Углеводы составляют основную часть пищевого рациона и обеспечивают 50-60% его энергоценности. При окислении 1 г усвояемых углеводов в организме выделяется 4 ккал.
Углеводов выполняют следующие физиологические функции:
энергетическая - при всех видах физического труда отмечается повышенная потребность в углеводах. Углеводы - основной источник энергии для центральной нервной системы.
пластическая - они входят в состав структур многих клеток и тканей, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот. Глюкоза постоянно содержится в крови, гликоген - в печени и мышцах, галактоза входит в состав липидов мозга, лактоза - в состав женского молока и т.д. Углеводы в комплексе с белками и липидами образуют некоторые ферменты, гормоны, слизистые секреты желез, иммуноглобулины и другие биологически важные соединения.
Особое значение имеют клетчатка, пектины, гемицеллюлоза , которые почти не перевариваются в кишечнике и являются незначительными источниками энергии. Вместе с тем они являются основной составной частью пищевых волокон и крайне необходимы организму для нормальной работы пищеварительного тракта.
В организме углеводы могут образовываться из белков и жиров. Депонируются они ограниченно и запасы их у человека невелики. Содержатся углеводы, главным образом, в растительных продуктах.
В пищевых продуктах углеводы представлены в виде простых и сложных углеводов.
К простым углеводам относятся моносахариды (гексозы - глюкоза, фруктоза, галактоза; пентозы – ксилоза, рибоза, арабиноза), дисахариды (лактоза, сахароза, мальтоза), к сложным - полисахариды (крахмал, гликоген, клетчатка, пектины).
Простые углеводы обладают хорошей растворимостью, легко усваиваются и используются для образования гликогена.
Усвояемые углеводы являются основными поставщиками энергии для организма. Они имеют выраженный сладкий вкус. Относительная сладость их различна. В связи с тенденцией снижения калорийности пищи для регуляции массы тела, а также для больных сахарным диабетом в настоящее время используются пищевые добавки подсластители. В таблице 4 представлена сладость углеводов и заменителей сахара (за 100% принимается сахароза).
Глюкоза - является наиболее распространенным моносахаридом, образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Она всасывается в кровь через 5-10 мин. после поступления в желудок.
Глюкоза - главный поставщик энергии для нейронов головного мозга, мышечных клеток (в т.ч. сердечной мышцы) и эритроцитов, которые сильнее всего страдают от недостатка глюкозы. За сутки у человека головной мозг потребляет около 100 г глюкозы, поперечно-полосатые мышцы – 35 г, эритроциты – 30 г. Остальные ткани могут в условиях голодания использовать свободные жирные кислоты или кетоновые тела.
В сыворотке крови человека поддерживается постоянный уровень глюкозы (гликемия), натощак составляющий 3,3-5,5 ммоль/л, что обеспечивается постоянно протекающими процессами: гликогенолиз (расщепление гликогена с поступлением глюкозы в кровь) и глюконеогенез (синтез глюкозы из неуглеводных компонентов). Эти процессы регулируются гормонами поджелудочной железы (инсулин и глюкагон ) и коры надпочечников (глюкокортикоиды ).
Гипогликемия – пониженное содержание глюкозы в сыворотке крови.
Гипергликемия – повышенное содержание глюкозы в сыворотке крови.
Данные состояния могут развиваться как при различных метаболических заболеваниях, так и у здорового человека (реактивная гипергликемия наблюдается после приема пищи, гипогликемия – при голоде). Гипергликемия вследствие дефекта секреции или действия инсулина характерна для сахарного диабета.
Гипогликемия у здорового человека приводит к активации пищевого поведения, т.е. глюкоза участвует в регуляции аппетита, что необходимо учитывать при разработке диет, направленных на снижение веса.
В практике диетологии в конце ХХ века появилось понятие гликемический индекс (ГИ) , применяемый для определения способности углеводсодержащих продуктов и блюд повышать уровень глюкозы в крови. За точку отсчета берут ГИ глюкозы равный 100. Чем выше ГИ продуктов и блюд, тем быстрее после их употребления повышается уровень гликемии. При низких значениях ГИ продуктов и блюд глюкоза в кровь поступает медленно и равномерно. На величину ГИ влияет не только вид углеводов, но и количество пищи, содержание и соотношение в ней других компонентов – жиров, пищевых волокон. Сведения о ГИ разных продуктов приведены в таблице 5.
Больше всего глюкозы содержится в меде - около 35%, много в винограде - 7,8%, в вишне, черешне, крыжовнике - арбузе, малине, черной смородине - около 4,5-5,5%, в грушах и яблоках – около 2%.
Фруктоза из всех известных натуральных сахаров обладает наибольшей сладостью, для достижения вкусового эффекта ее требуется почти в 2 раза меньше, чем глюкозы и сахарозы. Фруктоза медленнее глюкозы усваивается в кишечнике.
Большая ее часть утилизируется тканями без инсулина, в то время как другая, меньшая, превращается в глюкозу, поэтому при сахарном диабете необходимо ограничивать поступление большого количества фруктозы. Следует отметить, что продукты с высоким содержанием фруктозы могут способствовать более быстрому набору веса, чем глюкозосодержащие. Содержание фруктозы в пищевых продуктах представлено в табл.6.
Галактоза - моносахарид животного происхождения, входит в состав лактозы. Участвует в образовании гликолипидов (цереброзидов), протеогликанов. Последние входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани.
Пентозы в природе представлены главным образом в качестве структурных компонентов сложных некрахмальных полисахаридов (гемицеллюлоза, пектины), нуклеиновых кислот и других природных полимеров.
Что из еды лично вас делает счастливыми? Дайте-ка угадаю: легкий фруктово-йогуртовый тортик с ароматным чаем или воздушное Рафаэлло, подаренное любимым? А может вы из тех, кто любит полакомиться утренней овсяной кашей с горстью сухофруктов, а поужинать дорогой итальянской пастой с морепродуктами под сыром? Если где-то вы узнали себя, то однозначно данная статья будет для вас полезной, так как говорить мы сегодня будем о ваших любимых продуктах, а точнее – одной категории продуктов, которая именуется УГЛЕВОДЫ. Конечно, вы уже «продвинутые» в вопросах правильного питания и многое уже знаете, но, как говорится, «повторение – мать учение». Сегодня мы более подробно рассмотрим, что такое простые и сложные углеводы ; какие функции выполняют углеводы в нашем организме, и для чего они нам вообще нужны; какие углеводы при похудении предпочтительней употреблять и почему? Очень надеюсь, что после прочтений данной статьи многие из вас пересмотрят свой рацион и поймут, что чрезмерное потребление углеводов, так же как и недостаточное, может стать причиной многих проблем со здоровьем.
Ну что ж а я предлагаю начать с основ и выяснить, что такое углеводы, и какие функции они несут для человека?
Углеводы – это обширный класс органических соединений, которые являются основным источником энергии для многих живых организмов на планете, в том числе и для человека. Источниками углеводов является в основном растительная пища (злаки, растения, овощи и фрукты), так как именно растения участвуют в процессах фотосинтеза, во время которого и образуются углеводы, но в небольших количествах углеводы так же содержаться и в белковых продуктах – рыбе, мясе и молочных продуктах.
Итак, какие же функции выполняют углеводы в организме человека?
Перечислять все функции я не буду, назову только основные, которые представляют для нас наибольший интерес.
Для тех, кто занимается спортом, главной функцией является энергетическая. Именно благодаря ей мы можем быть активными, можем после тяжелого рабочего дня пойти в зал, отзаниматься там час-полтора, а потом еще прийти домой и приготовить ужин на всю семью. Если бы в нашем рационе не было углеводов, то все люди ходили бы как зомби, еле передвигая ногами, но при этом были бы злые, как собаки, готовые в любой момент накинуться на первую попавшуюся жертву и растерзать ее на кусочки. Если вы когда-либо сидела на или придерживались , то, наверняка, понимаете, о чем я говорю. В те дни, когда углеводы в рационе составляют менее 15% от суточной нормы БЖУ (в среднем это <60-50 г углеводов в день), в организме человека начинают происходить удивительные вещи:
Все эти признаки являются последствиями недостаточного потребления углеводов. Если вы никогда не ощущали на себе эти последствия, значит а) вы никогда не худели, используя экстремальные виды диет (что очень хорошо) и б) вы едите углеводы столько, сколько хотите, и не паритесь по поводу своего веса. Если вы отнесли себя к б-категории , значит, скорее всего, в вашем рационе питания присутствует такая проблема, как ПЕРЕИЗБЫТОК УГЛЕВОДОВ. И сейчас мы более подробно остановимся на этом вопросе.
