Характеристика и классификация углеводов, их роль в жизнедеятельности растений. Углеводы в растениях

Можно описать двумя глаголами: «запасать» и «расходовать». Чем моложе организм, тем больше процессы синтеза и запасания органических веществ будут преобладать над их расщеплением и расходованием. Объясняется это просто: чтобы расти и «строить» свой организм, нужно много пластического материала и, конечно же, энергии. Главным строительным веществом клетки является белок, а доминирующим соединением, дающим энергию - гликоген.

Он считается запасным углеводом, резервирующимся в клетках печени и скелетных мышц всех млекопитающих: как животных, так и человека. Изучению его свойств и будет посвящена эта работа.

Что и где мы запасаем

На уровне животной синтезируются и накапливаются в её структурных единицах - органеллах. Белки синтезируются в рибосомах, липиды и углеводы - в каналах гладкой эндоплазматической сети. В организме млекопитающих запасы органических веществ накапливаются в скелетных мышцах, печени, подкожной жировой клетчатке и сальнике. Запасным углеводом животных является гликоген, который синтезируется из глюкозы, содержащейся в крови.

Она образуется как продукт диссимиляции пищевых продуктов, в состав которых входит, прежде всего, растительный крахмал: хлеба, картофеля, риса. Эти вещества расщепляются в ротовой полости, желудке, а также в двенадцатиперстной кишке. Именно в ней происходит их основной распад. Образовавшаяся глюкоза всасывается в кровеносные капилляры ворсинок тонкого кишечника и затем разносится кровью в мышцы и печень, где и синтезируется запасной углевод животных и человека.

Что такое гликоген

Хотя в названии вещества присутствует часть слова «гликос», что в переводе с греческого означает «сладкий», оно почти не имеет вкуса. Скорее всего, такое название указывает на его принадлежность к классу сложных углеводов, содержащих остатки глюкозы, действительно сладкой на вкус. Гликоген имеет вид бесструктурного порошка белого цвета. Он гидрофильный и образует коллоидный раствор, похожий на молоко. Являясь запасным углеводом в животной клетке, полисахарид подвергается гидролизу в кислой среде в несколько этапов. Продуктами его взаимодействия с водой являются декстрины, далее - мальтоза и, наконец, глюкоза. Будучи полимером, гликоген имеет вид смеси разветвленных цепочечных молекул различной массы.

Биохимические свойства

Мы установили тот факт, что гликоген является запасным углеводом животной клетки. Резервные вещества такого типа претерпевают в цитоплазме гепатоцитов, лейкоцитов и миоцитов два взаимно противоположных процесса. Первый: диссимиляцию, приводящую к высвобождению молекул глюкозы и второй - ассимиляцию, которая переводит избыток глюкозы в запасной полимер - гликоген. Он аккумулируется в организме и является запасом энергии, используемой в процессе жизнедеятельности животного и человека.

Как синтезируется животный крахмал

Напомним, что, с химической точки зрения, он представляет собой высокомолекулярное соединение - полимер, мономерами которого являются остатки α-d глюкозы. Чтобы они связались между собой гликозидными связями, необходима активация, то есть «раскачивание» сигма-связей углеродного скелета гексозы. Это достигается в так называемой гексокиназной реакции. Запасной углевод животных синтезируется из глюкозо-6-фосфата. Это вещество - продукт гексокиназной реакции. Фермент, катализирующий вышеназванный механизм содержится в цитоплазме клеток почек, слизистого слоя тонкого кишечника и печени животных и человека.

Расщепление гликогена

Как мы уже выяснили ранее, запасным углеводом в животной клетке является крахмал - гликоген. Биохимическими исследованиями установлено, что его расщепление не может происходить без участия специфического фермента - фосфорилазы. Она работает в кислой среде в присутствии молекул неорганического фосфата. Сам фермент становится активным под воздействием гормона поджелудочной железы - глюкагона. Его присутствие в крови свидетельствует о том, что уровень глюкозы в ней низкий. Поэтому животный организм мобилизует ресурсы запасного углевода - гликогена и начинает его расщеплять, чтобы получить дополнительную порцию глюкозы.

Этот процесс называется гликогенолизом. Нейрофизиологами установлено, что гормоны стресса - адреналин и норадреналин, вырабатываемые надпочечниками, также провоцируют гликогенолиз.

Печень и её роль в обмене углеводов

В биологии эту самую крупную пищеварительную железу млекопитающих называют биохимической фабрикой. Действительно, в ней происходит очень много ферментативных реакций, обеспечивающих то есть метаболизм. Как уже известно, запасным углеводом в животной клетке является гликоген. Его распад быстро приводит к насыщению крови глюкозой - главным источником энергии для всех млекопитающих и человека.

Утраченный животный крахмал восполняется в их организмах путем приема крахмалистой пищи: картофеля, хлеба, риса. Все эти продукты подвергаются расщеплению в пищеварительном тракте, и полученная глюкоза поступает в кровь, а из нее - в клетки, особенно скелетных мышц и печени. В них происходит синтез животного крахмала под действием фермента - глюкопирофосфорилазы.

