Главная Энцефалопатия Углеводы, жиры и атф, их строение и значение. Что такое углеводы, роль углеводов в организме человека

Углеводы, жиры и атф, их строение и значение. Что такое углеводы, роль углеводов в организме человека

Моносахариды (простые сахара) состоят из одной молекулы, содержащей от 3 до 6 атомов углерода. Дисахариды - соединения, образованные из двух моносахаридов. Полисахариды являются высокомолекулярными веществами, состоящими из большого числа (от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч) моносахаридов.

Разнообразные углеводы в больших количествах содержатся в организмах. Их основные функции:

Энергетическая: именно углеводы служат основным источником энергии для организма. Среди моносахаридов это фруктоза, широко встречающаяся в растениях (прежде всего в плодах), и особенно глюкоза (при расщеплении одного ее грамма выделяется 17,6 кДж энергии). Глюкоза содержится в плодах и других частях растений, в крови, лимфе, тканях животных. Из дисахаридов необходимо выделить сахарозу (тростниковый или свекловичный сахар), состоящую из глюкозы и фруктозы, и лактозу (молочный сахар), образованную соединением глюкозы и галактозы. Сахароза содержится в растениях (в основном в плодах), а лактоза - в молоке. Они играют важнейшую роль в питании животных и человека. Большое значение в энергетических процессах имеют такие полисахариды, как крахмал и гликоген, мономером которых выступает глюкоза. Они представляют собой резервные вещества растений и животных соответственно. При наличии в организме большого количества глюкозы она используется для синтеза этих веществ, которые накапливаются в клетках тканей и органов. Так, крахмал в больших количествах содержится в плодах, семенах, клубнях картофеля; гликоген - в печени, мышцах. По мере необходимости данные вещества расщепляются, поставляя глюкозу в различные органы и ткани организма.
Структурная: например, такие моносахариды, как дезоксирибоза и рибоза, участвуют в формировании нуклеотидов. Различные углеводы входят в состав клеточных стенок (целлюлоза у растений, хитин у грибов).

Липиды (жиры) - органические вещества, нерастворимые в воде (гидрофобные), но хорошо растворяющиеся в органических растворителях (хлороформе, бензине и др.). Их молекула состоит из глицерина и жирных кислот. Разнообразие последних и обусловливает многообразие липидов. В мембранах клеток широко встречаются фосфолипиды (содержащие, кроме жирных, остаток фосфорной кислоты) и гликолипиды (соединения липидов и сахаридов).

Функции липидов - структурная, энергетическая и защитная.

Структурной основой клеточной мембраны выступает бимолекулярный (образованный из двух слоев молекул) слой липидов, в который встроены молекулы разнообразных белков.

При расщеплении 1 г жиров выделяется 38,9 кДж энергии, что примерно вдвое больше, чем при расщеплении 1 г углеводов или белков. Жиры могут накапливаться в клетках разных тканей и органов (печени, подкожной клетчатке у животных, семенах у растений), в больших количествах образуя значительный запас «топлива» в организме.

Обладая плохой теплопроводностью, жиры играют важную роль в защите от переохлаждения (например, слои подкожного жира у китов и ластоногих).

АТФ (аденозинтрифосфат). Он служит в клетках универсальным энергоносителем. Энергия, выделяющаяся при расщеплении органических веществ (жиры, углеводы, белки и т. д.), не может использоваться непосредственно для выполнения какой-либо работы, а запасается первоначально в форме АТФ.

Аденозинтрифосфат состоит из азотистого основания аденина, рибозы и трех молекул (а точнее, остатков) фосфорной кислоты (рис. 1).

