Что является сложными углеводами
Углеводы – органические вещества — важный компонент рациона питания. Это комбинация малых и больших молекул, которые обеспечивают организм энергией. Кроме того, некоторые виды углеводов (например, клетчатка и крахмал) поддерживают здоровье желудочно-кишечного тракта и пищеварение, помогают устранять токсины из организма.
Содержание:
Углеводы делят на две группы:
- Простые (моносахариды и дисахариды).
- Сложные (полисахариды и олигосахариды). Олигосахариды содержат от 3 до 10 моносахаридов. Молекулы полисахаридов состоят из десятков, сотен и тысяч простых единиц.
Простые и сложные углеводы перерабатываются в организме в глюкозу (уровень сахара в крови) и применяются в качестве энергии. Гормон инсулин способствует переносу ее во все клетки человеческого тела.
Одни углеводы считаются полезными или «хорошими», а другие — «плохими».
Различие между простыми и сложными состоит в скорости их расщепления и превращения в сахар. Организм быстро обрабатывает простые сахара благодаря простой химической структуре, в результате чего резко уровень глюкозы в крови быстро повышается. Избыток таких углеводов откладывается в виде жира, поэтому рацион, богатый этими органическими соединениями, приводит к нежелательному увеличению веса.
«Хорошие» или сложные углеводы, состоящие из моносахаридов, метаболизируются медленнее, в результате уровень глюкозы в кровотоке повышается постепенно и равномерно. Они лучше насыщают организм энергией, участвуют в работе иммунной системы.
Диетологи и нутрициологи используют понятие «гликемический индекс», который изначально разрабатывался для оценки питания, благоприятного для людей с диабетом. Гликемический индекс (ГИ) продукта определяет, как быстро усвоится углевод организмом и насколько высоко повысится уровень сахара в крови после съеденной пищи. Чем выше показатель, тем больше в нем простых углеводов. Низкий ГИ – до 55 (предпочтителен для здоровья), средний – 56-69, высокий – от 70.
Резюме:
Отличие сложных углеводов от простых:
- В химической структуре: состоят из простых единиц.
- Медленнее перерабатываются и усваиваются организмом, поэтому уровень глюкозы в кровотоке увеличивается постепенно.
- Дают больше энергии человеческому телу.
Виды сложных углеводов и их польза
1. Крахмал
Организм медленно расщепляет этот углевод на отдельные единицы сахара, что обеспечивает человека стабильным источником энергии. Употребление крахмала не приводит к быстрому повышению глюкозы в крови.
В пище содержатся два основных вида крахмалов: амилоза и амилопектин. Амилоза переваривается медленнее амилопектина, поэтому продукты, ее содержащие, часто рекомендуются людям с проблемами контроля глюкозы в крови, например, диабетом.
Переваривание крахмала также зависит от его состояния. Когда мы употребляем цельные, не обработанные продукты, углеводы перерабатываются медленно, обеспечивая организм длительной энергией. При этом у нас наблюдается умеренное повышение уровня сахара в крови. Если же источником питания выступают обработанные продукты, входящий в их состав крахмал по своим свойствам больше напоминает дисахарид, а не полисахарид. Поэтому людям с проблемами контроля уровня глюкозы в крови (гипогликемией, резистентностью к инсулину или диабетом) следует избегать подобной пищи и выбирать более натуральные продукты.
Крахмал может перерабатываться организмом быстро и медленно, зависит от того, подвергался ли продукт промышленной обработке (белый хлеб, торты, выпечка). Здоровый выбор – выбор натуральной пищи.
2. Клетчатка
Пищевые волокна считаются сложными углеводами. Они обладают крайне полезными свойствами – клетчатка легко проходит через тонкий кишечник и доходит до толстой кишки. Благодаря этому организм более успешно и быстро очищается, а здоровье ЖКТ улучшается.
Пищевые волокна, которые способствуют здоровому пищеварению и выведению отходов, содержатся в овощах, зерновых и бобовых культурах. Однако производители часто очищают продукты от клетчатки, например, они удаляют отруби, богатые волокнами, при обработке зерна. Кожица фруктов также содержит пищевые волокна, однако при обработке ее срезают, из-за чего полезные свойства плодов ухудшаются.
.jpg)
Многие исследования подтверждают связь между рационом питания с высоким содержанием клетчатки и снижением некоторых типов рака (в том числе, злокачественной опухоли молочной железы и толстой кишки). Ученые выяснили, что пищевые волокна поддерживают здоровую микрофлору кишечника.
Как известно, в кишечнике человека содержится огромное количество бактерий, необходимых организму. Их называют «дружественной флорой» или полезными симбиотическими микроорганизмами. Они поддерживают здоровье тела человека, улучшая иммунную функцию, и обеспечивают клетки кишечного тракта необходимыми молекулами. Эти бактерии используют некоторые типы клетчатки, которые мы употребляем, для собственного роста и производят короткоцепочные жирные кислоты. Выработка кислот связана:
- с уменьшением количества раковых клеток толстой кишки;
- снижением уровня холестерина в сыворотке крови;
- поддержанием нормального уровня сахара в организме.
