Primárním zdrojem energie pro živé organismy je energie slunečního záření. Fototrofy - rostliny a fotosyntetické mikroorganismy - přímo využívají světelnou energii k syntéze komplexu organická hmota(tuky, bílkoviny, sacharidy atd.), které jsou sekundárními zdroji energie. Heterotrofové, mezi které patří i živočichové, využívají chemickou energii uvolněnou při oxidaci organických látek syntetizovaných rostlinami.
Bio energetické procesy lze rozdělit na procesy výroby a akumulace energie a procesy, ve kterých je vykonávána užitečná práce s využitím akumulované energie (obr. 1.1). Fotosyntéza je hlavním bioenergetickým procesem na Zemi. Jedná se o komplexní vícestupňový systém fotofyzikálních, fotochemických a temných biochemických procesů, při kterých se energie slunečního světla přeměňuje na chemické nebo elektrochemické formy energie. V prvním případě se jedná o energii obsaženou ve složitých organických molekulách a ve druhém o energii protonového gradientu na membránách, která se také přeměňuje na chemická forma. U fotosyntetických organismů jsou kvanta slunečního světla absorbována molekulami chlorofylu a přenášejí své elektrony do excitovaného stavu se zvýšenou energií. Právě díky energii excitovaných elektronů v molekulách chlorofylu vzniká fotosyntetický systém fototrofů z jednoduchých molekul oxid uhličitý a voda syntetizuje glukózu a další organické molekuly (aminokyseliny, mastné kyseliny, nukleotidy atd.), ze kterých se následně v těle budují sacharidy, bílkoviny, tuky a nukleové kyseliny. Produktem těchto reakcí je také molekulární kyslík.
Souhrnná rovnice pro hlavní reakce fotosyntézy:
6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 (glukóza) + 6 O 2,
Kde hn - fotonová energie.
Globální role fotosyntézy je výjimečně velká. Výkon slunečního záření je asi 10 26 W. Z toho na zemský povrch se dostane asi 2 10 17 W a z této hodnoty je asi 4 10 13 W využito fotosyntetickými organismy k syntéze organických látek (Samoilov, 2004). Tato energie podporuje život na Zemi. Díky ní se ročně syntetizuje asi 7 510 10 tun biomasy (přepočteno na uhlík). Současně je asi 4 10 10 tun uhlíku fixováno fytoplanktonem v oceánu a 3 510 10 tun rostlinami a fotosyntetickými mikroorganismy na souši.
Lidstvo spotřebovává produkty fotosyntézy ve formě potravin, požírá organické látky primárně produkované rostlinami nebo sekundárně produkované zvířaty, která jedí rostliny, a ve formě paliva, z nichž 90% se používá jako dříve skladované fotosyntetické produkty - ropa a uhlí (zbytek energie zajišťují jaderné a vodní elektrárny).
Získávání energie akumulované fototrofními organismy a její následné využití se provádí v procesech výživy a dýchání. Při průchodu trávicím traktem se potrava drtí, buňky ničí a biopolymery (bílkoviny, nukleové kyseliny, tuky a sacharidy) se štěpí na nízkomolekulární monomery (aminokyseliny, nukleotidy, mastné kyseliny a cukry), které se vstřebávají do krev ve střevech a transportována do celého těla. Z nich buňky extrahují atomy vodíku nesoucí vysokoenergetické elektrony, jejichž energie může být částečně uložena ve formě molekul adenosintrifosfátu (ATP). ATP je univerzální zdroj energie, který se používá jako baterie, kde a kdy je potřeba vykonávat užitečná práce.
sacharidy - hlavní zdroj energie v lidském těle.
Obecný vzorec sacharidů Сn(H2O)m
Sacharidy jsou látky o složení C m H 2p O p, které mají prvořadý biochemický význam, jsou rozšířeny v živé přírodě a hrají důležitou roli v životě člověka. Sacharidy jsou součástí buněk a tkání všech rostlinných a živočišných organismů a svou hmotností tvoří většinu organické hmoty na Zemi. Sacharidy tvoří asi 80 % sušiny u rostlin a asi 20 % u živočichů. Rostliny syntetizují sacharidy z anorganických sloučenin - oxidu uhličitého a vody (CO 2 a H 2 O).
Zásoby sacharidů ve formě glykogenu v lidském těle jsou přibližně 500 g. Převážná část (2/3) se nachází ve svalech, 1/3 v játrech. Mezi jídly se glykogen rozkládá na molekuly glukózy, což zmírňuje kolísání hladiny cukru v krvi. Bez sacharidů se zásoby glykogenu vyčerpají asi za 12-18 hodin. V tomto případě se aktivuje mechanismus tvorby sacharidů z meziproduktů metabolismu bílkovin. To je způsobeno tím, že sacharidy jsou životně důležité pro tvorbu energie v tkáních, zejména v mozku. Mozkové buňky získávají energii především oxidací glukózy.
Druhy sacharidů
Sacharidy po svém chemická struktura lze rozdělit na jednoduché sacharidy (monosacharidy a disacharidy) a komplexní sacharidy (polysacharidy).
