Элементарный состав углеводов


Элементарный состав углеводов

 

 

 

Углеводы

8. Углеводы

 

1. Определение

Углеводы — это альдо- или кето-производные многоатомных спиртов. Сахара, имеющие в своем составе альдогруппу , называют альдозами, а имеющие в составе кетогруппу  — кетозами.

К альдосахарам относятся  рибоза, глюкоза, манноза, галактоза и др.:

К сахарам, имеющим кетогруппу, относятся рибулоза и фруктоза:

Важнейшие химические свойства углеводов обусловливаются присутствием в их молекуле именно этих групп.

 

2. Элементарный  состав

В состав углеводов обязательно  входят углерод, водород и кислород. Массовая доля углерода составляет 44 %, водорода — 6, кислорода — 50 %. Соотношение атомов водорода и кислорода в углеводах такое же, как и в воде, — 2:1.

 

3. Значение углеводов:

1. Строительный или исходный материал, идущий на синтез белков, жиров, органических кислот и других соединений. Все органические вещества строятся из продуктов диссимиляции углеводов.

2. Являются исходными веществами для дыхания, т.е. это источник энергии в организме. Для быстрого восстановления сил человек в первую очередь должен в рацион включить углеводы.

3. Это запасные вещества, откладывающиеся в плодах, корнеплодах и других органах растений, использующиеся затем человеком.

4. Это структурные  элементы, входящие в состав тела  растений. Древесина – это опорная ткань растений, представленная целлюлозой, клеточные стенки – это гемицеллюлоза, пектиновые вещества и др. углеводы.

5. Защитная функция  – защищают организмы от разрушающего  воздействия внешней среды.

6. Являются сырьем  для пищевой промышленности. Все отрасли пищевой промышленности, перерабатывающие растительное сырье (винодельческая, консервная, хлебопекарная и кондитерская, сахарная и многие другие), связаны с использованием химических и биохимических свойств углеводов.

 

4. Распространение  углеводов

Углеводы относятся к наиболее распространенным органическим соединениям растительного мира. В растениях доля углеводов может составлять от 70 до 90 % их сухой массы. Например, в корнеплодах сахарной свеклы – 20% сахарозы, в зерновках злаков – до 60% крахмала, в хлопчатнике до 95% целлюлозы.

 

5. Классификация углеводов

Все углеводы подразделяются на две группы:

5.1 Простые — моносахариды (монозы).

Моносахариды не способны гидролизоваться с образованием более простых соединений. По числу атомов углерода в цепи различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы, содержащие соответственно 3, 4, 5, 6  и 7 атомов углерода. В природе наиболее распространены гексозы и пентозы.

5.2 Сложные — полисахариды (полиозы).

Полисахариды подразделяют на:

5.2.1 Низкомолекулярные – сахароподобные, или олиго-сахариды, или полисахориды первого порядка.

5.2.2 Высокомолекулярные, или несахароподобные, или полисахариды второго порядка (рис. 1).

При гидролизе полисахаридов  в качестве конечных продуктов образуются моносахариды. У несахароподобных полисахаридов молекулярная масса велика, в их состав входят остатки сотен и тысяч моносахаридов, конкретное число которых химической формулой не определяется.

 

Рис. 1. Классификация углеводов растений

 

Полисахариды  первого порядка также подразделяют на две группы: 

5.2.1.1 Дисахариды, наиболее известным представителем которых является сахароза;

5.2.1.2 Собственно олигосахариды, представляющие соединения сахарозы с одним, двумя и тремя остатками моносахарида галактозы — рафиноза, стахиоза, вербаскоза — соответственно три-, тетра- и пентасахариды.

 

Полисахариды второго порядка подразделяют на:

5.2.2.1 Запасные — крахмал, животный и растительный гликоген;

5.2.2.2 Структурные — целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, слизи и др. (рис 1).

 

6. Свойства моносахаридов

6.1 Физические  свойства

Моносахариды — кристаллические вещества белого цвета, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Если сладость сахарозы принять за 100 единиц, то сладость фруктозы составляет 170, инвертного сахара – 130, глюкозы – 70, мальтозы – 30 единиц. Несахароподобные полисахариды не имеют сладкого вкуса, не растворимы в воде, а в горячей воде образуют вязкие коллоидные растворы.

6.2 Оптические свойства.

 Моносахариды — оптически активные соединения, так как в их молекулах имеются асимметрические или хиральные атомы углерода, связанные с четырьмя различными заместителями. Таких атомов углерода может быть (за исключением производного трисахарида – дегидро-оксиацетона) один или несколько.

Простейшим моносахаридом, проявляющим оптическую активность, является глицеральдегид. В его молекуле находится один асимметрический углеродный атом, а сам моносахарид существует в двух формах:

D-форма изомера, если в его молекуле гидроксильная группа у асимметрического углеродного атома, максимально удаленного от альдегидной или кетонной группы, занимает то же положение, что и в молекуле D-глицеральдегида; если же она занимает то же положение, что и в молекуле L-глицеральдегида, то такую форму обозначают как L-изомер.

Практически все моносахариды, встречающиеся в природе, принадлежат к D-ряду.

Моносахариды способны вращать плоскость поляризованного  луча вправо — это правовращающие или влево — левовращающие сахара. Правовращающие соединения обозначают знаком (+), левовращающие — знаком (–). Обозначения, указывающие на принадлежность моносахаридов к D- или L-ряду, не зависят от того, в какую сторону (вправо или влево) вращает плоскость поляризованного луча данное соединение. Так, D-глюкоза вращает плоскость поляризации вправо, а D-фруктоза — влево.

Рацемат – это смесь, состоящая из 50% правовращающего изомера и 50% левовращающего изомера, т.е. смесь лишенная оптической активности.

6.3 Структура моносахаридов

В природных условиях пентозы и гексозы находятся  в алифатической и в циклической или полуацетальной форме.

6.3.1 Структурные  формулы альдогексоз

D-Глюкоза может образовывать две циклические формы — пиранозную и фуранозную. Формирование пиранозного кольца в молекуле D-глюкозы обусловлено протеканием реакции между альдегидной и гидроксильной группами, приводящей к образованию полуацеталя (рис 2).

Рис. 2. Ациклическая и циклическая формы глюкопиранозы

 

Альдогексозы могут  существовать в виде циклических  соединений с пятичленным кольцом, образуя фуранозные циклы. Однако шестичленное альдопиранозное кольцо более устойчиво, чем альдофуранозное, поэтому в растворах альдогексоз преобладает альдопиранозная форма.

 

 

6.3.2 a- и b-изомеры моносахаридов.

 При циклизации  в молекуле D-глюкозы асимметрических центров на один больше по сравнению с тем числом, которое она имеет в линейной форме.

Образовавшийся из альдегидной  или кетонной группы гидроксил обладает повышенной реакционной способностью и называется гликозидным гидроксилом.

Если гликозидный гидроксил  расположен под плоскостью пиранозного или фуранозного кольца, то моносахариды находятся в a-форме, если же гликозидный гидроксил расположен над плоскостью кольца, то образуются b-формы сахаров. На рис. 2 и 3 гликозидный гидроксил обозначен пунктиром.

Поэтому полуацетали  могут существовать в виде двух стереоизомеров: a-глюкопиранозы и b-глюкопиранозы,       a-фруктофуранозы и b-фруктофуранозы (рис. 2 и 3).

6.3.3 Значение a- и b-изомеров.

Существование a- и b-изомеров обеспечивает большое химическое разнообразие полисахаридов. Так, в крахмале глюкоза представлена a-, а в целлюлозе b-формой. Поэтому полисахариды имеют различные строение, функцию и способность включаться в процесс дыхания, а также усваиваться в желудочно-кишечном тракте животных и человека.

6.3.4 Мутаратация

Это явление характерно только для свежеприготовлен-ных растворов сахаров. Суть его заключается в том, что сразу после растворения сахара удельное вращение водных растворов моносахаридов начинает изменяться, достигая лишь через некоторое время постоянной величины. Это объясняется тем, что происходит взаимные превращения различных форм углеводов (рис. 2 и 3).

6.3.5 Структурные формулы кетогексоз

 В молекуле кетогексоз гидроксильная группа пятого углеродного атома взаимодействует с карбонильной группой у второго углеродного атома, образуя пятичленное фуранозное кольцо с полуацетальной связью (рис. 3).

Рис. 3. Ациклическая и циклическая формы фруктофуранозы

 

D-Фруктоза образует две фуранозные формы (a-D- и b-D-фруктофуранозы), из которых чаще встречается b-D-фруктофураноза.

 

6.4 Восстановление моносахаридов

 При восстановлении моносахаридов образуются соответствующие многоатомные спирты, так как восстановлению подвергается альдегидная или кетонная группа:

В растениях наиболее часто встречаются сорбит, который  образуется при восстановлении глюкозы или фруктозы, маннит — при восстановлении маннозы и рибит — при восстановлении рибозы. Сорбит содержится в ягодах рябины, в соке вишен, слив, яблок и груш.

6.5 Взаимодействие моносахаридов со спиртами

 Сахара, являясь производными спиртов, могут взаимодействовать со спиртами с образованием простых эфиров типа R—О—R1 с выделением воды.

Если реакция проходит только с участием гликозидного гидрооксила, то образовавшаяся структура носит название гликозида. В этом случае вновь образовавшаяся связь называется гликозидной (рис. 4).

 

Рис. 4. Образование гликозидов

 

В этом случае спирт неуглеводной природы называется аглюконом.

Значение гликозидной  связи

Гликозидная связь имеет  очень важное биологическое значение. С помощью этой связи осуществляется ковалентное связывание моносахаридов в составе олиго- и полисахаридов. На рис. 5 показано образование гликозидной связи между молекулами a- и b-глюкозы в дисахаридах.

Рис. 5. Гликозидная связь в дисахаридах

Гликозиды, содержащие аглюконы, также широко распространены в растениях. Они часто обладают специфическим запахом и вкусом. Например, гликозид синигрин, содержащийся в семенах горчицы, при гидролизе которого образуется эфирное горчичное масло, придающее специфические вкус и аромат пищевой горчице:

Гликозид глюкованилин синтезируется в ванильном дереве; амигдалин — нитрилгликозид (цианогенный гликозид) содержится в семенах миндаля, вишен, персиков и других косточковых. В плодах зеленого картофеля обнаружен соланин, придающий им неприятный горький привкус. Некоторые гликозиды обладают фармакологическим действием на сердечную мышцу. Красящие вещества многих плодов и цветов (антоцианы) также представляют собой гликозиды.

6.5 Окисление моносахаридов

Моносахариды легко  окисляются, причем в зависимости от условий окисления образуют различные продукты:

6.5.1 Действие слабых окислителей

При действии слабых окислителей – щелочных растворов некоторых металлов окисляется альдегидная группа (гликозидный гидроксил), в результате чего образуются альдоновые кислоты. Из глюкозы в результате реакции образуется глюконовая кислота (глюконат).

Сахара, имеющие свободный гликозидный  гидроксил, называются восстанавливающими. Они способны восстанавливать щелочные растворы оксидов металлов до оксидов с меньшей степенью окисления или до металлов. Это свойство положено в основу количественного определения сахаров по методу Бертрана, основанному на способности редуцирующих сахаров восстанавливать ион двухвалентной меди до одновалентной:

 

Cu2+        +      е  ®   Cu+

синий                          кирпично-красный

раствор                       нерастворимый

                                         осадок

 

 

6.5.2 Действие сильных окислителей

При наиболее энергичном окислении альдоз, например концентрированной азотной кислотой, окисляется не только гликозидный гидроксил, но и первичная спиртовая группа с образованием двухосновных кислот. Из глюкозы при этом образуется сахарная кислота, из галактозы — слизевая. Если у моносахаридов окисляется только первичная спиртовая группа, то образуются уроновые кислоты.

Кислоты — продукты окисления моносахаридов, часто присутствующие в растениях, являются промежуточными метаболитами при синтезе многих органических соединений. Например, из глюкуроновой кислоты образуются пентозы, последняя же является исходным соединением для образования в растениях аскорбиновой кислоты; галактуроновая кислота и ее метоксилированные производные являются мономерами пектиновых веществ.

6.6 Взаимодействие моносахаридов с кислотами

Моносахариды, являясь производными спиртов, могут взаимодействовать с кислотами с образованием сложных эфиров. Наиболее важные производные — фосфорные эфиры сахаров – сахарофосфаты.

функции, классификация, продукты, строение, свойства, калорийность и норма в день

Содержание статьи:

  1. Что такое углеводы
  2. Функции углеводов в организме
  3. Классификация
  4. Простые углеводы
  5. Сложные углеводы
  6. Быстрые углеводы
  7. Медленные углеводы
  8. Строение углеводов
  9. Состав
  10. Свойства углеводов
  11. Переваривание
  12. Обмен углеводов в организме
  13. Продукты богатые углеводами
  14. Норма углеводов в день для организма
  15. Калорийность

Углеводы представляют собой натуральные органические вещества. В их формуле присутствуют углерод и вода. Благодаря этим элементам организм черпает энергию, которая требуется для поддержания нормальной работы. В зависимости от химической структуры углеводы бывают простыми и сложными.

