Углеводы, их роль в питании человека и обмене веществ

Строение углеводов

Углеводы состоят из углеводорода, кислорода и водорода, причём у большинства углеводов соотношение водорода и кислорода такое же, как и в молекуле воды (отсюда их название — углеводы).

Замечание 1

Производные углеводов могут содержать и другие элементы.

В зависимости от строения углеводы делят на моносахариды и полисахариды (простые и сложные).

В зависимости от количества атомов углеводорода есть такие моносахариды: триозы (3С – три атома углерода в цепи), тетрозы (4С), пентозы, гексозы, гептозы.

Моносахариды, которые имеют пять и больше атомов углеводорода, при растворении в воде, иногда приобретают кольцевую структуру.

В естественных условиях наиболее часто встречаются пентозы (рибоза, дезоксирибоза, рибулёза) и гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).

Замечание 2

Рибоза и дезоксирибоза являются составными частями АТФ и нуклеиновых кислот. Глюкоза является универсальным источником энергии.

Благодаря превращениям моносахаридов клетки не только обеспечиваются энергией, но и осуществляется биосинтез многих органических веществ, а также они способствуют обезвреживанию и выведению из организма ядовитых веществ, попадающих снаружи или тех, которые образовались в процессе метаболизма (обмена веществ), например, в процессе распада белков.

Дисахариды и полисахариды образуются в результате соединения двух и более моносахаридов, таких, как глюкоза, ксилоза, галактоза, арабиноза или маноза.

Пример 2

При соединении двух молекул моносахаридов образуется молекула дисахарида и выделяется вода. Типичные представители этой группы: сахароза (тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар). мальтоза (солодовый сахар),

По своим свойствам дисахариды близки к моносахаридам.

Моно- и дисахариды хорошо растворимы в воде и сладкие на вкус. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается, исчезает сладкий вкус. К полисахаридам относятся крахмал, целлюлоза, инулин, гликоген, хитин.

Полисахариды (гликоген, целлюлоза и крахмал) построены из глюкозных мономеров, но связи в их молекулах разные. Кроме того, отличается и характер ветвления полимерных цепей: у целлюлозы цепи не ветвятся, у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала.

Расчет нормы углеводов

Значение углеводов в жизни человека настолько высоко, что без них жить практически невозможно, поэтому необходимо знать свою норму потребления. Как уже упоминалось выше, вещества данной категории могут быть простыми и сложными. Ко второй группе относятся, преимущественно, разнообразные сахара. Они не полезны, а в большом количестве и вредны для человека.

Поэтому старайтесь, чтобы количество сахара в вашем рационе не превышало 10% от общей его калорийности. Исключение могут сделать для себя лишь люди, занимающиеся тяжелым физическим трудом.

Однако и потребление простых углеводов также следует регламентировать. Помните, что существуют определенные нормы, которых должен придерживаться каждый человек, независимо от того, занимается ли он спортом или нет.

Превышать количество углеводов нежелательно, но не следует и снижать его. Ведь в противном случае в организме начинается распад жиров и белков, что может, в конце концов, привести к интоксикации. Поэтому, если по какой-то причине хотите перейти на низкоуглеводную диету, сначала посоветуйтесь с врачом.

Биологическое значение углеводов для человека очень важно, но в меру. Сокращайте количество сахара и клетчатки в рационе постепенно, чтобы не нанести травму своему организму и помочь ему привыкнуть к новому обмену веществ

Что такое углеводы и сразу же возникает вопрос — зачем они нужны. Некоторые люди по непонятным причинам признают их вредными и объявляют им войну. В настоящее время, четко прослеживается тенденция к всеобщей белконизации питания. Почему-то некоторые считают, что белки являются полезными, а другие компоненты, в том числе и углеводы, организму не нужны (см. ). Однако рациональное питание предполагает несколько иное, сбалансированность и говорит о том, что не только белок нужен организму, но и другие питательные вещества.

Сложные углеводы

Если моносахариды в чистом виде редко встречаются в природе, то полисахариды составляют основную массу пищи человека и животных. Они могут состоять из десятков сотен мономеров.

