Углеводы: функции, классификация, продукты, строение, свойства, калорийность и норма в день

Углеводы представляют собой натуральные органические вещества. В их формуле присутствуют углерод и вода. Благодаря этим элементам организм черпает энергию, которая требуется для поддержания нормальной работы. В зависимости от химической структуры углеводы бывают простыми и сложными.

Что такое углеводы

Углеводы — это основной ингредиент большинства пищевых продуктов, который служит источником энергии для человеческого организма. В зависимости от числа структурных единиц углеводы бывают простыми и сложными.

Первую категорию также называют быстрыми углеводами. Они являются легкоусвояемыми и приводят к быстрому увеличению содержания сахара в крови. Это значит, что для веществ характерен высокий гликемический индекс.

Такие элементы провоцируют нарушение метаболизма и становятся причиной увеличения массы тела. Систематическое употребление пищи, содержащей простые углеводы, не только приводит к ожирению, но и вызывает много других заболеваний.

Сложные углеводы, к которым относят крахмал и клетчатку, включают много связанных сахаридов. В их составе присутствует большое количество структурных элементов. Еда с такими углеводами считается очень полезной. В процессе переваривания она постепенно насыщает организм энергией. Это дает длительное чувство сытости.

Симптомы повышенного инсулина

Так, скажем, частое употребление высокоуглеводной пищи (будь то полноценный завтрак и обед, йогурт вместо перекуса, орехи и даже одна конфета) поджелудочная железа будет реагировать синтезом и выделением инсулина.

Его постоянная циркуляция в крови приводит к снижению чувствительности рецепторов клеток — они капризны и более не хотят открывать свои двери, впуская глюкозу. Развивается Инсулинорезистентность

— первая ступень в патогенезе сахарного диабета второго типа.

Функции углеводов в организме

Ключевая функция углеводов в организме кроется в их трансформации в энергию. АТФ, который представляет собой универсальный источник энергии, содержит моносахарид рибозу. Формирование АТФ происходит вследствие гликолиза. Этот процесс заключается в окислении и распаде глюкозы на пировиноградную кислоту.

Гликолиз осуществляется в несколько стадий. Углеводы окисляются до воды и углекислого газа. Этот процесс сопровождается высвобождением энергии.

К основным функциям углеводов относят следующее:

Структурная.
Полисахариды представляют собой материал для опорных элементов. Целлюлоза, которая входит в структуру клеточных стенок, дает растениям жесткость. В составе грибных клеток присутствует хитин.
Энергетическая.
Углеводы представляют собой основной источник энергии. Расщепление 1 г углеводов позволяет высвободить 17,6 кДж энергии.
Защитная.
Из этих элементов состоят шипы и колючки растений.
Запасающая.
Углеводы запасаются в виде крахмала в структуре растений и гликогена у животных. При дефиците энергии эти вещества расщепляются до глюкозы.
Осмотическая.
Вещества способствуют регулированию осмотического давления.
Рецепторная.
Элементы присутствуют в составе клеточных рецепторов.

Отдельные углеводы формируют сложные структуры с белковыми элементами и липидами. В результате образуются гликопротеины и гликолипиды. Эти элементы присутствуют в составе мембран клеток.

Дисахариды и сахароза

Дисахариды — углеводы, в состав которых входят остатки двух молекул моносахаридов.

Наиболее известными дисахаридами являются сахароза или обыкновенный сахар, мальтоза и лактоза которая содержится в молоке. Мальтоза и лактоза относятся к восстанавливающим углеводам. Мальтоза получается при ферментативном гидролизе крахмала и служит промежуточным продуктом в производстве пива и этилового спирта.

Около 80 % людей, особенно в пожилом возрасте, страдают «непереносимостью» молока и молочных продуктов, и это объясняется небольшой концентрацией или отсутствием фермента лактазы, который участвует в расщеплении углевода лактозы на два моносахарида. У младенцев в организме образуется достаточно лактазы, однако с возрастом ее количество уменьшается.

Сахарозу в быту называют сахаром, это общеизвестный продукт питания. Сахароза содержится в сахарной свекле (17—19 %) и сахарном тростнике (13—15%), из которых и получают свекловичный или тростниковый сахар.

Строение: Молекулярная формула сахарозы В составе молекулы имеются гидроксильные группы, как и в молекуле глюкозы. Убедимся в этом на опыте: проведем реакцию раствора сахарозы со свежеприготовленным гидроксидом меди(II). Образующийся ярко-синий раствор свидетельствует о наличии нескольких гидроксильных групп в составе молекулы сахарозы.

Нагревание раствора сахарозы с аммиачным раствором оксида серебра(1) или с гидроксидом меди(II) не приводит к реакции серебряного зеркала и образованию осадка оксида меди(I). Это говорит о том, что в молекуле сахарозы отсутствует альдегидная группа. Сахарозу по этой причине, в отличие от глюкозы, относят к невосстанавливающим углеводам.

Физические свойства: Сахароза — бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления от 160 до 185 °С, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус. Расплавленная сахароза при застывании превращается в смесь аморфных веществ — карамель, а при выливании на вращающийся холодный барабан превращается в сахарную вату.