Jednoduché sacharidy (cukry)
Glukóza je nejdůležitější ze všech monosacharidů, protože je konstrukční jednotka většina potravinářských di- a polysacharidů. Během metabolického procesu se rozkládají na jednotlivé molekuly monosacharidů, které se v průběhu vícestupňového chemické reakce přeměněny na jiné látky a nakonec oxidovány na oxid uhličitý a vodu – používané jako „palivo“ pro buňky. Glukóza je nezbytnou součástí metabolismu sacharidů. Když jeho hladina v krvi klesne nebo je jeho koncentrace vysoká a nelze jej použít, jako se to stává u cukrovky, dochází k ospalosti a může dojít ke ztrátě vědomí (hypoglykemické kóma).
Glukóza v čistá forma", jako monosacharid se nachází v zelenině a ovoci. Hrozny jsou obzvláště bohaté na glukózu - 7,8%, třešně, třešně - 5,5%, maliny - 3,9%, jahody - 2,7%, švestky - 2,5%, meloun - 2,4%. Ze zeleniny obsahuje nejvíce glukózy dýně – 2,6 %, bílé zelí– 2,6 %, v mrkvi – 2,5 %.
Glukóza je méně sladká než nejznámější disacharid, sacharóza. Pokud vezmeme sladkost sacharózy jako 100 jednotek, pak sladkost glukózy je 74 jednotek.
Fruktóza je jedním z nejhojnějších sacharidů v ovoci. Na rozdíl od glukózy může pronikat z krve do tkáňových buněk bez účasti inzulinu. Z tohoto důvodu je fruktóza doporučována jako nejbezpečnější zdroj sacharidů pro diabetiky. Část fruktózy se dostává do jaterních buněk, které ji přeměňují na všestrannější „palivo“ – glukózu, takže fruktóza může také zvýšit hladinu cukru v krvi, i když v mnohem menší míře než jiné jednoduché cukry. Fruktóza se snadněji přeměňuje na tuk než glukóza. Hlavní výhodou fruktózy je, že je 2,5krát sladší než glukóza a 1,7krát sladší než sacharóza. Jeho použití místo cukru umožňuje snížit celkový příjem sacharidů.
Hlavními zdroji fruktózy v potravinách jsou hrozny – 7,7 %, jablka – 5,5 %, hrušky – 5,2 %, třešně – 4,5 %, vodní melouny – 4,3 %, černý rybíz – 4,2 %, maliny – 3,9 %, jahody – 2,4 %, melouny – 2,0 %. Obsah fruktózy v zelenině je nízký – od 0,1 % v řepě do 1,6 % v bílém zelí. Fruktóza je obsažena v medu – asi 3,7 %. Je spolehlivě prokázáno, že fruktóza, která má výrazně vyšší sladivost než sacharóza, nezpůsobuje zubní kaz, který konzumace cukru podporuje.
Galaktóza se v produktech nenachází ve volné formě. S glukózou tvoří disacharid – laktózu (mléčný cukr) – hlavní sacharid mléka a mléčných výrobků.
Laktóza se štěpí na gastrointestinální trakt na glukózu a galaktózu působením enzymu laktázy. Nedostatek tohoto enzymu vede u některých lidí k nesnášenlivosti mléka. Nestrávená laktóza je dobrou živinou pro střevní mikroflóra. V tomto případě je možná hojná tvorba plynu, žaludek „nabobtná“. Ve fermentovaných mléčných výrobcích je většina laktózy fermentována na kyselinu mléčnou, takže lidé s nedostatkem laktázy mohou tolerovat fermentované mléčné výrobky bez nepříjemné následky. Bakterie mléčného kvašení v kysaných mléčných výrobcích navíc potlačují činnost střevní mikroflóry a snižují nežádoucí účinky laktózy.
Galaktóza, která vzniká při rozkladu laktózy, se v játrech přeměňuje na glukózu. Při vrozeném dědičném nedostatku nebo nepřítomnosti enzymu přeměňujícího galaktózu na glukózu vzniká závažné onemocnění – galaktosémie, která vede k mentální retardaci.
Sacharóza je disacharid tvořený molekulami glukózy a fruktózy. Obsah sacharózy v cukru je 99,5 %. Milovníci sladkého vědí, že cukr je „bílá smrt“, stejně jako kuřáci vědí, že kapka nikotinu zabije koně. Obě tyto hlášky bohužel častěji slouží jako důvod k vtipům než k vážným úvahám a praktickým závěrům.
Cukr se v gastrointestinálním traktu rychle rozkládá, glukóza a fruktóza se vstřebávají do krve a slouží jako zdroj energie a nejdůležitější prekurzor glykogenu a tuků. Často se mu říká „nosič“ prázdné kalorie“, protože cukr je čistý sacharid a neobsahuje další živiny, jako jsou vitamíny, minerální soli. Z rostlinných produktů nejvíce sacharózy obsahuje řepa - 8,6 %, broskve - 6,0 %, melouny - 5,9 %, švestky - 4,8 %, mandarinky - 4,5 %. V zelenině, kromě řepy, je významný obsah sacharózy zaznamenán v mrkvi - 3,5%. V ostatní zelenině se obsah sacharózy pohybuje od 0,4 do 0,7 %. Kromě samotného cukru jsou hlavními zdroji sacharózy v potravinách džem, med, cukrovinky, sladké nápoje, zmrzlina.
