Углеводы: биохимия, функции, строение
С точки зрения биохимии, углеводы — это класс органических соединений, содержащих одну карбонильную и несколько гидроксильных групп. Они широко представлены в организме человека и выполняют разнообразные жизненно необходимые функции. Они также являются компонентами пищи и составляют 50-55% суточного рациона человека.
Гипергликемия и тяжелое течение COVID-19сохранить документ >>
В материале найдете классификацию углеводов, функции, свойства.
Содержание
Биохимическая классификация углеводов
С точки зрения биохимии, по строению углеводы делятся на:
- простые (моносахариды);
- олигосахариды (дисахариды, трисахариды);
- сложные (полисахариды).
Моносахариды содержат альдегидную или кетогруппу и в зависимости от этого подразделяются на альдозы и кетозы. Другая классификация берет за основу количество углеродных атомов в молекуле и разделяет моносахариды на триозы, тетрозы, пентозы и гексозы.
Реагенты и медоборудование в эпоху санкций. Как лаборатории готовятся к вызовам – 2022
скачать
К моносахаридам относятся глюкоза, фруктоза, галактоза (все перечисленные относятся к гексозам), а также пентозы — рибоза и дезоксирибоза. Олигосахаридами являются дисахариды сахароза, мальтоза, лактоза (молочный сахар) и более крупные молекулы, включающие в себя до 10 мономеров.
Полисахариды разделяют на гомополисахариды, в цепочке которых одно и то же вещество повторяется многократно, и гетерополисахариды, состоящие из разных мономеров.
К гомополисахаридам относятся:
- целлюлоза;
- крахмал;
- гликоген;
- хитин.
Большинство гомополисахаридов являются полимерами глюкозы, соединенной различными способами. Реже мономером может выступать N-ацетилглюкозамин или иное вещество. Основной углевод пищи — крахмал, биохимически также является полимером глюкозы, соединенной при помощи -связей.
Примером гетерополисахаридов служат гликозаминогликаны — линейные молекулы, собранные из двух повторяющихся мономеров. Один из них — N-ацетилглюкозамин или N-ацетилгалактозамин, а другой — глюкуроновая или идуроновая кислота.
Представителями класса гликозаминогликанов являются гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин.
Гетерополисахариды также часто являются комбинированными соединениями: гликолипидами (цереброзиды, ганглиозиды) или гликопротеинами (гликозаминогликаны, интерфероны, иммуноглобулины).
Новые Правила проведения исследований
скачать
Функции
Биохимический функции углеводов следующие:
- структурная (целлюлоза образует стенки растительных клеток, хитин — панцирь ракообразных);
- энергетическая (1 грамм окисляется с выделением 17,6 кДж энергии);
- запасающая (гликоген — у человека, крахмал — у растений).
Биохимическая роль углеводов в организме человека не ограничивается перечисленными функциями. Гликолипиды являются компонентами нервной ткани и широко представлены в головном мозге. Гликопротеины выполняют антигенную (антигенраспознающие рецепторы на поверхности клеточных мембран) и иммунную (иммуноглобулины, интерфероны) функцию.
Гликозаминогликаны участвуют в образовании соединительной ткани. Среди них можно выделить:
- фибронектин (вещество, выделяемое фибробластами и обеспечивающее их подвижность в коже);
- хондроитинсульфат (основа хрящевой ткани);
- гиалуроновую кислоту (формирует межклеточный матрикс).
Межклеточный матрикс — не аморфное вещество, заполняющее пространство между клетками, как считалось раньше. Он играет важную роль в межклеточном взаимодействии. Углеводы межклеточного матрикса обеспечивают сообщение клеток между собой, и биохимию передачи межклеточных сигналов. Например, количество и молекулярный вес гиалуроновой кислоты регулирует деление клеток, метаболические процессы в них, синтез клетками про- или противовоспалительных интерлейкинов.
