Углеводами называют вещества с общей формулой C n (H 2 O) m , где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы - одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85-90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

1. моносахариды или простые сахара;
2. олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).
3. полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C 3), тетрозы (C 4), пентозы (C 5), гексозы (C 6), гептозы (C 7).

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз - обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды

При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями , соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров - простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором - гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза - линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками β-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-40 % целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген . Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами β-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH 3 . Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.

Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Функции углеводов

Энергетическая . Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания (1 г углеводов при окислении высвобождает 17,6 кДж энергии).

Структурная . Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеидов и гликолипидов) и образуют гликокаликс.

Метаболическая . Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза - в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозодифосфат является акцептором СO 2 в темновой фазе фотосинтеза).

Пентозы и гексозы участвуют в синтезе полисахаридов; в этой роли особенно важна глюкоза.

Углеводы – еще один незаменимый источник энергии для организма. И если белки – строительный материал, то углеводы — строители.
Основная доля энергии для правильного протекания всех процессов в организме обеспечивается углеводами. С ними мы получаем до 70% всей необходимой нам энергии.

Углеводы – самая многочисленная группа питательных элементов на планете. В клетках человеческого организма (да и других животных организмов) содержится 1-2% углеводов, в то время как в клетках растительных организмов углеводы составляют до 90% сухого вещества.

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Соотношение водорода и кислорода в них близко к содержанию тех же элементов в воде, поэтому эти элементы и получили такое название. В сочетании с белками углеводы образуют некоторые гормоны и ферменты, а так же другие биологически важные соединения.

Углеводы бывают простыми (моно- и дисахариды) и сложными (полисахариды).

Моносахариды

Глюкоза, галактоза, фруктоза)– состоят из 1 вида сахара, составляющего 1 молекулу. В зависимости от количества углеродных атомов моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы. В природе наиболее часто встречаются пентозы (рибоза, дезоксирибоза, рибулоза) и гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза). Рибоза и дезоксирибоза играют важную роль в качестве составных частей нуклеиновых кислот и АТФ (аденозинтрифосфат — нуклеид — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах).

Дисахариды

состоят из двух молекул моносахаридов. Самые известные дисахариды — сахароза (тростниковый сахар), мальтаза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). Моно- и дисахариды легко растворяются в воде и имеют сладковатый вкус, служат источником мгновенной энергии. К простым углеводам относятся все сахара, выпечки из муки высшего сорта, торты, конфеты, шоколады, сладкие фрукты…. в общем все вкусное и сладкое.

Полисахариды

Крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, каллоза и др. — состоят более чем из 2х молекул. Не растворимы в воде, служат источником «долгой» энергии. Кроме того, ряд не усваиваемых углеводов, таких как целлюлоза или пищевые волокна (клетчатка) играют роль метлы – выводят из организма яды и шлаки, проводя генеральную уборку нашего кишечника, способствуя нормальному пищеварению. К сложным углеводам относятся крупы из цельных зерен, хлеб из цельнозерновой муки или муки грубого помола, макароны из твердых сортов пшеницы, овощи, бобовые.

В процессе усвоения все углеводы расщепляются до глюкозы. Разница лишь в скорости расщепления. Глюкоза – это именно тот вид моносахарида, который усваивается организмом. Так же, частично может усваиваться фруктоза и галактоза. Процесс распада сахаридов на моносахариды сопровождается высвобождением энергии (1 гр — 4 Ккал). Как мы видим, энергоемкость углеводов не отличается от белков, значит это не главный фактор способствующий набору веса. Важным моментом является углеводный обмен. Разобравшись, каким образом он происходит в организме, можно достаточно легко контролировать свой вес.

Как образуется (или не образуется) жир.

Расщепление углеводов на моносахариды начинается уже в ротовой полости, а усвоение глюкозы начинается уже в верхних отделах кишечника. В конце пищеварительного тракта углеводов практически не остается. Глюкоза (сахар) всасываясь с кровью, оттекающей от тонкого кишечника, попадают в воротную вену, которая проходит через печень (это своего рода раздаточный пункт). Количество сахара в крови все время поддерживается на определенном уровне. Эту функцию выполняет поджелудочная железа. Для этой цели в её клетках вырабатываются два гормона – антагониста: инсулин и глюкагон.

Инсулин – «транспортный» гормон, без инсулина невозможно поступление глюкозы в клетки организма. Когда содержание сахара в крови повышается (а это происходит сразу же, как только мы что-то съедаем), клетки поджелудочной железы выделяют инсулин, который спешит разнести глюкозу по клеткам организма, а излишек заблокировать в печени виде гликогена . Т.к. энергия клеткам нужна не только во время приема пищи, но и в промежутках между ними, гликоген служит стратегическим запасом, который расходуется между едой. Когда концентрация сахара в крови снижается, вырабатывается глюкагон , который блокирует образование гликогена и начинает перерабатывать уже имеющийся обратно в глюкозу, которую инсулин разносит по клеткам. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где он используется при их сокращении.