Углеводы

Что такое углеводы

Углеводы - это основной ингредиент большинства пищевых продуктов, который служит источником энергии для человеческого организма. В зависимости от числа структурных единиц углеводы бывают простыми и сложными.

Первую категорию также называют быстрыми углеводами. Они являются легкоусвояемыми и приводят к быстрому увеличению содержания сахара в крови. Это значит, что для веществ характерен высокий гликемический индекс.

Такие элементы провоцируют нарушение метаболизма и становятся причиной увеличения массы тела. Систематическое употребление пищи, содержащей простые углеводы, не только приводит к ожирению, но и вызывает много других заболеваний.

Сложные углеводы, к которым относят крахмал и клетчатку, включают много связанных сахаридов. В их составе присутствует большое количество структурных элементов. Еда с такими углеводами считается очень полезной. В процессе переваривания она постепенно насыщает организм энергией. Это дает длительное чувство сытости.

Функции углеводов в организме

Ключевая функция углеводов в организме кроется в их трансформации в энергию. АТФ, который представляет собой универсальный источник энергии, содержит моносахарид рибозу. Формирование АТФ происходит вследствие гликолиза. Этот процесс заключается в окислении и распаде глюкозы на пировиноградную кислоту.

Гликолиз осуществляется в несколько стадий. Углеводы окисляются до воды и углекислого газа. Этот процесс сопровождается высвобождением энергии.

К основным функциям углеводов относят следующее:

  1. Структурная. Полисахариды представляют собой материал для опорных элементов. Целлюлоза, которая входит в структуру клеточных стенок, дает растениям жесткость. В составе грибных клеток присутствует хитин.
  2. Энергетическая. Углеводы представляют собой основной источник энергии. Расщепление 1 г углеводов позволяет высвободить 17,6 кДж энергии.
  3. Защитная. Из этих элементов состоят шипы и колючки растений.
  4. Запасающая. Углеводы запасаются в виде крахмала в структуре растений и гликогена у животных. При дефиците энергии эти вещества расщепляются до глюкозы.
  5. Осмотическая. Вещества способствуют регулированию осмотического давления.
  6. Рецепторная. Элементы присутствуют в составе клеточных рецепторов.

Отдельные углеводы формируют сложные структуры с белковыми элементами и липидами. В результате образуются гликопротеины и гликолипиды. Эти элементы присутствуют в составе мембран клеток.

Классификация углеводов

Классификация углеводов

Углеводы имеют множество разновидностей. Это обязательно стоит учитывать при составлении пищевого рациона. Классификация углеводов делится на простые и сложные или быстрые и медленные.

К простым или быстрым углеводам относят следующие:

  1. Моносахариды. В эту категорию входят галактоза, фруктоза, глюкоза. Данные компоненты присутствуют в ягодах, фруктах, меде. Такие вещества быстро усваиваются и резко увеличивают содержание сахара в крови. Как следствие, в тканях образуется гликоген, который требуется для энергии. При ее избытке вещества образуют жировые отложения. Чтобы избежать негативных последствий, количество моносахаридов должно составлять не больше 25-35 % общего объема углеводов, которые были съедены в течение дня.
  2. Дисахариды. К ним преимущественно относят сахарозу, которую включает обычный сахар, и мальтозу. Этот компонент присутствует в солоде, патоке, меде. Также он имеется в составе молочного сахара.

К сложным или медленным углеводам относят полисахариды. Эти вещества включают большое количество моносахаридов. Они усваиваются долгое время и обладают менее сладким вкусом, чем простые углеводы.
К основным полисахаридам относят следующее:

  1. Крахмал и гликоген. Эти вещества присутствуют в злаках, бобовых, картофеле, кукурузе.
  2. Клетчатка. Элемент содержится в крупах, семечках, овощах, фруктах, отрубях.
  3. Целлюлоза. Компонент включают салатные листья, яблоки, груши, морковь.
  4. Пектин. Вещество присутствует в моркови, капусте, цитрусовых фруктах, клубнике.
  5. Инулин. Элемент содержится в цикории, луке, ячмене, чесноке.

Основное достоинство сложных углеводов заключается в медленном насыщении организма. Благодаря этому чувство голода не возникает раньше времени.

Простые углеводы

Простые углеводы

Для этих углеводов характерна простая структура. Благодаря этому они быстро усваиваются в организме. При недостатке физических нагрузок вещества повышают содержание сахара в крови. После этого он быстро падает, что провоцирует чувство голода. Неистраченные углеводы трансформируются в жировые отложения. При этом их недостаток вызывает усталость и повышенную сонливость.

Простые углеводы делятся на 2 категории – моносахариды и дисахариды.

К моносахаридам относятся:

  • глюкоза - она входит в состав большинства фруктов и ягод. Также компонент присутствует в меде и зеленых фрагментах растений;
  • фруктоза - это вещество присутствует в меде, ягодах, фруктах. Также оно входит в семена отдельных растений;
  • галактоза - это единственный моносахарид, который имеет животное происхождение. Он входит в состав лактозы, или молочного сахара.

Наиболее значимыми для питания человека считаются дисахариды. В составе молекулы присутствует глюкоза. Вторым сахаром может быть фруктоза, галактоза или глюкоза.

Существуют такие виды дисахаридов:

  • сахароза - она включает глюкозу и фруктозу. В эту категорию входит сахар из тростника или свеклы;
  • мальтоза - вещество содержит 2 остатка глюкозы. Оно присутствует в солодковом сахаре;
  • лактоза - элемент включает глюкозу и галактозу и содержится в молоке млекопитающих.

Список полезных продуктов, в которых присутствуют быстрые углеводы:

При этом есть вредные продукты, которые следует полностью исключить.

К ним относятся:

  • выпечка из муки высшего сорта;
  • конфеты;
  • сладкие газированные напитки;
  • снеки;
  • спиртные напитки;
  • торты, вафли, печенье.

Сложные углеводы

Сложные углеводы

В основе этих продуктов лежат полисахариды – крахмал и целлюлоза. Такие вещества обеспечивают нормальное пищеварение и на долгое время насыщают человека.

К списку продуктов, которые содержат много сложных углеводов, относят следующее:

Из напитков в эту категорию входят несладкий чай и кофе. Также немного сложных углеводов присутствует в мясе и рыбе. Они имеются в яйцах, кефире, твороге.

Быстрые углеводы

Быстрые углеводы

Быстрые углеводы считаются простыми и включают всего 1-2 молекулы:

  • 1 молекулу содержат моносахариды;
  • 2 молекулы присутствует в составе дисахаридов.

Для всех быстрых углеводов характерен высокий гликемический индекс. Он превышает 70. Такие вещества отличаются сладким вкусом и прекрасно растворяются в воде.

Расщепление простых углеводов начинается еще в полости рта. Они очень быстро проникают в кровь. Уже через несколько минут после употребления существенно увеличивается уровень глюкозы. При этом он держится на высокой отметке не более 30-40 минут. Затем так же внезапно снижается.

Быстрые углеводы требуются для восстановления запаса энергии после сложных физических нагрузок или стрессов. Они способствуют выведению человека из гипогликемической комы.

Однако постоянно употреблять такие вещества не следует. Это провоцирует истощение поджелудочной железы и заставляет ее функционировать в стрессовом режиме. Именно избыток простых углеводов провоцирует развитие сахарного диабета 2 типа. При употреблении простых углеводов на ночь они трансформируются в жиры.

К продуктам с высоким гликемическим индексом относят следующее:

  • сахар, мед;
  • запеченный картофель, пюре;
  • отварная морковь и тыква;
  • бананы, дыни, арбузы, ананасы;
  • кондитерские изделия;
  • финики;
  • хлебобулочные изделия.

Медленные углеводы

Медленные углеводы

Медленные углеводы также называются сложными. Они включают 3 и больше молекул. Потому для этих веществ характерно медленное расщепление. Обычно они всасываются в кишечнике. К сложным углеводам относят декстрин, крахмал, целлюлозу, гликоген, глюкоманнан.

Употребление медленных углеводов способствует плавному поступлению глюкозы в организм человека. При этом не наблюдается пиков или скачков. Именно сложные углеводы насыщают человека на долгое время, поддерживают стабильное настроение и делают более уравновешенным.

Гликемический индекс таких продуктов находится в пределах 0-40.

К ним стоит отнести следующее:

  • макароны из твердых сортов пшеницы;
  • коричневый рис, ячмень, перловка, гречка, пшено;
  • бобовые;
  • фрукты – персики, апельсины, вишни, яблоки, груши;
  • овощи и зелень – лук, шпинат, кабачки, перец, томаты, капуста;
  • грибы.

Строение углеводов

Строение углеводов

Строение углеводов включает несколько карбонильных и гидроксильных групп.

В зависимости от структуры вещества делят на 3 категории:

  • моносахариды;
  • олигосахариды;
  • полисахариды.

Моносахариды представляют собой простейшие сахара, которые включают всего 1 молекулу. Они имеют несколько групп, которые отличаются по количеству атомов углерода в молекуле. Моносахариды, в составе которых присутствует 3 атома углерода, называют триозами. Если в составе присутствует 5 атомов, их именуют пентозами, если 6 – гексозами.

Наиболее ценными для живых организмов считаются пентозы, которые присутствуют в составе нуклеиновых кислот. Также большое значение имеют гексозы, из которых состоят полисахариды.

Олигосахариды содержат 2-10 структурных элементов.

В зависимости от количества выделяют:

  • диозы;
  • триозы;
  • тетраозы;
  • пентасахариды;
  • гексасахариды.

Самыми значимыми считаются дисахариды, к которым относятся сахароза, мальтоза и лактоза, а также трисахариды. В эту категорию входят мелицитоза, рафиноза, мальтотриоза.

Олисахариды могут содержать однородные и неоднородные структуры.

В зависимости от этого выделяют следующие виды:

  • гомоолигосахариды – все молекулы обладают одинаковым строением;
  • гетероолигосахариды – молекулы отличаются по структуре.

Самыми сложными углеводами считаются полисахариды. Они включают множество моносахаридов – от 10 до нескольких тысяч.

К таким веществам относят следующее:

  • крахмал;
  • хитин;
  • гликоген;
  • целлюлоза.

Полисахариды имеют более жесткую структуру, чем олигосахариды и моносахариды. Они не растворяются в воде и не имеют сладкого вкуса.

Состав углеводов

Состав углеводов

Состав углеводов делят на следующие категории:

  1. Моносахариды – включают 1 мономерную единицу и не гидролизуются с появлением более простых углеводов. Мономеры отличаются разнообразием. Это обусловлено разницей в структуре. Обычно моносахариды живых организмов представляют собой кольцевые углеродные цепи, которые включают 5 или 6 атомов углерода. Самыми важными моносахаридами считаются рибоза и дезоксирибоза, которые присутствуют в составе нуклеиновых кислот. Также к ним относят глюкозу как источник энергии и фруктозу.
  2. Дисахариды – включают 2 мономерных единицы. Можно сказать, что они состоят из 2 моносахаридов. Вещества объединяются через гидроксильные группы. При этом происходит отщепление воды. Самым известным дисахаридом считается сахароза. Ее молекула включает остатки глюкозы и фруктозы. 2 остатка глюкозы входит в состав мальтозы.
  3. Полисахариды – включают больше 10 мономерных единиц. В эту категорию входят крахмал, хитин, целлюлоза и т.д. Крахмал и гликоген скапливаются в организмах как запасной питательный элемент. Крахмал имеет менее разветвленную структуру, чем гликоген. Целлюлоза формирует стенки клеток растений. За счет этого она реализует структурную и защитную функции. Аналогичные задачи решает хитин у грибов и животных.

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.

Переваривание углеводов

Переваривание углеводов

Из углеводов в человеческом организме преимущественно перевариваются полисахариды – крахмал из растительных продуктов и гликоген, который присутствует в животной пище.

Полисахариды расщепляются пищеварительными ферментами до структурных блоков – свободной D-глюкозы. Этот процесс происходит под воздействием амилазы слюны и сопровождается формированием смеси из мальтозы, глюкозы и олигосахаридов.

Переваривание углеводов продолжается и заканчивается в тонком кишечнике. На этот процесс влияет амилаза поджелудочной железы, которая попадает в двенадцатиперстную кишку.

Гидролиз дисахаридов запускают ферменты, которые присутствуют в наружном слое клеток эпителия, выстилающих тонкий кишечник. В эпителиальных клетках тонкого кишечника происходит частичная трансформация D-фруктозы, D-галактозы, D-маннозы в D-глюкозу. Смесь простых гексоз поглощается клетками эпителия и с током крови попадает в печень.

