§ 17. Вуглеводи та ліпіди

Зміст цього розділу охоплює питання обміну речовин і перетворення енергії, тому необхідно згадати особливості будови, властивості та біологічну роль органічних сполук. Розпочнемо з вуглеводів і ліпідів.

Будова, властивості та біологічна роль вуглеводів. Масова частка вуглеводів у живій природі більша, ніж інших органічних сполук. У клітинах тварин і грибів вуглеводи містяться в незначній кількості (близько 1 % сухої маси, у клітинах печінки та м’язів – до 5 %), натомість у рослинних клітинах їх вміст значно більший (60 90 %).

Вуглеводи утворюються переважно в результаті фотосинтезу. Гетеротрофні організми отримують вуглеводи з їжі або ж синтезують їх з інших органічних сполук (жирів, амінокислот тощо).

Вуглеводи – це органічні сполуки, у яких співвідношення атомів Карбону, Гідрогену, Оксигену здебільшого відповідає формулі (СН2O) , де n = 3 й більше.

Проте є вуглеводи, у яких це співвідношення дещо інше, а деякі містять також атоми Нітрогену, Фосфору чи Сульфуру. До вуглеводів належать моносахариди, олігосахариди й полісахариди.

Моносахариди – вуглеводи, які не розщеплюються на простіші вуглеводи, добре розчинні у воді, мають солодкий смак. Розглянемо будову молекули моносахаридів на прикладі глюкози. Її молекулярна формула С6Н12O6 (рис. 76).

Рис. 76. Будова молекули глюкози: а – структурна формула; б – масштабна модель

Поясніть значення глюкози у функціонуванні організму людини.

Моносахариди класифікують за кількістю атомів Карбону в їхніх молекулах. Найбільш важливими для живої природи є пентози (сполуки з п’ятьма атомами Карбону) та гексози (сполуки з шістьма атомами Карбону). Поширеними гексозами, окрім глюкози, є фруктоза та галактоза. З пентоз поширені рибоза та дезоксирибоза, залишки яких входять до складу мономерів нуклеїнових кислот. Моносахариди здатні сполучатися між собою за допомогою – ОН-груп. За таких умов утворюється хімічний зв’язок між двома залишками моносахаридів через атом Оксигену (-О-).

Олігосахариди та полісахариди складаються із залишків моносахаридів.

Олігосахариди – полімерні вуглеводи, у яких 2-10 моносахаридних ланок з’єднані ковалентними зв’язками. Наприклад, дисахариди утворені двома залишками моносахаридів (рис. 77). У природі поширені такі дисахариди: звичайний харчовий цукор – сахароза (складається із залишків глюкози й фруктози) та молочний цукор – лактоза (складається із залишків глюкози й галактози) (рис. 78).

У результаті взаємодії моносахаридів можуть формуватися ланцюжки в сотні й тисячі залишків – полісахариди. Ці сполуки погано розчинні у воді та не мають солодкого смаку. У природі поширені полісахариди, утворені із залишків глюкози: целюлоза, глікоген і крохмаль (пригадайте, це гомо- чи гетерополімери). Інший поширений у природі полісахарид – хітин – складається з нітрогеновмісних похідних глюкози.

Функції вуглеводів досить різноманітні. Енергетична функція зумовлена тим, що внаслідок повного розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж енергії. Частина цієї енергії забезпечує функціонування організму, а частина виділяється у вигляді теплоти. Найбільша кількість енергії вивільняється внаслідок окиснення вуглеводів киснем, проте розщеплення вуглеводів з виділенням енергії може відбуватися й за його відсутності.

Рис. 77. Схема утворення дисахариду на прикладі сахарози

Рис. 78. Будова молекули сахарози. Масштабна модель

Згадайте, як людина використовує сахарозу.

Це важливо для організмів, які існують в умовах нестачі або відсутності кисню (пригадайте таких тварин).

Полісахариди можуть накопичуватися в клітинах, тобто виконувати резервну функцію. У клітинах тварин і грибів накопичується глікоген, у клітинах рослин – крохмаль. Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що полісахариди входять до складу певних структур. Так, хітин формує зовнішній скелет членистоногих і міститься в клітинній стінці грибів, а целюлоза – у клітинній стінці рослин. Вуглеводи, пов’язані з білками та ліпідами, розташовуються ззовні плазматичної мембрани тваринної клітини та клітинної стінки бактерій. Особливі сполуки вуглеводів з білками (мукополісахариди) виконують в організмах хребетних тварин і людини функцію мастила – вони входять до складу рідини, що змащує поверхні суглобів та слизових оболонок.

Ланцюги полісахаридів можуть лінійно розташовуватися в просторі або ж розгалужуватися, що пов’язано з їхніми функціями. Ланцюги полісахаридів, які входять до складу клітинних стінок, з’єднуються численними зв’язками між собою, що забезпечує міцність і хімічну стійкість цих речовин. Натомість більшість полісахаридів, що є резервними речовинами тваринних і рослинних клітин, мають численні розгалужені ланцюги, унаслідок чого в клітині ці молекули швидко розщеплюються до глюкози в багатьох точках одночасно (рис. 79).

