно усваиваются организмом и способствуют более быстрому восстановлению за счет стремительной выработки гликогена. Поскольку эффект от применения таких сахаров краткосрочный, следует дополнять их потребление сложными сахарами.
Употребляйте больше сложных и меньше простых углеводов
Сложные углеводные комплексы способны поддерживать постепенный выброс энергии для обеспечения работы организма на протяжении дня. Медленное расщепление углеводов препятствует резкому скачку сахара в крови, что, в свою очередь, способствует постепенному росту инсулина для синтеза действительно важной энергии и медленному накоплению гликогена в мышцах и печени, что и было подтверждено результатами проведенных исследований.
Диетологи рекомендуют, чтобы углеводы составляли 50-60 процентов от ежедневного рациона, хотя данная цифра может быть скорректирована в соответствии с вашими целями. Если вам нужна углеводная загрузка, то необходимо принять углеводный комплекс за 45 минут до тренировки, чтобы обеспечить максимальный выброс гликогена для улучшения общей работоспособности организма. Кроме того, простые сахара рекомендуется потреблять во время тренировки для поддержания уровня гликогена в крови.
Потребление углеводов почти не имеет никаких побочных эффектов. Исключение может составить только избыточный прием, что может спровоцировать ожирение и связанные с ним заболевания. Кроме того, людям, склонным к набору излишнего веса, следует следить за количеством углеводов в своем рационе, чтобы не накопить излишки жира.
Углеводы идеально сочетаются с креатином и протеинами, что ускоряет восстановление и рост мышечной массы. Их можно найти почти во всем спортивном питании.
Таким образом, углеводные добавки являются отличным источником энергии для обеспечения оптимального функционирования всего организма. Чтобы углеводы не превратились из поставщиков необходимой энергии в залежи излишнего жира, придерживайтесь правил их приема и корректируйте программу потребления в зависимости от ваших личных потребностей и целей тренировки.
Углеводы служат основным источником энергии. Примерно 60% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть – за счет белков и жиров. Углеводы содержатся преимущественно в продуктах растительного происхождения.
В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов делятся на:
простые углеводы – моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза);
сложные углеводы – полисахариды (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, клетчатка).
Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам.
Простые углеводы. Моносахариды.
Моносахариды – самый быстрый и качественный источник энергии для процессов, происходящих в клетке.
Глюкоза – наиболее распространенный моносахарид. Она содержится во многих плодах и ягодах, а также образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе и сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии.
Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Однако она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70 – 80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщение крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности. Основными источниками фруктозы являются фрукты, ягоды, сладкие овощи.
Основными пищевыми источниками глюкозы и фруктозы служит мед: содержание глюкозы достигает 36.2%, фруктозы – 37.1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. В семечковых преобладает фруктоза, а в косточковых (абрикосы, персики, сливы) – глюкоза.
Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока – лактозы. Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается.
Простые углеводы. Дисахариды.
Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу.
Сахароза. Важнейший пищевой источник ее тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахаре-песке составляет 99.75%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты. Попадая в организм, она легко разлагается на моносахариды. Но это возможно, если мы потребляем сырой свекольный или тростниковый сок. Обыкновенный сахар имеет на много более сложный процесс усвоения.
Это важно! Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, пищи, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы.
Лактоза (молочный сахар) – основной углевод молока и молочных продуктов. Ее роль весьма значительна в раннем детском возрасте, когда молоко служит основным продуктом питания. При отсутствии или уменьшении фермента лактозы, расщепляющей лактозу до глюкозы и галактозы, в желудочно-кишечном тракте наступает непереносимость молока.
Сложные углеводы. Полисахариды.
Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка.
Мальтоза (солодовый сахар) – промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена в желудочно-кишечном тракте. В свободном виде в пищевых продуктах она встречается в меде, солоде, пиве, патоке и проросшем зерне.
Крахмал – важнейший поставщик углеводов. Он образуется и накапливается в хлоропластах зеленых частей растения в форме маленьких зернышек, откуда путем гидролизных процессов переходит в водорастворимые сахара, которые легко переносятся через клеточные мембраны и таким образом попадают в другие части растения, в семена, корни, клубни и другие. В организме человека крахмал сырых растений постепенно распадается в пищеварительном тракте, при этом распад начинается еще во рту. Слюна во рту частично превращает его в мальтозу. Вот почему хорошее пережевывание пищи и смачивание ее слюной имеет исключительно важное значение. Старайтесь в своем питании чаще использовать продукты, содержащие естественную глюкозу, фруктозу и сахарозу. Наибольшее количество сахара содержится в овощах, фруктах и сухофруктах, а также проросшем зерне.
Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.
Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы.
Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.
Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.
Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 – 500 г. в сутки. У спортсменов по мере увеличения интенсивности и тяжести физических нагрузок потребность в углеводах увеличивается и может возрастать до 800 г в сутки.
Это важно! Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 – 60г., чтобы избежать кетоза, кислого состояния крови, которое может развиться, если для образования энергии используются преимущественно запасы жира. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.
Если употреблять слишком много углеводов, больше, чем организм может преобразоваться в глюкозу или гликоген, то в результате, это ведет к ожирению. Когда телу нужно больше энергии, то жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).
При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 – 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.
Где содержатся полезные углеводы: фрукты, ягоды, сухофрукты, овощи, проросшие зерна, мед, молоко.
Где содержатся вредные углеводы: сахар, кондитерские изделия, мучные изделия (за исключением хлеба из отрубей).
Вопрос 1. Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?
Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем соотношение водорода и кислорода в них 2:1, как в молекуле воды. Именно по этой причине эти вещества получили свое название «углеводы».
Вопрос 2. Какие углеводы называются моно-, ди- и полисахаридами?
Моносахариды — это углеводы, в состав которых входит от трех до шести атомов углерода. Из шестиуглеродных сахаров известны глюкоза, фруктоза, галактоза, из пятиуглеродных сахаров — рибоза и дезоксирибоза. Последние входят в состав нуклеиновых кислот.
Дисахариды состоят из двух молекул моносахаридов. Например, сахароза (тростниковый сахар) состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Из дисахаридов известны также мальтоза (солодовый сахар) и лактоза (молочный сахар). И моно- и дисахариды растворимы в воде и сладки на вкус.
Полисахариды — сложные сахара, состоящие из множества мономеров, которыми являются моносахариды. К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Целлюлоза — линейный полимер, состоящий из множества молекул глюкозы. Крахмал и гликоген также состоят из глюкозы, только имеют разветвленную структуру.
Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка.
Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.
Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы.
Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.
Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.
Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 – 500 г. в сутки.
2. ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕВОДОВ В МЕДИЦИНЕ
2.1. Применение углеводов в парентеральном питании
Углеводы используются для парентерального питания в силу того, что они являются наиболее доступными источниками энергии для организма больного. Их энергетическая ценность составляет 4 ккал/г. Учитывая то, что суточная потребность в энергии составляет около 1 500-2 000 ккал, то становится понятной проблема изолированного применения углеводов для ее покрытия. Если перевести расчет на изотонический раствор глюкозы, то для этого потребуется перелить не менее 7-10 л жидкости, что может привести к таким осложнениям, как гипергидратация, отек легких, сердечно-сосудистые нарушения.
Применение же более концентрированных растворов глюкозы чревато опасностью возникновения гиперосмолярности плазмы, а также раздражением интимы вен с развитием флебитов и тромбофлебитов.
Для того чтобы исключить осмотический диурез, нельзя допускать превышения скорости вливания глюкозы более 0,4-0,5 г/кг/ч. В переводе на изотонический раствор глюкозы это составляет чуть более 500 мл для больного массой 70 кг. Чтобы предупредить возможные осложнения, обусловленные нарушением толерантности к углеводам, надо добавлять к раствору глюкозы инсулин в соотношении 1 ЕД инсулина на 3-4 г сухого вещества глюкозы. Кроме положительного влияния на утилизацию глюкозы инсулин играет важную роль в абсорбции аминокислот.
Среди многочисленных углеводов, существующих в природе, в практике парентерального питания применяют глюкозу, фруктозу, сорбитол, глицерол, декстран, этиловый алкоголь.
2.2. Использование углеводов при диетическом питании
Многие диеты основаны на исключении из рациона углеводов и увеличении потребления белков и жиров. Опрос, проведенный министерством сельского хозяйства США показал, что еда с повышенным употреблением углеводов менее калорийна и более питательна. Также было обнаружено, что взрослые люди, употребляющие в пищу много углеводов, как правило, обладают нормальным весом.
В США около 55% населения страдает от избыточного веса, и за последние 20 лет этот уровень увеличивается. В ходе Длительного опроса населения о потреблении пищевых продуктов (Continuing Survey of Food Intakes by Individuals) 1994-1996 года министерство сельского хозяйства собрало данные о режиме питания 10 014 американцев. Информацию разделили на четыре части по уровню потребления углеводов: менее 30%, 30-45%, 45-55% и более 55%. Люди, употреблявшие в пищу в основном углеводы, получали на 300 калорий меньше при одинаковом общем объеме потребления еды. Из всех опрошенных у них был самый низкий индекс массы тела. Это происходит главным образом из-за того, что на 1000 калорий продуктов с высоким содержанием углеводов приходится большее количество воды и клетчатки. Эта группа также получала больше питательных веществ, таких как витамин А, каротин, витамин С, кальций, магний и железо. В меньших количествах в их питании содержались жиры, холестерин, натрий, цинк и витамин В12.
Доктор Шанти Боуман (Shanthy Bowman), главный автор исследования и научный сотрудник министерства сельского хозяйства, сообщил, что у «взрослых, которые получали более 55% энергии из углеводов, была энергетически ограниченная, но питательная диета вне зависимости от выбора продуктов». Люди из этой группы употребляли мало молока, мяса, рыбы, и выбирали эти продукты с пониженным содержанием жиров.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 – 60 г. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.
