Углеводы
Углеводы составляют значительную часть растений и пищи растительного происхождения. Некоторые из них могут быть источником энергии для нашего организма после определённых преобразований внутри нашего тела. Углеводы разделяются на моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды.
Молекулы всех моносахаридов содержат атомы углерода, водорода и кислорода в одинаковой пропорции. Их химическая формула: CnH2nOn, где n – целое число. Но даже моносахариды с одинаковой формулой (одинаковым n) существенно отличаются по своему строению и имеют "пространственные" вариации в построении молекул. Например, формулы глюкозы, фруктозы и галактозы одинаковы – C6H12O6, но это очень разные вещества, хоть все три сладкие.
Глюкоза.
Глюкоза – наиболее распространённый моносахарид. Она является источником энегрии для заряжания молекул АТФ, как путём окисления в митохондриях, так и бескислородной ферментацией без участия митохондрий. Она входит в состав дисахаридов и является основой полисахаридов. Присутствие определённого количества глюкозы в крови совершенно необходимо для жизни и работы эритроцитов, которые транспортируют кислород из лёгких в каждой клетке нашего тела, но её избыток может убить те же самые эритроциты.
На рисунке показана одна из моделей молекулы глюкозы. Обратите внимание на "кольцо" из пяти атомов углерода и одного атома кислорода. Иногда говорят, что у глюкозы есть "углеродное кольцо" из шести атомов, несмотря на то, что один из этих атомов – атом кислорода.
Фруктоза.
Фруктоза, как и глюкоза, является источником энергии, но, в основном, для бактерий и растений. Она присутствует во фруктах, некоторых овощах и злаках, а также составляет половину сахара. Для животных, и особенно для людей, она довольно вредная. В нашем организме только печень может перерабатывать фруктозу на глюкозу и жиры, делая энегрию из неё доступной нам. Но до того, как печень переработает её, она успевает вмешаться в некоторые важные процессы в нашем организме и нарушить их нормальную работу. При переработке фруктозы, в печени образуются побочные продукты, включая большое количество мочевой кислоты, что может приводить к существенным расстройствам здоровья.
При её потреблении в виде целых фруктов (вместе с клетчаткой), в кровь попадает меньше фруктозы, чем при потреблении чистой фруктозы или сахара, и часть её доходит вместе с клетчаткой до нижних отделов нашего кишечника, где её потребляют полезные нам бактерии. Сахар составляет основную часть мёда, так что мёд – это преимущественно глюкоза и фруктоза, поэтому нужно взвешивать выгоды потребления небольшого количества полезных веществ, которые содержатся в мёде, и значительного количества фруктозы.
Фруктоза вдвое слаще глюкозы, что побуждает нас охотно потреблять её. Она не повышает уровень глюкозы в крови, и поэтому её иногда рекомендуют людям с диабетом второй формы, но организм реагирует на любые сладости повышением уровня инсулина (кроме людей с диабетом первой формы), что блокирует использование жиров как источника энергии, и постепенно ведёт к инсулинорезистентности.
На рисунке представлена одна из моделей молекулы фруктозы. Обратить внимание на "углеродное кольцо" из пяти атомов – четырёх атомов углерода и одного атома кислорода, в отличие от кольца из шести атомов у молекулы глюкозы. Одинаковые химические формулы, но совсем разные вещества.
Галактоза.
Название "галактоза" происходит от латинского слова, означающего "молоко". В молоке есть особый дисахарид – лактоза. Половиной молекулы лактозы является галактоза. Молекула галактозы похожа на молекулу глюкозы наличием "углеродного кольца" из шести атомов (пять атомов углерода и один атом кислорода, как и у глюкозы), но отличается пространственным расположением отдельных групп атомов. Как и фруктоза, галактоза не может быть непосредственно употреблена как источник энергии. Печень перерабатывает её в глюкозу, и, если уровень инсулина слишком высок, в жир. Сладость галактозы примерно такая же, как у глюкозы.
Галактозу также потребляют разные бактерии, особенно, молочнокислые бактерии, в том числе те, которые живут в нашем кишечнике и помогают жить нам.
Галактоза не представляет собой большой проблемы, так как взрослые люди обычно не потребляют много молока. И даже в молоке её не так уж много, значительно меньше, чем фруктозы в сладких напитках. А в молочнокислых продуктах значительная часть галактозы уже переработана молочнокислыми бактериями в молочную кислоту и некоторые ферменты. Галактоза также входит в состав гликопротеинов, которые присутствуют в нервной ткани.
Другие моносахариды.
Существуют и другие моносахариды. Среди них, в живых организмах распространены рибоза (основа рибонуклеиновой кислоты – РНК) и дезоксирибоза (основа дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК). Одна молекула рибозы также входит в состав молекулы АТФ. Мы получаем рибозу и дезоксирибозу из пищи, потому что наша еда в значительной степени состоит из биологических клеток, которые содержат генетический код (ДНК и РНК), но также мы можем производить молекулы рибозы и дезоксирибозы из глюкозы. Эти молекулы нужны нам для создания копий наших собственных молекул генетического кода.
Дисахариды.
Дисахариды – это вещества, молекулы которых образуются из двух молекул моносахаридов. Наиболее распространённые дисахариды:
● Сахароза – состоит из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Сахар состоит из молекул сахарозы.
● Лактоза – состоит из молекулы глюкозы и молекулы галактозы. Является "молочным сахаром" (придаёт сладкий вкус молоку).
● Мальтоза – состоит из двух молекул глюкозы. Является "солодовым сахаром". Присутствует в солоде, где является продуктом ферментации крахмала при проращивании зёрен некоторых злаков для изготовления солода.