Химики различают эти вещества по общему принципу строения. Среди них различают:

1. Гомополисахариды — это вещества, содержащие однотипные моносахариды.
2. Гетеросахариды — состоят из разных и по строению, и по функции сахаров. В группу гомополисахоридов входят известные мономеры.

К органическим гомополисахаридам растительного происхождения относятся:

• крахмал;
• целлюлоза;
• пектиновые вещества.

К органическим соединениям животного происхождения:

• гликоген;
• хитин.

Свойства углеводов

К основным свойствам углеводов стоит отнести следующее:

1. Молекулярная масса. Среди углеводов можно встретить весьма простые элементы, молекулярная масса которых составляет примерно 200, и гигантские полимеры. Их молекулярная масса достигает нескольких миллионов.
2. Растворимость в воде. Моносахариды легко растворяются в воде и образуют сиропы.
3. Окисление. Этот процесс приводит к получению соответствующих кислот. К примеру, окисление глюкозы аммиачным раствором гидрата окиси серебра приводит к формированию глюконовой кислоты.
4. Восстановление. При восстановлении сахаров удается получить многоатомные спирты. В роли восстановителя выступает водород в никеле, алюмогидрид лития и т.д.
5. Алкилирование. Под этим термином понимают образование простых эфиров.
6. Ацилирование. В это понятие включают образование сложных эфиров.

Расщепление белков в организме человека. Этапы белкового обмена

Белковые обменные процессы гораздо сложнее углеводных и. Ведь если углеводы – это всего лишь энергия, а жирные кислоты поступают в клетки практически в неизменном виде, то главный строитель мышечной ткани претерпевает в организме целый ряд изменений. На некоторых этапах по белок и вовсе может метаболизироваться в углеводы и, соответственно, в энергию.

Рассмотрим основные этапы обмена белков в организме человека, начиная с их поступления и запечатывания слюной денатурата будущих аминокислот и заканчивая конечными продуктами жизнедеятельности.

Примечание: мы поверхностно рассмотрим биохимические процессы, которые позволят понять сам принцип переваривания белков. Для достижения спортивных результатов этого будет достаточно. Однако при нарушениях белкового обмена лучше обратится к врачу, который определит причину патологии и поможет устранить её на уровне гормонов или синтеза самих клеток.

Полисахариды

В третью группу классификация углеводов относит вещества , при распаде которых образуются дисахариды, а после – множество (сотни и тысячи) молекул моносахаридов. Классификация и функции углеводов этого раздела существенно отличаются от своих более легких братьев – они не имеют сладкого вкуса и в большинстве своем нерастворимы в воде. Важнейшими представителями этой группы являются целлюлоза (клетчатка) и крахмал. Молекулы этих углеводов выстроены из длинных цепочек с повторяющимися звеньями C6H10O5. Эти звенья – остатки циклических форм глюкозы, которые потеряли молекулу воду и связаны между собой в шестичлены. Поэтому классификация углеводов дает одинаковую формулу и для целлюлозы, и для крахмала, которая выражается, как (C6H10O5)х. Отличие заключается в том, что крахмал состоит из звеньев α-формулы, а целлюлоза — из β-формулы глюкозы.

Крахмал описывается формулой (C6H10O5)х, где переменная может достигать значений в 4-5 тыс. Это вещество образуется в зеленых побегах различных растений путем фотосинтеза. Он может откладываться «про запас» в клубнях, зернах и корневищах.

Пищеварительный тракт человека перерабатывает крахмал посредством гидролиза в присутствии ферментов и расщепляет его до состояния глюкозы, которая затем усваивается человеком.

Основные источники углеводов

Продукт	Углевод	Количество в продукте на 100 г
Сахар-песок	Сахароза	99,8 г
Мед пчелиный	Глюкоза, фруктоза, крахмал	80,3 г
Крупа рисовая	Крахмал	74 г
Крупа манная	Крахмал	70,6 г
Макароны из муки высшего сорта	Крахмал	70,5 г
Мука пшеничная высшего сорта	Крахмал	69,9 г
Крупа перловая	Крахмал	66,9 г
Крупа пшенная	Крахмал	66,5 г
Крупа гречневая	Крахмал	60,4 г
Хлеб пшеничный из муки высшего сорта	Крахмал	49,2 г
Фасоль	Крахмал	47 г
Чеснок	Крахмал	29,9 г
Банан	Глюкоза, фруктоза, крахмал	21 г
Кукуруза сладкая	Мальтоза	19 г
Картофель	Крахмал	16,3 г
Виноград	Глюкоза, фруктоза	15,4 г