Какие процессы протекают в скелетных мышцах

Как и в печени, в миоцитах - мышечных клетках, накапливается животный крахмал. Так как масса мышц намного больше чем вес печени, то и содержание гликогена в них значительно выше. Во время физических нагрузок животный крахмал начинает расщепляться. Молочная кислота, образованная вследствие гликолиза, попадает в кровь и переносится в клетки печени и почек. В них из каждых двух молекул молочной кислоты синтезируется один моль глюкозы, которая затем переводится в резервный полисахарид. Реакция происходит с использованием энергии АТФ. Таким образом, запасным углеводом животной клетки является гликоген, аккумулируемый миоцитами, гепатоцитами, клетками коркового слоя почек, миокардом и клетками легких.

Роль ферментов в обмене животного крахмала

Как было установлено ранее, запасной углевод животных клеток называется гликогеном. В результате двух взаимно противоположных направлений в метаболизме: расщепления и синтеза, он также участвует в этих реакциях. Взаимное превращение глюкозы в гликоген и обратно возможно только при участии в этих реакциях сложной ферментативной системы. В неё входят катализаторы гликогеногенеза, такие как: фосфоглюкомутаза (превращает глюкозо-6-фосфат в глюкозо-1-фосфат) и УДФ- глюкопирофосфорилаза (обеспечивает необратимость синтеза гликогена). Реакции расщепления происходят в присутствии гликогенфосфорилазы и еще двух ферментов, последовательно отщепляющих боковые разветвления в цепях гликогена. Система всех вышеназванных ферментов действует только на обмен гликогена в гетеротрофной животной клетке, поэтому правильным ответом на тестовый вопрос: запасным углеводом в животной клетке является: 1.Крахмал, 2 Гликоген? - будет утверждение под номером 2.

Нарушения углеводного обмена и его последствия

Исходя из вышеприведённых фактов, нами было установлено, что запасным углеводом в животной клетке является гликоген. Нарушения его обмена могут быть вызваны двумя видами причин. Первый - погрешности в питании и образе жизни, второй - врождённые пороки в работе ферментативной системы организма. Совокупность ферментов, относящихся к ней, отвечает как за расщепление животного крахмала, так и за его образование из глюкозы, находящейся в крови. Поэтому патологии возникают как в реакциях так и энергетического. Они называются гликогенозами. Как было определено выше, запасным углеводом в животной клетке является гликоген, накапливающийся, прежде всего, в печени и скелетных мышцах. Отсюда и два вида синдромов: мышечной и печеночной этиологии. К первой группе относится болезнь Мак-Ардля. У больного не вырабатывается фермент фосфорилаза. Это приводит к появлению в моче хромопротеида - миоглобина, выделяющегося при тяжелой физической работе. Вследствие этого происходит разрушение мышечной ткани и появление судорожных состояний.

К печеночным синдромам относится Она встречается наиболее часто, начиная с младенческого возраста. У больных в клетках печени отсутствует фермент, переводящий продукт первичного расщепления гликогена в глюкозу, поэтому в крови больного наблюдается очень низкий уровень сахара (гипогликимия), а в моче появляется ацетон, вызывающий интоксикацию организма.

В данной статье нами были рассмотрены механизмы обмена животного крахмала - гликогена, протекающего в клетках млекопитающих и человека.

Углеводы - основные питательные и скелетные компоненты клеток и тканей растений. Они состоят из углерода, водорода и кислорода и составляют 75-80% сухих веществ растения. По химической природе углеводы являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов или продуктов их конденсации.

Углеводы делятся на три класса: 1) моносахариды, или монозы (простые сахара); 2) олигосахариды; 3) полисахариды, или полиозы. Классификация углеводов может быть представлена следующей схемой:

Моносахариды. К ним относятся: биозы (гликолевый альдегид

триозы С 3 Н 6 O 3 , тетрозы С 4 Н 8 O 4 , пентозы С 5 Н 10 O 5 , гексозы C 6 H 12 O 6 и гептозы C 7 H 14 O 7 . Из пентоз и их производных наиболее распространены арабиноза и ксилоза, рибулозо-дифосфат (акцептор СO 2 при фотосинтезе), рибоза и дезоксирибоза, которые входят в состав нуклеиновых кислот и нуклеотидов; из гексоз наиболее известны глюкоза и фруктоза. Пентозы и гексозы играют важную роль в жизни растений. Наиболее распространены в природе гексозы.