Обмен углеводов в организме

Обмен углеводов в организме

В основе обмена углеводов в организме человека, лежат ниже описанные процессы:

  1. Мозг не имеет запаса гликогена, потому ему постоянно требуется глюкоза. Углеводы являются единственным источником, который помогает покрывать энергетические расходы мозга. Именно мозговая ткань поглощает 70 % глюкозы, которая выделяется печенью.
  2. Мышечные ткани при активной работе получают из крови большое количество глюкозы. В них это вещество трансформируется в гликоген. При распаде гликогена появляется достаточное количество энергии для сокращения мышц.
  3. Содержание глюкозы в крови регулируют гормоны – глюкагон, соматотропин, кортизол, инсулин, адреналин. Инсулин способствует снижению содержания глюкозы в крови при ее повышении, упрощает ее попадание в клетки и обеспечивает отложение вещества в тканях в виде гликогена. При уменьшении параметров глюкозы в крови соматотропин, кортизол, адреналин и глюкагон тормозят захват глюкозы клетками. За счет этого гликоген трансформируется в глюкозу.

Продукты богатые углеводами

Продукты богатые углеводами

Ниже описаны продукты, богатые углеводами в больших количествах:

  1. Хлеб. Важным источником таких веществ, считается пшеничная мука. При этом стоит учитывать, что хлеб нужно употреблять в меру. В продукте из цельных зерен, помимо крахмала, присутствуют белки, минералы, витамины, жиры. Эти вещества очень полезны.
  2. Рис. В составе риса присутствует много углеводов и витаминов группы В. При этом диетологи советуют отдавать предпочтение нешлифованным сортам.
  3. Бобовые. Такие продукты отличаются высокой пищевой ценностью. Для них характерна твердая целлюлозная мембрана, поэтому важно уделить внимание правильному способу приготовления.
  4. Картофель. Этот продукт содержит чуть меньше углеводов – около 20 %. Оставшуюся часть занимает вода. Помимо этого, в составе имеются витамины и минералы.
  5. Зеленые овощи. Помимо сложных углеводов, такие продукты включают много витаминов. Особенно полезно есть овощи в свежем виде. Предпочтение нужно отдавать салату, перцу, зеленой фасоли, молодому горошку, капусте. Обязательно нужно употреблять шпинат, поскольку он содержит много железа.

Норма углеводов в день для организма

Норма углеводов в день для организма

Необходимость в углеводах зависит от интенсивности интеллектуальных и физических нагрузок. В среднем норма углеводов в день для организма составляет 300-500 г. Около 20 % может приходиться на углеводы, которые легко усваиваются.

Пожилым людям стоит употреблять максимум 300 г углеводов в сутки. При этом количество простых элементов не должно быть больше 15-20 %.

При наличии лишнего веса и других патологиях количество углеводов стоит ограничивать. При этом делать это следует постепенно. Благодаря этому организм сможет адаптироваться к изменению обменных процессов. Ограничение стоит начинать с 200-250 г в сутки. Через неделю объем углеводов допустимо сократить до 100 г.

Если резко уменьшать количество углеводов в течение долгого периода времени, есть риск развития разных нарушений.

К ним относят следующее:

  • снижение уровня сахара в крови;
  • общая слабость;
  • сильное снижение интеллектуальной и физической активности;
  • потеря веса;
  • нарушение метаболизма;
  • повышенная сонливость;
  • головокружения;
  • головные боли;
  • тремор рук;
  • ощущение голода;
  • рак толстого кишечника;
  • запоры.

Неприятные симптомы удается устранить после употребления сахара или других сладких продуктов. Однако, есть их следует дозированно. Это поможет избежать увеличения массы тела.

Для организма также вреден и избыток углеводов, особенно простых. Он приводит к повышению уровня сахара в крови. Как следствие, часть веществ не используется и приводит к скоплению жировых отложений. Это провоцирует сахарный диабет, кариес, атеросклероз. Также есть риск метеоризма, ожирения, болезней сердца и сосудов.

Калорийность углеводов

Калорийность углеводов

Калорийность углеводов зависит от конкретного продукта. В среднем 1 г углеводов содержит 4,1 Ккал или 17 кДж.

Углеводы – важные элементы, которые обеспечивают человеческий организм энергией. При этом они делятся на 2 основные категории – простые и сложные. Чтобы избежать проблем со здоровьем, предпочтение стоит отдавать сложным углеводам.

Состав и классификация углеводов — урок. Химия, 8–9 класс.

Углеводы — природные кислородсодержащие соединения. В их состав входят три элемента: углерод, водород и кислород. Соотношение числа атомов водорода и кислорода такое же, как в воде — \(2\) \(:\) \(1\). Отсюда и произошло название «углеводы».

 

В общем виде состав большинства углеводов можно выразить формулой Cnh3Om.

 

Углеводы входят в состав клеток всех живых организмов.

 

Особенно высокое содержание углеводов в растениях. Клеточные стенки растений образованы целлюлозой. Она является основной составной частью древесины. Почти чистую целлюлозу представляет собой вата.

 

 

Важнейшее запасное вещество растений — крахмал. Он в больших количествах содержится в семенах злаков, в клубнях картофеля. Сладкий вкус фруктам и овощам придают глюкоза, фруктоза, сахароза.

 

Смесью углеводов является мёд.

 

 

Запасным веществом в клетках грибов и животных является гликоген (животный крахмал). В крови животных и человека содержится глюкоза, которая служит основным источником энергии для всех процессов, протекающих в организме.

 

Углеводы делят на три группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды. В основе такого деления лежит способность молекул углеводов подвергаться гидролизу.

 

Молекулы моносахаридов в водных растворах гидролизу не подвергаются и не изменяются.

 

Молекулы дисахаридов разлагаются водой на две молекулы моносахаридов.

 

При гидролизе полисахаридов из одной молекулы образуется много молекул моносахаридов.

Источники:

Габриелян О. С. Химия. 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2011. — 232 с.

Функции и элементарный состав углеводов

Углеводы.

Углеводы – это многоатомные спирты, которые содержат в своем составе, кроме спиртовых групп, альдегидную или кетогруппу.

В зависимости от типа группы в составе молекулы различают  альдозы и кетозы.

Углеводы очень широко распространенны в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70 – 80 % массы сухого вещества клеток. В животном организме на их долю приходится всего около 2 % массы  тела, однако и здесь их роль не менее  важна.

Углеводы способны откладываться  в виде крахмала в растениях и  гликогена в организме животных и человека. Эти запасы расходуются  по мере надобности. В организме  человека углеводы откладываются в  основном в печени и мышцах, которые  являются его депо.

Среди других компонентов  организма высших животных и человека на долю углеводов приходится 0,5% массы  тела. Однако углеводы имеют большое  значение для организма. Эти вещества вместе с белками в форме протеогликанов лежат в основе соединительной ткани. Углеводосодержащие белки (гликопротеины и мукопротеины) – составная часть слизей организма (защитная, обволакивающая функции), транспортных белков плазмы и иммунологически активных соединений (группоспецифические вещества крови). Часть углеводов выполняет функции «запасного топлива» для получения организмов энергии.

Функции углеводов:

Энергетическая – углеводы являются одним из основных источников энергии для организма, обеспечивая не менее 60% энергозатрат. Для деятельности мозга, клеток крови, мозгового вещества почек практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 4,1 ккал/моль (17,15 кДж/моль) энергии.

Пластическая – углеводы или их производные обнаруживаются во всех клетках организма. Они входят в состав биологических мембран и органоидов клеток, участвуют в образовании ферментов, нуклеопротеидов и т.д. В растениях углеводы служат в основном опорным материалом.

Защитная – вязкие секреты (слизь), выделяемая различными железами, богаты углеводами или их производными (мукополисахаридами и др.). Они защищают внутренние стенки полых органов желудочно-кишечного тракта, воздухоносных путей от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов.

Регуляторная – пища человека содержит значительное количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя, таким образом, в регуляции акта перистальтики.

Специфическая – отдельные углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, образовании антител, обеспечении специфичности групп крови и т.д.

Функциональная значимость углеводов определяет необходимость  обеспечения организма этими  питательными веществами. Суточная потребность  в углеводах для человека составляет в среднем 400 – 450 г с учетом возраста, рода трудовой деятельности, пола и  некоторых других факторов.

Элементарный  состав.

Углеводы состоят из следующих  химических элементов: углерода, водорода и кислорода. Большая часть углеводов  имеет общую формулу Сn(H2O)n.Углеводы представляют собой соединения, состоящие из углерода и воды, что послужило основанием для их названия. Однако среди углеводов встречаются вещества, не соответствующие приведенной формуле, например рамноза С6Н12Ои др. В то же время известны вещества, состав которых соответствует общей формуле углеводов, но по свойствам они не относятся к ним (уксусная кислота С2Н12О2). Поэтому название «углеводы» достаточно условно и не всегда соответствует химической структуре этих веществ.

 

Углеводы – это органические вещества, представляющие собой альдегиды или кетоны многоатомных спиртов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Моносахариды

Моносахариды – это многоатомные алифатические спирты, которые содержат в своем составе альдегидную группу (альдозы) или кетогруппу (кетозы).

Моносахариды представляют собой твердые, кристаллические  вещества, растворимые в воде и  сладкие на вкус. В определенных условиях они легко окисляются, в  результате чего альдегидоспирты превращаются в кислоты, в результате чего альдегидоспирты  превращаются в кислоты, а при  восстановлении – в соответствующие  спирты.

Химические свойства моносахаридов: 

1.Окисление до моно-, дикарбоновых и гликуроновых кислот;

2.Восстановление до спиртов;

3.Образование сложных эфиров;

4.Образование гликозидов;

5.Брожение: спиртовое, молочнокислое, лимоннокислое и маслянокислое.

Моносахариды, которые не могут быть гидролизованы на более  простые сахара. Тип моносахарида зависит от длины углеводородной цепи. В зависимости от числа атомов углерода их подразделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы.

Триозы: глицериновый альдегид и диоксиацетон, они являются промежуточными продуктами распада глюкозы и участвуют в синтезе жиров. обе триозы можно получить из спирта глицерола путем его дегидрирования или гидрирования.

Тетрозы: эритроза – активно участвует в процессах обмена веществ.

Пентозы: рибоза и дезоксирибоза – составные части нуклеиновых кислот, рибулеза и ксилулеза – промежуточные продукты окисления глюкозы.

Гексозы: они наиболее широко представлены в животном и растительном мире и играют большую роль в обменных процессах. К ним относятся глюкоза, галактоза, фруктоза и др.

Глюкоза (виноградный сахар). Является основным углеводом растений и животных. Важная роль глюкозы объясняется тем, что она является основным источником энергии, составляет основу многих олиго- и полисахаридов, участвует в поддержании осмотического давления. Транспорт глюкозы в клетки регулируется во многих тканях гормоном поджелудочной железы - инсулином. В клетке в ходе многостадийных химических реакций глюкоза превращаются в другие вещества (образующиеся при распаде глюкозы промежуточные продукты используются для синтеза аминокислот и жиров), которые в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды, при этом выделяется энергия, используемая организмом для обеспечения жизнедеятельности. По уровню глюкозы в крови обычно судят о состоянии углеводного обмена в организме. При снижении уровня глюкозы в крови или ее высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания (гипогликемическая кома). Скорость поступления глюкозы в ткани мозга и печени не зависит от инсулина и определяется только концентрацией ее в крови. Эти ткани называются инсулинонезависимыми. Без присутствия инсулина глюкоза не поступит в клетку и не будет использована в качестве топлива.

Галактоза. Пространственный изомер глюкозы, отличающийся расположением ОН-группы у четвертого углеродного атома. Входит в состав лактозы, некоторых полисахаридов и гликолипидов. Галактоза может изомеризоваться в глюкозу (в печени, молочной железе).

Фруктоза (плодовый сахар). В больших количествах находится в растениях, особенно в плодах. Много ее во фруктах, сахарной свекле, меде. Легко изомеризуется в глюкозу. Путь распада фруктозы более короткий и энергетически выгодный, чем глюкозы. 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 уровень сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара.

По химическому строению глюкоза и галактоза являются альдегидоспиртами, фруктоза — кетоноспиртом. Различия в структуре глюкозы  и фруктозы характеризуют и различии и некоторых их свойствах. Глюкоза  восстанавливает металлы из их окислов, фруктоза таким свойством не обладает. Фруктоза примерно в 2 раза медленнее  всасывается из кишечника по сравнению с глюкозой.

При окислении шестого  углеродного атома в молекуле гексоз образуются гексуроновые(уроновые) кислоты: из глюкозы — глюкуроновая, из галактозы — галактуроновая.