В идеале механизм прост: порция углеводов – глюкоза — печень (инсулин+глюкоза = энергия в клетки+гликоген) — повышение сахара — насыщение клеток – усвоение — снижение сахара — (глюкагон+гликоген = глюкоза+ инсулин) — повышение сахара — насыщение клеток — усвоение; Новая порция углеводов и см. сначала…

Этот процесс подразумевает нормальную работу поджелудочной железы с постоянной равномерной выработкой инсулина и глюкагона, таким образом поддерживая концентрацию сахара в крови на постоянном уровне. Если же, после переработки глюкозы и отложения гликогена в печени, уровень сахара в крови остаётся высоким, то его избыток превращаются в жир.

На этом этапе важно вспомнить о простых и сложных углеводах.

Простые (или «быстрые») углеводы, не требуют много времени на расщепление до глюкозы, они моментально попадают в кровь, вызывая резкий скачок сахара в крови и резкий выброс инсулина. Чаще всего организм не нуждается в таком количестве сиюминутной энергии и образуется излишек сахара который, в лучшем случае, откладывается в жир, который можно будет истратить. В худшем же случае, при длительном и неправильном употреблении простых углеводов, работа поджелудочной железы нарушается, развивается такое заболевание, как сахарный диабет . Инсулина вырабатывается недостаточно для переработки глюкозы, печень теряет способность образовывать гликоген, и начинается активное выведение сахара с мочой. Поскольку увеличивается мочеотделение, появляется чувство постоянной жажды. В конце концов, организм переключается на другие виды горючего: жиры и белки. Но их расщепление происходит тоже под воздействием инсулина, которого катастрофически не хватает, поэтому жиры сгорают не до конца, что приводит к отравлению всего организма и может спровоцировать кому.

Подведём предварительный итог: большое количество простых углеводов может привести или к ожирению или к сахарному диабету или ко всему сразу. И то и другое серьезные и очень неприятные заболевания, с которыми можно, конечно, жить долго и даже счастливо, но лучше делать все тоже самое, но совершенно здоровым. Исключением является только период сразу после тренировки.

Во время тренировки ваш организм черпает энергию используя «свободный» сахар уже присутствующий в крови, после чего переключается на гликоген из печени, к концу тренировки все запасы опустошены. Поэтому небольшая порция быстрых углеводов будет очень кстати.

В отличии от простых, сложные углеводы, требуют достаточно продолжительного времени для расщепления их на моносахариды. Поэтому всасывание в кровь глюкозы происходит медленно и равномерно, что позволяет сохранять концентрацию сахара на одном уровне, избежать резких выбросов гормонов и сохранить здоровье.

Ни в коем случае нельзя исключать углеводы из диеты в погоне за хорошей фигурой! При дефиците углеводов нарушается обмен веществ. Организм начинает возмещать недостаток энергии за счёт белков и жиров. Такая подмена приводит к повышенной нагрузке на почки, нарушению солевого обмена, нарушениях в центральной нервной системе, сопровождаемых судорогами, слабостью и быстрой утомляемости, что приводит как к физическим, так и психоэмоциональным нарушениям Все должно быть в меру.

В среднем, в рационе должно присутствовать 40- 60% углеводов, это примерно 3,5- 4 г. углеводов на 1 кг веса.

Вконтакте

Одну из наиболее важных функций в живых организмах выполняют углеводы. Они являются источником энергии и участвуют в метаболизме.

Общее описание

Другое название углеводов - сахара. Углеводы имеют два определения:

• с точки зрения биологии - биологически активные вещества, являющиеся источником энергии для живых организмов, в том числе человека;
• с точки зрения химии - органические соединения, состоящие из нескольких карбонильных (-СО) и гидроксильных (-ОН) групп.

Элементы, образующие углевод:

• углерод;
• водород;
• кислород.

Общая формула углеводов - C n (H 2 O) m . Минимальное количество атомов углерода и кислорода - три. Соотношение водорода и кислорода всегда 2:1, как в молекуле воды.

Источником углеводов является процесс фотосинтеза. Углеводы составляют 80 % сухой растительной массы и 2-3 % - животной. Углеводы входят в состав АТФ - универсального источника энергии.

Виды

Углеводы - многочисленная группа органических веществ. Они классифицируются по двум признакам:

• количеству атомов углерода;
• количеству структурных единиц.

В зависимости от количества атомов углерода в одной молекуле (структурной единице) выделяют:

• триозы;
• тетрозы;

• пентозы;
• гексозы;
• гептозы.

Молекула может включать до девяти атомов углерода. Наиболее значимыми являются пентозы (C 5 H 10 O 5) и гексозы (C 6 H 12 O 6). Пентозы являются компонентами нуклеиновых кислот. Гексозы входят в состав полисахаридов.

Рис. 1. Структура моносахарида.

По второму признаку классификации углеводы бывают:

• простыми , состоящими из одной молекулы или структурной единицы (моносахариды);
• сложными , включающими множество молекул (олигосахариды, полисахариды).

Особенности сложных структур описаны в таблице углеводов.

Рис. 2. Структура полисахарида.

Одна из наиболее значимых разновидностей олигосахаридов - дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Они служат источником глюкозы и выполняют строительную функцию в растениях.

Физические свойства

Моносахариды и олигосахариды имеют схожие физические свойства:

• кристаллическое строение;
• сладкий вкус;
• растворимость в воде;
• прозрачность;
• нейтральная pH в растворе;
• низкие температуры плавления и кипения.

