Будова та функції ВУГЛЕВОДІВ простими словами

У цій статті розповідаємо, що входить до складу вуглеводів, а також говоримо про будову та функції вуглеводів простими словами.

Більшість людей знайомі з вуглеводами, особливо коли йдеться мова про харчування. Деякі люди, щоб схуднути, дотримуються «низьковуглеводних» дієт. Спортсмени, навпаки, часто «навантажуються вуглеводами» перед важливими змаганнями для збільшення витривалості. Насправді ж вуглеводи — це важлива частина нашого раціону поряд з білками та жирами, що через глюкозу забезпечують організм енергією. Зернові, бобові, молочні продукти, фрукти та овочі — усі є природними джерелами вуглеводів.

Вуглеводи – це органічні сполуки, до складу яких входить карбон С (вуглець), гідроген H (водень) та оксиген O (кисень) у співвідношенні 1:2:1.

Хімічна формула вуглеводів – (CH 2 O) n , де n — кількість атомів вуглецю в молекулі.

Будова вуглеводів є основним критерієм для їх класифікації. Зазвичай для широкого вжитку вуглеводи поділяють на прості (цукри) та складні (крохмаль і харчові волокна). Проте є більш детальні класифікації вуглеводів, які враховують кількість одиниць цукру, атомів вуглецю, здатність розщеплюватися організмом тощо. Розглянемо нижче розширену класифікацію вуглеводів.

1. Прості вуглеводи (їх ще називають цукрами) – містять одну або дві одиниці цукру. Вони солодкі на смак, розчинні у воді, швидко розщеплюються організмом та призводять до різкого підйому глюкози у крові. Цукри зустрічаються в природі або додаються виробниками до харчових продуктів (“доданий цукор”). Поділяються на:

1.1. Моносахариди – складаються з однієї цукрової одиниці, яка не може бути розщеплена на простіші цукри. Моносахаридами в харчових продуктах є:

• глюкоза та фруктоза, що містяться у фруктах, овочах, меді, солодких сиропах. Глюкоза є первинним джерелом енергії для клітин.
• галактоза – схожа за будовою на глюкозу, міститься в молочній продукції, як один із компонентів лактози.

1.2. Дисахариди – цукри, що складаються з двох моносахаридів. Дисахариди повинні бути розщеплені до простих цукрів (моносахаридів) з подальшим всмоктуються в тонкому кишківнику. Найпоширеніші дисахариди в харчових продуктах є:

• лактоза – молочний цукор, що складається з глюкози та галактози, та міститься у молоці і молочних продуктах.
• сахароза – столовий цукор, що складається з глюкози та фруктози. Природним чином зустрічається в цукрових буряках, цукровій тростині та фруктах.
• мальтоза – складається з двох молекул глюкози та міститься в солодових і крохмальних сиропах.

1.3. Цукрові спирти або поліоли:

• еритритол, мальтит, ксиліт, маніт, сорбіт, лактит, ізомальт – низькокалорійні підсолоджувачі, що не є справжніми цукрами. Вони, як правило, менш солодкі, ніж цукри, та погано засвоюються організмом або не засвоюються зовсім. Цукрові спирти додають до продуктів харчування, жувальних гумок для забезпечення солодкого смаку.

2. Складні вуглеводи складаються з великої кількості залишків молекул моносахаридів, з’єднаних разом. Вони є несолодкі на смак, нерозчинні у воді, більш повільно розщеплюються (або не розщеплюються зовсім) та , як правило, сприяють поступовому підйому глюкози в крові. Організм має розщепити складні вуглеводи до глюкози, щоб використовувати її в якості джерела енергії. Складні вуглеводи поділяються на підгрупи:

2.1. Олігосахариди – згідно ВООЗ, є вуглеводами з 3-9 одиницями цукру. Більшість олігосахаридів не розщеплюються травними ферментами людини на моносахариди, а використовуються кишковою мікробіотою в якості “корму”. Найвідомішими олігосахаридами є:

• олігофруктани або фруктоолігосахариди – містять до 9 одиниць фруктози та природно містяться в овочах з низькою солодкістю, як-от артишоки та цибуля.
• рафіноза та стахіоза – містяться в бобових, зернових, овочах та меді.

