Все про углеводы: виды, значение, источники и функции углеводов в организме человека

Физиологическое значение углеводов

Углеводы являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. В результате биологического окисления углеводов (а также жиров и, в меньшей степени, белков) в организме освобождается энергия 16,7 кДж (4 ккал) из 1г углеводов или белков, 37,76 кДж (9 ккал) из 1 г жиров.

Кроме того в организме углеводы и их производные входят в состав соединительной ткани; противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров; предотвращают свертывание крови в сосудах, препятствуют проникновению бактерий через клеточную оболочку и др.

Углеводные запасы человека очень ограничены, содержание их не превышает 1% массы тела. При интенсивной работе они быстро истощаются, поэтому углеводы должны поступать с пищей ежедневно. Суточная потребность человека в углеводах составляет 400-500 г, при этом примерно 80% приходится на крахмал.

С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы – моно- и олигосахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые – целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектин, гумми, слизи.

Все усваиваемые углеводы расщепляются в желудочно-кишечном тракте до моносахаридов, а моносахариды далее всасываются из кишечника в кровь.

Неусваиваемые углеводы человеческим организмом не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют так называемые пищевые волокна. Пищевые волокна выполняют следующие функции в организме человека:

—стимулируют моторную функцию кишечника;

—препятствуют всасыванию холестерина;

—играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов;

—оказывают влияние на липидный обмен, нарушение которого приводит к ожирению;

—адсорбируют желчные кислоты.

В настоящее время можно считать доказанным, что необходимо увеличивать в рационе пищевые волокна. Источником их являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Суточная норма пищевых волокон составляет 20–25 г.

Пространственная изомерия

Слева D-глицеральдегид, справа L-глицеральдегид.

Изомерия (от др.-греч. ἴσος — равный, и μέρος — доля, часть) — существование химических соединений (изомеров), одинаковых по составу и молекулярной массе, различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам.

Стереоизомерия моносахаридов: изомер глицеральдегида, у которого при проецировании модели на плоскость ОН-группа у асимметричного атома углерода расположена с правой стороны, принято считать D-глицеральдегидом, а зеркальное отражение — L-глицеральдегидом. Все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы у последнего асимметричного атома углерода возле СН₂ОН-группы (кетозы содержат на один асимметричный атом углерода меньше, чем альдозы с тем же числом атомов углерода). Природные гексозы — глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза — по стереохимической конфигурациям относят к соединениям D-ряда.

Восстановление

• Продукты восстановления: многоатомные спирты –глициты
• Восстановитель: NaBH₄ или каталитическое гидрирование.

Глициты используются в качестве заменителей сахара.

При восстановлении альдоз происходит “уравнивание” функциональных групп на концах цепи. В результате из некоторых альдоз (эритрозы, рибозы, ксилозы, аллозы, галактозы) образуются оптически неактивные мезо-соединения, например. При восстановлении кетоз из карбонильной группы возникает новый хиральный центр и образуется смесь неравных количеств диастереомерных спиртов (эпимеров по С2):

Эта реакция доказывает, что D-фруктоза, D-глюкоза и D-манноза имеют одинаковые конфигурации хиральных центров С2, С3, и С4.

Что такое аминокислоты?

Белки состоят из более мелких молекул (аминокислот), связанных между собой. Структура белка напоминает нанизанные на цепочку бусы. Активированный белок обретает несколько иную форму – трехмерную структуру (цепочка скручивается и обвивается вокруг себя, образуя подобие шара). Как и углеводы, аминокислоты состоят из углерода, водорода и кислорода. Но в отличие от них содержат еще и азот.

Важно, что белки бывают разных размеров. Некоторые цепи аминокислот достаточно короткие и состоят из 50 элементов, но большинство содержит по 200-400

Отдельные белки могут объединяться и формировать так называемые протеиновые комплексы.

Самые большие белковые комплексы – это кости, кожа, ногти, волосы, зубы. Они сформированы из коллагена, эластина и кератина. Коллаген, например, состоит из 3 тысяч аминокислот, скрученных в длинную цилиндрическую цепь. Эта цепь скрепляется с другими коллагеновыми цепями и создает более толстые и более сильные цилиндры, называемые фибриллами. Фибриллы могут сочетать в себе от 6 до 20 коллагеновых цепей, а значит, в их составе есть десятки тысяч аминокислот. И это структура только одного, отдельно взятого, белка.