Химические свойства: Доказательством того, что сахароза представляет собой дисахарид, служит реакция кислотного гидролиза. При нагревании раствора сахарозы с разбавленной серной кислотой образуются глюкоза и ее изомер фруктоза.

Установлено, что в молекуле сахарозы глюкоза содержится в циклической -форме, а фруктоза — в циклической -форме:

Упрощенное уравнение кислотного гидролиза:

Продукты кислотного гидролиза сахарозы дают реакцию серебряного зеркала.

Под действием концентрированной серной кислоты сахароза способна отщеплять воду (дегидратироваться) с образованием продуктов черного цвета (рис. 88), имеющих сложное циклическое строение. Кроме того, в процессе реакции выделяются значительные количества

Получение и применение: В промышленных масштабах сахарозу получают из сока сахарной свеклы или сахарного тростника. Эти два растения обеспечивают около 90 % мирового производства сахарозы.

Производство сахарозы из сахарной свеклы состоит из нескольких этапов. Вначале клубни сахарной свеклы отмывают от различных загрязнений, измельчают в тонкие стружки, помещают в специальные сосуды, куда пропускают горячую воду. В результате экстракции водой в раствор переходит почти вея сахароза, но одновременно туда переходят различные органические кислоты, белки и красящие вещества.

Полученный раствор обрабатывают известковым молоком (раствор ). Сахароза образует растворимые в воде молекулярные комплексы с гидроксидом кальция. Примеси кислого характера осаждаются в виде кальциевых солей. На следующем этапе через полученный раствор пропускают оксид углерода(IV), в результате чего комплексы с гидроксидом кальция разлагаются с выделением чистой сахарозы, а в осадок выпадает карбонат кальция. Осадок карбоната кальция фильтруют и из оставшегося раствора после упаривания в вакуумных аппаратах сахарозу отделяют центрифугированием. В остатке получают бурый раствор (мелассу), который содержит до 50 % сахарозы. Из мелассы дополнительно извлекают до 70 % содержащейся в ней сахарозы. Для получения сахара белого цвета сахарозу растворяют в воде и фильтруют через активированный уголь или ионообменные смолы.

Сахароза является важным продуктом питания, а также используется для приготовления некоторых лекарственных веществ и сиропов для детей. Смесь глюкозы и фруктозы, получающаяся после кислотного гидролиза сахарозы, называют искусственным медом и используют в пищевой промышленности.

Представителями дисахаридов являются сахароза, или обыкновенный сахар, мальтоза и лактоза. Сахароза относится к невосстанавливающим углеводам. При кислотном гидролизе сахарозы образуются глюкоза и фруктоза.

Полисахариды и крахмал

Полисахариды — углеводы, в состав которых входят остатки большого числа молекул моносахаридов.

К полисахаридам относятся крахмал, гликоген и целлюлоза. Полисахариды играют двойственную роль в живой природе: являются источниками химической энергии в организме (крахмал и гликоген) и элементом структуры растений (целлюлоза). Гликоген — резервный полисахарид животных организмов, синтезируется и хранится в печени и мышцах.

В зеленых листьях растений в процессе фотосинтеза образуется глюкоза, из которой в результате реакции поликонденсации, протекающей под действием ферментов, получается крахмал:

Крахмал является наиболее распространенной на земле биомолекулой после целлюлозы. Он содержится во многих растениях и находится в них в виде крахмальных зерен. Больше всего крахмала в злаках. Рис, например, содержит до 86 % крахмала. В клубнях картофеля крахмала меньше (около 25 %) (табл. 33).

Строение: Крахмальные зерна отличаются по форме и размеру для каждого рода растений и представляют собой смесь двух разных по строению и свойствам полисахаридов: амилозы (20 % по массе) и амилопектина (80 %).

Амилоза — полимер линейного, неразветвленного строения, амилопектин — полимер разветвленного строения. Как амилоза, так и амилопектин состоят из остатков глюкозы в циклической -форме. Амилоза лучше растворима в воде, чем амилопектин. Некоторые сорта гороха содержат 66—80 % амилозы, а одна из разновидностей кукурузы — практически чистый амилопектин.

Макромолекулы крахмала построены из остатков глюкозы в циклической -форме.

Образование фрагмента макромолекулы крахмала неразветвленного строения в растениях можно представить следующим образом:

Химическая связь между двумя остатками глюкозы образуется с участием гидроксильной группы, связанной с атомом углерода С1 одной молекулы глюкозы, и гидроксильной группы атома углерода С4 другой молекулы глюкозы.

Формулу крахмала изображают в виде

Образование крахмала в растениях является примером реакции поликонденсации, которая сопровождается выделением побочного продукта — молекул воды. Макромолекулы крахмала имеют вид левозакрученной простой или двойной спирали. Каждое звено двойной спирали состоит из шести остатков глюкозы, соединенных друг с другом кислородными мостиками. Упрощенная схема двойной спирали показана на рисунке 89.

Шесть звеньев спирали образуют пространственную структуру крахмала, внутри которой имеются пустоты, частично заполненные молекулами воды («водяные каналы»).