Полисахариды - более сложные вещества. Они нерастворимы и не имеют сладкого привкуса. Целлюлоза - разновидность полисахарида, входящая в состав клеточных стенок растений. Аналогичный целлюлозе хитин входит в состав грибов и панцирей членистоногих. Крахмал накапливается в растениях и распадается на простые углеводы, которые являются источником энергии. В животных клетках резервную функцию выполняет гликоген.

Химические свойства

В зависимости от структуры каждому углеводу характерны особые химические свойства. Моносахариды, в частности глюкоза, подвергаются многоступенчатому окислению (в отсутствии и присутствии кислорода). В результате полного окисления образуется углекислый газ и вода:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 +6H 2 O.

В отсутствии кислорода под действием ферментов происходит брожение:

• спиртовое -

  C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH (этанол) + 2CO 2 ;

• молочнокислое -

  C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 -CH(OH)-COOH (молочная кислота).

Иначе с кислородом взаимодействуют полисахариды, сгорая до углекислого газа и воды:

(C 6 H 10 O 5)n + 6O 2 → 6nCO 2 + 5nH 2 O.

Олигосахариды и полисахариды разлагаются до моносахаридов при гидролизе:

• C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 ;
• (C 6 H 10 O 5)n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 .

Глюкоза реагирует с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала):

• CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH=O + 2Cu(OH) 2 → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O;
• CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH=O + 2OH → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COONH 4 + 2Ag↓ +3NH 3 + H 2 O.

Рис. 3. Реакция серебряного зеркала.

Что мы узнали?

Из темы химии 10 класса узнали об углеводах. Это биоорганические соединения, состоящие из одной или нескольких структурных единиц. Одна единица или молекула состоит из карбонильных и гидроксильных групп. Различают моносахариды, состоящие из одной молекулы, олигосахариды, включающие 2-10 молекул, и полисахариды - длинные цепочки из множества моносахаридов. Углеводы сладкие на вкус и хорошо растворимы в воде (исключение - полисахариды). Моносахариды растворяются в воде, окисляются, взаимодействуют с гидроксидом меди и аммиачным оксидом серебра. Полисахариды и олигосахариды подвергаются гидролизу. Полисахариды горят.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 239.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ УГЛЕВОДОВУГЛЕВОДЫ – это класс органических веществ, в состав которых входят атомы углерода (С),
водорода (Н) и кислорода в соотношении 1: 2: 1.
Общая формула углеводов – Сn H2n On или (CH2O)n, где n = 3-9 атомов углерода
Согласно Международной классификации, углеводы называются ГЛИЦИДАМИ
В состав отдельных углеводов могут входить другие химические элементы: N, S, P.
По химическому строению углеводы являются АЛЬДЕГИДОСПИРТАМИ (альдозы) или
КЕТОСПИРТАМИ (кетозы)
АЛЬДОЗЫ содержат одну функциональную группу
при первом углеродном атоме и
несколько гидроксильных групп (-ОН) при других атомах углерода.
КЕТОЗЫ содержат одну кетогруппу
при втором углеродном атоме и гидроксильные
группы. Примером альдолаз является глюкоза, а кетоз – фруктоза.
Содержание углеводов в организме человека относительно небольшое до 2-3% общей массы тела.
Углеводы откладываются в печени в виде гликогена (от 5 до 10% общей массы), скелетных мышцах
(1-3%), сердце (до 0,5%).
Запасы гликогена в организме взрослого человека с массой тела 70 кг составляют в среднем 500 г.
Свободная глюкоза содержится в крови (4,5-5г)
В углеводах запасаются около 2000 ккал энергии, за счет которой организм может физически
работать в течение 30 минут – 1 часа.
В организме человека углеводы синтезируются в незначительном количестве в процессе
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА. Основное их количество поступает в организм с продуктами питания.
Углеводы находятся преимущественно в продуктах растительного происхождения, так как их
первичный синтез осуществляется в зеленых растениях в процессе фотосинтеза.
Суточная потребность человека в углеводах – 300-400 г, а спортсменов – 400-700 г.

СХЕМА ФОТОСИНТЕЗА

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ – при распаде углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла
или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50-60% суточного
энергопотребления организма, а при мышечной деятельности на выносливость – до 70%. При
окислении 1 г углеводов выделяется 17 кДж энергии (4,1 ккал). В качестве основного
энергетического источника в организме используется свободная глюкоза или запасенные
углеводы в виде гликогена.
ПЛАСТИЧЕСКАЯ – углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АТФ, АДФ и
других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов.
Отдельные углеводы являются структурными компонентами клеточных мембран. Продукты
превращения глюкозы (глюкуроновая кислота, глюкозамин) входят в состав полисахаридов и
сложных белков хрящевой и других тканей.
ЗАПАС ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ – углеводы накапливаются в скелетных мышцах, печени и других
тканях в виде гликогена. Запасы гликогена зависят от массы тела, функционального состояния
организма, характера питания. Систематическая мышечная деятельность приводит к
увеличению запасов гликогена, что повышает энергетические возможности организма.
СПЕЦИФИЧЕСКАЯ – отдельные углеводы участвуют в обеспечении специфичности групп крови,
выполняют роль антикоагулянтов, являются рецепторами ряда гормонов или
фармакологических веществ, оказывают противоопухолевое действие.
ЗАЩИТНАЯ – сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы;
мукополисахариды находятся в слизистых веществах, которые покрывают поверхность
сосудов носа, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от
проникновения бактерий и вирусов, а также от механических повреждений.
РЕГУЛЯТОРНАЯ – клетчатка пищи не расщепляется в кишечнике, но активирует перистальтику
кишечника, ферменты пищеварительного тракта, улучшают пищеварение, усвоение
питательных веществ.