Будова, властивості та біологічна роль ліпідів. До складу кожної клітини організму входять ліпіди.

Ліпіди – це похідні жирних кислот і багатоатомних спиртів або альдегідів, які погано розчиняються у воді. Жирними кислотами є органічні кислоти з ланцюгом від чотирьох атомів Карбону, зазвичай нерозгалуженим. Деякі ліпіди мають дещо іншу будову.

Рис. 79. Будова полісахаридів

Проаналізуйте особливості будови крохмалю та целюлози.

Який з полісахаридів забезпечує структурну функцію, а який є резервною речовиною? Поясніть значення цих полісахаридів у життєдіяльності зображеного організму.

Ліпіди гідрофобні, але добре розчиняються в неполярних розчинниках: бензені, хлороформі, ацетоні. Велику групу ліпідів становлять жири. Жири – естери трьохатомного спирту гліцеролу й трьох залишків нерозгалужених жирних кислот (рис. 80). Одна з найважливіших функцій жирів – енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії – удвічі більше, ніж за повного розщеплення аналогічної кількості вуглеводів або білків. Резервна функція полягає в тому, що жири містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень – у клітинах жирової тканини, насіння соняшника тощо (рис. 81). Запаси жирів можуть використовуватись організмами як джерело енергії та як метаболічне джерело води (за окиснення 1 г жирів утворюється майже 1,1 мл води). Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин, жири захищають організм від дії різких змін температури, виконуючи теплоізоляційну функцію. Ця функція жирів зумовлена їхньою низькою теплопровідністю. Запаси жирів в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема вони захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Подібними до жирів за будовою сполуками є воски, шар яких вкриває листки та плоди наземних рослин, поверхню хітинового скелета багатьох членистоногих, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла. Окрему групу ліпідів утворюють стероїди. Найважливішим стероїдом організму тварин є холестерол – складова клітинних мембран, а також попередник для синтезу вітаміну D, гормонів надниркових і статевих залоз, які забезпечують регуляторну функцію. Поміж ліпідів є сполуки, що утворені в результаті взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (містять залишки ортофосфатної кислоти). Фосфоліпіди є основою біологічних мембран і виконують будівельну функцію.

Рис. 80. Будова молекули жиру

а – структурна формула б – масштабна модель

Рис. 81. Органічні речовини в насінні соняшника

Велика кількість ненасичених жирних кислот, що є важливим компонентом їжі людини, міститься в рослинних оліях – соняшниковій, оливковій, конопляній.

Проаналізуйте діаграму. Укажіть співвідношення органічних речовин у насінні соняшника.

1. Дайте означення понять вуглеводи й ліпіди.

2. Наведіть приклади вуглеводів.

3. Які речовини належать до ліпідів?

4. Схарактеризуйте біологічну роль вуглеводів і ліпідів.

5. Обґрунтуйте взаємозв’язок властивостей жирів та їхніх функцій.

6. На прикладі будови полісахаридів поясніть взаємозалежність будови та функції.

7. Порівняйте енергетичне та пластичне значення вуглеводів і ліпідів.

Кількість вуглеводів у продуктах

Не можна не відзначити, що в останні роки поширилася мода на правильне харчування.

У зв’язку з цим і кількість всіляких дієт, що гарантують здоров’я й стрункість фігури, просто вражає різноманітністю.

Дієвість і корисність багатьох з них вельми сумнівні, однак деякі все ж дозволяють досягти бажаного ефекту.

Особливо популярними і, не можна не відзначити, що ефективними для зниження ваги, є дієти, основний принцип яких – повне виключення або значне зниження споживання вуглеводів.

Але ж всі ми знаємо, що вуглеводи (іменовані так само «сахара») – це основне джерело енергії для нашого організму.

Крім того, ці елементи важливі для забезпечення нормального протікання багатьох фізіологічних процесів.

І ті, хто пробував дотримуватися безвуглеводної дієти, напевно, відзначали уповільнення розумових процесів, зниження концентрації, неуважність.

До того ж, такий режим харчування загрожує швидкою стомлюваністю і загальною слабкістю, перепадами настрою, дратівливістю, порушенням функцій печінки.

Таким чином, недолік сахаридів негативно впливає на здоров’я і самопочуття людини.

Однак не слід забувати, що надмірне споживання продуктів, багатих цукрами, може призвести не тільки до збільшення ваги, але і до захворювань шлунково-кишкового тракту, а також до розвитку цукрового діабету.

При наявності таких суперечливих характеристик, пропонуємо детальніше розібрати, що ж таке вуглеводи, так вони шкідливі і слід все-таки включати їх в свій раціон.

Що таке вуглеводи?

Отже, вуглеводи – це органічні сполуки, що є важливими складовими клітин всіх живих організмів, які дозволяють накопичувати енергію і беруть участь в обміні речовин.

Тобто, вони важливі для забезпечення нормальної життєдіяльності організму людини.

В основному ми отримуємо ці елементи з продуктів харчування.

Але не всі споживані сахариди благотворно впливають на наше здоров’я.

Види вуглеводів

В цілому, всі вуглеводи можна розділити на прості і складні.