Избыточное потребление углеводов ведет к ожирению. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).
При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 – 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алабин В. Г., Скрежко А. Д. Питание и здоровье. – Минск, 1994
2. Бальсевич В.К. Питание человека. – М., Интел, 2000
3. Березин И. П., Дергачев Ю.В. Школа здоровья. – СПб, 2001
4. Воробьев В.И. Слагаемые здоровья. – М., Интел, 2002
5. Егорушкин А. С. Про витамины. – М.: Высшая школа, 1998
6. Куценко Г.И., Новиков Ю.В. Книга о здоровом образе жизни. – М., Приор, 2000
7. Петров В. К. Жить, чтобы есть, или есть, чтобы жить? – М., Инфра-М, 2002
8. Сотник Ж.Г., Заричанская Л.А. Белки, жиры и углеводы. – М., Приор, 2000
1997/98 УЧ.ГОД
Выпускной экзамен по биологии за 9-й класс
Проподаватель Рощина
Оценка 5
УЧЕБНО-ВОСПИТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС №326
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ШКОЛА
ВЫПУСКНОЙ РЕФЕРАТ
ПО БИОЛОГИИ
Тема:
БЕЛКИ, ЖИРЫ И УГЛЕВОДЫ
КАК ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
Ученицы 9В класса
Бронштейн Аси
Москва 1998 год
СОДЕРЖАНИЕ
ВСТУПЛЕНИЕ БЕЛКИ. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ОБМЕН БЕЛКОВ УГЛЕВОДЫ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ОБМЕН УГЛЕВОДОВ ЖИРЫ СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ ОБМЕН ЖИРОВ
ВСТУПЛЕНИЕ
Нормальная деятельность организма возможна при непрерывном поступлении пищи. Входящие в состав пищи жиры, белки, углеводы, минеральные соли, вода и витамины необходимы для жизненных процессов организма.
Питательные вещества являются как источником энергии, покрывающем расходы организма, так и строительным материалом, который используется в процессе роста организма и воспроизведения новых клеток, замещающих отмирающие. Но питательные вещества в том виде, в каком они употребляются в пищу, не могут всосаться и быть использованными организмом. Только вода, минеральные соли и витамины всасываются и усваиваются в том виде, в каком они поступают.
Питательными веществами называются белки, жиры и углеводы. Эти вещества являются необходимыми составными частями пищи. В пищеварительном тракте белки, жиры и углеводы подвергаются как физическим воздействиям (измельчаются и перетираются), так и химическим изменениям, которые происходят под влиянием особых веществ — ферментов, содержащихся в соках пищеварительных желёз. Под влиянием пищеварительных соков питательные вещества расщепляются на более простые, которые всасываются и усваиваются организмом.
БЕЛКИ
СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ
«Во всех растениях и животных присутствует некое вещество, которое без сомнения является наиболее важным из всех известных веществ живой природы и без которого жизнь была бы на нашей планете невозможна. Это вещество я наименовал — протеин». Так писал еще в 1838 году голландский биохимик Жерар Мюльдер, который впервые открыл существование в природе белковых тел и сформулировал свою теорию протеина. Слово «протеин» (белок) происходит от греческого слова «протейос», что означает «занимающий первое место». И в самом деле, все живое на земле содержит белки. Они составляют около 50% сухого веса тела всех организмов. У вирусов содержание белков колеблется в пределах от 45 до 95%.
Белки являются одними из четырех основных органических веществ живой материи (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры), но по своему значению и биологическим функциям они занимают в ней особое место. Около 30% всех белков человеческого тела находится в мышцах, около 20% — в костях и сухожилиях и около 10% — в коже. Но наиболее важными белками всех организмов являются ферменты, которые, холя и присутствуют в их теле и в каждой клетке тела в малом количестве, тем не менее управляют рядом существенно важных для жизни химических реакций. Все процессы, происходящие в организме: переваривание пищи, окислительные реакции, активность желез внутренней секреции, мышечная деятельность и работа мозга регулируется ферментами. Разнообразие ферментов в теле организмов огромно. Даже в маленькой бактерии их насчитываются многие сотни.
Белки, или, как их иначе называют, протеины, имеют очень сложное строение и являются наиболее сложными из питательных веществ. Белки — обязательная составная часть всех живых клеток. В состав белков входят: углерод, водород, кислород, азот, сера и иногда фосфор. Наиболее характерно для белка наличие в его молекуле азота. Другие питательные вещества азота не содержат. Поэтому белок называют азотосодержащис веществом.
Основные азотосодержащие вещества, из которых состоят белки, — это аминокислоты. Количество аминокислот невелико — их известно только 28. Все громадное разнообразие содержащихся в природе белков представляет собой различное сочетание известных аминокислот. От их сочетания зависят свойства и качества белков.
При соединении двух или нескольких аминокислот образуется более сложное соединение — полипептид. Полипептиды, соединяясь, образуют еще более сложные и крупные частицы и в итоге — сложную молекулу белка.
Когда в пищеварительном тракте или в эксперименте белки расщепляются на более простые соединения, то через ряд промежуточных стадий ( альбумоз и пептонов) они расщепляются на полипептиды и, наконец, на аминокислоты. Аминокислоты в отличие от белков легко всасываются и усваиваются организмом. Они используются организмом для образования собственного специфического белка. Если же вследствие избыточного поступления аминокислот их расщепление в тканях продолжается, то они окисляются до углекислого газа и воды.
Большинство белков растворяется в воде. Молекулы белков в силу их больших размеров почти не проходят через поры животных или растительных мембран. При нагревании водные растворы белков свертываются. Есть белки (например, желатина), которые растворяются в воде только при нагревании.
При поглощении пища сначала попадает в ротовую полость, а затем по пищеводу в желудок. Чистый желудочный сок бесцветен, имеет кислую реакцию. Кислая реакция зависит от наличия соляной кислоты, концентрация которой составляет 0,5%.
Желудочный сок обладает свойством переваривать пищу, что связано с наличием в нем ферментов. Он содержит пепсин — фермент, расщепляющий белок. Под влиянием пепсина белки расщепляются на пептоны и альбумозы. Железами желудка пепсин вырабатывается в неактивном виде, переходит в активную форму при воздействии на него соляной кислоты. Пепсин действует только в кислой среде и при попадании в щелочную среду становится не гативным.
Пища, поступив в желудок, более или менее длительное время задерживается в нем — от 3 до 10 часов. Срок пребывания пищи в желудке зависит от ее характера и физического состояния — жидкая она или твердая. Вода покидает желудок немедленно после поступления. Пища, содержащая большее количество белков, задерживается в желудке дольше, чем углеводная; еще дольше остается в желудке жирная пища. Передвижение пищи происходит благодаря сокращению желудка, что способствует переходу в пилорическую часть, а затем в двенадцатиперстную кишку уже значительно переваренной пищевой кашицы.
Пищевая кашица, поступившая в двенадцатиперстную кишку, подвергается дальнейшему перевариванию. Здесь на пищевую кашицу изливается сок кишечных желез, которыми усеяна слизистая оболочка кишки, а также сок поджелудочной железы и желчь. Под влиянием этих соков пищевые вещества — белки, жиры и углеводы — подвергаются дальнейшему расщеплению и доводятся до такого состояния, когда могут всосаться в кровь и лимфу.
Поджелудочный сок бесцветен и имеет щелочную реакцию. Он содержит ферменты, расщепляющие белки, углеводы и жиры.
Одним из основных ферментов является трипсин, находящийся в соке поджелудочной железы в недеятельном состоянии в виде трипсиногена. Трипсиноген не может расщеплять белки, если не будет переведен в активное состояние, т.е. в трипсин. Трипсиноген переходит в трипсин при соприкосновении с кишечным соком под влиянием находящегося в кишечном соке вещества энтерокиназы. Энтерокиназа образуется в слизистой оболочке кишечника. В двенадцатиперстной кишке действие пепсина прекращается, так как пепсин действует только в кислой среде. Дальнейшее переваривание белков продолжается уже под влиянием трипсина.
Трипсин очень активен в щелочной среде. Его действие продолжается и в кислой среде, но активность падает. Трипсин действует на белки и расщепляет их до аминокислот; он также расщепляет образовавшиеся в желудке пептоны и альбумозы до аминокислот.
В тонких кишках заканчивается переработка пищевых веществ, начавшаяся в желудке и двенадцатиперстной кишке. В желудке и двенадцатиперстной кишке белки, жиры и углеводы расщепляются почти полностью, только часть их остается непереваренной. В тонких кишках под влиянием кишечного сока происходит окончательное расщепление всех пищевых веществ и всасывание продуктов расщепления. Продукты расщепления попадают в кровь. Это происходит через капилляры, каждый из которых подходит к ворсинке, расположенной на стенке тонких кишков.
ОБМЕН БЕЛКОВ
После расщепления белков в пищеварительном тракте образовавшиеся аминокислоты всасываются в кровь. В кровь всасывается также незначительное количество полипептидов — соединений, состоящих из нескольких аминокислот. Из аминокислот клетки нашего тела синтезируют белок, причем белок, который образуется в клетках человеческого организма, отличается от потребленного белка и характерен для человеческого организма.
Образование нового белка в организме человека и животных идет беспрерывно, так как в течении всей жизни взамен отмирающих клеток крови, кожи, слизистой оболочки, кишечника и т. д. создаются новые, молодые клетки. Для того чтобы клетки организма синтезировали белок, необходимо, чтобы белки поступали с пищей в пищеварительный канал, где они подвергаются расщиплению на аминокислоты, и уже из всосавшихся аминокислот будет образован белок.
Если же, минуя пищеварительный тракт, ввести белок непосредственно в кровь, то он не только не может быть использован человеческим организмом, он вызывает ряд серьезных осложнений. На такое введение белка организм отвечает резким повышением температуры и некоторыми другими явлениями. При повторном введении белка через 15-20 дней может наступить даже смерть при параличе дыхания, резком нарушение сердечной деятельности и общих судорогах.