Думаю, сейчас ни для кого ни секрет, что с углеводами при похудении нужно быть крайне осторожными, они могут сильно тормозить процесс жиросжигания за счет своей уникальной способности откладываться про запас в виде жира. Дело в том, что любая поступающая в наш организм пища, должна быть переработана и усвоена, а выделяемая при этом энергия должна пойти на энергетические затраты организма. Если вы употребили за один прием слишком много еды, то большая ее часть пойдет в жировое депо. Если говорить об углеводах, то всего 5% углеводов сожжется на текущие нужды организма (на питание клеток энергией, работу мозга, сердца и других органов и систем), еще 5% запасется в виде гликогена в печени и мышечной ткани, а остальные 90% пойдут в ЖИР! И поверьте, запасание и простых, и сложных углеводов по такой схеме происходит КАЖДЫЙ РАЗ, когда вы сидите перед компьютером и пьете чай с конфетами либо в 10 часов вечера решили поужинать гречкой с молоком.
В этот момент ваш организм не нуждается в энергии, а значит, и сжигание калорий не будет происходить! А зачем? – ведь вы ровно сидите на стуле, затрачивая минимальное количество энергии на этот процесс. Выходит, что вашему организму некуда тратить энергию, полученную от углеводов… Остаётся один выход – направить все полученные углеводы в жировое депо на хранение до «лучших» времен.
Ранее у наших давних предков не было такого изобилия рафинированных углеводов в виде изделий из муки, промышленных кондитерских изделий, сахаросодержащих продуктов и других источников быстрых углеводов, а потребление крахмалосодержащих продуктов таких, как картофель, бобовые и крупы составляли незначительную часть их ежедневного рациона. Основой питания первых людей был в основном животный белок, а чуть позже с развитием собирательства рацион обогатился корнеплодами, растениями и ягодами. К чему я это все рассказываю? А к тому, что наш организм мало изменился с того времени, и наши потребности в простых и сложных углеводах остались такими же, как и миллионы лет назад. Да, люди стали более развитыми по сравнению с первобытными людьми каменного века, это факт, но потребности организма в углеводах не выросли, а наоборот СНИЗИЛИСЬ по причине более сидячего и менее активного образа жизни.
Главная функция углеводов – это давать нам энергию, с помощью которой мы можем вести нормальный активный образ жизни. Но когда в рационе человека углеводов становится чересчур много, вот тут и начинаются проблемы, основные из которых:
Это далеко не все негативные последствия от переизбытка углеводов, их НАМНОООГО больше, и все они могут проявиться в любой момент, если вы не прекратите потреблять углеводную пищу в больших количествах.
Конечно, мало кто думает о заболеваниях кишечника или нарушении сна, когда ест свой любимый десерт, это очевидно. Большинство людей, пока они не столкнулись с каким-то серьезным заболеванием лицом к лицу и обязательно уже в острой форме, никто и не подумает заранее побеспокоиться о своем здоровье и пересмотреть свой рацион питания, такая уж наша сущность, к сожалению…
Но какие же оптимальные нормы потребления простых и сложных углеводов ? Раз мало углеводов – это плохо, и много – это тоже плохо, то как найти эту «золотую середину», когда всем будет хорошо?
Когда мы говорим об углеводах, то нужно понимать, что существует два вида углеводов – это простые и сложные углеводы. Главное их отличие – это показатель Простые углеводы в основном все имеют высокий гликемический индекс и состоят из моно- и дисахаридов, а сложные обладают средним и низким ГИ и содержат в себе поли- и олигосахариды.
Гликемический индекс – это показатель усвояемости углеводов. Чем выше ГИ продукта, тем быстрее углеводы из этого продукта будут усвоены организмом, и тем быстрее повысится уровень сахара в крови. А при резком повышении уровня сахара в крови поджелудочная железа реагирует мощным выбросом инсулина, который моментально распределяет этот сахар по клеткам нашего организма, а если они не нуждаются в этом сахаре, то инсулин направляет его в жировую ткань, которая с пребольшим удовольствием и охотой принимает все, что ей предлагают.
Чтобы было понятнее, давайте на примере продуктов рассмотрим, какие углеводы быстрые, а какие медленные .
Простые углеводы
делятся на моносахариды и дисахариды. Моносахариды состоят из одной сахарной группы – глюкоза, фруктоза и галактоза, а дисахариды состоят из двух молекул простых сахаров – сахароза, мальтоза и лактоза, в состав которых всегда входит глюкоза.
1. Глюкоза – это основной источник энергии для организма и питания нашего мозга. Глюкоза участвует в запасании гликогена, который является ничем иным, как полимером глюкозы и используется организмом также в виде топлива на протяжении всего дня и во время силовых тренировок.
Продукты, богатые глюкозой:
— морковь;
— пряники;
— финики;
— повидло;
— кукуруза;
— черешня.
2. Галактоза – это молекула, которая входит в состав лактозы, но в свободном виде сама не встречается.
3. Фруктоза – это природный сахар. Больше всего фруктозы в таких фруктах:
— клубника;
— бананы;
Фруктоза хоть и является природным сахаром, но это не делает ее совершенно безобидной. Более подробно о механизме действия фруктозы можете прочитать в этой статье:
Следом за моносахаридами идут дисахариды, которые состоят уже из двух молекул сахарной группы.
4. Сахароза – это соединение из глюкозы и фруктозы. Продукты, богатые сахарозой:
— варенье;
5. Лактоза содержит одну молекулу глюкозы и одну молекулу галактозы. В основном лактозой богаты молочные продукты, именно поэтому кушать молочные продукты при похудении следует в очень ограниченных количествах, так как лактоза имеет свойство вызывать брожение в кишечнике и отеки.
Продукты, богатые на лактозу:
— молоко;
— творог;
— молоко;
— ряженка;
6. Мальтоза – это две молекулы глюкозы. Мальтозы много в таких продуктах:
— мармелад;
— патока (крахмальная, карамельная, свекольная и др.);
— мороженое;
Итак, главное, что вы должны запомнить о простых углеводах это то, что простые углеводы быстро повышают концентрацию глюкозы в крови, на это поджелудочная железа вырабатывает гормон инсулин, и все клетки организма тут же открываются для усвоения глюкозы. Если вы в этот момент не двигаетесь, а сидите на месте, то вся глюкоза не используется клетками, а прямиком уходит в жировое депо! Если же вы двигаетесь (идёте, плывете, бежите, танцуете), то полученная энергия от углеводов сожжется для покрытия текущих энергозатрат организма.
Поэтому запоминаем правило №1:
Количество простых углеводов в день должно составлять не более 30% от общего количества съедаемых углеводов .
Например, ваша дневная норма углеводов составляет 140 г , значит на простые углеводы приходится 42 г. Столько простых углеводов содержит:
— 1 хурма;
— 2 больших яблока;
— 2 средних апельсина;
— 2 груши;
— 500 г вишни;
— 600 г клубники;
— 90 г кураги;
— 80 г изюма;
— 50 г фиников;
— 30 г меда (2 ст.л.)
Сложны углеводы – это крахмал, который содержится в основном в крупах и бобовых, и клетчатка, которая является основой всех овощей и фруктов.
В одних продуктах крахмала очень много, из-за чего они имеют высокий ГИ, а в других – меньше, что делает их более медленными углеводами, которые долго усваиваются, и сахар в крови повышается на протяжении долгого времени.
Среди «коварных» сложных углеводов находится белый рис, в нем содержание крахмала аж 80%!!! Для сравнения в овсяной крупе содержание крахмала — 50%, в – 45%, в муке пшеничной – 74%, в макаронах – 70%, в гречке – 60%, в чечевице и перловке – 40%. То есть выходит, что рис теоретически относится к медленным углеводам, так как содержит в себе полисахарид крахмал, но на практике он ведет себя, как быстрый углевод, из-за чрезмерно высокого содержания этого самого крахмала.
Чем же объясняется этот механизм?