Физические свойства: Крахмал — белый аморфный порошок, нерастворимый в холодной воде. При комнатной температуре крахмал может содержать около 20% воды. Если приготовить суспензию крахмала в воде и нагревать ее, поглощается большее количество воды, и гранулы могут увеличиваться в 100 раз по сравнению с исходным объемом. Крахмал набухает, образуя вязкий гелеподобный раствор, который называют клейстером.

Средняя относительная молекулярная масса амилозы а амилопектина — она различна для разных образцов крахмала.

Макромолекулы крахмала состоят из остатков молекул глюкозы в циклической -форме.

Крахмал состоит как из макромолекул линейного строения (амилоза), так и макромолекул разветвленного строения (амилопектин).

Химические свойства, получение и применение крахмала

Химические свойства:

1) Взаимодействие с раствором иода. Характерной реакцией крахмала является его взаимодействие с раствором иода. При действии спиртового раствора иода на раствор клейстера образуется синее окрашивание (качественная реакция). Эта окраска исчезает при нагревании и вновь появляется при охлаждении. Реакция применяется для качественного определения крахмала в пищевых и других продуктах, содержащих крахмал.

Как видно из рисунка 90, молекулы иода входят в полости макромолекулы крахмала с образованием соединений сложного строения (соединения включения). Подобные соединения крахмал образует также с некоторыми спиртами (например, бутанолом-1), жирами и растворителями линейного строения.

Селективное поглощение крахмалом определенных веществ является частным случаем «молекулярного узнавания», когда молекулы некоторых органических соединений реагируют (процесс «узнавания») только с конкретными неорганическими или органическими веществами.

2) Гидролиз. Гидролиз крахмала при кипячении с небольшим количеством серной кислоты (кислотный гидролиз) идет через несколько стадий. Конечным продуктом гидролиза является моносахарид глюкоза.

Промежуточными продуктами кислотного гидролиза крахмала являются декстрины, имеющие молекулярную массу меньше, чем у крахмала, и дисахарид мальтоза.

Общая схема процесса:

Так как происходит постепенное расщепление макромолекул крахмала на более короткие цепи, число показывающее количество остатков глюкозы в декстринах, значительно меньше числа Уравнение реакции гидролиза крахмала можно описать в упрощенном виде:

При ферментативном гидролизе образуется преимущественно дисахарид мальтоза, что широко применяется в производстве спирта и пива.

Если вначале выполним гидролиз крахмала, а затем нейтрализуем раствор и при нагревании проведем реакцию с гидроксидом меди(II), то сможем наблюдать осадок оксида меди(I) красного цвета. Это доказывает, что происходит расщепление макромолекул крахмала и образуются вещества, содержащие альдегидную группу Исходный крахмал не образует осадок красного цвета при нагревании с гидроксидом меди(II), так как не содержит альдегидную группу.

Получение и применение: В промышленности крахмал получают из картофеля, кукурузы или риса. Способ выделения заключается в промывании водой, которая растворяет крахмал легче, чем остальные компоненты.

Крахмал является важнейшим источником углеводов для организма. Углеводы, необходимые организму, поступают в достаточном количестве в виде крахмала, содержащегося в хлебе, картофеле и различных крупах. Поддействи-ем ферментов пищеварительного тракта крахмал и дисахариды подвергаются гидролизу до глюкозы. Избыток глюкозы сохраняется организмом в мышцах и печени в виде полисахарида гликогена.

Крахмал применяется в пищевой и фармацевтической промышленности, в качестве клеев в текстильной, бумажной и полиграфической промышленности, для производства глюкозы.

Качественной реакцией на крахмал является реакция с иодом. Промежуточными продуктами гидролиза крахмала являются декстрины и мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза.

Целлюлоза

Целлюлоза, как крахмал и гликоген, относится к природным полимерам. Макромолекулы целлюлозы входят в состав оболочек клеток всех растений. Название вещества происходит от латинского слова «cellula», что в переводе означает «клетка». Волокна хлопка, льна и конопли в основном состоят из целлюлозы (до 99 %), а в древесине она составляет около 50 % в расчете на сухое вещество. Образцом практически чистой целлюлозы является вата, полученная из хлопка.

Строение: Формула целлюлозы такая же, как и крахмала. Но на самом деле крахмал и целлюлоза — совершенно различные вещества. В отличие от крахмала, макромолекулы которого построены из остатков глюкозы в -форме, макромолекулы целлюлозы построены из остатков глюкозы в циклической —форме. Степень полимеризации макромолекул целлюлозы колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч, а относительная молекулярная масса целлюлозы достигает нескольких миллионов. Для макромолекул целлюлозы характерно линейное строение ее цепей.

Макромолекулы целлюлозы построены из остатков глюкозы в циклической -форме.