Белки не могут быть заменены какими-либо другими пищевыми веществами, так как синтез белка в организме возможен только из аминокислот.
Для того чтобы в организме мог произойти синтез присущего ему белка, необходимо поступление всех или наиболее важных аминокислот.
Из известных аминокислот не все имеют одинаковую ценность для организма. Среди них есть аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированными в организме из других аминокислот; наряду с этим есть и незаменимые аминокислоты, при отсутствии которых или даже одной из них белковый обмен в организме нарушается.
Белки не всегда содержат все аминокислоты: в одних белках содержится большее количество необходимых организму аминокислот, в других — незначительное. Разные белки содержат различные аминокислоты и в разных соотношениях.
Белки, в состав которых входят все необходимые организму аминокислоты, называются полноценными; белки, не содержащие всех необходимых аминокислот, являются неполноценными белками.
Для человека важно поступление полноценных белков, так как из них организм может свободно синтезировать свои специфические белки. Однако полноценный белок может быть заменен двумя или тремя неполноценными белками, которые, дополняя друг друга, дают в сумме все необходимые аминокислоты. Следовательно, для нормальной жизнедеятельности организма необходимо, чтобы в пище содержались полноценные белки или набор неполноценных белков, по аминокислотному содержанию равноценных полноценным белкам.
Поступление полноценных белков с пищей крайне важно для растущего организма, так как в организме ребенка не только происходит восстановление отмирающих клеток, как у взрослых, но и в большом количестве создаются новые клетки.
Обычная смешанная пища содержит разнообразные белки, которые в сумме обеспечивают потребность организма в аминокислотах. Важна не только биологическая ценность поступающих с пищей белков, но и их количество. При недостаточном количестве белков нормальный рост организма приостанавливается или задерживается, так как потребности в белке не покрываются из-за его недостаточного поступления.
К полноценным белкам относятся преимущественно белки животного происхождения, кроме желатины, относящейся к неполноценным белкам. Неполноценные белки — преимущественно растительного происхождения. Однако некоторые растения (картофель, бобовые и др.) содержат полноценные белки. Из животных белков особенно большую ценность для организма представляют белки мяса, яиц, молока и др.
УГЛЕВОДЫ
СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ
Углеводы или сахариды — одна из основных групп органических соединений организма. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях ( органические кислоты, аминокислоты), а также содержатся в клетках всех других живых организмов. В животной клетке содержание углеводов колеблется в пределах 1-2%, в растительной оно может достигать в некоторых случаях 85-90% массы сухого вещества.
Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем у большинства углеводов водород и кислород содержатся в том же соотношении, что и в воде ( отсюда их название — углеводы). Таковы, например, глюкоза С6Н12О6 или сахароза С12Н22О11. В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Все углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды).
Среди моносахаридов по числу углеродных атомов различают триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и гептозы (7С). Моносахариды с пятью и более атомами углерода, растворяясь в воде, могут приобретать кольцевую структуру. В природе наиболее часто встречаются пентозы ( рибоза, дезоксирибоза, рибулоза) и гексозы ( глюкоза, фруктоза, галактоза). Рибоза и дезоксирибоза играют важную роль в качестве составных частей нуклеиновых кислот и АТФ. Глюкоза в клетке служит универсальным источником энергии. С превращением моносахаридов связаны не только обеспечение клетки энергией, но и биосинтез многих других органических веществ, а также обезвреживание и выведение из организма ядовитых веществ, проникающих извне или образующихся в процессе обмена веществ, например, при распаде белков.
Ди — и полисахариды образуются путем соединения двух и более моносахаридов, таких, как глюкоза галактоза маноза, арабиноза или ксилоза. Так, соединяясь между собой с выделением молекулы воды, две молекулы моносахаридов образуют молекулу дисахарида. Типичными представителями этой группы веществ являются сахароза ( тростниковый сахар), мальтаза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). Дисахариды по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те, и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус. К числу полисахаридов принадлежит крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, каллоза и др.
Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой. Полисахариды играют главным образом роль запасных продуктов и легко мобилизуемых источников энергии ( например, крахмал и гликоген), а также используются в качествестроительного материала ( целлюлоза, хитин). Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объема. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями и другими микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают вещества всей поверхностью тела. И наконец, при необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза.
ОБМЕН УГЛЕВОДОВ
Углеводы, как уже говорилось выше, играют очень важную роль в организме, являясь основным источником энергии. Углеводы поступают к нам в организм в виде сложных полисахаридов — крахмала, дисахаридов и моносахаридов. Основное количество углеводов поступает в виде крахмала. Расщепившись до глюкозы, углеводы всасываются и через ряд промежуточных реакций распадаются на углекислый газ и воду. Эти превращения углеводов и окончательное окисление сопровождаются освобождением энергии, которая и используется организмом.
Расщепление сложных углеводов — крахмала и солодового сахара, начинается уже в полости рта, где под влиянием птиалина и мальтазы крахмал расщепляется до глюкозы. В тонких кишках все углеводы расщепляются до моносахаридов.
Угле воды всасываются преимущественно в виде глюкозы и только отчасти в виде других моносахаридов ( галактозы, фруктозы). Их всасывание начинается уже в верхних отделах кишечника. В нижних отделах тонких кишок в пищевой кашице углеводов почти не содержится. Углеводы через ворсинки слизистой оболочки, к которым подходят капилляры, всасываются в кровь, и с кровью, оттекающей от тонкого кишечника, попадают в воротную вену. Кровь воротной вены проходит через печень. Если концентрация сахара в крови человека равна 0,1%, то углеводы проходят печень и поступают в общий кровоток.
Количество сахара в крови все время поддерживается на определенном уровне. В плазме содержание сахара составляет в среднем 0,1%. В сохранении постоянного уровня сахара в крови большую роль играет печень. При обильном поступлении сахара в организм его излишек откладывается в печени и вновь поступает в кровь, когда содержание сахара в крови падает. В печени углеводы содержатся в виде гликогена.
При употреблении в пищу крахмала уровень сахара в крови заметным изменениям не подвергается, так как расщепление крахмала в пищеварительном тракте длятся продолжительное время и образовавшиеся при этом моносахариды всасываются медленно. При поступлении значительного количества (150-200г) обычного сахара или глюкозы уровень сахара в крови резко повышается.
Такое повышение сахара в крови называется пищевой или алиментарной гипергликемией. Избыток сахара выводится почками, и в моче появляется глюкоза.
Выведение сахара почками начинается в том случае, когда уровень сахара в крови составляет 0,15-0,18%. Такая алиментарная гипергликемия наступает обычно после употребления большого количества сахара и вскоре проходит, не вызывая каких-либо нарушений в деятельности организма.
Однако при нарушении внутрисекреторной деятельности поджелудочной железы наступает заболевание, известное под названием сахарной болезни или сахарного диабета. При этом заболевании уровень сахара в крови повышается, печень теряет способность заметно удерживать сахар, и начинается усиленное выделение сахара с мочой.
Гликоген откладывается не только в печени. Значительное его количество содержатся также в мышцах, где он потребляется в цепи химических реакций, протекающих в мышцах при сокращении.
При физической работе потребление углеводов усиливается, и их количество в крови увеличивается. Повышенная потребность в глюкозе удовлетворяется как расщеплением гликогена печени на глюкозу и поступлением последней в кровь, так и гликогеном, содержащимся в мышцах.
Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Этот моносахарид входит в состав протоплазмы клеток и, следовательно, необходим при образовании новых клеток, особенно в период роста. Большое значение имеет глюкоза в деятельности центральной нервной системы. Достаточно, чтобы концентрация сахара в крови понизилась до 0,04%, как начинаются судороги, теряется сознание и т.д.; иначе говоря, при понижении сахара в крови в первую очередь нарушается деятельность центральной нервной системы. Достаточно такому больному ввести в кровь глюкозу или дать поесть обычного сахара, как все нарушения исчезают. Более резкое и длительное понижение уровня сахара в крови — глипогликемия, может повлечь за собой резкие нарушения деятельности организма и привести к смерти.
При небольшом поступлении углеводов с пищей они образуются из белков и жиров. Таким образом, полностью лишить организм углеводов не удается, так как они образуются и из других пищевых веществ.
ЖИРЫ
СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ФУНКЦИИ
В состав жиров входят углерод, водород и кислород. Жир имеет сложное строение; его составными частями является глицерин (С3Н8О3) и жирные кислоты, при соединении которых и образуются молекулы жира. Наиболее распространенными являются три жирных кислоты: олеиновая (С18Н34О2), пальмитиновая (С16Н32О2) и стеариновая (С18Н36О2). От сочетания этих жирных кислот при их соединении с глицерином зависит образование того или другого жира. При соединении глицерина с олеиновой кислотой образуется жидкий жир, например, растительное масло. Пальмитиновая кислота образует более твердый жир, входит в состав сливочного масла и является главной составляющей частью человеческого жира. Стеариновая кислота входит в состав еще более твердых жиров, например, сала. Для того, чтобы человеческий организм мог синтезировать специфический жир, необходимо поступление всех трех жирных кислот.
В процессе пищеварения жир расщепляется на составные части — глицерин и жирные кислоты. Жирные кислоты нейтрализуются щелочами, в результате чего образуются их соли — мыла. Мыла растворяются в воде и легко всасываются.
Жиры являются составной частью протоплазмы и входят в состав всех органов, тканей и клеток организма человека. Кроме того, жиры представляют собой богатый источник энергии.
Расщепление жиров начинается в желудке. В желудочном соке содержится такое вещество как липаза. Липаза расщепляет жиры на жирные кислоты и глицерин. Глицерин растворяется в воде и легко всасывается, а жирные кислоты не растворяются в воде. Желчь способствует их растворению и всасыванию. Однако в желудке расщепляется только жир, раздробленный на мелкие частицы, например жир молока. Под влиянием желчи действие липазы усиливается в 15-20 раз. Желчь способствует тому, чтобы жир распался на мельчайшие частицы.