Моносахариды подразделяются на альдозы, в молекулу которых входит альдегидная группа

и кетозы, в молекуле которых содержится кетонная группа. (= С = О), Например, триозы делятся на альдотриозы и кето-триозы:

Триозы образуются при окислении трехатомного спирта, глицерина до глицеринового альдегида и диоксиацетона:

Триозы в форме фосфотриоз получаются также при распаде углеводов в тканях:

Гексозы подразделяются на альдогексозы НОСН 2 [СНОН] 4 СНО с четырьмя асимметричными атомами углерода (обозначены звездочками):

и кетогексозы НОСН 2 (СНОН) 3 СОСН 2 ОН с тремя асимметричными атомами углерода:

Из гептоз следует указать на седогептулозу, которая в виде фосфорного эфира играет важную роль при фотосинтезе и при распаде углеводов через пентозофосфатный цикл. Пентозы, гексозы и гептозы образуют циклические изомеры, например:

Глюкоза (виноградный сахар) как промежуточный продукт распада углеводов встречается в растениях в форме глюкозофосфорных соединений (кислот): глюкозо-1-фосфорная кислота, глюкозо-6-фосфорная кислота и глюкозо-1,6-дифосфориая кислота. Моносахариды манноза, арабиноза и ксилоза входят в состав различных сложных полисахаридов - растительных слизей и гемицеллюлоз.

При окислении моносахаридов с образованием карбоксила из первичной спиртовой группы образуются кислоты, которые называются уроновыми. Уроновые кислоты входят в состав пектиновых веществ (галактуроновая, глюкуроновая, маннуро-новая). Фруктоза, или плодовый сахар, встречается в нектаре цветков.

Олигосахариды. К классу олигосахаридов относятся углеводы, состоящие из небольшого количества моносахаридов. Основные из них сахароза, мальтоза, лактоза, рафиноза, стахиоза.

Сахароза (тростниковый сахар) - распространенный в природе дисахарид:

Она встречается в листьях, стеблях, корнях, клубнях, плодах растений. В корнях сахарной свеклы содержится до 27% сахарозы, в стеблях сахарного тростника - до 25%.

В разбавленных растворах кислот сахароза легко гидролизуется с образованием глюкозы и фруктозы:

Реакция гидролиза сахарозы катализируется ферментом сахаразой, или иивертазой. Глюкоза отклоняет плоскость поляризации вправо, а фруктоза - влево. Смесь глюкозы и фруктозы называется иивертным сахаром с обратной плоскостью поляризации.

Мальтоза, или солодовый сахар, расщепляется при гидролизе на две молекулы глюкозы. Целлобиоза образуется при гидролитическом расщеплении целлюлозы ферментом целлюлазой, встречается в свободном состоянии в соке некоторых растений. Целлобиоза, как и мальтоза, состоит из двух молекул глюкозы.

Трисахарид рафиноза C 18 H 32 O 16 находится в семенах хлопчатника, сахарной свеклы и в других растениях. При гидролизе образует галактозу, глюкозу и фруктозу.

В слабощелочных растворах моносахариды глюкоза, манноза и фруктоза могут взаимно превращаться: глюкоза в маннозу и фруктозу, фруктоза в глюкозу и маннозу. В растениях такое взаимопревращение происходит легко (под влиянием соответствующих ферментов).

Полисахариды . К данной группе углеводов относятся крахмал, клетчатка, гликоген, инулин, пектиновые вещества, агар-агар, гемицеллюлоза и др. Это высокомолекулярные вещества, состоящие из большого количества (сотен и тысяч) остатков моносахаридов. Полисахариды содержатся в растениях как основные запасные вещества. Клетчатка и пектиновые вещества являются опорным материалом для клетки и тканей растения.

Крахмал [(C 6 H 10 O)5)nH 2 O]m - типичный резервный полисахарид растений. Состоит из остатков глюкозы, откладывает-ся в виде зерен в клубнях, корнях и зернах злаков. Содержание крахмала в зернах пшеницы достигает 75%, кукурузы - 72, риса - 80, в клубнях картофеля - 12-24%. Крахмал состоит из двух полисахаридов - амилозы и амилопектина, различающихся по химическим и физическим свойствам. Обычно содержание амилозы в крахмале составляет 15-25%, амилопектина - 75-85%.

Под влиянием ферментов происходит постепенное гидролитическое расщепление крахмала с образованием декстринов, мальтозы и конечного продукта гидролиза - глюкозы.

Инулин (C 6 H 10 O 5)n, состоящий из остатков фруктозы, содержится в большом количестве в клубнях земляной груши, георгина, в корнях кок-сагыза. При гидролитическом расщеплении инулина образуется фруктоза.

Пектиновые вещества находятся в плодах (яблони, груши, цитрусовых, винограда), корнеплодах (свеклы, моркови) и соке растений. В основе строения пектиновых веществ лежит цепь остатков молекул α-галактуроновой кислоты, соединенных между собой 1,4-глюкозидными связями:

Пектиновые вещества встречаются в растениях вместе с галактанами и арабанами (пентозанами).

Гемицеллюлоза в значительных количествах встречается в одревесневших частях растений: стержнях початков кукурузы, соломе злаков (до 30%), а также в других частях растений вместе с целлюлозой.

