Органические соединения, которые являются основным источником энергии, называются углеводами. Чаще всего сахара встречаются в пище растительного происхождения. Дефицит углеводов может вызвать нарушение работы печени, а их избыток вызывает повышение уровня инсулина. Поговорим о сахарах подробнее.

Что такое углеводы?

Это органические соединения, которые содержат карбонильную группу и несколько гидроксильных. Они входят в состав тканей организмов, а также являются важным компонентом клеток. Выделяют моно -, олиго - и полисахариды, а также более сложные углеводы, такие как гликолипиды, гликозиды и другие. Углеводы являются продуктом фотосинтеза, а также основным исходным веществом биосинтеза других соединений в растениях. Благодаря большому разнообразию соединений данный класс способен играть многоплановые роли в живых организмах. Подвергаясь окислению, углеводы обеспечивают энергией все клетки. Они участвуют в становлении иммунитета, а также входят в состав многих клеточных структур.

Виды сахаров

Органические соединения делятся на две группы - простые и сложные. Углеводы первого типа - моносахариды, которые содержат карбонильную группу и представляют собой производные многоатомных спиртов. Ко второй группе принадлежат олигосахариды и полисахариды. Первые состоят их остатков моносахаридов (от двух до десяти), которые соединены гликозидной связью. Вторые могут содержать в своем составе и сотни и даже тысячи мономеров. Таблица углеводов, которые чаще всего встречаются, выглядит следующим образом:

1. Глюкоза.
2. Фруктоза.
3. Галактоза.
4. Сахароза.
5. Лактоза.
6. Мальтоза.
7. Раффиноза.
8. Крахмал.
9. Целлюлоза.
10. Хитин.
11. Мурамин.
12. Гликоген.

Список углеводов обширен. Остановимся на некоторых из них подробнее.

Простая группа углеводов

В зависимости от места, которое занимает карбонильная группа в молекуле, различают два вида моносахаридов - альдозы и кетозы. У первых функциональной группой является альдегидная, у вторых - кетонная. В зависимости от числа углеродных атомов, входящих в молекулу, складывается название моносахарида. Например, альдогексозы, альдотетрозы, кетотриозы и так далее. Эти вещества чаще всего не имеют цвета, плохо растворимы в спирте, но хорошо в воде. Простые углеводы в продуктах - твердые, не гидролизуются при переваривании. Некоторые из представителей обладают сладким вкусом.

Представители группы

Что относится к углеводам простого строения? Во-первых, это глюкоза, или альдогексоза. Она существует в двух формах - линейной и циклической. Наиболее точно описывает химические свойства глюкозы - это вторая форма. Альдогексоза содержит шесть атомов углерода. Вещество не имеет цвета, но зато сладкое на вкус. Отлично растворяется в воде. Встретить глюкозу можно практически везде. Она существует в органах растений и животных организмах, а также во фруктах. В природе альдогексоза образуется в процессе фотосинтеза.

Во-вторых, это галактоза. Вещество отличается от глюкозы расположением в пространстве гидроксильной и водородной групп у четвертого атома углерода в молекуле. Обладает сладким вкусом. Она встречается в животных и растительных организмах, а также в некоторых микроорганизмах.

И третий представитель простых углеводов - фруктоза. Вещество является самым сладким сахаром, полученным в природе. Она присутствует в овощах, фруктах, ягодах, меде. Легко усваивается организмом, быстро выводится из крови, что обуславливает ее применение больными сахарным диабетом. Фруктоза содержит мало калорий и не вызывает кариес.

Продукты, богатые простыми сахарами

1. 90 г - кукурузный сироп.
2. 50 г - сахара-рафинад.
3. 40,5 г - мед.
4. 24 г - инжир.
5. 13 г - курага.
6. 4 г - персики.

Суточное употребление данного вещества не должно превышать 50 г. Что касается глюкозы, то в этом случае соотношение будет немного другое:

1. 99,9 г - сахар-рафинад.
2. 80,3 г - мед.
3. 69,2 г - финики.
4. 66,9 г - перловая крупа.
5. 61,8 г - овсяные хлопья.
6. 60,4 г - гречка.

Чтобы рассчитать суточное употребление вещества, необходимо вес умножить на 2,6. Простые сахара обеспечивают энергией человеческий организм и помогают справляться с разными токсинами. Но нельзя забывать, что при любом употреблении должна быть мера, иначе серьезные последствия не заставят долго ждать.

Олигосахариды

Наиболее часто встречающимся видом в данной группе являются дисахариды. Что такое углеводы, содержащие несколько остатков моносахаридов? Они представляют собой гликозиды, содержащие мономеры. Моносахариды связаны между собой гликозидной связью, которая образуется в результате соединения гидроксильных групп. Исходя из строения дисахариды делятся на два виды: восстанавливающие и не восстанавливающие. К первому относится мальтоза и лактоза, а ко второму сахароза. Восстанавливающий тип обладает хорошей растворимостью и имеет сладкий вкус. Олигосахариды могут содержать более двух мономеров. Если моносахариды одинаковые, то такой углевод относится к группе гомополисахаридов, а если разные, то к гетерополисахаридов. Примером последнего типа является трисахарид раффиноза, которая содержит остатки глюкозы, фруктозы и галактозы.