Глюкуроновая кислота принимает активное участие в обменных процессах в организме, например в обезвреживании токсических продуктов, входит в состав мукополисахаридов и т. д. Функция ее заключается в том, что она соединяется в организме с веществами, плохо растворимыми в воде. В результате связываемое вещество становится водорастворимым и выводится с мочой. Такой путь выведения особенно важен для водонерастворимых стероидных гормонов, продуктов их распада, а также для выделения продуктов распада лекарственных веществ. Без взаимодействия с глюкуроновой кислотой нарушаются дальнейший распад и выделение из организма желчных пигментов.

Моносахариды  могут иметь аминогруппу.

При замене в молекуле гексоз ОН-группы второго углеродного атома на аминогруппу образуются аминосахара — гексозамины: из глюкозы синтезируетсяглюкозамин, из галактозы — галактозамин, которые входят в состав клеточных оболочек и муко-полисахаридов как в свободном виде, так и в соединении с уксусной кислотой.

Аминосахарами называются моносахариды, которые на месте ОН-группы несут аминогруппу (—NН2).

Аминосахара являются важнейшей составной частью гликозаминогликанов.

Моносахариды  образуют эфиры. ОН-группа молекулы моносахарида; как всякая спиртовая группа, может взаимодействовать с кислотой. В промежуточном обмене эфиры сахаров имеют большое значение. Чтобы включиться в обмен веществ, сахар должен стать фосфорным эфиром. При этом фосфорилируются концевые углеродные атомы. У гексоз — это С-1 и С-6, у пентоз — С-1 и С-5 и т.д. Больше двух ОН-групп фосфорилированию не подвергается. Поэтому основную роль играют моно- и дифосфаты сахаров. В названии фосфорного эфира обычно указывают позицию эфирной связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Олигосахариды

Олигосахариды имеют в своем составе два и более моносахарида. Они встречаются в клетках и биологических жидкостях, как в свободном виде, так и в соединении с белками. Для организма имеют большое значение дисахариды: сахароза, мальтоза, лактоза и др. Эти углеводы выполняют энергетическую функцию. Предполагается, что, входя в состав клеток, они участвуют в процессе «узнавания» клеток.

 

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар). Состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Она является растительным продуктом и важнейшим компонентом пищи, обладает наиболее сладким вкусом по сравнению с другими дисахаридами и глюкозой.

Содержание сахарозы в  сахаре составляет 95%. 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, он не содержит других питательных  веществ, таких как, например, витамины, минеральные соли.

Лактоза (молочный сахар) состоит из глюкозы и галактозы, синтезируется в молочных железах в период лактации. В желудочно-кишечном тракте расщепляется под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Дефицит этого фермента наблюдается примерно у 40% взрослого населения. 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.

Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы и является основным структурным компонентом крахмала и гликогена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полисахариды

Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов. Они обладают гидрофильными свойствами и при растворении в воде образуют коллоидные растворы.

Полисахариды  подразделяются на гомо- и гетерополисахариды.

Гомополисахариды. Имеют в составе моносахариды только одного вида. Гак, крахмал и гликоген построены только из молекул глюкозы, инулин — фруктозы. Гомополисахариды имеют весьма разветвленную структуру и представляют собой смесь двух полимеров — амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из 60—300 остатков глюкозы, соединенных в линейную цепь при помощи кислородного мостика, образованного между первым углеродным атомом одной молекулы и четвертым углеродным атомом другой (связь 1,4).

Амилоза растворима в горячей воде и дает с йодом синее окрашивание.

Амилопектин — разветвленный полимер, состоящий как из неразветвленных цепей (связь 1,4), так и разветвленных, которые образуются за счет связей между первым углеродным атомом одной молекулы глюкозы и шестым углеродным атомом другой при помощи кислородного мостика (связь 1,6).

Углеводы: химические свойства, способы получения и строение

 

 Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение, состав большинства которых отражает формула Cx(H2O)y, где x, y ≥ 3.  

 

Исключение составляет дезоксирибоза, которая имеют формулу С5Н10O4 (на один атом кислорода меньше, чем рибоза).

 

По числу структурных звеньев

  • Моносахариды — содержат одно структурное звено.
  • Олигосахариды — содержат от 2 до 10 структурных звеньев (дисахариды, трисахариды и др.). 
  • Полисахариды — содержат n структурных звеньев.

Некоторые важнейшие углеводы:

 

Моносахариды Дисахариды Полисахариды
Глюкоза С6Н12О6

Фруктоза С6Н12О6

Рибоза С5Н10О5

Дезоксирибоза С5Н10О4

Сахароза С12Н22О11

Лактоза С12Н22О11

Мальтоза С12Н22О11

Целлобиоза С12Н22О11

Целлюлоза (С6Н10О5)n

Крахмал(С6Н10О5)n

 

По числу атомов углерода в молекуле

 

  • Пентозы — содержат 5 атомов углерода.
  • Гексозы — содержат 6 атомов углерода. 
  • И т.д.

 

По размеру кольца в циклической форме молекулы

 

  • Пиранозы — образуют шестичленное кольцо.
  • Фуранозы — содержат пятичленное кольцо. 

 

 

 

1. Горение 

Все углеводы горят до углекислого газа и воды.

 

Например, при горении глюкозы образуются вода и углекислый газ

 

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O

 

2. Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

Концентрированная серная кислота отнимает воду от углеводов, при этом образуется углерод С («обугливание») и вода.

 

Например, при действии концентрированной серной кислоты на глюкозу образуются углерод и вода

 

C6H12O6 → 6C + 6H2O

 

 

Моносахариды – гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (группа альдегида или кетона) и несколько гидроксильных.

 

Моносахариды являются структурными звеньями олигосахаридов и полисахаридов.

Важнейшие моносахариды

Название и формула Глюкоза

C6H12O6

Фруктоза

C6H12O6

Рибоза

C6H12O6

Структурная формула
Классификация
  • гексоза
  • альдоза
  • в циклической форме – пираноза
  • гексоза
  • кетоза
  • в циклической форме — фураноза
  • пентоза
  • альдоза
  • в циклической форме – фураноза

 

 

Глюкоза – это альдегидоспирт (альдоза).

Она содержит шесть атомов углерода, одну альдегидную и пять гидроксогрупп.

Глюкоза существует в растворах не только в виде линейной, но и циклических формах (альфа и бета), которые являются пиранозными (содержат шесть звеньев):

α-глюкоза β-глюкоза

 

Химические свойства глюкозы

Водный раствор глюкозы

 

В водном растворе глюкозы существует динамическое равновесие между двумя  циклическими формами —   α и β   и  линейной  формой:

 

Качественная реакция на многоатомные спирты: реакция со свежеосажденным гидроксидом меди (II)

 

При взаимодействии свежеосажденного гидроксида меди (II) с глюкозой (и другими моносахаридами происходит растворение гидроксида с образованием комплекса синего цвета.

 

Реакции на карбонильную группу — CH=O

Глюкоза проявляет свойства, характерные для альдегидов.

  • Реакция «серебряного зеркала»

  • Реакция с гидроксидом меди (II) при нагревании. При взаимодействии глюкозы с гидроксидом меди (II) выпадает красно-кирпичный осадок оксида меди (I):

  • Окисление бромной водой. При окислении глюкозы бромной водой образуется глюконовая кислота:

 

  • Также глюкозу можно окислить хлором, бертолетовой солью, азотной кислотой.
Концентрированная азотная кислота окисляет не только альдегидную группу, но и гидроксогруппу на другом конце углеродной цепи.
  • Каталитическое гидрирование. При взаимодействии глюкозы с водородом происходит восстановление карбонильной группы до спиртового гидроксила, образуется шестиатомный спирт – сорбит:

  • Брожение глюкозы. Брожение — это биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях.

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении глюкозы образуются спирт и углекислый газ:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

          Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении глюкозы образуется молочная кислота:

          Маслянокислое брожение. При маслянокислом брожении глюкозы образуется масляная кислота (внезапно):

 

  • Образование эфиров глюкозы (характерно для циклической формы глюкозы).

Глюкоза способна образовывать простые и сложные эфиры.

Наиболее легко происходит замещение полуацетального (гликозидного) гидроксила.

Например, α-D-глюкоза взаимодействует с метанолом.

При этом образуется монометиловый эфир глюкозы (α-O-метил-D-глюкозид):

 

Простые эфиры глюкозы получили название гликозидов.

 

В более жестких условиях  (например, с CH3-I)  возможно алкилирование и по другим оставшимся гидроксильным группам.

Моносахариды способны образовывать сложные эфиры как с минеральными, так и с карбоновыми кислотами.

 

Например, β-D-глюкоза реагирует с уксусным ангидридом в соотношении 1:5 с образованием пентаацетата глюкозы  (β-пентаацетил-D-глюкозы):

 

 

Получение глюкозы

Гидролиз крахмала

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6

 

Синтез из формальдегида

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH2=On  →  C6H12O6

 

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO2 и Н2О:

 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

 

 

 Фруктоза — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы).

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза α-D-фруктоза β-D-фруктоза

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

 

 

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

 

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) С12Н22О11

Молекула сахарозы состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы, соединенных друг с другом:

 

В молекуле сахарозы гликозидный атом углерода глюкозы связан из-за образования кислородного мостика с фруктозой, поэтому сахароза не образует открытую (альдегидную) форму.

 

Поэтому сахароза не вступает в реакции альдегидной группы – с аммиачным раствором оксида серебра   с гидроксидом меди при нагревании.

Такие дисахариды называют невосстанавливающими, т.е. не способными окисляться.     

 

Сахароза подвергается гидролизу подкисленной водой. При этом образуются глюкоза и фруктоза:

C12H22O11 + 6H2O → C6H12O6 + C6H12O6

                                                                                   глюкоза   фруктоза

 

Мальтоза С12Н22О11

Это дисахарид, состоящий из двух остатков  α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

 

Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом (одно из циклических звеньев может раскрываться в альдегидную группу) и  вступает в реакции, характерные для альдегидов.

 

При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.

C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6

 

Это дисахарид, состоящий из двух остатков  α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

 

  Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

 

Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы. 

Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C6H10O5)n, но совершенно различные свойства.

Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:

 

 

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

 

В его состав входят:

  • амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
  • амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

  Амилопектин имеет разветвленное  строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

 

Свойства крахмала

  • Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:

 

 

Запись полного гидролиза крахмала без промежуточных этапов:

 

 

  • Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

 

  • Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

 

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.

 

 

Свойства целлюлозы

  • Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

Нитрование целлюлозы.

Так как в  звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании целлюлозы избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

 

 

Ацилирование целлюлозы.

При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (упрощённо-уксусной кислоты) происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН.

Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.

 

 

  • Гидролиз целлюлозы.

    Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде может гидролизоваться, в результате тоже получается глюкоза. Но процесс идёт гораздо труднее.

Химия углеводов Общая характеристика, строение и свойства углеводов.

Химия углеводов

Общая характеристика, строение и свойства углеводов.

Углеводы – это многоатомные спирты, которые содержат в своем составе, кроме спиртовых групп, альдегидную или кетогруппу.

В зависимости от типа группы в составе молекулы различают альдозы и кетозы.

Углеводы очень широко распространенны в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70 – 80 % массы сухого вещества клеток. В животном организме на их долю приходится всего около 2 % массы тела, однако и здесь их роль не менее важна.

Углеводы способны откладываться в виде крахмала в растениях и гликогена в организме животных и человека. Эти запасы расходуются по мере надобности. В организме человека углеводы откладываются в основном в печени и мышцах, которые являются его депо.

Среди других компонентов организма высших животных и человека на долю углеводов приходится 0,5% массы тела. Однако углеводы имеют большое значение для организма. Эти вещества вместе с белками в форме протеогликанов лежат в основе соединительной ткани. Углеводосодержащие белки (гликопротеины и мукопротеины) – составная часть слизей организма (защитная, обволакивающая функции), транспортных белков плазмы и иммунологически активных соединений (группоспецифические вещества крови). Часть углеводов выполняет функции «запасного топлива» для получения организмов энергии.

Функции углеводов:

  • Энергетическая – углеводы являются одним из основных источников энергии для организма, обеспечивая не менее 60% энергозатрат. Для деятельности мозга, клеток крови, мозгового вещества почек практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 4,1 ккал/моль (17,15 кДж/моль) энергии.
  • Пластическая – углеводы или их производные обнаруживаются во всех клетках организма. Они входят в состав биологических мембран и органоидов клеток, участвуют в образовании ферментов, нуклеопротеидов и т.д. В растениях углеводы служат в основном опорным материалом.
  • Защитная – вязкие секреты (слизь), выделяемая различными железами, богаты углеводами или их производными (мукополисахаридами и др.). Они защищают внутренние стенки полых органов желудочно-кишечного тракта, воздухоносных путей от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов.
  • Регуляторная – пища человека содержит значительное количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя, таким образом, в регуляции акта перистальтики.
  • Специфическая – отдельные углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, образовании антител, обеспечении специфичности групп крови и т.д.

