2.4.1 Классификация углеводов и их функции в организме

Углеводы являются важными энергетическими компонентами пищи и представляют собой органические соединения, содержащие одновременно альдегидную или кето-группу и несколько спиртовых групп.

По химическому составу углеводы делятся на простые и сложные. К простым сахарам относят моносахариды (монозы C_nH_2nO_n,, содержат обычно 3–9 атомов углерода). К простым сахарам относятся глюкоза, фруктоза, ксилоза, арабиноза. Простые сахара не гидролизуются с образованием более простых углеводов. В зависимости от количества атомов углерода простые сахара делят еще на тетрозы, пентозы (C₅H₁₀O₅) и гексозы (C₆H₁₂O₆). Кроме того, все простые сахара разделяются на альдозы (глюкоза) и кетозы (фруктоза). Сложные углеводы гидролизуются с образованием более простых углеводов. Они в свою очередь делятся на олигосахариды (дисахариды (сахароза, мальтоза и лактоза), трисахарид (рафиноза), тетрасахарид (стахиоза)), сахароподобные низкомолекулярные вещества, растворимые в воде и высокомолекулярные несахароподобные полисахариды.

Среди олигосахаридов различают восстанавливающие и невосстанавливающие углеводы, а полисахариды разделяют на монополисахариды (состоят из остатков одного моносахарида) и гетерополисахариды. К полисахаридам относят гемицеллюлозы, крахмал, инулин (полисахарид, построенный из остатков D-фруктофуранозы), гликоген, целлюлозу, пектиновые вещества, декстраны и декстрины, которые состоят из различной длины цепочек тех или иных моносахаридов. С точки зрения функционального назначения полисахариды могут быть разделены на структурные и резервные полисахариды. Важным структурным полисахаридом является целлюлоза, а главные резервные полисахариды – и гликоген и крахмал (у животных и растений соответственно).

В состав олигосахаридов, полисахаридов входят моносахариды в циклической форме. Если связь между кольцами моносахаридов образована двумя гликозидными гидроксилами, то углевод может существовать только в одной форме (циклической), и, следовательно, не проявляет восстановительных свойств – невосстанавливающие сахара (крахмал, сахароза). Если в образовании связи участвует один гликозидный и один спиртовой гидроксилы, то сохраняется один гликозидный гидроксил и сахара являются восстанавливающими (мальтоза, лактоза).

Образование гликозидной связи

Моносахариды в растворе существуют в двух таутомерных формах: цепной и циклической (5-и членные кольца – фуранозы, 6-и членные – пиранозы). Циклические группы не содержат кето- и альдегидных групп. Для углеводов в цепной форме характерны реакции альдегидов (кетонов), в циклической форме – реакции спиртов, причем наиболее реакционноспособным является гликозидный гидроксил.

Пираноза Альдегидная форма Фураноза

-Гюкопираноза Альдегидная форма -Гюкопираноза

С точки зрения усвояемости в организме человека углеводы разделяют условно на две группы – усваиваемые организмом человека и неусваиваемые (их называют иногда «пищевые волокна»). К усваиваемым относятся глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, галактоза, латкоза и рафиноза, инулин, крахмал и декстрины, как продукты промежуточного гидролиза крахмала. К не усваиваемым углеводам обычно относятся целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин (эти три группы иногда объединяют под названием «грубые пищевые волокна»), пектиновые вещества, декстраны (их называют иногда «мягкие пищевые волокна»). К неусваиваемым углеводам относятся обычно также фитиновая кислота и лигнин – ароматический полимер неуглеводной природы.

Усвояемость углеводов зависит от наличия определенных ферментов в желудочно-кишечном тракте человека. Легче всего усваиваются фруктоза, глюкоза, сахароза, а также мальтоза и лактоза; несколько медленнее – крахмал (фермент – амилаза) и декстрины, так как они должны предварительно расщепиться до простых сахаров. Человек в отличие от жвачных животных не может использовать такие полисахариды, как гемицеллюлозы и целлюлозу, пектин. Однако может происходить частичное расщепление этих веществ под действием микроорганизмов в толстой кишке. Но в общем балансе получаемой человеком энергии доля этих веществ ничтожна (менее 1%) и ею обычно пренебрегают. Единственным нерасщепляемым и неусвояемым компонентом клеточных стенок является лигнин.

Углеводы содержатся главным образом в растительных продуктах. Животный полисахарид гликоген содержится в печени (до 10%) и в мышцах (до 1%).

Углеводы в питании человека играют очень важную роль и выполняют ряд функций в организме:

• Углеводы являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. В результате биологического окисления углеводов (а также жиров и, в меньшей степени, белков) в организме освобождается энергия, которая аккумулируется в виде богатого энергией соединения – аденозинтрифосфорной кислоты. При окислении 1 г углеводов, как уже отмечалось, образуется 4 ккал энергии.

• Углеводы выполняют пластическую функцию. Углеводы и их производные входят в состав разнообразных тканей и биологических жидкостей.

• Для углеводов характерна также регуляторная функция. Так, например, они противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров, а ощущение сладкого, воспринимаемого рецепторами языка, тонизирует центральную нервную систему.

• Некоторые углеводы и их производные обладают биологической активностью, выполняя в организме специализированные функции. Например, гепарин предотвращает свертывание крови в сосудах, гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную оболочку.

Запасы углеводов в организме человека очень ограничены: их содержание не превышает 1% массы тела. При интенсивной работе они быстро истощаются, поэтому углеводы должны поступать с пищей ежедневно.