Главные источники углеводов – это овощи и фрукты

Для желающих избавиться от лишнего веса оптимальным источником глюцидов служат овощи и фрукты. Их преимущество в том, что, даже имея в составе достаточное количество сахаридов, они характеризуются низким гликемическим индексом. Это означает, что при их потреблении не происходит скачка глюкозы в крови до слишком высокого уровня. А чем меньше сахара в крови, тем меньшие его запасы отложит организм в виде жира.

Чем выше гликемический индекс продукта, тем большее повышение уровня глюкозы в крови он вызывает при потреблении.

Простые углеводы содержатся в следующих часто употребляемых продуктах:

• мед;
• фрукты;
• молоко;
• белый сахар;
• пиво.

В каких продуктах содержатся сложные углеводы

К основным продуктам, содержащим сложные глюциды, относятся:

• печенка;
• пшеница;
• рис;
• картофель;
• фасоль;
• чечевица;
• зеленый горох;
• бобы;
• соя.

Углеводы – неотъемлемая часть правильного, сбалансированного питания. Их полное исключение из рациона неприемлемо. Но потребление правильных углеводосодержащих продуктов поможет обрести стройность и здоровье.

Источники углеводов

Основные источники углеводов – продукты растительного происхождения. А именно: хлеб, злаки, овощи, фрукты, ягоды. Что касается продуктов животного происхождения, то некоторые из них также богаты на углеводы. Это, в первую очередь, молоко, в котором содержится так называемый молочный сахар.

Пищевые продукты могут содержать разные углеводы. Поэтому значение, применение углеводов и их функции очень обширны. В крупах и картофеле есть крахмал – сложный углевод нерастворимый в воде, который расщепляется на простые сахара под действием пищеварительных соков. Во фруктах, овощах и ягодах эти вещества представлены в виде простых сахаров: фруктовый, свекольный, тростниковый, виноградный и так далее. Они растворяются в воде и отлично усваиваются организмом. Сахара, растворимые в воде, быстро всасываются в кровь.

Переваривание углеводов

Переваривание углеводов, особенно крахмала, начинается в полости рта под воздействием фермента, содержащегося в слюне – α-амилазы слюны. Процесс идет только при щелочном pH, оптимум pH 6,0–7,0). Здесь крахмал гидролизуется до мальтозы, мальтотриозы и декстринов. 

Попадая в желудок, пища приобретает кислую среду, в которой амилаза слюны инактивируется. В желудке происходит только частичный гидролиз дисахаридов сахарозы и мальтозы. Дальнейшее переваривание углеводов происходит в тонком кишечнике. 

Гидролиз дисахаридов

В двенадцатиперстной кишке пищеварение происходит при участии α-амилазы поджелудочной железы – углеводы гидролизуются до декстринов и дисахаридов. Кишечный сок содержит ферменты: глюкоамилазу и гликозидазы, а также лактазу, сахаразу и мальтазу, которые переваривают углеводы в простые сахара. 

Около 50% глюкозы уже всасывается в двенадцатиперстной кишке, а остальная часть из тощей кишки попадает в кровь в воротной вене. Поглощенные простые сахара попадают в печень через кровоток. Там большая часть гексоз превращается в глюкозу – часть попадает в кровоток, часть окисляется в печени, а часть превращается в гликоген, сохраняясь в качестве резервного материала.

Углеводный обмен в организме человека: дирижёр и его палочка

Обеспечивает правильность углеводного обмена в организме — головной мозг, при помощи гормональной регуляции. Гипоталамус указывает островкам поджелудочной железы вырабатывать инсулин, коре надпочечников — фабриковать глюкокортикоиды. Действие инсулина на обмен — он единственный снижает сахар в крови. Все остальные гормоны — только повышают.

