Роль и функции углеводов в организме человека

Дата: 16 Октябрь 2016 Рубрика: Питание Комментарии: Нет комментариев

Углеводы – это самый распространенный класс органических веществ. Роль углеводов в организме разнообразна, зависит от их строения, места образования. Максимальное количество углеводов содержится в растениях, где их концентрация достигает 90%. Это объясняется способностью растений синтезировать углеводы из углекислого газа и воды под действием лучей солнца. Называется такая реакция фотосинтезом.

Роль углеводов в организме

В фотосинтезе принимает участие пигмент хлорофилл. В животных организмах концентрация углеводов значительно меньше, составляет в среднем 2% от массы тела. Некоторые авторы указывают содержание 20%, подразумевая концентрацию в сухом остатке живых существ. В организме человека, по мнению профессора А.П. Нечаева, содержание углеводов не превышает 1% от массы всего тела.

Образование углеводов в живых системах происходит иначе, чем в растениях. Есть также различия в строении.

Состав углеводов

Название класса сформулировали первооткрыватели, у которых сложилось впечатление о содержании в новых веществах угля – углерода и воды в строго определенном соотношении. Впоследствии был установлено, что строение и состав углеводов несколько иной. Название осталось. В начале 20 века Международная комиссия рекомендовала другое название, которое на практике не закрепилось. Приводить его здесь не имеет смысла.

Углеводы – огромный класс веществ, который принято подразделять на простые и сложные

Простые углеводы, несмотря на название, устроены не очень просто. Называют их моносахаридами. По количеству атомов углерода они подразделяются на группы. В целом атомов углерода и атомов кислорода у них содержится поровну, количество атомов водорода вдвое больше, чем каждого из указанных.

  1. Триозы – содержат в основе молекулы три атома углерода. В свободном виде встречаются редко. Производные триоз, содержащие фосфор, образуются при расщеплении углеводов в организме человека.
  2. Тетрозы распространены мало.
  3. Пентозы (5 атомов углерода в скелете молекулы) встречаются в природе чаще, обычно, как составляющая часть более крупных соединений.
  4. Гексозы – самая важная и распространенная группа простых углеводов. Они содержат 6 атомов углерода. К гексозам относится глюкоза, фруктоза, галактоза и многие другие вещества. Самый важный простой углевод, обеспечивающий все обменные процессы человека, — это глюкоза. В биохимических реакциях в организме она участвует в виде фосфорных производных. Сложные углеводы также подразделяются на группы. Атомов кислорода в них меньше, чем атомов углерода. Сложные углеводы могут иметь средние размеры и очень большие размеры.

Сложные углеводы средних размеров называют сахароподобными или олигосахаридами. Приставка в переводе с греческого обозначает «малый». Они содержат до 10 остатков моносахаридов.

  1. Сложные углеводы с очень большой молекулярной массой называют несахароподобными или полисахаридами.
  2. Они имеют длинные, иногда разветвленные цепи из моносахаридов. При разрушении под действием воды все полисахариды в конечном итоге распадаются до смеси моносахаридов.

Роль углеводов в организме

В целом в биосфере углеводов содержится больше, чем всех остальных органических соединений в сумме. Простые и сложные углеводы в равной мере важны для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Главные функции углеводов в организме можно представить в перечне.

  • При окислении 1 гр углеводов в организме образуется 4 ккал энергии, часть из которой расходуется на обеспечение нужд органов, тканей, работу сердца, мышц. «Лишняя» энергия, не востребованная в данный момент времени, может запасаться в особенном соединении – АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). При появлении потребности АТФ может расщепляться и снабжать организм недостающей энергией. Углеводы обеспечивают 58% суточных энергозатрат человека.
  • Разнообразно участие углеводов в непосредственном и опосредованном построении тканей организма.
    • Сложные производные – мукополисахариды формируют соединительные ткани, хрящевое наполнение суставов.
    • Остатки моносахаридов, образующиеся при расщеплении углеводов в организме, используются для образования (биосинтеза) новых белков, липидов.
  • Функции углеводов в клетке заключаются в регуляции обмена жиров. Часто при сильных физических нагрузках, низком содержании углеводов в рационе происходит накопление вредных продуктов, например, ацетона. Все особенности питания в период активных физических занятий целесообразно согласовать со специалистом.
  • Многие моносахариды имеют сладкий вкус, доставляют удовольствие при приеме пищи. Это один из необходимых источников положительных эмоций, необходимых для нормальной работы нервной системы.
  • Простые и сложные углеводы участвуют в запасании (депонировании) энергии. При избытке моносахаридов из них образуется полисахарид – гликоген, который накапливается в печени и мышцах.
  • Разнообразны специфические функции углеводов в организме.
    • Сложные производные принимают участие в формировании группы крови.
    • Некоторые биополимеры, имеющие углеводную составляющую, расщепляют чужеродные вирусы, токсины.
    • Комплексы белков с углеводами обеспечивают передачу нервных импульсов.
    • Гепарин предотвращает образование сгустков в кровеносных сосудах.
  • Важна функция углеводов в клетках печени. Глюкуроновая кислота, образующаяся при окислении глюкозы, связывает токсины в печени, превращает их в растворимую форму, которая легко выводится из организма.