Лактоза, мальтоза и сахароза

Последнее вещество хорошо растворяется, имеет сладкий вкус. Сахарный тростник и свекла являются источником получения дисахарида. В организме при гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу. Дисахарид в больших количествах содержится в сахаре-рафинаде (99,9 г на 100 г продукта), в черносливе (67,4 г), в винограде (61,5 г) и в других продуктах. При избыточном поступлении этого вещества увеличивается способность превращаться в жир практически всех пищевых веществ. Также повышается уровень холестерина в крови. Большое количество сахарозы негативно влияет на кишечную флору.

Молочный сахар, или лактоза, содержится в молоке и его производных. Углевод расщепляется до галактозы и глюкозы благодаря специальному ферменту. Если его в организме нет, то наступает непереносимость молока. Солодовый сахар или мальтоза является промежуточным продуктом распада гликогена и крахмала. В пищевых продуктах вещество встречается в солоде, патоке, меде и проросших зернах. Состав углеводов лактозы и мальтозы представлен остатками мономеров. Только в первом случае ими являются D-галактоза и D-глюкоза, а во втором вещество представлено двумя D-глюкозами. Оба углевода являются восстанавливающимися сахарами.

Полисахариды

Что такое углеводы сложные? Они отличаются друг от друга по нескольким признакам:

1. По строению мономеров, включенных в цепь.

2. По порядку нахождения моносахаридов в цепи.

3. По типу гликозидных связей, которые соединяют мономеры.

Как и у олигосахаридов, в данной группе можно выделить гомо -, и гетерополисахариды. К первой относятся целлюлоза и крахмал, а ко второй - хитин, гликоген. Полисахариды являются важным источником энергии, который образуется в результате обмена веществ. Они участвуют в иммунных процессах, а также в сцеплении клеток в тканях.

Список сложных углеводов представлен крахмалом, целлюлозой и гликогеном, их мы рассмотрим подробнее. Одним из главных поставщиков углеводов является крахмал. Это соединения, которые включают сотни тысяч остатков глюкозы. Углевод рождается и хранится в виде зернышек в хлоропластах растений. Благодаря гидролизу крахмал переходит в водорастворимые сахара, что способствует свободному перемещению по частям растения. Попадая в человеческий организм, углевод начинает распадаться уже во рту. В наибольшем количестве крахмал содержат зерна злаков, клубни и луковицы растений. В рационе на его долю приходится около 80% всего количества употребляемых углеводов. Наибольшее количество крахмала, в расчете на 100 г продукта, содержится в рисе - 78 г. Чуть меньше в макаронах и пшене - 70 и 69 г. Сто грамм ржаного хлеба включает в себя 48 г крахмала, а в той же порции картофеля его количество достигает лишь 15 г. Суточная потребность человеческого организма в данном углеводе равна 330-450 г.

Зерновые продукты также содержат клетчатку или целлюлозу. Углевод входит в состав клеточных стенок растений. Его вклад равен 40-50 %. Человек не способен переварить целлюлозу, так нет необходимого фермента, который бы осуществлял процесс гидролиза. Но мягкий тип клетчатки, например, картофеля и овощей, способен хорошо усваиваться в пищеварительном тракте. Каково содержание данного углевода в 100 г еды? Ржаные и пшеничные отруби являются самыми богатыми клетчаткой продуктами. Их содержание достигает 44 г. Какао-порошок включает 35 г питательного углевода, а сухие грибы лишь 25. Шиповник и молотый кофе содержат 22 и 21 г. Одними из самых богатых на клетчатку фруктов являются абрикос и инжир. Содержание углевода в них достигает 18 г. В сутки человеку нужно съедать целлюлозы до 35 г. Причем наибольшая потребность в углеводе наступает в возрасте от 14 до 50 лет.

В роле энергетического материала для хорошей работы мышц и органов используется полисахарид гликоген. Пищевого значения он не имеет, так как содержание его в еде крайне низкое. Углевод иногда называют животным крахмалом из-за схожести в строении. В данной форме в животных клетках хранится глюкоза (в наибольшем количестве в печени и мышцах). В печени у взрослых людей количество углевода может достигать до 120 г. Лидером по содержанию гликогена являются сахар, мед и шоколад. Также большим содержанием углевода могут «похвастаться» финики, изюм, мармелад, сладкая соломка, бананы, арбуз, хурма и инжир. Суточная норма гликогена равна 100 г в сутки. Если человек интенсивно занимается спортом или выполняет большую работу, связанную с умственной деятельностью, количество углевода должно быть увеличено. Гликоген относится к легко усваиваемым углеводам, которые хранятся про запас, что говорит о его использовании только в случае недостатка энергии от других веществ.

К полисахаридам также относятся следующие вещества:

1. Хитин. Он входит в состав роговых оболочек членистоногих, присутствует в грибах, низших растениях и в беспозвоночных животных. Вещество играет роль опорного материала, а также выполняет механические функции.

2. Мурамин. Он присутствует в качестве опорно-механического материала клеточной стенки бактерий.

3. Декстраны. Полисахариды выступают как заменители плазмы крови. Их получают путем воздействия микроорганизмов на раствор сахарозы.

4. Пектиновые вещества. Находясь вместе с органическими кислотами, могут образовывать желе и мармелад.