Рис. 1. Состав молекулы АТФ

При отщеплении одного остатка фосфорной кислоты образуется АДФ (аденозиндифосфат) и высвобождается около 30 кДж энергии, которая расходуется на выполнение какой-либо работы в клетке (например, сокращение мышечной клетки, процессы синтеза органических веществ и т. д.):

Так как запас АТФ в клетке ограничен, он постоянно восстанавливается за счет энергии, выделяющейся при расщеплении других органических веществ; восстановление АТФ происходит путем присоединения молекулы фосфорной кислоты к АДФ:

Таким образом, в биологическом преобразовании энергии можно выделить два основных этапа:

1) синтез АТФ - запасание энергии в клетке;

2)высвобождение запасенной энергии (в процессе расщепления АТФ) для совершения работы в клетке.

1. Органические вещества клетки: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ. Макромолекулы - крупные и сложные по строению молекулы органических соединений, состоящие из более простых молекул - «кирпичиков».

2. Углеводы - органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода.

3. Строение углеводов. Простые углеводы - глюкоза, фруктоза. Наличие глюкозы в составе фруктов, овощей, крови человека, фруктозы - в составе фруктов и меда. Сложные углеводы - макромолекулы, состоящие из остатков молекул простых углеводов. Примеры сложных углеводов: целлюлоза (клетчатка), крахмал, гликоген - животный крахмал, образующийся в печени. Образование молекул целлюлозы, крахмала и гликогена из остатков молекул глюкозы. Наличие в одной молекуле крахмала от нескольких сотен до нескольких тысяч остатков молекул глюкозы, а в составе молекулы целлюлозы - свыше 10000 звеньев. Прочность и нерастворимость молекул сложных углеводов.

4. Роль углеводов в организме:

Запасающая - способность сложных углеводов накапливаться, образуя запас питательных веществ. Примеры: накопление крахмала в клетках клубней картофеля, корневищ многих растений; образование из молекул глюкозы и накопление в клетках печени гликогена;
- энергетическая - способность молекул углеводов окисляться до углекислого газа и воды с освобождением 17,6 кДж энергии при окислении 1 г углеводов;

Структурная. Углеводы - составная часть различных частей и органоидов клетки. Пример: наличие клеточной оболочки, состоящей из целлюлозы и играющей роль наружного скелета у растений.

5. Жиры - органические вещества. Гидрофоб-ность (нерастворимость в воде) - главное свойство жиров.

7. Роль жиров в организме:

Энергетическая - способность окисляться до углекислого газа и воды с освобождением энергии (38,9 кДж энергии при окислении 1 г жиров);

Структурная. Жиры входят в состав плазматической мембраны;

Запасающая - способность жиров накапливаться в подкожной жировой клетчатке у животных, в семенах некоторых растений (подсолнечник, кукуруза и др.);- терморегуляционная: защита организма от охлаждения у ряда животных - тюленей, моржей, китов, медведей и др.;

Защитная: у ряда животных защита организма от механических повреждений, предохранение от смачивания водой перьев или волосяного покрова.

Составьте схемы пищевых цепей аквариума, в котором обитают карась, улитки (прудовик и катушка), растения (элодея и валлиснерия), инфузория-туфелька, сапрофитные бактерии. Объясните, что произойдет в аквариуме, если из него удалить моллюсков.

Аквариум - модель экосистемы, ограниченное водное пространство. Три группы организмов, обитающих в аквариуме: производители органических веществ (водоросли и высшие водные растения); потребители органических веществ (рыбы, одноклеточные животные, моллюски); разрушители органических веществ (бактерии, грибы, разлагающие органические остатки до минеральных веществ).

Пищевые цепи аквариума:
сапрофитные бактерии → инфузория-туфелька → карась;

сапрофитные бактерии →моллюски;

растения →рыбы;

органические остатки → моллюски.

Моллюски очищают стенки аквариума и поверхность растений от различных органических остатков. Исключение моллюсков из пищевой цепи приводит к помутнению воды в результате массового размножения бактерий, а также выделения рыбами продуктов обмена и непереваренных остатков пищи.