Расщепление углеводов в организме

По пищевой ценности углеводы подразделяют на усваиваемые  и неусваиваемые.

К усваиваемым относят:

  • моносахариды,
  • сахароподобные сложные углеводы,
  • некоторые несахароподобные углеводы.

Из полисахаридов человек может усваивать только крахмал, гликоген (животный крахмал).

Легче всего усваиваются углеводы с маленькой и средней массой молекулы. По этому признаку происходит деление на быстрые и медленные углеводы.

  • Моносахариды, например глюкоза, усваиваются очень быстро, т.к. ей не нужно претерпевать никаких предварительных реакций. Углеводы, состоящие из смеси двух моносахаридов усваиваются тоже быстро. Например, мед состоит из смеси равных частей глюкозы и фруктозы. Глюкоза к усвоению готова. Фруктозе нужно только немного видоизмениться.
  • Огромные молекулы полисахаридов, типа крахмала, гликогена, усваиваются медленнее. Цепь, состоящая из нескольких тысяч звеньев сначала должна претерпеть расщепление до моносахаридов. На это уходит время и некоторая энергия.

Быстрые и медленные углеводы

Быстрые и медленные углеводы одинаково важны для человека. Следует учитывать скорость их расщепления, в соответствии с которой корректировать рацион. Интенсивность процессов усвоения углеводов характеризуется гипогликемическим индексом углеводов, который отображает способность продукта повышать уровень глюкозы в крови. Чем быстрее происходит всасывание в пищевом тракте, тем быстрее увеличивается концентрация глюкозы в крови.

  • Максимальный гипогликемический индекс углеводов имеет глюкоза, 105 единиц. Солодовый сахар – мальтоза, состоящий из двух остатков глюкозы имеет показатель 100 единиц.
  • Фруктоза характеризуется цифрой 20. Это объясняется тем, что для превращения в глюкозу она должна перегруппироваться (изомеризоваться). На такую трансформацию фруктозы требуется время.
  • Низкий показатель фруктозы объясняет не очень высокие цифры ГИ для сахарозы (59). Она состоит из двух связанных звеньев, одним из которых является фруктоза. Нужно звенья сначала расщепить, потом фруктозе видоизмениться.
  • У меда такие же моносахариды – глюкоза и фруктоза, но они не связаны друг с другом, находятся в смеси. Звенья расщеплять не нужно. ГИ меда выше, чем у сахарозы, составляет 87.
  • У крахмала, содержащегося в приготовленных продуктах: вареном белом рисе, картофеле, пшеничном хлебе ГИ не мал, составляет 72; 90, 72, соответственно. Это объясняется расщеплением молекул крахмала при термической обработке.

Углеводы, в отличие от жиров и белков, начинают расщепляться уже в ротовой полости. В слюне присутствует фермент, ускоряющий эти процессы. Это одна из причин, из-за которой пищу рекомендуют тщательно пережевывать. Затем расщепление продолжается в остальных отделах пищевого тракта. В конечном итоге все усвояемые углеводы расщепляются, превращаются в глюкозу.

  • Часть глюкозы окисляется с образованием энергии.
  • Другая часть расщепляется и поставляет осколки молекул в другие обменные.
  • «Лишняя» глюкоза запасается в виде животного крахмала – гликогена, откладывается в печени и мышцах про запас.

Полисахариды: целлюлоза, инулин, пектин  не усваиваются в организме. Они относятся к балластным веществам.