Белки и углеводы. Продукты. Список

Человеческий организм нуждается в определенном количестве питательных веществ каждый день. Например, углеводов необходимо употреблять в расчете 6-8 г на 1 кг массы тела. Если человек ведет активный образ жизни, то количество будет увеличиваться. Углеводы в продуктах содержатся практически всегда. Составим список их присутствия на 100 г пищи:

1. Наибольшее количество (более 70 г) содержатся в сахаре, мюслях, мармеладе, крахмале и рисе.
2. От 31 до 70 г - в мучных и кондитерских изделиях, в макаронах, крупах, сухофруктах, фасоли и горохе.
3. От 16 до 30 г углеводов содержат бананы, мороженое, шиповник, картофель, томатная паста, компоты, кокос, семечки подсолнечника и орехи кешью.
4. От 6 до 15 г - в петрушке, укропе, свекле, моркови, крыжовник, смородина, бобах, фруктах, орехах, кукурузе, пиве, семечках тыквы, сушеных грибах и так далее.
5. До 5 г углеводов содержится в зеленом луке, томатах, кабачках, тыквах, капусте, огурцах, клюкве, в молочных продуктах, яйцах и так далее.

Питательного вещества не должно поступать в организм меньше 100 г в сутки. В противном случае клетка не будет получать положенную ей энергию. Головной мозг не сможет выполнять свои функции анализа и координации, следовательно, мышцы не будут получать команды, что в итоге приведет к кетозу.

Что такое углеводы, мы рассказали, но, помимо них, незаменимым веществом для жизни являются белки. Они представляют собой цепочку аминокислот, связанных пептидной связью. В зависимости от состава белки различаются по своим свойствам. Например, эти вещества исполняют роль строительного материала, так как каждая клетка организма включает их в свой состав. Некоторые виды белков являются ферментами и гормонами, а также источником энергии. Они оказывают влияние на развитие и рост организма, регулируют кислотно-щелочной и водный баланс.

Таблица углеводов в еде показала, что в мясе и в рыбе, а также в некоторых видах овощей их число минимально. А каково содержание белков в пище? Самым богатым продуктом является желатин пищевой, на 100 г в нем содержится 87,2 г вещества. Далее идет горчица (37,1 г) и соя (34,9 г). Соотношение белков и углеводов в суточном употреблении на 1 кг веса должно быть 0,8 г и 7 г. Для лучшего усвоения первого вещества необходимо принимать пищу, в которой он принимает легкую форму. Это касается белков, которые присутствуют в кисломолочных продуктах и в яйцах. Плохо сочетаются в одном приеме пищи белки и углеводы. Таблица по раздельному питанию показывает, каких вариаций лучше избегать:

1. Рис с рыбой.
2. Картофель и курица.
3. Макароны и мясо.
4. Бутерброды с сыром и ветчиной.
5. Рыба в панировке.
6. Ореховые пирожные.
7. Омлет с ветчиной.
8. Мучное с ягодами.
9. Дыню и арбуз нужно есть отдельно за час до основного приема пищи.

Хорошо сочетаются:

1. Мясо с салатом.
2. Рыба с овощами или на гриле.
3. Сыр и ветчина по отдельности.
4. Орехи в целом виде.
5. Омлет с овощами.

Правила раздельного питания основаны на знаниях законов биохимии и информации о работе ферментов и пищевых соков. Для хорошего пищеварения любой вид еды требует индивидуального набора желудочных жидкостей, определенного количества воды, щелочную или кислотную среду, а также присутствие или отсутствие энзимов. Например, кушанье, насыщенное углеводами, для лучшего переваривания требует пищеварительного сока с щелочными ферментами, которые расщепляют данные органические вещества. А вот еда, богатая белками, уже требует кислых энзимов... Соблюдая нехитрые правила соответствия продуктов, человек укрепляет свое здоровье и поддерживает постоянный вес, без помощи диет.

«Плохие» и «хорошие» углеводы

«Быстрые» (или «неправильные») вещества - соединения, которые содержат небольшое число моносахаридов. Такие углеводы способны быстро усваиваться, повышать уровень сахара в крови, а также увеличивать количество выделяемого инсулина. Последний снижает уровень сахара крови, путем превращения его в жир. Употребление углеводов после обеда для человека, который следит за своим весом, представляет наибольшую опасность. В это время организм наиболее предрасположен к увеличению жировой массы. Что именно содержит неправильные углеводы? Продукты, список которых представлен ниже:

1. Кондитерские изделия.

3. Варенье.

4. Сладкие соки и компоты.

7. Картофель.

8. Макароны.

9. Белый рис.

10. Шоколад.

В основном это продукты, не требующие долгого приготовления. После такой еды необходимо много двигаться, иначе лишний вес даст о себе знать.

«Правильные» углеводы содержат более трех простых мономеров. Они усваиваются медленно и не вызывают резкого подъема сахара. Данный вид углеводов содержит большое количество клетчатки, которая практически не переваривается. В связи с этим человек долго остается сытым, для расщепления такой пищи требуется дополнительная энергия, кроме того, происходит естественное очищение организма. Составим список сложных углеводов, а точнее, продуктов, в которых они встречаются:

1. Хлеб с отрубями и цельнозерновой.
2. Гречневая и овсяная каши.
3. Зеленые овощи.
4. Макароны из грубого помола.
5. Грибы.
6. Горох.
7. Красная фасоль.
8. Помидоры.
9. Молочные продукты.
10. Фрукты.
11. Горький шоколад.
12. Ягоды.
13. Чечевица.