Не все волокна ферментируются дружественной флорой в кишечном тракте. Некоторые проходят через всю пищеварительную систему без изменений, забирая с собой токсины и ненужные продукты, чтобы вывести их из организма. Определенные виды клетчатки могут быть ферментированы микробами всех типов, в то время как другие виды пищевых волокон преимущественно используются бифидобактериями и лактобактериями. Когда эти дружественные микроорганизмы получают клетчатку, они начинают работать в полную силу, улучшая здоровье всего пищеварительного тракта. Отличные источники таких пребиотических волокон:
- помогает очищению организма;
- улучшает здоровье ЖКТ (поддерживают здоровую микрофлору кишечника);
- снижает уровень холестерина;
- уменьшает риск злокачественных опухолей.
Содержится в овощах, фруктах, зерне, бобовых. Важно выбирать продукты, которые не очищались производителями от пищевых волокон, к примеру, хлеб.
3. Резистентный крахмал
Резистентный крахмал (хотя он и является крахмалом) устойчив к перевариванию в тонком кишечнике. Он легко проходит по кишечному тракту, пока не достигает толстой кишки, где, подобно пищевым волокнам, ферментируется бактериями. Исследования показали, что устойчивый крахмал способствует образованию короткоцепочных жирных кислот и, следовательно, обладает полезными свойствами клетчатки. Он содержится в цельных зернах:
- неочищенном рисе;
- ячмене;
- цельной пшенице;
- гречневой крупе.
Резистентный крахмал обладает полезными свойствами, аналогичными клетчатке.
Польза сложных углеводов
1. Обеспечивают энергией более длительный период времени
Углеводы – основной источник энергии в организме, которая требуется для всех клеточных и метаболических процессов. При нехватке углеводов в рационе человек может почувствовать:
- слабость;
- головокружение;
- у него падает уровень сахара в крови;
- ухудшается самочувствие.
Однако по сравнению с простыми углеводами, сложные поддерживают организм более длительный период времени.
Избыток углеводов в виде гликогена накапливается в мышцах и печени, обеспечивая запас энергии для всех общих процессов. Резерва хватает на полдня. Чтобы поддерживать нормальный уровень глюкозы в крови, предотвратить расщепление жиров и белков для получения энергии, нужно регулярно употреблять углеводы в течение дня.
2. Привнесут в рацион достаточное количество клетчатки и помогут при похудении
Пищевые волокна не просто помогают регулировать пищеварительный процесс, но и обеспечивают сытость в течение длительного времени.
Ежедневное рекомендуемое количество клетчатки – 25 – 30 грамм, однако в большинстве растительных блюд – гораздо больше, что уменьшит голод. Старайтесь не употреблять продукты, содержащие менее 5 грамм пищевых волокон. Клетчатка замедляет повышение уровня сахара в крови, поэтому голод не возникает так быстро, как при выборе простых углеводов.
Рацион, богатый сложными углеводами, уменьшают тягу к нездоровыми перекусам между приемами пищи. Это простой способ поддерживать вес или худеть.
3. Обеспечивают поступление витаминов, минеральных и фитохимических веществ в организм
Сложные углеводы – источник незаменимых нутриентов, которые необходимы организму для нормальной работы. Витамины и минеральные вещества нужны:
- для гормонального баланса;
- репродуктивного здоровья;
- роста ногтей и волос;
- здоровой кожи;
- хорошего зрения и т.д.
Фрукты и овощи с высоким содержанием клетчатки (различные ягоды, артишок, капуста) — источники антиоксидантов, которые помогают предотвратить развитие некоторых видов рака, заболеваний сердца.
4. Оздоравливают пищеварительный тракт
Поскольку сложные углеводы содержат клетчатку, в толстом кишечнике она связывает токсичные вещества, избыток гормонов и пр., выводя их из организма и не допуская повторного поглощения. Т. е. помогает очистить.
Также пищевые волокна — еда для полезных микроорганизмов в кишечнике. Употребление таких продуктов уменьшает проблемы вздутия, газов и запоров.
5. Улучшают обмен веществ
Сложные углеводы дают энергию, поэтому они важны для оптимального метаболизма. Большинство людей предполагает, что поскольку низкоуглеводная диета может привести к потере веса, это улучшит обмен веществ. На самом деле это не так. Хотя человек будет худеть, метаболизм будет замедляться по мере соблюдения диеты. Употребление продуктов, богатых сложными углеводами – лучший способ оптимизировать вес, обмен веществ и энергию.