Схема строения макромолекулы целлюлозы:

Обратите внимание, что в структуре макромолекул целлюлозы каждое второе кольцо остатка глюкозы повернуто на 180° относительно первого, что обеспечивает плотную упаковку цепей макромолекул целлюлозы. Так как каждый остаток глюкозы содержит три гидроксильные группы, то между цепями макромолекул целлюлозы образуются прочные межмолекулярные водородные связи. Это также увеличивает механическую прочность целлюлозы но сравнению с прочностью крахмала. Благодаря механической прочности целлюлоза служит конструкционным материалом растений.

Подобно целлюлозе в растениях, основным компонентом наружного скелета ракообразных (рис. 91) и некоторых насекомых является аминополисахарид хитин. Отличие хитина от целлюлозы в том, что каждый остаток глюкозы вместо одной из гидроксильных групп содержит ацетамидную группу —

В организме человека отсутствует фермент, способный расщеплять химические связи целлюлозы, образованные за счет остатков глюкозы в циклической -форме. Поэтому целлюлоза не может служить источником питания для человека. Однако многие микроорганизмы могут расщеплять целлюлозу. Такие микроорганизмы живут в почве, желудках жвачных животных, муравьев-древоточцев и др. Поедая погибшие деревья, опавшие листья и остатки бумаги, микроорганизмы таким образом помогают очищать от мусора нашу планету.

Кроме остатков глюкозы, в составе древесины находятся другие органические вещества, среди которых наиболее известен лигнин. Макромолекула лигнина в основном состоит из остатков ароматических соединении. Древесина хвойных пород содержит до 30 % лигнина. Лигнин является негидролизуемой частью древесины.

Изучение строения целлюлозы свидетельствует о том, что каждый остаток глюкозы в макромолекуле целлюлозы содержит три гидроксильные группы. Поэтому формулу структурного звена целлюлозы можно записать в таком виде:

Наличие гидроксильных групп в структурном звене макромолекулы целлюлозы позволяет получать различные ее производные, которые будут описаны в следующем параграфе.

Физические свойства: Целлюлоза представляет собой белое аморфное вещество. Она не растворяется ни в воде, ни в обычных органических растворителях, однако может поглощать около 10 % воды. При нагревании целлюлоза обугливается и образует смеси различных органических соединений.

Формула целлюлозы

Макромолекулы целлюлозы построены из остатков глюкозы в циклической -форме и по этой причине плотно упакованы друг около друга.

Классификация углеводов

Углеводы имеют множество разновидностей. Это обязательно стоит учитывать при составлении пищевого рациона. Классификация углеводов делится на простые и сложные или быстрые и медленные.

К простым или быстрым углеводам относят следующие:

Моносахариды.
В эту категорию входят галактоза, фруктоза, глюкоза. Данные компоненты присутствуют в ягодах, фруктах, меде. Такие вещества быстро усваиваются и резко увеличивают содержание сахара в крови. Как следствие, в тканях образуется гликоген, который требуется для энергии. При ее избытке вещества образуют жировые отложения. Чтобы избежать негативных последствий, количество моносахаридов должно составлять не больше 25-35 % общего объема углеводов, которые были съедены в течение дня.
Дисахариды.
К ним преимущественно относят сахарозу, которую включает обычный сахар, и мальтозу. Этот компонент присутствует в солоде, патоке, меде. Также он имеется в составе молочного сахара.

К сложным или медленным углеводам относят полисахариды. Эти вещества включают большое количество моносахаридов. Они усваиваются долгое время и обладают менее сладким вкусом, чем простые углеводы. К основным полисахаридам относят следующее:

Крахмал и гликоген. Эти вещества присутствуют в злаках, бобовых, картофеле, кукурузе.
Клетчатка. Элемент содержится в крупах, семечках, овощах, фруктах, отрубях.
Целлюлоза. Компонент включают салатные листья, яблоки, груши, морковь.
Пектин. Вещество присутствует в моркови, капусте, цитрусовых фруктах, клубнике.
Инулин. Элемент содержится в цикории, луке, ячмене, чесноке.

Основное достоинство сложных углеводов заключается в медленном насыщении организма. Благодаря этому чувство голода не возникает раньше времени.

Простые углеводы

Для этих углеводов характерна простая структура. Благодаря этому они быстро усваиваются в организме. При недостатке физических нагрузок вещества повышают содержание сахара в крови. После этого он быстро падает, что провоцирует чувство голода. Неистраченные углеводы трансформируются в жировые отложения. При этом их недостаток вызывает усталость и повышенную сонливость.

Простые углеводы делятся на 2 категории – моносахариды и дисахариды.

К моносахаридам относятся:

глюкоза — она входит в состав большинства фруктов и ягод. Также компонент присутствует в меде и зеленых фрагментах растений;
фруктоза — это вещество присутствует в меде, ягодах, фруктах. Также оно входит в семена отдельных растений;
галактоза — это единственный моносахарид, который имеет животное происхождение. Он входит в состав лактозы, или молочного сахара.

Наиболее значимыми для питания человека считаются дисахариды. В составе молекулы присутствует глюкоза. Вторым сахаром может быть фруктоза, галактоза или глюкоза.