Spojením dvou molekul glukózy vzniká maltóza – sladový cukr. Obsahuje med, slad, pivo, melasu a pekařské a cukrářské výrobky vyrobené s přídavkem melasy.
Komplexní sacharidy
Všechny polysacharidy přítomné v lidské potravě, až na vzácné výjimky, jsou polymery glukózy.
Škrob je hlavní stravitelný polysacharid. Tvoří až 80 % sacharidů přijatých v potravě.
Zdrojem škrobu jsou rostlinné produkty, především obiloviny: obiloviny, mouka, chléb a brambory. Nejvíce škrobu obsahují obiloviny: od 60 % v pohance (jádro) po 70 % v rýži. Ze zrn se v nich nachází nejmenší množství škrobu ovesné vločky a produkty jeho zpracování: ovesné vločky, ovesné vločky"Hercules" - 49%. Těstoviny obsahují od 62 do 68 % škrobu, chléb vyrobený z žitná mouka v závislosti na odrůdě – od 33 % do 49 %, pšeničný chléb a další produkty od pšeničná mouka– od 35 do 51 % škrobu, mouka – od 56 (žito) do 68 % (prémiová pšenice). V luštěninách je také hodně škrobu – od 40 % v čočce po 44 % v hrachu. Z tohoto důvodu se suchý hrách, fazole, čočka a cizrna řadí mezi luštěniny. Samostatně stojí sójové boby, které obsahují pouze 3,5 % škrobu, a sójová mouka (10-15,5 %). Vzhledem k vysokému obsahu škrobu v bramborách (15-18 %) nejsou v dietetice řazeny mezi zeleninu, kde hlavními sacharidy jsou monosacharidy a disacharidy, ale mezi škrobové potraviny spolu s obilovinami a luštěninami.
V topinamburu a některých dalších rostlinách jsou sacharidy uloženy ve formě polymeru fruktózy – inulinu. Potravinářské výrobky s přídavkem inulinu se doporučuje při cukrovce a zejména k její prevenci (nezapomeňte, že fruktóza zatěžuje slinivku méně než jiné cukry).
Glykogen – „živočišný škrob“ – se skládá z vysoce rozvětvených řetězců molekul glukózy. V malých množstvích se nachází v živočišných produktech (v játrech 2-10%, ve svalové tkáni - 0,3-1%).
Produkty s vysoký obsah sacharidy
Nejběžnějšími sacharidy jsou glukóza, fruktóza a sacharóza, které se nacházejí v zelenině, ovoci a medu. Laktóza je součástí mléka. Rafinovaný cukr je kombinací fruktózy a glukózy.
Glukóza hraje ústřední roli v metabolických procesech. Dodává energii orgánům jako je mozek, ledviny a podporuje tvorbu červených krvinek.
Lidské tělo není schopno ukládat příliš mnoho glukózy, a proto je potřeba ji pravidelně doplňovat. To však neznamená, že musíte jíst glukózu v čisté formě. Mnohem zdravější je konzumovat ho jako součást složitějších sacharidových sloučenin, například škrobu, který se nachází v zelenině, ovoci a obilovinách. Všechny tyto produkty jsou navíc skutečným skladem vitamínů, vlákniny, mikroelementů a dalších užitečných látek, které pomáhají tělu bojovat s mnoha nemocemi. Polysacharidy by měly být většina všech sacharidů vstupujících do našeho těla.
Důležité zdroje sacharidů
Hlavními zdroji sacharidů z potravy jsou: chléb, brambory, těstoviny, cereálie a sladkosti. Čistý sacharid je cukr. Med podle původu obsahuje 70-80% glukózy a fruktózy.
K označení množství sacharidů v potravině se používá speciální jednotka chleba.
Do sacharidové skupiny navíc patří i vláknina a pektiny, které jsou pro lidské tělo špatně stravitelné.
Sacharidy se používají jako:
Léky,
Pro výrobu bezdýmného prášku (pyroxylin),
výbušniny,
Umělá vlákna (viskóza).
Celulóza má velký význam jako zdroj pro výrobu ethylalkoholu.
Abstrakt o ekologii
Hlavním zdrojem energie, který určuje tepelnou bilanci a tepelný režim biosféry Země, je zářivá energie Slunce.
Slunce osvětluje a ohřívá Zemi a dodává energii, kterou zelené rostliny využívají k syntéze sloučenin, které podporují jejich život a jsou konzumovány jako potrava téměř všemi ostatními organismy. Sluneční energie navíc podporuje koloběh nezbytných chemikálií a je hnací silou klimatické a meteorologické systémy, které přerozdělují teplo a vlhkost na zemském povrchu.
Sluneční energie je vyzařována do vesmíru jako spektrum ultrafialového, viditelného světla, infračerveného záření a dalších forem zářivé nebo elektromagnetické energie.
Na povrch Země se dostává především blízké ultrafialové záření. viditelné světlo a blízko infračervené záření. Asi 34 % zářivé energie Slunce, která dopadá na zemský povrch, se okamžitě odráží zpět do vesmíru od mraků, prachu a dalších látek v atmosféře a také od samotného zemského povrchu. Drtivá většina ze zbývajících 66 % jde na ohřev atmosféry a půdy, odpařování a koloběh vody a přeměňuje se na větrnou energii. A jen malý zlomek této energie (0,5 %) je zachycen zelenými rostlinami a využit v procesu fotosyntézy k vytvoření organických sloučenin nezbytných pro udržení života organismů.