Из желудка пища попадает в двенадцатиперстную кишку. Здесь на нее изливается сок кишечных желез, а также сок поджелудочной железы и желчь. Под влиянием этих соков жиры подвергаются дальнейшему расщиплению и доводятся до такого состояния, когда могут всосаться в кровь и лимфу. Затем, по пищеварительному тракту пищевая кашица попадает в тонкий кишечник. Там, под влиянием кишечного сока происходит окончательное расщепление и всасывание.
Жир под влиянием фермента липазы расщепляется на глицерин и жирные кислоты. Глицерин растворяется и легко всасывается, а жирные кислоты нерастворимы в кишечном содержимом и не могут всосаться.
Жирные кислоты входят в соединение со щелочами и желчными кислотами и образуют мыла, которые легко растворяются и поэтому без затруднений проходят через кишечную стенку. В отличие от продуктов расщепления углеводов и белков продукты расщепления жиров всасываются не в кровь, а в лимфу, причем глицерин и мыла, проходя через клетки слизистой оболочки кишечника, вновь соединяются и образуют жир; поэтому уже в лимфатическом сосуде ворсинки находятся капельки вновь образованного жира, а не глицерин и жирные кислоты.
ОБМЕН ЖИРОВ.
Жиры, как и углеводы, являются в первую очередь энергетическим материалом и используются организмом как источник энергии.
При окислении 1г жира количество освобождающейся энергии в два с лишним раза больше, чем при окислении такого же количества углеродов или белков.
В органах пищеварения жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты. Глицерин всасывается легко, а жирные кислоты только после омыления.
При прохождении через клетки слизистой оболочки кишечника из глицерина и жирных кислот вновь синтезируется жир, который поступает в лимфу. Образовавшийся при этом жир отличается от потребленного. Организм синтезирует жир, свойственный данному организму. Так, если человек потребляет разные жиры, содержащие олеиновую, пальмитиновую стеариновую жирные кислоты, то его организм синтезирует специфический для человека жир. Однако если в пище человека будет содержаться только какая-то одна жирная кислота, например олеиновая, если она будет преобладать, то образовавшийся при этом жир будет отличаться от человеческого и приближаться к более жидким жирам. При употреблении же в пищу преимущественно бараньего сала жир будет более твердый. Жир по своему характеру отличается не только у различных животных, но и в разных органах одного и того же животного.
Жир используется организмом не только как богатый источник энергии, он входит в состав клеток. Жир является обязательной составной частью протоплазмы, ядра и оболочки. Остаток поступившего в организм жира после покрытия его потребности откладывается в запас в виде жировых капель.
Жир откладывается преимущественно в подкожной клетчатке, сальнике, вокруг почек, образуя почечную капсулу, а также в других внутренних органах и в некоторых других участках тела. Значительное количество запасного жира содержится в печени и мышцах. Запасной жир является в первую очередь источником энергии, который мобилизуется, когда расход энергии превышает его поступление. В таких случаях жир окисляется до конечных продуктов распада.
Кроме энергетического значения, запасной жир играет и другую роль в организме; например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный — предохраняет почку от ушибов и т. д. Жира в организме может откладываться в запас довольно значительное количество. У человека он составляет в среднем 10-20% веса. При ожирении, когда нарушаются обменные процессы в организме, количество отложенного жира доходит до 50% веса человека.
Количество отложившегося жира зависит от ряда условий: от пола, возраста, условий работы, состояния здоровья и т.д. При сидячем характере работы отложение жира происходит более энергично, поэтому вопрос о составе и количестве пищи людей, ведущих сидячий образ жизни, имеет очень важное значение.
Жир синтезируется организмом не только из поступившего жира, но и из белков и углеводов. При полном исключении жира из пищи он все же образуется и в довольно значительном количестве может откладываться в организме. Основным источником образования жира в организме служат преимущественно углеводы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. В.И. Товарницкий: Молекулы и вирусы;
2. А.А. Маркосян: Физиология;
3. Н.П. Дубинин: Гинетика и человек;
4. Н.А. Лемеза: Биология в экзаменационных вопросах и ответах.
Углеводы – о них больше всего говорят и спорят приверженцы разных диет. Надо ли их есть вообще? А если надо, то когда и сколько? Каким продуктам
питания, содержащим углеводы отдавать предпочтение? Вот на эти и ещё некоторые дополнительные вопросы мы ответим в этом материале.
Углеводы являются основным источником энергии для жизнедеятельности мышечной, нервной системы, и внутренних органов. С одной стороны углеводы
необходимы нам, но с другой стороны избыток их в рационе автоматически приводит к набору лишнего веса, что способствует развитию многих болезней.
Углеводы, имеющие простой состав быстро усваиваются организмом, быстро повышают уровень сахара в крови и способствуют ожирении. Зато сложные углеводы
долго усваиваются организмом и делают человека энергичным, здоровым, стройным.
Энергетическая роль углеводов
Человек ежедневно 60% калорий должен получать из углеводов – это примерно 300 – 350 грамм углеводов. Очень часто люди в наборе лишнего веса обвиняют
только углеводы и поэтому многие диеты для сброса веса в первую очередь ограничивают употребление именно углеводов. При этом ориентируя людей на
белковую или жирную пищу – под предлогом, что её съесть много нельзя. Такой подход в питании вреден для организма и не способствует
нормализации веса. Вот почему:
1. один грамм белка имеет такую же энергетическую ценность, как и грамм углеводов;
2. во время диеты с низким содержанием углеводов энергия необходимая для жизни организма будет добываться при разрушении собственных тканей
(мышцы, внутренние органы);
3. со временем нарушается обмен веществ;
4. увеличивается нагрузка на почки;
5. начинается жировое перерождение печени.
К таким негативным последствиям приводит рацион питания бедный углеводами. Большинство же современных людей страдает от излишнего употребления пищи
богатой углеводами.
Сложные и простые углеводы
Простые углеводы усваиваются быстро, быстро повышают уровень сахара в крови, но после такой еды чувство голода возвращается тоже быстро. Ингредиенты
таких продуктов практически моментально превращаются в глюкозу, в ответ на это поджелудочная железа вырабатывает инсулин, который превращает глюкозу
в жир. Кроме этого пища, состоящая из простых углеводов, как правило, не содержит в себе витаминов и микроэлементов которые необходимы для
пищеварения. Этот дефицит организм компенсирует за счёт использования собственных запасов. По этой причине увлечение простыми углеводами приводит к
дефициту полезных веществ в организме, особенно витаминов группы В.
Сложные углеводы организм переваривает долго, при этом не происходит резкого скачка уровня сахара в крови, поджелудочная железа работает спокойно.
После употребления сложных углеводов человек себя чувствует сытым долго. Что важно эти продукты богаты витаминами, минералами, клетчаткой которые
жизненно необходимы человеку. Благодаря такой пище улучшается работа кишечника, нормализуется уровень холестерина, организм легче избавляется от
шлаков и токсинов.
Продукты содержащие «простые» и «сложные» углеводы. Правила употребления углеводов.
«Простые» или «плохие» углеводы содержатся в мучных и макаронных изделиях, сахаре, мороженном, сладких напитках, алкоголе, в рафинированных
глазированных хлопьях, белом рисе, картошке и в большинстве рафинированных продуктах. Их количество в рационе не должно превышать 10 – 15% от всех
углеводов, то есть 30 – 40 грамм в день, а при склонности к лишнему весу – 5 – 10%. Отдельно несколько важных слов надо сказать о мёде. Несмотря на
то, что этот продукт состоит из простых углеводов, в нём содержится огромное количество витаминов и минеральных веществ.
«Сложные» или «хорошие» углеводы содержатся в овощах, фруктах, ягодах и бобовых, орехах, семенах, хлебе из муки грубого помола, нешлифованном рисе и
других цельнозерновых крупах, мюсли из цельных злаков, макаронах из твёрдых сортов пшеницы. Наиболее полезны углеводы, которые прошли наименьшую
кулинарную обработку.
Углеводы лучше употреблять в первой половине дня. Исследования подтверждают, что те люди кто на завтрак или обед регулярно кушают сложные углеводы,
меньше страдают лишним весом и сопутствующими (сахарный диабет, высокое давление) заболеваниями.
Дополнительные статьи с полезной информацией
Обмен веществ в тканях человека
Сейчас мы много слышим и читаем об обмене веществ, каждый понимает что эти процессы влияют на внешний вид, здоровье и работоспособность. Но часто
превращение ингредиентов поступивших в организм с пищей, воспринимается сильно просто и отсюда возникает желание отрегулировать обменные процессы с
помощью какого либо лекарства или природного препарата. При этом забывается, что физиологические процессы происходящие в тканях человека сложны и
регулируются на нескольких уровнях.
Читать далее…
Описание жиров поступающих в наш организм с пищей
Один из самых противоречивых компонентов нашей пищи – это жиры. Одни специалисты считают их лютыми врагами человека, а другие добрейшими
союзниками. Разобраться в этом вопросе поможет информация о строении, происхождении и роли жиров в нашем организме.
Читать далее…
Углеводы
Оглавление
Введение
1. Классификация и строение углеводов
2. Важнейшие моносахариды
3.Эпимеризация
4. Циклические формы моноз,мутаратация
5. Образование гликозидов
ВведениеВ живой природе широко распространенывещества, многим из которых соответствует формула Сх(Н2О)у.Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что иобусловило их название – углеводы. К углеводам относится обычный сахар –сахароза, виноградный сахар – глюкоза, фруктовый сахар – фруктозаи молочный сахар – мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятоеназвание сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода иводы в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:
хСО2 + уH2О + солнечнаяэнергия ?® Сх(Н2О)у +хО2
При окислении углеводов в организмеэнергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:
Сх(Н2О)у+ хО2 ?® хСО2 + уH2О + энергия
1. Классификацияи строение углеводов
Простейшие углеводы, негидролизующиеся в более простые, называют моносахаридами или монозами.Углеводы, при гидролизе которых образуются две молекулы моносахаридов, называютдисахаридами, или биозами. При гидролизе полисахаридов, или полиоз,образуется большое количество молекул моноз. Углеводы, состоящие из 2-10молекул моносахаридов, часто называют олигосахаридами.