6. Повышают качество сна
Некоторые продукты, такие как овсянка, тыква, сладкий картофель, бананы и коричневый рис, содержат большое количество триптофана. Это аминокислота, которая способствует расслаблению организма и помогает уснуть. Употребление в пищу сложных углеводов перед сном поможет ускорить его приход и сделает крепче.
Овсянка также способствует выработке мелатонина, гормона, регулирующего сон.
7. Нормализуют работу нервной системы
Постоянное употребление углеводов жизненно важно для правильного функционирования центральной нервной системы. Мозг – центр ее управления, использует только углеводы в качестве энергии, на его долю приходится 1/5 часть всей вырабатываемой энергии. Однако головной мозг не имеет запаса углеводов и зависит от поступления глюкозы из крови.
Исключение углеводов из рациона может стать причиной:
- спутанного сознания – «тумана в голове»;
- головокружения;
- трудностей с концентрацией внимания;
- грусти или депрессии;
- сложностей с памятью.
Употребление таких продуктов, как овощи, бобовые, орехи, семена, фрукты, способствует лучшей концентрации и хорошему настроению.
В то время, как сахар заставляет человека нервничать и беспокоиться, сложные углеводы помогают организму справляться с проблемами, снижают нервозность и тревогу. Возможно снизить стресс, съев тарелку вкусной овсянки, банан или блюдо из сладкого картофеля.
В одном исследовании люди, которые в течение года «сидели» на диете с низким содержанием углеводов, чаще испытывали депрессию, тревожность и гнев, по сравнению с теми участниками, которые потребляли нормальное количество этих веществ, содержащихся в обезжиренных молочных продуктах, цельных зернах, фруктах и бобовых.
Не лишайте свой мозг углеводов – он нуждается в них!
8. Способствуют здоровью сердечно-сосудистой системы
Доказано, что рацион, богатый овощами, снижает уровень «плохого холестерина», предотвращает сердечные приступы, уменьшая артериальное давление. Сложные углеводы помогают сохранить сердце здоровым.
Исследования показали, что повышение потребления растворимых волокон, содержащихся в овсянке и бобовых, на 5-10 граммов в день может привести к 5% снижению плохого холестерина. Кроме того, у людей, употребляющих больше цельнозерновых продуктов (например, коричневого риса и булгура), наблюдается уменьшение уровня липопротеинов низкой плотности и повышение концентрации липопротеинов высокой плотности.
Что относится к сложным углеводам – список продуктов
Потребление большого количества цельнозерновых продуктов, фруктов и овощей — это отличный способ получить достаточное количество медленных углеводов из пищи. Ниже приведены основные источники этих полезных веществ.
1. Фрукты и овощи
Хотя во фруктах содержатся некоторые простые углеводы, в их состав также входит большое количество медленных углеводов. Постарайтесь ежедневно употреблять около 4-5 порций фруктов и овощей в пищу. Это могут быть:
2. Семена, орехи и бобовые
Употребляя такие продукты, как горох и фасоль, вы получите не только достаточное количество энергии, но и необходимые организму белки и омега-3 жирные кислоты, полезные для сердца и здоровья мозга. Бобовые снижают риск развития:
- заболеваний сердечно-сосудистой системы;
- диабета 2-го типа;
- рака предстательной железы.
Специалисты рекомендуют употреблять около 3 чашек бобовых в неделю при ежедневном рационе в 2000 калорий.
3. Цельное зерно
Цельнозерновые продукты считаются хорошими углеводами:
- коричневый рис;
- хлеб из необработанной пшеницы;
- овес;
- гречиха;
- просо;
- рожь;
- кукуруза.
- клетчаткой;
- витаминами;
- минералами;
- фитонутриентами.
Кроме того, эти продукты имеют низкий гликемический индекс, так как:
- вызывают медленное изменение уровня сахара в крови;
- способствуют потере веса;
- помогают контролировать симптомы диабета 2-го типа.
Пища, имеющая высокий гликемический индекс, напротив, вызывает быстрое повышение концентрации глюкозы и увеличивает риск диабета и сердечно-сосудистых заболеваний.
4. Молочные продукты
Составляя таблицу сложных углеводов, отметим пользу соевого молока, обезжиренного йогурта и обезжиренного молока. Эти продукты содержат в себе не только вышеназванные органические соединения, но и большое количество белков, витаминов и минералов.
Сложные углеводы, которые содержаться в продуктах растительного происхождения являются неотъемлемой частью сбалансированного питания за счет более высокого содержания витаминов и микроэлементов по сравнению с другими питательными веществами.