Для подержания себя в хорошей форме нужно больше есть «хороших» углеводов в продуктах и как можно меньше «плохих». Последние лучше принимать в первую половину дня. Если нужно похудеть, то лучше исключить употребление "неправильных" углеводов, так как при их использовании человек получает пищу в большем объеме. "Правильные" питательные вещества низкокалорийные, они способны надолго оставлять ощущение сытости. Это не означает полный отказ от "плохих» углеводов, а лишь только их разумное употребление.

1.Какие вещества относят к углеводам и почему было дано такое название?
Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году потому, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cm(H2O)n.

2. Как классифицируют углеводы и почему?
Углеводы классифицируют:
- по количеству атомов углерода: треозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д.;
- по функциональной группе в составе: альдозы, кетозы;
- по строению: моносахариды, дисахариды, олигосахариды, полисахариды;

3. Как опытным путем можно доказать, что в молекуле глюкозы пять гидроксильных групп и одна альдегидная группа?
За счёт наличия альдегидной группы, глюкоза вступает в реакцию серебряного зеркала. С раствором гидроксида меди (II) глюкоза реагирует без нагревания с появлением ярко-синего окрашивания – качественная реакция на многоатомные спирты.

4. Изобразите структурную формулу фруктозы.

5. Даны растворы глюкозы и фруктозы. Как можно определить каждый из растворов? Составьте уравнения соответствующих реакций.
Глюкоза, в отличие от фруктозы. Вступает в реакцию серебряного зеркала:

6. Какие химические свойства для глюкозы и глицерина являются общими и чем эти вещества отличаются друг от друга? Напишите уравнения соответствующих реакций.
Общие.
Являясь многоатомными спиртами, и глицерин и глюкоза, способны вступать в реакции:
а) с карбоновыми кислотами (образуются сложные эфиры);
б) с активными металлами и их оксидами (образуются алкоголяты);
в) с раствором гидроксида меди (II) (дают ярко-синюю окраску).
Различные.
Глюкоза в отличие от глицерина проявляет свойства, характерные альдегидам (реакция серебряного зеркала).

7. Приведите уравнения реакций, в которых глюкоза проявляет: а) восстановительные свойства; б) окислительные свойства.

8. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

9. Какова роль глюкозы в живых организмах?
В живых организмах глюкоза выполняет функцию основного источника энергии.

10. Поясните сущность процессов фотосинтеза и дыхания. Напишите уравнения соответствующих реакций.

11. Перечислите известные вам процессы брожения глюкозы и укажите их практическое значение.

12. Какие пентозы вам известны? Изобразите их структурные формулы.

13. Составьте уравнения реакций, при помощи которых сахарозу можно превратить в этанол.

14. Чем отличаются друг от друга процессы получения глюкозы и сахарозы в промышленности?
Получение сахарозы – в основном физический процесс переработки сахарной свеклы или тростника. Глюкозу в промышленности получают химическими методами (гидролиз крахмала и целлюлозы).

15. Объясните сущность процесса образования молекул крахмала из глюкозы.
Процесс получения крахмала заключается в поликонденсации молекул глюкозы. Так как в реакцию могут вступать разные гидроксильные группы молекулы сахара, то конечная молекула имеет разветвленную структуру, что подтверждается данными.

16. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

17. Чем отличаются процессы переработки крахмала: а) в патоку; б) в глюкозу; в) в этанол?

18. Объясните процесс образования молекул целлюлозы из молекул глюкозы. Чем отличаются по строению молекулы целлюлозы от молекул крахмала?
Молекулы целлюлозы имеют линейное строение, т. е. упорядоченную структуру. Это достигается при проведении селективной полимеризации молекул глюкозы.

19. Как образуется целлюлоза в природе? Составьте соответствующие уравнения реакций.
В природе целлюлоза получается путём поликонденсации молекул глюкозы. Данный процесс катализирует мультисубъединичный мембранный целлюлозосинтазный комплекс, расположенный на конце удлиняющихся микрофибрилл.

20. Охарактеризуйте процесс выделения целлюлозы из древесины. Какие вещества чаще всего используют для этого?
Наиболее распространенным методом получения целлюлозы является сульфитный. В присутствии гидросульфита кальция измельченную древесину нагревают в автоклавах под давлением 0,5-0,6 МПа и температуре 150 °С. Основная масса примесей в этих условиях разрушается и получается практически чистая целлюлоза.

21. В присутствии концентрированной серной кислоты целлюлоза реагирует с уксусной кислотой. Какие вещества могут при этом образоваться? Составьте уравнения реакций.

22. Из древесины можно получить как метанол, так и этанол. Чем отличаются процессы образования данных спиртов?
При гидролизе содержащейся в древесине целлюлозы получается глюкоза, спиртовое брожение которой дает этанол. При сухой перегонке древесины происходит образование метанола и других побочных продуктов.

23. Охарактеризуйте основные направления химической переработки целлюлозы. Какие основные продукты при этом получают?
Производство волокон (ацетатное, вискозное), пленок, взрывчатых веществ, пластмасс.

24. Какие волокна получают из целлюлозы и чем они отличаются друг от друга?
Ацетатное волокно – пониженная сминаемость, приятны на ощупь, мягки, обладают способностью пропускать ультрафиолетовые лучи.
Вискоза – легко окрашиваются, обладают лучшими по сравнению с синтетическими волокнами гигиеническими качествами, отличаются достаточно высокими прочностными и усталостными характеристиками, относительно дешевы.

