Виды углеводов: моносахариды, дисахариды, полисахариды. В чем отличия

Что такое углеводы?

Углеводы – это органические вещества, основной источник энергии для вашего организма. Это один из трёх макронутриентов, жизненно необходимых вам. Два других — белки и жиры.

Типы углеводов:

1. Моносахариды — простейшие углеводы, которые не распадаются до ещё более простых. Например, глюкоза, фруктоза.
2. Олигосахариды — более сложные соединения, построенные из нескольких ( до 10) остатков моносахаридов. Например, раффиноза свёклы.
3. Дисахариды — сложные соединения, построенные из 2 остатков моносахаридов. Например, свекловичный или тростниковый сахар, лактоза (молочный сахар).
4. Полисахариды — сложные соединения, образованные из большого количества остатков глюкозы. Они делятся на перевариваемые (крахмал) и не перевариваемые (клетчатка). Клетчатка, благодаря своим свойствам, оказывает полезное действие на весь организм в целом. Способствует профилактике многих заболеваний, вплоть до рака.

Классификация углеводов

Углеводы существуют в нескольких формах: моносахаридов, олигосахаридов (в том числе дисахаридов) и полисахаридов.

Углеводы моносахариды

Самые простые углеводы – моносахариды (греч. μόνος «единственный», лат. saccharum «сахар»), или простые сахара. Могут включать от 3 атомов углерода, но те, что играют роль в запасе энергии, содержат 6 атомов углерода: C6H12O6 или (CH2O)6.

Свойства моносахаридов:

• бесцветность;
• твёрдость кристаллической решётки;
• хорошая растворимость в воде;
• способность к кристаллизации;
• сладкий вкус,
• представление в форме α и β-изомеров.

По количеству атомов углерода в составе молекул, моносахариды делятся на несколько групп:

• триозы (C3),
• тетрозы (C4),
• пентозы (C5),
• гексозы (C6),
• гептозы (C7).

Важнейшими из них являются пентозы и гексозы.

Из тетроз важной является эритроза – один из промежуточных продуктов фотосинтеза растений.

Широко распространены в живом мире пентозы (пятиуглеродные сахара). Эта группа углеводов включает такие важные вещества как рибоза (C5H10O4) и дезоксирибоза (C5H10O5) – сахара, входящие в состав нуклеотидов – мономеров нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Дезоксирибоза отличается от рибозы тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу.

Из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза. Это стериоизомеры с общей формулой C6H12O6.

Глюкоза – виноградный сахар, в свободном состоянии встречается как в растениях, так и в организмах животных. В зависимости от ориентации карбонильной группы (C = O) при замкнутом кольце, глюкоза может существовать в двух различных формах: альфа (α) и бета (β). У α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца при первом атоме углерода, а у β-глюкозы над плоскостью. Глюкоза — это:

• важнейший источник энергии для всех видов работ в клетке;
• мономер многих олиго- и полисахаридов;
• необходимый компонент крови. Снижение её концентрации ведёт к нарушению работы нервных и мышечных клеток, что может сопровождаться судорогами и обмороком. Уровень содержания глюкозы в крови регулируется нервно-гуморальной системой;
• составная часть почти всех тканей и органов, там она регулирует осмотическое давление;
• помощник печени в выполнении барьерной роли против токсинов.

Фруктоза тоже очень распространена в природе. Отличается от глюкозы положением карбонильного углерода (C = O). Служит мономером олигосахаридов. Большая её часть находится в плодах, поэтому её ещё называют фруктовым сахаром. Много фруктозы в сахарной свёкле и мёде.

Путь её распада в организме короче, что имеет большое значение в питании больных сахарным диабетом, когда глюкоза слабо усваивается клетками.

Мёд, несмотря на многочисленные советы употреблять его вместо сахара, не является идеальным источником углеводов. Он содержит сахар в чистом виде.

Мёд образуется при ферментативном гидролизе цветочного нектара в пищеварительном тракте пчелы и содержит примерно равные количества свободных глюкозы, фруктозы и дисахарид сахарозу.

Сахар, приносящий пользу, находится в молодых овощах, ягодах, фруктах. Вредный для питания сахар – булочки, торты, пирожные, печенья, сладкие газировки, мороженое. В день в идеале можно съедать 50 г сладкого во время обеда или на полдник в качестве десерта.

Галактоза — пространственный изомер глюкозы, отличающийся только расположением гидроксильной группы и водорода около четвёртого атома углерода. Содержится в животных, растениях и некоторых микроорганизмах. Она входит в состав лактозы — молочного сахара, а также в состав некоторых полисахаридов, например лактулозы. В печени и в других органах галактоза превращается в глюкозу.