Роль углеводов в организме
Главная роль углеводов заключается в обеспечении организма энергией для нормального функционирования всех процессов жизнедеятельности. Среди второстепенных, но не менее важных, функций выделяют:
- защитная – формирование некоторых видов иммунных клеток, а также мукополисахаридов, защищающих слизистые оболочки дыхательных путей от проникновения бактерий, невозможна без достаточного поступления сложных углеводов;
- пластическая – углеводы входят в состав клеточных мембран, ряда ферментов, участвуют в построении нуклеотидов и нуклеиновых кислот, необходимых для высвобождения энергии в клетках и построения хрящевой ткани;
- пребиотическая – некоторые виды сложных углеводов (например, клетчатка), не расщепляются, однако играют значительную роль в регуляции работы тонкого и толстого кишечника, формирования химуса и являются питательной средой для полезных бактерий в кишечнике;
- осмотическая — углеводы участвуют в регуляции осмотического давления, обеспечивающего нормальное течение плазмы крови в сосудах;
- стратегическая – при поступлении углеводов часть энергии сохраняется в организме в виде гликогена и жировых отложений для дальнейшего использования.
Разновидности углеводов
Все углеводы состоят из глюкозы – минимальной структурной единицы, которая преобразуется в энергию. В зависимости от особенности строения глюкозы выделяют две основные группы углеводов:
- Простые (быстрые) углеводы состоят из молекул, не требующих дополнительного расщепления, поэтому быстро усваиваются и приводят к резкому повышению уровня глюкозы в крови. Так как организм не в состоянии сразу использовать всю поступившую энергию, чрезмерное количество простых углеводов приводит к ряду негативных последствий для здоровья.
- Сложные углеводы (медленные) являются высокомолекулярными соединениями (крахмал, клетчатка, пектиновые вещества), усвоение глюкозы из которых происходит постепенно, что обеспечивает равномерное поступление энергии на протяжении длительного времени без резкого повышения уровня сахара в крови.
Существует несколько путей распределения и использования глюкозы в организме:
- в первую очередь глюкоза из пищи используется на восполнение текущих энергетических потребностей (физическая активность, работа мозга, пищеварение, процессы обновления клеток);
- излишек глюкозы преобразуется в гликоген (энергетический запас организма), сохраняющийся в печени и в мышцах в количестве 200-300 грамм;
- после восполнения запасов гликогена лишний сахар из плазмы крови превращается в жирные кислоты и приводит к накоплению жира.
Полезные свойства сложных углеводов
Сложные углеводы не только восполняют энергетические затраты организма, но также нормализуют работу органов пищеварительного тракта, так как обладают следующими полезными свойствами:
- крахмал в составе сложных углеводов обеспечивают равномерное поступление энергии и длительное ощущение сытости, так как усваиваются в тонком кишечнике, способствуют медленному повышению сахара в крови на протяжении 2-3 часов и не вызывают скачков инсулина и усиленной работы поджелудочной железы;
- клетчатка не расщепляется в организме, но обеспечивает нормальную работу кишечника, усиливает секрецию кишечных ферментов и желчеотделение, и способствует выведению из организма холестерина;
- пектиновые кислоты защищают слизистую оболочку органов пищеварительного тракта от механического и химического раздражения пищей, а также склеивают и выводят патогенную, гнилостную микрофлору и токсины.
Продукты со сложными углеводами (таблица)
Основными источниками сложных углеводов в ежедневном питании являются крупы, бобовые, овощи и фрукты, употребление которых должно составлять 55-60% от общего ежедневного рациона.
| Продукт | Содержание углеводов на 100 грамм, г |
|---|---|
| Крупы | |
| Овсяные хлопья | 61 |
| Амарант | 31 |
| Перловка | 65 |
| Булгур | 76 |
| Пшено | 67 |
| Нешлифованный рис | 74 |
| Дикий рис | 75 |
| Спельта цельнозерновая | 70 |
| Гречка | 57 |
| Киноа | 64 |
| Ячневая крупа | 66 |
| Цельнозерновая мука | 72 |
| Бобовые | |
| Зеленый горошек | 15 |
| Бобы сырые | 12 |
| Бобы высушенные | 49 |
| Нут | 64 |
| Фасоль | 47 |
| Чечевица | 60 |
| Арахис | 14 |
| Овощи | |
| Морковь | 8 |
| Помидор | 4 |
| Сельдерей | 2 |
| Свекла | 6 |
| Репа | 6 |
| Баклажан | 7 |
| Спаржа | 3 |
| Огурец | 4 |
| Брокколи | 7 |
| Лук | 7 |
| Редис | 3 |
| Ревень | 4 |
| Болгарский перец | 7 |
| Белокочанная капуста свежая | 5 |
| Краснокочанная капуста | 5 |
| Морская капуста | 3 |
| Кабачок | 5 |
| Салат-латук | 2 |
| Щавель | 4 |
| Фрукты | |
| Гранат | 15 |
| Зеленый банан | 22 |
| Яблоки | 10 |
| Апельсины | 8 |
| Инжир | 12 |
| Персик | 10 |
| Груша | 11 |
| Грейпфрут | 6 |
| Лимон | 3 |
| Авокадо | 6 |
| Ягоды | |
| Клюква | 4 |
| Чернослив | 38 |
| Слива | 10 |
| Малина | 6 |
| Черника | 8 |
| Крыжовник | 9 |
| Клубника | 8 |
| Черешня | 10 |
| Смородина | 8 |
| Орехи, семечки | |
| Семечки подсолнечника | 16 |
| Семечки тыквенные | 17 |
| Лен | 12 |
| Кунжут | 12 |
| Мак | 15 |
| Фундук | 17 |
| Миндаль сырой | 20 |
| Кешью | 23 |
| Кедровый орех | 13 |
| Фисташки | 28 |
| Грецкий орех | 16 |
Сложные углеводы для похудения
В основе быстрого и эффективного похудения лежат принципы правильного питания, которое заключаются в сбалансированном употреблении белков, жиров и сложных углеводов, в исключении продуктов с простыми углеводами, а также в обеспечении дефицита калорий на 10-15% от суточной нормы.