Hlavní podíl škod ionizující radiace Slunce. Zejména ultrafialové záření je pohlcováno molekulami ozonu (O3) v horních vrstvách atmosféry (stratosféry) a vodní párou ve spodních vrstvách atmosféry. Bez tohoto stínícího efektu by většina moderních forem života na Zemi nemohla existovat.
Veškerý život na Zemi tedy existuje díky neznečišťující a téměř věčné sluneční energii, jejíž množství je relativně konstantní a hojné.
Rostliny využívají pouze 0,5 % slunečního záření, které dopadá na Zemi. I kdyby lidé žili pouze ze sluneční energie, spotřebovali by ji ještě méně. Sluneční energie dopadající na Zemi je tedy zcela dostatečná k uspokojení všech myslitelných potřeb lidstva. Vzhledem k tomu, že veškerá sluneční energie se nakonec přemění na teplo, zvýšení jejího využití pro ekonomické potřeby by nemělo ovlivnit dynamiku biosféry. Solární energie je absolutně čistá energie, dostupná v nepřeberném množství a za stálou cenu (zdarma). Jeho příjem není ovlivněn politickým embargem a ekonomickými potížemi. Zároveň je příliš roztěkaný: aby mohl sloužit lidstvu, musí být koncentrovaný a tato překážka je docela překonatelná.
Když mluvíme o energii, je třeba mít na paměti, že energie je schopnost produkovat práci nebo výměnu tepla mezi dvěma objekty, které mají různé teploty. Energie se liší kvalitou nebo schopností vykonávat užitečnou práci. Energetická kvalita je měřítkem jeho účinnosti. Energie Vysoká kvalita vyznačující se vysokým stupněm pořádkumilovnosti neboli soustředěnosti, a tedy vysokou schopností produkovat užitečnou práci. Příklady nosičů takových forem energie zahrnují elektřinu, uhlí, benzín, koncentrovaná sluneční energie, ale i vysokoteplotní teplo atd. Nízká kvalita energie vyznačující se nepořádkem a nízkou schopností produkovat užitečnou práci. Příkladem nositele takové energie je nízkoteplotní teplo ve vzduchu kolem nás, v řece, jezeře nebo oceánu. Například celkové množství tepla v Atlantském oceánu výrazně převyšuje množství vysoce kvalitní energie v ropných vrtech Saúdské Arábie. Ale teplo je v oceánu tak rozptýleno, že ho nejsme schopni využít.
Když už mluvíme o energii, měli bychom si připomenout dva přírodní zákony, kterým se energie podřizuje.
První zákon termodynamiky (zákon zachování energie): energie nevzniká ani nezaniká, pouze přechází z jedné formy do druhé. Ze zákona vyplývá, že v důsledku přeměn energie z ní nelze nikdy získat více, než kolik bylo vynaloženo: výdej energie se vždy rovná jejímu vstupu; Z ničeho nemůžete něco získat; za všechno musíte platit.
Druhý termodynamický zákon: Při jakékoli přeměně energie se její část ztrácí ve formě tepla. Toto nízkoteplotní teplo se obvykle odvádí do okolí a není schopno vykonávat užitečnou práci.
Při spalování kvalitního benzínu chemická energie V motoru automobilu se asi 1 % přemění na mechanickou a elektrickou energii, zbývajících 99 % se rozptýlí v prostředí ve formě zbytečného tepla a nakonec se ztratí ve vesmíru. V žárovce 5% elektrická energie se přemění na užitečné světelné záření a 95 % se rozptýlí ve formě tepla do okolí. Podle prvního zákona termodynamiky nemůže být energie nikdy vyčerpána, protože nemůže být vytvořena ani zničena. Ale podle druhého termodynamického zákona se celkové množství koncentrované, vysoce kvalitní energie, kterou můžeme získat ze všech zdrojů, neustále snižuje a mění se v nekvalitní energii. Nejen, že nemůžeme něco získat z ničeho, nemůžeme narušit vyrovnání kvality energie.
Většina slunečního záření, které se neodráží od zemského povrchu, se v souladu s druhým termodynamickým zákonem přemění na nízkoteplotní Termální energie(záření „dalekého“ IR rozsahu) a je vyzařováno zpět do vesmíru; Množství energie vrácené do vesmíru jako teplo závisí na přítomnosti molekul vody, oxidu uhličitého, metanu, oxidu dusnatého, ozónu a některých forem částic v atmosféře. Tyto látky, fungující jako selektivní filtr, umožňují některým kvalitním formám zářivé energie ze Slunce projít atmosférou na zemský povrch a zároveň zadržují a absorbují (a zpětně vyzařují) část výsledný tok nekvalitního tepelného záření ze Země.