Различия в структуре этих изомеров влияют на их функции. Их можно различить уже на вкус: фруктоза, например, намного слаще глюкозы. От строения их кольца или цепи зависит и способность быть частью какого-либо полимера.

Углеводы олигосахариды

Олигосахариды (от греч. ὀλίγος — немногий) — углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до 10) молекулами моносахаридов. В зависимости от числа молекул моносахаридов, различают: дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т. д. Наиболее распространены среди них дисахариды. Свойства олигосахаридов:

• растворяются в воде;
• мало растворяются в низших спиртах;
• почти не растворяются в других обычных растворителях;
• белые или бесцветные;
• кристаллизуются, но не все, некоторые существуют в форме некристаллических сиропов;
• их сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов.

Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, называется гликозидной (тип ковалентной связи, реакция конденсации).

Углеводы дисахариды

В растениях и многих других организмах моносахариды трансформируется в дисахариды — транспортную форму, предназначенную для удобства перемещения внутри организма. В таком виде она труднее расщепляется и может быть доставлена в нужные места.

Дисахариды, образуется путём связывания двух моносахаридов (др. греч. δuο — два и σaκχαρον — сахар) гликозидной связью. Ферменты, способные разорвать эту связь присутствуют, как правило, только в тканях, которые используют глюкозу. Транспортные формы различаются в зависимости от того из каких моносахаридов состоят данные дисахариды. Кроме глюкозы они могут включать фруктозу и галактозу.

При соединении остатка глюкозы с её структурным изомером фруктозой образуется дисахарид сахароза (тростниковый, или свекловичный сахар). Сахароза — самая распространённая форма транспортных углеводов, которая хранится в клетках растений (в семенах, ягодах, корнях, клубнях, плодах). Играет важную роль в питании животных и человека. В растениях сахароза служит растворимым резервным углеводом, а также транспортной формой продуктов фотосинтеза, которая легко переносится по растению.

Это привычный нам бытовой сахар, который в промышленности вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10-18%) или сахарной свёклы (корнеплоды — до 20%).

Связывание глюкозы со стериоизомером галактозой приводит к появлению дисахарида лактозы, или молочного сахара. Она есть в молоке всех млекопитающих (2-8,5%), при её помощи звери и человек обеспечивают энергией своё потомство. Взрослые значительно уменьшают потребление молока, так как в их организме нет фермента, нужного для расщепления лактозы. Лактоза используется в микробиологической промышленности для приготовления питательной среды.

Мальтоза, или солодовый сахар — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Концентрируется в прорастающих семенах злаков, в томатах и нектаре некоторых растений. Это основной структурный элемент крахмала и гликогена. Мальтоза гидролизируется на две молекулы глюкозы под действием фермента мальтазы.

Углеводы полисахариды

Полисахариды — это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (нескольких десятков и более) молекул моносахаридов. Полисахариды (от греч. полис — много) могут включать остатки одинаковых или разных моносахаридов.

Свойства полисахаридов:

• не растворяются или плохо растворяются в воде;
• не образуют ясно оформленных кристаллов;
• не имеют сладкого вкуса.

Многие микроорганизмы легко разлагают до глюкозы крахмал, но большинство из них не способны переварить целлюлозу или другие полисахариды, такие как хитин. Эти углеводы могут усваиваться только некоторыми бактериями и протистами. Жвачные животные и термиты, к примеру, используют микроорганизмы для переваривания целлюлозы.

Даже при том, что эти сложные углеводы не очень легко усваиваемы, они важны для питания. Их называют пищевыми волокнами, так как они улучшают пищеварение и способствуют лучшей перистальтике кишечника. Основная функция пищевых волокон — способствовать всасыванию других питательных веществ.

Полисахариды различаются между собой составом мономеров, длиной и степенью разветвленности цепей. Они могут иметь линейную неразветвленную (целлюлоза, хитин), разветвленную (гликоген) и смешанную структуру (крахмал представляет собой смесь полисахаридов — примерно на 80 % (по массе) он состоит из разветвленного амилопектина и на 20 % из линейного полисахарида амилозы).

В функциональном отношении различают полисахариды резервного, структурного и защитного назначения. Типичные резервные полисахариды — крахмал и гликоген. К структурным полисахаридам относят целлюлозу (клетчатку). Защитную функцию у животных обеспечивают гепарин и гиалуроновая кислота.

Крахмал и гликоген

Крахмал и гликоген запасают метаболическую энергию.