При формировании рациона для похудения, который можно использовать на протяжении длительного времени, необходимо учитывать следующие правила:
- рассчитать и строго придерживаться нормы углеводов (4 грамма на килограмм желаемого веса);
- включить в меню медленные углеводы в виде овощей и злаков, что даст возможность обеспечить организм клетчаткой и пектиновыми кислотами;
- употреблять больше свежих овощей;
- ограничить в рационе количество крахмалистых овощей (картофель, кабачок) и фруктов;
- принимать пищу 4 раза в день;
- пить достаточное количество воды.
Существуют диеты на основе использования одного или нескольких продуктов питания со сложными углеводами при отсутствии других питательных веществ, например:
- Гречневая, — семидневная диета с использованием гречневой каши, приготовленной на воде без соли. В меню можно включить 2-3 яблока кислых сортов.
- Диета «6 каш», — диетическое питание длительностью в одну неделю. На протяжении шести дней необходимо употреблять один из видов каш (пшеничную, пшенную, овсяную, рисовую, ячневую, перловую), а на седьмой день выбрать либо одну из предложенных круп, либо смесь всех сортов (по 2 столовые ложки). Последний прием пищи на диете должен быть не позже 18.00.
- Похудение на перловке – рацион ограничивается отваренной на воде перловой крупой без соли на протяжении 5 или 7 дней.
- Диета на картофеле – на протяжении 3 дней следует съедать по 1 килограмму запеченного картофеля (4-5 приемов пищи) с укропом или петрушкой, но без соли и масла. Разрешается пить черный или зеленый чай без сахара.
- Свекла и морковь, — основой рациона на данной диете являются сырые, запеченные и отваренные корнеплоды в неограниченном количестве. Готовить овощи можно с добавлением щепотки соли и оливкового масла. Для большего ощущения сытости после завтрака разрешается съедать по 3 грецких ореха.
- Пектиновая диета — основывается на употреблении яблок, петрушки и зеленого лука с дополнительным добавлением различных круп (рисовой, гречневой) и овощей (капуста, огурцы, перец) на протяжении 5 дней.
При соблюдении любой из указанных углеводных диет следует контролировать калорийность, так как при избытке калорий вес увеличивается за счет превращения энергии в подкожный жир.
При диабете 2 типа
Важной частью лечения сахарного диабета 2 типа является использование диетического питания, с полным исключением продуктов с быстрыми углеводами, и ограничением количества сложных углеводов с учетом гликемического индекса.
Гликемический индекс (ГИ) является показателем повышения сахара в крови после употребления продуктов с углеводами в составе. Выделяют высокий, средний и низкий ГИ. Сложные углеводы имеют низкий гликемический индекс (ниже 50 единиц), среди которых овощи, фрукты с небольшим содержанием природного сахара и цельнозерновые крупы.
Гликемический индекс может изменяться при кулинарной обработке продуктов. Например, ГИ сырой моркови равен 35, а после отваривания увеличивается до 85. Также после термической обработки возрастает ГИ картофеля, кабачков, цветной капусты и свеклы.
Норма медленных углеводов при диабете регулируется индивидуальными показателями уровня сахара в крови (измеряется через 2 часа после еды). Умеренное употребление углеводов обеспечивает нормальную работу поджелудочной железы, похудение и отсутствие осложнений при сахарном диабете 2 типа.
Для набора мышечной массы
Сбалансированный рацион для наращивания мышц должен формироваться с использованием продуктов с высоким содержанием белка, полезных жиров и сложных углеводов для наращивания и сохранения мышечной массы, которые:
- обеспечивают организм энергией для силовых тренировок;
- пополняют запасы гликогена после тренировок;
- способствуют выработке гормона роста после физической нагрузки, что дополнительно стимулирует рост мышц;
- обеспечивают сохранность мышц (при наличии достаточного количества медленных углеводов в рационе белки из мышц не используются в качестве источника энергии).