Jeden z nejdůležitější vlastnosti stav termodynamického systému je entropie (proměna – <греч.>) - poměr množství tepla přiváděného do systému nebo odváděného ze systému k termodynamické teplotě: dS = dQ/T . Lze tvrdit, že entropie charakterizuje množství energie v systému, které není k dispozici pro vykonávání práce, tj. není k dispozici pro použití. Systém má nízkou entropii, pokud nepřetržitě rozptyluje uspořádanou energii a přeměňuje ji na jinou, méně uspořádanou formu, například přeměnou světelné nebo potravinové energie na tepelnou energii. Proto je entropie často definována jako míra neuspořádanosti systému. Nejdůležitější vlastností organismů je jejich schopnost vytvářet a udržovat vysoký stupeň vnitřního řádu, tedy stav nízké entropie.
Jakékoli zahřáté těleso, včetně živého, bude vydávat teplo, dokud se jeho teplota nevyrovná teplotě okolí. V konečném důsledku může být energie jakéhokoli tělesa rozptýlena v tepelné formě, načež nastane stav termodynamické rovnováhy a jakékoli energetické procesy se stanou nemožnými, tj. systém se dostane do stavu maximální entropie nebo minimálního řádu.
Aby se entropie těla nezvyšovala v důsledku neustálého rozptylování energie její přeměnou z forem s vysoký stupeňřádu (například chemické energie potravin) do tepelné formy s minimální stupeň uspořádanosti, organismus musí neustále akumulovat uspořádanou energii zvenčí, tedy jakoby zvenčí vytahoval „pořádnost“ nebo negativní entropii.
Živé organismy extrahují negativní entropii z potravy pomocí uspořádanosti její chemické energie. Aby ekologické systémy a biosféra jako celek měly možnost extrahovat negativní entropii z prostředí, je nutná energetická dotace, která se ve skutečnosti získává ve formě bezplatné sluneční energie. Rostliny v procesu autotrofní výživy – fotosyntézy vytvářejí organickou hmotu s zvýšená úroveň uspořádanost jeho chemických vazeb, což způsobuje pokles entropie. Býložravci jedí rostliny, které zase požírají predátoři atd.
Další třída je základní chemické sloučeniny naše tělo - sacharidy. Sacharidy jsou nám všem dobře známy ve formě běžného stolního cukru (chemicky ano sacharóza) nebo škrob.
Sacharidy dělíme na jednoduché a složené. Z jednoduché sacharidy(monosacharidy) mají pro člověka největší význam glukózy, fruktózy a galaktózy.
Komplexní sacharidy zahrnují oligosacharidy(disacharidy: sacharóza, laktóza atd.) a sacharidy nepodobné cukru - polysacharidy(škrob, glykogen, vláknina atd.).
Monosacharidy a polysacharidy se liší svými fyziologickými účinky na organismus. Použití v strava Nadbytek lehce stravitelných mono- a disacharidů přispívá k rychlému zvýšení hladiny krevního cukru, což může mít negativní dopad na pacienty s diabetes mellitus (DM) a obezitou.
Polysacharidy se rozkládají mnohem pomaleji tenké střevo. Ke zvýšení koncentrace krevního cukru tedy dochází postupně. V tomto ohledu je výhodnější konzumace potravin bohatých na škrob (chléb, obiloviny, brambory, těstoviny).
Spolu se škrobem se do těla dostávají vitamíny, minerály a nestravitelná vláknina. Mezi poslední patří vláknina a pektin.
Celulóza(celulóza) má příznivý regulační účinek na činnost střev a žlučových cest, zabraňuje stagnaci potravy v gastrointestinálním traktu a podporuje vylučování cholesterolu. Mezi potraviny bohaté na vlákninu patří zelí, řepa, fazole, žitná mouka atd.
Pektické látky se nacházejí v dužině plodů, listů a zelených částí stonků. Jsou schopny adsorbovat různé toxiny (včetně těžkých kovů). Hodně pektinů se nachází v marmeládách, marmeládách, džemech, marshmallows, ale nejvíce těchto látek je v dužině dýně, která je také bohatá na karoten (předchůdce vitaminu A).
Většina sacharidů je pro lidské tělo rychle stravitelným zdrojem energie. Sacharidy však nejsou absolutně nezbytné živiny. Některé z nich, například nejdůležitější palivo pro naše buňky – glukózu, lze celkem snadno syntetizovat z jiných chemických sloučenin, zejména aminokyselin nebo lipidů.
Roli sacharidů však nelze podceňovat. Faktem je, že nejenže jsou schopny se v těle rychle spálit a dodat mu dostatečné množství energie, ale také uloženy do zásoby ve formě glykogen- látka velmi podobná známému rostlinnému škrobu. Naše hlavní zásoby glykogenu jsou soustředěny v játrech nebo svalech. Pokud se energetické potřeby organismu zvyšují, např. s výrazným fyzická aktivita, pak se zásoby glykogenu snadno mobilizují, glykogen se přeměňuje na glukózu, kterou již buňky a tkáně našeho těla využívají jako nosič energie.
Nebezpečí jednoduchých sacharidů!
K těmto závěrům dospěli vědci z univerzit v Jeruzalémě (Izrael) a Yale (USA) po provedení série experimentů.