Единичная аминокислота напоминает простой углевод – организм перед всасыванием разбивает структуру белка до состояния аминокислоты по принципу переваривания углеводов. И только после этого переваривает по одному небольшому блоку.

Где искать аминокислоты?

Источником аминокислот служат белки из пищи растительного и животного происхождения. Наиболее богатая белком еда: орехи, бобовые, рыба, мясные и молочные продукты. В обработанной пище вещество порой представлено в форме пептида – гидролизованного протеина (состоит из аминоцепей, сформированных из 2-200 аминокислот). Такие продукты быстрее перевариваются и легче усваиваются.

Незаменимые аминокислоты

Существует 20 разновидностей аминокислот и все они нужны организму, так как каждая участвует в создании белка на определенном уровне. Половину из них организм умеет синтезировать самостоятельно. Однако источником 9 из них служит только пища. Они называются основными, или незаменимыми, аминокислотами. К ним принадлежат лейцин, метионин, фенилаланин, триптофан и другие.

Для организма важно правильное соотношение аминокислот между собой. Животная пища, к примеру, содержит аминокислоты в пропорции, как в человеческом организме

Белки из растительной пищи имеют несколько другую структуру.

Многих диетологов беспокоит, что вегетарианцы, отказываясь от мяса, не получают всех необходимых белков полной мерой. Другие исследователи эту теорию отвергают. Они предположили: поскольку различные растительные продукты содержат в себе разные незаменимые аминокислоты, то, употребляя разнообразную пищу (из цельного зерна, бобовых, других овощей), реально получить все жизненно важные вещества. Кроме того, некоторые растительные продукты, такие как соя, содержат белок, похожий по составу на протеины из мяса.

Строение молекулы глюкозы

О строении молекулы глюкозы можно судить на основании опытных данных. Она реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфи­ры, содержащие от 1 до 5 остатков кислоты. Ес­ли раствор глюкозы прилить к свежеполученно­му гидроксиду меди (II), то осадок растворяется и образуется ярко-синий раствор соединения меди, т. е. происходит качественная реакция на много­атомные спирты. Следовательно, глюкоза является многоатомным спиртом. Если же подогреть полу­ченный раствор, то вновь выпадет осадок, но уже красноватого цвета, т. е. произойдет качественная реакция на альдегиды. Аналогично, если раствор глюкозы нагреть с аммиачным раствором оксида серебра, то произойдет реакция «серебряного зер­кала». Следовательно, глюкоза является одновре­менно многоатомным спиртом и альдегидом — алъдегидоспиртом. Попробуем вывести структурную формулу глюкозы. Всего атомов углерода в моле­куле C₆H₁₂O₆ шесть. Один атом входит в состав альдегидной группы:

Зачем нужны углеводы

Углеводы является соединением, которое содержит углерод, водород и кислород. Они известны нам как сахар, крахмал и пищевая клетчатка. Углеводы дают в среднем около 4 ккал на грамм. Хотите подсчитать количество калорий еды? Просто умножайте 4 на 20. Например, если вы едите пищу, которая содержит 20 г углеводов, вы получаете 80 ккал.

Ккал или килокалории представляют собой тепло, необходимое для повышения температуры в 1000 г (1 литр) воды на 1 градус Цельсия или 4 стаканов воды на 2 градуса по Фаренгейту. То есть, углеводы являются одним из основных источников топлива для человека. Без углеводов в нашем теле мы бы ходили как зомби, если, конечно, еще могли бы ходить.

Наш мозг требует углеводов для функционирования, и наши мышцы также требуют углеводов для поддержки такой интенсивной физической активности, как бодибилдинг

Употребление достаточного количества углеводов в течение дня очень важно, так как гликоген в печени расходуется примерно за 18 часов, когда углеводы не потребляются

Химические свойства

Итоговые характеристики углеводов зависят от их структуры. Моносахариды (особенно глюкоза) можно подвергать многоступенчатому окислению в присутствии и отсутствии O2. На уроках химии в 10 классе изучают следующие свойства Cn (H2O)m:

1. В результате окисления углеводов можно получить воду и газ. Эту химическую реакцию записывают так: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 +6H2O.
2. Под действием определённых ферментов и при условии отсутствия кислорода происходит брожение Cn (H2O)m: C6H12O6 → 2CH3-CH (OH) — COOH (молочная кислота); C6H12O6 → 2C2H5OH (этанол) + 2CO2.
3. В присутствии кислорода полисахариды сгорают до воды и углекислого газа. Химическая реакция: (C6H10O5)n + 6O2 → 6nCO2 + 5nH2O.
4. В процессе гидролиза полисахариды и олигосахариды разлагаются до моносахаридов: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6; (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6.
5. Глюкоза вступает в химическую реакцию с аммиачным раствором оксида серебра и гидроксидом меди: CH2ОН — (CHOH)4-CH=O + 2 OH → CH2OH — (CHOH)4-COONH4 + 2Ag↓ +3NH3 + H2O; CH2OH — (CHOH)4-CH=O + 2Cu (OH)2 → CH2OH — (CHOH)4-COOH + Cu2O↓ + 2H2O.

Избыток углеводов вреден для здоровья. Частое употребление продуктов с высокой концентрацией Cn (H2O)m чревато повышением уровня сахара в крови. Иногда часть органических веществ не используется организмом, из-за чего происходит накопление жировых отложений. Это грозит развитием кариеса, сахарного диабета, атеросклероза, ожирения. Дополнительно существует риск возникновения патологий сердечно-сосудистой системы.

↑тХГХЙН-УХЛХВЕЯЙХЕ ЯБНИЯРБЮ СЦКЕБНДНБ

аКЮЦНДЮПЪ НАХКХЧ ОНКЪПМШУ ТСМЙЖХНМЮКЭМШУ ЦПСОО ЛНМНЯЮУЮПХДШ УНПНЬН ПЮЯРБНПЪЧРЯЪ Б БНДЕ Х МЕ ПЮЯРБНПЪЧРЯЪ Б МЕОНКЪПМШУ НПЦЮМХВЕЯЙХУ ПЮЯРБНПХРЕКЪУ. яОНЯНАМНЯРЭ Й РЮСРНЛЕПМШЛ ОПЕБПЮЫЕМХЪЛ НАШВМН ГЮРПСДМЪЕР ЙПХЯРЮККХГЮЖХЧ ЛНМНЯЮУЮПХДНБ. еЯКХ РЮЙХЕ ОПЕБПЮЫЕМХЪ МЕБНГЛНФМШ, ЙЮЙ Б ЦКХЙНГХДЮУ ХКХ НКХЦНЯЮУЮПХДЮУ РХОЮ ЯЮУЮПНГШ, БЕЫЕЯРБЮ ЙПХЯРЮККХГСЧРЯЪ КЕЦЙН. лМНЦХЕ ЦКХЙНГХДШ (МЮОПХЛЕП, ЯЮОНМХМШ) ОПНЪБКЪЧР ЯБНИЯРБЮ ОНБЕПУМНЯРМН-ЮЙРХБМШУ ЯНЕДХМЕМХИ. оНКХЯЮУЮПХДШ ЪБКЪЧРЯЪ ЦХДПНТХКЭМШЛХ ОНКХЛЕПЮЛХ, ЛНКЕЙСКШ ЙНРНПШУ ЯОНЯНАМШ Й ЮЯЯНЖХЮЖХХ Я НАПЮГНБЮМХЕЛ БШЯНЙНБЪГЙХУ ПЮЯРБНПНБ (ПЮЯРХРЕКЭМНИ ЯКХГХ, ЦХЮКСПНМНБЮЪ ЙХЯКНРЮ); ОНКХЯЮУЮПХДШ ЛНЦСР НАПЮГНБШБЮРЭ ОПНВМШЕ ЦЕКХ (ЮЦЮП, ЮКЗЦХМНБШЕ ЙХЯКНРШ, ЙЮППЮЦХМЮМШ, ОЕЙРХМШ). б НРДЕКЭМШУ ЯКСВЮЪУ ЛНКЕЙСКШ ОНКХЯЮУЮПХДНБ НАПЮГСЧР БШЯНЙНСОНПЪДНВЕММШЕ МЮДЛНКЕЙСКЪПМШЕ ЯРПСЙРСПШ, МЕПЮЯРБНПХЛШЕ Б БНДЕ (ЖЕККЧКНГЮ, УХРХМ).

Что такое быстрые углеводы

Нужно отметить, что в процессе пищеварения белки, жиры и углеводы распадаются на более простые составляющие. Если говорить про легко усваиваемые углеводы, то их структура представлена одной или двумя молекулами. Это объясняет свойства оперативного усвоения организмом. Характерные признаки:

• сладкий вкус;
• хорошее растворение в воде.