Задача 1. В струе кислорода сожгли два образца вещества (н. у.) При сгорании 0,9 г вещества А образовалось 1,32 г оксида углерода (IV)и 0,54 г воды. При сгорании 1,71 г вещества Б выделилось 2,64 г оксида углерода (IV) и 0,99 г воды. Известно, что молярная масса вещества А 180 г/моль, а вещества Б 342 г/моль. Найдите молекулярные формулы этих веществ и назовите их.

Задача 2. Вычислите какой объем (в л) оксида углерода (IV)образуется при окислении 0,25 моль сахарозы (н. у.).

Задача 3. Из 1 т картофеля, в котором массовая доля крахмала равна 0,2, получили 100 л этанола (ρ = 0,8 г/см3). Сколько это составляет процентов по сравнению с теоретическим выходом?

Общие сведения об углеводах

Первоначально к углеводам относили природные соединения, состоящие из атомов трех элементов: С, Н, О, в молекулах которых соотношение водорода и кислорода такое же, как в воде: 2:1. Общая формула таких соединений выглядела следующим образом: C m H 2 n O n . Отсюда и название углеводы (углерод + вода).

В дальнейшем, однако, было установлено, что указанной общей формуле соответствуют некоторые вещества, которые по своему химическому строению не могут быть отнесены к углеводам. Напротив, ряд веществ, не соответствующих указанной общей формуле, являются типичными углеводами.

В настоящее время группа углеводов формируется по общности химического строения. К углеводам относят:

· Альдегидоспиры,

· Кетоспирты

· Продукты их поликонденсации.

Появилось новое название углеводов – глюциды. Однако и старое название широко используется как в научно-популярной, так и в строго научной литературе.

Углеводы представлены обширной группой разнообразных химических соединений. Они классифицируются по способности вступать в реакцию гидролиза (см. рис. 29).

Рис. 29. Классификация углеводов

К простым углеводам (моносахаридам) относятся углеводы, не вступающие в реакцию гидролиза. Моносахариды могут содержать в молекуле от трех до семи атомов углерода. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле их делят на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы. Наиболее важными для человека углеводами являются пентозы и гексозы. Важнейшими пентозами организма человека являются рибоза и дезоксирибоза. Они входят в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), АТФ и подобных ему по строению и функции соединений.

Важнейшими гексозами являются глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкоза и фруктоза входят в состав фруктов, меда, обеспечивая им сладкий вкус. Глюкоза является обязательной составной частью крови. Содержание глюкозы в крови очень вариативный показатель, зависящий от многих причин и оказывающий существенное влияние на состояние организма. Глюкоза входит в состав многих сложных углеводов.

Фруктоза вместе с глюкозой образует дисахарид сахарозу. Сложные эфиры фруктозы с фосфорной кислотой образуются в процессе катаболических превращений углеводов в организме.

Значимость галактозы, в первую очередь, связана с тем, что она входит в состав дисахарида лактозы – молочного сахара и некоторых гликолипидов.

Сложные углеводы при гидролизе распадаются с образованием моносахаридов. Их делят на олигосахариды, молекулы которых при гидролизе распадаются не более, чем на десять моносахаридов, и полисахариды, образующие при гидролизе большое число молекул моносахаридов. Наиболее распространенными олигосахаридами являются дисахариды – при гидролизе распадающиеся на два моносахарида.

Важнейшими дисахаридами являются сахароза, лактоза, мальтоза. Сахароза (сахар) добывается из сахарной свеклы и сахарного тростника. Она является важным продуктом питания и используется как в чистом виде, так и в составе многих кондитерских изделий и других продуктов питания, куда добавляется для придания им сладкого вкуса.

Лактоза (молочный сахар) входит в состав молока в количестве 2-3%. Следует учесть, что в кисломолочных продуктах лактозы нет, а сладость многих изделий из молока (сырковая масса, иогурты и т.п.) связана с добавлением в них сахарозы.

Мальтоза химически не стойкий дисахарид и в свободном виде в природе практически не встречается. Она в небольшом количестве может образовываться при кулинарной обработке продуктов, содержащих полисахариды, например, в выпечке.

Отличительной особенностью моно- и дисахаридов является их сладкий вкус. Степень их сладости разная. Наиболее сладким углеводом является фруктоза.

Углеводы – полисахариды подразделяются на гомополисахариды, при гидролизе распадающиеся на одинаковые моносахариды, и гетерополисахариды, образующие при гидролизе различные моносахариды. Важнейшими гомополисахаридами являются крахмал, гликоген и клетчатка. Все они при гидролизе распадаются на глюкозу.

Крахмал - не однородное вещество, а смесь двух веществ: амилозы (примерно 20%) и амилопектина (примерно 80%). Фракции крахмала различаются по молекулярной массе (у амилопектина она значительно выше) и по растворимости. Амилоза растворяется в теплой воде, амилопектин с трудом растворяется в горячей воде, образуя вязкий раствор (крахмальный клейстер), который при охлаждении превращается в студенистую массу.

Амилоза и амилопектин различаются по молекулярному строению. Амилоза имеет линейное строение, состоит из последовательно соединенных молекул глюкозы. Для амилопектина характерно ветвистое строение. Цепочки, состоящие из последовательно соединенных молекул глюкозы, через 20 глюкозных остатков образуют боковые ответвления. В результате молекула амилопектина имеет разветвленную структуру. Молекула амилопектина имеет сферическую пространственную форму.

