Углеводами называют природные органические вещества, формула которых содержит в своем составе углерод и воду. Углеводы способны давать нашему организму энергию, необходимую для его полноценной жизнедеятельности. По своей химической структуре, углеводы делятся на простые и сложные .
- К простым углеводам относятся углеводы, содержащиеся в молоке; фруктах и сладостях – моно- и олигосахариды.
- Сложными же углеводами являются такие соединения как крахмал, гликоген и целлюлоза. Они содержатся в злаковых, кукурузе, картофеле и животных клетках.
ПРОДУКТЫ БОГАТЫЕ УГЛЕВОДАМИ:
Указано ориентировочное количество в 100 г продукта
Сахар-рафинад 99,9 г Мед пчелиный 80,3 г Мармелад 79,4 г
Пряники 77,7 г Соломка сладкая 69,3 Финики 69,2 г
Макароны из муки 1-сорта 68,4 г Крупа перловая 66,9 г Изюм (кишмиш) 65,8г
Повидло яблочное 65 г Рис 62,3 г Овсяные хлопья «Геркулес» 61,8 г
Пшеничная мука 61,5 г Кукуруза 61,4 г Гречка 60,4 г
| + Еще 40 продуктов богатых углеводами (указано количество грамм в 100 г продукта ): | ||||||||||
| Крахмал | 83,5 | Крупа ячневая | 71,7 | Подосиновики сушеные | 33 | Мак | 14,5 | |||
| Мука рисовая | 80,2 | Крупа пшено | 69,3 | Соя | 26,5 | Инжир | 13,9 | |||
| Крупа рисовая | 73,7 | Баранки | 68,7 | Чечевица | 24,8 | Миндаль | 13,6 | |||
| Крупа манная | 73,3 | Крупа овсяная | 65,4 | Шиповник свежий | 24 | Рябина садовая | 12,5 | |||
| Мука ржаная | 76,9 | Сдобная выпечка | 60 | Кешью | 22,5 | Шелковица | 12,5 | |||
| Крупа кукурузная | 75 | Шиповник сушеный | 60 | Бананы | 22 | Черешня | 12,3 | |||
| Сушки | 73 | Нут | 54 | Мука соевая | 22 | Грецкий орех | 10,2 | |||
| Сухари пшен. | 72,4 | Хлеб ржаной | 49,8 | Кедровый орех | 20 | Арахис | 9,7 | |||
| Мука кукурузная | 72 | Подберезовики сушен. | 37 | Виноград | 17,5 | Какао бобы | 10 | |||
| Мука гречневая | 71,9 | Зародыши пшеницы | 33 | Хурма | 15,9 | Белые сушеные грибы | 9 | |||
Суточная потребность в углеводах Для того чтобы чувствовать себя комфортно, необходимо, чтобы каждая клетка нашего организма получала положенную ей норму энергии. Без этого мозг не сможет выполнять свои аналитико-координационные функции, а, следовательно, не передаст соответствующую команду мышцам, которые также окажутся бесполезными. В медицине такое заболевание называется кетозом.Чтобы этого не допустить, необходимо обязательно включать в свой ежедневный рацион требуемое количество углеводов. Для человека, ведущего активный образ жизни, их суточное количество должно быть не ниже 125 грамм.Если же ваш образ жизни менее активен, допускается употребление меньшего количества углеводов, но их количество не должно быть ниже 100 грамм / сутки.
Потребность в углеводах возрастает: Являясь главными источниками энергии, поступающей в организм с пищей, углеводы в первую очередь, используются во время активной умственной и физической деятельности. Следовательно, во время серьезных производственных нагрузок потребность в углеводах максимальна. Увеличивается потребность в углеводах и при беременности, а также в период кормления ребенка грудью.
Потребность в углеводах снижается: Низкая производительность труда, пассивный образ жизни снижают энергозатраты организма, а, следовательно, и потребность в углеводах. Проводя выходные дни перед телевизором, читая художественную литературу или занимаясь сидячей работой, не требующей серьезных энергозатрат, можно спокойно уменьшить количество углеводов в предельно допустимых нормах, без вреда для организма.
Усваиваемость углеводов Как было уже сказано выше, углеводы делятся на простые и сложные . По степени усваиваемости – на быстро- , медленно- и неусваиваемые организмом углеводы.К числу первых относятся такие углеводы, как глюкоза, фруктоза и галактоза . Эти углеводы относятся к классу так называемых моносахаридов и быстро усваиваются организмом. Продукты, содержащие быстро-усваиваемые углеводы: мед, карамель, бананы, шоколад, финики и т.д.Самым важным углеводом для нас является глюкоза. Именно она отвечает за энергетическое обеспечение организма. Но если вы спросите, что же происходит с фруктозой и галактозой , то не волнуйтесь, они не пропадают даром. Под воздействием физико-химических реакций, проходящих в организме, они трансформируются опять таки в молекулы глюкозы.Теперь, что касается сложных углеводов . Они, как уже было сказано выше, содержатся в животных клетках и тканях растений и усваиваются обычно медленно. Растительные углеводы в свою очередь подразделяются на перевариваемые и неперевариваемые. К перевариваемым относится крахмал, который состоит из глюкозных молекул, выстроенных особым способом, так что для их расщепления требуется больше времени.Целлюлоза же, несмотря на то, что она также относится к углеводам, энергию для нашего организма не поставляет, так как является нерастворимой частью растительной клетки. Однако она также принимает активное участие в процессе пищеварения.Вы, вероятно, видели на полках магазинов, аптек, либо у дистрибьюторов сетевых компаний препараты, которые содержат растительную клетчатку . Именно она и является растительной целлюлозой, которая, действует как ершик, очищая стенки нашего пищеварительного тракта от всевозможных загрязнений. Гликоген же стоит особняком. Высвобождаясь по мере необходимости, он исполняет роль своеобразного хранилища глюкозы, которая откладывается в гранулированном виде в цитоплазме клеток печени, а также в мышечной ткани. Когда же в организм поступает очередная порция углеводов, то часть из них тут же преобразуется в гликоген, так сказать «на черный день». То, что не было трансформировано в молекулы гликогена, поступает на переработку, целью которой является получение энергии.
Полезные свойства углеводов и их влияние на организм Углеводы не только являются отличным пищевым источником энергии для организма, но также входят в строение клеточных оболочек, очищают организм от шлаков (целлюлоза), участвуют в защите организма от вирусов и бактерий, играя немаловажную роль в создании крепкого иммунитета. Применяются в различных видах производства. В пищевой промышленности, например, используется крахмал, глюкоза и пектиновые вещества. Для производства бумаги, тканей, а также как пищевая добавка, используется целлюлоза. Спирты, получившиеся путем сбраживания углеводов, применяются в медицине и фармакологии.