При гидролизе гемицеллюлозы образуются D-галактоза, D-ксилоза, D-арабиноза, уроновые кислоты, D-манноза, D-глюкоза. В зависимости от преобладания в составе гемицеллюлоз тех или иных моносахаров они называются маннанами, галактанами или пентозанами (ксиланами и арабанами).

5 декабря 2016

Одним из защитных механизмов растений и животных от неблагоприятных условий стало накопление резервных питательных веществ. Весьма эффективный механизм в моменты недостаточного поступления извне питательных веществ.

Органическая жизнь на нашей планете имеет углеродную основу, что и предопределило «химию» органического мира.

«Химия» растений

Процесс эволюции данных организмов выделил ряд жизненно важных типов веществ, таких как белки, углеводы и жиры. Каждому из них отведена своя роль.

Белки (пептиды, полипептиды) в клетках растений образуют достаточно сложные комплексы, один из них - фотосинтетический.

Наряду с этим именно белок является носителем информации при делении клетки.

Жиры, или триглицериды - природные соединения глицерина и одноосновных жирных кислот. Роль жиров в клетках растений определена структурной и энергетической функцией.
Углеводы (сахара, сахариды) содержат карбонильную и гидроксильную группы. Основная роль веществ - энергетическая. Выделяют большое количество различных углеводов, как растворимых, так и нерастворимых в воде. В свою очередь химические особенности каждого углевода определяют его основную роль.

Крахмал - основной запасной углевод растений

Нерастворимые углеводы играют роль энергетического резерва растения. Основным запасным веществом - углеводом растений - является крахмал. По причине своей нерастворимости в воде он может сохраняться в клетке, не нарушая осмотический и химический баланс.

При необходимости запасной углевод растений - крахмал - подвергается гидролизу с образованием растворимых сахаров (глюкозы) и воды. Полученное соединение легкодоступно и расщепляется под действием ферментов на углекислый газ и воду, высвобождая необходимую энергию.

Видео по теме

Запасной углевод в клетках растений

Существует ряд других углеводов, выступающих в роли энергетического хранилища. Неосновным запасным веществом - углеводом растений - является инулин. Он перемещается по клеткам растения в растворимом виде.
Наибольшее количество этого соединения обнаружено в таких растениях, как георгин, топинамбур, чеснок и девясил. Как правило, максимальное количество содержится в клубнях и корнях растений.

В процессе гидролиза или ферментации вспомогательный запасной углевод растений полностью распадается на фруктозу. Входит в состав сахарозы, представляет собой простой сахарид.

Основной запасной углевод у растений - это крахмал. Однако существуют другие углеводы, кроме инулина, исполняющего роль хранилища энергии. К ним можно отнести большую часть сахароподобных веществ. К примеру, в корнеплодах свёклы откладывается дисахарид - сахароза (нам известен как сахар). В большинстве фруктов и овощей откладывается запасной углевод растений в виде сахарозы и фруктозы. Сладкий вкус - это признак наличия данных моно- или дисахарида.

Другие энергетические хранилища растений

В качестве запасного питательного вещества может выступать гемицеллюлоза. Обладает высокой схожестью с клетчаткой. Она нерастворима в воде. Под действием слабых кислот расщепляется на простые моносахара. Откладывается в оболочках зёрен многих злаковых. Твёрдость гемицеллюлозы очень высока, иногда её называют «растительная слоновая кость». Используется для изготовления пуговиц и в фармацевтике. В процессе прорастания семян гидролизуется с помощью ферментов в растворимые сахара и расходуется на питание зародыша.

Наличие запасных углеводов - условие выживания

Процесс образования и взаимопревращения углеводов в клетках растений является неотъемлемой частью сложного процесса обмена веществ внутри растительной клетки. Углеводы, способные играть роль энергетического хранилища, обеспечивают защиту от неблагоприятных условий.
В процессе прорастания семян и клубней обеспечивают необходимыми питательными веществами в период начальной фазы развития растений.

Клетка растительного организма - уникальная система. Количество работающих «механизмов» в ней сравнимо с одним миллионом легковых автомобилей. Это поистине сложная система, подобная целому заводу в миниатюре. Гениальность и точность природы во всех её проявлениях заслуживает великого восхищения.

Большой интерес представляют так называемые «запасные углеводы». Называются они так потому, что могут откладываться про запас и использоваться при неблагоприятных условиях. «Запасные углеводы» есть и животных. Чаще всего в их роли выступают полисахариды. У растений основным таким веществом является крахмал, а у животных - гликоген. Гликоген присутствует также у человека и грибов.

У растений подобные биологически активные соединения образуются и депонируются в основном в корневище, клубнях, корнях, луковицах и в нижних частях надземных побегов.

Крахмал - это углевод с большой молекулярной массой. Вначале он образуется в листьях в ходе растений. Там из него синтезируется глюкоза, а из нее фруктоза, которая и поступает в другие части растения и питает их. Вторичный крахмал образуется в основном в корнях.

Второй «запасной углевод» растений - это инулин. Он циркулирует в в растворенной форме. Инулином богаты такие растения, как георгин, девясил.