Функциональная значимость углеводов определяет необходимость обеспечения организма этими питательными веществами. Суточная потребность в углеводах для человека составляет в среднем 400 – 450 г с учетом возраста, рода трудовой деятельности, пола и некоторых других факторов.

Элементарный состав. Углеводы состоят из следующих химических элементов: углерода, водорода и кислорода. Большая часть углеводов имеет общую формулу Сn(H2O)n.Углеводы представляют собой соединения, состоящие из углерода и воды, что послужило основанием для их названия. Однако среди углеводов встречаются вещества, не соответствующие приведенной формуле, например рамноза С6Н12О5 и др. В то же время известны вещества, состав которых соответствует общей формуле углеводов, но по свойствам они не относятся к ним (уксусная кислота С2Н12О2). Поэтому название «углеводы» достаточно условно и не всегда соответствует химической структуре этих веществ.

Углеводы – это органические вещества, представляющие собой альдегиды или кетоны многоатомных спиртов.

Классификация углеводов

Углеводы

       
   
 

Моносахариды Олигосахариды Полисахариды

(триозы, тетрозы, (ди-три-тетра-сахариды) – гомополисахариды

пентозы, гексозы) – гетерополисахариды

Моносахариды

Моносахариды – это многоатомные алифатические спирты, которые содержат в своем составе альдегидную группу (альдозы) или кетогруппу (кетозы).

Моносахариды представляют собой твердые, кристаллические вещества, растворимые в воде и сладкие на вкус. В определенных условиях они легко окисляются, в результате чего альдегидоспирты превращаются в кислоты, а при восстановлении – в соответствующие спирты.

Химические свойства моносахаридов:

Ø Окисление до моно-, дикарбоновых и гликуроновых кислот;

Ø Восстановление до спиртов;

Ø Образование сложных эфиров;

Ø Образование гликозидов;

Ø Брожение: спиртовое, молочнокислое, лимоннокислое и маслянокислое.

Моносахариды, которые не могут быть гидролизованы на более простые сахара. Тип моносахарида зависит от длины уг­леводородной цепи. В зависимости от числа атомов углерода их подразделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы.

Триозы: глицериновый альдегид и диоксиацетон, они являются промежуточными продуктами распада глюкозы и участвуют в синтезе жиров.

Тетрозы: эритроза – активно участвует в процессах обмена веществ.

Пентозы: рибоза и дезоксирибоза – составные части нуклеиновых кислот, рибулеза и ксилулеза – промежуточные продукты окисления глюкозы.

Гексозы: они наиболее широко представлены в живот­ном и растительном мире и играют большую роль в обменных процессах. К ним относятся глюкоза, галактоза, фруктоза и др.

Глюкоза (виноградный сахар). Является основ­ным углеводом растений и животных. Важная роль глюкозы объясняется тем, что она является основным источником энергии, составляет основу многих олиго- и полисахаридов, участвует в поддержании осмоти­ческого давления. Транспорт глюкозы в клетки регулируется во многих тканях гормоном поджелудочной железы – инсулином. В клетке в ходе многостадийных химических реакций глюкоза превращаются в другие вещества (образующиеся при распаде глю­козы промежуточные продукты используются для синтеза аминокислот и жиров), которые в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды, при этом выделяется энергия, используемая организмом для обеспечения жизнедеятельности. По уровню глюкозы в крови обычно судят о состоянии углеводного обмена в организме. При снижении уровня глюкозы в крови или ее высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания (гипогликемическая кома). Скорость поступления глюкозы в ткани мозга и печени не зависит от инсулина и определяется только концентрацией ее в крови. Эти ткани называются инсулинонезависимыми. Без присутствия инсулина глюкоза не поступит в клетку и не будет использована в качестве топлива.

Галактоза. Пространственный изомер глюкозы, отличающийся расположением ОН-группы у четвер­того углеродного атома. Входит в состав лактозы, не­которых полисахаридов и гликолипидов. Галактоза может изомеризоваться в глюкозу (в печени, молоч­ной железе).

Фруктоза (плодовый сахар). В больших количест­вах находится в растениях, особенно в плодах. Много ее во фруктах, сахарной свекле, меде. Легко изомеризуется в глюкозу. Путь распада фруктозы более короткий и энергетически выгодный, чем глюкозы. 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 уровень сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара.

По химическому строению глюкоза и галактоза являются альдегидоспиртами, фруктоза — кетоноспиртом. Различия в структуре глюкозы и фруктозы характеризуют и различии и некоторых их свойствах. Глюкоза восстанавливает металлы из их окислов, фруктоза таким свойством не обладает. Фруктоза примерно в 2 раза медленнее всасывается из кишеч­ника по сравнению с глюкозой.

Олигосахариды

Олигосахариды имеют в своем составе два и более моносахарида. Они встречаются в клетках и биоло­гических жидкостях, как в свободном виде, так и в соединении с белками. Для организма имеют большое значение дисахариды: сахароза, мальтоза, лактоза и др. Эти углеводы выполняют энергетическую функ­цию. Предполагается, что, входя в состав клеток, они участвуют в процессе «узнавания» клеток.

Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар). Состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Она явля­ется растительным продуктом и важнейшим компонентом пищи, обладает наиболее сладким вкусом по сравнению с другими дисахаридами и глюкозой.

Содержание сахарозы в сахаре составляет 95%. 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, он не содержит других питательных веществ, таких как, например, витамины, минеральные соли.

Лактоза (молочный сахар) состоит из глюко­зы и галактозы, синтезируется в молочных железах в период лактации. В желудочно-кишечном тракте расщепляется под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Дефицит этого фермента наблюдается примерно у 40% взрослого населения. 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.

Мальтоза состоит из двух мо­лекул глюкозы и является основным структурным компонентом крахмала и гликогена.

Полисахариды

Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов. Они обладают гидрофильными свойствами и при раство­рении в воде образуют коллоидные растворы.

Полисахариды подразделяются на гомо- и гетерополисахариды.

Гомополисахариды. Имеют в составе моносахари­ды только одного вида. Так, крахмал и гликоген пост­роены только из молекул глюкозы, инулин — фрук­тозы. Гомополисахариды имеют весьма разветвлен­ную структуру и представляют собой смесь двух по­лимеров — амилозы и амилопектина. Амилоза состо­ит из 60—300 остатков глюкозы, соединенных в ли­нейную цепь при помощи кислородного мостика, образованного между первым углеродным атомом одной молекулы и четвертым углеродным атомом дру­гой (связь 1,4). Амилоза растворима в горячей воде и дает с йодом синее окрашивание

Амилопектин — разветвленный полимер, сос­тоящий как из неразветвленных цепей (связь 1,4), так и разветвленных, которые образуются за счет связей между первым углеродным атомом одной мо­лекулы глюкозы и шестым углеродным атомом дру­гой при помощи кислородного мостика (связь 1,6).

Представителями гомополисахаридов являются крахмал, клетчатка и гликоген.

Крахмал (полисахарид растений) – состоит из нескольких тысяч остатков глюкозы, 10-20% ко­торых представлено амилозой, а 80—90% амилопектином. Крахмал нерастворим в холодной воде, а в горячей образует коллоидный раствор, называемый в быту крахмальным клейстером. На долю крахмала 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) и до 70% – в рисовой).

Клетчатка, или целлюлоза,— самый распрост­раненный на земле углевод растений, образующий­ся в количестве примерно 50 кг на каждого жителя Земли. Клетчатка представляет собой линейный по­лисахарид, состоящий из 1000 и более остатков глю­козы. В организме клетчатка участвует в активации моторики желудка и кишечника, стимулирует выде­ление пищеварительных соков, создает ощущение сы­тости.

Гликоген (животный крахмал) является основ­ным запасным углеводом организма человека. Он состоит примерно из 30 000 остатков глюкозы, кото­рые образуют разветвленную структуру. В наиболее значительном количестве гликоген накап­ливается в печени и мышечной ткани, в том числе в мышце сердца. Функция мышечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозы, используемой в энергетических процессах в самой мышце. Гликоген печени используется для поддержания физиологических концентраций глюкозы в крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи. Через 12-18 ч после приема пищи запас гликогена в печени почти полностью истощается. Содержание мышечного гликогена заметно снижается только после продолжительной и напряженной физической работы. При недостатке глюкозы он быстро расщепляется и восстанавливает ее нормальный уровень в крови. В клетках гликоген связан с белком цитоплазмы и частично — с внутриклеточными мем­бранами.

Гетерополисахариды (гликозамингликаны или мукополисахариды) (приставка «муко» указывает, что они впервые были получены из муцина). Состоят из различного вида моносахаридов (глюкозы, галак­тозы) и их производных (аминосахаров, гексуроновых кислот). В их составе обнаружены и другие вещества: азотистые основания, органические кислоты и неко­торые другие.

Гликозамингликаны представляют собой желеподобные, липкие вещества. Они выполняют различные функции, в том числе структурную, защитную, регуляторную и др. Гликозамингликаны, например, сос­тавляют основную массу межклеточного вещества тканей, входят в состав кожи, хрящей, синовиальной жидкости, стекловидного тела глаза. В организме они встречаются в комплексе с белками (протеогликаны и гликопротсиды) и жирами (гликолипиды), в которых на долю полисахаридов приходится основ­ная часть молекулы (до 90% и более). Для орга­низма имеют значение следующие из них.

Гиалуроновая кислота — основная часть межклеточного вещества, своего рода «биологический цемент», который соединяет клетки, заполняя все межклеточное пространство. Она также выполняет роль биологического фильтра, который задерживает микробы и препятствует их проникновению в клетку, участвует в обмене воды в организме.

Следует отметить, что гиалуроновая кислота рас­падается под действием специфического фермента гиалуронидазы. При этом нарушается структура меж­клеточного вещества, в его составе образуются «тре­щины», что приводит к увеличению его проницаемос­ти для воды и других веществ. Это имеет важное значение в процессе оплодотворения яйцеклетки сперматозоидами, которые богаты этим ферментом. Гиалуронидазу содержат также и некоторые бакте­рии, что существенно облегчает их проникновение в клетку.

Xондроитинсульфаты — хондроитинсерные кислоты, служат структурными компонентами хрящей, связок, клапанов сердца, пупочного канатика и др. Они способствуют отложению кальция в костях.

Гепарин образуется в тучных клетках, которые встречаются в легких, печени и других органах, и вы­деляется ими в кровь и межклеточную среду. В крови он связывается с белками и препятствует свертыва­нию крови, выполняя функцию антикоагулянта. Кроме того, гепарин обладает противовоспалитель­ным действием, влияет на обмен калия и натрия, вы­полняет антигипоксическую функцию.

Особую группу гликозамингликанов представляют соединения, имеющие в своем составе нейраминовые кислоты и производные углеводов. Соединения нейраминовой кислоты с уксусной называются опало­выми кислотами. Они обнаружены в клеточных оболочках, слюне и других биологических жидкостях.

Для диагностики ряда воспалительных заболеваний (ревматизма, туберкулеза и др.), при которых уровень сиаловых кислот повышен, производят определение их количества в крови.

углеводов | Определение, классификация и примеры

Классификация и номенклатура

Узнайте о структурах и использовании простых сахаров глюкоза, фруктоза и галактоза

Моносахариды играют важную роль в передаче энергии.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видеоролики к этой статье

Хотя для углеводов был разработан ряд схем классификации, разделение на четыре основные группы - моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды - является одним из наиболее распространенных. .Большинство моносахаридов или простых сахаров содержится в винограде, других фруктах и ​​меде. Хотя они могут содержать от трех до девяти атомов углерода, наиболее распространенные представители состоят из пяти или шести, соединенных вместе в цепочечную молекулу. Три самых важных простых сахара - глюкоза (также известная как декстроза, виноградный сахар и кукурузный сахар), фруктоза (фруктовый сахар) и галактоза - имеют одинаковую молекулярную формулу (C 6 H 1 2 O 6 ), но, поскольку их атомы имеют разное структурное расположение, сахара имеют разные характеристики; я.е., они являются изомерами.

Незначительные изменения структурной организации, обнаруживаемые живыми существами, влияют на биологическое значение изомерных соединений. Известно, например, что степень сладости различных сахаров различается в зависимости от расположения гидроксильных групп (OH), составляющих часть молекулярной структуры. Однако прямая корреляция, которая может существовать между вкусом и каким-либо конкретным структурным устройством, еще не установлена; то есть еще невозможно предсказать вкус сахара, зная его конкретное структурное расположение.Энергия химических связей глюкозы косвенно снабжает большинство живых организмов большей частью энергии, необходимой им для продолжения своей деятельности. Галактоза, которая редко встречается в виде простого сахара, обычно комбинируется с другими простыми сахарами с образованием более крупных молекул.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Две молекулы простого сахара, которые связаны друг с другом, образуют дисахарид или двойной сахар.Дисахарид сахароза или столовый сахар состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы; Наиболее известные источники сахарозы - сахарная свекла и тростниковый сахар. Молочный сахар или лактоза и мальтоза также являются дисахаридами. Прежде чем энергия дисахаридов может быть использована живыми существами, молекулы должны быть разбиты на соответствующие моносахариды. Олигосахариды, которые состоят из трех-шести моносахаридных единиц, довольно редко встречаются в природных источниках, хотя было идентифицировано несколько производных растений.