Крахмал является очень важным компонентом питания, поступая в организм человека в наибольших количествах. Он содержится в картошке (~20%), в хлебе (50-55%), мучных изделиях, крупах (60-80%).

Гликоген - полисахарид животного происхождения. У человека наиболее высокое содержание гликогена в печени (около 5%) и мышечной ткани (около 1,5%). Систематическая тренировка приводит к повышению содержания гликогена. У высокотренированных спортсменов, специализирующихся в видах спорта с длительными нагрузками (бег на длинные дистанции, лыжные гонки и т.п.), содержание гликогена в печени может достигать 10 процентов, а в мышечной ткани – более 3%. Следовательно, содержание гликогена в организме спортсменов относится к числу факторов, определяющих уровень тренированности.

Гликоген – запасной углевод организма человека. Гликоген, содержащийся в печени, предназначен не столько для обеспечения потребности в энергии самой печени, сколько для обеспечения углеводами других органов и тканей. Запасы гликогена других органов и тканей используются исключительно для нужд этих тканей.

Клетчатка является основным структурным веществом растений, из нее построены оболочки растительных клеток. По своему строению клетчатка похожа на амилозу, но ее молекулы содержат значительно больше глюкозных остатков. Кроме того, клетчатка содержит иной, чем крахмал, гликоген, сахароза, стереоизомер глюкозы (иное пространственное расположение отдельнвх функциональных групп).

Хотя пищеварительная система организма человека не вырабатывает ферментов, способных расщеплять клетчатку, она является очень важным компонентом питания. Нитеобразные молекулы клетчатки образуют волокнистые структуры, которые оказывают положительное влияние на деятельность пищеварительной системы: стимулируют перестальтику кишечника, выделение пищеварительных ферментов, способствуют более быстрому продвижению пищевых масс, оказывают на кишечник очищающее влияние.

Поступление в организм клетчатки способствует формированию микрофлоры кишечника, которая участвует в завершающих этапах пищеварения и обеспечении организма витаминами. Важную роль играет клетчатка в обмене холестерола. Если прием продуктов, содержащих повышенные количества холестерола, сопровождается приемом клетчатки, она может связать избыток холестерола и вывести его из организма.

Очень полезен прием повышенного количества клетчатки (в виде овощей, хлеба из муки грубого помола или хлеба с отрубями) при сгонке веса. Богатые клетчаткой продукты обладают низкой калорийностью и создают ощущение сытости.

К гетерополисахаридам, содержащемся в организме человека, относятся гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и гепарин. Гиалуроновая кислота построена из двух видов субъединиц: N-ацетил-β-О-глюкозамина и β-D-глюкуроновой кислоты, которые находятся в равных соотношениях. Гиалуроновая кислота важнейший компонент межклеточного вещества тканей человека и животных. Особенно высоко ее содержание в коже, стекловидном теле глаз, сухожилиях. Наряду со структурными функциями она участвует в регуляции поступления в клетки различных веществ.

Хондроитинсульфат построен из глюкуроновой кислоты и N-ацетилгалактозаминсульфата. Он является составной частью хрящевой и костной ткани, связок, сухожилий, сердечных клапанов и ряда других тканей. В тканях организма хондроитинсульфат находится в прочной связи с белком коллагеном.

Гепарин состоит из остатков глюкуроновой кислоты и α-D-глюкозамина. Каждый повторяющийся дисахаридный фрагмент связан с тремя остатками серной кислоты. Гепарин содержится в крови и практически во всех органах и тканях. Главная его функция – препятствие свертыванию крови. Гепарин выполняет и другие функции, в частности, регулирует активность некоторых ферментов.

С продуктами питания в организм человека поступают представители трех основных классов углеводов: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды представлены преимущественно глюкозой и фруктозой, поступающими в составе фруктов, меда. Основными пищевыми дисахаридами являются сахароза (сахар, конфеты, другие сладкие кондитерские изделия и напитки) и лактоза, содержащаяся в молоке. В незначительных количествах в организм может поступать дисахарид мальтоза, присутствующая в содержащих крахмал продуктах, прошедших кулинарную обработку.

Наиболее важными пищевыми полисахаридами являются крахмал и клетчатка. Учитывая, что организм человека не вырабатывает пищеварительных ферментов, способных расщеплять клетчатку, можно считать, что клетчатка практически не усваивается человеком, хотя роль ее как продукта питания чрезвычайно важна.

По существу не попадает в организм человека и гликоген. Содержащие заметное количество гликогена продукты животного происхождения (печень, мышечная ткань-мясо), пройдя кулинарную термообработку, практически лишаются его.

В количественном отношении важнейшим пищевым углеводом является крахмал, которого человек, питающийся характерной для жителя средней полосы пищей, за жизнь потребляет несколько тонн.

1. Какие вещества, относящиеся к углеводам, вам известны?

Глюкоза, фруктоза, крахмал, целлюлоза, хитин.

2. Какую роль играют углеводы в живом организме?

Углеводы представляют собой важнейшие источники энергии, необходимой для жизнедеятельности организмов.

3. В результате какого процесса углеводы образуются в клетках зелёных растений?