Чтобы питательные вещества не откладывались в жир, а способствовали увеличению мышц, необходимо употреблять сложные углеводы в количестве 7-9 грамм на 1 килограмм веса в день, распределяя суточную норму следующим образом:
- в первой половине дня в виде завтрака, благодаря чему пополняются запасы гликогена, израсходованные организмом за ночь;
- после тренировки для восполнения энергии.
Углево́ды — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп [1] . Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды.
Сахара́ — другое название низкомолекулярных углеводов: моносахаридов, дисахаридов и олигосахаридов.
Углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей всех живых организмов представителей растительного и животного мира, составляя (по массе) основную часть органического вещества на Земле. Источником углеводов для всех живых организмов является процесс фотосинтеза, осуществляемый растениями.
Углеводы — весьма обширный класс органических соединений, среди них встречаются вещества с сильно различающимися свойствами. Это позволяет углеводам выполнять разнообразные функции в живых организмах. Соединения этого класса составляют около 80 % сухой массы растений и 2—3 % массы животных [1] .
Содержание
Классификация [ править | править код ]
Все углеводы состоят из отдельных «единиц», которыми являются сахариды. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные. Углеводы, содержащие одну единицу, называются моносахариды, две единицы — дисахариды, от двух до десяти единиц — олигосахариды, а более десяти — полисахариды. Моносахариды быстро повышают содержание сахара в крови и обладают высоким гликемическим индексом, поэтому их ещё называют быстрыми углеводами. Они легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях. Углеводы, состоящие из 3 или более единиц, называются сложными. Продукты, богатые сложными углеводами, постепенно повышают содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, поэтому их ещё называют медленными углеводами. Сложные углеводы являются продуктами поликонденсации простых сахаров (моносахаридов) и, в отличие от простых, в процессе гидролитического расщепления способны распадаться на мономеры с образованием сотен и тысяч молекул моносахаридов.
Моносахариды [ править | править код ]
Моносахари́ды (от др.-греч. μόνος ‘единственный’, лат. saccharum ‘сахар’ и суффикса -ид) — простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов — обычно представляют собой бесцветные, легко растворимые в воде, плохо — в спирте и совсем нерастворимые в эфире, твёрдые прозрачные органические соединения [2] , одна из основных групп углеводов, самая простая форма сахара. Водные растворы имеют нейтральную pH. Некоторые моносахариды обладают сладким вкусом. Моносахариды содержат карбонильную (альдегидную или кетонную) группу, поэтому их можно рассматривать как производные многоатомных спиртов. Моносахарид, у которого карбонильная группа расположена в конце цепи, представляет собой альдегид и называется альдоза. При любом другом положении карбонильной группы моносахарид является кетоном и называется кетоза. В зависимости от длины углеродной цепи (от трёх до десяти атомов) различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и так далее. Среди них наибольшее распространение в природе получили пентозы и гексозы [2] . Моносахариды — стандартные блоки, из которых синтезируются дисахариды, олигосахариды и полисахариды.
В природе в свободном виде наиболее распространена D-глюкоза ( C 6 H 12 O 6) — структурная единица многих дисахаридов (мальтозы, сахарозы и лактозы) и полисахаридов (целлюлоза, крахмал). Другие моносахариды, в основном, известны как компоненты ди-, олиго- или полисахаридов и в свободном состоянии встречаются редко. Природные полисахариды служат основными источниками моносахаридов [2] .
Дисахариды [ править | править код ]
Дисахари́ды (от др.-греч. δία ‘два’, лат. saccharum ‘сахар’ и суффикса -ид) — сложные органические соединения, одна из основных групп углеводов, при гидролизе каждая молекула распадается на две молекулы моносахаридов, являются частным случаем олигосахаридов. По строению дисахариды представляют собой гликозиды, в которых две молекулы моносахаридов соединены друг с другом гликозидной связью, образованной в результате взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой). В зависимости от строения дисахариды делятся на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие. Например, в молекуле мальтозы у второго остатка моносахарида (глюкозы) имеется свободный полуацетальный гидроксил, придающий данному дисахариду восстанавливающие свойства. Дисахариды наряду с полисахаридами являются одним из основных источников углеводов в рационе человека и животных [3] .
Олигосахариды [ править | править код ]
О́лигосахари́ды (от греч. ὀλίγος — немногий) — углеводы, молекулы которых синтезированы из 2—10 остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Соответственно различают: дисахариды, трисахариды и так далее [3] . Олигосахариды, состоящие из одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, а из разных — гетерополисахаридами. Наиболее распространены среди олигосахаридов дисахариды.
