Контрольные вопросы:
Дайте определение понятию «белки».
На какие группы делят белки по их функциям в организме?
Какова роль белков в питании человека?
Каковы рекомендуемые нормы белка в питании?
Каково рекомендуемое соотношение белков растительного и животного происхождения и как белки различного происхождения отличаются по своему аминокислотному составу?
Какие незаменимые аминокислоты вы знаете и какие аминокислоты могут стать незаменимыми?
Как определяют содержание общего азота в продуктах питания?
Как определяют аминокислотный состав белков?
Какие методы определения аминокислот вы знаете?
§ 2.4. Углеводы
Углеводы широко представлены в растениях и животных, где они выполняют как структурные, так и метаболические функции. В растениях в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза, которая далее запасается в виде крахмала или превращается в целлюлозу – структурную основу растений. Животные способны синтезировать ряд углеводов из жиров и белков, но большая часть углеводов поступает с пищей растительного происхождения.
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 CnH2nOn,, 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
Циклическая форма, у которой гликозидный гидроксил расположен по одну сторону (относительно плоскости кольца) с гидроксильными группами у атомов углерода С2 и С4 (у глюкозы) или С4 и С5 (у фруктозы), называется -формой. Если же эти гидроксильные группы расположены по разные стороны, то такая циклическая форма называется -формой. Принадлежность любой монозы к D- или L-ряду определяется по конфигурации ее последнего (считая от альдегидной группы в альдозах, а в кетозах – от того конца, к которому ближе кетонная группа) ассиметрического атома углерода. Справа – D, слева -L (как у глицеринового альдегида). Циклические - и - формы моноз имеют различные углы вращения плоскости поляризации. Водный раствор -D(+)-глюкоза вращает вправо на 112º, а -D(+)-глюкоза вращает в ту же сторону, но на 19º. Равновесная же концентрация этих аномеров имеет удельное вращение, равное +52,7º. Это значит, что в растворе происходит одновременное уменьшение величины вращения -D(+)-глюкозы и увеличение величины вращения -D(+)-глюкозы. Такое изменение оптической активности раствора моносахаридов во времени называется мутаротацией. Таким образом, в растворе аномеры переходят друг в друга с установлением подвижного равновесия. После установления такого равновесия в растворах D-глюкозы содержится 36% -D(+)-глюкозы и около 64% -D(+)-глюкозы (в основном глюкопиранозы). |
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.
Лигнин – природный разветвленный полимер. Молекулы лигнина построены главным образом из остатков замещенных фенолоспиртов. Лигнин скрепляет целлюлозные волокна растений, составляет основу клеточных стенок растений и вместе с целлюлозой определяет механическую прочность стволов и стеблей. Лигнин снижает проницаемость клеточных стенок для воды и питательных веществ; входит в состав почти всех растений (в древесине 20–30%). Лигнин не является полисахаридом, его разветвленные молекулы построены главным образом из остатков замещенных фенолоспиртов.
|
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.