Если сравнивать со сложными компонентами (клетчатка, крахмал), простые соединения за несколько минут преобразуются и попадают в кровь, что вызывает всплеск инсулина. Это свидетельствует о высоком гликемическом индексе продукта. Если полученная энергия не найдет применение, то избыток отправится в жировые депо.

Химический состав

Простые углеводы состоят из одной или двух молекул простых сахаров:

Моносахариды — это простые сахара, разновидностей которых свыше 200, но основные знакомы практически всем:

• Глюкоза – это сахар натурального происхождения, который входит в состав продуктов питания. Ее также называют сахаром или декстрозой, содержится в крови. Входит в состав большинства спортивных добавок – гейнеры, специализированные напитки, креатин с транспортной системой. Является одним из основных ингредиентов газированных напитков, десертов, консерваций и т.п.
• Галактоза – вырабатывается молочными железами млекопитающих, содержится в молоке.
• Фруктоза – единственная из всех никак не влияет на пополнение запасов гликогена в мышцах. По большому счету не используется клетками человека (за исключением сперматозоидов). Поэтому сложную функцию по ее переработке до глюкозы берет на себя печень, частично превращая ее в гликоген.

Дисахариды включают в себя две молекулы моносахаридов:

• Сахароза – еще известна как столовый сахар. Включает в себя по одной молекуле глюкозы и фруктозы. Способствует нарушению зубной эмали и проводит к образованию кариеса.
• Лактоза – основной элемент молочных продуктов и молока, в составе одна молекула глюкозы и галактозы. У жителей Африки и Азии наблюдается отсутствие ее ферментов, что не позволяет усваиваться данному виду сахара.
• Мальтоза – состоит из двух молекул глюкозы, также называется мальтозным сахаром. Содержится в злаковых и пророщенных семенах, а также в пивной продукции.

Еще одно название простых углеводов – быстрые, потому как молекулярные соединения у них короткие. Это способствует быстрому расщеплению до глюкозы, которая, в свою очередь, сразу же поступает в кровь, вызывая скачок инсулина, и он тут же ее понижает обратно. Как итог – довольно быстрое возвращение чувства голода, не смотря на недавний прием пищи.

В таблице приведены виды простых соединений с конкретными примерами продуктов.

Моносахариды	Дисахариды
Глюкоза: спортивные напитки креатин с транспортной системой формулы энергетические батончики сладкая газировка гейнер напитки	Сахароза: пищевой сахар коричневый сахар кленовый сироп шоколадные конфеты и батончики печенье и вафли торты
Фруктоза: фрукты напитки для повышения выносливости энергетические батончики	Лактоза: молоко молочные продукты
Галактоза: молоко молочные продукты	Мальтоза: пиво злаковые пророщенные семена

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:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 +6H2O.

В отсутствии кислорода под действием ферментов происходит брожение:

• спиртовое – C6H12O6 → 2C2H5OH (этанол) + 2CO2;
• молочнокислое – C6H12O6 → 2CH3-CH(OH)-COOH (молочная кислота).

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

(C6H10O5)n + 6O2 → 6nCO2 + 5nH2O.

Олигосахариды и полисахариды разлагаются до моносахаридов при гидролизе:

• C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6;
• (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6.

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

• CH2OH-(CHOH)4-CH=O + 2Cu(OH)2 → CH2OH-(CHOH)4-COOH + Cu2O↓ + 2H2O;
• CH2OH-(CHOH)4-CH=O + 2OH → CH2OH-(CHOH)4-COONH4 + 2Ag↓ +3NH3 + H2O.

Рис. 3. Реакция серебряного зеркала.

Что такое углеводы

Углеводами называют вещества органического происхождения. Они состоят из карбонильных и гидроксильных групп. Углеродные гидраты дали название классу углеводных соединений. Большая часть органических веществ нашей планеты в массовом соотношении состоит из углеводных соединений.

Состав углеводов

Строение углеводов неоднородно. Углеводные соединения состоят из углерода, водорода, кислорода. Общая формула углеводов выглядит так: Cn(H2O)m. Кислород с углеродом образуют карбонильные группы, кислород с водородом – гидроксильные. Одна молекула содержит водород и кислород в соотношении два к одному.