2.2. Полісахариди – утворюються з десяти або більше, а іноді навіть кількох тисяч одиниць цукру, та поділяються на два типи:

• Крохмаль – є формою накопиченої глюкози в рослинах. Він складається із суміші двох полісахаридів – амілози (погано розчиняється у воді та повільно засвоюється) та амілопектину (краще розчиняється у воді та легше засвоюється). Рослини здатні самостійно синтезувати глюкозу, надлишок якої, що перевищує негайні енергетичні потреби рослини, зберігається у вигляді крохмалю в різних її частинах, включаючи коріння та насіння. Крохмаль, який споживає людина, розщеплюється ферментами слини на підшлункової залози на менші молекули, такі як мальтоза та глюкоза. Деякі крохмалі є стійкими (резистентними) та можуть розщеплюватися лише кишковими бактеріями.
• Некрохмальні полісахариди або харчові волокна – не розщеплюються ферментами людського організму та поділяються на два види:

Розчинна клітковина – може розщеплюватися лише бактеріями товстого кишківника. Найпоширенішими видами розчинної клітковини є камедь, пектин, бета-глюкан, інулін тощо. Містяться в ячмені, овесі, житі, бобових.

Нерозчинна клітковина – не розщеплюється ні організмом людини, ні бактеріями товстого кишківника, тому проходять транзитом через ШКТ та не забезпечує калорій. Целюлоза є найбільш поширеним видом нерозчинної клітковини в рослинній їжі. Містяться в цільних зернах, горіхах, насінні, некрохмалистих овочах. (5)

Функції вуглеводів

✅ Забезпечення енергією. Основна функція вуглеводів — постачання енергії до всіх клітин організму. Багато клітин віддають перевагу саме глюкозі як джерелу енергії, а не жирним кислотам. Наприклад, мозок та еритроцити особливо залежать від глюкози як джерела енергії. Вони здатні отримувати енергію з жирів лише в умовах екстремального голодування. Приблизно 130 г вуглеводів (глюкози) необхідно, щоб задовольнити добові енергетичні потреби мозку дорослої людини.

• Крохмаль та простий цукор забезпечують 4 ккал на 1 г;
• Поліоли забезпечують 2,4 ккал на 1 г (еритритол не розщеплюється, тому дає 0 ккал);
• Харчові волокна – 2 ккал на 1 г.

Тому вуглеводи – це насамперед “паливо” для людського організму, оскільки вони дають нам енергію для забезпечення важливих щоденних функцій нашого тіла, таких як рух або мислення, а також для ключових функцій, які ми здебільшого навіть не помічаємо.

✅ Запасання енергії. Якщо організму вже достатньо енергії для підтримки своїх функцій, то надлишок глюкози зберігається «про запас» у формі глікогену в печінці та мʼязах. Глікоген – полісахарид, подібний до крохмалю в рослинах. Молекула глікогену може містити понад 50 000 одиниць глюкози. Глікоген стає в нагоді протягом коротких періодів голодувань, між прийомами їжі, вночі, під час активних фізичних навантажень. За участю гормону глюкагону, що виділяється підшлунковою залозою, організм перетворює глікоген назад в глюкозу, щоб забезпечити клітини тіла необхідною енергією.

Малюнок 2. Будова глікогену

Кількість глікогену в організмі еквівалентно приблизно 4000 ккал — 3000 ккал у м’язовій тканині та 1000 ккал у печінці. Під час високоінтенсивних тренувань більше вуглеводів використовується в якості палива. Під час вправ низької інтенсивності більше жиру використовується як паливо. Тривала робота м’язів (наприклад, фізичні вправи довше кількох годин) може виснажити запас глікогену, що характеризується ослабленням м’язів, різким зниженням сили та здатності виконувати вправи.

Печінка, на відміну від м’язової тканини, «жертвує» запасами глікогену іншим тканинам організму, коли рівень глюкози в крові стає низький (наприклад, між прийомами їжі). Близько чверть усього глікогену тіла знаходиться у печінці, що еквівалентно приблизно чотири годинному запасу глюкози, але це дуже залежатиме від рівня активності.

✅ Збереження білків організму. Коли запас глікогену в печінці вичерпується і глюкози стає недостатньо для задоволення потреб організму, то глюкоза синтезується з амінокислот. Цей процес називається глюконеогенез. Оскільки амінокислоти не накопичуються в організмі “про запас”, то процес глюконеогенезу відбувається шляхом розщеплення білків тіла, переважно з м’язової тканини.

У такому випадку організм не може використовувати білки для створення нових клітин, відновлення пошкоджених тканин, підтримки імунної системи та інших функцій. Ось чому адекватне споживання вуглеводів та наявність необхідного рівня глюкози в крові запобігає розпаду білків тіла.

✅ Структурна функція. Вуглеводи є структурними компонентами стінок клітин, а ще входять до складу ДНК та РНК. Також з вуглеводів (глюкози) утворюються деякі замінні амінокислоти.