В зернах и злаковых присутствует еще один запасной питательный элемент - гемицеллюлоза. У животных же наибольшее значение имеет гликоген. Он может откладываться в печени и мышцах и расходоваться по мере необходимости.

Функции «запасных углеводов»

Углеводы - это основные источники энергии для растений и животных. Человек с углеводами должен получать 50-60% калорий от суточного рациона. Основными функциями углеводов являются: энергетическая, защитная и структурная.

Крахмал не растворяется в воде, поэтому он не изменяет осмотическое давление в клетке, не оказывает влияние на . При помощи простого гидролиза он может быть превращен в глюкозу.

Большое значение данный вопрос имеет для сельского хозяйства и . При выращивании сельскохозяйственных растений и цветов важно учитывать колебания содержания запасных питательных веществ, в том числе и углеводов.

В зимний период запасы углеводов снижаются, а перед зимовкой наоборот увеличиваются. Недостаток углеводов наблюдается и ранней весной. То же самое характерно и во время появления бутонов, развития стеблей растений. Поэтому очень важно в данный отрезок времени уделять сельскохозяйственным культурам особое внимание: бороться с сорняками, поливать, удобрять.

В силу этого можно с уверенностью сказать, что «запасные углеводы» являются незаменимыми веществами как для растений, так и для животных.

Видео по теме

Гликоген для организма – это источник питательной энергии на экстренный случай. Когда физическая нагрузка высока, из «гликогеновых депо», специальных структур в мышечных клетках, появляется гликоген и распадается на простейшую глюкозу, а она уже дает питание организму.

По-научному, гликоген - полисахарид, основанный на глюкозе. Это сложный углевод, который есть только у живых организмов, и нужен им, как энергетический резерв. Гликоген можно сравнить с батарейкой, которую организм использует в стрессовой ситуации для того, чтобы двигаться. А еще гликоген может быть заменой для жирных кислот, что очень важно для спортсменов.

Отличие жирной кислоты от гликогена в том, что последний - это чистый сахар, но пока организм не затребует его, он нейтрализован и не попадает в кровь. А жирная кислота сложнее, - она состоит из углеводов и транспортирующих белков, которые связывают глюкозу и уплотняют до состояния, в котором трудно будет ее расщепить. Жирная кислота нужна организму, чтобы увеличить энергетическую ценность жиров и снизить вероятность их случайного распада. Организм запасает жирную кислоту для острой нехватки калорий, а гликоген дает энергию даже при маленьком стрессе.

Количество гликогена в организме зависит от размера «гликогеновых депо». Если человек специально не занимается, этот размер у него будет маленьким. Спортсмены же умеют увеличивать «гликогеновые депо» с помощью тренировок, получая при этом:

• высокую выносливость;
• возросший объем мышечной ткани;
• заметные изменения веса в ходе тренировки.

Однако на силовые показатели спортсменов гликоген почти не влияет.

Зачем нужен гликоген?

Роль гликогена для организма зависит от того, откуда он синтезирован: из печени или из мышц.

Гликоген из печени нужен, чтобы поставлять глюкозу по всему телу - это не дает уровню сахара в крови колебаться. Если между завтраком и обедом человек активно занимается спортом, уровень глюкозы у него падает, появляется риск гипогликемии. Тогда гликоген в печени расщепляется, проникает в кровь и выравнивает глюкозный показатель. С помощью гликогена печень поддерживает уровень сахара в норме.

Гликоген из мышц нужен, чтобы поддерживать работу опорно-двигательной системы.

У людей, которые мало двигаются, глюкоза не накапливается в виде гликогена. Их «гликогеновые депо» полны, а запасы животного крахмала не успевают потратиться, и глюкоза копится в виде жиров под кожей. Поэтому пища, богатая углеводами, для человека малоподвижного - прямой путь к росту жировой прослойки.

У спортсменов ситуация другая:

• из-за нагрузок гликоген истощается быстро, до 80% за тренировку;
• из-за этого возникает «углеводное окно», когда организму срочно нужны быстрые углеводы, чтобы восстановиться;
• в «углеводное окно» спортсмен может есть сладкое или жирное - это ни на что не повлияет, потому что организм возьмет всю энергию из пищи, чтобы восстановить «гликогеновое депо»;
• мышцы спортсменов активно наполняются кровью, и их «гликогеновое депо» растягивается, а клетки, которые хранят гликоген, становятся больше.

Однако гликоген перестанет поступать в кровь, если пульс увеличиться до 80% от максимального ЧСС. Это приведет к недостатку кислорода, и тогда организм начнет стремительно окислять жирные кислоты. Такой процесс в спорте называют «сушкой».

Но похудеть, накапливая гликоген, нельзя. Наоборот, когда увеличиваются запасы гликогена, на 7-12% возрастет вес. Однако тело становится тяжелее только потому, что увеличиваются мышцы, а не жировая прослойка. И когда «гликогеновые депо» у человека большие, избыток калорий не превращается в жировую ткань. А это значит, что вероятность поправиться за счет жира минимальна.