Роль балластных веществ

  • Клетчатка, которая относится к неусваиваемым веществам, усиливает работу кишечника. Она инициирует сокращение гладких мышц, благодаря которому пища эффективнее продвигается по кишечному тракту.
  • Балластные вещества препятствуют гниению остатков пищи в кишечнике, нормализуют его микрофлору.
  • Пектиновые вещества, которые также не усваиваются организмом человека, способствуют выведению солей тяжелых металлов, радионуклеидов, токсичных компонентов. Диету с повышенным содержанием пектиновых веществ назначали ликвидаторам последствий трагедии на ЧАЭС.
  • Балластные вещества способствуют выведению излишков холестерина.
  • Пищевые волокна нормализуют обмен жиров, минимизируя вероятность появления ожирения.

Источники углеводов

Из всего количества потребляемых человеком углеводов 80% составляет крахмал и тростниковый сахар — сахароза. Крахмал содержится в значительных количествах в картофеле, зерновых, бобовых культурах. В пшенице, просе, рисе, гречихе крахмала содержится более 50%, в горохе  — 44%, в овсе – 36,5%. Из приведенных зерновых гречиха отличается максимальным содержанием клетчатки – 10,8%. Это в 2 раза больше, чем в горохе; в 4 раза больше, чем в кукурузе, любых сортах пшеницы. Важно отметить, что при повышении сортности хлеба в нем в 1,5 раза в среднем увеличивается содержание крахмала и в 3 раза сокращается концентрация клетчатки. Для здорового питания рекомендуют употреблять хлеб из муки с минимальной степенью очистки, грубого помола.

  • В период развития человечество старалось максимально очистить пищевое сырье. Научились освобождать зерна круп от микропримесей шелухи, рафинировать и отбеливать сахар. Со временем выяснилось, что в процессе старательной очистки пищевого сырья теряется много ценных компонентов. В продаже стал появляться хлеб грубого помола, желтый сахар, не полностью отбеленный рис. На отечественном рынке ассортимент здоровых продуктов еще не очень велик, но тенденция обнадеживает.

Главные источники углеводов – это овощи и фрукты

  • Самый распространенный простой углевод – глюкоза (виноградный сахар). Ее много в ягодах, фруктах, меде, зеленых частях растений.
  • Фруктоза содержится в меде, свекле, фруктах, входит составной частью в тростниковый сахар.
  • Тростниковый сахар – сахарозу получают из сахарного тростника, свеклы. Концентрация сахарозы велика в продуктах, к которым ее добавляют. Это кондитерские изделия, соки, джемы, напитки, мороженое.
  • Молочный сахар лактоза содержится в молоке. Это очень полезное вещество для детей и части взрослых, у которых сохранилась активность фермента ее расщепляющего. Взрослые люди у которых этот фермент уже не активен, цельное молоко переваривают плохо. В таком случае лучше употреблять кисломолочные продукты.

Неусваиваемые углеводы  содержатся в овощах, фруктах. В кожуре цитрусовых, например, их содержится до 30%; в кожуре яблок – до 20%.

Сколько углеводов нужно в день

Рекомендации должны быть индивидуальными, определяться энергозатратами человека.  Ответить на вопрос — сколько углеводов нужно в день употреблять каждому – сложно. Средний диапазон – 365 – 500 гр в сутки. В России принята норма – 5 гр усваиваемых углеводов на 1 кг массы тела. При тяжелой физической работе эта цифра может быть увеличена до 8 гр.

При этом содержание крахмала может составлять 350 гр, простых и сахароподобных сложных углеводов – от 50 гр до 100 гр. Последние рекомендации ВОЗ устанавливают 10% предел содержания свободных, быстрых сахаров. Минимальная масса балластных веществ – 25 гр. Людям, увлекающимся любыми видами спорта, норму следует уточнить у специалиста, располагающего информацией об индивидуальной физической нагрузке.

Избыток углеводов в организме вызывает системные нарушения обмена всех веществ. Заболевания, связанные с неправильной организацией питания называются алиментарными. При  избытке углеводов в организме перегружается поджелудочная железа, которая продуцирует гормон – инсулин. Это может привести к диабету, ожирению, нарушению работы нервной системы.

Недостаток углеводов в организме приводит к понижению энергетического тонуса. Человек может ощущать упадок сил, апатию, постепенно проявляются нарушения липидного обмена. Могут возникать негативные проявления со стороны деятельности нервной системы. Первые признаки недостатка углеводов в организме должны послужить сигналом к необходимости изменить рацион.

Разумный подход к организации питания будет вознагражден хорошим физическим состоянием человека.

Алексей Динулов, Элит — Тренер FPA

 

Оставить свой комментарий

Фитнес Школа Онлайн
Фитнес Школа Онлайн
Наверх Яндекс.Метрика