Жиры. В тканях живых организмов и растений содержатся нейтральные жиры и жироподобные соединения (общее название - липиды). Липиды построены по типу сложных эфиров. К нейтральным жирам относятся триглицериды - сложные эфиры трехатомного спирта глицерина (стр. 94) и высших жирных кислот: пальмитиновой, стеариновой, олеиновой и др., например:

Наиболее часто в жирах содержатся жирные кислоты с числом углеродных атомов от четырех до 24.

К липидам относятся также фосфатиды - соединения, построенные по типу сложных эфиров и содержащие остатки спирта (обычно глицерина), высших жирных кислот, азотистого основания и фосфорной кислоты. К фосфатиам относится, например, лецитин:

Жиры играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Они являются важным источником энергии, способствуют обмену веществ в клетках, защищают внутренние органы от механических повреждений и др.

Жиры подразделяются на внутриклеточные и запасные. Запасные жиры содержатся в специальных жировых депо: в подкожной клетчатке и сальнике, атакже в виде жировой подкладки

под почками и некоторыми другими внутренними органами. По мере расходования жиров в тканях и клетках расход их восполняется из жирового депо.

Жиры как источник энергии являются необходимым элементом питания. Расщепление поступающих с пищей жиров происходит в основном в кишечнике под действием фермента липазы. При этом нейтральные жиры расщепляются на глицерин и жирные кислоты, а фосфатиды - на глицерин, фосфорную кислоту, жирные кислоты и азотистые соединения (этаноламин, серин; и др.). Глицерин, хорошо растворимый в воде, всасывается в кишечнике непосредственно, а нерастворимые в воде жирные кислоты образуют с желчными кислотами, поступающими из желчного пузыря, комплексные соединения - холеиновые кислоты.

Холеиновые кислоты растворимы в воде. Они всасываются в кишечнике и затем распадаются на составляющие их жирные и желчные кислоты. Таким образом, глицерин и жирные кислоты поступают в ткани организма и используются им для синтеза жиров, но уже специфических для данного организма. Наряду с этим глицерин и жирные кислоты претерпевают в тканях сложный процесс постепенного окисления до двуокиси углерода и воды. В результате этих процессов йроисходит постепенное выделение энергии. Эта энергия, выделяющаяся небольшими порциями, используется клешами тканей.

Углеводы. Углеводы играют большую роль в процессах жизнедеятельности, так как они легко окисляются в организме с выделением энергии, которая используется клетками. Кроме того, полисахариды, находящиеся в соединительных тканях в виде комплексов с белками (гликопротеиды), оказывают большое влияние на проницаемость клеток. В связи с этим углеводы наряду с жирами являются необходимой составной частью пищи.

Сложные углеводы, поступающие в организм вместе с пищей, под действием ферментов распадаются в кишечнике на различные моносахариды, которые всасываются и разносятся током крови по всему телу. Особенно большую роль в жизнедеятельности организма играет глюкоза (стр. 189), образующаяся из различных Сахаров и гликопротеидов. Поступая с током крови в печень, часть глюкозы подвергается сложному процессу окисления до двуокиси углерода и воды, а освобождающаяся при этом энергия расходуется клеткам печени при многочисленных протекающих в ней химических реакциях. Часть глюкозы превращается в печени в жиры, а часть - в полисахарид гликоген (животный крахмал).

Гликоген содержится также в мышцах и играет большую: роль в качестве запасного источника энергии.

Глюкоза является основным источником мышечной энергии, причем между печенью и мышцами существует такое взаимодействие в потреблении глюкозы, при котором поддерживается постоянное содержание глюкозы в крови.

Между обменом жиров и углеводов в организме существует тесная связь. Например, при избыточном поступлении углеводов в организм значительная часть, их превращается в жиры путем альдольной конденсации ацетальдегида, образующегося при расщеплении глюкозы.

Когда жиры попадают в кишечник, начинается процесс их расщепления до глицерина и жирных кислот. Потом эти вещества проникают сквозь стенку кишечника и вновь преобразуются в жиры, которые всасываются в кровь. Она транспортирует жиры в ткани, и там они используются в качестве энергетического и строительного материала.