Существуют такие виды дисахаридов:

сахароза — она включает глюкозу и фруктозу. В эту категорию входит сахар из тростника или свеклы;
мальтоза — вещество содержит 2 остатка глюкозы. Оно присутствует в солодковом сахаре;
лактоза — элемент включает глюкозу и галактозу и содержится в молоке млекопитающих.

Список полезных продуктов, в которых присутствуют быстрые углеводы:

картофель;
тыква;
кукуруза;
ананас;
банан;
дыня;
арбуз;
белый рис;
орехи;
сухофрукты.

При этом есть вредные продукты, которые следует полностью исключить.

К ним относятся:

выпечка из муки высшего сорта;
конфеты;
сладкие газированные напитки;
снеки;
спиртные напитки;
торты, вафли, печенье.

Фруктоза

Изомерия моносахаридов: В природе существуют другие моносахариды, имеющие такой же молекулярный состав, как и глюкоза, одним из которых является фруктоза. Молекулярная формула фруктозы такая же, как и глюкозы, — поэтому фруктоза является изомером глюкозы. Для сравнения приведены структурные формулы глюкозы и фруктозы:

Из структурных формул двух моносахаридов видно отличие в их строении. В молекуле фруктозы содержится кетонная группа а в молекуле глюкозы — альдегидная

В отличие от молекулы глюкозы, в цикле которой находится пять атомов углерода, цикл молекулы фруктозы содержит четыре атома. Строение циклических форм фруктозы (не для запоминания) изображают следующим образом (обратите внимание, что с целью упрощения символы атомов углерода и связанных с ними атомов водорода опущены):

Физические свойства моносахаридов

Глюкоза и фруктоза — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. В свободном состоянии глюкоза и фруктоза находятся в ягодах, фруктах и сладких овощах. Особенно много глюкозы и фруктозы в равных концентрациях содержится в винограде. В сладких яблоках, грушах и арбузах фруктозы содержится приблизительно в два раза больше, чем глюкозы. Мед (рис. 87) состоит из смеси глюкозы и фруктозы.

В крови человека также содержится глюкоза, ее массовая доля составляет примерно 0,1 %. Содержание глюкозы в крови в процессе жизнедеятельности регулируется естественно образующимся гормоном инсулином. При диабете (сахарной болезни) глюкоза содержится в крови и моче в повышенной концентрации, поэтому людям, страдающим от диабета, требуются ежедневные инъекции инсулина.

Среди всех моносахаридов фруктоза обладает самым сладким вкусом (табл. 32).

Молекула глюкозы содержит альдегидную группу и пять гидроксильных групп.

В твердом виде глюкоза существует в двух циклических формах. Глюкоза и фруктоза являются изомерами.

Химические свойства, получение и применение глюкозы

Химические свойства. Глюкоза является представителем бифункциональных органических соединений, содержащих в составе молекул две разные функциональные группы Глюкоза одновременно является альдегидом и многоатомным спиртом. Химические свойства глюкозы подтверждают наличие в ее молекуле и альдегидной группы, и гидроксильных групп.

1) Окисление. При взаимодействии раствора глюкозы даже с таким слабым окислителем, как бромная вода, образуется глюконовая кислота:

При этом происходит обесцвечивание раствора брома, поэтому данную реакцию можно использовать для определения присутствия альдегидной группы в молекулах глюкозы.

Качественной реакцией на присутствие альдегидной группы служит взаимодействие водного раствора глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра(1) при нагревании. Если проводить эту реакцию в пробирке при слабом нагревании, то в результате на стенках пробирки появляется зеркальный налет серебра — реакция серебряного зеркала. Глюкозу относят по этой причине к восстанавливающим сахарам.

Если к свежеполученному гидроксиду меди(II) прибавить раствор глюкозы, появляется интенсивное синее окрашивание, характерное для соединений, содержащих в молекуле две и более гидроксильные группы (качественная реакция на многоатомные спирты). При нагревании вещества наблюдается еще одна качественная реакция окисления глюкозы с образованием красного осадка оксида меди(I). Эту реакцию применяют для количественного определения глюкозы.

Глюкоза при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра(1) или щелочным раствором гидроксида меди(II) окисляется в сложную смесь продуктов.

2) Восстановление. Восстановление глюкозы происходит с образованием шестиатомного спирта — сорбита: 3) Брожение. Глюкоза обладает также некоторыми специфическими свойствами, такими как брожение — деструктивное разложение под действием ферментов. Возможны несколько типов брожения:

Реакции спиртового брожения лежат в основе производства спирта, вин, пива, хлебопечения.

Молочнокислое брожение, вызываемое бактериями рода Lactobacillus, происходит в процессах получения ряда пищевых продуктов (простокваша, кефир и др.), в текстильной и кожевенной промышленности, а также при силосовании кормов.

Получение и применение: В природе глюкоза образуется в процессе фотосинтеза — взаимодействия оксида углерода(IV) и воды в зеленых частях растений под действием солнечного света и в присутствии хлорофилла:

Впервые синтез сахаристых веществ из муравьиного альдегида осуществил в 1861 г. русский ученый А. М. Бутлеров:

В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала в присутствии серной кислоты:

Глюкоза — ценный питательный продукт. Наиболее важная функция глюкозы в организме — обеспечение энергией. При окислении глюкозы в организме выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности человека.

Глюкозу применяют в медицине как питательное вещество и компонент кровозаменяющих противошоковых жидкостей. Кроме того, в медицине широко применяется кальциевая соль глюконовой кислоты (глюконат кальция).

Глюкоза используется для получения витамина С (аскорбиновая кислота), сорбита и биополимеров, а также в кондитерской промышленности.

Для глюкозы характерны реакции окисления, восстановления и ферментативного брожения.

В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала в присутствии серной кислоты.

Глюкоза используется для получения витамина С (аскорбиновая кислота), сорбита и биополимеров, в кондитерской промышленности.

Сложные углеводы

В основе этих продуктов лежат полисахариды – крахмал и целлюлоза. Такие вещества обеспечивают нормальное пищеварение и на долгое время насыщают человека.

К списку продуктов, которые содержат много сложных углеводов, относят следующее:

все овощи – исключением являются картофель и тыква;
цитрусовые фрукты;
ягоды;
яблоки и груши;
абрикосы;
пшено, перловка, гречка, овсянка;
бобовые.

Из напитков в эту категорию входят несладкий чай и кофе. Также немного сложных углеводов присутствует в мясе и рыбе. Они имеются в яйцах, кефире, твороге.

Тест по теме

/10
Вопрос 1 из 10
Какое соотношение атомов водорода и кислорода в углеводах?
Начать тест

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Коля Самошкин
10/10
Дарья Маркина
10/10
Сергей Крапивко
10/10

Быстрые углеводы

Быстрые углеводы считаются простыми и включают всего 1-2 молекулы:

1 молекулу содержат моносахариды;
2 молекулы присутствует в составе дисахаридов.

Для всех быстрых углеводов характерен высокий гликемический индекс. Он превышает 70. Такие вещества отличаются сладким вкусом и прекрасно растворяются в воде.

Расщепление простых углеводов начинается еще в полости рта. Они очень быстро проникают в кровь. Уже через несколько минут после употребления существенно увеличивается уровень глюкозы. При этом он держится на высокой отметке не более 30-40 минут. Затем так же внезапно снижается.

Быстрые углеводы требуются для восстановления запаса энергии после сложных физических нагрузок или стрессов. Они способствуют выведению человека из гипогликемической комы.

Однако постоянно употреблять такие вещества не следует. Это провоцирует истощение поджелудочной железы и заставляет ее функционировать в стрессовом режиме. Именно избыток простых углеводов провоцирует развитие сахарного диабета 2 типа. При употреблении простых углеводов на ночь они трансформируются в жиры.

К продуктам с высоким гликемическим индексом относят следующее:

сахар, мед;
запеченный картофель, пюре;
отварная морковь и тыква;
бананы, дыни, арбузы, ананасы;
кондитерские изделия;
финики;
хлебобулочные изделия.

Красный список продуктов

Перечисленные ниже продукты желательно исключить или, по меньшей мере, сократить их потребление не только пациентам на лечебных протоколах, но и здоровым, осознанным людям: ведь инсулинорезистентность — это болезнь образа жизни.

Сахар (в том числе фрукты, мёд, сухофрукты, сладкие соки, магазинные сладости).
Каши (овсяную, перловую, кукурузную, манную, рис, за исключением дикого).
Хлебобулочные изделия.
Муку, крахмал, полуфабрикаты, макароны.
Покупные соусы.
Чипсы, пиво, сухарики.
Газировка и энергетики.
Кукурузный сироп — настоящий волк в овечьей шкуре.

Где скрывается враг или учимся читать этикетки — как еще называется сахар?

Кокосовый сахар
Свекольный сахар
Тростниковый сахар
Пальмовый сахар
Ячменный солод
Мальтодекстрин
Мальтоза
Декстроза
Кукурузный сахар
Фруктоза
Левулоза
Кукурузный сироп
Солодовый сироп
Меласса
Сироп агавы
Кленовый сироп
Изоглюкоза
Коричневый сахар

Медленные углеводы

Медленные углеводы также называются сложными. Они включают 3 и больше молекул. Потому для этих веществ характерно медленное расщепление. Обычно они всасываются в кишечнике. К сложным углеводам относят декстрин, крахмал, целлюлозу, гликоген, глюкоманнан.

Употребление медленных углеводов способствует плавному поступлению глюкозы в организм человека. При этом не наблюдается пиков или скачков. Именно сложные углеводы насыщают человека на долгое время, поддерживают стабильное настроение и делают более уравновешенным.

Гликемический индекс таких продуктов находится в пределах 0-40.

К ним стоит отнести следующее:

макароны из твердых сортов пшеницы;
коричневый рис, ячмень, перловка, гречка, пшено;
бобовые;
фрукты – персики, апельсины, вишни, яблоки, груши;
овощи и зелень – лук, шпинат, кабачки, перец, томаты, капуста;
грибы.

Строение углеводов

Строение углеводов включает несколько карбонильных и гидроксильных групп.

В зависимости от структуры вещества делят на 3 категории:

моносахариды;
олигосахариды;
полисахариды.

Моносахариды представляют собой простейшие сахара, которые включают всего 1 молекулу. Они имеют несколько групп, которые отличаются по количеству атомов углерода в молекуле. Моносахариды, в составе которых присутствует 3 атома углерода, называют триозами. Если в составе присутствует 5 атомов, их именуют пентозами, если 6 – гексозами.

Наиболее ценными для живых организмов считаются пентозы, которые присутствуют в составе нуклеиновых кислот. Также большое значение имеют гексозы, из которых состоят полисахариды.

Олигосахариды содержат 2-10 структурных элементов.

В зависимости от количества выделяют:

диозы;
триозы;
тетраозы;
пентасахариды;
гексасахариды.

Самыми значимыми считаются дисахариды, к которым относятся сахароза, мальтоза и лактоза, а также трисахариды. В эту категорию входят мелицитоза, рафиноза, мальтотриоза.

Олисахариды могут содержать однородные и неоднородные структуры.

В зависимости от этого выделяют следующие виды:

гомоолигосахариды – все молекулы обладают одинаковым строением;
гетероолигосахариды – молекулы отличаются по структуре.

Самыми сложными углеводами считаются полисахариды. Они включают множество моносахаридов – от 10 до нескольких тысяч.

К таким веществам относят следующее:

крахмал;
хитин;
гликоген;
целлюлоза.

Полисахариды имеют более жесткую структуру, чем олигосахариды и моносахариды. Они не растворяются в воде и не имеют сладкого вкуса.

По числу структурных звеньев

Моносахариды — содержат одно структурное звено.
Олигосахариды — содержат от 2 до 10 структурных звеньев (дисахариды, трисахариды и др.).
Полисахариды — содержат n структурных звеньев.

Некоторые важнейшие углеводы:

Моносахариды

Дисахариды

Полисахариды

Глюкоза С6Н12О6
Фруктоза С6Н12О6

Рибоза С5Н10О5

Дезоксирибоза С5Н10О4

Сахароза С12Н22О11
Лактоза С12Н22О11

Мальтоза С12Н22О11

Целлобиоза С12Н22О11

Целлюлоза (С6Н10О5)n
Крахмал(С6Н10О5)n

Состав углеводов

Состав углеводов делят на следующие категории:

Моносахариды
– включают 1 мономерную единицу и не гидролизуются с появлением более простых углеводов. Мономеры отличаются разнообразием. Это обусловлено разницей в структуре. Обычно моносахариды живых организмов представляют собой кольцевые углеродные цепи, которые включают 5 или 6 атомов углерода. Самыми важными моносахаридами считаются рибоза и дезоксирибоза, которые присутствуют в составе нуклеиновых кислот. Также к ним относят глюкозу как источник энергии и фруктозу.
Дисахариды
– включают 2 мономерных единицы. Можно сказать, что они состоят из 2 моносахаридов. Вещества объединяются через гидроксильные группы. При этом происходит отщепление воды. Самым известным дисахаридом считается сахароза. Ее молекула включает остатки глюкозы и фруктозы. 2 остатка глюкозы входит в состав мальтозы.
Полисахариды
– включают больше 10 мономерных единиц. В эту категорию входят крахмал, хитин, целлюлоза и т.д. Крахмал и гликоген скапливаются в организмах как запасной питательный элемент. Крахмал имеет менее разветвленную структуру, чем гликоген. Целлюлоза формирует стенки клеток растений. За счет этого она реализует структурную и защитную функции. Аналогичные задачи решает хитин у грибов и животных.

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Амилопектин имеет разветвленное строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:

Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Свойства углеводов

К основным свойствам углеводов стоит отнести следующее:

Молекулярная масса.
Среди углеводов можно встретить весьма простые элементы, молекулярная масса которых составляет примерно 200, и гигантские полимеры. Их молекулярная масса достигает нескольких миллионов.
Растворимость в воде.
Моносахариды легко растворяются в воде и образуют сиропы.
Окисление.
Этот процесс приводит к получению соответствующих кислот. К примеру, окисление глюкозы аммиачным раствором гидрата окиси серебра приводит к формированию глюконовой кислоты.
Восстановление.
При восстановлении сахаров удается получить многоатомные спирты. В роли восстановителя выступает водород в никеле, алюмогидрид лития и т.д.
Алкилирование.
Под этим термином понимают образование простых эфиров.
Ацилирование.
В это понятие включают образование сложных эфиров.

Переваривание углеводов

Из углеводов в человеческом организме преимущественно перевариваются полисахариды – крахмал из растительных продуктов и гликоген, который присутствует в животной пище.

Полисахариды расщепляются пищеварительными ферментами до структурных блоков – свободной D-глюкозы. Этот процесс происходит под воздействием амилазы слюны и сопровождается формированием смеси из мальтозы, глюкозы и олигосахаридов.

Переваривание углеводов продолжается и заканчивается в тонком кишечнике. На этот процесс влияет амилаза поджелудочной железы, которая попадает в двенадцатиперстную кишку.