Kobylky druhu Melanoplus femurrubrum byly umístěny ve dvou klecích, do jedné z nich byli vypuštěni i pavouci Pisaurina mira - jejich přirozené nepřátele. Cílem bylo pouze vyděsit kobylky, aby bylo možné sledovat jejich reakci na predátory, takže pavouci byli vybaveni „náhubky“ slepením kusadel k sobě. Kobylky zažívaly silný stres, v důsledku čehož se v jejich tělech výrazně zrychlil metabolismus a objevila se „brutální“ chuť k jídlu – podobně jako u lidí, kteří při obavách jedí hodně sladkého. Kobylky sežraly krátkodobý velké množství sacharidů, jejichž uhlovodíky jsou tělem dokonale absorbovány.
Navíc se ukazuje, že překrmení kobylky mohou po smrti poškodit ekosystém. Vědci to zjistili umístěním zbytků jejich těl do vzorků půdy, kde došlo k procesu humusu. Půdní mikrobiální aktivita klesla o 62 % v laboratorních podmínkách a o 19 % v polních podmínkách, zjistila studie.
K otestování výsledků experimentu vytvořili vědci „v reálném čase“ chemický model, který nahradil kostry skutečných kobylek organickými „kuklámi“, skládajícími se jako přírodní prototypy ze sacharidů, proteinů a chitinu v různých poměrech. Výsledky experimentů ukázaly, že čím vyšší procento dusíku (obsaženého v bílkovinách) ve zbytcích kobylky, tím lepší jsou procesy rozkladu organické hmoty v půdách.
Organické sacharidy
Sacharidy
Organické sloučeniny tvoří v průměru 20-30 % buněčné hmoty živého organismu. Patří sem biologické polymery: bílkoviny, nukleové kyseliny, sacharidy, ale i tuky a řada malých molekul – hormony, pigmenty, ATP atd. Různé typy buněk obsahují různá množství organických sloučenin. V rostlinných buňkách převládají komplexní sacharidy-polysacharidy, zatímco v živočišných je více bílkovin a tuků. Každá ze skupin organických látek v jakémkoli typu buňky však plní podobné funkce: poskytuje energii a je stavebním materiálem.
1. STRUČNÉ INFORMACE O SACHARIDECH
sacharidy - organické sloučeniny skládající se z jedné nebo více molekul jednoduché cukry. Molární hmotnost sacharidy se pohybují od 100 do 1 000 000 Da (Daltonova hmotnost, přibližně stejná jako hmotnost jednoho atomu vodíku). Jejich obecný vzorec se obvykle zapisuje jako Cn(H2O)n (kde n je alespoň tři). Poprvé v roce 1844 tento termín zavedl domácí vědec K. Schmid (1822-1894).
Název „sacharidy“ vzešel z analýzy prvních známých zástupců této skupiny sloučenin. Ukázalo se, že tyto látky se skládají z uhlíku, vodíku a kyslíku a poměr počtu atomů vodíku a kyslíku v nich je stejný jako ve vodě: pro dva atomy vodíku - jeden atom kyslíku. Byly tedy považovány za sloučeninu uhlíku a vody. Následně se stalo známo mnoho sacharidů, které tuto podmínku nesplňovaly, ale název „sacharidy“ stále zůstává obecně přijímán. V živočišné buňce se sacharidy nacházejí v množství nepřesahujícím 2-5%. Na sacharidy jsou nejbohatší rostlinné buňky, kde jejich obsah v některých případech dosahuje 90 % sušiny (například v hlízách brambor, semenech).
2. KLASIFIKACE SACHARIDŮ
Existují tři skupiny sacharidů: monosacharidy neboli jednoduché cukry (glukóza, fruktóza); oligosacharidy - sloučeniny skládající se z 2-10 molekul jednoduchých cukrů spojených do série (sacharóza, maltóza); polysacharidy, včetně více než 10 molekul cukru (škrob, celulóza).
3. STRUKTUÁLNÍ A FUNKČNÍ ZNAKY ORGANIZACE MONO- A DIsacharidů: STRUKTURA; BÝT V PŘÍRODĚ; ÚČTENKA. CHARAKTERISTIKA JEDNOTLIVÝCH ZÁSTUPCŮ
Monosacharidy jsou ketonové nebo aldehydové deriváty vícesytné alkoholy. Atomy uhlíku, vodíku a kyslíku, které je tvoří, jsou v poměru 1:2:1. Obecný vzorec pro jednoduché cukry je (CH2O)n. Podle délky uhlíkového skeletu (počtu atomů uhlíku) se dělí na: triózy-C3, tetrózy-C4, pentózy-C5, hexózy-C6 atd. Kromě toho se cukry dělí na:
Aldózy obsahující aldehydovou skupinu jsou C=O. Patří mezi ně | N glukóza:
H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH
Ketosy obsahující ketonovou skupinu jsou C-. Například || odkazuje na fruktózu.
V roztocích mají všechny cukry, počínaje pentózami, cyklickou formu; v lineární formě jsou přítomny pouze triózy a tetrózy. Při vzniku cyklické formy je atom kyslíku aldehydové skupiny vázán kovalentní vazbou na předposlední atom uhlíku řetězce, což má za následek vznik poloacetalů (v případě aldóz) a hemiketalů (v případě ketos). ).