Дело в том, что при набухании одна молекула крахмала притягивает от 10 до 100 молекул воды. И чем больше молекула обводнена, тем более ДОСТУПНОЙ для организма она становится! Это связано с ферментом амилазой, который расщепляет крахмал. Амилаза действует только в водной фазе, и если молекула крахмала хорошо гидролизована (обвонена), то амилаза очень быстро проникает в нее, и происходит активный распад крахмала на молекулы глюкозы, отсюда уровень глюкозы в крови быстро растет. То есть: чем больше гидролизован крахмал, тем выше ГИ крупы, и тем быстрее сахар попадает в кровь, вызывая выброс инсулина.
Лично я не знаю людей, которые едят белый рис запаренным (в отличие от овсянки и гречки), обычно его все варят на медленном огне минут так 30-40, а это означает, что молекулы крахмала, который содержит рис, обводняются очень сильно, что делает этот углевод быстродоступным, а значит и жироотложение более вероятным.
Отсюда можно сделать вывод, что для каждой крупы, в зависимости от способа ее приготовления, меняется гликемический индекс. Для примера возьмем овсянку и рассмотрим ее гликемический индекс в зависимости от разных способов приготовления.
Отсюда можно сделать вывод: все сложные углеводы могут превратиться в быстрые в зависимости от:
1) способа приготовления — чем больше времени крупа находится под воздействием высоких температур (варка, тушение, запекание, жарка), тем быстрее идет гидролизация (обводнение) крахмала, и тем более быстродоступным он становится.
2) добавления других продуктов (мед, сахар, молоко и т.д.) – если вы добавляете в вашу крупу какой-либо ингредиент, гликемический индекс которого выше, чем у данной крупы, то вы автоматически превращаете ваш медленный углевод в быстрый.
Так что запоминайте правило №2 :
Тоже самое касается и овощей: если вы варите/тушите овощи, то не держите их в воде слишком долго.
Источники сложных углеводов, содержащие крахмал:
Табл. 1 Крахмалосодержащие продукты (содержание крахмала в % на 100 г)
На сложные углеводы должно приходиться около 40% от дневной нормы всех углеводов.
40% от 140 г = 56 г. То есть выходит, что в среднем вы должны за день съесть около 56 г крахмалосодержащих углеводов, если ваша общая норма углеводов составляет 140 г.
56 г сложных углеводов содержится в:
— 85 г сухой овсяной крупы;
— 270 г вареного бурого риса;
— 285 г отварной фасоли;
— 330 г гречневой каши.
Клетчатка в основном содержится в овощах и фруктах. Если говорить о сложных углеводах, то все же мы будем иметь в виду только овощи, так как в них содержание сахара в десятки раз меньше, чем во фруктах. Клетчатка не усваивается организмом, а поэтому транзитом проходит через весь желудочно-кишечный тракт, очищая его от различного мусора и шлаков. Клетчатка является очень важным компонентом здорового и правильного питания, поэтому ее присутствие в ежедневном рационе человека обязательно. Норма клетчатки в день колеблется от 20 до 45 грамм. Чтобы набирать свою дневную норму клетчатки, нужно употреблять в среднем за день от 500 до 1 кг свежих или тушеных овощей + 150-200 грамм каш, богатых клетчаткой (овсянка, гречка, перловка, бобовые).
Источники клетчатки:
— предпочтительней овощи с низким ГИ: огурцы, все виды капусты, спаржа, стручковая фасоль, редис, кабачки, зелень и др.
— в меньшем количестве овощи со средним ГИ: помидоры, горошек, болгарский перец, грибы.
На клетчатку, так же, как и на простые углеводы должно припадать 30% от общего количества съедаемых углеводов за день.
30% от 140 г = 42 г.
42 грамма клетчатки содержится в:
— 4 средних авокадо;
— 10 бананах;
— 8 средних яблоках;
— 100 г отрубей;
— 1,5 кг брокколи или белокочанной капусты;
— 1,6 кг яблок;
— 500 г арахиса.
А теперь давайте рассмотрим, как же вычислить эти самые ОБЩИЕ суточные граммы всех углеводов.
В таблице №2 указано количество калорий и количество всех углеводов за день в зависимости от вашего образа жизни (малоподвижный, умеренно активный, очень активный). Данные нормы рассчитаны на низкоуглеводный рацион питания, который подходит для девушек-эндоморфов, целью которых является снижение жировой составляющей.
Например, девушка весом в 69 кг хочет похудеть на 5 кг, при этом у нее сидячая работа, и она ведет малоподвижный образ жизни. Напротив ее веса (берем самый близкий по значению 68 кг) стоит цифра 98 г. То есть, выходит для того, чтобы держать свой вес в норме, не поправляться и не худеть, ей нужно в день употреблять 98 г простых и сложных углеводов . А для того, чтобы , она должна придерживаться норм потребления углеводов согласно желаемому весу – в ее случае это 91 г, которые соответствуют 64 кг.
Это что касается низкоуглеводного рациона питания, который подходит для девушек с предрасположенностью к полноте.
Если же вы уже похудели и хотите закрепить данный результат, удерживая свой вес на одной отметке, то для вас подойдет умеренно углеводный рацион питания, где будут совсем иные показатели и нормы потребления углеводов (табл. 3).
Столбик «углеводы» разделен на 2 колонки – 33% и 40%. Первая колонка показывает нижний предел потребления углеводов, а вторая – верхний. Здесь вы просто выбираете то значение, которое находится напротив вашего текущего веса, и придерживаетесь его – все очень просто.
И простые, и сложные углеводы дают организму энергию. Энергия нам нужна обычно в первой половине дня. Утреннее и обеденное время для многих людей являются самыми активными часами, именно поэтому днем нам нужно много энергии. К вечеру энергозатраты нашего организма снижаются, и замедляется метаболизм. Так происходит у 90% людей, которые работают и бодрствуют в дневное время суток, исключением являются люди, которые учатся или работают в вечернее время, а также люди-эктоморфы, у них обмен веществ и биологические часы немного отличаются от наших с вами. Но если вы не относитесь ко второй группе, то ваш обмен веществ в вечернее время всегда ниже, чем в дневное, это уже давно доказанный и всем известный факт. Именно по этой причине все диетологи и врачи-нутрициологи рекомендуют употреблять ВСЕ углеводы – и простые, и сложные – в первой половине дня, примерно до 16-00.
Если же у вас хороший обмен веществ, и вы, наоборот, трудно поддаетесь набору веса, то вы можете употреблять углеводы даже на ужин.
Мы уже знаем, что скорость усвоения медленных углеводов зависит от способа приготовления, а также от сочетания их с другими продуктами, то же самое касается и быстрых углеводов. Для того, чтобы пища правильно усваивалась и не вызывала нарушений в процессах пищеварения, нужно знать, с чем лучше всего сочетать простые и сложные углеводы.
Теперь вы знаете, как и с чем лучше сочетать простые и сложные углеводы , и если помнить эти четыре правила, то вы никогда не будете иметь проблем с пищеварением, а процесс похудения у вас будет идти намного эффективнее.
Ну что ж, а теперь давайте подытожим все вышесказанное:
— сложные и простые углеводы должны потребляться в оптимальных количествах ежедневно! Для похудения норма углеводов должна составлять 20-25% от суточной калорийности рациона, для поддержания веса в норме – 33-40%.
— для нормального пищеварения нужно правильно сочетать углеводы с другими продуктами: простые углеводы в виде клетчатки хорошо сочетаются со сложными углеводами и белками; каши можно сочетать с несладкими фруктами и ягодами (яблоко, киви, малина); фрукты нежелательно сочетать с белками (творог с фруктами – плохое сочетание).
— лучше всего каши не варить, а запаривать, либо же варить недолго (15-20 минут).
— отдавайте предпочтение фруктам и овощам с низким гликемическим индексом, они не вызывают резкого подъема сахара в крови и медленнее усваиваются организмом.
— простые и сложные углеводы употребляйте в следующей пропорции: 20-30% — простые углеводы, 30% — клетчатка и 40-50% — сложные углеводы.
Надеюсь, эти советы помогут вам правильно распределить углеводы в течение дня, получить максимальную пользу от употребления углеводов без вреда для фигуры и здоровья. Простые и сложные углеводы могут быть, как вашими друзьями, так и врагами, все зависит от их количества в вашем ежедневном рационе питания. И я желаю вам найти эту золотую середину, которая приблизит вас к вашей цели!
Искренне Ваша, Янелия Скрипник!