Крахмал (C6H10O5)n — полимер, мономером которого является α-глюкоза. Состоит из смеси других полисахаридов — амилозы и амилопектина. Амилоза имеет вид длинной цепочки, связанной в спираль, именно такая конфигурация обеспечивает синюю окраску растворимого крахмала при добавлении йода. Амилопектин — древовидно разветвлённая цепь, он в присутствии йода окрашиваются в коричневый цвет. Крахмал — основной резервный углевод растений, являющийся одним из продуктов фотосинтеза. Накапливается в хлоропластах листьев, семенах, клубнях, корневищах, луковицах, откладывается в клетках в виде крахмальных зёрен в специальных органеллых — амилопластах. Содержание крахмала:

• в зерновках риса — до 86%;
• пшеницы — до 75%;
• в клубнях картофеля — до 25%.

Крахмал — основной углевод пищи человека, его расщепляет фермент амилаза. Крахмальные зёрна практически не растворяются в воде, но амилоза набухает при её нагревании, тогда как амилопектин не изменяется даже при очень длительном кипячении.

Гликоген (C6H10O5)n — полисахарид, состоящий из 30 000 остатков α-глюкозы. Его цепочки ветвятся сильнее, чем у крахмала. По типу ветвления он похож на компонент крахмала амилопектин, поэтому его часто называют животным крахмалом. Он не даёт синего окрашивания при контакте с йодом. Гликоген — это запасной углевод животных. Накапливается в печени (до 20%) и в мышцах (4%), в небольшом количестве он найден в почках, клетках мозга и лейкоцитах крови. Чаще всего используется как источник глюкозы для восполнения её запасов в крови. Есть гликоген и в клетках грибов, в том числе и дрожжей. В отличие от крахмала гликоген растворим при комнатной температуре.

Целлюлоза

Целлюлоза — полимер, в котором мономер глюкоза соединяется между собой по типу β. Это основной структурный полисахарид клеточной стенки растений, в нём аккумулируется около 50% всего углерода биосферы. Содержание целлюлозы в древесине — до 50%, в волокнах семян хлопчатника — до 98%.

Молекулы целлюлозы не ветвятся, а собираются в очень прочные волокна из параллельно уложенных цепочек, связанных в пучки водородными соединениями. Они нерастворимы в воде, внешне похожи на часть крахмала — амилозу, с одним отличием — цепи целлюлозы, соединённые по β типу в большинстве живых организмах не расщепляются, так как у них отсутствует нужный для этого фермент целлюлаза. Из-за того, что целлюлоза не может быть разорвана в пищеварительном тракте животных, она может работать как биологический структурный материал. Но некоторым жвачным, например, коровам, переваривать целлюлозу помогают симбиотические микроорганизмы.

Целлюлоза является пищей не только для коров, но и для грибов, микроорганизмов, некоторых протист и животных (термиты). Микроорганизмы, способные расщеплять целлюлозу, входят также в состав микрофлоры толстого кишечника человека.

Хитин

Хитин (фр. chitine, от др.-греч. χιτών: хитон — одежда, кожа, оболочка) — структурный полисахарид, найденный в кутикуле членистоногих и ряда других беспозвоночных (червей, кишечнополостных), клеточных оболочках некоторых грибов и протист. Кроме углерода, водорода и кислорода в его молекулах содержится азот (C8H13NO5)n, этим он отличается от целлюлозы. Состоит из остатков N-ацетилглюкозамина, связанных между собой β-гликозидными связями. Усваивать хитин способны немногие организмы, например некоторые бактерии. Но многие существа продуцируют фермент хитиназу, вероятно в качестве защиты от плесени.

Функции углеводов в организме человека

1. Роль углеводов велика. Попав в желудочно-кишечный тракт, они расщепляются до глюкозы, которая в свою очередь попадает внутрь клеток и используется организмом как источник энергии. При их недостатке для получения энергии распадаются белки и жиры, что приводит к накоплению токсичных кетонов в крови.
2. Они способны накапливаться в печени, скелетных мышцах, и других тканях в виде гликогена.
3. Принимают участие в синтезе многих веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности вашего организма. Например, сложных белков, компонентов иммунной системы и т. д.
4. Регулируют обмен белков и жиров.
5. Необходимы для нормальной деятельности сердца, печени, мышц и центральной нервной системы.

Сложные углеводы

Углеводы с низким гликемическим индексом (Сложные углеводы – это сложные соединения, состоящие из множества атомов. Поскольку организм человека умеет накапливать и расходовать исключительно глюкозу (довольно простой углевод), то сложные углеводы должны пройти предварительный процесс расщепления и это занимает некоторое время.