CHARAKTERISTIKA MONOSACHARIDŮ, VYBRANÍ ZÁSTUPCI
Z tetróz je v metabolických procesech nejdůležitější erytróza. Tento cukr je jedním z meziproduktů fotosyntézy. Pentózy se v přírodních podmínkách vyskytují především jako složky molekul složitějších látek, například komplexních polysacharidů zvaných pentosany, ale i rostlinné gumy. Pentózy se nacházejí ve významném množství (10-15 %) ve dřevě a slámě. Arabinóza se vyskytuje převážně v přírodě. Nachází se v třešňovém klihu, řepě a arabské gumě, odkud se získává. Ribóza a deoxyribóza jsou široce zastoupeny ve světě zvířat a rostlin, jedná se o cukry, které jsou součástí monomerů nukleových kyselin RNA a DNA. Ribóza se připravuje epimerizací arabinózy.
Xylóza vzniká hydrolýzou polysacharidu xylosanu obsaženého ve slámě, otrubách, dřevě a slupkách slunečnice. produkty různé typy Fermentačními činidly xylózy jsou kyseliny mléčná, octová, citrónová, jantarová a další. Xylóza se v lidském těle špatně vstřebává. Hydrolyzáty obsahující xylózu se používají k pěstování určitých druhů kvasinek, používají se jako zdroj bílkovin pro krmení hospodářských zvířat. Při redukci xylózy se získává xylitol, který se používá jako náhražka cukru pro diabetiky. Xylitol je široce používán jako stabilizátor vlhkosti a změkčovadlo (v papírenském průmyslu, parfumerii a výrobě celofánu). Je jednou z hlavních složek při výrobě řady povrchově aktivních látek, laků a lepidel.
Nejběžnější hexózy jsou glukóza, fruktóza, galaktóza a jejich obecný vzorec- C6H12O6.
Glukóza (hroznový cukr, dextróza) se nachází ve šťávě z hroznů a jiného sladkého ovoce a v malém množství u zvířat a lidí. Glukóza je součástí nejdůležitějších disacharidů – třtiny a hroznový cukr. Polysacharidy s vysokou molekulovou hmotností, tj. škrob, glykogen (živočišný škrob) a vláknina, jsou zcela vyrobeny ze zbytků molekul glukózy spojených navzájem. různé způsoby. Glukóza je primárním zdrojem energie pro buňky.
Lidská krev obsahuje 0,1-0,12 % glukózy; pokles hladiny způsobuje narušení fungování nervových a svalových buněk, někdy doprovázené křečemi popř mdloba. Hladiny glukózy v krvi jsou regulovány složitý mechanismus práce nervový systém a žlázy vnitřní sekrece. Jeden z masivních těžkých endokrinní onemocnění - cukrovka- spojené s hypofunkcí ostrůvkových zón slinivky břišní. V doprovodu výrazné snížení propustnost membrány svalových a tukových buněk pro glukózu, což vede ke zvýšení hladiny glukózy v krvi a také v moči.
Glukóza pro léčebné účely se získává čištěním - rekrystalizací - technické glukózy z vodné popř vodně-alkoholové roztoky. Glukóza se používá v textilní výrobě a v některých dalších průmyslových odvětvích jako redukční činidlo. V lékařství se čistá glukóza používá ve formě injekčních roztoků do krve u řady onemocnění a ve formě tablet. Získává se z něj vitamín C.
Galaktóza je spolu s glukózou součástí některých glykosidů a polysacharidů. Zbytky molekul galaktózy jsou součástí nejsložitějších biopolymerů – gangliosidů, neboli glykosfingolipidů. Nacházejí se v nervové uzliny(ganglia) lidí a zvířat a jsou také obsaženy v mozkové tkáni, ve slezině v červených krvinkách. Galaktóza se získává především hydrolýzou mléčného cukru.
Fruktóza (ovocný cukr) se nachází ve volném stavu v ovoci a medu. Je složkou mnoha složitých cukrů, např. třtinového cukru, ze kterých se dá získat hydrolýzou. Inulin, komplexně konstruovaný vysokomolekulární polysacharid, se nachází v některých rostlinách. Fruktóza se získává také z inulinu. Fruktóza je cenný potravinářský cukr; je 1,5krát sladší než sacharóza a 3krát sladší než glukóza. Je dobře absorbován tělem. Při redukci fruktózy se tvoří sorbitol a mannitol. Sorbitol se používá jako náhražka cukru ve stravě diabetiků; navíc se používá k výrobě kyselina askorbová(vitamín C). Při oxidaci fruktóza produkuje kyselinu vinnou a šťavelovou.
Disacharidy jsou typické polysacharidy podobné cukru. Tento pevné látky nebo nekrystalizující sirupy, vysoce rozpustné ve vodě. Amorfní i krystalické disacharidy tají obvykle v určitém teplotním rozmezí a zpravidla za rozkladu. Disacharidy vznikají kondenzační reakcí mezi dvěma monosacharidy, obvykle hexózami. Vazba mezi dvěma monosacharidy se nazývá glykosidická vazba. Obvykle se tvoří mezi prvním a čtvrtým atomem uhlíku sousedních monosacharidových jednotek (1,4-glykosidová vazba). Tento proces lze nesčetněkrát opakovat, což má za následek vznik obřích molekul polysacharidů. Jakmile se monosacharidové jednotky spojí navzájem, nazývají se zbytky. Maltóza se tedy skládá ze dvou glukózových zbytků.