Какие углеводы предпочесть? В питании необходимо соблюдать долевое количество быстро- и медленно-усваиваемых углеводов. Первые хороши в том случае, когда необходимо быстро получить некое количество энергии, предназначенной для выполнения определенной работы. Например, для того, чтобы быстрее и лучше подготовиться к экзаменам. В этом случае можно употребить определенное количество быстро усваиваемых углеводов (мед, шоколад, конфеты и т.д.). Употребляют «быстрые» углеводы и спортсмены во время выступлений и после, для быстрого восстановления сил.Если же выполнение работы может занять длительное время, то в данном случае употреблять лучше «медленные» углеводы. Поскольку, для их расщепления требуется большее количество времени, то и выделение энергии растянется на весь период работы. Если же в данном случае употребить быстро-усваиваемые углеводы, притом в количестве, необходимом для выполнения длительной работы, может произойти непоправимое.Энергия выделится быстро и массированно. А большое количество неуправляемой энергии, это как шаровая молния, способная нанести непоправимый вред здоровью. Часто от такого выброса энергии страдает нервная система, в которой может произойти элементарное замыкание, как и в обычных электросетях. В этом случае она начинает сбоить и человек превращается в нервное создание, которое не способно выполнять точные действия с участием мелкой моторики рук.
Признаки нехватки углеводов в организме
Депрессия, апатия, упадок сил могут стать первыми сигналами нехватки углеводов в организме. Если питание не нормализовать, скорректировав рацион необходимым количеством углеводистых продуктов, состояние может ухудшиться. Следующий этап - это разрушение жизненно важных белков организма. Все это вызывается токсическим повреждением мозга, страдающего от недостатка углеводов. Медики называют такое заболевание кетозом.
Признаки избытка углеводов в организме
Гиперактивность, лишний вес, дрожь в теле и неспособность сконцентрироваться могут указывать на избыток углеводов в организме. В первую очередь, от переизбытка углеводов страдает нервная система.Вторым же органом, страдающим от переизбытка энергии, является поджелудочная железа. Она расположена в левом подреберье. Тело железы представляет собой удлиненное образование длинной 14-22 см и шириной 3-9 см. Помимо того, что она производит панкреатический сок, богатый ферментами, необходимыми для пищеварения, она также участвует и в углеводном обмене. Это происходит благодаря так называемым островкам Лангенгартса, которые покрывают всю внешнюю поверхность железы. Они производят вещество, именуемое в простонародье инсулином. Именно этот гормон поджелудочной железы отвечает, будут ли у человека проблемы с углеводами или нет.Частое и неумеренное употребление продуктов, повышающих уровень инсулина в крови («быстрых» углеводов) может стать причиной диабета II типа, гипертонии и сердечно-сосудистых заболеваний.
ЧТО ТАКОЕ ГЛИКЕМИЧЕСКИЙ ИНДЕКС?
Сегодня большое внимание уделяется гликемическому индексу продуктов питания. Чаще всего такими данными пользуются спортсмены и другие люди, мечтающие быть здоровыми и обрести стройные формы. Гликемическим индексом (ГИ) называется показатель того, насколько пища повышает уровень сахара в крови. За абсолютную величину взята глюкоза, с ГИ равным 100%. К продуктам с высоким ГИ чаще всего относится пища, содержащая простые углеводы, сложно-углеводистые продукты имеют, как правило, низкий ГИ.
Многим из вас известно заболевание под названием диабет. Некоторых оно, к счастью, миновало, а другие люди вынуждены в течение долгих лет пить делать себе уколы инсулина. Вызывается такое заболевание недостаточным количеством гормона инсулина в организме.
Что же происходит, когда количество поступившей глюкозы выше необходимого уровня? На ее переработку направляются дополнительные порции инсулина. Но необходимо учесть, что островки Лангенгартса, отвечающие за его производство, обладают одной неприятной особенностью. Когда инсулин, содержащийся в том или ином островке, устремляется на встречу порции углеводов, сам островок съеживается, и больше он инсулин не производит.
Казалось бы, что на его место должны прийти другие островки, продолжившие его великую миссию. Но нет, в результате современной экологии, наш организм утратил возможность к продуцированию новых островков. Поэтому, чтобы Вас не застал диабет, на самом пике вашей жизни, не стоит употреблять большое количество быстро усваиваемых углеводов. Лучше подумать о тех углеводах, которые не причинят вам вреда, а их употребление принесет вам хорошее настроение и активный образ жизни на долгие годы.
УГЛЕВОДЫ В БОРЬБЕ ЗА СТРОЙНОСТЬ И КРАСОТУ
Желающим оставаться стройными и подтянутыми, диетологи рекомендуют употреблять в пищу медленно усваиваемые углеводы, которые содержатся в овощах, включая бобовые, в некоторых фруктах и крупах. Эти продукты дольше усваиваются организмом и, следовательно, надолго сохраняется чувство сытости.
Что касается энергетической ценности углеводов, то она вычисляется следующим образом.
Поскольку 1 грамм углеводов способен произвести энергии в количестве 4,1 килокалории, то при активном образе жизни (суточная норма - 125 грамм), человек получит от употребляемых углеводов 512,5 килокалорий. Менее активному человеку потребуется всего лишь 410 килокалорий, при суточной норме углеводов 100 грамм.
УГЛЕВОДЫ И ЗДОРОВЬЕ
Ниже мы представляем примерный перечень продуктов, на которые следует обратить свое особое внимание. Это медленно усваиваемые углеводы, которые могут принести максимальную пользу вашему здоровью.
На первом месте у нас стоят овсяная, рисовая и гречневая каши. Затем идут ржаной и пшеничный хлеб из муки грубого помола. Далее наш перечень продолжают горох и фасоль. И завершается он картофелем и макаронными изделиями из твердых сортов пшеницы.
Что же касается «быстрых» углеводов, то вместо тортиков и пирожных, съешьте лучше один банан, немного фиников, изюма, или ложечку гречневого либо липового меда. Этого количества будет достаточно для выполнения краткой, но требующей большого количества энергии работы.
Ну а мы завершаем, и надеемся, что ваш разум и чувство меры сберегут ваше здоровье на долгие годы. Здоровья вам и долголетия!
Существует несколько причин, по которым мы должны обратить на питание особое внимание. Во-первых, все клетки и ткани нашего организма формируются из той пищи, которую мы едим. Во-вторых, пища является источником энергии, необходимой для функционирования организма. В-третьих, пища - это главная часть окружающей среды, с которой мы взаимодействуем. И последнее, пища была создана для того, чтобы наслаждаться ею, для того, чтобы быть неотъемлемой частью радости жизни, и наши чувства позволяют нам по достоинству оценить качество, вкус и саму ткань поедаемого продукта.