Однако, именно гликоген объясняет скорый результат экспресс-диет для похудения. Эти диеты - безуглеводны, что вынуждает организм сильнее расходовать гликоген. Его в теле взрослого человека накапливается до 400 граммов, причем каждый грамм связывает 4 грамма воды. И когда организм теряет гликоген, то вместе с ним он избавляется и от воды, причем ее уйдет в 4 раза больше. А один литр воды - это 1 кг веса.

Но результат экспресс-диет длится недолго. Стоит человеку вернуться к привычной еде, которая содержит углеводы, запасы животного крахмала восполнятся. А с ними вернется и потерянная во время диеты вода.

Как превратить углеводы в гликоген?

Синтезом гликогена руководят гормоны и нервная система, не только тренировки. В мышцах процесс запускает адреналин, в печени - глюкогаон, гормон поджелудочной железы, который вырабатывается, когда человек голодает. За создание «запасных» углеводов отвечает инсулин.

Действие инсулина и глюкогаона зависит от пищи. Если организм насыщен, быстрые углеводы превратятся в жировую ткань, а медленные же станут энергией, не попадая в гликогеновые цепочки.

Чтобы узнать, как распределится пища, надо:

1. Учесть гликемический индекс. При высоком показателе сахар в крови растет, и организм превращает его в жиры. При низком постепенно повышается уровень глюкозы, она расщепляется. И только при среднем показателе, от 30 до 60, сахар становится гликогеном.
2. Учесть гликемическую нагрузку: чем она ниже, тем больше шанс, что углевод превратится в гликоген.
3. Знать тип углеводов. Есть углеводы с высоким гликемическим индексом, но они легко расщепляются на простые моносахариды. Например, мальтодекстрин: он не участвует в пищеварительном процессе и сразу попадает в печень, где организму проще расщепить его на гликоген, чем превращать в глюкозу.

Станет ли еда гликогеном или жировой кислотой зависит и от того, сколько глюкозы получится при расщеплении. Очень медленный углевод, например, не превратится ни в гликоген, ни в жировую кислоту.

Гликоген и болезни

Болезни возникают в двух случаях: когда гликоген не расщепляется, и когда он не синтезируется.

Когда гликоген не расщепляется, он начинает накапливаться в клетках всех тканей и органов. Последствия серьезные: нарушения работы тонкого кишечника, проблемы с дыханием, судороги, увеличение сердца, почек, печени, гликемическая кома - и это далеко не все. Болезнь называется гликогенез, она врожденная, и появляется из-за неправильной работы ферментов, которые нужны для расщепления гликогена.

Когда гликоген не синтезируется, врачи диагностируют агликогенез - заболевание, которое возникает, потому что в организме вообще нет фермента, расщепляющего гликоген. При этом у человека очень низкое содержание глюкозы, судороги и резкая гипогликемия. Болезнь наследственная, определяют ее с помощью биопсии печени.

Излишек или дефицит: как узнать?

Если гликогена в организме слишком много, у людей увеличивается вес, сгущается кровь, появляются проблемы с тонким кишечником, нарушается работа печени. Группа риска - люди с дисфункцией печени, с недостатком ферментов и те, кто сидит на диете с высоким содержанием глюкозы. Им нужно больше физических нагрузок и стоит снизить количество пищи, богатой гликогеном.

Если гликогена недостаточно, это сказывается на психике: возникают апатии, более или менее сильные депрессивные состояния, ухудшается память. У такого человека ослабнет иммунитет, пострадают кожа и волосы.

В сутки людям нужно получать от 100 граммов гликогена или больше. А если человек занимается спортом, практикует «голодные» диеты и его умственная нагрузка часто высока, дозу необходимо повышать.

Чтобы эффективно функционировать в самых разных условиях, человеческому организму требуется энергетический резерв. Эту функцию выполняет в том числе и гликоген. Это соединение относится к сложным углеводам. Гликоген встречается только в организмах человека и животных.

Что такое гликоген

Гликоген представляет собой комплексный углевод. Он образуется из поступающей в организм с пищей глюкозы в процессе гликогенеза. С точки зрения химии это - коллоидальный полисахарид с разветвленной цепью, состоящей из остатков глюкозы.

С точки зрения структуры гликоген - это сотни связанных между собой особым образом молекул глюкозы. Иногда гликоген именуют «животным крахмалом», ведь он встречается исключительно в организмах живых существ.

Функция гликогена состоит в том, чтобы быть резервом глюкозы для организма.

Как происходит синтез этого углевода? В момент приема пищи углеводы (например, лактоза, сахароза, мальтоза, крахмал) расщепляются под воздействием особого фермента на небольшие молекулы. После этого в пределах тонкого кишечника сахароза и панкреатическая амилаза участвуют в гидролизе остатков углеводов до моносахаридов. Одна часть освобожденной глюкозы поступает в кровоток и направляется в печень. Другая часть переходит в клетки иных органов.

