Общая характеристика и классификация углеводов.

Углеводами называют вещества с общей формулой Сn(H₂O)_m, где п и т могут иметь разные значения. Само название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих вешеств 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 входят в состав клеток всех других организмов. В животной клетке содержится I-2% углеводов, в растительных в некоторых случаях – 85-90%.

Выделяют три группы углеводов: моносахариды, или простые сахара; олигосахариды (греч. oligos - немногочисленный) - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров; полисахариды, состоящие более чем из 10 молекул простых Сахаров или их производных.

Моносахариды – это соединения, в основе которых лежит не-разветвленная углеродная цепочка, в которой при одном из атомов углерода находится карбонильная группа (С=0), а при всех остальных - по одной гидроксильной группе. В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (С₃), гетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆), гептозы (С₇). Примерами пентоз являются рибоза, дезоксирибоза, гексоз-глюкоза, фруктоза, галактоза.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, они сладкие на вкус. В водном растворе моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз - их обычные 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, например:

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар):

глюкоза + глюкоза = мальтоза
глюкоза + галактоза = лактоза
глюкоза + фруктоза = саxароза

Эти сахара называют также дисахаридами. Мальтоза образуется из крахмала в процессе его расщепления под действием ферментов амилаз. Лактоза содержится только в молоке. Сахароза наиболее распространена в растениях.

По своим свойствам дисахариды близки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды. Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) биополимеры, 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).

Полисахариды могут иметь линейную, неразветвленную структуру (целлюлоза) либо разветвленную (гликоген). 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 3-10 тыс. остатков P-D-тюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26-30% целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку железы желудочно-кишечного тракта не образуют фермента целлюлазы, расщепляющей целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, так как они придают пище грубую консистенцию, объемность и стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал (у растений) и гликоген (у животных, человека и грибов) являются основными запасными полисахаридами по ряду причин: будучи нерастворимыми в воде, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния, что важно при длительном нахождении их в живой клетке. Твердое, обезвоженное состояние полисахаридов способствует увеличению полезной массы продукта запаса за счет экономии объема, причем существенно уменьшается вероятность потребления этих продуктов болезнетворными бактериями, грибами и другими микроорганизмами. И наконец, при необходимости запасные полисахариды легко могут быть превращены в простые сахара путем гидролиза.

Хитин образован молекулами pVD-глюкозы, в которой гидроксильная 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.

Функции углеводов:

1. Энергетическая. Глюкоза - основной источник энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания. Крахмал и гликоген составляют энергетический запас в клетках.

2. Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин служит структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок многих грибов. Некоторые олигосахариды - составная часть цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеинов и гликолипидов), образующая гликокаликс. Пентозы участвуют в синтезе нуклеиновых кислот (рибоза входит в состав РНК, дезоксирибоза – в состав ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозо-дифосфат является акцептором СО₂ в темновой фазе фотосинтеза).

3. Защитная. У животных гепарин препятствует свертыванию крови, у растений камеди и слизи, образующиеся при повреждении тканей, выполняют защитную функцию.

Содержание сахаров и полисахаридов в сельскохозяйственной

Продукции.

Полисахариды - полимеры, мономерами которых служат моносахариды гексозы. Наиболее известными из дисахаридов (два мономера) являются сахароза и лактоза. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и гликоген, служащие запасными веществами клеток растений и животных, а также целлюлоза - важнейший структурный компонент растительных клеток.

Растения обладают большим разнообразием углеводов, чем животные, так как способны синтезировать их на свету в процессе фотосинтеза. Важнейшие функции углеводов в клетке: энергетическая, структурная и запасающая.

Энергетическая роль состоит в том, что углеводы служат источником энергии в растительных и животных клетках; структурная — клеточная стенка у растений почти полностью состоит из полисахарида целлюлозы; запасающая - крахмал служит запасным продуктом растений. Он накапливается в процессе фотосинтеза в вегетационный период и у ряда растений откладывается в клубнях, луковицах и т. д. В животных клетках эту роль выполняет гликоген, откладывающийся преимущественно в печени.