Углеводы являются полиоксиальдегидамиили полиоксикетонами. Полиокси-альдегиды называют альдозами аполиоксикетоны – кетозами. В зависимости от числа атомов углерода вмонозе ее называют триозой, тетрозой, пентозой или гексозой.
В моносахаридах имеется несколькостереоцентров, и поэтому для их написания часто используются проекционныеформулы Фишера. Конфигурация каждого моносахарида определяется по наиболеестаршему хиральному центру (наиболее удаленному от карбонильной группы).Простейшими триозами являются глицериновый альдегид НОСН2СН(ОН)СНО идигидроксиацетон НОСН2СОСН2ОН. У глицеринового альдегидаимеется один стереоцентр, и поэтому он существует в виде двух энантиомеров:
/> />
(R)-(+)-глицериновый альдегид (S)-(-)-глицериновый альдегид
D-глицериновый альдегид L-глицериновыйальдегид
D-Глицериновый альдегид вращаетплоскость поляризованного света вправо (+), в то время как L-глицериновыйальдегид – влево (-). Оба изомера глицеринового альдегида используются в качествеконфигурационных стандартов для всех моносахаридов. В формулах Фишерамоносахаридов D-ряда гидроксил у предпоследнего атома углерода пишется справа, ау L-ряда – слева.
В начале века, когда абсолютнуюконфигурацию органических соединений устанавливать еще не умели, пользовалисьдругой системой обозначения конфигурации. По этой системе (+)-глицериновыйальдегид обозначалиD-(+)-глицериновым альдегидом, а (-)-глицериновыйальдегид – L(-)-глицериновым альдегидом. Оба изомера глицеринового альдегида исейчас используются в качестве конфигурационных стандартов для всехмоносахаридов. В формулах Фишера моносахаридов D-ряда гидроксил упредпоследнего атома углерода пишется справа, а у L-ряда – слева.
Упр. 1. Напишите формулыФишера альдотетроз и обозначьте конфигурации их стереоцентров. Какие из нихотносятся к D-, а какие к L-ряду. Тетрозы с расположением гидроксильных групп вформулах Фишера с одной стороны называют эритрозами, а с разных сторон –треозами. Подпишите названия тетроз под их формулами.Ответ: (2R,3R)-2,3,4-тригидроксибутанальназывают D-эритрозой.
/> /> /> />
D-эритроза L-эритроза D-треоза L-треоза
2.Важнейшие моносахариды
Наиболее распространенныммоносахаридом является D-глюкоза. Ее формулу запомнить очень легко: этоальдогексоза, в формуле Фишера которой все гидроксильные группы, за исключениемодной – второй сверху (у C-3) располагаются справа.
/> /> />
D-манноза D-глюкоза D-галактоза
Альдогексозу, отличающуюся отD-глюкозы расположением первой гидроксильной группы (у C-2), называютD-маннозой, а третьей (у C-4) – D-галактозой. D-Фруктоза отличается отD-глюкозы тем, что она кетоза, а не альдоза.
/> /> />
D-фруктоза D-арабиноза L-арабиноза
Кроме гексоз большое значение имеют ипентозы. D-Арабиноза отличается от D-глюкозы как бы отсутствием С-1. В природераспространена L-арабиноза, являющаяся зеркальным изображением D-арабинозы. Онасодержится в вишневом клее. Формулу ксилозы можно вывести из формулы глюкозыудалением последнего атома углерода. В формуле D-рибозы, входящей в состав нуклеиновыхкислот, все гидроксильные группы располагаются справа. В состав нуклеиновыхкислот входит также 2-дезокси-D-рибоза, отличающаяся от D-рибозы отсутствиемгидроксильной группы у второго атома углерода.
Упр. 2. Изобразите проекционные формулыФишера следующих гексоз D-ряда: глюкоза, манноза, галактоза и фруктоза.
/>/>/>
D-ксилоза D-рибоза 2-дезокси-D-рибоза
3.Эпимеризация
При действии оснований, например наглюкозу, водород a-углеродногоатома по отношению к карбонильной группе переходит к кислороду этой группы, врезультате чего образуется енольная форма. При этом исчезает хиральностьвторого углеродного атома. При обратном превращении возвращающийся протон можетподходить с любой из сторон плоскости, что будет приводить как к образованиюисходной D-глюкозы, так и нового углевода D-маннозы, т.е. возникает изомер сновым положением гидроксильной группы. Кроме того, возникает еще один углевод сновым расположением карбонильной группы. Такое превращение называется эпимеризацией.
/>/>
D-глюкоза енольная форма(ендиол) D-манноза
/>
/>
D-фруктоза
Два стереоизомера, содержащиенесколько хиральных центров, но различающиеся конфигурацией только одного изцентров, называют эпимерами. Два углевода, отличающиесяразличным положением гидроксильной группы называются эпимерами.Образование равновесной смеси трех углеводов может проходить при обработкеоснованиями любого из этих трех углеводов.
Упр. 3. Какие моносахариды называютэпимерными? Напишите проекционные формулы моноз эпимерных D-маннозе.
4.Циклические формы моноз, мутаротация
Характерной особенностьюгидроксиальдегидов и гидроксикетонов, к которым относятся монозы, является ихсклонность к образованию циклических полуацеталей и полукеталей; особенно легкоэто происходит, если образующиеся циклы состоят из 5 и 6 атомов, включаякислород.
/>
5-гидроксипентаналь (открытая форма) (циклическаяформа)
Открытые и циклические формыуглеводов находятся между собой в равновесии, достигающемся в результатетаутомерного превращения. Такой вид таутомерии называют кольчато-цепнойтаутомерией.
Размер цикла указывается путем заменыродового суффикса моноз –оза на –пираноза – для шестичленныхциклов и –фураноза для пятичленных циклов. Названия циклов происходят отназваний соответствующих кислородсодержащих гетероциклов:
/> />
фуран пиран
В отличие от обычных альдегидов альдозы не реагируют сбисульфитом натрия и не дают красного окрашивания с фуксинсерной кислотой. Этообъясняется тем, что альдозы существуют преимущественно в циклических формах.
Глюкоза обычно дает шестичленныйполуацеталь и, следовательно, для этого используется гидроксильная группа,находящаяся при С-5. При образовании циклической формы С-1 становитсястереоцентром: появляюшаяся у него полуацетальная гидроксильная группа (ееназывают гликозидной) может располагаться как слева, так и справа:
/>
a-D-глюкопираноза D-глюкоза b-D-глюкопираноза
(формула Толленса) (формула Фишера) (формула Толленса)
Циклические формы альдоз являются полуацеталями. Ониобразуются путем внутримолекулярного взаимодействия гидроксильной икарбонильной групп. При этой реакции образуется новый стереоцентр у С-1 атома.Циклические формы моноз представляют собой диастереомеры. Такого родадиастереомеры называют аномерами. Полуацетальный атом углерода называютаномерным атомом. Аномеры обозначают a и b-аномерамив зависимости от расположения гидроксильной группы у С-1 атома. У a-аномера гликозидный гидроксилрасполагается по ту же сторону, что и у предпоследнего атома углерода (в D-рядусправа), а у b-аномера – подругую (в D-ряду – слева). Полное название обоих аномеров D-глюкозы будетсоответственно a-или b-D-глюкопираноза.
В конформационной формуле b-аномера D-глюкопиранозы всегидроксильные группы и группа –СН2ОН занимают экваториальноеположение. Формула a-аномераотличается аксиальным расположением аномерного гидроксила. Оба аномера
D-глюкозы в кристаллическом состояниивполне устойчивы и каждый из них может быть выделен в чистом виде, оба онивращают плоскость поляризованного света.
Для обозначения циклических форм внастоящее время в химии углеводов чаще применяют кресловидные формулы,аналогичные тем, которыми обозначают циклогексан и его производные.
/>
Т.пл. 146оС Т. пл. 150оС
D-глюкоза a-D-глюкопираноза b-D-глюкопираноза
[a]20D+112o+19O
36% 64%
D-(+)-Глюкоза кристаллизуется из водыв виде a-D-глюкопиранозы, а из пиридина – ввиде b-D-глюкопиранозы. В водном раствореустанавливается равновесие, при котором имеется 36% a-D-глюкопиранозы и 64% b-D-глюкопиранозы, что дает дляудельного вращения раствора усредненное значение [a]20D = +52,5O.
Это явление называется мутаротацией.Угол вращения плоскости поляризованного света раствора во время установленияравновесия между изомерами постепенно изменяется. Явление мутаротацииобъясняется тем, что при расциклизации исчезает стереоцентр у С-1 (превращениев карбонильную группу), а последующая циклизация ведет к образованию обоиханомеров. Мутаротации подвергаются лишь сахара со свободным гликозиднымгидроксилом, то есть способные к кольчато-цепной таутомерии.
Если один из аномеров перевести в раствор,то каждый из них превратится в равновесную смесь аномеров с удельным оптическимвращением +52,5о, состоящую на 36% из a-аномера и на 64% из b-аномера. Концентрация открытой формы, через которуювзаимопревращаются аномеры, составляет лишь 0,024%.