Сегодня мы предлагаем вам поговорить о энергетических питательных веществах, содержащихся в нашей пище. К ним относятся углеводы, жиры и белки. Говоря в общем, мы считаем углеводы непосредственным источником энергии, белки - теми кирпичиками, из которых строится весь наш организм, и жиры - энергетическими складами.
В овощах и плодах основные питательные вещества представлены углеводами. Продукты сада и огорода содержат простые (глюкоза, фруктоза, сахароза) и сложные (крахмал, пектины, клетчатка) углеводы. В овощах углеводы представлены крахмалом, за исключением свеклы и моркови, где преобладают сахара. Во фруктах преимущественно содержатся сахара.
Крахмал является важнейшим углеводом растений. Состоит он из большого количества молекул глюкозы. Крахмалом богат картофель. Несколько меньше его в бобовых и поздних сортах яблок. В яблоках, например, в процессе их созревания количество крахмала увеличивается, а при хранении снижается. Это вызвано тем, что при дозревании во время хранения крахмал в продукте переходит в сахар. Много его в зеленых бананах, а в зрелых в 10 раз меньше, так как он превращается в сахара. Крахмал нужен организму в основном для удовлетворения его потребности в сахаре. В пищеварительном тракте под влиянием ферментов и кислот крахмал расщепляется на молекулы глюкозы, которые затем используются для нужд организма.
Фруктоза содержится во многих плодах и овощах. Чем богаче ею плоды, тем они слаще. Доказана прямая зависимость выносливости и работоспособности человека от содержания этого вещества в мышцах и печени. При малой подвижности человека, нервных стрессах, гнилостных процессах в кишечнике, тучности фруктоза наиболее благоприятна из прочих углеводов.
Глюкоза находится в плодах в свободном виде. Она входит в состав крахмала, клетчатки, сахарозы и других углеводов. Глюкоза, которую наш организм использует для производства энергии, - это высококачественное горючее. Циркулируя с потоком крови, глюкоза восполняет постоянную нужду клеток организма. Она наиболее быстро и легко используется организмом для образования гликогена, питания тканей мозга, работы мышц, в том числе сердечной.
Сахароза в больших количествах содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике. Независимо от источников сырья, сахар представляет собой почти чистую сахарозу. Ее содержание в сахарном песке составляет 99,75%, а в сахаре-рафинаде – 99,9%.
Для усвоения простых углеводов (глюкозы, фруктозы и галактозы) пищеварения не требуется. Столовый сахар и мальтоза перевариваются в простые сахара в считанные минуты. Для того чтобы снабдить кровь этой быстро усваиваемой энергией, нашему рациону требуется совсем немного сахара. В случае перенасыщения поджелудочная железа вынуждена работать сверхурочно, производя избыточный инсулин для превращения излишков сахара в жир. В любой определенный промежуток времени наш организм способен справляться должным образом только с ограниченным количеством простых сахаров.
Излишки сахара стопорят человеческую машину подобно тому, как переполненный карбюратор застопоривает двигатель автомобиля, это всего лишь одна из опасностей злоупотребления сахаром. Есть и другие вредные воздействия. Они таковы:
- истощение запасов витамина В1;
- заболевание зубов, поскольку сахар создает идеальную среду для разрушающих зубы микроорганизмов;
- угнетение иммунной системы вследствие того, что сахар угнетает способность белых кровяных клеток убивать микробы;
- повышенное количество жира в крови (от превращения глюкозы в триглицерид);
- стимулирование гипогликемии и возможное начало диабета;
- желудочное раздражение, возникающее, когда в желудке содержится более 10% сахара (раствор концентрированного сахара – это сильный раздражитель слизистой оболочки);
- запор (в богатых сахаром продуктах обычно недостаточное содержание волокон);
- повышение уровня холестерина в крови.
Мы сможем избежать этих осложнений, если заменим в нашем рационе рафинированный сахар на фрукты (один зрелый банан содержит шесть чайных ложек сахара), а основой диеты сделаем сложные углеводы, содержащиеся в пшенице, рисе, картофеле, бобовых и других продуктах, в составе которых есть крахмал.
Большинство сложных углеводов усваиваются на протяжении нескольких часов и высвобождают простые сахара постепенно. Это позволяет поджелудочной железе, печени, надпочечной железе, почкам и другим органам использовать эту энергию должным образом. Более того, из-за повышенного волокнистого содержания углеводсодержащих продуктов мы обычно на такой диете не переедаем.
Другое преимущество сложных углеводов состоит в том, что они содержат минералы, необходимые для соответствующего усвоения других питательных веществ. Рафинированный сахар не имеет ни минералов, ни витаминов, ни волокнистого содержания.
Идеальная диета должна включать, если вообще должна его содержать, минимальное количество сахара (меда, сахарозы, мальтозы, сладких сиропов), а вместо него - обилие сложных углеводов, которыми богаты картофель, злаковые, хлеб и иные продукты из муки грубого помола. Сложные углеводы должны составлять главную часть ежедневного потребления калорий.
«И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя, - вам сие будет в пищу» (Бытие 1: 29).
Подготовила А. Конакова
Энергия не может возникнуть ниоткуда или исчезнуть в никуда, она может только превращаться из одного вида в другой. А от чего зависит энергия человека?
Вся энергия на Земле берется от Солнца. Растения способны превращать солнечную энергию в химическую (фотосинтез).
Люди не могут напрямую использовать энергию Солнца, однако мы можем получать энергию из растений. Мы едим либо сами растения, либо мясо животных, которые ели растения. Человек получает всю энергию из еды и питья.
Пищевые источники энергии
Энергия человека для его жизнедеятельности зависит от употребляемой им пищи. Единицей измерения энергии является калория. Одна калория – это количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг воды на 1°С. Большую часть энергии мы получаем из следующих питательных веществ:
– Углеводы – 4ккал (17кДж) на 1г
– Белки (протеин) – 4ккал (17кДж) на 1г
– Жиры – 9ккал (37кДж) на 1г
Углеводы (сахара и крахмал) являются важнейшим источником энергии, больше всего их содержится в хлебе, рисе и макаронах. Хорошими источниками протеина служат мясо, рыба и яйца. Сливочное и растительное масло, а также маргарин почти полностью состоят из жирных кислот. Волокнистая пища, а также алкоголь также дают организму энергию, но уровень их потребления сильно отличается у разных людей.
Витамины и минералы сами по себе не дают организму энергию, однако, они принимают участие в важнейших процессах энергообмена в организме.
Энергетическая ценность различных пищевых продуктов сильно отличается. Здоровые люди достигают сбалансированности своей потреблением самой разнообразной пищи. Очевидно, что, чем более активный образ жизни ведет человек, тем больше он нуждается в пище, или тем более энергоемкой она должна быть.
Самым важным источником энергии для человека являются углеводы.
Сбалансированная обеспечивает организм разными видами углеводов, но большая часть энергии должна поступать из крахмала. В последние годы немало внимания уделялось изучению связи между компонентами питания людей и различными болезнями. Исследователи сходятся во мнении, что людям необходимо уменьшать потребление жирной пищи в пользу углеводов.
Каким образом мы получаем энергию из пищи?
После того, как пища проглатывается, она некоторое время находится в желудке. Там под воздействием пищеварительных соков начинается ее переваривание. Этот процесс продолжается в тонком кишечнике, в результате компоненты пищи распадаются на более мелкие единицы, и становится возможной их абсорбция через стенки кишечника в кровь. После этого организм может использовать питательные вещества на производство энергии, которая вырабатывается и хранится в виде аденозин трифосфат (АТФ).
Молекула АТФ из аденозина и трех фосфатных групп, соединенных в ряд. Запасы энергии «сосредоточены» в химических связях между фосфатными группами. Чтобы высвободить эту потенциальную энергию одна фосфатная группа должна отсоединиться, т.е. АТФ распадается до АДФ (аденозин дифосфат) с выделением энергии.
Аденозинтрифосфат (сокр. АТФ, англ. АТР) - нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.
В каждой клетке содержится очень ограниченное количество АТФ, которое обычно расходуется за считанные секунды. Для восстановления АДФ до АТФ требуется энергия, которая и получается в процессе окисления углеводов, протеина и жирных кислот в клетках.
Запасы энергии в организме.
После того, как питательные вещества абсорбируются в организме, некоторая их часть откладывается в запас как резервное топливо в виде гликогена или жира.
Гликоген также относится к классу углеводов. Запасы его в организме ограничены и хранятся в печени и мышечной ткани. Во время физических нагрузок гликоген распадается до глюкозы, и вместе с жиром и глюкозой, циркулирующей в крови, обеспечивает энергией работающие мышцы. Пропорции расходуемых питательных веществ зависят от типа и продолжительности физических упражнений.
Гликоген состоит из молекул глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Если запасы гликогена в организме в норме, то избыточные углеводы, поступающие в организм, будут превращаться с жир.
Обычно протеин и аминокислоты не используются в организме как источники энергии. Однако при дефиците питательных веществ на фоне повышенных энергозатрат аминокислоты, содержащиеся в мышечной ткани, могут также расходоваться на энергию. Протеин, поступающий с пищей, может служить источником энергии и превращаться в жир в том случае, если потребности в нем, как в строительном материале, полностью удовлетворены.
Как расходуется энергия человека во время тренировки?
Начало тренировки
В самом начале тренировки, или когда энергозатраты резко возрастают (спринт), потребность в энергии больше, чем уровень, с которым происходит синтез АТФ с помощью окисления углеводов. Вначале углеводы «сжигаются» анаэробно (без участия кислорода), это процесс сопровождается выделением молочной кислоты (лактата). В результате освобождается некоторое количество АТФ – меньше, чем при аэробной реакции (с участием кислорода), но быстрее.
Другим «быстрым» источником энергии, идущим на синтез АТФ, является креатин фосфат. Небольшие количества этого вещества содержатся в мышечной ткани. При распаде креатин фосфата освобождается энергия, необходимая для восстановления АДФ до АТФ. Этот процесс протекает очень быстро, и запасов креатин фосфата в организме хватает лишь на 10-15 секунд «взрывной» работы, т.е. креатин фосфат является своеобразным буфером, покрывающим краткосрочный дефицит АТФ.
Начальный период тренировки
В это время в организме начинает работать аэробный метаболизм углеводов, прекращается использование креатин фосфата и образование лактата (молочной кислоты). Запасы жирных кислот мобилизуются и становятся доступными как источник энергии для работающих мышц, при этом повышается уровень восстановления АДФ до АТФ за счет окисления жиров.
Основной период тренировки
Между пятой и пятнадцатой минутой после начала тренировки в организме повышенная потребность в АТФ стабилизируется. В течение продолжительной, относительно ровной по интенсивности тренировки синтез АТФ поддерживается за счет окисления углеводов (гликогена и глюкозы) и жирных кислот. Запасы креатин фосфата в это время постепенно восстанавливаются.
Креатин является аминокислотой, которая синтезируется в печени из аргинина и глицина. Именно креатин позволяет спортсменам выдерживать высочайшие нагрузки с большей легкостью. Благодаря его действию в мышцах человека задерживается выделение молочной кислоты, которая и вызывает многочисленные мышечные боли.
С другой стороны креатин позволяет производить сильные физические нагрузки благодаря высвобождению большого количества энергии в организме.
При возрастании нагрузки (например, при беге в гору) расход АТФ увеличивается, причем, если это возрастание значительное, организм вновь переходит на анаэробное окисление углеводов с образованием лактата и использование креатин фосфата. Если организм не успевает восстанавливать уровень АТФ, может быстро наступить состояние усталости.
Какие источники энергии используются в процессе тренировки?
Углеводы являются самым важным и самым дефицитным источником энергии для работающих мышц. Они необходимы при любом виде физической активности. В организме человека углеводы хранятся в небольших количествах в виде гликогена в печени и в мышцах. Во время тренировки гликоген расходуется, и вместе с жирными кислотами и глюкозой, циркулирующей в крови, используется как источник мышечной энергии. Соотношение различных используемых источников энергии зависит от типа и продолжительности упражнений.
Несмотря на то, что в жире больше энергии, его утилизация происходит медленнее, и синтез АТФ через окисление жирных кислот поддерживается использованием углеводов и креатин фосфата.
Когда запасы углеводов истощаются, организм становится не в состоянии переносить высокие нагрузки. Таким образом, углеводы являются источником энергии, лимитирующим уровень нагрузки во время тренировки.
Факторы, ограничивающие энергозапасы организма во время тренировки
1. Источники энергии, используемые при различных типах физической активности
– слабая интенсивность (бег трусцой)
Требуемый уровень восстановления АТФ из АДФ относительно низок, и достигается окислением жиров, глюкозы и гликогена. Когда запасы гликогена исчерпаны, возрастает роль жиров как источника энергии. Поскольку жирные кислоты окисляются довольно медленно, чтобы восполнять расходуемую энергию, возможность долго продолжать подобную тренировку зависит от количества гликогена в организме.
– средняя интенсивность (быстрый бег)
Когда физическая активность достигает максимального для продолжения процессов аэробного окисления уровня, возникает потребность быстрого восстановления запасов АТФ. Углеводы становятся основным топливом для организма. Однако только окислением углеводов требуемый уровень АТФ поддерживаться не может, поэтому параллельно происходит окисление жиров и образование лактата.
– максимальная интенсивность (спринт)
Синтез АТФ поддерживается, в основном, использованием креатин фосфата и образование лактата, поскольку метаболизм окисления углеводов и жиров не может поддерживаться с такой большой скоростью.
2. Продолжительность тренировки
Тип источника энергии зависит от продолжительности тренировки. Сначала происходит выброс энергии за счет использования креатин фосфата. Затем организм переходит на преимущественное использование гликогена, что обеспечивает энергией приблизительно на 50-60% синтез АТФ.
Остальную часть энергии на синтез АТФ организм получает за счет окисления свободных жирных кислот и глюкозы. Когда запасы гликогена истощаются, основным источником энергии становятся жиры, в то же время из углеводов начинает больше использоваться глюкоза.
3. Тип тренировки
В тех видах спорта, где периоды относительно низких нагрузок сменяются резкими повышениями активности (футбол, хоккей, баскетбол), происходит чередование использования креатин фосфата (во время пиков нагрузки) и гликогена как основных источников энергии для синтеза АТФ. В течение «спокойной» фазы в организме восстанавливаются запасы креатин фосфата.
4. Тренированность организма
Чем тренированнее человек, тем выше способность организма к окислительному метаболизму (меньше гликогена превращается в лактозу) и тем экономичнее расходуются запасы энергии. То есть, тренированный человек выполняет какое-либо упражнение с меньшим расходом энергии, чем нетренированный.
5. Диета
Чем выше уровень гликогена в организме перед началом тренировки, тем позднее настанет утомление. Чтобы повысить запасы гликогена, необходимо увеличить потребление пищи, богатой углеводами. Специалисты в области спортивного питания рекомендуют придерживаться таких диет, в которых до 70% энергетической ценности составляли бы углеводы.
– рис
– паста (макаронные изделия)
– хлеб
– зерновые злаки
– корнеплоды
– введите в свой план питания больше углеводов, чтобы поддерживать энергетические запасы организма;
– за 1-4 часа до тренировки съедайте 75-100 г углеводов;
– непосредственно перед тренировкой выпейте 200-500 мл специализированного спортивного напитка (изотоника) для увеличения запасов жидкости и углеводов;
– если возможно, пейте по 100-150 мл изотоника каждые 15-20 минут во время тренировки, чтобы компенсировать расход жидкости и углеводов;
– в течение первого получаса тренировки, когда способность мышц к восстановлению максимальна, съешьте 50-100 углеводов;
– после тренировки необходимо продолжать потребление углеводов для скорейшего восстановления запасов гликогена.
Первоначальным источником энергии для живых организмов служит энергия солнечного света. Фототрофы - растения и фотосинтезирующие микроорганизмы - непосредственно используют световую энергию для синтеза сложных органических веществ (жиров, белков, углеводов и др.), являющихся вторичными источниками энергии. Гетеротрофы, к которым относятся животные, используют химическую энергию, выделяющуюся при окислении органических веществ, синтезированных растениями.
Биоэнергетические процессы можно разделить на процессы производства и аккумуляции энергии и процессы, в которых за счет запасенной энергии выполняется полезная работа (Рис.1.1). Фотосинтез - основной биоэнергетический процесс на Земле. Это сложная многоступенчатая система фотофизических, фотохимических и темновых биохимических процессов, в которых энергия солнечного света трансформируется в химическую или электрохимическую формы энергии. В первом случае это энергия, заключенная в сложных органических молекулах, а во втором - энергия градиента протонов на мембранах, которая также преобразуется в химическую форму. В фотосинтезирующих организмах кванты солнечного света поглощаются молекулами хлорофилла и переводят их электроны в возбужденное состояние с повышенной энергией. Именно за счет энергии возбужденных электронов в молекулах хлорофилла фотосинтетическая система фототрофов из простых молекул углекислого газа и воды синтезирует глюкозу и другие органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды и т.д.), из которых впоследствии в организме строятся углеводы, белки, жиры и нуклеиновые кислоты. Продуктом этих реакций также является молекулярный кислород.
Суммарное уравнение основных реакций фотосинтеза:
6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6 O 2 ,
где hн - энергия фотонов.
Глобальная роль фотосинтеза исключительно велика. Мощность солнечного излучения порядка 10 26 Вт. Из нее до поверхности Земли доходит около 2 10 17 Вт, а из этой величины примерно 4 10 13 Вт используется фотосинтезирующими организмами для синтеза органических веществ (Самойлов, 2004). Эта энергия поддерживает жизнь на Земле. За счет нее синтезируется около 7,510 10 тонн биомассы в год (в расчете на углерод). При этом порядка 4 10 10 тонн углерода фиксируется фитопланктоном в океане и 3,510 10 тонн - растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами на суше.
Человечество потребляет продукты фотосинтеза в виде пищи, съедая органические вещества, первично произведенные растениями или вторично произведенные животными, поедающими растения, и в виде топлива, в качестве которого на 90 % используются ранее запасенные продукты фотосинтеза - нефть и уголь (остальную энергию дают атомные и гидроэлектростанции).
Извлечение энергии, накопленной фототрофными организмами, и ее последующее использование осуществляется в процессах питания и дыхания. При прохождении по пищеварительному тракту пища размельчается, клетки разрушаются и биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы) расщепляются на низкомолекулярные мономеры (аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты и сахара), которые в кишечнике всасываются в кровь и транспортируются по всему организму. Из них клетки извлекают атомы водорода, несущие высокоэнергетические электроны, энергию которых удается частично запасать в виде молекул аденозинтрифосфата (adenosine triphosphate, ATP). ATP - универсальный источник энергии, используемый как батарейка, там и тогда, где и когда необходимо выполнить полезную работу.
Следующий класс основных химических соединений нашего организма - углеводы.
Углеводы всем нам хорошо известны в виде обычного пищевого сахара (химически он является сахарозой
) или крахмала.
Углеводы делятся на простые и сложные. Из простых углеводов (моносахариды) наибольшее значение для человека имеют глюкоза, фруктоза и галактоза.
К сложным углеводам относятся олигосахариды
(дисахариды: сахароза, лактоза и др.) и несахароподобные углеводы - полисахариды
(крахмал, гликоген, клетчатка и др.).
Моносахариды и полисахариды отличаются по своему физиоло¬гическому действию на организм. Использование в пищевом рационе избытка легкоусвояемых моно- и дисахаридов способствует быстрому увеличению уровня сахара в крови, что может иметь негативное значение для больных с сахарным диабетом (СД) и ожирением.
Полисахариды значительно медленнее расщепляются в тонком кишечнике. Поэтому нарастание концентрации сахара в крови происходит постепенно. В связи с этим потребление продуктов, богатых крахмалом (хлеб, крупы, картофель, макароны), более полезно.
Вместе с крахмалом в организм поступают витамины, минеральные вещества, неперевариваемые пищевые волокна. К последним относятся клетчатка и пектиновые вещества.
Клетчатка
(целлюлоза) оказывает благоприятное регулирующее действие на работу кишечника, желчевыводящих путей, препятствует застою пищи в желудочно-кишечном тракте, способствует выведению холестерина. К продуктам, богатым клетчаткой, относятся капуста, свекла, фасоль, ржаная мука,и др.
Пектиновые вещества
входят в состав мякоти фруктов, листьев, зеленых частей стеблей. Они способны адсорбировать различные токсины (в том числе и тяжелые металлы). Много пектинов содержится в мармеладе, повидле, джемах, пастиле, но больше всего этих веществ имеется в мякоти тыквы, которая богата также и каротином (предшественник витамина А).
Большинство углеводов для организма человека - быстроусво-яемый источник энергии. Тем не менее углеводы не являются абсолютно необходимыми питательными веществами. Некоторые из них, например, важнейшее топливо для наших клеток - глюкоза, могут довольно легко синтезироваться из других химических соединений, в частности аминокислот или липидов.
Однако нельзя и недооценивать роль углеводов. Дело в том, что они не только способны, быстро сгорая в организме, обеспечивать его достаточным количеством энергии, но и откладываться про запас в виде гликогена
- вещества, очень похожего на всем известный растительный крахмал. Основные запасы гликогена у нас сосредоточены в печени или мышцах. Если энергопотребности организма растут, например при значительной физической нагрузке, то запасы гликогена легко мобилизуются, гликоген превращается в глюкозу, а та уже используется клетками и тканями нашего организма как энергоноситель.
Опасность простых углеводов!
К таким выводам пришли ученые из университетов Иерусалима (Израиль) и Йейля (США), проведя серию экспериментов.
Кузнечиков вида Melanoplus femurrubrum посадили в две клетки, в одну из которых запустили также пауков Pisaurina mira - их естественных врагов. Задачей было только напугать кузнечиков, чтобы отследить их реакцию на хищников, поэтому пауков снабдили "намордниками", склеив им жвалы. Кузнечики испытывали сильный стресс, в результате метаболизм в их организмах сильно увеличивался и появлялся "зверский" аппетит - по аналогии с людьми, которые едят много сладкого, когда волнуются. Кузнечики поглощали за короткий срок большое количество углеводов, углеводород из которых прекрасно усваивался организмом.
Помимо этого, "объевшиеся" кузнечики, как оказалось, после смерти могут приносить вред экосистеме. Ученые обнаружили это, поместив остатки их тел в образцы почвы, где происходил процесс перегноя. Активность почвенных микробов падала на 62% в лабораторных условиях, и на 19% в полевых условиях, говорится в исследовании.
Чтобы проверить результаты эксперимента, ученые создали химическую модель "в реальном времени", заменив остовы настоящих кузнечиков органическими "куколками", состоящими, как и естественные прототипы, из углеводов, белков и хитина в разных пропорциях. Результаты опытов показали, что чем больше в останках кузнечиков был процент азота (содержащегося в белках), тем лучше в почвах шли процессы разложения органики.
Углеводы Органические
Углеводы
Органические соединения составляют в среднем 20-30 % массы клетки живого организма. К ним относятся биологические полимеры: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, а также жиры и ряд небольших молекул-гормонов, пигментов, АТФ и пр. В различные типы клеток входит неодинаковое количество органических соединений. В растительных клетках преобладают сложные углеводы-полисахариды, в животных - больше белков и жиров. Тем не менее, каждая из групп органических веществ в любом типе клеток выполняет сходные функции: обеспечивает энергией, является строительным материалом.
1. КРАТКАЯ СПРАВКА ОБ УГЛЕВОДАХ
Углеводы - органические соединения, состоящие из одной или многих молекул простых сахаров. Молярная масса углеводов колеблется в пределах от 100 до 1000000 Да (Дальтон-масса, приблизительно равная массе одного атома водорода). Их общую формулу обычно записывают в виде Сn(Н2О)n (где n - не меньше трех). Впервые в 1844 г. этот термин ввел отечественный ученый К. Шмид (1822-1894).
Название «углеводы» возникло на основании анализа первых известных представителей этой группы соединений. Оказалось, что эти вещества состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение числа атомов водорода и кислорода у них такое же, как и в воде: на два атома водорода - один атом кислорода. Таким образом, их рассматривали как соединение углерода с водой. В дальнейшем стало известно много углеводов, не отвечающих этому условию, однако название «углеводы» до сих пор остается общепринятым. В животной клетке углеводы находятся в количестве, не превышающем 2-5 %. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание в некоторых случаях достигает 90 % сухой массы (например, в клубнях картофеля, семенах).
2. КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ
Выделяют три группы углеводов: моносахариды, или простые сахара (глюкоза, фруктоза); олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (сахароза, мальтоза); полисахариды, включающие более 10 молекул сахаров (крахмал, целлюлоза).
3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ МОНО- И ДИСАХАРИДОВ: СТРОЕНИЕ; НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ; ПОЛУЧЕНИЕ. ХАРАКТЕРИСТИКА ОТДЕЛЬНЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ
Моносахариды - это кетонные или альдегидные производные многоатомных спиртов. Атомы углерода, водорода и кислорода, входящие в их состав, находятся в соотношении 1:2:1. Общая формула для простых сахаров - (СН2О)n. В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода), их разделяют на: триозы-С3, тетрозы-С4, пентозы-С5, гексозы-С6 и т. д. Кроме того, сахара разделяют на:
Альдозы, имеющие в составе альдегидную группу, - С=О. К ним относится | Н глюкоза:
H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH
Кетозы, имеющие в составе кетонную группу, - C-. К ним, например, || относится фруктоза.
В растворах все сахара, начиная с пентоз, имеют циклическую форму; в линейной же форме присутствуют только триозы и тетрозы. При образовании циклической формы атом кислорода альдегидной группы связывается ковалентной связью с предпоследним атомом углерода цепи, в результате образуются полуацетали (в случае альдоз) и полукетали (в случае кетоз).
ХАРАКТЕРИСТИКА МОНОСАХАРИДОВ, ОТДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ
Из тетроз в процессах обмена наиболее важна эритроза. Этот сахар - один из промежуточных продуктов фотосинтеза. Пентозы встречаются в природных условиях главным образом как составные части молекул более сложно построенных веществ, например сложных полисахаридов, носящих название пентозанов, а также растительных камедей. Пентозы в значительном количестве (10-15 %) содержатся в древесине, соломе. В природе преимущественно встречается арабиноза. Она содержится в вишневом клее, свекле и аравийской камеди, откуда ее и получают. Рибоза и дезоксирибоза широко представлены в животном и растительном мире, это сахара, входящие в состав мономеров нуклеиновых кислот РНК и ДНК. Получают рибозу эпимеризацией арабинозы.
Ксилоза образуется при гидролизе полисахарида ксилозана, содержащегося в соломе, отрубях, древесине, шелухе подсолнечника. Продуктами различных типов брожения ксилозы являются молочная, уксусная, лимонная, янтарная и другие кислоты. Организмом человека ксилоза усваивается плохо. Гидролизаты, содержащие ксилозу, используются для выращивания некоторых видов дрожжей, они в качестве белкового источника применяются для кормления сельскохозяйственных животных. При восстановлении ксилозы получают спирт ксилит, его используют как заменитель сахара для больных диабетом. Широко применяют ксилит как стабилизатор влажности и пластификатор (в бумажной промышленности, парфюмерии, производстве целлофана). Он является одним из основных компонентов при получении ряда поверхностно-активных веществ, лаков, клеев.
Из гексозы наиболее широко распространены глюкоза, фруктоза, галактоза, их общая формула - С6Н12О6.
Глюкоза (виноградный сахар, декстроза) содержится в соке винограда и других сладких плодов и в небольших количествах - в организмах животных и человека. Глюкоза входит в состав важнейших дисахаридов - тростникового и виноградного сахаров. Высокомолекулярные полисахариды, т. е. крахмал, гликоген (животный крахмал) и клетчатка, целиком построены из остатков молекул глюкозы, соединенных друг с другом различными способами. Глюкоза - первичный источник энергии для клеток.
В крови человека глюкозы содержится 0,1-0,12 %, снижение показателя вызывает нарушение жизнедеятельности нервных и мышечных клеток, иногда сопровождаемое судорогами или обморочным состоянием. Уровень содержания глюкозы в крови регулируется сложным механизмом работы нервной системы и желез внутренней секреции. Одно из массовых тяжелых эндокринных заболеваний - сахарный диабет - связано с гипофункцией островковых зон поджелудочной железы. Сопровождается значительным снижением проницаемости мембраны мышечных и жировых клеток для глюкозы, что приводит к повышению содержания глюкозы в крови, а также в моче.
Глюкозу для медицинских целей получают путем очистки - перекристаллизации - технической глюкозы из водных или водно-спиртовых растворов. Глюкоза используется в текстильном производстве и в некоторых других производствах в качестве восстановителя. В медицине чистая глюкоза применяется в виде растворов для введения в кровь при ряде заболеваний и в виде таблеток. Из нее получают витамин С.
Галактоза вместе с глюкозой входит в состав некоторых гликозидов и полисахаридов. Остатки молекул галактозы входят в состав сложнейших биополимеров - ганглиозидов, или гликосфинголипидов. Они обнаружены в нервных узлах (ганглиях) человека и животных и содержатся также в ткани мозга, в селезенке в эритроцитах. Получают галактозу главным образом гидролизом молочного сахара.
Фруктоза (фруктовый сахар) в свободном состоянии содержится во фруктах, меде. Входит в состав многих сложных сахаров, например тростникового сахара, из которого она может быть получена гидролизом. Образует сложно построенный высокомолекулярный полисахарид инулин, содержащийся в некоторых растениях. Фруктозу получают также из инулина. Фруктоза - ценный пищевой сахар; она в 1,5 раза слаще сахарозы и в 3 раза слаще глюкозы. Она хорошо усваивается организмом. При восстановлении фруктозы образуются сорбит и маннит. Сорбит применяют как заменитель сахара в питании больных диабетом; кроме того, его используют для производства аскорбиновой кислоты (витамин С). При окислении фруктоза дает винную и щавелевую кислоту.
Дисахариды - типичные сахароподобные полисахариды. Это твердые вещества, или некристаллизующиеся сиропы, хорошо растворимые в воде. Как аморфные, так и кристаллические дисахариды обычно плавятся в некотором интервале температур и, как правило, с разложением. Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами, обычно гексозами. Связь между двумя моносахаридами называют гликозидной связью. Обычно она образуется между первым и четвертым углеродными атомами соседних моносахаридных единиц (1,4-гликозидная связь). Этот процесс может повторяться бессчетное число раз, в результате чего и возникают гигантские молекулы полисахаридов. После того как моносахаридные единицы соединятся друг с другом, их называют остатками. Таким образом мальтоза состоит из двух остатков глюкозы.
Среди дисахаридов наиболее широко распространены мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза), сахароза (глюкоза + фруктоза).
ОТДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ ДИСАХАРИДОВ
Мальтоза (солодовый сахар) имеет формулу С12Н22О11. Название возникло в связи со способом получения мальтозы: ее получают из крахмала при воздействии солода (лат. maltum - солод). В результате гидролиза мальтоза расщепляется на две молекулы глюкозы:
С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6
Солодовый сахар является промежуточным продуктом при гидролизе крахмала, он широко распространен в растительных и животных организмах. Солодовый сахар значительно менее сладок, чем тростниковый (в 0,6 раза при одинаковых концентрациях).
Лактоза (молочный сахар). Название этого дисахарида возникло в связи с его получением из молока (от лат. lactum - молоко). При гидролизе лактоза расщепляется на глюкозу и галактозу:
Лактозу получают из молока: в коровьем молоке ее содержится 4-5,5 %, в женском молоке - 5,5-8,4 %. Лактоза отличается от других сахаров отсутствием гигроскопичности: она не отсыревает. Молочный сахар применяется как фармацевтический препарат и питание для грудных детей. Лактоза в 4 или 5 раз менее сладка, чем сахароза.
Сахароза (тростниковый или свекловичный сахара). Название возникло в связи с ее получением либо из сахарной свеклы, либо из сахарного тростника. Тростниковый сахар был известен за много столетий до нашей эры. Лишь в середине XVIII в. этот дисахарид был обнаружен в сахарной свекле и только в начале XIX в. он был получен в производственных условиях. Сахароза очень распространена в растительном мире. Листья и семена всегда содержат небольшое количество сахарозы. Она содержится также в плодах (абрикосах, персиках, грушах, ананасах). Ее много в кленовом и пальмовом соках, кукурузе. Это наиболее известный и широко применяемый сахар. При гидролизе из него образуются глюкоза и фруктоза:
С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6
Смесь равных количеств глюкозы и фруктозы, получающаяся в результате инверсии тростникового сахара (в связи с изменением в процессе гидролиза правого вращения раствора на левое), называется инвертным сахаром (инверсия вращения). Природным инвертным сахаром является мед, состоящий в основном из глюкозы и фруктозы.
Сахарозу получают в огромных количествах. Сахарная свекла содержит 16-20 % сахарозы, сахарный тростник - 14-26 %. Промытую свеклу измельчают и в аппаратах многократно извлекают сахарозу водой, имеющей температуру около 80 град. Полученную жидкость, содержащую, кроме сахарозы, большое количество различных примесей, обрабатывают известью. Известь осаждает в виде кальциевых солей ряд органических кислот, а также белки и некоторые другие вещества. Часть извести при этом образует с тростниковым сахаром растворимые в холодной воде кальциевые сахараты, которые разрушаются обработкой диоксидом углерода.
Осадок карбоната кальция отделяют фильтрацией, фильтрат после дополнительной очистки упаривают в вакууме до получения кашицеобразной массы. Выделившиеся кристаллы сахарозы отделяют при помощи центрифуг. Так получают сырой сахарный песок, имеющий желтоватый цвет, маточный раствор бурого цвета, некристаллизующийся сироп (свекловичная патока, или меласса). Сахарный песок очищают (рафинируют) и получают готовый продукт.
4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ БИОПОЛИМЕРОВ - ПОЛИСАХАРИДОВ
Полисахариды - высокомолекулярные (до 1000000 Да) полимерные соединения, состоящие из большого числа мономеров - сахаров, их общая формула Сx(Н2О)y. Наиболее часто встречающимся мономером полисахаридов является глюкоза, встречаются маноза, галактоза и другие сахара. Полисахариды делятся на:
- гомополисахариды, состоящие из молекул моносахаридов одного типа (так, крахмал и целлюлоза состоят только из глюкозы);
- гетерополисахариды, в состав которых в качестве мономеров могут входить несколько различных сахаров (гепарин).
Если в полисахариде присутствуют только 1,4= гликозидные связи, мы получим линейный, неразветвленный полимер (целлюлоза); если присутствуют как 1,4=, так и 1,6= связи, полимер будет разветвленным (гликоген). К числу наиболее важных полисахаридов относятся: целлюлоза, крахмал, гликоген, хитин.
Целлюлоза, или клетчатка (от лат. сellula - клеточка), является основным компонентом клеточной стенки растительных клеток. Это линейный полисахарид, состоящий из глюкозы, соединенных 1,4= связями. Клетчатка составляет от 50 до 70 % древесины. Хлопок представляет собой почти чистую клетчатку. Волокна льна и конопли состоят преимущественно из клетчатки. Наиболее чистыми образцами клетчатки является очищенная вата, получаемая из хлопка, и фильтровальная бумага.
Крахмал - разветвленный полисахарид растительного происхождения, состоящий из глюкозы. В полисахариде остатки глюкозы связаны 1,4= и 1,6= гликозидными связями. При их расщеплении растения получают глюкозу, необходимую в процессе их жизнедеятельности. Крахмал образуется при фотосинтезе в зеленых листьях в виде зерен. Эти зерна особенно легко обнаружить в микроскопе, используя известковую реакцию с йодом: крахмальные зерна окрашиваются в синий или сине-черный цвет.
По накоплению крахмальных зерен можно судить об интенсивности фотосинтеза. Крахмал в листьях расщепляется на моносахариды или олигосахариды и переносится в другие части растений, например в клубни картофеля или зерна злаков. Здесь вновь происходит отложение крахмала в виде зерен. Наибольшее содержание крахмала в следующих культурах:
Рис (зерно) - 62-82 %;
- кукуруза (зерно) - 65-75 %;
- пшеница (зерно) - 57-75 %;
- картофель (клубни) - 12-24 %.
В текстильной промышленности крахмал используется для производства загустителей красок. Он применяется в спичечной, бумажной, полиграфической промышленности, в переплетном деле. В медицине и фармакологии крахмал идет на приготовление присыпок, паст (густых мазей), а также необходим в производстве таблеток. Подвергая крахмал кислотному гидролизу, можно получить глюкозу в виде чистого кристаллического препарата или в виде патоки - окрашенного некристаллизующегося сиропа.
Налажено производства модифицированных крахмалов, подвергавшихся специальной обработке или содержащих улучшающие их свойства добавки. Модифицированные крахмалы широко применяются в различных отраслях промышленности.
Гликоген - более разветвленный, чем крахмал, полисахарид животного происхождения, состоящий из глюкозы. Он играет исключительно важную роль в организмах животных как запасной полисахарид: все процессы жизнедеятельности, в первую очередь мышечная работа, сопровождаются расщеплением гликогена, отдающего сосредоточенную в нем энергию. В тканях организма из гликогена в результате ряда сложных превращений может образовываться молочная кислота.
Гликоген содержится во всех животных тканях. Особенно его много в печени (до 20 %) и мышцах (до 4 %). Он присутствует также в некоторых низших растениях, дрожжах и грибах, его можно выделить путем обработки животных тканей 5-10 %-ной трихлоруксусной кислотой с последующим осаждением извлеченного гликогена спиртом. С йодом растворы гликогена дают окрашивание от винно-красного до красно-бурого, в зависимости от происхождения гликогена, вида животного и других условий. Окрашивание йодом исчезает при кипячении и вновь появляется при охлаждении.
Хитин по своей структуре и функции очень близок к целлюлозе - это тоже структурный полисахарид. Хитин встречается у некоторых грибов, где он играет в клеточных стенках опорную роль благодаря своей волокнистой структуре, а также у некоторых групп животных (особенно у членистоногих) в качестве важного компонента их наружного скелета. Строение хитина сходно со строением целлюлозы, его длинные параллельные цепи также собраны в пучки.
5. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОВ
Все моносахариды и некоторые дисахариды, в том числе мальтоза и лактоза, относятся к группе редуцирующих (восстанавливающих) сахаров. Сахароза - нередуцирующий сахар. Восстановительная способность сахаров зависит у альдоз от активности альдегидной группы, а у кетоз - от активности как кетогруппы, так и первичных спиртовых групп. У нередуцирующих сахаров эти группы не могут вступать в какие-либо реакции, потому что здесь они участвуют в образовании гликозидной связи. Две обычные реакции на редуцирующие сахара - реакция Бенедикта и реакция Фелинга - основаны на способности этих сахаров восстанавливать ион двухвалентной меди до одновалентной. В обеих реакциях используется щелочной раствор сульфата меди (2) (CuSO4), который восстанавливается до нерастворимого оксида меди (1) (Cu2O). Ионное уравнение: Cu2+ + e = Cu+ дает синий раствор, кирпично-красный осадок. Все полисахариды нередуцирующие.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основная роль углеводов связана с их энергетической функцией. При их ферментативном расщеплении и окислении выделяется энергия, которая используется клеткой. Полисахариды играют главным образом роль запасных продуктов и легко мобилизируемых источников энергии (например, крахмал и гликоген), а также используются в качестве строительного материала (целлюлоза и хитин).
Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: будучи нерастворимы в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что весьма важно при длительном хранении их в живой клетке: твердое, обезвоженное состояние полисахаридов увеличивает полезную массу продуктов запаса за счет экономии их объемов. При этом существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другим микроорганизмами, которые, как известно, не могут заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела. При необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза. Кроме того, соединяясь с липидами и белками, углеводы образуют гликолипиды и гликопротеиды-два.