Біологія вуглеводів для спеціальностей I
Чи корисні вуглеводи для вас? Людям, які бажають схуднути, часто кажуть, що вуглеводи для них шкідливі, і їх слід уникати. Деякі дієти повністю забороняють споживання вуглеводів, стверджуючи, що дієта з низьким вмістом вуглеводів допомагає людям швидше худнути. Однак вуглеводи протягом тисячоліть були важливою частиною раціону людини; артефакти давніх цивілізацій свідчать про наявність пшениці, рису та кукурудзи у місцях зберігання наших предків.
Вуглеводи слід доповнювати білками, вітамінами та жирами, щоб бути частиною добре збалансованої дієти. Калорійно грам вуглеводів забезпечує 4,3 Ккал. Для порівняння, жири забезпечують 9 Ккал/г, менш бажане співвідношення. Вуглеводи містять розчинні та нерозчинні елементи; нерозчинна частина відома як клітковина, яка в основному є целюлозою. Волокно має багато застосувань; він сприяє регулярному спорожненню кишечника, додаючи основну масу, і регулює швидкість споживання глюкози в крові. Клітковина також допомагає вивести надлишок холестерину з організму. Крім того, їжа, що містить цільні зерна та овочі, дає відчуття ситості. Як безпосереднє джерело енергії, глюкоза розщеплюється в процесі клітинного дихання, яке виробляє АТФ, енергетичну валюту клітини. Без споживання вуглеводів доступність “миттєвої енергії” буде зменшена.
Виключення з раціону вуглеводів - не найкращий спосіб схуднути. Низькокалорійна дієта, багата цільнозерновими продуктами, фруктами, овочами та нежирним м’ясом, разом з великою кількістю фізичних вправ і великою кількістю води, є більш розумним способом схуднення.
Мета навчання
- Розрізняють моносахариди, дисахариди та полісахариди
- Визначте кілька основних функцій вуглеводів
Більшість людей знайомі з вуглеводами, одним із видів макромолекул, особливо коли мова йде про те, що ми їмо. Щоб схуднути, деякі люди дотримуються дієти з низьким вмістом вуглеводів. На відміну від цього, спортсмени часто “навантажують вуглеводами” перед важливими змаганнями, щоб забезпечити їм достатньо енергії для змагань на високому рівні. Вуглеводи насправді є невід’ємною частиною нашого раціону; зерно, фрукти та овочі - все це природні джерела вуглеводів. Вуглеводи забезпечують організм енергією, особливо завдяки глюкозі, простому цукру, який є компонентом крохмалю та інгредієнтом багатьох основних продуктів харчування. Вуглеводи також виконують інші важливі функції у людей, тварин і рослин.
Молекулярні структури
Вуглеводи може бути представлена стехіометричною формулою (CH2O) n, де n - кількість вуглецю в молекулі. Іншими словами, відношення вуглецю до водню до кисню становить 1: 2: 1 у молекулах вуглеводів. Ця формула також пояснює походження терміна "вуглевод": компонентами є вуглець ("карбо"), а компонентами води (отже, "гідрат"). Вуглеводи класифікуються на три підтипи: моносахариди, дисахариди та полісахариди.
Моносахариди
Моносахариди (моно– = “один”; сахар– = “солодкий”) - це прості цукри, найпоширенішим з яких є глюкоза. У моносахаридах кількість вуглецю зазвичай коливається від трьох до семи. Більшість імен моносахаридів закінчуються суфіксом –оза. Якщо цукор має альдегідну групу (функціональна група зі структурою R-CHO), він відомий як альдоза, а якщо він має кетонову групу (функціональна група зі структурою RC (= O) R ′), відомий як кетоза. Залежно від кількості вуглеводнів у цукрі, вони також можуть бути відомі як триози (три вуглеці), пентози (п’ять вуглеводнів) та або гексози (шість вуглеводнів). Див. Рисунок 1 для ілюстрації моносахаридів.
Рисунок 1. Моносахариди класифікуються на основі положення їх карбонільної групи та кількості вуглецю в скелеті. Альдози мають карбонільну групу (позначену зеленим кольором) на кінці вуглецевого ланцюга, а кетози мають карбонільну групу в середині вуглецевого ланцюга. Тріози, пентози та гексози мають відповідно три, п’ять та шість карбонових кісток.
Хімічна формула глюкози - C6H12O6. У людини глюкоза є важливим джерелом енергії. Під час клітинного дихання енергія вивільняється з глюкози, і ця енергія використовується для утворення аденозинтрифосфату (АТФ). Рослини синтезують глюкозу з використанням вуглекислого газу та води, а глюкоза в свою чергу використовується для енергетичних потреб рослини. Надлишок глюкози часто зберігається у вигляді крохмалю, який катаболізується (розщеплення більших молекул клітинами) людьми та іншими тваринами, які харчуються рослинами.
Галактоза та фруктоза - інші поширені моносахариди - галактоза міститься в молочному цукрі, а фруктоза - у фруктовому цукрі. Хоча глюкоза, галактоза та фруктоза мають однакову хімічну формулу (C6H12O6), вони структурно та хімічно відрізняються (і відомі як ізомери) через різне розташування функціональних груп навколо асиметричного вуглецю; всі ці моносахариди мають більше одного асиметричного вуглецю (рис. 2).
Питання практики
Малюнок 2. Глюкоза, галактоза та фруктоза - усі гексози. Вони є структурними ізомерами, тобто вони мають однакову хімічну формулу (C6H12O6), але різне розташування атомів.
Що це за цукру, альдоза чи кетоза?
Моносахариди можуть існувати у вигляді лінійного ланцюга або у вигляді кільцеподібних молекул; у водних розчинах вони зазвичай містяться у кільцевих формах (рис. 3). Глюкоза у формі кільця може мати два різні розташування гідроксильної групи (-OH) навколо аномерного вуглецю (вуглець 1, який стає асиметричним у процесі утворення кільця). Якщо гідроксильна група знаходиться нижче вуглецю No 1 у цукрі, вона, як кажуть, знаходиться в положенні альфа (α), а якщо вона знаходиться вище площини, вона знаходиться в положенні бета (β).