Липиды входят в состав клеточных структур, поэтому они необходимы для образования новых клеток. Избыточное количество жира откладывается в виде запасов жировой ткани. Следует отметить, что нормальное количество жира у спортсмена в среднем составляет 10-12% от массы тела. В процессе окисления из 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии.

Калорийность пищи определяется по наличию в продуктах жиров и углеводов. В организме жиры образуются из жиров, белков и углеводов, которые поступают с пищей.

Жиры играют важную роль в регулировании обмена веществ и способствуют нормальному функционированию организма. Следует отметить, что растительные масла должны составлять не менее 1 / 3 рациона спортсмена.

Недостаток жиров в рационе приводит к заболеваниям кожи, авитаминозам и другим болезням.

Углеводы

В диетологии углеводы разделяются на простые (сахарные) и сложные, более важные с точки зрения рационального питания. Простые углеводы называются моносахаридами (это фруктоза и глюкоза). Моносахариды быстро растворяются в воде, это способствует их поступлению из кишечника в кровь. Сложные углеводы построены из нескольких молекул моносахаридов и называются полисахаридами. К полисахаридам относятся все разновидности сахаров: молочный, свекловичный, солодовый и другие, а также клетчатка, крахмал и гликоген. Гликоген является важнейшим элементом для развития выносливости у спортсменов, относится к полисахаридам, вырабатывается в организме животными. Хранится в печени и мышечной ткани, в мясе гликоген почти не содержится, так как после смерти живых организмов он распадается. Организм усваивает углеводы за достаточно короткое время. Глюкоза, попадая в кровь, сразу становится источником энергии, воспринимаемым всеми тканями организма. Глюкоза необходима для нормального функционирования мозга и нервной системы.

Часть углеводов содержится в организме в виде гликогена, который в большом количестве способен превращаться в жир. Во избежание этого следует рассчитывать калорийность потребляемой пищи и поддерживать баланс расходуемых и получаемых калорий.

Углеводами богаты ржаной и пшеничный хлеб, сухари, крупы (пшеничная, гречневая, перловая, манная, овсяная, ячневая, кукурузная, рисовая), отруби и мед.

Минеральные вещества

Эти вещества входят в состав тканей и участвуют в их нормальном функционировании, поддерживают необходимое осмотическое давление в биологических жидкостях и постоянство кислотно-щелочного баланса в организме.

Рассмотрим основные минеральные вещества.

Калий входит в состав клеток, а натрий содержится в межклеточной жидкости. Для нормальной жизнедеятельности организма необходимо строго определенное соотношение натрия и калия. Оно обеспечивает нормальную возбудимость мышечной и нервной тканей. Натрий участвует в поддержании постоянного осмотического давления, а калий влияет на сократительную функцию сердца.

Как избыток, так и недостаток калия в организме может привести к нарушениям в работе сердечно-сосудистой системы.

Калий присутствует в разной концентрации во всех жидкостях тела, помогает поддерживать водно-солевой баланс.

Богатыми натуральными источниками калия являются бананы, абрикосы, авокадо, картофель, молочные продукты, цитрусовые.

Кальций входит в состав костей. Его ионы участвуют в нормальной деятельности скелетных мышц и мозга. Наличие кальция в организме способствует свертыванию крови. Избыточное количество кальция повышает частоту сокращений сердечной мышцы, а в очень больших концентрациях может вызвать остановку сердца. Лучшим источником кальция являются молочные продукты, кальцием также богата капуста брокколи и лососевые виды рыбы.

Фосфор входит в состав клеток и межклеточных тканей. Он участвует в процессе обмене жиров, белков, углеводов и витаминов. Соли фосфора играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса крови, укреплении мышц, костей и зубов. Фосфором богаты бобовые культуры, миндаль, птица и в особенности рыба.