Гидролиз дисахаридов запускают ферменты, которые присутствуют в наружном слое клеток эпителия, выстилающих тонкий кишечник. В эпителиальных клетках тонкого кишечника происходит частичная трансформация D-фруктозы, D-галактозы, D-маннозы в D-глюкозу. Смесь простых гексоз поглощается клетками эпителия и с током крови попадает в печень.

Метаболизм глюкозы, его регуляция

Кетогенная диета

— низкоуглеводная диета (порядка 50 грамм) с высоким содержанием жиров.

Так, в список «запрещенных

» продуктов попадают:

Фрукты
Крупы
Хлебобулочные и кондитерские изделия
Мёд
Крахмалистые овощи
Соки, лимонады, алкогольные напитки
Транс-жиры
Масла с высоким содержанием омега-6 полиненасыщенных жирных кислот: масло подсолнечника, а также пальмовое, хлопковое, рапсовое.
Обезжиренная молочная продукция
Готовые соусы
Энергетические напитки

Несмотря на довольно внушительный красный перечень табу, низкоуглеводный рацион, тем не менее, достаточно разнообразен и включает в себя свежие ягоды, мясо, молочную продукцию, рыбу и морепродукты, орехи и семена, овощи, зелень, растительные масла.

Обмен углеводов в организме

В основе обмена углеводов в организме человека, лежат ниже описанные процессы:

Мозг не имеет запаса гликогена, потому ему постоянно требуется глюкоза. Углеводы являются единственным источником, который помогает покрывать энергетические расходы мозга. Именно мозговая ткань поглощает 70 % глюкозы, которая выделяется печенью.
Мышечные ткани при активной работе получают из крови большое количество глюкозы. В них это вещество трансформируется в гликоген. При распаде гликогена появляется достаточное количество энергии для сокращения мышц.
Содержание глюкозы в крови регулируют гормоны – глюкагон, соматотропин, кортизол, инсулин, адреналин. Инсулин способствует снижению содержания глюкозы в крови при ее повышении, упрощает ее попадание в клетки и обеспечивает отложение вещества в тканях в виде гликогена. При уменьшении параметров глюкозы в крови соматотропин, кортизол, адреналин и глюкагон тормозят захват глюкозы клетками. За счет этого гликоген трансформируется в глюкозу.

Продукты богатые углеводами

Ниже описаны продукты, богатые углеводами в больших количествах:

Хлеб.
Важным источником таких веществ, считается пшеничная мука. При этом стоит учитывать, что хлеб нужно употреблять в меру. В продукте из цельных зерен, помимо крахмала, присутствуют белки, минералы, витамины, жиры. Эти вещества очень полезны.
Рис.
В составе риса присутствует много углеводов и витаминов группы В. При этом диетологи советуют отдавать предпочтение нешлифованным сортам.
Бобовые.
Такие продукты отличаются высокой пищевой ценностью. Для них характерна твердая целлюлозная мембрана, поэтому важно уделить внимание правильному способу приготовления.
Картофель.
Этот продукт содержит чуть меньше углеводов – около 20 %. Оставшуюся часть занимает вода. Помимо этого, в составе имеются витамины и минералы.
Зеленые овощи.
Помимо сложных углеводов, такие продукты включают много витаминов. Особенно полезно есть овощи в свежем виде. Предпочтение нужно отдавать салату, перцу, зеленой фасоли, молодому горошку, капусте. Обязательно нужно употреблять шпинат, поскольку он содержит много железа.

Норма углеводов в день для организма

Необходимость в углеводах зависит от интенсивности интеллектуальных и физических нагрузок. В среднем норма углеводов в день для организма составляет 300-500 г. Около 20 % может приходиться на углеводы, которые легко усваиваются.

Пожилым людям стоит употреблять максимум 300 г углеводов в сутки. При этом количество простых элементов не должно быть больше 15-20 %.

При наличии лишнего веса и других патологиях количество углеводов стоит ограничивать. При этом делать это следует постепенно. Благодаря этому организм сможет адаптироваться к изменению обменных процессов. Ограничение стоит начинать с 200-250 г в сутки. Через неделю объем углеводов допустимо сократить до 100 г.

Если резко уменьшать количество углеводов в течение долгого периода времени, есть риск развития разных нарушений.

К ним относят следующее:

снижение уровня сахара в крови;
общая слабость;
сильное снижение интеллектуальной и физической активности;
потеря веса;
нарушение метаболизма;
повышенная сонливость;
головокружения;
головные боли;
тремор рук;
ощущение голода;
рак толстого кишечника;
запоры.

Неприятные симптомы удается устранить после употребления сахара или других сладких продуктов. Однако, есть их следует дозированно. Это поможет избежать увеличения массы тела.

Для организма также вреден и избыток углеводов, особенно простых. Он приводит к повышению уровня сахара в крови. Как следствие, часть веществ не используется и приводит к скоплению жировых отложений. Это провоцирует сахарный диабет, кариес, атеросклероз. Также есть риск метеоризма, ожирения, болезней сердца и сосудов.

Углеводная диета

Чтобы похудеть, нужно исключить простые углеводы

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

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

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