Введение
углеводы гликолипиды биологический
Углеводы - обширный наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав всех организмов и необходимых для жизнедеятельности человека и животных, растений и микроорганизмов. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в кругообороте углерода они служат своеобразным мостом между неорганическими и органическими соединениями. Углеводы и их производные во всех живых клетках играют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов для специфических биохимических процессов. Углеводы выполняют не только питательную функцию в живых организмах, они также выполняют опорную и структурную функции. Во всех тканях и органах обнаружены углеводы или их производные. Они входят в состав оболочек клеток и субклеточных образований. Принимают участие в синтезе многих важнейших веществ.
Актуальность
В настоящее время данная тема актуальна, потому что углеводы необходимы организму, так как входят в состав его тканей и выполняют важные функции: - являются главным поставщиком энергии для всех процессов в организме (они могут расщепляться и давать энергию даже в отсутствии кислорода); - необходимы для рационального использования белков (белки при дефиците Углеводов используются не по назначению: они становятся источником энергии и участниками некоторых важных химических реакций); - тесно связаны с обменом жиров (если вы употребляете слишком много Углеводов, больше, чем может преобразоваться в глюкозу или гликоген (который откладывается в печени и мышцах), то в результате образуется жир. Когда телу нужно больше топлива, жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается); - особенно необходимы мозгу для нормальной жизнедеятельности (если мышечные ткани могут накапливать энергию в виде жировых отложений, то мозг не может так делать, он всецело зависит от регулярного поступления в организм углеводов); - являются составной частью молекул некоторых аминокислот, участвуют в построении ферментов, образовании нуклеиновых кислот и т.д.
Понятие и классификация углеводов
Углеводами называют вещества с общей формулой Cn(H2O)m, где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.
Углеводы - одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85-90 % массы сухого вещества.
Выделяют три группы углеводов:
·моносахариды или простые сахара;
·олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).
·полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).
Моносахариды (простые сахара)
В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C3), тетрозы (C4), пентозы (C5), гексозы (C6), гептозы (C7).
Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются, прежде всего, альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.
Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.
При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.
Циклические структуры пентоз и гексоз - обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.
Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.
Олигосахариды
При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.
К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.
Полисахариды
Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров - простых сахаров и их производных.
Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором - гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.
Наиболее важными полисахаридами являются следующие.
Целлюлоза - линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками в-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-40 % целлюлозы.
Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.
Крахмал и гликоген . Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.
Хитин образован молекулами в-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH3. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки. Хитин - основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.
Краткая характеристика эколого-биологической роли углеводов
Обобщая рассмотренный выше материал, относящийся к характеристике углеводов, можно сделать следующие выводы об их эколого-биологической роли.
1. Они выполняют строительную функцию, как в клетках, так и в организме в целом за счет того, что входят в состав структур, образующих клетки и ткани (особенно это характерно для растений и грибов), например, клеточные оболочки, различные мембраны и т. д., кроме того, углеводы участвуют в образовании биологически необходимых веществ, образующих ряд структур, например в образовании нуклеиновых кислот, составляющих основу хромосом; углеводы входят в состав сложных белков - гликопротеидов, имеющих определенное значение в формировании клеточных структур и межклеточного вещества.
2. Важнейшей функцией углеводов является трофическая функция, состоящая в том, что многие из них являются продуктами питания гетеротрофных организмов (глюкоза, фруктоза, крахмал, сахароза, мальтоза, лактоза и др.). Эти вещества в комплексе с другими соединениями образуют пищевые продукты, используемые человеком (различные крупы; плоды и семена отдельных растений, включающие в свой состав углеводы, являются кормом для птиц, а моносахара, вступая в цикл различных превращений, способствуют образованию как собственных углеводов, характерных для данного организма, так и других органо-биохимических соединений (жиров, аминокислот (но не их белков), нуклеиновых кислот и т. д.).
3. Для углеводов характерна и энергетическая функция, состоящая в том, что моносахара (в частности глюкоза) в организмах легко окисляются (конечным продуктом окисления является СO2 и Н2O), при этом происходит выделение большого количества энергии, сопровождающееся синтезом АТФ.
4. Им присуща и защитная функция, состоящая в том, что из углеводов возникают структуры (и определенные органоиды в клетке), защищающие или клетку, или организм в целом от различных повреждений, в том числе и механических (например, хитиновые покровы насекомых, образующие внешний скелет, оболочки клеток растений и многих грибов, включающих целлюлозу и т. д.).
5. Большую роль играют механическая и формообразующая функции углеводов, представляющие собой способность структур, образованных либо углеводами, либо в сочетании их с другими соединениями, придавать организму определенную форму и делать их механически прочными; так, клеточные оболочки механической ткани и сосудов ксилемы создают каркас (внутренний скелет) древесных, кустарниковых и травянистых растений, хитином образован внешний скелет насекомых и т. д.
Краткая характеристика обмена углеводов в гетеротрофном организме (на примере организма человека)
Важную роль в понимании процессов обмена веществ играет знание о превращениях, которым подвергаются углеводы в гетеротрофных организмах. В организме человека этот процесс характеризуется приведенным ниже схематическим описанием.
Углеводы в составе пищи попадают в организм через ротовую полость. Моносахара в пищеварительной системе практически не подвергаются превращениям, дисахариды - гидролизуются до моносахаридов, а полисахариды подвергаются достаточно значительным превращениям (это относится к тем полисахаридам, которые организмом употребляются в пищу, а углеводы, не являющиеся пищевыми веществами, например, целлюлоза, некоторые пектины, удаляются из организма с каловыми массами).
В ротовой полости пища измельчается и гомогенизируется (становится более однородной, чем до попадания в нее). На пищу воздействует слюна, выделяемая слюнными железами. Она содержит фермент птиалин и имеет щелочную реакцию среды, за счет чего начинается первичный гидролиз полисахаридов, приводящий к образованию олигосахаридов (углеводов с небольшой величиной n).
Часть крахмала может превращаться даже в дисахариды, что можно заметить при длительном пережевывании хлеба (кислый черный хлеб становится сладким).
Пережеванная пища, обильно обработанная слюной и размельченная зубами, через пищевод в виде пищевого комка поступает в желудок, где подвергается воздействию желудочного сока с кислой реакцией среды, содержащего ферменты, воздействующие на белки и нуклеиновые кислоты. В желудке с углеводами практически ничего не происходит.
Затем пищевая кашица поступает в первый отдел кишечника (тонкий кишечник), начинающийся двенадцатиперстной кишкой. В нее поступает панкреатический сок (секрет поджелудочной железы), содержащий комплекс ферментов, способствующих и перевариванию углеводов. Углеводы превращаются в моносахариды, которые растворимы в воде и способны к всасыванию. Пищевые углеводы окончательно перевариваются в тонком кишечнике, а в той его части, где содержатся ворсинки, они всасываются в кровь и поступают в кровеносную систему.
С током крови моносахара разносятся к различным тканям и клеткам организма, но предварительно вся кровь проходит через печень (там она очищается от вредных продуктов обмена). В крови моносахара присутствуют преимущественно в виде альфа-глюкозы (но возможно наличие и других изомеров гексоз, например фруктозы).
Если глюкозы в крови меньше нормы, то часть гликогена, содержащегося в печени, гидролизуется до глюкозы. Избыточное содержание углеводов характеризует тяжелое заболевание человека - диабет.
Из крови моносахариды поступают в клетки, где большая их часть расходуется на окисление (в митохондриях), при котором синтезируется АТФ, содержащая энергию в «удобном» для организма виде. АТФ расходуется на различные процессы, которые требуют энергии (синтез нужных организму веществ, реализация физиологических и других процессов).
Часть углеводов пищи используется для синтеза углеводов данного организма, требующихся для формирования структур клетки, или соединений, необходимых для образования веществ других классов соединений (так из углеводов могут получиться жиры, нуклеиновые кислоты и т. д.). Способность углеводов превращаться в жиры является одной из причин возникновения ожирения - заболевания, влекущего за собой комплекс других заболеваний.
Следовательно, потребление избыточного количества углеводов вредно для человеческого организма, что необходимо учитывать при организации рационального питания.
В растительных организмах, являющихся автотрофами, обмен углеводов несколько иной. Углеводы (моносахара) синтезируются самим организмом из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии. Ди-, олиго- и полисахариды синтезируются из моносахаридов. Часть моносахаридов включается в синтез нуклеиновых кислот. Определенное количество моносахаридов (глюкозы) растительные организмы используют в процессах дыхания на окисление, при котором (как и в гетеротрофных организмах) синтезируется АТФ.