КЛАССЫ УГЛЕВОДОВ

МОНОСАХАРИДЫ

МОНОСАХАРИДЫ – это простые углеводы, которые при гидролизе не распадаются на более
простые молекулы. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды
делятся на ТРИОЗЫ (С3Н6О3), ТЕТРОЗЫ (С4Н8О4), ПЕНТОЗЫ (С5Н10О5), ГЕКСОЗЫ (С6Н12О6),
ГЕПТОЗЫ (С7Н14О7). Другие моносахариды в природе не встречаются, но могут быть получены
синтетически.
Наиболее важную роль в организме человека выполняют представители гексоз – глюкоза и
фруктоза, пентоз – рибоза и дезоксирибоза, триоз – глицериновый альдегид и диоксиацетон.
ГЛЮКОЗА и ФРУКТОЗА – это основные энергетические субстраты организма человека. Они имеют
одинаковый молекулярный состав (С6Н12О6), но разную структуру молекулы, так как
различаются наличием функциональных групп. Глюкоза содержит альдегидную группу, а
фруктоза – кетогруппу, т.е. они являются изомерами по положению карбонильной группы (С=0)
Для моносахаридов характерна также пространственная изомерия или стереоизомерия, т.к. они
содержат асимметричные атомы углерода (отмечены *), которые связаны с 4 различными
атомами. Выделяют D-форму и L-форму глюкозы и других моносахаридов. В них
гидроксильная группа при 4 атоме углерода занимает разное пространственное положение.

Организм человека может усваивать только D-форму моносахаридов, в то время как
аминокислоты используются организмом только в виде L-изомеров. Внутритканевые
ферменты способны различать оптические изомеры веществ. Стереоизомерами глюкозы
являются ГАЛАКТОЗА и МАННОЗА:
ГАЛАКТОЗА входит в состав ЛАКТОЗЫ – основного дисахарида молока. В печени под
действием ферментов может превращаться в глюкозу.
В водной среде ГЛЮКОЗА и ФРУКТОЗА находится в основном в циклической форме.
Циклизация молекулы происходит за счет внутримолекулярного взаимодействия альдегидной
группы в молекуле глюкозы или кетогруппой в молекуле фруктозы с одной гидроксильной
группой этого же моносахарида:

Циклические формы моносахаридов приобретают биологически реактивную гидроксильную
группу при С1 – или С2 – атоме углерода, которая называется ГЛИКОЗИДНЫМ ГИДРОКСИЛОМ.
Она играет важную роль в химических превращениях этих моносахаридов, в частности
участвует в образовании ди- и полисахаридов, фосфорных эфиров. Например: глюкоза
участвует в обмене веществ и энергии в виде фосфорного эфира глюкозо-1-фосфат,
запускающего процесс распада глюкозы и синтеза полисахаридов. Для моносахаридов
характерно образование и других фосфорных эфиров: глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат,
фруктозо-1,6-дифосфат.
Фосфорилированные формы глюкозы и фруктозы в процессе их метаболизма способны
взаимопревращаться, а также распадаться до триоз – фосфоглицеринового альдегида и
фосфодиоксиацетона:

Из моносахаридов при замещении гидроксильных групп на аминогруппу (- NH2) образуются
аминосахара. В организме человека наиболее важными аминосахарами являются
ГЛЮКОЗАМИН и ГАЛАКТОЗАМИН:
ГЛЮКОЗАМИН и Галактозамин входят в состав сложных углеводов мукополисахаридов,
которые выполняют защитную и специфические функции, характерные для слизей,
стекловидного тела глаз, синовиальной жидкости суставов, системы свертывания крови и др.
Из глюкозы в процессе ее восстановления или окисления образуются многие функционально
важные вещества: аскорбиновая кислота (витамин С), спирт сорбит, глюконовая, глюкуроновая,
сиаловые и другие кислоты.

10.

РИБОЗА и ДЕЗОКСИРИБОЗА – это углеводы, которые в свободном виде встречаются редко.
Чаще они входят в состав сложных веществ, т.е. используются в организме в пластических
процессах. РИБОЗА участвует в биосинтезе нуклеотидов (АТФ, АДФ, АМФ и др.) и РНК, а также
многих коферментов (НАД, НАДФ, ФАД, ФМН, КоА). Дезоксирибоза участвует в биосинтезе
дезоксирибонуклеотидов, которые являются структурным компонентом ДНК. Спирт рибитол,
производное рибозы, входит в состав витамина В12 и некоторых дыхательных ферментов.
Рибоза и дезоксирибоза являются альдозами. В молекуле дезоксирибозы отсутствует атом О2
при втором атоме углерода. Изомером положения функциональной карбонильной группы в
рибозе является рибулоза:
В организме рибоза и другие пентозы находятся также в циклической D-форме:
Рибоза и рибулоза синтезируются в тканях организма при окислении глюкозы в пентозном
цикле. Дезоксирибоза образуется из рибозы при ее дезоксигенировании.

11.