В питании человека и животных углеводы составляют основную массу пищи. За счет углеводов обеспечивается 1/2 суточной энергетической потребности пищевого рациона человека. Углеводы способствуют предохранению белка от трат на энергетические цели. В сутки взрослому человеку необходимо 400-500 г углеводов (в том числе крахмала – 350-400г, сахаров – 50-100 г, других углеводов – 25 г), которые должны поступать с пищевыми

продуктами. При тяжелой физической нагрузке потребность в углеводах возрастает. При избыточном введении в организм человека углеводы могут превращаться в жиры или откладываться в небольших количествах в печени и мышцах в виде животного крахмала - гликогена.

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

В пищеварительном тракте человека усваиваемые углеводы (за исключением моносахаридов) расщепляются под действием ферментов до моносахаридов, которые через стенки кишечника всасываются в кровь и разносятся по всему телу.

При избытке простых углеводов и отсутствии расхода энергии часть углеводов превращается в жир или откладывается в печени как запасной источник энергии на временное хранение в виде гликогена.

Неусваиваемые углеводы организмом человека не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют так называемые «пищевые волокна». Пищевые волокна стимулируют моторную функцию кишечника, препятствуют всасыванию холестерина, играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов, способствуют выведению из организма токсичных элементов. Суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г.

Животные продукты содержат мало углеводов, поэтому основным источником углеводов для человека служит растительная пища. Углеводы составляют три четверти сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах. В растениях углеводы накапливаются как запасные вещества (например, крахмал) или они грают роль опорного материала (клетчатка).

Содержание углеводов, г на 100 г продукта (крахмал, сахара, неусвояемые углеводы, всего): мука пшеничная - 67-68; 1, 7-1, 8; 0, 1-0, 2; 73-74; макароны - 62-69; 1, 7-4, 6; 0, 1-0, 2; 72-75; рис – 55; 3; 4-10; 63-64; гречка - 63-64; 2; 1-2; 67-68; кукуруза – 57; 2, 5-3, 0; 6-10; 67-70; яблоки - 0, 2; 14, 90; 1, 7; 11-17; персики - 15, 8; 1, 6; 17-18; виноград - 15, 6-24, 0; 1, 2; 17-25; лимоны - 2, 1; 1, 6; 3-4; земляника - 6, 5; 3, 0; 9-10; картофель - 14-25.

Главными усваиваемыми углеводами в питании человека являются крахмал и сахароза. На долю крахмала приходится примерно 80 % всех потребляемых человеком углеводов. Крахмал является главным энергетические ресурсом человека.

Источники крахмала – зерновые, бобовые, картофель. Моносахариды и олигосахариды присутствуют в зерновых в относительно малых количествах. Сахароза обычно поступает в организм человека с продуктами, в которые она добавляется (кондитерские изделия, напитки, мороженое).

Продукты с высоким содержанием сахара являются наименее ценными из всех углеводных продуктов. Известно, что необходимо увеличивать содержание в рационе пищевых волокон. Источником пищевых волокон являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Хлеб из цельного зерна с точки зрения содержания пищевых волокон гораздо более ценен, чем хлеб из муки высших сортов.

Углеводы плодов представлены в основном сахарозой, глюкозой, фруктозой, а также клетчаткой и пектиновыми веществами. Имеются продукты, состоящие почти из одних углеводов: крахмал, сахар, мед, карамель.

Животные продукты содержат значительно меньше углеводов, чем растительные. Одним из главнейших представителей животных крахмалов является гликоген. Мясной и печеночный гликоген своим строением похожи на крахмал. В молоке содержится лактоза: 4, 7 % - в коровьем, 6, 7 % - в человеческом.

Свойства углеводов и их превращения имеют большое значение при хранении и производстве пищевых продуктов. Так, во время хранения плодов и овощей происходит потеря массы в результате расхода углеводов на процессы дыхания. Превращения пектиновых веществ обуславливают изменение консистенции плодов.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: