Школа одаренных детей. 11-й класс. "Углеводы - строение и значение"

Углеводы – циклические молекулы, состоящие из углерода, водорода и полимера. Общая формула углеводов С (Н О) они делятся на простые и сложные.

1. Простые Моносахариды – в зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы(3с), тетрозы(4с), пентозы(5с), гексозы(6с), гептозы(7с). В природе наиболее широко распространены пентозы и гексозы. Важнейшие из пентоз – дезоксирибоза и рибоза входящие в состав ДНК, РНК, АТФ, из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула СНО). Моносахариды могут быть представлены в виде а- и в-изомеров. Молекулы крахмала состоят из остатков а-глюкозы, целлюлозы – из остатков в-глюкозы. Дезоксирибоза (СНО) отличается от рибозы (С Н О) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.

2 Сложными называются углеводы, молекулы которых, при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов.

Среди сложных различают: олигосахариды и полисахариды.

Олигосахаридами – называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества входящих остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов: мальтоза, состоящая из двух остатков а- глюкозы, молочный сахар (лактоза) и свекловичный (или трасниковый) сахар.

Полисахариды образуются в результате реакции поликонденсации. Важнейшие полисахариды – крахмал, гликоген, хитин, муреин. Крахмал – основной резервный углевод растений, гликоген у животных и человека. Целлюлоза – основной структурный углевод клеточных стенок растений, она не растворима в воде.

Углеводы – органические вещества клетки и их биологическая роль (см. Приложение 1)

Функции углеводов.

1. Энергетическая – могут расщепляться до углекислого газа и воды с выделением энергии.

2. Строительная – мтенки растительных клеток состоят из углеводов (целлюлоза).

Работа в парах

Опыт, доказывающий наличие полисахаридов в растениях.

К капле спиртового раствора йода добавьте раствор крахмала. Что происходит в пробирке. Как изменяется цвет? (синий цвет при нагревании изменяется, что свидетельствует изменение положение цепей в молекулах полисахарида – крахмала).

Подробно об углеводах

Углеводы служат основным источником энергии. Свыше 56% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть – за счет белков и жиров.

В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов подразделяются на простые углеводы: моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза) и сложные углеводы, или полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка). Содержание углеводов на 100 г. продуктов(см Приложение 2).

Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам. Наиболее распространенный моносахарид – глюкоза – содержится во многих плодах и ягодах, а также образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе и сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии. Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Однако она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70–80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщение крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление Сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности.

Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, пищи, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы. Основными источниками фруктозы являются фрукты и ягоды. Глюкоза и фруктоза широко представлены в меде: содержание глюкозы достигает 36,2%, фруктозы – 37,1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. Третий моносахарид – галактоза – в свободном виде в пищевых продуктах не встречается. Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока – лактозы.

Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу. Источниками сахарозы в питании человека являются, главным образом, тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахаре-песке составляет 99,75%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты (см. Приложение 2).

Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка. Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.

Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его ресинтеза за счет глюкозы. Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.

Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина. Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400–500 г в сутки.

Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50–60 г Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.

Избыточное потребление углеводов ведет к ожирению. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (Сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген). При поступлении с пищей значительных количеств Сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.

В отличие от Сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80–90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.

Углеводы (сахара) – органические вещества, состав которых выражается формулой Сх(Н2О)у, где х и у > 3.

Углеводы содержатся в клетках растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. Эти соединения образуются растениями в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды. Животные организмы не способны синтезировать углеводы и получают их с растительной пищей. Фотосинтез можно рассматривать как процесс восстановления СО2 с использованием солнечной энергии. Эта энергия освобождается в животных организмах в результате метаболизма углеводов, который заключается, с химической точки зрения, в их окислении.

По способности к гидролизу углеводы делятся на простые –

моносахариды и сложные – олигосахариды и полисахариды. Моносахариды не гидролизуются с образованием более простых углеводов. Сложные углеводы гидролизуются до моносахаридов, В молекулах олигосахаридов содержится от 2 до 10 моносахаридных остатков, в полисахаридах – от 10 до 3000-5000.

Гликемический индекс продуктв

Углеводы хороши на вкус, помогают достичь феноменальной “накачки” мышц и, как все полагают, являются наиболее здоровым из всех питательных веществ.

А каковы же недостатки углеводов?

Обратной стороной медали тут является накопление жира. Постоянная диета с преобладанием углеводов стимулирует высвобождение инсулина, что, в свою очередь, вызывает подъем уровня жира в организме. Искусство в том, чтобы найти верное соотношение между их типом и временем приема, так как не все углеводы одинаковы. Потребление большого количества “неправильных” углеводов в “неверное” время дня может превратить даже генетически одаренного атлета в подобие заплывшего жиром эндоморфа. Попробуем предложить эффективный метод употребления углеводов, легко вписывающийся в определенного типа углеводов в определенное время. Такая стратегия позволит добиться максимальной “сухой” мышечной массы при минимальном количестве жира.

Если вы хотите сбросить вес, то продукты из левой колонки /с высоким гликемическим индексом/ лучше употреблять реже, из правой /с низким гликемическим индексом/ чаще. При наборе веса – соответственно наоборот режим дня. Как уже упоминалось, это потребление (см. Приложение 3, 4).

В чем вина углеводов?

Углеводы – питательные вещества с энергетической ценностью 4,1 килокалории на грамм. То есть именно это количество энергии освобождается при расщеплении в организме одного грамма сахара. Зачем нам нужна энергия, я думаю, уже объяснять не надо. Есть у углеводов еще одно довольно важное свойство. Они могут расщепляться и давать энергию даже в отсутствии кислорода.

В общем-то считается доказанным, что избыточное потребление мучного и сладкого связано с появлением избыточного веса. Другими словами, чем больше человек ест углеводов, тем с большей вероятностью он будет иметь лишние килограммы. Но почему? Долгое время механизм развития тучности при злоупотреблении углеводами видели в их принципиальной возможности перестраиваться в организме в жир. Действительно, давно известно, что организм не создает запасов углеводов. Вернее создает, но очень небольшие. Весь запас углеводов исчерпывается 60-80 граммами гликогена (животного крахмала) в печени и примерно таким количеством в мышцах. Это примерно 600 килокалорий – четверть, а то и одна пятая того, что человеку нужно на день. Столько же углеводов, для справки, содержится в 250 г белого хлеба. Казалось очень логичным, что организм, не в силах резервировать большие количества углеводов, перестраивает их избыток в жир и уже в виде жира депонирует. Тем более, повторяю, принципиально такая возможность существует, то есть имеются ферментативные цепочки, которые могут из фрагментов молекул углеводов строить молекулы жира. Выяснилось, что жир из углеводов мы строим только при очень большом одномоментном потреблении последних. Очень большом, порядка 300-500г. Много это или мало? Попробуйте съесть в течении часа полкило сахара, как раз и получится 500 г углеводов. В обычной жизни такого практически не бывает.

Кстати, вопрос, а чем же в повседневной жизни человека регулируется аппетит и потребление пищи, давно уже интересует ученых. В настоящее время наибольшим признанием пользуется гипотеза, что аппетит на прямую связан с содержанием глюкозы в крови и гликогена в печени. Когда уровень сахара в крови снижается, появляется голод, когда повышается – чувство сытости. После употребления сахара уровень глюкозы в крови повышается до максимума в течении получаса-часа. Вот почему сладкое, принятое за 20 минут до еды может существенно повлиять на аппетит.

Оказалось, что потребление углеводов в данный день существенно зависит от того, сколько их было съедено на кануне. Если в предыдущий день вы съели много мучного и сладкого, запасы гликогена в вашем организме значительные и, логично, что сегодня углеводов вы не сможете съесть много, да и не захотите.

А куда деваются углеводы, содержащиеся в пище. Большей частью они идут на окисление, то есть на образование энергии. Если в пище углеводов все-таки много, то и горение это усиливается. Многим из вас знакомо чувство тепла, охватывающее нас после обильной и сытной еды. Это "горят" углеводы.

В чем необходимость углеводов.

Бич неправильно информированных людей, сидящих на диете, углеводы, на самом деле являются главным поставщиком энергии для нашего организма. Во время пищеварения основные виды углеводов, крахмалы и сахара, распадаются на глюкозу, более известную как сахар

крови. Глюкоза крови обеспечивает необходимой энергией наш мозг и центральную нервную систему.

Углеводы необходимы в ежедневном рационе, чтобы белок, нужный для построения тканей, не растрачивался в качестве источника энергии, там где он нужен для восстановления. У них такая же калорийность, как и у белка. Если вы употребляете слишком много углеводов, больше, чем может преобразоваться в глюкозу или гликоген (который откладывается в печени и мышцах), то в результате, как нам всем слишком хорошо известно, образуется жир. Когда телу нужно больше топлива, жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается.

Не относитесь к углеводам слишком пренебрежительно. Они в такой же степени необходимы для здоровья, как и остальные питательные вещества, и в грамме углеводов содержатся те же 4 калории, что и в грамме белка. Хотя не существует официальных норм потребления углеводов, рекомендуется минимум в 50 г в день, чтобы избежать кетоза, кислого состояния крови, которое может развиться, если для образования энергии используются преимущественно запасы жира.

Приложения