ГЛИЦЕРИНОВЫЙ АЛЬДЕГИД и ДИОКСИАЦЕТОН – образуются в тканях организма в процессе
катаболизма глюкозы и фруктозы. Являясь изомерами они способны к взаимопревращению:
В тканях организма в процессе метаболизма углеводов и жиров образуются фосфорные эфиры
глицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона. Фосфоглицериновый альдегид является
высоэнергетическим субстратом биологического окисления. В процессе его окисления
образуется молекула АТФ и продукты окисления – пировиноградная кислота (ПВК) и молочная
кислота:

12. ПРОИЗВОДНЫЕ МОНОСАХАРИДОВ

Большую группу производных моносахаридов составляют фосфорные эфиры, которые
образуются в ходе превращений углеводов в тканях. Пример:
В природе широко распространены 2 аминопроизводных моносахаридов – глюкозамин и
галактозамин:
В состав полисахаридов входит глюкуроновая кислота:

13. РЕАКЦИИ МОНОСАХАРИДОВ

Присутствие гидроксильных, альдегидных и кетонных групп позволяет
моносахаридам вступать в реакции, характерные для спиртов, альдегидов и
кетонов.
МУТАРОТАЦИЯ – взаимопревращение аномерных форм моносахаридов. а – и бета
– формы аномеров находятся в растворе в состоянии равновесия. При
достижении этого равновесия происходит мутаротация – размыкание и замыкание
пиранового кольца и изменение положения Н- и ОН-групп при 1 углероде
моносахарида.
ОБРАЗОВАНИЕ ГЛИКОЗИДОВ – при образовании гликозидной связи аномерная ОНгруппа одного моносахарида взаимодействует с ОН-группой другого моносахарида
или спирта. При этом происходят отщепление молекулы воды и образование Огликозидной связи.
ЭТЕРИФИКАЦИЯ – Это реакция образования эфирной связи между ОН-группами
моносахаридов и различными кислотами.
ОКИСЛЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ – при окислении концевых групп глюкозы –СНО
и -СН2ОН образуются три разных производных. При окислении группы – СНО
образуется глюконовая кислота. При окислении – СН2ОН образуется глюкуроновая
кислота. Если окисляются обе концевые группы, то образуется сахарная кислота.

14. РЕАКЦИИ МОНОСАХАРИДОВ

15. ОЛИГОСАХАРИДЫ

Наиболее распространенными в природе олигосахаридами являются ДИСАХАРИДЫ
ДИСАХАРИДЫ – это группа, состоящая из небольшого (от 2 до 10) моносахаридов. В
дисахаридах 2 остатка моносахаридов соединены между собой 1,4- или 1,2-гликозидными
связями.
Основные дисахариды – САХАРОЗА, МАЛЬТОЗА, ЛАКТОЗА.
Молекулярная формула – С12Н22О11.
САХАРОЗА
Сахароза состоит из остатка глюкозы и фруктозы, соединенных между собой 1,2-гликозидной
связью, которая образуется при взаимодействии гидроксильной группы в 1 атоме углерода
глюкозы и гидроксильной группы при 2 атоме углерода фруктозы:
Сахароза является основным компонентом пищевого сахара. В процессе пищеварения под
воздействием фермента сахарозы она распадается на глюкозу и фруктозу
МАЛЬТОЗА
Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы, соединенных между собой 1,4-гликозидной связью:
Мальтоза образуется в ЖКТ в процессе гидролиза крахмала или гликогена пищи. При пищеварении
она расщепляется на молекулы глюкозы под воздействием фермента мальтазы. Много
мальтозы содержится в солодовых экстрактах злаковых, проросших зернах.

16.

ЛАКТОЗА (молочный сахар) состоит из остатков глюкозы и галактозы, которые соединены
между собой 1,4-гликозидной связью:
Лактоза синтезируется в молочных железах в период лактации. В коровьем молоке содержание
ее составляет 5%, в женском молоке – 6%. В системе пищеварения человека лактоза
расщепляется под воздействием фермента лактазы на глюкозу и галактозу. Поступление
лактозы в организм с пищей способствует развитию молочнокислых бактерий, подавляющих в
кишечнике развитие гнилостных процессов. Однако у людей, имеющих низкую активность
фермента лактазы, развивается интолерантность к молоку.
Сахароза (пищевой сахар), имеет сладкий вкус и высокую питательную ценность. Поэтому они
не рекомендуются для питания людей, страдающих ожирением и диабетом. Их заменяют
искусственными веществами, например сахарином, которые имеют сладкий вкус, но не
усваиваются организмом.