Хлор входит в состав соляной кислоты желудочного сока и находится в организме в соединении с натрием. Хлор необходим для жизнедеятельности всех клеток организма.

Железо является составной частью некоторых ферментов и гемоглобина. Оно участвует в распределении кислорода и способствует окислительным процессам. Достаточное количество железа в организме предотвращает развитие анемии и снижение иммунитета, ухудшение работоспособности головного мозга. Натуральным источником железа являются зеленые яблоки, жирная рыба, абрикосы, горох, чечевица, инжир, морепродукты, мясо, птица.

Бром содержится в крови и других жидких сферах организма. Он усиливает процессы торможения в коре головного мозга и этим способствует нормальному соотношению между тормозными и возбудительными процессами.

Йод входит в состав гормонов, вырабатываемых щитовидной железой. Недостаток йода может вызывать нарушение многих функций организма. Источником йода являются йодированная соль, морская рыба, водоросли и другие морепродукты.

Сера входит в состав белков. Она содержится в гормонах, ферментах, витаминах и других соединениях, которые участвуют в обменных процессах. Серная кислота нейтрализует вредные вещества в печени. Достаточное присутствие серы в организме понижает уровень холестерина, предотвращает развитие опухолевых клеток. Серой богаты луковые культуры, зеленый чай, гранаты, яблоки, различные виды ягод.

Для нормального функционирования организма важны цинк, магний, алюминий, кобальт и марганец. Они входят в состав клеток в незначительных количествах, поэтому их называют микроэлементами.

Магний – металл, участвующий в биохимических реакциях. Он необходим для сокращения мышц и работы ферментов. Этот микроэлемент укрепляет костную ткань, регулирует сердечный ритм. Источником магния являются авокадо, коричневый рис, пророщенная пшеница, семена подсолнечника, амарант.

Марганец – микроэлемент, необходимый для образования костных и соединительных тканей, работы ферментов, участвующих в углеводном обмене. Марганцем богаты ананасы, ежевика, малина.

Углеводы – это органические соединения растительного происхождения, в состав которых входит водород, углерод и кислород. Главная функция углеводов – это обеспечение организма энергией. Их можно сравнить с топливом для самолёта, без которого он не полетит. Все расщепляются до простейшего элемента – глюкозы, которая поступает во все клетки и сжигается, образуя воду, углекислый газ и энергию. Эта энергия нужна для таких процессов, как дыхание, пищеварение, мышление, и для физической активности. В каких же продуктах больше углеводов?

Углеводы делятся на:

Простые - моносахариды: галактоза, глюкоза и фруктоза и дисахариды: лактоза, сахароза и мальтоза. Они Обладают сладким вкусом. Состоят только из одной молекулы, поэтому почти моментально растворяются и усваиваются, попадая в организм. Затем инсулин снижает быстро повысившийся уровень глюкозы в крови, и мозг снова требует новую порцию углеводов; возвращается чувство голода. При употреблении в больших количествах способствуют образованию жировых клеток.
Сложные - полисахариды: гликоген, пектин, крахмал, клетчатка. Плохо растворяются в воде. Усваиваются намного дольше и не вызывают резкий подъём уровня глюкозы в отличие от простых углеводов, поэтому обеспечивается длительное чувство сытости. Не способствуют образованию жировых запасов.

Разновидность углеводов

В каких продуктах больше углеводов? Это те продукты, в составе которых много рафинированного сахара.

Суточная норма углеводов

В норме , жиры и углеводы должны соотноситься как 1:1:4. Рекомендуется выстраивать рацион так, чтобы простые углеводы составляли 30%, а сложные – 70%.

Норма углеводов варьируется в зависимости от пола, возраста, физической активности и других факторов. Чем больше уровень физической активности человека и чем меньше его возраст, тем больше требуется углеводов.

Норма углеводов для мужчин колеблется от 350 до 580 г, а для женщин – от 280 до 460 г.