Гликолипиды и гликопротеины как структурно-функциональные компоненты клетки углеводов
Гликопротеины - это белки, содержащие олигосахаридные (гликановые) цепи, ковалентно присоединенные к полипептидной основе. Гликозаминогликаны представляют собой полисахариды, построенные из повторяющихся дисахаридных компонентов, которые обычно содержат аминосахара (глюкоза-мин или галактозамин в сульфированном или несульфированном виде) и уроновую кислоту (глюкуро-новую или идуроновую). Раньше гликозаминогликаны называли мукополисахаридами. Они обычно ковалентно связаны с белком; комплекс одного или более гликозаминогликанов с белком носит название протеогликана. Гликоконъюгаты и сложные углеводы-эквивалентные термины, обозначающие молекулы, которые содержат углеводные цепи (одну или более), ковалентно связанные с белком или липидом. К этому классу соединений относятся гликопротеины, протеогликаны и гликолипиды.
Биомедицинское значение
Почти все белки плазмы человека, кроме альбумина, представляют собой гликопротеины. Многие белки клеточных мембран содержат значительные количества углеводов. Вещества групп крови в ряде случаев оказываются гликопротеинами, иногда в этой роли выступают гликосфинголипиды. Некоторые гормоны (например, хорионический гонадотропин) имеют гликопротеиновую природу. В последнее время рак все чаще характеризуется как результат аномальной генной регуляции. Главная проблема онкологических заболеваний, метастазы, - феномен, при котором раковые клетки покидают место своего происхождения (например, молочную железу), переносятся с кровотоком в отдаленные части тела (например, в мозг) и неограниченно растут с катастрофическими последствиями для больного. Многие онкологи полагают, что метастазирование, по крайней мере частично, обусловлено изменениями в структуре гликоконъюгатов на поверности раковых клеток. В основе целого ряда заболевений (мукополисахаридозы) лежит недостаточная активность различных лизосомных ферментов, разрушающих отдельные гликоза-миногликаны; в результате один или несколько из них накапливаются в тканях, вызывая различные патологические признаки и симптомы. Одним из примеров таких состояний является синдром Хурлера.
Распространение и функции
Гликопротеины имеются у большинства организмов - от бактерий до человека. Многие вирусы животных также содержат гликопротеины, некоторые из этих вирусов интенсивно изучались, отчасти в силу удобства их использования для исследований.
Гликопротеины-это многочисленная группа белков с разнообразными функциями содержание в них углеводов варьирует от 1 до 85% и более (в единицах массы). Роль олигосахаридных цепей в функции гликопротеинов до сих пор точно не определена, несмотря на интенсивное изучение этого вопроса
Гликолипиды - сложные липиды, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами. В молекулах гликолипидов есть полярные «головы» (углевод) и неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот). Благодаря этому гликолипиды (вместе с фосфолипидами) входят в состав клеточных мембран.
Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.
Гликосфинголипиды, являющиеся компонентами наружного слоя плазматической мембраны, могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и контактах. Некоторые из них являются антигенами, например антиген Форссмана и вещества, определяющие группы крови системы АВ0. Сходные олигосахаридные цепи обнаружены и у других гликопротеинов плазматической мембраны. Ряд ганглиозидов функционирует в качестве рецепторов бактериальных токсинов (например, холерного токсина, который запускает процесс активации аденилатциклазы).
Гликолипиды в отличие от фосфолипидов не содержат остатков ортофосфорной кислоты. В их молекулах к диацилглицерину гликозидной связью присоединяются остатки галактозы или сульфоглюкозы
Наследственные нарушения обмена моносахаридов и дисахаридов
Галактоземия - наследственная патология обмена веществ, обусловленная недостаточностью активности ферментов, принимающих участие в метаболизме галактозы. Неспособность организма утилизировать галактозу приводит к тяжелым поражениям пищеварительной, зрительной и нервной системы детей в самом раннем возрасте. В педиатрии и генетике галактоземия относится к редким генетическим заболеваниям, встречающимся с частотой один случай на 10 000 - 50 000 новорожденных. Впервые клиника галактоземии была описана в 1908 году уребенка, страдавшего сильным истощением, гепато- и спленомегалией, галактозурией; при этом заболевание исчезло сразу после отмены молочного питания. Позднее, в 1956 г. ученый Герман Келкер определил, что в основе заболевания лежит нарушение метаболизма галактозы. Причины болезни Галактоземия является врожденной патологией, наследуемой по аутосомно-рецессивному типу, т. е. заболевание проявляется только в том случае, если ребенок наследует две копии дефектного гена от каждого из родителей. Лица, гетерозиготные по мутантному гену, являются носителями заболевания, однако у них тоже могут развиваться отдельные признаки галактоземии в легкой степени. Превращение галактозы в глюкозу (метаболический путь Лелуара) происходит при участии 3-х ферментов: галактоза-1-фосфатуридилтрансферазы (GALT), галактокиназы (GALK) и уридиндифосфат-галактозо-4-эпимеразы (GALE). В соответствии с дефицитом этих ферментов различают 1 (классический вариант), 2 и 3 тип галактоземии.Выделение трех типов галактоземии не совпадает с порядком действия ферментов в процессе метаболического пути Лелуара. Галактоза поступает в организм с пищей, а также образуется в кишечнике в процессе гидролиза дисахарида лактозы. Путь метаболизма галактозы начинается с ее превращения под действием фермента GALK в галактозо-1-фосфат. Затем при участии фермента GALT галактозо-1-фосфат преобразуется в УДФ-галактозу (уридилдифосфогалактозу). После этого с помощью GALE метаболит превращается в УДФ - глюкозу (уридилдифосфоглюкозу).При недостаточности одного из названных ферментов (GALK, GALT или GALE) концентрация галактозы в крови значительно повышается, в организме накапливаются промежуточные метаболиты галактозы, которые вызывают токсическое поражение различных органов: ЦНС, печени, почек, селезенки, кишечника, глаз и др. Нарушение метаболизма галактозы и составляет суть галактоземии. Наиболее часто в клинической практике встречается классический (1 тип) галактоземии, обусловленный дефектом фермента GALT и нарушением его активности. Ген, кодирующий синтез галактоза-1-фосфатуридилтрансферазы, находится воколоцентромерном участке 2-ой хромосомы. По тяжести клинического течения выделяют тяжелую, среднюю и легкую степени галактоземии. Первые клинические признаки галактоземии тяжелой степени развиваются очень рано, в первые дни жизни ребенка. Вскоре после кормления новорожденного грудным молоком или молочной смесью возникает рвота и расстройство стула (водянистый понос), нарастает интоксикация. Ребенок становится вялым, отказывается от груди или бутылочки; у него быстро прогрессируют гипотрофия и кахексия. Ребенка могут беспокоить метеоризм, кишечные колики, обильное отхождение газов.В процессе обследования ребенка с галактоземией неонатологом выявляется угасание рефлексов периода новорожденности. При галактоземии рано появляется стойкая желтуха различной степени выраженности и гепатомегалия, прогрессирует печеночная недостаточность. К 2-3 месяцу жизни возникают спленомегалия, цирроз печени, асцит. Нарушения процессов свертывания крови приводит к появлению кровоизлияний на коже и слизистых оболочках. Дети рано начинают отставать в психомоторном развитии, однако степень интеллектуальных нарушений при галактоземии не достигает такой тяжести, как при фенилкетонурии. К 1-2 месяцам у детей с галактоземией выявляется двусторонняя катаракта. Поражение почек при галактоземии сопровождается глюкозурией, протеинурией, гипераминоацидурией. В терминальной фазе галактоземии ребенок погибает от глубокого истощения, тяжелой печеночной недостаточности и наслоения вторичных инфекций. При галактоземии средней тяжести также отмечается рвота, желтуха, анемия, отставание в психомоторном развитии, гепатомегалия, катаракта, гипотрофия. Галактоземия легкой степени характеризуется отказом от груди, рвотой после приема молока, задержкой речевого развития, отставанием ребенка в массе и росте. Однако даже при легком течении галактоземии продукты обмена галактозы токсическим образом воздействуют на печень, приводя к ее хроническим заболеваниям.