17. ПОЛИСАХАРИДЫ

ПОЛИСАХАРИДЫ – это сложные углеводы, состоящие из многих сотен или тысяч
связанных между собой остатков моносахаридов, в основном остатков глюкозы.
Основные гомополисахариды, выполняющие важную биологическую роль и
состоящие из молекул глюкозы являются: крахмал и клетчатка растений, гликоген
человека и животных.
Эти полисахариды не обладают сладким вкусом, плохо растворяются в воде, образуя
коллоиды. Они имеют общую молекулярную формулу (С6Н10О5)n, однако
различаются количественным составом и строением молекул.
НЕЙТРАЛЬНЫЕ
КРАХМАЛ – резервный полисахарид растений, состоящий из большого числа остатков
D-глюкозы (до 300). Является основным полисахаридом пищи, поставщиком
глюкозы в организм человека. Молекулярная масса крахмала – 50000 до 300000. По
строению не однороден и представляет смесь спиралевидных цепей амилозы (1020%) и разветвленных цепей амилопектина (80-90%). Остатки глюкозы в амилозе
связаны между собой 1,4-гликозидной связью, а в точках ветвления амилопектина
– 1,6-гликозидными связями. Коллоидные частицы (мицеллы) амилозы дают с
иодом синее окрашивание. АМИЛОЗА хорошо растворяется в воде, тогда как
амилопектин не растворяется и образует коллоидный раствор – клейстер. При
частичном разрушении структуры крахмала образуются соединения с меньшей
молекулярной массой (декстрины), которые также хорошо растворяются в воде.
Основные ферменты, расщепляющие крахмал пищи – амилазы слюны и сока
поджелудочной железы. АМИЛОПЕКТИН – разветвленный полисахарид с mm 1 млн.
Через 12 моносахаридных звеньев у него имеются точки ветвления, образованные
а-(1 6) – гликозидными связями. Пектин – природный сорбент

18.

АМИЛОЗА
Спиралевидная конформация молекулы амилозы
АМИЛОПЕКТИН

19. Схема строения цепей крахмала –амилозы (а), амилопектина (б) и участка молекулы гликогена (в)

20. ГЛИКОГЕН

ГЛИКОГЕН – главный резервный полисахарид всех тканей человека и животных.
Встречается гликоген в небольших количествах у бактерий и растений. Имеет
большую молекулярную массу – 1-20 х 10 7, отличается большой
разветвленностью цепей по сравнению с амилопектином. Гликоген состоит из
большого количества молекул глюкозы (до 30000), соединенных между собой
гликозидными связями. Благодаря такой структуре гликоген способен
растворяться в воде. Накапливается (депонируется) гликоген в печени (около 100
г) и скелетных мышцах (около 400 г), создавая запас глюкозы в организме.
Концентрация гликогена в тканях зависит от:
1.
Состава пищи
2.
Характера мышечной деятельности
3.
Факторов окружающей среды (жара, гипоксии).
При недостаточном поступлении углеводов с пищей или интенсивной мышечной
деятельности запасы гликогена снижаются
При избыточном поступлении глюкозы с пищей запасы гликогена восстанавливаются.
Гликоген печени используется для поддержания уровня глюкозы в крови в периоды
между приемом пищи или интенсивности ее окисления, а гликоген скелетных
мышц – для энергообеспечения самих мышц.

21.

В молекуле гликогена выделяют внутренние и наружные ветви, а также цепи А, В и С.
Цепь А – наружная, не несет других ветвей, она присоединяется к цепям В, образующим
внутренние ветви. Цепь С – стержневая, содержащая единственный восстанавливающий
остаток глюкозы.

22. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЛИКОГЕНА ПЕЧЕНИ И СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

23.

ЦЕЛЛЮЛОЗА – структурный гомополисахарид растений, придающий им прочность и
эластичность mm 5х 104 – 5 х 105. Он имеет линейное строение, но отличается от альфаамилозы типом гликозидной связи. Это неразветвленный полимер, состоящий из большого
числа остатков глюкозы. Целлюлоза образует вторичную стенку растительных клеток в
виде микрофибрилл, которые цементируются другими полисахаридами или лигнином
(аморфный ароматический полимер). Это позволяет растительной стенке выдерживать
внутреннее давление 2 х 10 3 кПа (20 атм). В организме человека целлюлоза не
расщепляется, но она необходима для регуляции перистальтики и активности ферментов
тонкого кишечника. Расщепляет целлюлозу специальный фермент – целлюлаза, который
отсутствует в ЖКТ человека.
КИСЛЫЕ ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДЫ или МУКОПОЛИСАХАРИДЫ
От лат.mucos – слизь. Мукополисахариды – это большая группа полисахаридов разного
химического строения и состава, которые содержатся в коже, сухожилиях хрящах, оболочках
клеток, межклеточной и синовиальной жидкости – сильно гидратированные, желеподобные,
липкие вещества, имеющие значительный отрицательный заряд. Все они находятся в
межклеточном веществе, но не в свободном виде, а связаны с белками.
1.
Гиалуроновая кислота
2.
Хондроитинсульфаты
3.
Дерматансульфат
4.
Кератансульфат
5.
Гепарин и гепарансульфат

24. ГИАЛУРОНОВАЯ КИСЛОТА

Гиалуроновая кислота – несульфатированный гетерополисахарид с линейной структурой и самой
большой молекулярной массой из всех гетерополисахаридов. Она служит биологическим
цементом, заполняя пространства между клетками. Сетка гиалуроновой кислоты в виде геля
является биологическим фильтром, задерживая микробные и иные крупные молекулы,
попадающие в организм. Она участвует в связывании воды в организме, придает
внутрисуставной жидкости смазочные свойства, уменьшает трение при сгибании суставов.
Разрыв гликозидных связей в цепях гиалуроновой кислоты вызывает ее деполимеризацию. В
результате фильтрующая система нарушается, между клетками проникают различные
молекулы, скапливается межклеточная вода (наступает отек). В клетках организма имеется
специальный фермент – гиалуронидаза, который, выделяясь в межклеточное пространство,
может повышать межклеточную проницаемость. Поэтому гиалуронидазу называют фактором
проницаемости. При оплодотворении яйцеклетки выделяемая сперматозоидом гиалуронидаза
способствует проникновению его внутрь клетки. Стекловидное тело и пуповина
новорожденных также богаты гиалуроновой кислотой.
В структурном отношении молекула представляет собой линейный полисахарид, образованный
дисахаридными повторяющимися звеньями, состоящими из остатков D-глюкуроновой
кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединенных бета-1,3-гликозидной связью.
Повторяющиеся дисахаридные звенья гиалуроновой кислоты связаны между собой бета-1,4связью:

25.