Кристаллы лактозы

Кристаллы лактозы показаны взвешенными в масле. Их отличная форма позволяет идентифицировать их в продуктах питания, исследуемых для исследования.

© Кайла Саслоу, любезно предоставлено Университетом Висконсин-Мэдисон

Полисахариды (этот термин означает множество сахаров) представляют собой большинство структурных и энергетических углеводов, встречающихся в природе. Большие молекулы, которые могут состоять из 10 000 связанных вместе моносахаридных единиц, полисахариды значительно различаются по размеру, сложности структуры и содержанию сахара; К настоящему времени идентифицировано несколько сотен различных типов.Целлюлоза, основной структурный компонент растений, представляет собой сложный полисахарид, состоящий из множества глюкозных единиц, связанных вместе; это наиболее распространенный полисахарид. Крахмал, содержащийся в растениях, и гликоген, обнаруженный у животных, также представляют собой сложные полисахариды глюкозы. Крахмал (от древнеанглийского слова stercan , что означает «застывать») содержится в основном в семенах, корнях и стеблях, где он хранится в качестве доступного источника энергии для растений. Растительный крахмал может быть переработан в такие продукты, как хлеб, или может потребляться напрямую - например, в картофеле.Гликоген, состоящий из разветвленных цепочек молекул глюкозы, образуется в печени и мышцах высших животных и хранится в качестве источника энергии.

композиция целлюлозы и глюкозы

Целлюлоза и глюкоза являются примерами углеводов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Окончание общей номенклатуры моносахаридов - -оза ; таким образом, термин пентоза ( pent = пять) используется для моносахаридов, содержащих пять атомов углерода, а гексоза ( hex = шесть) используется для тех, которые содержат шесть.Кроме того, поскольку моносахариды содержат химически реактивную группу, которая представляет собой либо альдегидную группу, либо кетогруппу, их часто называют альдопентозами, или кетопентозами, или альдогексозами, или кетогексозами. Альдегидная группа может находиться в положении 1 альдопентозы, а кетогруппа может находиться в другом положении (например, 2) внутри кетогексозы. Глюкоза представляет собой альдогексозу, то есть она содержит шесть атомов углерода, а химически реактивная группа представляет собой альдегидную группу.

.

Структурная биохимия / углеводы - Викиучебники, открытые книги для открытого мира

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Ищите Структурная биохимия / углеводы в одном из родственных проектов Викиучебника: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может быть еще не видна из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , за исключением первого символа; пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления здесь к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

углеводов - все, что вам нужно знать

ВВЕДЕНИЕ УГЛЕВОДОВ

Углеводы - это полигидроксиальдегиды или кетоны, основные макроэлементы и основные источники энергии.

состоит из углерода, водорода и кислорода.

Общая формула углеводов: C n (H 2 O) n .

Например, - C 6 (h3O) 6 = C 6 H 12 O 6

(n = 6) (Глюкоза)

Сахара, содержащие альдегидную группу, называются альдозами, а сахара, содержащие кетоновую группу, называются кетозами.

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Углеводы - основной источник энергии.

1 г углеводов обеспечивает 3,9 Ккал

.

Углеводы хранятся в нашем организме в виде гликогена.

Избыток углеводов превращается в жиры и хранится в жировых тканях.

Гликопротеины и гликолипиды являются компонентами клеточной мембраны и рецепторов.

Они являются компонентами нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).

Углеводы - структурная основа многих организмов. Например, - Целлюлоза в растениях и экзоскелете насекомых.

Рекомендуемая доза углеводов составляет 400 г / день.

КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ

Углеводы в целом были разделены на три группы -

.

1.) Моносахариды - Это простые сахара, состоящие из 3-7 атомов углерода.

НЕТ. АТОМОВ УГЛЕРОДА АЛДОЗЫ КЕТОС
TRIOSE (3-C) Глицеральдегид Дигидроксиацетон
ТЕТРОЗА (4-C) Эритроза Эритрулоза
ПЕНТОЗА (5-C) Рибоза Рибулоза
ГЕКСОЗА (6-C) Глюкоза Фруктоза
ГЕПТОЗ (7-C) Глюкогептоза Седогептоза

2.) Олигосахариды - это сложные сахара, которые состоят из 2–10 моносахаридов. Если олигосахарид состоит из двух моносахаридов, он называется дисахаридами, а тот, который состоит из трех моносахаридов, называется трисахаридами и так далее….

ДЕЗАХАРИДЫ НАЛИЧИЕ МОЛЕКУЛ
Мальтоза Глюкоза + глюкоза
Лактоза Глюкоза + галактоза
Сахароза Глюкоза + фруктоза

ТРИСАХАРИДЫ НАЛИЧИЕ МОЛЕКУЛ
Рафиноза Глюкоза + фруктоза + галактоза

ТЕТРАСАХАРИДЫ НАЛИЧИЕ МОЛЕКУЛ
Стахиоза Глюкоза + фруктоза + галактоза + галактоза

3.) Полисахариды - это сложные сахара, которые состоят из более чем 10 молекул моносахаридов. Если полисахариды состоят из моносахаридов одного типа, они называются гомополисахаридами, а если полисахариды состоят из разных моносахаридов, они называются гетерополисахаридами.

HOMO -
ПОЛИСАХАРИДЫ
HETRO -
ПОЛИСАХАРИДЫ
Крахмал Гиалуроновая кислота
Гликоген Хондратинсульфат
Целлюлоза Дерматансульфат
Хитин

ИЗОМЕРИЗМ УГЛЕВОДОВ

Изомеры - это соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но другую структурную формулу, и это явление известно как изомерия.

Изомеры бывают двух типов -

.
  • Структурные изомеры - Изомеры, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разную структуру, называются структурными изомерами.
  • Стереоизомеры - Соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу и структуру, но различающиеся только пространственной конфигурацией.

Энантиомеры - Они представляют собой не наложенные друг на друга зеркальные изображения.D- и L-изомеры являются зеркальным отображением друг друга. Когда гидроксильная группа присутствует на правой стороне, сахар является D-изомером, а если она находится на левой стороне, это L-изомер. Например, D-глицеральдегид и L-глицеральдегид.

⇒ Диастереомеры - Стереоизомеры, имеющие различную конфигурацию в двух или более стереоцентрах, не являются зеркальными отображениями друг друга, они называются диастереомерами.

⇒ Оптическая активность - Вещества, которые вращают плоскополяризованный свет вправо или влево, считаются оптически активными веществами, и это свойство известно как оптическая активность.Те соединения, которые вращают свет вправо, называются Правовращающим , а соединения, которые вращают плоско-поляризованный свет влево, известны как Лаево-вращающимся .

МОНОСАХАРИДНЫЕ СТРУКТУРЫ - ПРОЕКЦИОННАЯ ФОРМУЛА FISCHER или СТРУКТУРЫ ОТКРЫТОЙ ЦЕПИ

1.) АЛДОС

I.) СОЕДИНЕНИЕ 3-C

II.) СОЕДИНЕНИЕ 4-С

III.) 5-C СОЕДИНЕНИЯ

IV.) СОЕДИНЕНИЕ 6-C

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОВ

I.) Таутомеризация или енолизация

Таутомеризация или енолизация также известна как преобразование Лобри де Бруйн Альберта ван Экенштейна.

Это тип изомеризации, при котором глюкоза Фруктоза и манноза взаимно превращаются в слабощелочных растворах, таких как раствор гидроксида натрия, при низкой температуре.

II.) Восстанавливающее свойство углеводов

Углеводы могут быть восстанавливающими или невосстанавливающими, в зависимости от восстанавливающих свойств углеводов из-за свободного альдегида или кетонной группы аномерного углерода.

Гидроксиды металлов, такие как гидроксид меди, окисляют свободный альдегид или кетонную группу восстанавливающего сахара.

III.) Реакция окисления

Конечный спирт с концевым порядком альдегидной группы может быть окислен в присутствии окислителя.Например, окисление альдегидной группы приводит к образованию глюконовой кислоты, а окисление концевой гидроксильной группы приводит к образованию глюкуроновой кислоты.

IV.) Реакция восстановления

Альдегидная или карбонильная группа моносахаридов восстанавливается до соответствующих спиртов путем обработки их восстановителями, такими как амальгама натрия.

В.) Реакция дегидратации

, когда углеводы обрабатываются концентрированной серной кислотой, они подвергаются дегидратации с удалением 3 молекул воды, гексозы дают гидроксиметилфурфурол, а пентозы дают фурфурол при дегидратации

Фарфурол может конденсироваться с фенольными соединениями, такими как альфа-нафтол, с образованием цветного продукта (пурпурного кольца). Это химическая основа теста Молиша.

VI.) Образование (кристаллов) осазона

Когда моносахариды реагируют с фенилгидразином, это приводит к образованию осазонов.

Глюкоза, фруктоза и манноза дают игольчатые осазоны.

Мальтоза образует кристаллы типа подсолнечника, а лактоза образует ватные шарики в форме осазонов.

VII.) Образование сложных эфиров

Спиртовая группа моносахаридов может быть этерифицирована Этерификация углеводов фосфорной кислотой - обычная реакция в метаболизме углеводов, например, глюкозо-6-фосфат и глюкозо-1-фосфат образуются в результате этерификации глюкозы.

VIII.) Мутаротация

В водном растворе α- и β-аномеры моносахаридов превращаются друг в друга посредством процесса, называемого мута-вращением.

IX.) Образование гликозидов

Они образуются, когда гидроксильная группа аномерного углерода углеводов реагирует с гидроксильной группой другого углевода. Образованная таким образом Связь Альфа 1 → 4 или Бета 1 → 4 известна как гликозидная Связь.

Привет, я основатель и разработчик Paramedics World, блога, посвященного фельдшерам.Я техник в медицинской лаборатории, веб-разработчик и библиофил. Мое самое большое хобби - обучать и мотивировать других людей делать то, что они хотят делать в жизни.

.

Каковы основные функции углеводов?

С биологической точки зрения углеводы - это молекулы, которые содержат атомы углерода, водорода и кислорода в определенных соотношениях.

Но в мире питания это одна из самых противоречивых тем.

Некоторые считают, что употребление меньшего количества углеводов - это путь к оптимальному здоровью, в то время как другие предпочитают диеты с более высоким содержанием углеводов. Тем не менее, другие настаивают на умеренности.

Куда бы вы ни попали в этом споре, трудно отрицать, что углеводы играют важную роль в организме человека.В этой статье освещаются их основные функции.

Углеводы обеспечивают ваше тело энергией

Одна из основных функций углеводов - обеспечивать ваше тело энергией.

Большинство углеводов в продуктах, которые вы едите, перевариваются и расщепляются на глюкозу, прежде чем попасть в кровоток.

Глюкоза из крови попадает в клетки вашего тела и используется для производства топливной молекулы, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ), посредством ряда сложных процессов, известных как клеточное дыхание.Затем клетки могут использовать АТФ для выполнения различных метаболических задач.

Большинство клеток организма могут производить АТФ из нескольких источников, включая пищевые углеводы и жиры. Но если вы придерживаетесь диеты со смесью этих питательных веществ, большинство клеток вашего тела предпочтут использовать углеводы в качестве основного источника энергии (1).

Резюме Одна из основных функций углеводов
- обеспечивать ваше тело энергией.
ваших клеток превращает углеводы в топливную молекулу АТФ посредством процесса, называемого
клеточным дыханием.

Они также обеспечивают запасенную энергию

Если в вашем организме достаточно глюкозы для удовлетворения текущих потребностей, избыток глюкозы может быть сохранен для последующего использования.

Эта хранимая форма глюкозы называется гликогеном и в основном находится в печени и мышцах.

В печени содержится примерно 100 граммов гликогена. Эти запасенные молекулы глюкозы могут попадать в кровь, чтобы обеспечивать энергией весь организм и поддерживать нормальный уровень сахара в крови между приемами пищи.

В отличие от гликогена печени, гликоген в ваших мышцах может использоваться только мышечными клетками. Он жизненно важен для использования во время длительных тренировок высокой интенсивности. Содержание гликогена в мышцах варьируется от человека к человеку, но составляет примерно 500 граммов (2).

В обстоятельствах, когда у вас есть вся глюкоза, необходимая вашему организму, и ваши запасы гликогена полны, ваше тело может преобразовывать избыток углеводов в молекулы триглицеридов и хранить их в виде жира.