Углеводы образуются в клетках зелёных растений в результате фотосинтеза.

Вопросы

1. Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. У большинства из них соотношение водорода и кислорода в молекуле такое же, как и в молекуле воды.

Все углеводы делятся на простые, или моносахариды, и сложные, или полисахариды. Ди- и полисахариды образуются путём соединения двух и более молекул моносахаридов. Так, сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) - дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов.

2. Какие углеводы называются моно-, ди- и полисахаридами? 3. Какие функции выполняют углеводы в живых организмах?

Все углеводы делятся на простые, или моносахариды, и сложные, или полисахариды. Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Ди- и полисахариды образуются путём соединения двух и более молекул моносахаридов. Так, сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) - дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов. Дисахариды по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хороню растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и др. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.

Основная функция углеводов - энергетическая. При расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия (при распаде 1 г углеводов - 17,6 кДж), которая обеспечивает жизнедеятельность организма.

При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии.

Углеводы используются и в качестве строительного материала.

Некоторые полисахариды входят в состав клеточных мембран и служат рецепторами, обеспечивая узнавание клетками друг друга и их взаимодействие.

Задания

Проанализируйте рисунок 6 «Схема строения полисахаридов» и текст параграфа. Какие предположения вы можете выдвинуть на основе сравнения особенностей строения молекул и функций, выполняемых крахмалом, гликогеном и целлюлозой в живом организме? Обсудите этот вопрос с одноклассниками.

Строение представленных на рисунке молекул углеводов позволяет им выполнять определенные функции.

Полимерные цепочки крахмала и гликогена позволяют им накапливаться в клетке в качестве запасных веществ (т.к. они компактные за счет способности изгибаться и свертываться) и при необходимости использоваться организмом в качестве источника энергии.

Строение молекул целлюлозы (длинные прямолинейные цепи) делает их как нельзя лучше приспособленными для использования в качестве строительного материала (целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок многих одноклеточных, грибов и растений).

Для активной деятельности человеческий организм должен получать ежедневную норму энергии. Без этого он не сможет выполнять даже простейшие задачи, а это гарантирует проблемы со здоровьем и ухудшение общего самочувствия. Углеводы – это поставщики той самой энергии, незаменимые для нормальной работы всех систем.

Зачем нужны углеводы? Чем грозит их избыток и недостаток, какими они бывают, что относится к углеводам и в каких продуктах они содержатся? Все эти вопросы будут рассмотрены в статье.

Потреблять хотя бы минимальную дневную норму углеводов важно в первую очередь потому, что эти вещества – основной энергетический источник организма. Это первостепенная, но далеко не единственная их функция. Помимо поставки энергии, углеводы выполняют следующие задачи:

• Участвуют в формировании естественного иммунитета и борьбе с инфекционными заболеваниями
• Являются составной частью клеточных оболочек
• Принимают участие в работе ЖКТ, способствуют своевременному выведению шлаков из организма
• Играют не последнюю роль в процессе синтеза нуклеиновых кислот, жиров, в частности холестерина, и других органических соединений
• Используются в пищевой и медицинской промышленности

Пренебрегать углеводосодержащей пищей нельзя, особенно людям, чей образ жизни требует постоянного движения и больших затрат энергии. В случае углеводного дефицита в человеческом организме неизбежно возникнут нарушения и появятся неприятные симптомы, а именно:

• Хроническая усталость, апатия. Не получая достаточно энергии из поступающих углеводов, организм начинает восполнять ее запасы с помощью других соединений – белков и липидов. Это затратный процесс, поэтому даже при нормальном ритме жизни человек будет ощущать себя уставшим. Внимание и концентрация падают, возникают проблемы с памятью.
• Нестабильность веса. При нехватке углеводов вес первое время будет снижаться за счет потерь воды, но ненадолго. Когда уровень сахара в крови повысится, за работу примется гормон инсулин, отвечающий ко всему прочему за накопление липидных запасов организма. Таким образом, лишние килограммы вернутся снова.
• Упадок сил. Причина, опять же, в нехватке энергии. Испытывающий углеводный дефицит человек будет уставать постоянно, сколько бы времени на сон и отдых ни тратил.
• Головные боли. Происходит это по причине недостатка сахара в крови. Когда организм израсходует все свои запасы глюкозы, в дело пойдут жиры, а этот процесс часто сопровождается слабостью и головокружениями.
• Проблемы со стулом. При нехватке клетчатки работа желудочно-кишечного тракта нарушается, возникают запоры и боли в животе.

Но и сильно превышать норму не следует – это не всегда безопасно. Из-за переизбытка углеводов могут наблюдаться:

• Гиперактивность
• Проблемы с концентрацией внимания
• Дрожь в теле

Все эти симптомы дает излишек сахара. Вдобавок, человека в случае неумеренного потребления углеводов ждет быстрый набор веса – инсулин, борющийся с излишками поступающей глюкозы, будет преобразовывать ее в жир.

Потребность в углеводах

Среднесуточная норма углеводов зависит от многих факторов – образа жизни человека, его возраста, массы, внешних условий. Оптимальным вариантом принято считать 300-450г в сутки. Человеку трудоспособного возраста необходимо потреблять около 50г простых углеводов и 300-400г сложных ежедневно.

Больше всего в углеводах нуждаются дети. Растущий организм требует больше энергии, поэтому важно следить, чтобы в рационе ребенка этих веществ было достаточно.