ХОНДРОИТИНСУЛЬФАТЫ - Наиболее распространенные кислые гетерополисахариды в тканях
человека и животных. Mm 6 х 104. В комплексе с белком коллагеном входят в состав хрящей,
костей, сердечных клапанов, стенок кровеносных сосудов, кожи, сухожилий, роговицы глаз.
Повторяющееся дисахаридное звено в хондроитинсульфате из глюкуроновой кислоты и Nацетитилгалактозаминосульфата; звенья соединены друг с другом бета-1,3- и бета- 1,4 –
гликозидными связями, подобно связям в гиалуроновой кислоте:
ГЕПАРИН - в отличие от других гетерополисахаридов не являются структурными
компонентами межклеточного вещества. Они вырабатываются тучными клетками
соединительной ткани и выделяются при их распаде (цитолизе) в межклеточную среду и
кровяное русло. В крови гепарин нековалентно связан со специфическими белками. Комплекс
гепарина с гликопротеидом плазмы проявляет противосвертывающую активность, а комплекс
с ферментом липопротеидлипазой расщепляет липиды, находящихся в крови в виде
хиломикронов. Гепарин содержится в крови, печени, легких, селезенке, щитовидной железе и в
других тканях и органах. Молекула гепарина состоит из глюкуроновой кислоты и альфаглюкозамина в виде двойного сульфопроизводного, соединенных между собой а-1,4гликозидными связями.

26. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ПОЛИСАХАРИДОВ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ – крахмал и гликоген
являются «депо» углеводов в клетке и при
необходимости быстро расщепляются на
легкоусваиваемый источник энергии – глюкозу.
ОПОРНАЯ – хондроитинсульфат выполняет
опорную функцию в костной ткани.
СТРУКТУРНАЯ – гиалуроновая кислота,
хондроитинсульфат и гепарин являются
структурными межклеточными веществами.
ГИДРООСМОТИЧЕСКАЯ и ИОНРЕГУЛИРУЮЩАЯ –
гиалуроновая кислота благодаря высокой
гидрофильности и отрицательному заряду
связывает межклеточную воду и катионы,
регулируя осмотическое давление.
ЗАЩИТНАЯ – участие в свертывании крови.

Для нормальной жизнедеятельности организма требуется энергия, которую человек получает через углеводы и жиры. Чем активнее человек, тем больше он затрачивает энергии.

Например, спортсмену из-за интенсивных физических нагрузок требуется большее их количество, чем среднестатистическому человеку.

Где содержатся углеводы и из чего они состоят?

Немного меньше в ржаном и пшеничном хлебе, фасоли, шоколаде, пирожных.

При наименьшей термообработке, как приготовление слабо проваренной каши или выпечка хлеба из цельных зерен, углеводы сохраняют свои полезные свойства.

В состав углеводов входит углерод, кислород и водород. Употребление большого их количества, из которого образуется глюкоза, приводит к образованию жира.

Сжигание организмом топлива, приводит к обратному процессу: жир преобразуется в глюкозу.

Виды углеводов

Делятся на простые (моносахариды, дисахариды) и сложные (полисахариды).

Простые углеводы

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза, галактоза, дезоксирибоза) не расщепляются в воде: Моносахариды являются источником энергии для всех процессов внутри клетки. Глюкоза и фруктоза содержатся в сладких овощах, фруктах, меде.

• Глюкоза быстро всасывается организмом и поступает через кровь в клетки, превращаясь в гликоген. Она легко усваивается при помощи инсулина, является основным источником окисления.

• Фруктоза встречается меньше, но также быстро поддается окислению, а всасывается медленнее. Фруктоза трансформируется в глюкозу без помощи инсулина. Показана больным сахарным диабетом, так как нагружает поджелудочную железу в более щадящем режиме, чем сахар.

• Галактоза содержится в лактозе. В организме часть ее переходит в глюкозу, другая часть участвует в процессе построения гемицеллюлозы.

Дисахариды - соединения молекул нескольких моносахаридов: сахароза, лактоза, мальтоза.

• Сахароза является основным источником сахара. В организме она разлагается на множество моносахаридов. Имеется в виду сахароза, находящаяся в свекольном и тростниковом соку. Сахар, который мы употребляем, имеет более сложный процесс усвоения.

• Лактоза или молочный сахар содержится в молоке и молочных продуктах. Она важна для детского возраста, когда молоко является основным пищевым продуктом. Встречается непереносимость молока, когда уменьшен или сведен до нуля фермент лактозы, расщепляющий ее до образования глюкозы и галактозы.

• Мальтоза или солодовый сахар образуется в результате распада крахмала и гликогена. Мальтоза содержится в солоде, меде, пиве, проросшем зерне и патоке.