Сложные углеводы Сложные (или длинные) углеводы составляют основу рациона марафонца

Поскольку расщепление сложных углеводов (в глюкозу) происходит постепенно и плавно, то исключается избыток сахара в крови, употребление сложных углеводов в пищу позволяет накопить достаточно гликогена. Именно поэтому сложные углеводы составляют основу рациона марафонца.

К длинным углеводам относятся:

• макароны
• бобовые
• крупы и каши
• фрукты, ягоды, овощи и зелень
• …

Полный список сложных и простых углеводов смотрите в конце статьи.

В каких продуктах содержатся углеводы

К углеводам относится большинство продуктов питания. Их нет в продуктах животного происхождения (мясо, рыба и морепродукты, яйца и т. д.). Исключением являются молочные продукты, которые содержат молочный сахар-лактозу.

Источники:

1. Фрукты.
2. Овощи, зелень.
3. Крупы, разные виды муки.
4. Орехи и семена.
5. Бобовые (фасоль, горох, чечевица, соя).
6. Хлеб, выпечка, торты, пирожные и т. д.
7. Макаронные изделия, лапша.
8. Сахар, крахмал, мёд.
9. Газированные напитки с сахаром, компот, соки, чай и кофе с сахаром.
10. Алкоголь.
11. Молочные продукты и т. д.

Продукты, в состав которых они входят

Перечень продуктов, в состав которых входят сложные углеводы, обширный. Их особенностью является нейтральный вкус, присущий большинству диетических блюд и совершенно нехарактерный для пищи с быстрыми углеводами. Это каши, овощи и фрукты с низким показателем ГИ.

Список продуктов, богатых долгими углеводами:

• макаронные изделия из грубой пшеницы;
• хлеб с отрубями;
• несладкое печенье;
• рисовая, гречневая, перловая, кукурузная каши и овсянка;
• горох и фасоль;
• спаржа;
• соевые продукты;
• все виды орехов;
• курага;
• персики, яблоки;
• цитрусовые;
• груши, вишни, авокадо;
• листья шпината;
• лук, помидоры, паслен;
• болгарский перец;
• белокочанная, цветная капуста и брокколи;
• петрушка, укроп, кинза.

Употребление сложных углеводов позволяет восполнить затраты энергии без образования жировых отложений. В разумных количествах такую пищу можно употреблять в течение всего дня.

Список продуктов

Простые углеводы

Сложные углеводы

А теперь итоги

Чтобы эффективность тренировок всегда была на высоте, а у вас было много сил и энергии для этого, важно придерживаться определенных правил:

• Рацион на 65-70% должен состоять из углеводов, причем они должны быть «правильными» с низким показателем гликемического индекса;
• Перед тренировкой нужно потреблять продукты со средними показателями ГИ, после занятий – с низким ГИ;
• Завтрак должен быть максимально плотным, а в первой половине дня нужно съедать большую часть суточной дозы углеводов;
• Покупая продукты, сверяйтесь с таблицей гликемического индекса и выбирайте те, что имеют средние и низкие показатели ГИ;
• Если хочется съесть продукты с высокими показателями ГИ (мед, варенье, сахар), лучше это делать утром;
• Включите в свой рацион больше каш и регулярно их употребляйте;
• Запомните, углеводы – помощники белков в процессе наращивания мышечной массы, поэтому если ощутимого результата долго нет, то нужно пересматривать свой рацион и количество потребляемых углеводов;
• Ешьте не сладкие фрукты и клетчатку;
• Помните о хлебе из муки грубого помола, а также о запеченном в кожуре картофеле;
• Постоянно пополняйте запас знаний о здоровье и бодибилдинге.

Если придерживаться этих простых правил, то энергии у вас заметно прибавится, а результативность тренировок возрастет.

Ежедневная потребность в углеводах

Суточная норма будет для каждого человека разной.

В интернете некоторые сайты утверждают, что норма углеводов — 3–5 г на 1 кг веса. В действительности всё сложнее. Норму необходимо рассчитывать для каждого человека индивидуально.

Потребность зависит от пола, возраста, веса, уровня активности и т. д. Кроме того, большое значение имеют ваши цели на данный момент. Например, при похудении и наборе мышечной массы необходимо абсолютно разное количество углеводов в день.

В качестве примера проведены расчёты для мужчины и женщины 30 лет, среднего роста с низкой активностью. Смотрите таблицу ниже.

В случае с набором веса взята средняя активность (3 тренировки в неделю).

