Какие углеводы содержатся в клетках растений животных

Углеводы входят в состав клеток всех растений и животных и являются неотъемлемой частью обмена веществ живого организма. Высушенные растения содержат 70-80% углеводов.

По химической природе углеводы представляют собой углеводородные соединения, содержащие альдегидную, кетоновую и несколько гидроксильных групп, а также продукты их конденсации.

Моносахариды — это углеводы, молекулы которых состоят из 2—7 атомов углерода и карбонильной группы. В зависимости от количества атомов углерода их называют тетрозами, пентозами, гексозами. В растениях часто встречаются пентозы и гексозы. Наиболее распространены такие моносахара, как глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза, сорбоза, арабиноза. Перечисленные сахара встречаются как в свободном состоянии в плодах, семенах, корнеклубнях и других частях растений, так и служат основой для сахаров более сложной структуры. Моносахариды хорошо растворимы в холодной воде, лучше в горячей, мало растворимы в этиловом спирте и других органических растворителях. В виде индивидуальных лекарственных веществ моносахариды используются редко, исключение составляет глюкоза. Чаще их используют как вспомогательные вещества в технологии порошков, пилюль, таблеток, других лекарственных форм.

Олигосахариды — углеводы, состоящие из двух-трех остатков молекул моносахаридов, чаще всего гексоз. Наиболее часто в растениях встречаются дисахариды. К ним относится сахароза — свекловичный или тростниковый сахар, состоящий из молекул глюкозы и фруктозы. Мальтоза — солодовый сахар, состоящий из молекул глюкозы. Лактоза — молочный сахар, состоящий из молекул глюкозы и галактозы. Раффиноза — сахар, построенный из молекул глюкозы, фруктозы и галактозы. Аналогично моносахаридам олигосахариды растворимы в холодной воде, мало растворимы в органических растворителях. Применяются в медицинской практике в основном в качестве вспомогательных веществ при изготовлении порошков и таблеток.

Полисахариды — это высокомолекулярные вещества, состоящие из большого числа остатков молекул моносахаридов. Для растения они являются строительным материалом и служат запасными питательными веществами.

Крахмал — важнейший полисахарид, содержащийся в корнях, корневищах, клубнях растений. Он состоит из амилозы и амилопектина, в основе которых лежит молекула глюкозы. В практике используют картофельный, кукурузный, рисовый и пшеничный крахмал. Крахмал применяют как для наружных целей в виде присыпок, микроклизм и дерматологических паст, так и внутрь в качестве обволакивающих средств в виде 2-5 % водных растворов. Является широко употребляемым вспомогательным веществом при изготовлении таблеток и гидрофильных основ.

При изготовлении раствора крахмала в холодной воде происходит растворение амилозы; амилопектин при этом только смачивается и набухает. Для перехода амилопектина в растворенное состояние необходимо наличие кипящей воды. Поэтому для получения крахмальной слизи крахмал предварительно взбалтывают в холодной воде, а затем эту смесь приливают тонкой струйкой в кипящую воду при постоянном помешивании и оставляют на 2-3 минуты до полного просветления раствора. При приготовлении водных извлечений из растительного сырья, содержащего в незначительном количестве крахмал, например, корни алтея, недопустимо использование в качестве экстрагента кипящей воды. В этом случае образование слизи происходит внутри клеток, вследствие чего поры клеточной стенки закупориваются, и выход каких-либо веществ из клетки и их экстракция не происходит. В этом случае целесообразно готовить вытяжки в режиме холодного настоя или настоя на кипящей водяной бане.

Инулин — высокомолекулярный углевод, растворимый в воде; из водных растворов осаждается спиртом. При кислотном гидролизе инулина образуются фруктофураноза и небольшое количество глюкопиранозы. Инулин в больших количествах содержится в подземных частях растений семейств Asteraceae и Campanulасеае, в которых он заменяет крахмал. Растения, содержащие инулин, используются для получения D-фруктозы. Богатое инулином сырье (корни цикория, клубни топинамбура) широко используется в составе различных пищевых добавок, применяемых при заболевании сахарным диабетом. Инулин хорошо растворяется в воде, поэтому экстрагирование его из растительных клеток происходит при любом режиме экстракции.

Гликоген — полисахарид, принимающий активное участие в углеводном обмене животного организма. Содержится в основном, в зернах кукурузы и грибах. Его основу составляет глюкоза.

Клетчатка — полисахарид, из которого строятся оболочки растительных клеток. Основной структурной единицей клетчатки является глюкоза. В пищеварительном тракте человека клетчатка практически не переваривается, но она стимулирует перистальтику органов желудочно-кишечного тракта и адсорбирует холестерин и эндотоксины.

Гемицеллюлоза — полисахарид, в основе которого лежат различные моносахариды. В отличие от клетчатки легче подвергается гидролизу, однако при экстрагировании различными растворителями, также как и клетчатка, в раствор не переходит и остается без изменений.