Резюме Ваше тело может
преобразовывать лишние углеводы в запасенную энергию в виде гликогена.
В печени и мышцах может храниться несколько сотен граммов.

Углеводы помогают сохранить мышцы

Накопление гликогена - лишь один из нескольких способов, с помощью которых ваше тело обеспечивает достаточное количество глюкозы для всех своих функций.

Когда глюкоза из углеводов отсутствует, мышцы также могут расщепляться на аминокислоты и превращаться в глюкозу или другие соединения для выработки энергии.

Очевидно, это не идеальный сценарий, поскольку мышечные клетки имеют решающее значение для движения тела.Сильная потеря мышечной массы связана с плохим здоровьем и повышенным риском смерти (3).

Тем не менее, это один из способов, которым организм обеспечивает мозг достаточным количеством энергии, которому требуется глюкоза для получения энергии даже в периоды длительного голодания.

Употребление хотя бы некоторого количества углеводов - один из способов предотвратить потерю мышечной массы, связанную с голоданием. Эти углеводы уменьшат разрушение мышц и обеспечат глюкозу энергией для мозга (4).

Другие способы, с помощью которых организм может сохранить мышечную массу без углеводов, будут рассмотрены позже в этой статье.

Резюме В периоды голодания
, когда углеводы недоступны, организм может преобразовывать аминокислоты
из мышц в глюкозу, чтобы обеспечить мозг энергией. В этом случае потребление не менее
углеводов может предотвратить разрушение мышц.

Они способствуют здоровью пищеварительной системы

В отличие от сахаров и крахмалов, пищевые волокна не расщепляются на глюкозу.

Вместо этого, этот тип углеводов проходит через организм в непереваренном виде.Его можно разделить на два основных типа клетчатки: растворимую и нерастворимую.

Растворимая клетчатка содержится в овсе, бобовых, а также во внутренней части фруктов и некоторых овощей. Проходя через тело, он втягивает воду и образует гелеобразное вещество. Это увеличивает объем стула и смягчает его, чтобы облегчить опорожнение кишечника.

В обзоре четырех контролируемых исследований было обнаружено, что растворимая клетчатка улучшает консистенцию стула и увеличивает частоту испражнений у людей с запорами.Кроме того, он уменьшал напряжение и боль, связанные с дефекацией (5).

С другой стороны, нерастворимая клетчатка помогает облегчить запор, увеличивая объем стула и заставляя его двигаться по пищеварительному тракту немного быстрее. Этот тип клетчатки содержится в цельнозерновых продуктах, кожуре и семенах фруктов и овощей.

Получение достаточного количества нерастворимой клетчатки также может защитить от болезней пищеварительного тракта.

Одно обсервационное исследование с участием более 40 000 мужчин показало, что более высокое потребление нерастворимой клетчатки было связано с 37% снижением риска дивертикулярной болезни, заболевания, при котором в кишечнике развиваются мешочки (6).

Резюме Клетчатка - это тип углеводов
, который способствует хорошему пищеварению, уменьшая запоры, а
снижает риск заболеваний пищеварительного тракта.

Они влияют на здоровье сердца и диабет

Безусловно, чрезмерное употребление рафинированных углеводов вредит сердцу и может повысить риск диабета.

Однако употребление большого количества пищевых волокон может принести пользу сердцу и уровню сахара в крови (7, 8, 9).

По мере того как вязкая растворимая клетчатка проходит через тонкий кишечник, она связывается с желчными кислотами и предотвращает их реабсорбцию. Чтобы вырабатывать больше желчных кислот, печень использует холестерин, который в противном случае был бы в крови.

Контролируемые исследования показывают, что ежедневный прием 10,2 грамма добавки с растворимой клетчаткой под названием псиллиум может снизить «плохой» холестерин ЛПНП на 7% (10).

Кроме того, обзор 22 обсервационных исследований подсчитал, что риск сердечных заболеваний был на 9% ниже на каждые дополнительные 7 граммов пищевых волокон, потребляемых людьми в день (11).

Кроме того, клетчатка не повышает уровень сахара в крови, как другие углеводы. Фактически, растворимая клетчатка помогает замедлить всасывание углеводов в пищеварительном тракте. Это может привести к снижению уровня сахара в крови после еды (12).

Обзор 35 исследований показал значительное снижение уровня сахара в крови натощак, когда участники ежедневно принимали добавки с растворимой клетчаткой. Это также снизило их уровень A1c, молекулы, которая указывает средний уровень сахара в крови за последние три месяца (13).

Хотя клетчатка снижает уровень сахара в крови у людей с преддиабетом, она наиболее сильна у людей с диабетом 2 типа (13).

Резюме Избыток рафинированных
углеводов может увеличить риск сердечных заболеваний и диабета. Клетчатка - это тип углеводов
, который связан со снижением уровня
«плохого» холестерина ЛПНП, снижением риска сердечных заболеваний и усилением гликемического контроля.

Нужны ли углеводы для этих функций?

Как видите, углеводы играют роль в нескольких важных процессах.Однако у вашего тела есть альтернативные способы выполнять многие из этих задач без углеводов.

Почти каждая клетка вашего тела может генерировать топливную молекулу АТФ из жира. Фактически, самая большая форма запасенной энергии в организме - это не гликоген, а молекулы триглицеридов, хранящиеся в жировой ткани.

В большинстве случаев мозг использует почти исключительно глюкозу в качестве топлива. Однако во время длительного голодания или диет с очень низким содержанием углеводов мозг переключает свой основной источник топлива с глюкозы на кетоновые тела, также известные как кетоны.

Кетоны - это молекулы, образующиеся при расщеплении жирных кислот. Ваше тело вырабатывает их, когда углеводы недоступны для обеспечения вашего тела энергией, необходимой для его функционирования.

Кетоз возникает, когда организм вырабатывает большое количество кетонов, которые используются для получения энергии. Это состояние не обязательно вредно и сильно отличается от осложнения неконтролируемого диабета, известного как кетоацидоз.

Однако, несмотря на то, что кетоны являются основным источником топлива для мозга во время голодания, мозгу по-прежнему требуется около одной трети своей энергии, которая поступает из глюкозы через распад мышц и других источников в организме (14).

Используя кетоны вместо глюкозы, мозг заметно сокращает количество мышц, которые необходимо расщепить и преобразовать в глюкозу для получения энергии. Этот сдвиг - жизненно важный метод выживания, который позволяет людям жить без еды в течение нескольких недель.

Резюме В организме есть
альтернативных способов обеспечения энергией и сохранения мышц во время голодания или
диет с очень низким содержанием углеводов.

Углеводы выполняют несколько ключевых функций в организме.

Они дают вам энергию для повседневных задач и являются основным источником энергии для вашего мозга.

Клетчатка - это особый тип углеводов, который способствует хорошему пищеварению и может снизить риск сердечных заболеваний и диабета.

В целом углеводы выполняют эти функции у большинства людей. Однако, если вы придерживаетесь низкоуглеводной диеты или еды недостаточно, ваше тело будет использовать альтернативные методы для выработки энергии и подпитки вашего мозга.

.

Функции углеводов в организме

Последнее обновление: 14 января 2020 г.

В этой части нашего обзора углеводов мы объясняем различные типы и основные функции углеводов, включая сахара. Чтобы узнать, как потребление углеводов связано со здоровьем, обратитесь к статье «Полезны ли углеводы для вас?».

1. Введение

Наряду с жирами и белками, углеводы являются одним из трех макроэлементов в нашем рационе, основная функция которых - обеспечивать организм энергией.Они встречаются во многих различных формах, таких как сахар и пищевые волокна, а также во многих различных продуктах, таких как цельное зерно, фрукты и овощи. В этой статье мы исследуем разнообразие углеводов, содержащихся в нашем рационе, и их функции.

2. Что такое углеводы?

В основном углеводы состоят из строительных блоков сахаров, и их можно классифицировать в зависимости от того, сколько сахарных единиц объединено в их молекуле. Глюкоза, фруктоза и галактоза являются примерами однокомпонентных сахаров, также известных как моносахариды.Двухкомпонентные сахара называются дисахаридами, среди которых наиболее широко известны сахароза (столовый сахар) и лактоза (молочный сахар). Моносахариды и дисахариды обычно называют простыми углеводами. Длинноцепочечные молекулы, такие как крахмалы и пищевые волокна, известны как сложные углеводы. На самом деле, однако, есть более явные различия. В таблице 1 представлен обзор основных типов углеводов в нашем рационе.

Таблица 1. Примеры углеводов, основанные на различных классификациях.

КЛАСС

ПРИМЕРЫ

Моносахариды

Глюкоза, фруктоза, галактоза

Дисахариды

Сахароза, лактоза, мальтоза

Олигосахариды

Фруктоолигосахариды, мальтоолигосахариды

Полиолы

Изомальт, мальтит, сорбит, ксилит, эритрит

Полисахариды крахмала

Амилоза, амилопектин, мальтодекстрины

Некрахмальные полисахариды
(пищевые волокна)

Целлюлоза, пектины, гемицеллюлозы, камеди, инулин

Углеводы также известны под следующими названиями, которые обычно относятся к определенным группам углеводов 1 :

  • сахара
  • простых и сложных углеводов
  • устойчивый крахмал
  • пищевые волокна
  • пребиотики
  • собственных и добавленных сахаров

Различные названия образованы из-за того, что углеводы классифицируются в зависимости от их химической структуры, а также в зависимости от их роли или источника в нашем рационе.Даже ведущие органы здравоохранения не имеют согласованных общих определений для различных групп углеводов 2 .

3. Виды углеводов

3.1. Моносахариды, дисахариды и полиолы

Простые углеводы, содержащие одну или две единицы сахара, также известны как сахара. Примеры:

  • Глюкоза и фруктоза: моносахариды, которые содержатся во фруктах, овощах, меде, а также в пищевых продуктах, таких как глюкозно-фруктозные сиропы
  • Столовый сахар или сахароза представляет собой дисахарид глюкозы и фруктозы и в природе встречается в сахарной свекле, сахарном тростнике и фруктах
  • Лактоза, дисахарид, состоящий из глюкозы и галактозы, является основным углеводом молока и молочных продуктов
  • Мальтоза представляет собой дисахарид глюкозы, содержащийся в сиропах из солода и крахмала

Моносахаридные и дисахаридные сахара, как правило, добавляются в пищевые продукты производителями, поварами и потребителями и называются «добавленными сахарами».Они также могут присутствовать в виде «свободных сахаров», которые естественным образом содержатся в меде и фруктовых соках.

Полиолы, или так называемые сахарные спирты, тоже сладкие и могут использоваться в пищевых продуктах так же, как и сахар, но имеют более низкую калорийность по сравнению с обычным столовым сахаром (см. Ниже). Они действительно встречаются в природе, но большинство используемых нами полиолов получают путем превращения сахаров. Сорбитол является наиболее часто используемым полиолом в продуктах питания и напитках, в то время как ксилит часто используется в жевательных резинках и мятных конфетах. Изомальт - это полиол, производимый из сахарозы, часто используемый в кондитерских изделиях.Полиолы могут оказывать слабительное действие при употреблении в пищу в слишком больших количествах.

Если вы хотите узнать больше о сахарах в целом, прочтите нашу статью «Сахара: ответы на общие вопросы», статью «Решение общих вопросов о подсластителях» или изучите возможности и трудности замены сахара в выпечке и полуфабрикатах ( «Сахар с точки зрения пищевых технологий»).

3.2. Олигосахариды

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определяет олигосахариды как углеводы с 3-9 сахарными единицами, хотя другие определения допускают немного более длинные цепи.Наиболее известны олигофруктаны (или, в собственном научном смысле, фруктоолигосахариды), которые содержат до 9 единиц фруктозы и естественным образом встречаются в овощах с низкой сладостью, таких как артишоки и лук. Рафиноза и стахиоза - два других примера олигосахаридов, которые содержатся в некоторых бобовых, зернах, овощах и меде. Большинство олигосахаридов не расщепляются на моносахариды пищеварительными ферментами человека и вместо этого используются микробиотой кишечника (дополнительную информацию см. В нашем материале о пищевых волокнах).

3.3. Полисахариды

Десять или более, а иногда даже несколько тысяч сахарных единиц необходимы для образования полисахаридов, которые обычно делятся на два типа:

  • Крахмал, который является основным запасом энергии в корнеплодах, таких как лук, морковь, картофель и цельнозерновые продукты. Он имеет цепи глюкозы разной длины, более или менее разветвленные, и встречается в гранулах, размер и форма которых различаются между растениями, которые их содержат. Соответствующий полисахарид у животных называется гликогеном.Некоторые крахмалы могут перевариваться только микробиотой кишечника, а не механизмами нашего собственного тела: они известны как устойчивые крахмалы.
  • Некрахмальные полисахариды, которые входят в группу пищевых волокон (хотя некоторые олигосахариды, такие как инулин, также считаются диетическими волокнами). Примерами являются целлюлоза, гемицеллюлозы, пектины и камеди. Основными источниками этих полисахаридов являются овощи и фрукты, а также цельнозерновые продукты. Отличительной чертой некрахмальных полисахаридов и фактически всех пищевых волокон является то, что люди не могут их переваривать; следовательно, их среднее содержание энергии ниже по сравнению с большинством других углеводов.Однако некоторые типы клетчатки могут метаболизироваться кишечными бактериями, в результате чего образуются полезные для нашего организма соединения, такие как короткоцепочечные жирные кислоты. Узнайте больше о пищевых волокнах и их важности для нашего здоровья в нашей статье о «цельнозерновых» и «диетических волокнах».