✅ Захисні функції вуглеводів. Складні вуглеводи у формі харчових волокон (некрохмальні полісахариди, стійкі крохмалі, інулін), які не розщеплюються ферментами нашого організму у кишківнику, забезпечують довгострокову користь для здоровʼя. Деякі з цих волокон проходять через кишківник без будь-яких змін, тоді як інші – метаболізуються кишковими бактеріями. В результаті цього утворюється коротколанцюгові жирні кислоти, які є корисними для здоров’я людини. Зокрема, наукові дослідження показують, що раціон, багатий клітковиною, яка міститься у фруктах, овочах, цільнозернових та бобових, має такі переваги для здоров’я:

• Допомагає знизити артеріальний тиск, «поганий» холестерин ЛПНЩ (зокрема, такі переваги мають бета-глюкани, що містяться у вівсянці), а також ризики серцево-судинних захворювань та ішемічної хвороби серця.
• Сприяє контролю рівнів глюкози в крові (зокрема, цьому сприяє пектин, що міститься в шкірці яблук) та знижує ризики діабету 2 типу.
• Сприяє контролю апетиту, підтримці здорової маси тіла та знижує ризик ожиріння.
• Покращує роботу кишківника та скорочує час проходження їжі через травний тракт; профілактує закрепи та забезпечує регулярне випорожнення кишківника (зокрема, цьому сприяє клітковина зерен ячменю).
• Підтримує кількісний та якісний мікробіом кишківника, що сприяє його здоровʼю, а також позитивно впливає на роботу осі «кишківник — мозок».
• Знижує ризики запальних захворювань та раку кишківника.

✅ Забезпечують організм важливими вітамінами та мінералами. Овочі, фрукти та зернові є важливими джерелами багатьох поживних речовин, які беруть участь у ключових процесах та хімічних реакціях організму. Зокрема, цільнозернові є одними із основних джерел вітамінів групи В та магнію, що сприяють нормальній роботі нервової системи. Фрукти та овочі є багатими на вітамін С, який є важливим антиоксидантом в організмі людини.

В яких продуктах містяться вуглеводи?

Основним джерелом вуглеводів у раціоні людини є рослинні продукти, такі як злаки (рис, овес, гречка, ячмінь, пшениця), коренеплоди (картопля, буряк, кукурудза), фрукти та овочі, бобові (квасоля, горох, сочевиця), а також столовий цукор та борошно у продуктах харчування.

Джерелами харчових вуглеводів тваринного походження є молоко (лактоза) та печінка тварин (глікоген).

***

Підводячи підсумки, варто зазначити, що вуглеводи — це невід’ємна частина нашого раціону, що сприяють правильному функціонуванню організму. Будова вуглеводів впливає на те, як вони будуть засвоюватися нашим організмом і які переваги матимуть для здоровʼя. Різні типи вуглеводів, починаючи від цукрів і крохмалю, закінчуючи харчовими волокнами, є присутні в багатьох продуктах, які ми їмо щодня. Складні вуглеводи мають складати основну частку раціону, тоді як кількість простих вуглеводів необхідно контролювати.

Якщо ви хочете дізнатися більше про те, яка норма вуглеводів та як впровадити їх у збалансований раціон, ознайомтеся з нашою статтею «Що таке збалансоване харчування».

Якщо бажаєте навчитись складати збалансований раціон для себе та своєї сім’ї, чекаємо вас на курсі «Сам собі дієтолог»

Якщо хочете опанувати професію нутриціолога, запрошуємо вас на курс Сертифікаційна програма для нутриціологів та «Харчування дітей 2+ та підлітків»

Джерела:

1. https://www.eufic.org/en/whats-in-food/article/are-carbohydrates-good-or-bad-for-you
2. https://bio.libretexts.org/Courses/Lumen_Learning/Biology_for_Non_Majors_I_(Lumen)/04%3A_Important_Biological_Macromolecules/4.05%3A_Structure_and_Function_of_Carbohydrates
3. https://med.libretexts.org/Courses/Metropolitan_State_University_of_Denver/Introduction_to_Nutrition_(Diker)/04%3A_Carbohydrates/4.4%3A_Functions_of_Carbohydrates
4. https://www.eufic.org/en/whats-in-food/article/the-basics-carbohydrates
5. https://www.nutrientsreview.com/carbs
6. https://courses.lumenlearning.com/wm-biology1/chapter/reading-types-of-carbohydrates/
7. https://medlineplus.gov/carbohydrates.html
8. https://www.mayoclinic.org/healthy-lifestyle/nutrition-and-healthy-eating/in-depth/carbohydrates/art-20045705?p=1
9. https://efsa.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.2903/j.efsa.2010.1462