Слизи — полисахариды, содержащие в своем составе остатки молекул моносахаридов (ксилозы, арабинозы), кислоты и их соли. В холодной воде склонны к набуханию и частичному растворению, лучше растворяются в кипящей воде. Для извлечения из растений используют режим холодного настаивания или же настаивания на кипящей водяной бане. Применяют внутрь и наружно в качестве мягчительного отхаркивающего и обволакивающего средства. Наиболее часто употребляют слизь корней алтея, семян льна и подорожника блошного.

Пектины — высокомолекулярные гетерополисахариды растительного происхождения, главным компонентом которых является Д-галактуроновая кислота. Помимо нее возможно присутствие нейтральных полисахаридов — арабинанов, галактанов, арабогалактанов, связанных ковалентными связями с кислыми фрагментами пектинов. Пектиновые вещества в растениях присутствуют преимущественно в виде протопектина, составляющего большей частью межклеточное вещество и первичные стенки молодых растительных клеток. Они предохраняют растение от высыхания, повышая засухоустойчивость, влияют на прорастание семян.

Пектиновые вещества находятся в растении в состоянии динамического равновесия, превращаясь друг в друга. При созревании плодов нерастворимый протопектин переходит в растворимые формы, которые хорошо растворимы в воде, особенно горячей. Эти соединения склонны к набуханию, при растворении образуют вязкие растворы.

В медицинской практике пектины применяют для приготовления кровоостанавливающих препаратов, адсорбентов, особенно в отношении холестерина и тяжелых металлов. Они также оказывают противоязвенное и антивоспалительное действие. Камеди — это продукты, выделяющиеся в виде вязких субстанций из надрезов и трещин растений. По своей химической природе относятся к гетерополисахаридам — гексозанам, пепиазанам, полиуронидам. Камеди не растворимы в органических растворителях — спирте, эфире, хлороформе и др. По растворимости в воде делятся на три группы:

– полностью растворимые в воде (аравийская камедь)

– малорастворимые, но сильно набухающие (камеди сливы, вишни)

– нерастворимые в холодной воде, но частично растворимые при кипячении (камедь трогаконта).

Наиболее богаты камедями растения семейства бобовых. В медицине камеди используются как стабилизаторы суспензий и эмульсий. Некоторые из них, например, гуггул, применяется в Аюрведической медицине как сильнейший энтеросорбент холестерина.

Агар-агар — представляет собой полисахарид, состоящий из остатков галактозы и серной кислоты. Содержится в красных водорослях, хорошо растворим в горячей воде с образованием вязких растворов. В состав клеточных стенок многих водорослей входит полисахарид — альгиновая кислота. В медицинской практике агар-агар, а также как и альгиновая кислота и ее производные используются, как энтеросорбент холестерина и эндотоксинов, а также для приготовления мазевых основ и вегетарианских капсул.

 И.И. Ветров

Отрывок из статьи «Химический состав растений. Вещества первичного синтеза» из книги «Основы Аюрведической фитотерапии» (И.И. Ветров, Ю.В. Сорокина)

Содержание статьи:

1. Что такое углеводы
2. Функции углеводов в организме
3. Классификация
4. Простые углеводы
5. Сложные углеводы
6. Быстрые углеводы
7. Медленные углеводы
8. Строение углеводов
9. Состав
10. Свойства углеводов
11. Переваривание
12. Обмен углеводов в организме
13. Продукты богатые углеводами
14. Норма углеводов в день для организма
15. Калорийность

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.

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:

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

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:

1. 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.
2. 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:

1. Крахмал и гликоген. Эти вещества присутствуют в злаках, бобовых, картофеле, кукурузе.
2. Клетчатка. Элемент содержится в крупах, семечках, овощах, фруктах, отрубях.
3. Целлюлоза. Компонент включают салатные листья, яблоки, груши, морковь.
4. Пектин. Вещество присутствует в моркови, капусте, цитрусовых фруктах, клубнике.
5. 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.

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.

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.

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.

Состав углеводов

Состав углеводов делят на следующие категории:

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Свойства углеводов

К основным свойствам углеводов стоит отнести следующее:

1. Молекулярная масса. Среди углеводов можно встретить весьма простые элементы, молекулярная масса которых составляет примерно 200, и гигантские полимеры. Их молекулярная масса достигает нескольких миллионов.
2. Растворимость в воде. Моносахариды легко растворяются в воде и образуют сиропы.
3. Окисление. Этот процесс приводит к получению соответствующих кислот. К примеру, окисление глюкозы аммиачным раствором гидрата окиси серебра приводит к формированию глюконовой кислоты.
4. Восстановление. При восстановлении сахаров удается получить многоатомные спирты. В роли восстановителя выступает водород в никеле, алюмогидрид лития и т.д.
5. Алкилирование. Под этим термином понимают образование простых эфиров.
6. 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.

Обмен углеводов в организме

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

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. Хлеб. ?