Минимальный уровень суточного потребления углеводов составляет 100г. В случае несоблюдения этого правила в работе организма начинаются серьезные проблемы.

Какие бывают

Углеводы подразделяются на две категории, а именно на простые и сложные.

1. Простые углеводы. Их относят к моносахаридам и дисахаридам; этой группе принадлежат всем известные сахароза и фруктоза. Структура простых углеводов несложная, из-за чего они и получили такое название. Они быстро расщепляются в организме и моментально попадают в кровь, насыщая ее энергией. К простым углеводам относятся:

• Сахароза . Свекловичный сахар, которой способен под воздействием кислоты или фермента гидролизоваться на фруктозу и глюкозу. Сахароза имеется в составе всех растений, особенно много ее содержится в сахарном тростнике и свекле. Наиболее привычный и доступный ее источник – обыкновенный сахар.
• Фруктоза. Плодовый сахар, в свободном виде содержится в некоторых плодах и фруктах, пчелином меде. Фруктоза участвует в процессе обмена веществ и углеводном синтезе.
• Глюкоза. Виноградный сахар, необходим для снабжения живых клеток энергией. Глюкоза часто используется в кондитерском производстве, содержится в спелых фруктах, ягодах, виноградном соке.
• Мальтоза . Солодовый сахар, расщепляется с образованием двух молекул глюкозы. Легко усваивается организмом, в больших количествах ее можно найти в пророщенных зернах.

1. Сложные углеводы. Состоят из моносахаридов и имеют более сложное строение, чем простые углеводы. Попадая в организм, они расщепляются и всасываются медленнее, поэтому уровень глюкозы в крови повышается постепенно. Сложные углеводы поддерживают тонус организма и нормализуют работу ЖКТ, а также дают ощущение сытости на долгое время. Среди них можно выделить:

• Крахмал. Образуется в растениях и отличается низкой калорийностью. Стимулирует обменные процессы организма, контролирует уровень сахара в крови, положительно влияет на иммунитет. Особенно его в некоторых крупах и картофеле.
• Клетчатка. Представляет собой грубые волокна, содержится в овощах, фруктах, бобовых. Улучшает работу кишечника, однако усваивается плохо и почти полностью выводится из организма.
• Гликоген. Это запасной углевод животных и человека. Насыщает кровь глюкозой, необходим для построения мышц. Много крахмала содержится в грибах, дрожжах и сахарной кукурузе.
• Пектины. Помогают организму избавляться от ядов и токсичных веществ, связывают и выводят излишки холестерина, образующегося в печени. В большом количестве имеются в яблоках, кишечником практически не перевариваются.

Как усваиваются?

В процессе окисления углеводы расщепляются и перерабатываются до глюкозы. В кровь выбрасывается сахар, причем его количество зависит от объема и качества съеденной углеводосодержащей пищи. Чем проще углевод, тем больше сахара поступит в организм во время его распада.

Повышенное содержание сахара провоцирует выработку гормона инсулина. Он распределяет энергию между клетками, а ее избыток запасается организмом в печени. После потребления углеводов уровень сахара будет падать и в течение нескольких часов придет в норму.

По степени усвояемости углеводы подразделяются на три группы:

• Быстроусвояемые
• Медленноусвояемые
• Неусвояемые

Растительные углеводы тоже можно разделить на категории:

• Перевариваемые
• Неперевариваемые

К последним относят крахмал, целлюлозу и пектины. Поставляет энергию только крахмал, действие пектинов и целлюлозы направлено на выведение из организма шлаков и токсинов.

Какие углеводы лучше употреблять?

Важно знать, какие продукты относятся к белкам и жирам, а какие – к углеводам, чтобы еда с правильными ингредиентами составляла ваш рацион и обеспечивала здоровое питание.

И сложные, и простые углеводы по-своему важны. Простые представители рекомендуются в случае, когда нужно в короткий срок восстановить силы после тяжелой физической нагрузки – например, тренировки. Мгновенный выброс сахара в кровь даст организму необходимую энергию. Лучше всего подойдет пища, богатая моносахаридами и дисахаридами, к примеру, мед или шоколад.

Сложные углеводы подойдут в том случае, если работа займет долгий промежуток времени. Они будут усваиваться медленнее и дадут ощущение сытости на несколько часов.

При похудении будет лучше ограничиться только сложными углеводами – много сахара в организме помешает избавлению от лишнего веса. И стоит помнить, что простые углеводы большом количестве опасны и могут принести вред организму.

Продукты, содержащие углеводы

Этот макронутриент входит в состав самых разнообразных продуктов питания. Но не все они одинаково полезны, поэтому важно уметь классифицировать продукты богатые углеводами, чтобы питаться правильно. Сложных углеводов в рационе должно быть в шесть-семь раз больше, чем простых.

Простые углеводы содержат:

• Кондитерские изделия
• Алкогольные напитки
• Сладкие газированные и негазированные напитки
• Сахар
• Шоколад
• Джемы, варенье
• Глюкозные сиропы
• Хлебобулочные изделия
• Сладкие консервы
• Сухофрукты
• Практически любой фастфуд
• Мороженое
• Компоты
• Компоты
• Тыква
• Сахарная свекла
• Мюсли
• Почти все виды фруктов
• Почти все виды ягод

К продуктам с содержанием сложных углеводов относятся.