Иногда циклические формы изображаютбез уточнения ориентации гликозидного гидроксила:
/>
D-глюкопираноза
Поскольку D-манноза отличается отD-глюкозы расположением гидроксильной группы лишь у С-2, а D-галактоза – у С-4,то конформационные формулы этих моноз легко выводятся из конформационных формулсоответствующих аномеров глюкозы:
/> />
b-D-маннопираноза a-D-галактопираноза
Предпочтительность аксиальногоположения гидроксильной группы называется аномерным эффектом.
Упр. 4. В отличие от глюкозы D-манноза на 69% состоит из a-аномера и на 31% из b-аномера. Напишите формулы обоиханомеров маннопиранозы.
Упр.5. Гексозу, в формуле Фишера которойвсе гидроксильные группы
располагаются справа, называют D-аллозой.Изобразите открытую и циклическую формулы D-аллозы.
Кроме конформоционных формул дляциклических форм углеводов часто пользуются упрощенными циклическими формуламипо Хейворту (Хеуорсу) (Haworth). Переход от конформационных формул к формуламХейворта очень прост: цикл уплощают, связи с атомом углерода заместителейизображают вертикально.
/> />
конформационная формула формулаХеуорса
b-D-глюкопиранозы b-D-глюкопиранозы
Формулы Хеуорса остальных альдогексозлегко выводятся из формулы
b-D-глюкопиранозы. Все, что в формулеФишера пишется справа в циклических формулах, пишется снизу и наоборот:
/> /> /> />
D-фруктоза b-D-фруктофураноза b-D-глюкопираноза
Если мы хотим перевернуть циклическуюформулу с выносом из плоскости рисунка, то следует все заместители поменятьместами.
/> />
b-D-фруктофураноза
Упр. 6. Назовите следующие монозы:
(а)/>(б) />
/>
(в) (г) (д)
Упр. 7. Напишите конформационные формулы a-D-глюкопиранозы, b-D-глюкопи-ранозы, a-D-фруктофуранозы, b-D-галактопиранозы и a-D-маннопиранозы.
Упр. 8. Гексоза, отличающаяся от глюкозылишь расположением альдегидной группы, называется гулозой. Напишите формулуэтой гексозы и в ее названии укажите, к какому ряду (D или L) она относится.
Упр. 9. Напишите перспективные формулы поХеуорсу b-D-глюкопиранозы, a-D-глюкопиранозы, b-D-фруктофуранозы, a-D-галактопиранозы и b-D-маннопиранозы.
Упр.10. Какое явление называют мутаротацией?Объясните на примере D-маннозы, учитывая, что оба аномера в равновесной системенаходятся в пиранозной форме. Как можно обнаружить мутаротацию?
Углеводы – основной источник энергии для организма. Однако при их избытке организм превращает углеводы в жиры и откладывает “про запас” – отсюда лишний вес, ожирение.
Углеводы бывают простые – сахара (глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза) и сложные (крахмал, целлюлоза, пищевые волокна). Они необходимы в ежедневном рационе, чтобы белок, нужный для построения тканей, не растрачивался в качестве источника энергии, в использовался там, где он нужен для восстановления.
Средняя потребность в них для людей, не занимающихся спортом или тяжелым физическим трудом – 400—500г в сутки, из них крахмала 350-400г, Сахаров (глюкозы, фруктозы, сахарозы) – 50-100г. Простые углеводы могут содержать максимум до 20% дневного рациона, причем самый полезный из них – фруктоза, как следует из названия, содержащийся во фруктах и соках из них.
Чтобы справиться с огромным количеством сахара в крови, начинает в экстренном режиме работать поджелудочная железа, вырабатывая инсулин, который переводит глюкозу в гликоген. Чуть меньший, но тоже не маленький вред наносит одномоментное съедание большого количества сдобы (пирожки, булочки, печеньки, вафельки и т. п.).
В противовес “плохим” углеводам существуют и так называемые “хорошие” – сложные, например, крахмал. При его попадании в ЖКТ, он некоторое время переваривается, распадаясь на простые сахара, которые вводятся в кровь постепенно, не вызывая шока и гиперактивности поджелудочной железы.
Некоторые сложные углеводы (клетчатка, целлюлоза и др.) в организме человека не перевариваются вовсе. Тем не менее, это необходимый компонент питания: они стимулируют перистальтику кишечника, формируют каловые массы, способствуя тем самым выведению шлаков и очистке организма. Кроме того, клетчатка хоть и не переваривается человеком, но служит источником питания для полезной кишечной микрофлоры. Много клетчатки содержат овощи и фрукты, ржаной хлеб, отруби. Овощи, фрукты, ягоды, зелень должны составлять основу диетического рациона питания для снижения веса. Овощи – это источник витаминов, микроэлементов, пищевых волокон, необходимых для нормализации обмена веществ и снижения веса. Сырые овощи содержат тартроновую кислоту, препятствующую превращению углеводов в жиры.
Капуста, морковь, свекла, лук, чеснок, редис, редька, репа, тыква имеют высокую питательную ценность и низкую калорийность. Салаты из них, заправленные растительным маслом или сметаной, легко усваиваются и прекрасно насыщают. Ешьте их, чтобы похудеть, сбросить вес. Ежедневный рацион должен содержать не менее 25г целлюлозы и других неперевариваемых полисахаридов (балластных веществ). Это особенно актуально для пожилых и склонных к запорам людям. Полезно принимать препараты целлюлозы (таблетки МКЦ и аналогичные). Лучшие источники углеводов (в %): мед – 80, курага – 45, яблоки, апельсины, груши – 10, изюм – 65, орехи – 10, соки – 12-14, картофель – 20, отруби – 85, греча – 68, рис – 72, овсянка – 53.
Откажитесь от простых углеводов. Исключите из своего меню сахар, конфеты, сдобу, глазированные сырки, торты и пирожные. При. этом обязательно употребляйте понемногу овощи, крупы, орехи. Введите в свое ежедневное меню отруби, будьте уверены, что ни один грамм из них-не переварится и не отложится у вес на бедрах. Их можно добавлять в каши, супы, просто заваривать или даже употреблять в сухом виде, только обязательно запивая большим количеством жидкости. Не существует официальных норм потребления углеводов, но 50г в день – необходимый минимум. В противном случае затормозится образование каловых масс, начнется запор.
Запор опасен тем, что в состоянии необычно низкого поступления питательных веществ (“вы сидите на диете”) организм начинает интенсивнее использовать существующие запасы, в том числе -увеличивается всасывание из кишечника, причем всасываются в кровь вредные продукты распада, токсины, пищевые яды. Отсутствие ежедневного стула приводит к усталости, бессоннице, упадку сил, раздражительности (до истерик), перепадов настроения, подавленности, сухости кожных покровов, потере волосами природного блеска, морщинам, мешкам под глазами. Поэтому перед любой (особенно радикальной монодиетой на грани голодания) диетой обязательное условие – очистка кишечника с помощью кружки Эсмарха и травяных настоев, с помощью препаратов Александрийского листа (сенны).
Кроме того от недостатка углеводов может развиться кетоз – насыщение крови кетоновыми телами (продуктами распада белков).
Углеводы (сахара) — одна из наиболее важных и распростра-ненныхгрупп природных органических соединений.
Они составляют 80% массы сухого вещества растений и около2% сухого вещества животных организмов.
Животные и человек не способны синтезировать сахара иполуча-ют их с различными пищевыми продуктами растительного происхожде-ния.
В растениях углеводы образуются из двуокиси углерода иводы в процессе сложной реакции фотосинтеза, осуществляемой за счет солнеч-нойэнергии с участием зелёного пигмента растений — хлорофилла.
В зависимости от строения углеводы (сахара) делятся на:
6СО2 + 6Н2О — С6Н12О6 + 6О2
1. Моносахариды:
— глюкоза С6Н12О6
— фруктоза С6Н12О6
— рибоза С5Н10О5
2. Дисахариды:
— сахароза С12Н22О11
3. Полисахариды:
— крахмал (С6Н10О5)n
— целлюлоза (С6Н10О5)n
Моносахариды
Глюкоза С6Н12О6
В организме человека глюкоза содержится в мышцах, в кровии в небольших количествах во всех клетках.
Много глюкозы находится во фруктах, ягодах, нектарецветов, осо-бенно много в винограде.
В природе глюкоза образуется в растениях в результатефотосин-теза в присутствии зелёного вещества — хлорофилла, содержащего атоммагния.
6СО2 + 6Н2О — С6Н12О6 + 6О2
Различают следующие структурные формулыглюкозы:
— с открытой цепью — глюкоза является одновременномногоатом-
ным спиртом иальдегидом.
— циклическая, которая имеет различное пространственноестрое-
ние:
а — форма глюкозы — гидроксильные группы (-ОН) при первом и
втором атомахуглерода расположены по одну сторону кольца.
б — форма глюкозы — гидроксидные группы находятся по разные
стороны кольцамолекулы.
Эти формынаходятся в растворе в химическом равновесии друг
с другом(реакция мутаротации глюкозы).
Н О
СН2ОН С СН2ОН
Н О Н Н–С–ОН Н О ОН
Н ==== НО–С–Н ==== Н
ОН Н Н–С–ОН ОН Н
ОН ОН Н–С–ОН ОН Н
Н ОН СН2ОН Н ОН
а — глюкоза б — глюкоза
Получение:
1. Гидролиз крахмала в присутствии серной кислоты(промышлен-
ный способполучения):
(С6Н10О5)n + nН2О — nC6H12O6
крахмал глюкоза
2. Синтез из формальдегида в присутствии гидроксидакальция
(предложен А.М. Бутлеровым):
О са(он)2
6Н–С — С6Н12О6
формальдегид Н глюкоза
Физическиесвойства:
Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество со сладкимвку-сом, хорошо растворимое в воде.Из водного раствора кристализуется.
Химические свойства:
Химические свойства обусловлены наличием альдегидной(-СНО) и гидроксильной (-ОН) групп.
1. Свойства, характерные для спиртов:
— взаимдействиес карбоновыми кислотами с образованием слож-
ных эфиров(реакция этерификации).