Биохимические свойства углеводов
Физико-химические свойства углеводов и особенности их биохимических взаимодействий зависят от структурных особенностей молекулы.
Моно- и олигосахариды хорошо растворимы в воде и нерастворимы в неполярных растворителях. Полисахариды в воде образуют гели или вязкие растворы. Эта способность агара и пектинов широко используется в кулинарии и пищевой промышленности. Нерастворимые в воде полисахариды (целлюлоза, хитин) образуют высокоупорядоченные надмолекулярные структуры.
Гиалуроновая кислота при взаимодействии с водой набухает и образует гель. Одна из ее функций в организме человека — удержание воды (1 молекула гиалуроновой кислоты способна связывать и удерживать до 500 молекул воды). Она принимает участие в образовании синовиальной жидкости, заполняющей суставы и препятствующей трению хрящей, формирует стекловидное тело глаза.
Строение и биохимические свойства углеводов тесно взаимосвязаны. Многие моно- и олигосахариды являются пищевыми субстратами для бактерий. Поэтому под воздействием ферментов дрожжей, лактобацилл и других микроорганизмов происходит сбраживание сахаров с образованием этанола или молочной кислоты.
Окислялась, сахариды превращаются в кислоты. Реакции восстановления приводят к образованию многоатомных спиртов. Сахара также подвержены алкилированию и ацилированию с образованием эфиров. Эфиры фосфорной кислоты имеют особое значение для всех живых существ, т.к. являются структурными компонентами молекул ДНК и РНК, АТФ и многих коферментов.
Участвуя в окислительно-восстановительных реакциях, сахариды могут образовывать соединения, отличающиеся по своим свойствам. Так, например, из глюкозы получают сахарозаменитель сорбит — сладкое вещество, нерасщепляемое ферментами организма человека.
Подборка полезных инструментов для врача КЛД
скачать
Биохимия углеводов пищи
С точки зрения биохимии переваривания, углеводы разделяются на простые и сложные. Простые — моно- и дисахариды начинают расщепляться в ротовой полости под действием фермента слюны амилазы, быстро всасываются в кровь и приводят к резкому скачку глюкозы в крови. Сложные (крахмал) — требуют большего времени для переваривания и не сопряжены со скачками уровня глюкозы.
Биохимия расщепления углеводов в пищеварительном тракте человека определяется их структурой. Так, крахмал, построенный из молекул глюкозы, соединенных -связями ферментируется пищеварительными соками, а целлюлоза, состоящая из молекул глюкозы, соединенных -связями, не ферментируется.
Неперевариваемые углеводы (клетчатка) получили название пищевых волокон. Они подразделяются на растворимые (инулин, пектины, альгинаты) и нерастворимые волокна (целлюлоза, лигнин). И те, и другие важны для правильной работы желудочно кишечного тракта. Растворимые волокна являются пробиотиком — пищевым субстратом для резидентной микрофлоры человека, а нерастворимые стимулируют перистальтику кишечника.
С точки зрения диетологии, потребление простых сахаров стоит ограничить (ВОЗ рекомендует не более 4% от суточной калорийности). Это касается в первую очередь продуктов с добавленным сахаром. Пищевые продукты, богатые глюкозой и фруктозой: мед, финики, виноград, дыня — ограничивают только при сахарном диабете и преддиабетном состоянии.
Крахмал и пищевые волокна, наоборот, составляют основу здорового рациона. Крахмал требует времени для переваривания, благодаря чему глюкоза из него высвобождается равномерно, и не приводит к резким скачкам сахара в крови. Пищевые источники сложных углеводов — хлеб, крупы, злаковые полезны с точки зрения биохимии. Особенно богаты крахмалом кукуруза, картофель, бананы.
Таким образом, углеводы являются неотъемлемой частью живых организмов, выполняя в них структурную, защитную и многие другие функции. Они входят в состав продуктов питания и составляют основу здорового меню.