Отдельные элементы, из которых состоят углеводы, называются сахаридами. Гидролизная способность на низкомолекулярные вещества у углеводных соединений разная. Поэтому они делятся на простые и сложные по составу, а по усвояемости бывают быстрыми и медленными углеводами.

Свойства углеводов

1. Твердые прозрачные кристаллы белого цвета, большинство из них имеет сладкий вкус.
2. Имеют низкую температуру плавления, кипения.
3. Способность углеводных соединений растворяться в воде зависит от массы, строения. Вещества с меньшей массой и простой структурой растворяются в воде лучше, чем углеводные соединения с большой массой и разветвленной структурой.
4. Чем проще углеводное соединение, тем оно слаще.
5. Моносахариды способны сбраживаться под воздействием микроорганизмов: дрожжей, молочных бактерий и других веществ.
6. Углеводные соединения обладают гидрофильностью, то есть способностью к связыванию воды. Отсюда их высокая гигроскопичность, которая лежит в основе негативных изменений качества пищи.
7. Охлаждение полисахаридов расщепляет их на моносахариды.
8. Помогают синтезировать нуклеиновые кислоты.
9. Повышают уровень глюкозы в крови.
10. Помогают организму утилизировать жир.
11. Входят в состав клеток, тканей, межклеточных жидкостей.
12. Негативно влияют на эмаль зубов, провоцируют появление кариеса.

Виды углеводов

Классификация углеводов зависит от их способности к разложению в водной среде и образованию новых веществ – к гидролизу. Углеводы бывают:

1. Простыми – называются моносахаридами.
2. Сложными:

• дисахаридные соединения,
• олигосахаридные соединения,
• полисахаридные соединения.

Моносахаридами называются простейшие углеводные соединения, состоящие из одной единицы и не способные образовывать еще более простые вещества. Синтез их производится зелеными растениями. Они легко соединяются с водой.

Самым популярным моносахаридом является глюкоза (C6H12O6). Большой процент глюкозы в винограде, виноградном соке, меде. Фруктоза, глюкозный изомер, тоже принадлежит к моносахаридам. При необходимости, чтобы получить хорошую порцию глюкозы нужно питаться яблоками, цитрусовыми, персиками, арбузами, сухофруктами, соками, компотами, вареньем, медом.

Это быстрые углеводы, имеющие повышенный индекс гликемии, стремительно повышающие уровень сахара в крови. Моносахариды способны дать скорую, но непродолжительную энергию.

Дисахаридами называются сложные вещества органического происхождения, двумолекулярные, расщепляющиеся в момент гидролизного процесса. Это различные сахара. Один из распространенных дисахаридов: мальтоза или солодовый сахар (C12H22O11), являющийся составным пивным, квасным элементом. Дисахаридом сахарозой – пищевым сахаром – наполнены сахара, изделия из муки, соки, компоты, варенье. Дисахаридом лактозой – молочным сахаром – молочные продукты.

Особенности метаболизма по ГН

Однако даже продукты с высоким гликемическим индексом не способны нарушить обмен и функции углеводов так, как это делает гликемическая нагрузка. Она определяет, насколько сильно печень загрузится глюкозой при употреблении этого продукта. При достижении определенного порога ГН (порядка 80-100), все калории, поступающие сверх нормы, будут автоматически конвертироваться в триглицериды.

Примерная таблица гликемической нагрузки с общей калорийностью:

Наименование	ГН	Калорийность
Семечки подсолнуха сухие	2.5	520
Арахис	2.0	552
Брокколи	0.2	24
Грибы	0.2	24
Салат листовой	0.2	26
Салат-латук	0.2	22
Помидоры	0.4	24
Баклажаны	0.5	24
Зеленый перец	0.5	25

Биосинтез

В суточном рационе человека и животных преобладают углеводы. Травоядные получают крахмал, клетчатку, сахарозу. Хищники получают гликоген с мясом.

Организмы животных не способны синтезировать углеводы из неорганических веществ. Они получают их от растений с пищей и используют в качестве главного источника энергии, получаемой в процессе окисления:

Cx(H2O)y+xO2→xCO2+yH2O, ΔH<0.001{\displaystyle {\mathsf {C_{x}(H_{2}O)_{y}+xO_{2}\rightarrow xCO_{2}+yH_{2}O,\ \Delta H<0.001}}}

В зелёных листьях растений углеводы образуются в процессе фотосинтеза — уникального биологического процесса превращения в сахарá неорганических веществ — оксида углерода (IV) и воды, происходящего при участии хлорофилла за счёт солнечной энергии:

xCO2+yH2O→Cx(H2O)y+xO2{\displaystyle {\mathsf {xCO_{2}+yH_{2}O\rightarrow C_{x}(H_{2}O)_{y}+xO_{2}}}}

Сложные

Из моносахаридов синтезируются олигосахариды с формулой C_mH_2nO_n. Эти углеводы включают от двух до десяти моносахаридов.

Рис. 2. Олигосахариды.

При этом структурные единицы могут отличаться строением, поэтому выделяют:

• гомоолигосахариды – состоят из одинаковых моносахаридов;
• гетероолигосахариды – включают разные структурные единицы.

По количеству моносахаридов олигосахариды классифицируются на диозы (дисахариды), триозы (трисахариды), тетраозы (тетрасахариды) и т.д. Важными для организма являются дисахариды. К ним относятся:

• сахароза;
• мальтоза;
• лактоза.

Наиболее известные трисахариды:

• рафиноза;
• мелицитоза;
• мальтотриоза.

Полисахариды полимерные вещества, включающие сотни или даже тысячи структурных единиц (C_nH_2mO_m). Они также могут состоять из неоднородных моносахаридов и классифицироваться на две группы:

• гомополисахариды (целлюлоза, крахмал, хитин, гликоген);
• гетерополисахариды (гепарин).

Наиболее сладким углеводом является не глюкоза, а сахароза. Именно она подаётся к чаю и используется в кондитерских изделиях.

Рис. 3. Сахароза.

Что мы узнали?

Кратко рассмотрели строение и классы углеводов. Все углеводы включают карбонильные и гидроксильные группы. Выделяют простые (моносахариды) и сложные (олигосахариды, полисахариды) углеводы. Простые сахара и олигосахариды отличаются сладким вкусом и хорошей растворимостью в воде. Полисахариды – сложные, многоструктурные вещества, нерастворимые в воде и не имеющие сладкого вкуса. Олигосахариды и полисахариды могут включать как однородные, так и неоднородные структурные единицы.

1. Вопрос 1 из 10

Начать тест(новая вкладка)

Углеводы и физическая активность

Физическая активность резко увеличивает расход энергии, и любой спортсмен, независимо от типа тренировок, должен продумывать стратегию относительно наилучшего обеспечения своих потребностей в энергии для того, чтобы достичь успеха в своей области.

Для занимающихся спортом людей крайне важно получать достаточное количество энергии для обеспечения всех потребностей тела, включая поддержание тканей в здоровом состоянии, рост и восстановление тканей и непосредственные энергетические затраты на физическую активность. Практически все опросы, проведенные среди атлетов, показали, что они потребляют недостаточно энергии для обеспечения нужд их организма

Можно взглянуть на это так: планируя длительную автомобильную поездку в 500 км, на заправочной станции вы заливаете топливо, которого хватит только на 80 км пути — машина попросту не доедет до места назначения; так и плохо «заправленные» спортсмены тоже будут испытывать трудности и не смогут быть достаточно конкурентоспособными. Общеизвестно что спортсменам следует потреблять достаточное количество углеводов для того, чтобы перекрывать большую часть расхода энергии при физических нагрузках, и дополнительно съедать количество углеводов необходимое для восстановления запасов гликогена в перерывах между тренировками.

В идеале, они следует преимущественно питаться сложными углеводами и потреблять простые углеводы во время и сразу после тренировки. Другие источники энергии (белки и жиры) так же должны присутствовать в рационе для того, чтобы полностью обеспечить все потребности организма в питательных веществах, но основным энергоресурсом должны быть все-таки углеводы. При занятиях спортом, без четко продуманного подхода к рациону, очень сложно получить достаточное количество энергии и углеводов. Не стоит забывать, что тренировки идут рука об руку с грамотным планированием питания.

Биологическая роль

В живых организмах углеводы выполняют следующие функции:

1. Структурная и опорная функции. Углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Так, целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелета членистоногих.
2. Защитная роль у растений. У некоторых растений есть защитные образования (шипы, колючки и др.), состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток.
3. Пластическая функция. Углеводы входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК).
4. Энергетическая функция. Углеводы служат источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.
5. Запасающая функция. Углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин — у растений.
6. Осмотическая функция. Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100—110 мг/л глюкозы, от концентрации глюкозы зависит осмотическое давление крови.
7. Рецепторная функция. Олигосахариды входят в состав воспринимающей части многих клеточных рецепторов или молекул-лигандов.

Полисахариды: крахмал, целлюлоза и резистентный крахмал

Большие молекулы углеводов (например, клетчатка или крахмал) – это соединение из нескольких моносахаридов, связанных вместе. Состав некоторых из них может содержать до нескольких сотен моно-сахаров. Такой комплекс называют полисахаридами (от «поли» – много). Специфика сложных соединений в том, что они медленнее повышают уровень глюкозы в организме, но действуют на протяжении более длительного времени. Группу сложных углеводов представляют крахмалы и клетчатка.

Растения накапливают свою энергию путем объединения множества моно-сахаров. Такой комплекс может состоять из сотен (порой до нескольких тысяч) молекул глюкозы. Растительные продукты (например, семена, которые должны обеспечить силой побеги) содержат в себе много крахмала. Когда молодое растение начинает расти, крахмал расщепляется на глюкозу и снабжает его необходимой энергией.

Крахмал

Если человек употребляет крахмалистую пищу, такую как кукуруза или картофель, тело использует полисахариды из нее примерно таким же способом, как и растения. Переваривание крахмалов требует больше времени, чем процесс переработки дисахаридов.

В пище представлены 2 основные типа крахмалов:

• амилоза;
• амилопектин.

Амилопектин переваривается организмом быстрее. Процессу всасывания пищевых крахмалов предшествует этап расщепления вещества на более мелкие элементы – отдельные единицы углеводов.

Целлюлоза (клетчатка)

Пищевая целлюлоза, или клетчатка, также является представителем полисахаридов – семьи сложных углеводов. Но в этом веществе сахарные блоки соединены по несколько другому принципу и организм не может разорвать связывающие их цепи. Вместо этого целлюлоза проходит через тонкий и толстый кишечники в изначальном виде. Благодаря такому качеству клетчатка выполняет важные для организма функции:

• ускоряет выведения токсинов и шлаков;
• избавление от запоров.

Полезная целлюлоза содержится в овощах, зерновых, бобовых. В частности, большее количество клетчатки есть в необработанной пище. Например, отруби содержат много соединения, а уже в муке ее нет. Целлюлоза также присуща в кожуре фруктов, но полностью отсутствует в напитках из них.

О пользе клетчатки уже было написано много. Опыты доказывают связь между диетой, основанной на высоком содержании клетчатки, и снижением риска развития онкоболезней, в том числе в кишечнике и молочных железах. Некоторые исследователи объясняют это способностью целлюлозы выводить из организма шлаки и токсины, что способствует здоровому пищеварению.

Благотворное влияние клетчатки:

• уменьшает возможность развития сердечно-сосудистых болезней;
• предотвращает развитие ожирения;
• снижает холестерин.

Резистентный крахмал

К последней категории полисахаридов, или сложных углеводов, относится резистентный (устойчивый) крахмал. Свое название он получил благодаря тому, что не поддается переработке в тонком кишечнике. В результате соединение действует скорее как целлюлоза, нежели как крахмал. Проходя через пищеварительный тракт и попадая в толстую кишку, как и клетчатка, способствует выработке полезных бактерий в кишечнике. Резистентный крахмал содержится в диком рисе, ячмене, цельной пшенице и гречке.

Среди представителей сахаров существуют олигосахариды. Это нечто среднее между моно- и полисахаридами. В их структуре может быть от 1 до 10 моносахаридов.

Классификация углеводов

Все углеводы могут быть
классифицированы на разных основаниях.

Например, если
классифицировать углеводы по количеству заместителей в карбонильной группе, то
их можно разделить на альдегиды (один заместитель) и кетоны (два заместителя).
С точки зрения способности к гидролизу, углеводы делятся на две группы: простые
и сложные углеводы. В зависимости от их структуры, все углеводы делятся на три
основных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Последняя классификация в
настоящее время является общепринятой.

Моносахариды — это простые углеводы, которые при гидролизе не распадаются на более простые молекулы. В зависимости от количества атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на триозы (C3H6O3), тетрозы (C4H8O4), пентозы (C5H10O5), гексозы (C6H12O6) и гептозы (C7H14O7). Другие моносахариды в природе не встречаются, но могут быть произведены синтетически. Моносахариды с 5-членным циклом называются фуранозами, а 6-членный цикл — пиранозами.