Далее мы будем иметь в виду «сахара», когда говорим о моно- и дисахаридах, и «волокна», когда говорим о некрахмальных полисахаридах.

4. Функции углеводов в нашем организме

Углеводы - важная часть нашего рациона.Что наиболее важно, они обеспечивают энергией самые очевидные функции нашего тела, такие как движение или мышление, но также и «фоновые» функции, которые большую часть времени мы даже не замечаем. 1 . Во время пищеварения углеводы, состоящие из более чем одного сахара, расщепляются на моносахариды пищеварительными ферментами, а затем непосредственно всасываются, вызывая гликемический ответ (см. Ниже). Организм напрямую использует глюкозу в качестве источника энергии в мышцах, мозговых и других клетках.Некоторые углеводы не могут быть расщеплены, и они либо ферментируются кишечными бактериями, либо проходят через кишечник без изменений. Интересно, что углеводы также играют важную роль в структуре и функциях наших клеток, тканей и органов.

4.1. Углеводы как источник энергии и их хранение

Углеводы, расщепленные в основном на глюкозу, являются предпочтительным источником энергии для нашего тела, поскольку клетки нашего мозга, мышц и всех других тканей напрямую используют моносахариды для удовлетворения своих энергетических потребностей.В зависимости от вида один грамм углеводов обеспечивает разное количество энергии:

  • Крахмал и сахар являются основными углеводами, обеспечивающими энергию, и обеспечивают 4 килокалории (17 килоджоулей) на грамм
  • Полиолы содержат 2,4 килокалории (10 килоджоулей) (эритритол вообще не усваивается, и, следовательно, дает 0 калорий)
  • Пищевые волокна 2 килокалории (8 килоджоулей)

Моносахариды непосредственно абсорбируются тонким кишечником в кровоток, откуда они транспортируются к нуждающимся клеткам.Некоторые гормоны, в том числе инсулин и глюкагон, также являются частью пищеварительной системы. Они поддерживают уровень сахара в крови, удаляя или добавляя глюкозу в кровоток по мере необходимости.

Если не использовать напрямую, организм превращает глюкозу в гликоген, полисахарид, подобный крахмалу, который хранится в печени и мышцах в качестве легкодоступного источника энергии. Когда это необходимо, например, между приемами пищи, ночью, во время подъемов физической активности или во время коротких периодов голодания, наш организм превращает гликоген обратно в глюкозу, чтобы поддерживать постоянный уровень сахара в крови.

Мозг и красные кровяные тельца особенно зависят от глюкозы как источника энергии и могут использовать другие формы энергии из жиров в экстремальных условиях, например, в очень длительные периоды голодания. Именно по этой причине уровень глюкозы в крови должен постоянно поддерживаться на оптимальном уровне. Примерно 130 г глюкозы необходимо в день только для покрытия энергетических потребностей мозга взрослого человека.

4.2. Гликемический ответ и гликемический индекс

Когда мы едим пищу, содержащую углеводы, уровень глюкозы в крови повышается, а затем понижается, и этот процесс известен как гликемический ответ.Он отражает скорость переваривания и всасывания глюкозы, а также влияние инсулина на нормализацию уровня глюкозы в крови. На скорость и продолжительность гликемического ответа влияет ряд факторов:

  • Сама еда:
    • Тип сахара (ов), образующих углевод; например фруктоза имеет более низкий гликемический ответ, чем глюкоза, а сахароза имеет более низкий гликемический ответ, чем мальтоза
    • Строение молекулы; например крахмал с большим количеством ветвей легче расщепляется ферментами и, следовательно, легче усваивается, чем другие
    • Используемые методы приготовления и обработки
    • Количество других питательных веществ в пище, таких как жир, белок и клетчатка
  • (метаболические) обстоятельства у каждого человека:
    • Степень жевания (механическое нарушение)
    • Скорость опорожнения желудка
    • Время прохождения через тонкий кишечник (частично зависит от пищи)
    • Сам метаболизм
    • Время приема пищи

Влияние различных пищевых продуктов (а также технологии обработки пищевых продуктов) на гликемический ответ классифицируется относительно стандарта, обычно белого хлеба или глюкозы, в течение двух часов после еды.Это измерение называется гликемическим индексом (GI). ГИ 70 означает, что еда или питье вызывают 70% ответа на глюкозу в крови, который можно было бы наблюдать с таким же количеством углеводов из чистой глюкозы или белого хлеба; однако большую часть времени углеводы едят как смесь вместе с белками и жирами, которые влияют на ГИ.

Продукты с высоким ГИ вызывают большую реакцию глюкозы в крови, чем продукты с низким ГИ. В то же время продукты с низким ГИ перевариваются и усваиваются медленнее, чем продукты с высоким ГИ.В научном сообществе ведется много дискуссий, но в настоящее время недостаточно данных, чтобы предположить, что диета, основанная на продуктах с низким ГИ, связана со сниженным риском развития метаболических заболеваний, таких как ожирение и диабет 2 типа.

ГЛИКЕМИЧЕСКИЙ ИНДЕКС НЕКОТОРЫХ ОБЫЧНЫХ ПРОДУКТОВ (с использованием глюкозы в качестве стандарта)

Продукты с очень низким ГИ (≤ 40)

Сырое яблоко
Чечевица
Соевые бобы
Фасоль
Коровье молоко
Морковь (вареная)
Ячмень

Продукты с низким ГИ (41-55)

Лапша и макаронные изделия
Яблочный сок
Сырые апельсины / апельсиновый сок
Финики
Сырой банан
Йогурт (фрукты)
Цельнозерновой хлеб
Клубничное варенье
Сладкая кукуруза
Шоколад

Продукты питания с промежуточным ГИ (56-70)

Коричневый рис
Овсяные хлопья
Безалкогольные напитки
Ананас
Мед
Хлеб на закваске

Продукты с высоким ГИ (> 70)

Белый и непросеянный хлеб
Вареный картофель
Кукурузные хлопья
Картофель фри
Картофельное пюре
Белый рис
Рисовые крекеры

4.3. Функция кишечника и пищевые волокна

Хотя наш тонкий кишечник не может переваривать пищевые волокна, клетчатка помогает обеспечить хорошее функционирование кишечника за счет увеличения физического объема кишечника и, таким образом, стимулирования кишечного транзита. Когда неперевариваемые углеводы попадают в толстый кишечник, некоторые типы клетчатки, такие как камеди, пектины и олигосахариды, расщепляются микрофлорой кишечника. Это увеличивает общую массу кишечника и благотворно влияет на состав микрофлоры кишечника.Это также приводит к образованию продуктов жизнедеятельности бактерий, таких как жирные кислоты с короткой цепью, которые выделяются в толстой кишке и оказывают благотворное влияние на наше здоровье (дополнительную информацию см. В наших статьях о пищевых волокнах).

5. Резюме

Углеводы являются одним из трех макроэлементов в нашем рационе, и поэтому они необходимы для правильного функционирования организма. Они бывают разных форм, от сахара вместо крахмала до пищевых волокон, и присутствуют во многих продуктах, которые мы едим. Если вы хотите узнать больше о том, как они влияют на наше здоровье, прочитайте нашу статью «Углеводы полезны или вредны для вас?».

Список литературы

  1. Каммингс Дж. Х. и Стивен А. М. (2007). Терминология и классификация углеводов. Европейский журнал клинического питания 61: S5-S18.
  2. Портал знаний JRC Европейской комиссии, укрепление здоровья и профилактика заболеваний. Доступ 17 октября 2019 г.
    .

    Простые углеводы и сложные углеводы

    Обзор

    Углеводы являются одним из основных макроэлементов и одним из основных источников энергии вашего тела. Некоторые программы по снижению веса не рекомендуют есть их, но главное - найти правильные углеводы, а не избегать их полностью.

    Возможно, вы слышали, что сложные углеводы лучше, чем простые. Но на этикетках не всегда указано, является ли содержание углеводов простым или сложным.

    Понимание того, как эти продукты классифицируются и как они действуют в вашем организме, может помочь вам выбрать правильные углеводы.

    Углеводы - важные питательные вещества, содержащиеся во многих продуктах питания.

    Большинство из нас приравнивают углеводы к хлебу и макаронам, но вы также можете найти их в:

    Углеводы состоят из трех компонентов: клетчатки, крахмала и сахара.

    Клетчатка и крахмал - это сложные углеводы, а сахар - это простые углеводы. В зависимости от того, сколько каждого из них содержится в пище, определяется ее качество питательных веществ.

    Простые углеводы - это сахара. Хотя некоторые из них естественным образом содержатся в молоке, большинство простых углеводов в американском рационе добавляются в продукты.

    Общие простые углеводы, добавляемые в продукты, включают:

    Старайтесь избегать некоторых из наиболее распространенных рафинированных источников простых углеводов и ищите альтернативы, чтобы удовлетворить эту тягу к сладкому:

    1. Газированные напитки

    Сахарная газировка вредна для вашего здоровья. несколько путей. Вместо этого можно попробовать воду, приправленную лимоном.

    2. Выпечка

    Удовлетворите сладкоежек фруктами, а не выпечкой, полной простых углеводов и добавленных сахаров.

    3. Упакованное печенье

    Выпекайте собственные продукты, используя заменители, такие как яблочное пюре или подсластители, или ищите другие смеси, содержащие более сложные углеводы.

    4. Концентрат фруктового сока

    Простой способ избежать использования фруктового концентрата - внимательно изучить этикетки с пищевыми продуктами. Всегда выбирайте 100-процентный фруктовый сок или готовьте его дома.

    Попробуйте наш рецепт клубничного сока из киви.

    5. Сухие завтраки

    Сухие завтраки, как правило, содержат простые углеводы. Если вы просто не можете избавиться от этой привычки, ознакомьтесь с нашим кратким обзором хлопьев для завтрака, от лучших до худших для вашего здоровья.

    Сложные углеводы содержат больше питательных веществ, чем простые углеводы.В них больше клетчатки, и они медленнее перевариваются. Это также делает их более наполненными, а значит, они являются хорошим вариантом для контроля веса.

    Они также идеально подходят для людей с диабетом 2 типа, поскольку помогают контролировать скачки сахара в крови после еды.

    Клетчатка и крахмал - это два типа сложных углеводов. Клетчатка особенно важна, потому что она способствует регулярному кишечнику и помогает контролировать холестерин.

    Основными источниками пищевых волокон являются:

    • фрукты
    • овощи
    • орехи
    • бобы
    • цельнозерновые

    Крахмал также содержится в некоторых пищевых продуктах, таких как клетчатка.Разница в том, что некоторые продукты считаются более крахмалистыми, чем волокнистые, например, картофель.

    Другие продукты с высоким содержанием крахмала:

    • цельнозерновой хлеб
    • злаки
    • кукуруза
    • овес
    • горох
    • рис

    Сложные углеводы являются ключом к долгосрочному здоровью. Они облегчают поддержание здорового веса и могут даже помочь предотвратить диабет 2 типа и сердечно-сосудистые проблемы в будущем.

    Обязательно включайте в свой рацион следующие сложные углеводы:

    1.Цельные зерна

    Цельные зерна являются хорошим источником клетчатки, а также калия, магния и селена. Выбирайте менее обработанные цельнозерновые продукты, такие как киноа, гречка и цельнозерновые макароны.

    2. Фрукты, богатые клетчаткой

    Некоторые из них - яблоки, ягоды и бананы. Избегайте консервированных фруктов, поскольку они обычно содержат добавленный сироп.

    3. Овощи, богатые клетчаткой

    Ешьте больше всех овощей, включая брокколи, листовую зелень и морковь.

    4. Фасоль

    Помимо клетчатки, это хорошие источники фолиевой кислоты, железа и калия.

    Выбор правильных углеводов требует времени и практики. Проведя небольшое исследование и внимательно следя за этикетками питания, вы сможете начать делать более здоровый выбор, чтобы зарядить свое тело энергией и защитить его от долгосрочных осложнений.

    Что в карбюраторе?

    Углеводы состоят из клетчатки, крахмала и сахаров. Американская диабетическая ассоциация рекомендует получать от 25 до 35 граммов клетчатки в день.

    .

    Смотрите также

 
 
© 2020 Спортивный клуб "Канку". Все права защищены.