Фруктоземия
Фруктоземия - это наследственное генетическое заболевание, заключающееся в непереносимости фруктозы (фруктового сахара, содержащегося во всех фруктах, ягодах и некоторых овощах, а также в мёде). При фруктоземии в организме человека мало или практически нет ферментов(энзимов, органических веществ белковой природы, ускоряющих химические реакции, происходящие в организме), принимающих участие в ращеплении и усвоении фруктозы. Заболевание, как правило, обнаруживается в первые недели и месяцы жизни ребенка или с того момента, когда ребенок начинает получать соки и пищу, содержащую фруктозу: сладкий чай, фруктовые соки, овощные и фруктовые пюре. Фруктоземия передается по аутосомно-рецессивному типу наследования (заболевание проявляется, если у обоих родителей есть заболевание). Мальчики и девочки болеют одинаково часто.
Причины болезни
В печени имеется недостаточное количество специального фермента (фруктозо-1-фосфат-альдолазы), который преобразовывает фруктозу. В результате продукты обмена (фруктозо-1-фосфат) накапливаются в организме (печени, почках, слизистых оболочках кишечника) и оказывают повреждающее действие. При этом установлено, что фруктозо-1-фосфат никогда не откладывается в клетках мозга и хрусталике глаза. Симптомы заболевания проявляются после употребления в пищу фруктов, овощей или ягод в любом виде (соки, нектары, пюре, свежие, замороженные или сушеные), а также мёда. Тяжесть проявления зависит от количества употребления продуктов.
Вялость, бледность кожных покровов. Повышенное потоотделение. Сонливость. Рвота. Диарея (частый объемный (большие порции) жидкий стул). Отвращение к сладкой пище. Гипотрофия (дефицит (недостаточность) массы тела) развивается постепенно. Увеличение размеров печени. Асцит (скопление жидкости в брюшной полости). Желтуха (пожелтение кожных покровов) - развивается иногда. Острая гипогликемия (состояние, при котором значительно снижается уровень глюкозы (сахара) в крови) может развиться при одномоментном употреблении большого количества продуктов, содержащих фруктозу. Характеризуется: Дрожанием конечностей; судорогами (приступообразными непроизвольными сокращениями мышц и крайней степенью их напряжения); Потерей сознания вплоть до комы (отсутствия сознания и реакции на любые раздражители; состояние представляет опасность для жизни человека).
Заключение
Значение углеводов в питании человека весьма велико. Они служат важнейшим источником энергии, обеспечивая до 50-70 % общей калорийности рациона.
Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их "сберегающего белок" действия. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50-60 г.
С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний: сахарный диабет, галактоземия, нарушение в системе депо гликогена, нетолерантность к молоку и т.д. Следует отметить, что в организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений вместе взятых Таким образом: углеводы играют огромную роль в жизни живых организмов на планете ученые считают, что примерно когда появилось первое соединение углевода, появилась и первая живая клетка.
Литература
1. Биохимия: учебник для вузов/ под ред. Е.С.Северина - 5-е изд., - 2009. - 768 с.
2. Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин «Биологическая химия».
3. П.А. Верболович «Практикум по органической, физической, коллоидной и биологической химии».
4. Ленинджер А. Основы биохимии // М.: Мир, 1985
5. Клиническая эндокринология. Руководство / Н. Т. Старкова. - издание 3-е, переработанное и дополненное. - Санкт-Петербург: Питер, 2002. - С. 209-213. - 576 с.
6. Детские болезни (том 2) - Шабалов Н.П. - учебник, Питер, 2011
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
Сахарный диабет (сахарная болезнь) — сложное расстройство обмена веществ в организме, при котором, в первую очередь, нарушается углеводный обмен. Наряду с этим нарушается и обмен жиров, белков, витаминов и воды.
Из этого определения следует, что начинать наше исследование необходимо с краткого рассмотрения обмена веществ вообще и особенно углеводного обмена в организме человека.
«Обмен веществ и энергии является основным свойством живой материи. Жизнедеятельность возможна лишь при беспрерывном поступлении энергии в организм и использовании им этой энергии.
Энергия необходима для деятельности всех систем и органов, даже если человек находится в полном покое. …Организм получает и использует энергию за счёт поступления с пищей органических веществ, богатых энергией, в процессе расщепления их до конечных продуктов.
Таким образом, обмен веществ заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их для нужд жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду» (А. В. Логинов, 1983).
«Обменом веществ называют всю совокупность реакций, происходящих в организме при его развитии, работе, а также в процессе расщепления тканей или пищи; эти реакции служат источником энергии» (Дж. Роут, 1966).
Обмен веществ начинается с поступления в организм питательных органических веществ, неорганических веществ (кислород воздуха и др.), витаминов и воды.
Питательные органические вещества не только обеспечивают организм необходимой для его жизнедеятельности энергией, но и дают необходимые исходные материалы для так называемых пластических процессов, т. е. обеспечивают построение клеточных структур.
Питательные вещества, поступающие в организм, состоят главным образом из больших, сложных молекул, которые не могут всасываться в пищеварительном тракте, т. к. не проходят через биологические мембраны. «Для того чтобы питательные вещества могли всосаться и затем использоваться организмом, эти молекулы должны быть расщеплены на более мелкие, относительно простые молекулы. Процесс, при котором происходит превращение сложных пищевых веществ в простые молекулы, называется пищеварением. В процессе пищеварения под действием гидролитических ферментов происходит гидролиз углеводов в моносахариды, жиров — в глицерин и жирные кислоты, белков — в аминокислоты» (Дж. Роут, 1966).
Получаемые в результате пищеварения вещества всасываются в кровь и лимфу. При прохождении глицерина и жирных кислот через кишечный эпителий происходит синтез из них специфических для человека жиров. Полученные из пищи водорастворимые простые молекулы попадают в кровь, а синтезированные в кишечном эпителии жиры попадают в лимфу и затем все эти вещества транспортируются кровью и лимфой к клеткам тканей и межклеточному веществу.
Углеводы, жиры (липиды) и белки представляют собой три главных типа пищевых веществ, необходимых для жизнедеятельности организма, и являются также основными составными частями организма.
Обмен веществ (метаболизм) и, в частности, обмен углеводов, жиров и белков в организме происходит в тесном взаимодействии. «Однако в метаболизме каждого из них имеются свои особенности и физиологическое значение их различно. Поэтому принято обмен тех или иных веществ рассматривать отдельно, хотя такое обособление в известной степени искусственно» (А. В. Логинов, 1983).
В основе сахарного диабета лежит расстройство углеводного обмена в организме.
Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире. Растительные вещества являются основным источником углеводов. Из углеводов состоит около 75% твердого вещества растений (70—80% массы сухого вещества клеток). «В животном организме на их долю приходится всего около 2% массы тела, однако и здесь их роль не менее важна» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле.
Углеводы составляют основную часть пищи млекопитающих. Углевод глюкоза является обязательным компонентом крови и тканей животных и непосредственным источником энергии для клеточных реакций.
К углеводам относятся простые сахара, дисахарид сахароза, полисахариды крахмал, клетчатка (целлюлоза), гликоген (животный крахмал).
Простые сахара глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар) и дисахарид сахароза (окончание «оза» обозначает «сахар») содержатся во многих фруктах и овощах. Много фруктозы содержится в мёде, сладкий вкус мёда обусловлен фруктозой.
Пищевой сахар, которым пользуются в домашнем хозяйстве, производят из сахарной свёклы или сахарного тростника. В процессе их переработки получают сахарозу; по химическому составу она является углеводом-дисахаридом, молекула которого состоит из молекулы глюкозы, химически присоединённой к молекуле фруктозы. Дисахарид состоит из двух моносахаридов, при соединении которых происходит выделение молекулы воды. Сахароза не содержит ни витаминов, ни минеральных солей, ни каких-либо иных биологически активных веществ, которые имеются практически во всех других продуктах питания растительного и животного происхождения.
Полисахариды — сложные углеводы, состоящие из многих молекул моносахаридов, поэтому их молекулярный вес очень высок. Они во многом отличаются от простых сахаров, не обладают сладким вкусом.
Углеводы в виде крахмала откладываются в запас растениями, в виде гликогена — в организме животных и человека. В организме человека углеводы откладываются в основном в печени, а также в скелетных мышцах, которые являются углеводными депо организма (гликоген растворим в воде, он найден в печени и скелетной мышечной ткани, а также в мышце сердца).