Всем известный адреналин стимулирует скорость расщепления гликогена до глюкозы в печени. Схема реферативна: выброс адреналина происходит в момент опасности или возбуждения, при необходимости срочных действий, иногда запредельной физической активности (погоня за добычей, драка с противником, бегство). В таком состоянии мышцы испытывают острую потребность в АТФ — и получают энергетические молекулы из запасов в печёночных клетках.

Про нарушение белкового обмена (БО), я писал тут.

Группы продуктов

Рассматривая, в каких продуктах содержатся сложные углеводы, нельзя забывать тот факт, что в процессе пережевывания или готовки медленные углеводы могут превратиться в быстрые. Самым простым примером может служить пшеница.

1. Сырая пшеница – богата клетчаткой – эталон медленных углеводов.
2. Очищенная пшеница – лишена клетчатки, гликемический индекс несколько выше.
3. Пшеничная каша – все еще считается медленными углеводами, хотя её ГИ значительно превышает стандартные нормы.
4. Мука грубого помола – уже считается быстрыми углеводами, хотя этот фактор нивелируется большим содержанием клетчатки.
5. Выпечка из муки грубого помола – считается полезным диетическим блюдом, хотя фактически это быстрые углеводы.
6. Мука мелкого помола – очень быстрые углеводы.
7. Выпечка из муки мелкого помола – крайне не рекомендуется к употреблению из-за предельно высокого гликемического индекса.

Сырой продукт обладает крайне низким показателем и считается медленным углеводом. В то же время выпечка из пшеницы, которая была просто мелко перемолота, практически лишена крахмальных соединений. Вместо этого под воздействием механического и термического факторов все углеводы превращаются из медленных в классические моносахариды.

Группа 1: крупы

Это один из самых медленных источников углеводов. В процессе переваривания углеводы из круп долго превращаются в сахар, благодаря чему питают организм на протяжении всего дня. Именно поэтому для поддержания сил даже на диетах рекомендуют использовать каши.

Группа 2: крахмалистые продукты

В первую очередь – это картофель и кукуруза. Это более быстрая группа углеводов, однако процесс превращения крахмала в моносахарид связан с дополнительной ферментацией продуктов – недостающие ферменты вырабатываются относительно долго, поэтому их все еще можно назвать медленными.

Группа 3: овощи богатые клетчаткой

Даже если это продукты с содержанием сахара, клетчатка практически полностью компенсирует этот недостаток. Клетчатка не может быть усвоена нашим организмом и связывает молекулы сахара между собой. Организму сначала необходимо отделить моносахарид от клетчатки, на что тратится много энергии и времени.

В таблице, представленной ниже, указаны не только чисто углеводные продукты. Во многих белковых продуктах содержатся элементы клетчатки или вещества, которые в процессе переваривания распадаются на простые сахара.

Кроме этого, вы найдете продукты, чей гликемический индекс превышает порог 70. Но при этом они все равно считаются продуктами с низким гликемическим индексом.

Другой причиной, по которой продукты попали в таблицу, выступает гликемическая нагрузка, которая считается неотъемлемой составляющей медленных углеводов. Этот параметр – первичный коэффициент для определения ГИ. И фактически для определения реального индекса, его нужно умножать на коэффициент гликемической нагрузки, разделяя на 100%.

Продукт	Гликемический индекс	Гликемическая нагрузка
Яблочный сок (без сахара)	51	10
Черный дрожжевой хлеб	75	12
Цельно зерновой хлеб	75	25
Хурма	51	32
Суши	55	45
Спагетти	55	10
Сорбент	75	40
Сок апельсиновый	75	32
Сладкая консервированная кукуруза	57	47
Свекла (вареная или тушеная)	75	10
Свежий ананас	77	12
Рис басмати	51	25
Ржаной хлеб	75	32
Пшеничная мука	78	45
Пророщенные зерна пшеницы	73	10
Промышленный майонез	71	40
Пицца на тонком пшеничном тесте с томатами и сыром	71	32
Песочное печенье	55	47
Папайя свежая	58	10
Оладьи из пшеничной муки	73	12
Овсяная каша	71	25
Мюсли с сахаром	75	32
Мороженое (с добавлением сахара)	71	45
Мармелад	75	10
Манго	51	40
Макароны с сыром	75	32
Личи	51	47
Лазанья	71	10
Коричневый неочищенный рис	51	12
Консервированный ананас	75	25
Консервированные персики	55	32
Консервированные овощи	75	45
Клюквенный сок (без сахара)	51	10
Кленовый сироп	75	40
Киви	51	32
Кетчуп	55	47
Каштан	71	10
Картофель вареный в мундире	75	12
Какао-порошок (с добавлением сахара)	71	25
Изюм	75	32
Дыня	71	45
Длинно зернистый рис	71	10
Джем	75	40
Горчица	55	32
Виноградный сок (без сахара)	55	47
Быстрорастворимая овсяная каша	77	10
Булгур	55	12
Батат (сладкий картофель)	75	25
Банан	71	32
Арабская пита	57	45
Ананасовый сок без сахара	51	10