В мышечных клетках идет распад моносахарида глюкозы (гликолиз). В этом процессе обычно участвует кислород. Происходит синтез молекул АТФ, которые представляют собой источник универсальной энергии для любых живых организмов. Однако далеко не вся глюкоза, что вводится в организм с пищей, идет на синтез АТФ. Некоторая ее часть запасается в виде гликогена. В процессе гликогенеза происходит полимеризация - последовательное подсоединение мономеров глюкозы друг к другу. Под воздействием особых ферментов формируется разветвленная полисахаридная цепь.

Полученный гликоген хранится в цитоплазме некоторых клеток организма в виде гранул. Больше всего гликогена запасается в мышечной ткани и печени. При этом мышечный гликоген становится ценным источником глюкозы для самих мышц. А гликоген, который содержится в печени, позволяет поддерживать правильную концентрацию глюкозы в крови.

Печень представляет собой второй по размеру орган тела после кожи. Эта железа очень тяжелая - вес печени доходит у взрослого человека до полутора килограммов. Одна из важных функций этого органа - поддержание углеводного обмена. Будучи своего рода фильтром, печень участвует в поддержании нужного уровня глюкозы в крови. Она - своего рода буфер глюкозы. Печень с ее регуляторной функцией крайне необходима организму.

Некоторый запас гликогена содержится:

• в клетках сердца;
• в нервных клетках;
• в соединительной ткани;
• в эпителии;
• в слизистой оболочке матки;
• в тканях эмбрионального типа.

Для чего организму нужен гликоген

Гликоген - это энергетический резерв организма. Когда возникает острая необходимость, организм быстро может получить из гликогена глюкозу. Происходит это следующим образом. Гликоген распадается в промежутках между отдельными приемами пищи. Его распад также сильно ускоряется при серьезной физической нагрузке. Такой процесс идет посредством отщепления глюкозных остатков при воздействии на них специальных ферментов. В результате гликоген распадается на глюкозо-6-фосфат и свободную глюкозу. При этом затрат АТФ не происходит.

Одним из наиболее важных внутренних органов тела человека является печень: она выполняет ряд крайне важных функций, обеспечивающих жизнедеятельность. Одна из таких функций - поддержание нормального уровня сахара в крови. Правильный уровень нужен для работы головного мозга.

Запасы гликогена в печени нужны для покрытия потребностей в глюкозе по всему организму. А вот запасы гликогена в мышечной ткани могут быть использованы лишь локально. Иначе говоря: при выполнении приседаний тело потребляет гликоген только из мышц ног. Запасы гликогена в других мышцах при этом не расходуются.

Гликоген запасается не в мышечных волокнах непосредственно, а в окружающей эти волокна питательной жидкости. На размер гликогеновых депо влияют регулярные силовые нагрузки. При этом мышцы становятся более крупными и объемными.

Основной источник пополнения запасов гликогена - углеводы из продуктов питания. Чем ниже гликемический индекс того или иного углевода, тем медленнее от отдает энергию в кровь.

Если уровень сахара в крови понижается, в крови активизируется фосфорилаза. Тогда гликоген расщепляется. Глюкоза подается в кровь, обеспечивая организм энергией. В случае повышения уровня сахара (к примеру, после еды) клетки печени приступают к активному синтезу гликогена.

Значительные отклонения уровня глюкозы от нормальных значений опасны для здоровья.

Нарушения при синтезе гликогена

Нарушения в обмене гликогена считаются наследственными заболеваниями. Причинами сбоев становятся разные дефекты ферментов, которые непосредственным образом участвуют в настройке процессов образования гликогена и его расщепления.

В числе гликогеновых заболеваний выделяют гликогенозы и агликогенозы. Первый вид нарушений - очень редкая наследственная патология. Она обусловлена накоплением полисахаридов в клетках организма. Избыточное нахождение гликогена в печени, почках, легких, мышцах вызывается дефектами в структуре ферментов, участвующих в процессах распада гликогена.

При гликогенозе нередко наблюдаются характерные нарушения в развитии отдельных органов, задержка в формировании психомоторики, тяжелые состояния (вплоть до комы). Чтобы подтвердить диагноз и определить конкретный тип гликогеноза, осуществляют биопсию мышц и печени. Затем отобранный материал направляется на гистохимическое исследование. Таким способом можно определить содержание гликогена в тканях, узнать, какова активность ферментов, ответственных за его синтез и распад.

Не менее тяжким наследственным заболеванием является агликогеноз. Он вызывается отсутствием фермента, который может влиять на синтез гликогена. При такой патологии в тканях практически полностью отсутствует гликоген. Диагноз ставится на основании биопсии печени. Проявления агликогеноза:

• очень низкое содержание глюкозы в крови;
• гипогликемические судороги;
• крайне тяжелое состояние больного.