Крім цього, іноді в окрему групу виділяють так звані волокнисті, до яких належать клітковина.

До простих (моносахаридам і дисахаридам) відносяться глюкоза, фруктоза, сахароза і лактоза.

Слід зазначити, що саме в глюкозу в процесі розпаду перетворюються всі цукру.

Складні (олігосахариди і полісахариди) – це крохмаль, глікоген, целюлоза.

Волокнисті вуглеводи – це харчові волокна, які не засвоюються. В основному вони містяться в овочах і фруктах.

«Погані» і «хороші» вуглеводи

Раніше багато дієтологи в залежності від швидкості розпаду сахаридів до глюкози відносили прості вуглеводи до швидким, а складні – до повільним.

На основі цього робився висновок, що прості вуглеводи шкідливі, а складні – корисні, адже прості в результаті швидкого розпаду швидше підвищують рівень цукру в крові, а чим вище рівень цукру, тим гірше і для нашого здоров’я, і для нашої фігури.

Однак це помилкове судження, адже кількість цукру не залежить від швидкості розпаду вуглеводів.

Доведено, що на рівень цукру впливає глікемічний індекс.

У свою чергу, ГІ цукрів залежить не тільки від їх простоти або складності.

Також важливо враховувати спосіб обробки продукту (чим глибше термічна обробка продукту, тим вище ГІ), кількість клітковини в ньому (високий вміст клітковини благотворно впливає на рівень цукру в крові) і кількість спожитих разом з вуглеводами білків (більше білка – менше рівень цукру).

Отже, можна зробити висновок, що не можна ділити сахариди на «погані» і «хороші».

Звичайно, система харчування, що включає більше овочів і круп (складних вуглеводів) корисніше, ніж вживання борошняних виробів, цукерок (простих вуглеводів).

Однак і складними вуглеводами можна істотно підвищити рівень цукру, якщо споживати їх в необмежених кількостях.

Тому краще дотримуватися рекомендованої норми споживання – 2-3 г на кожен кілограм маси тіла.

А також враховувати час споживання того чи іншого виду цукрів.

Простим найкраще віддавати перевагу після фізичного навантаження (тренування, важка фізична праця).

Продукти, що містять вуглеводи

В цілому, цукру містяться в більшості продуктів, які ми їмо.

Виняток становлять тварини і рослинні жири, м’ясо птиці, морепродукти.

Тепер давайте визначимося, які продукти містять в собі той або інший вид сахаридів.

Пропонуємо Вашій увазі таблицю, в якій вказано загальний список продуктів харчування, багатих вуглеводами.

Прості вуглеводи:

  • фрукти і ягоди: виноград, черешня, малина, полуниця, кавун, яблука, груші, дині і т. д.;
  • деякі овочі, наприклад, буряк, гарбуз, білокачанна капуста;
  • молочні продукти: молоко, кефір, йогурт, сметана, сир;
  • мед;
  • цукор;
  • кондитерські вироби та кондитерські вироби (цукерки, морозиво, джеми, торти, тістечка);
  • солодкі напої;
  • білий хліб.

Складні вуглеводи:

  • овочі: картопля, огірки, помідори, шпинат;
  • крупи, наприклад, перловка, гречка, бурий або дикий рис;
  • бобові: квасоля, горох, сочевиця;
  • макаронні вироби з твердих сортів пшениці;
  • горіхи;
  • у невеликій кількості містяться в м’ясі і печінці.
  • фрукти і ягоди (в т. ч. і сушені): яблука, сливи, родзинки, персики, чорниця, малина та інші;
  • овочі: солодка кукурудза, капуста, селера, цибуля, морква та інші;
  • зернові та макаронні вироби, наприклад, овес, коричневий рис, цільнозерновий хліб;
  • бобові;
  • горіхи;
  • насіння (лляні, гарбузові).

Чим цікавий в плані здоров’я такий фрукт як груша? Ця стаття допоможе Вам розібратися з цим питанням.

У нашому житті важливу роль відіграє корисний сніданок, яка користь від вівсяної каші на молоці, читайте в цій статті:#deletetag#/pitanie/pravilnoe-pitanie/polza-i-vred-ovsanoy-kashi.html

На замітку

Продукти, насичені вуглеводами:

  • цукор, випічка, кондитерські вироби, крупи (манна і гречана), джеми, мед, цукерки (дуже високий рівень вмісту сахаридів);
  • халва, деякі бобові (квасоля, горох), шоколад, хліб (високий рівень вмісту сахаридів).

Помірно насичені вуглеводами:

  • фрукти і овочі (середній рівень вмісту сахаридів);
  • молочні продукти, гриби, зелень (низький рівень вмісту сахаридів).

Продукти, що не містять вуглеводи:

В даній таблиці ми вкажемо частина продуктів, які не містять дане харчове речовина.

  • риба і морепродукти;
  • м’ясо птиці;
  • яйця;
  • рослинні олії та тваринні жири;
  • напої: вода, зелений або трав’яний чай.

Відео десерт

У цьому відео ми розглянемо прості і складні вуглеводи, а також глікемічний індекс.