Крахмал и гликоген построены только из молекул глюкозы. При недостатке глюкозы гликоген быстро расщепляется и восстанавливает её нормальный уровень в крови.
Целлюлоза (клетчатка) образует опорные структуры растений, формирует основные структуры деревьев и растений, придающих им устойчивость. В растениях углеводы служат в основном опорным материалом. Клетчатка — самый распространённый на Земле углевод растений.
Углеводы в организме человека являются главным источником энергии, обеспечивая не менее 60% энергозатрат. «Для деятельности мозга, клеток крови, мозгового вещества почек практически вся энергия поставляется за счёт окисления глюкозы» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
«Важная роль углеводов в энергетических процессах связана с тем, что они способны быстро расщепляться и окисляться с выделением энергии, откладываться в депо и легко из него извлекаться и проникают в виде моносахаридов в кровь, тканевую жидкость и клетки. Использование организмом углеводов в качестве энергетического материала особенно выгодно в случаях экстренной потребности в энергии, например, при эмоциях, сильных мышечных усилиях и других состояниях» (А. В. Логинов, 1983).
Такова энергетическая функция углеводов в организме человека.
Пластическую функцию в организме человека углеводы выполняют, входя в состав биологических мембран и органоидов клеток, участвуя в образовании ферментов и т. д., а защитную функцию — входя непосредственно или в виде производных (мукополисахаридов и др.) в состав секретов (слизей), выделяемых различными железами. «Они защищают внутренние стенки полых органов желудочно-кишечного тракта, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
Регуляторную функцию углеводов в организме человека связывают с клетчаткой. Этот полисахарид нерастворим в воде, практически не поддается действию ферментов, присутствующих в пищеварительном тракте человека. Но пища человека содержит значительное количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, активируя таким образом перистальтику, моторику желудка и кишечника, создаёт ощущение сытости.
«Отдельные углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, образовании антител, обеспечении специфичности групп крови и т. д.». Эту функцию углеводов в организме именуют специфической.
«Суточная потребность в углеводах для человека составляет в среднем 400—450 г с учётом возраста, рода трудовой деятельности, пола и некоторых других факторов» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
Наиболее богаты углеводами в пище человека сахар, сладости, хлеб, хлебопродукты, крупы и крупяные изделия, картофель. Углеводы всех этих разных продуктов превращаются в кишечнике в глюкозу, которая, в свою очередь, при усвоении клетками тканей окисляется, т. е. распадается до углекислого газа и воды. Процесс окисления углеводов в тканях сопровождается освобождением энергии, которая используется для жизнедеятельности организма.
Простейшие углеводы называют моносахаридами или простыми сахарами. Моносахариды состоят из одной молекулы сахара и представляют собой твёрдые кристаллические вещества, растворимые в воде и сладкие на вкус. Моносахариды гидролизу не подвергаются и, таким образом, являются элементарными составными частицами всех других углеводов.
«Три важнейших моносахарида — глюкоза, фруктоза и галактоза — главные конечные продукты переваривания углеводов. Эти моносахариды поступают в кровь и с током крови, через воротную вену, попадают в печень».
Галактоза в природных условиях в свободном виде не встречается, этот сахар вместе с глюкозой образует дисахарид лактозу (молочный сахар). Лактоза синтезируется в молочных железах животных в период лактации из глюкозы крови.
Глюкозу иногда называют также декстрозой (виноградным сахаром), а фруктозу — левулёзой (фруктовым сахаром).
Из известных сахаров самый сладкий — фруктоза. Его сладость вдвое превосходит сладость глюкозы и в пять раз — галактозы. Глюкоза по сладости занимает третье место, уступая в этом отношении только фруктозе и сахарозе.
Фруктоза примерно в 2 раза медленнее всасывается из кишечника по сравнению с глюкозой.
В данном материале нам предстоит полностью разобраться с такой информацией, как:
Углеводы (их еще называют сахаридами) представляют собой органические соединения природного происхождения, которые в большинстве своем встречаются в мире растительном. Образуются они в растениях в процессе фотосинтеза и встречаются практически в любой растительной пище. В состав углеводов входит углерод, кислород и водород. В человеческий организм углеводы поступают в основном с пищей (содержатся в крупах, фруктах, овощах, бобовых и прочих продуктах), также вырабатываются из некоторых кислот и жиров.
Углеводы являются не только главным источником энергии человека, но выполняют и ряд других функций:
Конечно, если рассматривать углеводы исключительно с точки зрения наращивания мышечной массы, то они выступают в качестве доступного источника энергии. В целом же, в организме энергетический запас содержится в жировых депо (порядка 80%), в белковых - 18%, а на углеводы приходится только 2%.
Важно : углеводы накапливаются в организме человека в соединении с водой (1г углеводов требует 4г воды). А вот жировым отложениям вода не требуется, поэтому накапливать их проще, а после - использовать в качестве резервного источника энергии.
Все углеводы можно разделить на два вида (см. изображение): простые (моносахариды и дисахариды) и сложные (олигосахариды, полисахариды, клетчатка).
В них содержится одна сахарная группа, например: глюкоза, фруктора, галактоза. А теперь о каждой более подробно.
Глюкоза - является основным «топливом» человеческого организма и поставляет энергию к головному мозгу. Также она принимает участие в процессе образования гликогена, а для нормального функционирования эритроцитов необходимо порядка 40г глюкозы в сутки. Вместе с пищей человек потребляет около 18г, а суточная доза составляет 140г (необходимо для правильной работы центральной нервной системы).
Возникает закономерный вопрос, откуда тогда организм черпает необходимое количество глюкозы для своей работы? Обо всем по порядку. В человеческом организме все продумано до мелочей, а запасы глюкозы хранятся в виде соединений гликогена. И как только тело требует «дозаправки», часть молекул расщепляется и используется.
Уровень глюкозы в крови - величина относительно постоянная и регулируется специальным гормоном (инсулином). Как только человек потребляет много углеводов, а уровень глюкозы резко возрастает, принимает за работу инсулин, который понижает количество до необходимого уровня. И можете не переживать о порции съеденных углеводов, в кровь будет поступать ровно столько, сколько требует организм (за счет работы инсулина).
Богаты глюкозой такие продукты, как:
Важно : сладость глюкозы достигает отметки в 74 единицы, а сахарозы - 100 единиц.
Фруктоза представляет собой сахар природного происхождения, который содержится в овощах и фруктах. Но важно помнить, что употребление фруктозы в больших количествах не только не приносит пользы, но также наносит вред. Огромные порции фруктозы попадают в кишечник и вызывают повышенную секрецию инсулина. А если сейчас вы не занимаетесь активными физическими нагрузками, то вся глюкоза сохраняется в виде жировых отложений. Главными источниками фруктозы являются такие продукты, как:
Фруктоза намного слаще глюкозы (в 2.5 раза), но несмотря на это, она не разрушает зубы и не вызывает кариес. Галактоза в свободном виде практически нигде не встречается, а чаще всего является компонентом молочного сахара, именуемого лактозой.
В состав дисахаридов всегда входят простые сахара (в количестве 2х молекул) и одна молекула глюкозы (сахароза, мальтоза, лактоза). Давайте рассмотрим более подробно каждую из них.
Сахароза состоит из молекул фруктозы и глюкозы. Чаще всего она встречается в быту в виде обычного сахара, который мы используем во время готовки и просто кладем в чай. Так вот именно этот сахар и откладывается в прослойку подкожного жира, поэтому не стоит увлекаться с потребляемым количеством, даже в чае. Основными источниками сахарозы является сахар и свекла, сливы и варенье, мороженое и мед.
Мальтоза представляет собой соединение 2х молекул глюкозы, которые в большом количестве содержатся в таких продуктах, как: пиво, молод, мед, патока, любые кондитерские изделия. Лактоза же в основном содержится в продуктах молочных, а в кишечнике расщепляется и превращается в галактозу и глюкозу. Больше всего лактозы содержится в молоке, твороге, кефире.
Вот мы и разобрались с простыми углеводами, самое время переходить к сложным.
Все сложные углеводы можно разделить на две категории:
Крахмал представляет собой основной источник углеводов, что лежит в основе пирамиды питания. Больше всего его содержится в зерновых культурах, в бобовых и картофеле. Главные источники крахмала - это гречневая, овсяная, перловая крупа, а также чечевица и горох.