Сложные углеводы

Сложные углеводы являются полезными элементами для здоровья и фигуры. Это происходит из-за медленного их расщепления в организме, за чет чего уровень инсулина остается в норме. В состав сложных углеводов входят:

Полисахариды - полимеры, состоящие из множества моносахаридов (крахмал, гликоген, целлюлоза); плохо растворяются в воде.

Крахмал является основным полисахаридом, который переваривается организмом. 80% всех потребляемых углеводов – это крахмал. Он поступает через растительные продукты: крупы, муку, хлеб.

Гречневая крупа особенно богата крахмалом (60%), меньше всего его находится в овсянке (толокно, овсяные хлопья). Крахмал содержится в макаронах - 68%, в бобовых - 40%.

Продукты зернобобовые, это те, что содержат крахмал: горох, чечевица, фасоль. В сое находится всего 3,5% крахмала.

Зато его очень много в картофеле (до 18%), из-за чего диетологи не приписывают картофель к овощам, а приравнивают его к злаковым и зернобобовым.

Гликоген или животный крахмал содержится в продуктах животного происхождения: в печени, в мясе. Состоит из молекул глюкозы.

Целлюлоза - вид клетчатки; состоит из нескольких молекул глюкозы. В человеческом организме не переваривается.

Сложные углеводы	Простые углеводы
Все крупы	Мед
Горох	Сахар
Фасоль	Джем
Злаки	Варенье
Чечевица	Белый хлеб
Картофель	Фруктовые и свежевыжатые соки
Все зерновые	Газированные сладкие напитки
Хлеб из цельного зерна	Торты, шоколад, выпечка и т. д.
Фрукты (с гликемическим индексом до 60)	Переработанные каши с содержанием сахара
Макаронные изделия из твердых соротов пшеницы	Овощи и фрукты с высоким ГИ от 70, например: виноград, арбуз
Морковь, огурцы, капуста, помидоры, шпинат и др. овощи с ГИ меньше 60

Функции углеводов

Несомненно организм наш нуждается в поступление и сложных и простых углеводов.

Когда углеводы поступают с пищей в организм человека, часть аминокислот используется в качестве энергетического материала, остальная часть идет в основном на пластические нужды.

Неизрасходованная большая часть оседает в печени в виде гликогена, и совсем мизерная часть запасается в мышечных тканях.

Углеводам мы обязаны возможностью противостоять инфекции и ликвидировать «чужака» долой из организма, например, слизистая носа и гортани обладает способностью задерживать пыль.
Значение углеводов для человека чрезвычайно важное - это:

• Источник энергии
• Осуществление пластических функций
• Регуляция нервной системы
• Единственный источник энергии для мозга
• Противостояние вредным бактериям и микробам
• Взаимообмен между клетками
• Передача сигналов от клетки к клетке.

Дефицит углеводов в организме

Когда углеводов катастрофически не хватает, происходит истощение запасов в печени гликогена, что приводит к отложению жиров в клетках печени и она плохо функционирует.

Углеводный дефицит органы компенсируют за счет белков и жиров. Жиры начинают распадаться в усиленном режиме, что ведет к нарушению процессов обмена, а следовательно, интенсивному образованию кетонов.

Избыточное количество кетонов ведет к закисанию внутренней микрофлоры и отравлению тканей мозга с возможной комой.

Избыток углеводов в организме

Углеводный избыток вызывает повышенный уровень инсулина в крови, и ведет к образованию жира и нарушению белкового обмена.

Когда человек решил за один присест съесть и обед и ужин сразу, организм отвечает резким скачком выработки глюкозы.

Она попадает из крови в ткани посредством инсулина, который способствует синтезу жиров. Происходит быстрое превращение углеводов в жир.

Регулирует углеводный обмен инсулин и другие гормоны: глюкокортикоиды, усиливающие синтез глюкозы из аминокислот в печени.

Благодаря этому синтезу происходит вырабатывание поджелудочной железой гормона глюкагона. Эти гормоны действуют противоположно инсулину.

Суточная норма углеводов

Идеальное количество поступления углеводов считается почти 60% калорий суточного рациона питания. 1 грамм содержит 4 калории. Считается, что суточная потребность человека в углеводах - 50 г.

Нужны ли углеводы для похудения?

Если вы хотите избавиться от лишнего веса, то вы должны четко понимать какие углеводы вам нужно включать в рацион питания.

Пищеварительная система человека устроена так, чтобы переваривать не только углеводы, но и пищевые волокна, и питательные вещества. К таким продуктам относятся: фрукты, овощи, крупы, бобовые, коричневый рис и цельное зерно, которые образуют сложные углеводы.

Продукты, которые прошли обработку (сахар, выпечка из белой муки, хлопья и т. д.) являются простыми углеводами и имеют низкий процент питательных веществ.

В результате их потребления организм получает большое количество ненужных калорий, которые не возможно все переработать. Их избыток превращается в жир. Кроме того в организме образуется дефицит витаминов, минералов и клетчатки.

Вывод из вышесказанного напрашивается сам собой. Старайтесь включать в питание больше продуктов со сложным углеводам.

К примеру, на завтрак, сладкий кофе со сдобой лучше заменить на кашу, из цельнозерновых культур, которая способна поддерживать энергию в течение дня, принося пользу организму.