Когда мі потребляем дисахариды с пищей, они расщепляются специальными энзимами на моносахариды. Этот процесс начинается ещё во рту и продолжается в желудке.
Полисахариды.
Полисахариды – это углеводы, которые состоят из большого количества моносахаридов. Чаще всего мы потребляем полисахариды, которые состоят из многих молекул глюкозы.
● Крахмал.
Этот полисахарид вырабатывают почти все растения для сбережения энергии для того времени, когда получение энергии от солнца невозможно (ночь), или ограничено (пасмурная погода, плотные тучи), или когда у растений нет листьев (зимой). Также крахмал откладывается в зёрнах и семенах растений, как запас энергии для ростков новых растений. Крахмал составляет 90% или более процентов пшеницы, ржи, овса, риса, кукурузы, и прочих зерновых, а также картофеля, и несколько меньше 90% бобовых – бобы, фасоль, горох, чечевица (в пересчёте на сухую массу). Он также есть в свекле, моркови, капусте, фруктах, ягодах, и вообще во всех растениях, которые мы потребляем в пищу.
Молекула крахмала является цепочкой из молекул глюкозы. Эта цепочка может быть линейной (амилоза), или разветвлённой (амилопектин). Амилоза составляет примерно четверть природного крахмала, а амилопектин – примерно три четверти.
Когда мы потребляем крахмал с едой, у нас выделяется специальный энзим, который расщепляет крахмал на отдельные молекулы глюкозы. Этот процесс начинается во рту и продолжается в желудке, и даже в кишечнике. Из кишечника, глюкоза, образованная из крахмала, попадает в кровь.
Еда, которая не содержит почти ничего, кроме легко усваиваемого крахмала (например, вареный картофель), повышает уровень глюкозы в крови даже сильнее, чем сахар, потому что сахар содержит только 50% глюкозы. Но это не значит, что картофель "вреднее" сахара. Остальные 50% сахара – это фруктоза, которая оказывает много негативных воздействий на наш организм, особенно если потребляется в чистом виде, или в виде сахара (а не в составе цельных свежих фруктов с клетчаткой). И вообще, глюкоза сама по себе не является вредной, а значит, не является вредным и крахмал. Вредным является их чрезмерное и слишком частое потребление.
● Гликоген.
Гликоген – это животный аналог крахмала, то есть, полисахарид, который образуется из молекул глюкозы. И предназначен он для той же цели, что и крахмал – хранить энергию. Образование большой молекулы гликогена запускает специальный белок гликогенин, а продолжает другой специальный белок-энзим.
Мы можем получать какое-то количество гликогена, потребляя мясо, поскольку гликоген накапливается в мышцах и печени. Но в мясной пище его намного меньше, чем крахмала в растениях.
Мы формируем собственный гликоген из молекул глюкозы, которые получаем из углеводов в пище, или производим из жиров или аминокислот (точнее, наша печень производит). Мы накапливаем гликоген преимущественно в мышцах и печени. Но мы можем накапливать довольно ограниченный запас гликогена. Излишек глюкозы, который нет возможности накопить в виде гликогена, наша печень перерабатывает в жиры, которые накапливаются в жировой ткани.
● Клетчатка.
Это большая группа веществ, которые в растениях образуют стенки живых клеток, а также механическую структуру растений – стволы и кору деревьев, стебли растений и тому подобное. ТО есть, она присутствует в любой растительной пище, но в разных количествах и разных пропорциях.
Как и у крахмала, молекулы клетчатки также являются цепочками из молекул глюкозы, разветвлёнными или не разветвлёнными. Но, в отличие от крахмала, молекулы клетчатки больше, и молекулы глюкозы в них крепче связаны. Поэтому энзимы, которыми мы расщепляем крахмал на отдельные молекулы глюкозы, не способны расщепить молекулы клетчатки. То есть, клетчатка не является для нас источником энергии. Несмотря на это, клетчатка – важный компонент нашего питания. Для нас она не является едой, но она является едой для полезных бактерий, которые живут в нашем кишечнике. И она же образует массу, которую кишечник может проталкивать вдоль себя, обеспечивая впитывание разных полезных веществ в специально приспособленных для этого отделах кишечника, что, с одной стороны, замедляет усвоение пиши (а значит, позволяет нам более длительное время не хотеть есть опять), а с другой, делает это усвоение более эффективным. В частности, клетчатка замедляет усвоение глюкозы и обеспечивает доставку значительной части фруктозы к тем отделам кишечника, где её могут потребить полезные бактерии.
Клетчатка бывает растворимая и нерастворимая.
Растворимая клетчатка. Её молекулы не растворяются, как, например, молекулы соли. Молекулы растворимой клетчатки окружают себя молекулами воды, благодаря чему они могут "висеть" в воде, а не оседать на дно. В основном, это пектины. При достаточной концентрации, они могут образовывать желеподобную массу, похожую на мармелад.
Нерастворимая клетчатка. Её молекулы не смешиваются с водой и, обычно, соединены с другими молекулами, образуя довольно твёрдые частицы разного размера, в основном, в форме волокон. В основном, это целлюлоза. Да, та самая, которая есть в древесине, и из которой делают бумагу, но её волокна в растениях, которые мы едим, короче и менее прочно связаны между собой, чем волокна древесины.
● Прочие полисахариды
Полисахариды могут образовываться не только из глюкозы. Например, есть галактоген – полисахарид, подобный гликогену, который некоторые виды улиток используют для хранения энергии, как мы используем гликоген. Галактоген образуется из большого количества молекул галактозы.
Существуют также гетерополисахариды, которые образуются из цепочек различных моносахаридов, в отличие от крахмала, клетчатки и галактогена, которые образуются из молекул одного вида и являются гомополисахаридами.