Применение знаний о гликемическом индексе

Из всего выше сказанного ясно, чем выше гликемический индекс у продукта, тем более высокий уровень сахара будет в крови у человека после его употребления.

Соответственно, чем выше гликемия, тем больше выделяется инсулина из поджелудочной железы. Инсулин препятствует расщеплению жиров из запасов и способствует накоплению невостребованной глюкозы в жировые отложения.

Это важноТаким образом, чтобы держать свой вес в пределах допустимых цифр, нужно знать, какие продукты есть. Кроме того, избыточный вес и повышенное отложение жировой ткани негативно влияет на состояние всего организма.. Поэтому существует ряд причин, по которым стоит придерживаться рациона с низким гликемическим индексом:

Поэтому существует ряд причин, по которым стоит придерживаться рациона с низким гликемическим индексом:

1. Профилактика заболеваний зрительного анализатора.
2. Предотвращение заболеваний сердца и сосудов.
3. Поддержание в равновесии уровня энергетических запасов организма.
4. Профилактика рака молочной железы.
5. Поддержание нормального веса.
6. Профилактика позднего гистоза беременных и развития диабета беременных.
7. Для улучшения показателей при спортивных тренировках.

Это далеко не весь список полезных рекомендаций диетологов и терапевтов для соблюдения разумного применения углеводов.

С приходом моды на здоровое питание и образ жизни, интернет заполонили множество таблиц с указанием гликемического индекса того или иного продукта. Простому обывателю тяжело сориентироваться в довольно противоречивых сведениях.

Допустим в одном источнике индекс макаронных изделий будет равен 40 и отнесен к низкому уровню, а в другом источнике, тем же макаронам присвоят гликемический индекс равный 70. Это происходит в результате неправильной трактовки таблиц, а также из-за разных видов одного и того же продукта.

Важно знать!Пожалуй, самый точный и авторитетный источник публикаций таблиц с уровнем гликемического индекса следует считать Сиднейский университет. Это учреждение проводит независимое исследование и публикацию баз данных.. Так, например, в России и странах СНГ есть традиционные и довольно любимые продукты с гликемическим индексом выше, чем у самой глюкозы

Так, например, в России и странах СНГ есть традиционные и довольно любимые продукты с гликемическим индексом выше, чем у самой глюкозы.

• белый хлеб;
• кукурузные хлопья;
• варенный белый рис;
• сахароза (мед, пряники, сахар-рафинад, финики, изюм);
• мальтоза (мед, квас, мюсли, пиво, мармелад и другие).

Чтобы быть уверенным на сто процентов в результате, можно провести исследование интересующих продуктов самостоятельно. Для этого потребуется здоровый испытуемый, некое количество чистой глюкозы и интересующие продукты. Измерения уровня глюкозы можно проводить самостоятельно с помощью глюкометра и в лаборатории.

Строение и функции углеводов

Что относится к углеводам и какие физические свойства углеводов — вопросы, на которые многие получили ответ еще в школе. Однако со временем многие подзабыли основные понятия и поэтому не лишним будет напомнить что это такое, структуру и характеристику углеводов.

Краткая классификация и состав углеводов представлены ниже.

Моносахариды (монозы)

Наиболее простые представители группы углеводов.

Моносахариды (монозы)

Твердые соединения органической природы. Являются бесцветными и прозрачными, легкорастворимы в воде, плохо растворяются в спирте. Некоторые из них имеют сладковатый вкус.