Учитывая ваш пол, вес и цель, связанную с весом, можете определить свою потребность в углеводах. Конечно, показатель примерный, но погрешность будет не сильно большой.

При наборе мышечной массы организм нуждается в большом количестве энергии. В этом случае рекомендуется делать упор на продукты с высоким содержанием углеводов. Безусловно, не забывая о белках и жирах.

Недостаток углеводов

Недостаток может стать причиной слабости, усталости, раздражительности, апатии. К тому же в качестве источника энергии начнут расходоваться мышечная ткань и жировые запасы, а также белки и жиры, поступающие с пищей.

Избыток углеводов

Избыточное их количество — приводит к набору лишних килограммов.

Злоупотребление простыми углеводами способно привести к сахарному диабету, артериальной гипертонии, инсулинорезистентности, сердечно-сосудистым и онкологическим заболеваниям.

Сложные углеводы, наоборот, способны предотвратить эти и другие заболевания. Большую роль здесь играет клетчатка.

Когда потребность возрастает

Поскольку углеводы — главный источник энергии, потребность в них возрастает при увеличении умственных и физических нагрузок. Если вы решили заняться спортом, набрать мышечную массу, или ваша новая работа предполагает тяжёлые физические нагрузки — увеличивайте количество углеводсодержащей пищи.

Таблица сложных и простых углеводов

Гликемический индекс зависит от многих факторов и самый простой (для обывателя) способ его определения – данная таблица.

Какие углеводы нужно есть, чтобы похудеть?

Если вы хотите похудеть и убрать живот, вам прежде всего необходимо отказаться от простых углеводов с высоким гликемическим индексом — сахара, сладких напитков, десертов, сдобной выпечки и белого хлеба. Как Фитсевен упоминал выше, вред регулярного употребления подобных продуктов заключается вовсе не в их высокой калорийности, а в том, что они ломают метаболизм и провоцируют хроническое чувство голода.

Список полезных углеводов:

Продукты, не содержащие углеводы

На отказе от углеводов (полном или частичном) строится множество эффективных диет для похудения — начиная от безуглеводной диеты, заканчивая кето питанием. В этом случае из рациона полностью исключаются не только продукты переработки зерновых культур (хлеб, выпечка, макароны), но и картофель и всевозможные крупы. Разрешено употреблять мясо, яйца, зеленые овощи, а также орехи и семена в умеренных количествах.

Что касается продуктов с пометкой “без сахара”, то они не всегда могут считаться диетическими. В некоторых случаях производители используют вместо сахара другие сладкие углеводы — например, мальтодекстрин. Несмотря на иное название и более сложную химическую формулу, это вещество отличается высоким гликемическим индексом — по сути, организм реагирует на него также, как и на обычный сахар.

Углеводы в продуктах питания: что мы о них знаем?

Человек для правильного, здорового протекания обменных процессов в своем организме должен питать его белками, жирами и углеводами в сбалансированном виде и количестве. Чтоб осознанно управлять этими процессами в своем организме, членов семьи, с учетом особенностей возраста, пола, состояния здоровья, образа жизни, поставленных целей, конечно же, необходимо обладать определенной информацией о том, как ведут себя те или иные продукты в процессе их усвоения. В этой статье – про углеводы.

Ощущения от употребления медленных и быстрых типов

Ощущения от употребления медленных и быстрых углеводов значительно разнятся. Попробуйте понаблюдать за своими ощущениями после употребления пищи, богатой этими соединениями. Если в пределах получаса вы чувствуете прилив энергии, то это были быстрые (простые) углеводы

Важно понимать, что это ощущение проходит зачастую с неприятными последствиями, вызванными всплеском уровня инсулина. Если же после еды вы не испытали резкого прилива энергии, но чувство голода долго не возвращается после такой еды, то вы употребляли медленные углеводы

Они позволяют на более долгий срок обеспечить организм энергией, хотя и быстрый тип соединений порой бывает полезен для придания сил организму в случае перегрузок и необходимости быстрой мобилизации.

Продукты содержащие углеводы животного происхождения

Многие диеты для похудения предполагают употребление лишь белковой пищи, такой подход дает результаты, но не полезен для здоровья. Лучше всего разумно употреблять и продукты, содержащие углеводы, а для этого надо знать, какие углеводы содержатся и в каких продуктах.

Обладая данной информацией, определившись с желаемым меню и составив для себя на основании этих сведений индивидуальную таблицу продуктов с углеводами, можно без ущерба для здоровья, разнообразно питаясь и не мучая себя голодом, достигнуть отличных результатов по приведению фигуры в порядок.