Среди природных трисахаридов наиболее распространена рафиноза — невосстанавливающий олигосахарид, содержащий остатки фруктозы, глюкозы и галактозы — в больших количествах содержится в сахарной свёкле и во многих других растениях [3] .
Полисахариды [ править | править код ]
Полисахари́ды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов. С точки зрения общих принципов строения в группе полисахаридов возможно различить гомополисахариды, синтезированные из однотипных моносахаридных единиц и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или нескольких типов мономерных остатков [4] .
Гомополисахариды (гликаны), состоящие из остатков одного моносахарида, могут быть гексозами или пентозами, то есть в качестве мономера может быть использована гексоза или пентоза. В зависимости от химической природы полисахарида различают глюканы (из остатков глюкозы), маннаны (из маннозы), галактаны (из галактозы) и другие подобные соединения. К группе гомополисахаридов относятся органические соединения растительного (крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества), животного (гликоген, хитин) и бактериального (декстраны) происхождения [2] .
Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Это один из основных источников энергии организма, образующейся в результате обмена веществ. Полисахариды принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях, являются основной массой органического вещества в биосфере.
Крахма́л ( C 6 H 10 O 5)n — смесь двух гомополисахаридов: линейного — амилозы и разветвлённого — амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Белое аморфное вещество, не растворимое в холодной воде, способное к набуханию и частично растворимое в горячей воде [2] . Молекулярная масса 10 5 —10 7 Дальтон. Крахмал, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам. Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10—30 %, амилопектина — 70—90 %. Молекула амилозы содержит в среднем около 1000 остатков глюкозы, связанных между собой альфа-1,4-связями. Отдельные линейные участки молекулы амилопектина состоят из 20—30 таких единиц, а в точках ветвления амилопектина остатки глюкозы связаны межцепочечными альфа-1,6-связями. При частичном кислотном гидролизе крахмала образуются полисахариды меньшей степени полимеризации — декстрины ( C 6 H 10 O 5)p, а при полном гидролизе — глюкоза [4] .
Гликоге́н ( C 6 H 10 O 5)n — полисахарид, построенный из остатков альфа-D-глюкозы — главный резервный полисахарид высших животных и человека, содержится в виде гранул в цитоплазме клеток практически во всех органах и тканях, однако, наибольшее его количество накапливается в мышцах и печени. Молекула гликогена построена из ветвящихся полиглюкозидных цепей, в линейной последовательности которых, остатки глюкозы соединены посредством альфа-1,4-связями, а в точках ветвления межцепочечными альфа-1,6-связями. Эмпирическая формула гликогена идентична формуле крахмала. По химическому строению гликоген близок к амилопектину с более выраженной разветвлённостью цепей, поэтому иногда называется неточным термином «животный крахмал». Молекулярная масса 10 5 —10 8 Дальтон и выше [4] . В организмах животных является структурным и функциональным аналогом полисахарида растений — крахмала. Гликоген образует энергетический резерв, который при необходимости восполнить внезапный недостаток глюкозы может быть быстро мобилизован — сильное разветвление его молекулы ведёт к наличию большого числа концевых остатков, обеспечивающих возможность быстрого отщепления нужного количества молекул глюкозы [2] . В отличие от запаса триглицеридов (жиров) запас гликогена не настолько ёмок (в калориях на грамм). Только гликоген, запасённый в клетках печени (гепатоцитах) может быть переработан в глюкозу для питания всего организма, при этом гепатоциты способны накапливать до 8 процентов своего веса в виде гликогена, что является максимальной концентрацией среди всех видов клеток. Общая масса гликогена в печени взрослых может достигать 100—120 граммов. В мышцах гликоген расщепляется на глюкозу исключительно для локального потребления и накапливается в гораздо меньших концентрациях (не более 1 % от общей массы мышц), тем не менее общий запас в мышцах может превышать запас, накопленный в гепатоцитах.
Целлюло́за (клетча́тка) — наиболее распространённый структурный полисахарид растительного мира, состоящий из остатков альфа-глюкозы, представленных в бета-пиранозной форме. Таким образом, в молекуле целлюлозы бета-глюкопиранозные мономерные единицы линейно соединены между собой бета-1,4-связями. При частичном гидролизе целлюлозы образуется дисахарид целлобиоза, а при полном — D-глюкоза. В желудочно-кишечном тракте человека целлюлоза не переваривается, так как набор пищеварительных ферментов не содержит бета-глюкозидазу. Тем не менее, наличие оптимального количества растительной клетчатки в пище способствует нормальному формированию каловых масс [4] . Обладая большой механической прочностью, целлюлоза выполняет роль опорного материала растений, например, в составе древесины её доля варьирует от 50 до 70 %, а хлопок представляет собой практически стопроцентную целлюлозу [2] .
Хити́н — структурный полисахарид низших растений, грибов и беспозвоночных животных (в основном роговые оболочки членистоногих — насекомых и ракообразных). Хитин, подобно целлюлозе в растениях, выполняет опорные и механические функции в организмах грибов и животных. Молекула хитина построена из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой бета-1,4-гликозидными связями. Макромолекулы хитина неразветвлённые и их пространственная укладка не имеет ничего общего с целлюлозой [2] .
Пекти́новые вещества́ — полигалактуроновая кислота, содержится в плодах и овощах, остатки D-галактуроновой кислоты связаны альфа-1,4-гликозидными связями. В присутствии органических кислот способны к желеобразованию, применяются в пищевой промышленности для приготовления желе и мармелада. Некоторые пектиновые вещества оказывают противоязвенный эффект и являются активной составляющей ряда фармацевтических препаратов, например, производное подорожника «плантаглюцид» [2] .
Мурами́н (лат. múrus — стенка) — полисахарид, опорно-механический материал клеточной стенки бактерий. По химическому строению представляет собой неразветвлённую цепь, построенную из чередующихся остатков N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединённых бета-1,4-гликозидной связью. Мурамин по структурной организации (неразветвлённая цепь бета-1,4-полиглюкопиранозного скелета) и функциональной роли весьма близок к хитину и целлюлозе [2] .
Декстра́ны — полисахариды бактериального происхождения — синтезируются в условиях промышленного производства микробиологическим путём (воздействием микроорганизмов Leuconostoc mesentero >[2] .
Пространственная изомерия [ править | править код ]
Изомерия (от др.-греч. ἴσος — равный, и μέρος — доля, часть) — существование химических соединений (изомеров), одинаковых по составу и молекулярной массе, различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.
Стереоизомерия моносахаридов: изомер глицеральдегида у которого при проецировании модели на плоскость ОН-группа у асимметричного атома углерода расположена с правой стороны принято считать D-глицеральдегидом, а зеркальное отражение — L-глицеральдегидом. Все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы у последнего асимметричного атома углерода возле СН2ОН-группы (кетозы содержат на один асимметричный атом углерода меньше, чем альдозы с тем же числом атомов углерода). Природные гексозы — глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза — по стереохимической конфигурациям относят к соединениям D-ряда [5] .
Биологическая роль [ править | править код ]
В живых организмах углеводы выполняют следующие функции:
- Структурная и опорная функции. Углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Так целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенокрастений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелетачленистоногих[1] .
- Защитная роль у растений. У некоторых растений есть защитные образования (шипы, колючки и др.), состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток.
- Пластическая функция. Углеводы входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК) [6] .
- Энергетическая функция. Углеводы служат источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды[6] .
- Запасающая функция. Углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин — у растений [1] .
- Осмотическая функция. Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100—110 мг/л глюкозы, от концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.
- Рецепторная функция. Олигосахариды входят в состав воспринимающей части многих клеточных рецепторов или молекул-лигандов.
Биосинтез [ править | править код ]
В суточном рационе человека и животных преобладают углеводы. Травоядные получают крахмал, клетчатку, сахарозу. Хищники получают гликоген с мясом.
Организмы животных не способны синтезировать углеводы из неорганических веществ. Они получают их от растений с пищей и используют в качестве главного источника энергии, получаемой в процессе окисления:
C x ( H 2 O ) y + x O 2 → x C O 2 + y H 2 O , Δ H 0.001 <\displaystyle <\mathsf
В зелёных листьях растений углеводы образуются в процессе фотосинтеза — уникального биологического процесса превращения в сахара неорганических веществ — оксида углерода (IV) и воды, происходящего при участии хлорофилла за счёт солнечной энергии:
x C O 2 + y H 2 O → C x ( H 2 O ) y + x O 2 <\displaystyle <\mathsf <2>+yH_<2>O\rightarrow C_
Обмен [ править | править код ]
Обмен углеводов в организме человека и высших животных складывается из нескольких процессов [4] :
- Гидролиз (расщепление) в желудочно-кишечном трактеполисахаридов и дисахаридов пищи до моносахаридов, с последующим всасыванием из просвета кишки в кровеносное русло.
- Гликогеногенез (синтез) и гликогенолиз (распад) гликогена в тканях, в основном в печени.
- Аэробный (пентозофосфатный путь окисления глюкозы или пентозный цикл) и анаэробный (без потребления кислорода) гликолиз — пути расщепления глюкозы в организме.
- Взаимопревращение гексоз.
- Аэробное окисление продукта гликолиза — пирувата (завершающая стадия углеводного обмена).
- Глюконеогенез — синтез углеводов из неуглеводистого сырья (пировиноградная, молочная кислота, глицерин, аминокислоты и другие органические соединения).
Важнейшие источники [ править | править код ]
Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % глюкозы и фруктозы.
Для обозначения количества углеводов в пище используется специальная хлебная единица.
К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