Влияние синтеза гликогена на здоровье

Гликоген - это энергетический резерв, который может быть очень быстро введен в действие. После приема пищи организм вбирает столько глюкозы, сколько ему требуется для того, чтобы обеспечить умственную деятельность и физическую активность. Остальной гликоген хранится в печени и мышечной ткани: он понадобится позже.

При занятиях спортом или при серьезной физической работе организм начинает потреблять накопленные запасы гликогена. Через несколько часов без приема пищи запасы гликогена подходят к концу. Но нервная система продолжает его требовать. Тогда возникает вялость, физические реакции становятся слабее. Человек теряет способность сосредоточиться.

Организм запускает синтез нужного ему гликогена. В кровоток попадает инсулин, который обеспечивает доставку в клетки глюкозы и способствует синтезу гликогена. После физической активности организм восстанавливает запасы гликогена - для этого нужно всего лишь что-нибудь съесть. Если человек ограничивает себя в потреблении продуктов питания, содержащих глюкозу, в первую очередь страдает сердце. А если в организме глюкозы много, она начинает превращаться в жир. И организму требуется много времени, чтобы его сжечь. Об этом в первую очередь нужно помнить тем, кто страдает от избыточного веса.

Одним из защитных механизмов растений и животных от неблагоприятных условий стало накопление резервных питательных веществ. Весьма эффективный механизм в моменты недостаточного поступления извне питательных веществ.

Органическая жизнь на нашей планете имеет углеродную основу, что и предопределило «химию» органического мира.

«Химия» растений

Процесс эволюции данных организмов выделил ряд жизненно важных типов веществ, таких как белки, углеводы и жиры. Каждому из них отведена своя роль.

Белки (пептиды, полипептиды) в образуют достаточно сложные комплексы, один из них - фотосинтетический.

Наряду с этим именно белок является носителем информации при делении клетки.

Жиры, или триглицериды - природные соединения глицерина и одноосновных жирных кислот. Роль жиров в клетках растений определена структурной и энергетической функцией.

сахариды) содержат карбонильную и гидроксильную группы. Основная роль веществ - энергетическая. Выделяют большое количество различных углеводов, как растворимых, так и нерастворимых в воде. В свою очередь химические особенности каждого углевода определяют его основную роль.

Крахмал - основной запасной углевод растений

Нерастворимые углеводы играют роль энергетического резерва растения. Основным запасным веществом - углеводом растений - является крахмал. По причине своей нерастворимости в воде он может сохраняться в клетке, не нарушая осмотический и химический баланс.

При необходимости запасной углевод растений - крахмал - подвергается гидролизу с образованием растворимых сахаров (глюкозы) и воды. Полученное соединение легкодоступно и расщепляется под действием ферментов на углекислый газ и воду, высвобождая необходимую энергию.

Запасной углевод в клетках растений

Существует ряд других углеводов, выступающих в роли энергетического хранилища. Неосновным запасным веществом - углеводом растений - является инулин. Он перемещается по клеткам растения в растворимом виде.

Наибольшее количество этого соединения обнаружено в таких растениях, как георгин, топинамбур, чеснок и девясил. Как правило, максимальное количество содержится в клубнях и корнях растений.

В процессе гидролиза или ферментации вспомогательный запасной углевод растений полностью распадается на фруктозу. Входит в состав сахарозы, представляет собой простой сахарид.

Основной запасной углевод у растений - это крахмал. Однако существуют другие углеводы, кроме инулина, исполняющего роль хранилища энергии. К ним можно отнести большую часть сахароподобных веществ. К примеру, в корнеплодах свёклы откладывается дисахарид - сахароза (нам известен как сахар). В большинстве фруктов и овощей откладывается запасной углевод растений в виде сахарозы и фруктозы. Сладкий вкус - это признак наличия данных моно- или дисахарида.

Другие энергетические хранилища растений

В качестве запасного питательного вещества может выступать гемицеллюлоза. Обладает высокой схожестью с клетчаткой. Она нерастворима в воде. Под действием слабых кислот расщепляется на простые моносахара. Откладывается в оболочках зёрен многих злаковых. Твёрдость гемицеллюлозы очень высока, иногда её называют «растительная слоновая кость». Используется для изготовления пуговиц и в фармацевтике. В процессе прорастания семян гидролизуется с помощью ферментов в растворимые сахара и расходуется на питание зародыша.

Наличие запасных углеводов - условие выживания

Процесс образования и взаимопревращения углеводов в клетках растений является неотъемлемой частью сложного процесса обмена веществ внутри растительной клетки. Углеводы, способные играть роль энергетического хранилища, обеспечивают защиту от неблагоприятных условий.

В процессе прорастания семян и клубней обеспечивают необходимыми питательными веществами в период начальной фазы развития растений.

Клетка растительного организма - уникальная система. Количество работающих «механизмов» в ней сравнимо с одним миллионом легковых автомобилей. Это поистине сложная система, подобная целому заводу в миниатюре. Гениальность и точность природы во всех её проявлениях заслуживает великого восхищения.