Тем, кто держит диету, советуется сокращать количество углеводов до 100 г. Тем же, кто активно занимается спортом, нужно потреблять большое количество углеводов, потому что их недостаток отрицательно повлияет на состояние мышц. Человек будет сильнее уставать и не сможет долго заниматься. Лучше всего выбирать именно сложные углеводы.

Польза углеводов

Как уже было сказано, главное назначение углеводов – это пополнение запасов энергии в организме. Именно углеводы поставляют около 50-60% энергии. Но это не единственное полезное свойство.

Они нужны для нормальной работы сердечно-сосудистой, пищеварительной, нервной системы, печени, головного мозга (он потребляет около 70% энергии), обеспечения необходимого количества сахара, вывода вредных веществ.

Клетчатка нормализует уровень холестерина и поддерживает в тонусе кишечник, улучшает перистальтику. Кроме того, они принимают участие в синтезе некоторых молекул, регулируют обмен веществ, участвуют в поддержании иммунитета.

Вред углеводов

Больший вред приносят простые углеводы, так как они быстро вызывают чувство голода. Из-за этого некоторые люди начинают есть больше продуктов, что в итоге приводит к появлению лишнего веса. Кроме того, они могут вызвать дефицит витаминов. Но это не значит, что нужно полностью от них отказаться.

Организм нуждается как в простых, так и в сложных углеводах.

Продукты, содержащие вредные углеводы

Вредные углеводы

К ним относятся:

Продукты, содержащие полезные углеводы

Полезные углеводы

В эту группу входят продукты с низким гликемическим индексом, который определяет скорость усвоения углеводов, и достаточным содержанием полезных веществ:

В таких продуктах кроме углеводов, содержится достаточное количество витаминов, органических элементов, минералов и других полезных и важных веществ.

К чему может привести недостаток или избыток углеводов в организме

Из-за недостатка углеводов нарушается обмен веществ. Организм начинает пополнять запасы энергии за счёт белков, жиров или мышечной ткани. Всё это приводит к большой нагрузке на почки и неправильному солевому обмену.

Кроме того, из-за распада жиров может произойти так называемое «закисление» организма. Хронический дефицит способствует сокращению количества гликогена и накапливанию жира в печени.

Если сильно ограничить поступление углеводов, то нарушатся и обменные процессы, работа внутренних органов, появится ощущение усталости, недостаток сил, ухудшение когнитивных способностей, раздражительность, снижение внимания.

Также возможно апатия, депрессия, разрушение важных белков.

При сильном дефиците появляются такие симптомы:

головокружение;
головная боль;
сонливость;
сильная слабость;
чувство голода.

Если же съесть пищу, содержащую сахар, то эти симптомы исчезают.

Продукты, которые пополнят запас углеводов

Избыток же способен привести к . Почему? Механизм работает следующим образом. Если человек зараз съедает большое количество углеводов (например, более 500 г), то уровень глюкозы резко повышается, за ним повышается и инсулин, который необходим, чтобы глюкоза могла дойти до клеток.

Увеличение уровня инсулина стимулирует синтез жиров. Всё это может привести не только к увеличению веса, но и к появлению сахарного диабета, заболеваний сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, например, гастрита, гиперактивности.

Человек перестаёт чувствовать насыщение, так как снижается чувствительность к лептину (гормон насыщения).

Углеводная диета

Чтобы похудеть, нужно исключить простые углеводы

В отличие от других диет, построенных на жёстком ограничении количества углеводов, эта диета разрешает их употребление. Ведь из-за недостатка углеводов снижается работоспособность и ухудшается общее состояние.

Конечно, в углеводной , как и в других, есть свои правила:

питаться около 5 раз в день;
каждая порция – примерно 100 г пищи и 150 мл жидкости;
ограничить потребление именно простых углеводов, использовать в основном сложные углеводы;
ограничить употребление конфет, жареных продуктов, сладких напитков, соли;
последний приём пищи – не позднее 7 часов вечера.