Важно : используйте в своем рационе запеченный картофель, в котором содержится большое количество калия и других минералов. Это особенно важно, поскольку во время варки молекулы крахмала разбухают и уменьшают полезную ценность продукта. То есть вначале продукт может содержать 70%, а после варки может и 20% не остаться.
Клетчатка играет очень важную роль в работе человеческого организма. С ее помощью нормализируется работа кишечника и всего желудочно-кишечного тракта в целом. Также она создает необходимую питательную среду для развития важных микроорганизмов в кишечнике. Организм практически не переваривает клетчатку, зато обеспечивает ощущение быстрого насыщения. Овощи, фрукты и хлеб грубого помола (в которых большое содержание клетчатки) используются для профилактики ожирения (поскольку быстро вызывают чувство сытости).
А теперь перейдем к другим процессам, связанным с углеводами.
Запасы углеводов в человеческом организме расположены в мышцах (находится 2/3 от общего количества), а остальное - в печени. Всего запаса хватает всего на 12-18 часов. И если не пополнить запасы, то организм начинает испытывать нехватку, и синтезирует необходимые ему вещества из белков и промежуточных продуктов обмена. В результате запасы гликогена в печени могут существенно истощиться, что станет причиной отложения жиров в ее клетках.
По ошибке многие худеющие для более «эффективного» результата существенно урезают количество потребляемых углеводов, надеясь, что организм будет расходовать запасы жира. На самом же деле, первыми «в расход» идут белки, и только потом жировые отложения. Важно помнить о том, что большое количество углеводов приведет к быстрому набору массы только в том случае, если они поступают в организм большими порциями (а также они должны быть быстро усваиваемыми).
Метаболизм углеводов зависит от того, сколько глюкозы находится в кровеносной системе и делится на три типа процессов:
Раним утром (после пробуждения) запасы глюкозы в крови резко падают по простой причине - отсутствие подпитки в виде фруктов, овощей и прочих продуктов, что содержат глюкозу. Организм подпитывается и собственными силами, 75% которых осуществляется в процессе гликолиза, а 25% приходится на гликонеогенез. То есть получается, что утреннее время считается оптимальным для того, чтобы использовать в качестве источника энергии имеющиеся запасы жира. А еще прибавить к этому легкие кардионагрузки, то можно избавиться от нескольких лишних килограммов.
Теперь мы наконец-то переходим к практической части вопроса, а именно: какие углеводы полезны для атлетов, а также в каких оптимальных количествах их нужно потреблять.
Если вести речь об углеводах, нельзя не упомянуть такой термин, как «гликемический индекс» - то есть скорость, с которой усваиваются углеводы. Он является показателем того, с какой скоростью тот или иной продукт способен увеличить количество глюкозы в крови. Самый большой гликемический индекс равен 100 и относится к самой глюкозе. Организм же после потребления пищи с большим гликемическим индексом, начинает запасать калории и откладывает жировые отложения под кожей. Так что все продукты с высокими показателями ГИ - верные спутники того, чтобы стремительно набирать лишние килограммы.
Продукты же с низким показателем ГИ - источник углеводов, который длительное время, постоянно и равномерно подпитывает организм и обеспечивает планомерное поступление глюкозы в кровь. С их помощью можно максимально правильно настроить организм на длительное ощущение сытости, а также подготовить тело к активным физическим нагрузкам в зале. Существуют даже специальные таблицы для продуктов питания, в которых указан гликемический индекс (см. изображение).
Вот и наступил момент, когда мы разберемся, сколько же углеводов нужно потреблять в граммах. Логично предположить, что занятия бодибилдингом - весьма затратный в плане энергии процесс. Поэтому если вы хотите, чтобы качество тренировок не страдало, нужно обеспечивать свой организм достаточным количеством «медленных» углеводов (порядка 60-65%).
Важно помнить, что опускаться ниже планки в 100г в сутки не нужно, а также иметь еще в запасе 25-30г, которые приходятся на клетчатку.
Помните и о том, что обычный человек в сутки потребляет порядка 250-300г углеводов. Для тех же, кто занимается в зале с отягощениями, суточная норма увеличивается и доходит до 450-550г. Но их еще нужно правильно употребить, да и в нужное время (в первой половине дня). Почему нужно делать именно так? Схема проста: в первой половине дня (после сна) организм накапливает углеводы для того, чтобы «подпитать» ими свое тело (что нужно для мышечного гликогена). Оставшееся время (после 12 часов) углеводы спокойно откладываются в виде жировой прослойки. Так что придерживайтесь правила: утром больше, вечером - меньше. После тренировок важно придерживаться правил белково-углеводного окна.
Важно : белково-углеводное окно - непродолжительный отрезок времени, в течение которого человеческий организм становится способным усвоить повышенное количество нутриентов (расходуются на восстановление запасов энергии и мышц).
Уже стало понятно, что организму необходимо постоянно получать подпитку в виде «правильных» углеводов. А чтобы разобраться с количественными значениями, рассмотрим приведенную ниже таблицу.
В понятие «правильных» углеводов входят те вещества, что имеют высокую биологическую ценность (количество углеводов/100 гр. продукта) и низкий гликемический индекс. В их число входят такие продукты, как:
Именно такие продукты должны в обязательном порядке присутствовать в вашем рационе.
Самое подходящее время, чтобы употребить дозу углеводов является:
Причем, каждый из периодов важен и среди них нет более или менее подходящего. Также утром, кроме полезных и медленных углеводов можно съесть что-нибудь сладкое (небольшое количество быстрых углеводов).
Перед тем, как отправиться на тренировку (за 2-3 часа), нужно подпитать организм углеводами со средними показателями гликемического индекса. Например, съесть макароны или кукурузную/рисовую кашу. Это обеспечит необходимый запас энергии для мышц и мозга.
Во время занятий в зале можно использовать промежуточное питание, то есть употреблять напитки с содержанием углеводов (каждый 20 минут по 200мл). От этого будет двойная польза:
После тренировки лучше всего принять насыщенный белково-углеводный коктейль, а спустя 1-1.5 часа после завершения тренинга плотно поесть. Лучше всего для этого подойдет гречневая или перловая каша или же картофель.
Теперь самое время поговорить о том, какую роль играют углеводы в процессе наращивания мышечной массы.
Принято считать, что только белки являются строительным материалом для мышц и лишь их нужно потреблять для того, чтобы наращивать мышечную массу. На самом же деле, это не совсем так. Более того, углеводы не только помогают в наращивании мышц, они могут помочь в борьбе с лишними килограммами. Но все это возможно только в том случае, если их правильно потреблять.
Важно : для того, чтобы в теле появилось 0.5 кг мышц, нужно сжечь 2500 калорий. Естественно, что белки такого количества обеспечить не могут, поэтому на помощь как раз и приходят углеводы. Они предоставляют необходимую энергию организму и защищают белки от разрушений, позволяя им выступать в качестве строительного материала для мышц. Также углеводы способствуют быстрому сжиганию жира. Получается это за счет того, что достаточное количество углеводов способствует расходу жировых клеток, которые постоянно сжигаются в процессе нагрузки.
Нужно помнить и о том, что в зависимости от уровня натренированности атлета, его мышцы могут хранить больший запас гликогена. Чтобы наращивать мышечную массу, нужно принимать по 7г углеводов на каждый килограмм тела. Не забывайте и о том, если вы стали принимать большее количество углеводов, то интенсивность нагрузки нужно также увеличивать.
Чтобы вы уже полностью разобрались со всеми характеристиками нутриентов и поняли, чего и сколько нужно потреблять (в зависимости от возраста, физической активности и пола), внимательно изучите приведенную ниже таблицу.
Чтобы эффективность тренировок всегда была на высоте, а у вас было много сил и энергии для этого, важно придерживаться определенных правил:
Если придерживаться этих простых правил, то энергии у вас заметно прибавится, а результативность тренировок возрастет.
В качестве итога хочется сказать, что подходить к тренировкам нужно осмысленно и со знанием дела. То есть нужно запоминать не только, какие упражнения, как их делать и по сколько подходов. Но также уделять внимание питанию, помнить о белках, жирах, углеводах и воде. Ведь именно совокупность правильных тренировок и качественное питание позволит быстрее достичь намеченной цели - красивое атлетичное тело. Продукты должны быть не просто набором, а средством достижения необходимого результата. Так что думайте не только в зале, но и во время питания.
Понравилось? - Расскажи друзьям!