2. Свойства, характерные для альдегидов:
-взаимодействиес оксидом серебра ( I ) в аммиачном растворе
(реакция«серебряного зеркала»):
О О
СН2ОН–[CH(OH)]4–С +Аg2O—– CH2OH–[CH(OH)]4–C +2Ag
глюкоза Н глюконовая кислота ОН
-восстановление (гидрирование) — до шестиатомного спирта (сор-
бита):
О [H]
СН2ОН–[CH(OH)]4–С — СН2ОН–[CH(OH)]4–СН2ОН
глюкоза Н сорбит
3.Специфические реакции — брожение:
— спиртовоеброжение:
С6Н12О6 — 2С2Н5ОН + 2СО2
глюкоза этиловый спирт
— молочнокислыеброжение:
О
С6Н12О6 — 2СН3–СН–С
ОН ОН
глюкоза молочная кислота
– маслянокислоеброжение:
О
С6Н12О6 — С3Н7–С +2Н2 +2СО2
ОН
глюкоза масляная кислота
Применение:
— в кондитерской промышленности,
— в медицине,
— в химическом производстве используются продуктыброжения (спирт).
Фруктоза
Н
Н–С–ОН
НОСН2 О ОН С=О
НО–С–Н
Н НО или Н–С–ОН
Н СН2ОН Н–С–ОН
Н–С–ОН
ОН Н Н
Фруктоза является кетоноспиртом, т.к. содержитфункциональные группы спиртов -ОН и кетонов С=О.
Фруктозу получают гидролизом сахарозы иполисахаридов.Хорошо усваивается организмом.
Дисахариды .
Дисахариды — кристаллические углеводы, молекулы которыхпост-роены из соединённых между собой остатков двух молекул моносахари-дов.
Они хорошо кристаллизуются, ратворимые в воде, обладаютслад-ким вкусом.
При гидролизе молекула дисахарида расщепляется на двемолекулы моносахаридов.
СН2ОН
Н О Н НОСН2 О ОН Н2SО4, t
Н +Н2О ———-
ОН Н Н НО
ОН —О— СН2ОН
Н ОН ОН Н
сахароза
СН2ОН
Н О Н НОСН2 О ОН
Н
—— ОН Н + Н НО
ОН ОН Н СН2ОН
Н ОН ОН Н
глюкоза фруктоза
Простейшими представителями дисахаридов являются обычныйсвекловичный или тростниковый сахар — сахароза, солодовый сахар — мальтоза,молочный сахар — лактоза и целлобиоза.
Все эти дисахариды имеют одну и туже формулу С12Н22О11.
Сахароза.
Молекула сахарозы состоит из взаимосвязанных остатковмолекул глюкозы и фруктозы.
Сахароза входит в состав свекольного сока и сахарноготростняка, из которых её получают в промышленности.
Физическиесвойства:
Сахароза (чистая) — бесцветное кристаллическое вещество,слвдко-го вкуса, хорошо растворимое в воде.
Химическиесвойства:
Сахароза подвергается гидролизу — разложению вприсутствии ми-неральной кислоты и повышенной температуре на глюкозу ифруктозу.
С12Н22О11 + Н2О ——- С6Н12О6 + С6Н12О6
сахароза фруктоза глюкоза
Применение:
— в качестве продукта питания,
— в кондитерской промышленности,
— для получения искусственного мёда (гидролиз сахарозы).
I . Углеводы.
Углеводы – вещества состава Сn(Н2О)m, имеющие первостепенное биохимическое ёзначение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека.Название углеводы возникло на основании данных анализа первых известных представителей этой группы соединения. Вещества этой группы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение чиселатомов водорода и кислорода в них такое же, как и в воде, т.е. на каждые 2 атома водорода приходится один атом кислорода. В прошлом столетии их рассматривали как гидраты углерода. Отсюда и возниклорусское название углеводы, предложенное в 1844г. К.Шмидтом. Общая формула углеводов, согласно сказанному, СмН2пОп. При вынесении «n» за скобки получается формула См(Н2О)n, которая очень наглядно отражаетназвание «угле – воды».
Изучение углеводов показало, что существуют соединения, которые по всем свойствам нужно отнести в группу углеводов, хотя они имеют состав не точно соответствующий формулеСмH2пОп. Тем не менее старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название -глициды.
Большой класс углеводов разделяют на две группы: простые и сложные.
Простыми углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться собразованием более простых углеводов, у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода СпН2nОп.
Сложными углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способныгидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода СмН2пОп.
II. Классификация всех видов углеводов.
Углеводы
ПростыеСложные
МОНОСАХАРИДЫ ДИСАХАРИДЫ
Тетрозы С4Н8О4…
Федеральное агентство по образованию
Контрольная работа
по дисциплине «Физиологические и санитарно-гигиенические основы питания»
тема: «Биологическая роль углеводов»
Содержание
Введение
1. Углеводы и их значение в питании
2. Виды углеводов
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Гигиена питания — наука о закономерностях и принципах организации рационального (оптимального) питания здорового и больного человека. В ее рамках разрабатывают научные основы и практические мероприятия по оптимизации питания различных групп населения и санитарной охране пищевых ресурсов, сырья и продуктов на всех этапах их производства и оборота.
Фундаментальные аспекты гигиены питания связаны с изучением физиологических процессов, биохимических механизмов переваривания, усвоения пищи и клеточной метаболизации нутриентов и других компонентов пищевых продуктов, а также нутриогеномики, т.е. основ алиментарной регуляции экспрессии генов.
Гигиена питания, с одной стороны, определяет нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии, разрабатывает требования к качеству пищевой продукции и рекомендации по употреблению различных групп пищевых продуктов в зависимости от возрастных, социальных, географических и экологических факторов, режиму и условиям питания, а с другой стороны, регламентирует мероприятия по санитарно-эпидемиологической (гигиенической) экспертизе качества и безопасности пищевых продуктов и контактирующих с ними материалов и по контролю соответствия пищевых объектов на этапе их строительства и во время эксплуатации.
Гигиена питания как наука развивается с использованием общей методологии научных исследований в области физиологии, биохимии, токсикологии, микробиологии, эпидемиологии, внутренних болезней, а также собственных уникальных подходов и методик, включающих в себя оценку состояния питания, параметров пищевого статуса и алиментарной адаптации, показателей пищевой и биологической ценности продуктов.
Современный период развития гигиены питания связан с реализацией следующих научно-практических направлений:
разработка основ государственной политики в области здорового питания населения России;
фундаментальные исследования физиолого-биохимических основ питания;
постоянный мониторинг состояния питания населения России;
организация профилактики алиментарно-зависимых заболеваний;
исследования по проблеме безопасности пищевых продуктов;
разработка научно-методических подходов к оценке нетрадиционных и новых пищевых источников;
разработка и совершенствование научных основ и практики детского, диетического и профилактического питания;
научное обоснование и практическое осуществление системы алиментарной адаптации в современных экологических условиях;
широкое внедрение образовательных и просветительских программ и проектов как в системе профессионального образования и обучения, так и в обществе в целом.
В настоящее время гигиена питания в третий раз за последние 100 лет приобретает мощный общественный характер, обеспечивая выработку государственных подходов в области питания населения.
Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения. Правильное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний, продлению жизни людей, повышению работоспособности и создает условия для адекватной адаптации их к окружающей среде.
Вместе с тем в последнее десятилетие состояние здоровья населения характеризуется негативными тенденциями. Продолжительность жизни населения в России значительно меньше, чем в большинстве развитых стран. Увеличение частоты сердечно-сосудистых, онкологических и других хронических неинфекционных заболеваний в определенной степени связано с питанием. У большинства населения России выявлены нарушения полноценного питания, обусловленные как недостаточным потреблением пищевых веществ, в первую очередь витаминов, макро — и микроэлементов (кальция, йода, железа, фтора, цинка и др.), полноценных белков, так и их нерациональным соотношением.
Одним из важных элементов являются углеводы. Онислужат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть — за счет белков и жиров.
Мир углеводов представляется нам очень неоднозначным. Иногда углеводы обвиняют в том, что именно они являются причиной лишнего веса. А иногда, наоборот, говорят, что углеводы — это идеальный источник энергии для организма.
1. Углеводы и их значение в питании
Впервые термин «углеводы» был предложен профессором Дерптского (ныне Тартуского) университета К.Г. Шмидтом в 1844 г. В то время предполагали, что все углеводы имеют общую формулу Cm (H2O) n, т.е. углевод + вода. Отсюда название «углеводы». В дальнейшем оказалось, что ряд соединений, по своим свойствам относящихся к классу углеводов, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле.
В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин «углеводы» заменить термином «глициды», однако старое название «углеводы» укоренилось и является общепризнанным.
Углеводы образуются в растениях при фотосинтезе и поступают в организм главным образом с растительными продуктами. Однако все большее значение в питании приобретают добавленные углеводы, которые чаще всего представлены сахарозой (или смесями других сахаров), получаемой промышленным способом и вводимой затем в пищевые рецептуры.
Величина потребности в углеводах для человека определяется их ведущей ролью в обеспечении организма энергией и нежелательностью синтеза глюкозы из жиров (а тем более из белков) и находится в прямой зависимости от энергозатрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 — 500 г. в сутки.
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 — 60 г.
Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов. Избыточное потребление углеводов ведет к ожирению. При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 — 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.
Углеводы являются основными энергонесущими элементами в питании человека, обеспечивая 50-70% общей энергетической ценности рациона.
Наряду с основной энергетической функцией углеводы участвуют в пластическом обмене. Углеводы оказывают антикетогенное действие, стимулируя окисление ацетилкоэнзима А, образующегося при окислении жирных кислот. Основным источником углеводов в питании человека является растительная пища, и только лактоза и гликоген содержатся в продуктах животного происхождения.