Моносахара по своей структуре также подразделяются в зависимости от наличия в формуле определенных функциональных групп:

• при наличии в нуклеотидной цепи альдегидной или карбонильной группы углевод называется альдозой;
• если в углеродной цепи расположена кетогруппа — сахар называется кетозой.

Кроме того, монозы классифицируются по длине углеродного скелета: триозы (три атома Карбона), тетрозы (четыре атома Карбона), пентозы (пять атомов Карбона), гексозы (шесть атомов Карбона). Наиболее распространенными в природе являются два последних представителя.

Моносахариды являются основой для образования дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов. Наиболее распространенной считается глюкоза, которая является неотъемлемой частью множества более сложных углеводов, таких, как мальтоза, лактоза и сахароза, крахмал и целлюлоза. Гораздо реже встречается фрутоза.

Дисахариды

Как понятно из названия, дисахариды состоят из двух молекул одинаковых или разных моносахаридов, соединенных между собой гликозидной связью.

Твердые вещества кристаллической структуры, имеющие белый или коричневатый цвет, хорошо растворяются в воде и спирте, сладкие на вкус. Довольно широко распространены в живой природе: в свободном состоянии в качестве продуктов гидролиза полисахаров, в основе гликозидов.

Важно! В организме человека выполняют функцию снабжения энергией, поставляя в клетки глюкозу. К основным представителям класса относится:

К основным представителям класса относится:

• лактоза — питательное вещество в организма человека и животных;
• мальтоза;
• целлобиоза – структурная единица целлюлозы;
• сахароза;
• трегалоза.

Все они играют огромную роль в жизнедеятельности человека и животных.

Дисахариды

Олигосахариды

Особенность строения данных углеводов — наличие в своей химической структуре от 3 до 10 моносахаридов.

Наиболее распространенной является рафиноза, содержащая в себе остатки глюкозы, галактозы и фруктозы. Её в больших количествах можно найти в сахарной свекле.

Полисахариды

Что входит в эти углеводы? Они состоят из десятков, а то и тысяч молекул моносахаридов.

Их функцию для человеческого организма трудно переоценить. Так, они выполняют энергетическую функцию, являясь единственным источником необходимых килоджоулей.

Для справки: при разложении 1 грамма полисахарида выделяется 17,6 кДж энергии.

Они распадаются до моносахаров, которые, в свою очередь, разлагаются до углекислого газа и воды. Представленные углеводы являются структурным компонентом клеточной стенки и некоторых органелл.

В растениях полисахариды выступают в качестве опорного материала. Также, они способны накапливаться в растительных тканях в виде крахмала и в животных в виде гликогена.

Важно! Огромное значение для организма человека имеет полисахарид гликоген. Он служит для формирования запасов энергии, которая при любых физических нагрузках тратится в первую очередь

Гликоген является более доступным, нежели триглицериды. Его можно найти во всех жизненно важных органах — почках, печени, головном мозге, мышцах. Также он находится в эритроцитах.

В каких продуктах больше углеводов

Самыми известными считаются глюкоза и фруктоза. Рекордное количество содержится в натуральном меде. По сути, мед — это совместный продукт растительного и животного мира.

В продуктах животного происхождения меньше углеводов. Самым ярким представителем является лактоза, больше известная как молочный сахар. Она содержится в молоке и молочных продуктах. Лактоза необходима при заселении кишечника полезными бактериями, а они, в свою очередь, предотвращают опасные для здоровья процессы брожения в кишечнике.

Человек основную массу углеводов получает с пищей растительного происхождения. Например, много глюкозы в вишне, винограде, малине, персиках, тыкве, сливе и яблоках. Источником фруктозы служат все вышеперечисленные ягоды и фрукты, а также смородина. Сахарозу мы получаем из свеклы, земляники, моркови, слив, дыни и арбуза. Плоды и овощи также богаты полисахаридами, особенно много их в оболочке. Источником мальтозы являются кондитерские лакомства и хлебобулочные изделия, а также крупы, мука и пиво. А рафинад, к которому мы все так привыкли, представляет собой сахарозу почти в 100% виде. Это результат жесткой очистки

Углеводы выполняют функции, обеспечивающие нормальную работу всех органов, поэтому важно употреблять достаточное количество овощей и фруктов, чтобы не нарушить естественный баланс