Моносахариды состоят из
сложных углеводов (гликозиды, олигосахариды, полисахариды) и смешанных
углеводосодержащих биополимеров (гликопротеины, гликолипиды). Моносахариды
связаны друг с другом и с неуглеводородной частью молекулы гликозидными
связями. Во время гидролиза под действием кислот или ферментов эти связи могут
разрываться, высвобождая моносахариды. Биосинтез моносахаридов из углекислого
газа и воды происходит в растениях (фотосинтез); с участием активированных
производных моносахаридов — нуклеозидных дифосфатных сахаридов — обычно
происходит биосинтез сложных углеводов. Распад моносахаридов в организме
(например, спиртовое брожение, гликолиз) сопровождается выработкой энергии.

Виды углеводов и их действие на человека

Зная, в каких продуктах содержится много углеводов, многие отдают им предпочтение, забывая о том, что излишество часто вредит, и избыток углеводов в организме может привести к появлению лишнего веса и ожирению. Кроме того, стоит знать, что они бывают, как положительные (медленные), так и отрицательные (быстрые). Положительные углеводы, которые называются также нерафинированными, преобразуются в организме не сразу, поэтому энергия поступает постепенно, что же касается отрицательных, или рафинированных углеводов, то они несут в себе лишние калории и могут нанести организму большой вред.

Продукты с быстрыми углеводами	Продукты с медленными углеводами
Хлеб, любые хлебобулочные	Гречка, овсянка, ячка, чечевица, нут
Мармелад, мёд	Фрукты: яблоко, груша, лимон, грейпфрут
Зефир, пастила	Ягоды
Сахар, варенье
Рис, картофель, кукуруза

Быстрые углеводы

Продукты, содержащие углеводы, представлены в широком многообразии, среди них есть продукты, которые содержат в достаточном количестве моносахариды, такие как глюкоза, фруктоза и галактоза, а также дисахариды, в числе которых следует выделить лактозу, мальтозу и сахарозу. Это быстрые углеводы, которые считаются полезными для организма, так как они хорошо усваиваются нашим организмом, сразу попадая в кровь. Одним из самых легкоусвояемых быстрых углеводов является глюкоза, которая нужна нашему мозгу, поэтому без нее не могут обходиться люди, занимающиеся умственным трудом.

В перечень продуктов, содержащих углеводы, входят и те, которые богаты фруктозой. В то время как чрезмерное потребление глюкозы может навредить, фруктоза, хотя и является в два раза слаще, подходит даже людям, страдающим сахарным диабетом, потому что она усваивается организмом дольше, чем глюкоза.

С молочными и кисломолочными продуктами в организм человека попадает лактоза, которая расщепляется в желудочно-кишечном тракте, превращаясь в галактозу, которая в чистом виде в продуктах питания не встречается. Галактоза, со своей стороны, в печени человека превращается в глюкозу

Лактоза, как и другие дисахариды, медленно усваивается организмом, она полезна для детей и нормализует микрофлору кишечника, что важно для людей старшего возраста

В числе дисахаридов есть и настоящий враг людей, имеющих склонность к полноте – сахароза, которая представляет собой углевод в чистом виде, который, попадая в организм, откладывается в виде лишних килограммов. Источником лишнего веса также является мальтоза, которая содержится в пиве и других продуктах.

Медленные углеводы

Поняв, в каких продуктах содержаться быстрые углеводы, можно переходить к полисахаридам – сложным или медленным углеводам. Их нельзя считать очень полезными, однако, в ограниченных количествах и они нужны человеку, притом что чрезмерное потребление гликогена, крахмала, клетчатки и пектина, а именно они относятся к данной группе, может приводить к появлению лишнего веса. Усвоив, в каких продуктах содержатся медленные углеводы, и, сократив их потребление, вы можете избавиться также от других проблем со здоровьем. Сложные углеводы имеют в своем составе большое количество структурных элементов, которые не усваиваются организмом сразу.

Резервным полисахаридом в организме человека является гликоген, который, в случае нехватки углеводов, превращается в глюкозу. Хорошим поставщиком в организм углевода является крахмал, который, в большей части, хорошо усваивается организмом, если речь не идет о резистентном крахмале, который ферментируется бактериями толстого кишечника, что способствует нормализации работы микрофлоры кишечника.