Основная функция углеводов — обеспечение энергией всех процессов в организме. Клетки способны получать из углеводов энергию, как при их окислении, т.е. «сгорании», так и в анаэробных условиях (без доступа кислорода). В результате метаболизации 1 г углеводов организм получает энергию, эквивалентную 4 ккал. Обмен углеводов тесно связан с обменом жиров и белков, что обеспечивает их взаимные превращения. При умеренном недостатке углеводов в питании депонированные жиры, а при глубоком дефиците (менее 50 г/сут) и аминокислоты (как свободные, так и из состава мышечных белков) вовлекаются в процесс глюконеогенеза, приводящий к получению необходимой организму энергии. Боль в мышцах после тяжелой работы — результат действия на клетки молочной кислоты, которая образуется при анаэробном распаде углеводов, когда для обеспечения работы мышечных клеток не хватает кислорода, поступающего с кровью.
Часто резкое ограничение углеводов в диете ведет к значительным нарушениям обмена веществ. Особенно страдает при этом белковый обмен. Белки при дефиците углеводов используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций. Это приводит к повышенному образованию азотистых веществ и, как следствие, к повышенной нагрузке на почки, нарушениям солевого обмена и другим, вредным для здоровья, последствиям.
При дефиците углеводов в пище организм использует для синтеза энергии не только белки, но и жиры. При усиленном распаде жиров могут возникнуть нарушения обменных процессов, связанные с ускоренным образованием кетонов (к этому классу веществ относится известный всем ацетон) и накоплением их в организме. Избыточное образование кетонов при усиленном окислении жиров и частично белков может привести к «закислению» внутренней среды организма и отравлению тканей мозга вплоть до развития ацидотической комы с потерей сознания. При достаточном поступлении углеводов с пищей белки используются, главным образом, для пластического обмена, а не для производства энергии. Таким образом, углеводы необходимы для рационального использования белков. Они также способны стимулировать окисление промежуточных продуктов обмена жирных кислот.
Этим, однако, не исчерпывается роль углеводов. Они являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот, являются предшественниками образования жиров, иммуноглобулинов, играющих важную роль в системе иммунитета, и гликопротеидов — комплексов углеводов и белков, которые являются важнейшими компонентами клеточных оболочек. Гиалуроновые кислоты и другие мукополисахариды образуют защитную прослойку между всеми клетками, из которых состоит организм.
Интерес к углеводам сдерживался чрезвычайной сложностью их структуры. В отличие от мономеров нуклеиновых кислот (нуклеотидов) и белков (аминокислот), которые способны связываться между собой только одним определенным путем, моносахаридные единицы в олигосахаридах и полисахаридах могут соединяться между собой несколькими путями по множеству разных положений.
Со второй половины XX в. происходит стремительное развитие химии и биохимии углеводов, обусловленное их важным биологическим значением.
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.
Итак, выделюбиологическое значение углеводов:
Углеводы выполняют пластическую функцию, то есть участвуют в построении костей, клеток, ферментов. Они составляют 2-3 % от веса.
Углеводы являются основным энергетическим материалом. При окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.
В крови содержится 100-110 мг глюкозы. От концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.
Пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ.
Углеводы выполняют защитную роль в растениях.
2. Виды углеводов
Различают две основные группы углеводов: простые и сложные. К простым углеводам относятся глюкоза, фруктоза, галактоза, сахароза, лактоза и мальтоза. К сложным — крахмал, гликоген, клетчатка и пектиновые вещества.
Углеводы подразделяются на моносахариды (простые), олигосахариды и полисахариды (сложные).
1. Моносахариды
глюкоза
–PAGE_BREAK–фруктоза
галактоза
манноза
2. Олигосахариды
Дисахариды
сахароза (обычный сахар, тростниковый или свекловичный)
мальтоза
изомальтоза
лактоза
лактулоза
3.Полисахариды
декстран
гликоген
крахмал
целлюлоза
галактоманнаны
Моносахариды (простые углеводы) являются наиболее простыми представителями углеводов и при гидролизе не расщепляются до более простых соединений. Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам.
В зависимости от числа углеродных атомов в молекулах моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы и гексозы. Для человека наиболее важны гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.) и пентозы (рибоза, дезоксирибоза и др.).
При соединении двух молекул моносахаридов образуются дисахариды.
Наиболее важной из всех моносахаридов является глюкоза, так как она является структурной единицей (кирпичиком) для построения большинства пищевых ди — и полисахаридов. Транспорт глюкозы в клетки регулируется во многих тканях гормоном поджелудочной железы — инсулином.
У человека излишки глюкозы в первую очередь превращаются именно в гликоген — единственный резервный углевод животных тканей. В организме человека общее содержание гликогена составляет около 500 г — это суточный запас углеводов, используемый при их глубоком дефиците в питании. Длительный дефицит гликогена в печени ведет к дисфункции гепатоцитов и ее жировой инфильтрации.
Олигосахариды — более сложные соединения, построенные из нескольких (от 2 до 10) остатков моносахаридов. Они делятся на дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее важны для человека дисахариды — сахароза, мальтоза и лактоза. Олигосахариды, к которым относятся рафиноза, стахиоза, вербаскоза, в основном содержатся в бобовых и продуктах их технологической переработки, например в соевой муке, а также в незначительных количествах во многих овощах. Фрукто-олигосахариды встречаются в зерновых (пшенице, ржи), овощах (луке, чесноке, артишоках, спарже, ревене, цикории), а также в бананах и меде.
К группе олигосахаридов также относятся мальто-декстрины, являющиеся основными компонентами промышленно производимых из полисахаридного сырья сиропов, паток. Одним из представителей олигосахаридов является лактулоза, образующаяся из лактозы в процессе тепловой обработки молока, например при выработке топленого и стерилизованного молока.
Олигосахариды практически не расщепляются в тонком кишечнике человека из-за отсутствия соответствующих ферментов. По этой причине они обладают свойствами пищевых волокон. Некоторые олигосахариды играют существенную роль в жизнедеятельности нормальной микрофлоры толстого кишечника, что позволяет отнести их к пребиотикам — веществам, частично ферментирующимся некоторыми кишечными микроорганизмами и обеспечивающим поддержание нормального микробиоценоза кишечника.
Полисахариды — высокомолекулярные соединения-полимеры, образованные из большого числа мономеров, в качестве которых выступают остатки моносахаридов. Полисахариды делятся на перевариваемые и неперевариваемые в желудочно-кишечном тракте человека. В первую подгруппу входят крахмал и гликоген, во вторую — разнообразные соединения, из которых наиболее важны для человека целлюлоза (клетчатка), гемицсллюлоза и пектиновые вещества.
Олиго — и полисахариды объединяют термином «сложные углеводы». Моно — и дисахариды обладают сладким вкусом, в связи с чем их называют также «сахарами». Полисахариды сладким вкусом не обладают. Сладость сахароз различна. Если сладость раствора сахарозы принять за 100 %, то сладость эквимолярных растворов других Сахаров составит: фруктозы — 173 %, глюкозы — 81 %, мальтозы и галактозы — 32 % и лактозы — 16 %.
Основным усваиваемым полисахаридом является крахмал — пищевая основа зерновых, бобовых и картофеля. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов. Он представляет из себя сложный полимер, состоящий из двух фракций: амилозы — линейного полимера и амило-пектина — разветвленного полимера. Именно соотношение этих двух фракций в различных сырьевых источниках крахмала и определяет его различные физико-химические и технологические характеристики, в частности растворимость в воде при разной температуре. Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель.
Для облегчения усвоения крахмала организмом продукт, содержащий его, должен быть подвергнут тепловой обработке. При этом образуется крахмальный клейстер в явной форме, например кисель, или скрытом виде в составе пищевой композиции: каше, хлебе, макаронах, блюд из бобовых. Крахмальные полисахариды, поступившие с пищей в организм, подвергаются последовательной, начиная с ротовой полости, ферментации до мальтодекстринов, мальтозы и глюкозы с последующим практически полным усвоением.
Вторым перевариваемым полисахаридом является гликоген. Его пищевое значение невелико — с рационом поступает не более 10-15 г гликогена в составе печени, мяса и рыбы. При созревании мяса гликоген превращается в молочную кислоту.
Некоторые сложные углеводы (клетчатка, целлюлоза и др.) в организме человека не перевариваются вовсе. Тем не менее, это необходимый компонент питания: они стимулируют перистальтику кишечника, формируют каловые массы, способствуя тем самым выведению шлаков и очистке организма. Кроме того, клетчатка хоть и не переваривается человеком, но служит источником питания для полезной кишечной микрофлоры.
Заключение
Значение углеводов в питании человека весьма велико. Они служат важнейшим источником энергии, обеспечивая до 50-70 % общей калорийности рациона.
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их «сберегающего белок» действия. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г.
С нарушением обмена углеводовтесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молокуи т.д. Следует отметить, что в организмечеловека и животного углеводыприсутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белкии липиды; в растительных организмахза счет целлюлозына долю углеводовприходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфереуглеводовбольше, чем всех других органических соединений вместе взятых.
Список используемой литературы
1. Справочник по диетологии/под ред. А.А. Покровского, М.А. Самсонова. — М.: Медицина, 1981
2. Популярно о питании. Под ред. А.И. Столмаковой, И.О. Мартынюка, Киев, «Здоровье», 1990
3. Королев А.А. Гигиена питания — 2-е изд. Перераб. и доп. — М.: «Академия», 2007
4. Ауреден Л. Как стать красивой. — М.: Топикал, 1995
5. hudeemtut.ru
6. Ленинджер А. Основы биохимии // М.: Мир, 1985.
Ссылки (links):
http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4631.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/1083.htmlwww.xumuk.ru/biospravochnik/999.htmlwww.xumuk.ru/biospravochnik/692.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/486.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/2335.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/2/5126.htmlwww.xumuk.ru/encyklopedia/567.htmlhudeemtut.ru/