Z disacharidů jsou nejrozšířenější maltóza (glukóza + glukóza), laktóza (glukóza + galaktóza) a sacharóza (glukóza + fruktóza).
VYBRANÍ ZÁSTUPCI DIsacharidů
Maltóza (sladový cukr) má vzorec C12H22O11. Název vznikl v souvislosti se způsobem výroby maltózy: získává se ze škrobu pod vlivem sladu (latinsky maltum - slad). V důsledku hydrolýzy se maltóza štěpí na dvě molekuly glukózy:
С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6
Sladový cukr je meziproduktem při hydrolýze škrobu a je široce distribuován v rostlinných a živočišných organismech. Sladový cukr je výrazně méně sladký než třtinový (0,6krát při stejných koncentracích).
Laktóza (mléčný cukr). Název tohoto disacharidu vznikl v souvislosti s jeho výrobou z mléka (z latinského lactum – mléko). Během hydrolýzy se laktóza štěpí na glukózu a galaktózu:
Laktóza se získává z mléka: kravské mléko obsahuje 4-5,5 %, lidské mléko 5,5-8,4 %. Laktóza se od ostatních cukrů liší tím, že není hygroskopická: netlumí. Mléčný cukr se používá jako farmaceutický lék a výživy pro kojence. Laktóza je 4krát až 5krát méně sladká než sacharóza.
Sacharóza (třtinový nebo řepný cukr). Název vznikl v souvislosti s jeho extrakcí buď z cukrové řepy nebo cukrové třtiny. Třtinový cukr byl znám již mnoho staletí před naším letopočtem. Teprve v polovině 18. stol. tento disacharid byl nalezen v cukrové řepě a pouze v začátek XIX PROTI. byl získán za výrobních podmínek. Sacharóza je v rostlinném světě velmi běžná. Listy a semena vždy obsahují malé množství sacharózy. Nachází se také v ovoci (meruňky, broskve, hrušky, ananas). Je ho hodně v javorových a palmových šťávách a kukuřici. Jedná se o nejznámější a nejrozšířenější cukr. Při hydrolýze z něj vzniká glukóza a fruktóza:
С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6
Směs stejných množství glukózy a fruktózy vzniklá inverzí třtinového cukru (v důsledku změny procesu hydrolýzy z pravé rotace roztoku doleva) se nazývá invertní cukr (inverze rotace). Přírodní invertní cukr je med, sestávající převážně z glukózy a fruktózy.
Sacharóza se získává z obrovské množství. Cukrová řepa obsahuje 16-20% sacharózy, cukrová třtina - 14-26%. Promytá řepa se rozdrtí a sacharóza se opakovaně extrahuje ve strojích vodou o teplotě asi 80 stupňů. Vzniklá kapalina, která obsahuje kromě sacharózy i velké množství různých nečistot, se upravuje vápnem. Vápno sráží řadu organických kyselin, ale i bílkoviny a některé další látky ve formě vápenatých solí. Část vápna tvoří s třtinovým cukrem za studena rozpustné vápenaté sacharáty, které se působením oxidu uhličitého ničí.
Sraženina uhličitanu vápenatého se oddělí filtrací a filtrát se po dalším čištění odpaří ve vakuu, dokud se nezíská pastovitá hmota. Uvolněné krystaly sacharózy se oddělí pomocí odstředivek. Takto se získává surový krupicový cukr, který má nažloutlou barvu, nahnědlý matečný louh a nekrystalizující sirup (řepná melasa, resp. melasa). Granulovaný cukr se čistí (rafinuje) a získá se hotový výrobek.
4. BIOLOGICKÁ ROLE BIOPOLYMERŮ - POLYSACHARIDŮ
Polysacharidy jsou vysokomolekulární (až 1 000 000 Da) polymerní sloučeniny sestávající z velké číslo monomery - cukry, jejich obecný vzorec je Cx(H2O)y. Nejběžnějším monomerem polysacharidů je glukóza, dále se nachází galaktóza a další cukry. Polysacharidy se dělí na:
- homopolysacharidy sestávající z molekul monosacharidů stejného typu (například škrob a celulóza se skládají pouze z glukózy);
- heteropolysacharidy, které mohou obsahovat několik různých cukrů jako monomery (heparin).
Pokud jsou v polysacharidu přítomny pouze 1,4= glykosidické vazby, získáme lineární, nerozvětvený polymer (celulózu); pokud jsou přítomny obě vazby 1,4= a 1,6=, polymer bude rozvětvený (glykogen). Mezi nejvýznamnější polysacharidy patří: celulóza, škrob, glykogen, chitin.
Celulóza, neboli vláknina (z latinského cellula – buňka), je hlavní složkou buněčné stěny rostlinné buňky. Je to lineární polysacharid skládající se z glukózy vázané 1,4= vazbami. Vláknina tvoří 50 až 70 % dřeva. Bavlna je téměř čisté vlákno. Lněná a konopná vlákna sestávají především z vlákniny. Nejčistšími příklady vláken jsou čištěná vata a filtrační papír.
Škrob je rozvětvený polysacharid rostlinného původu sestávající z glukózy. V polysacharidu jsou zbytky glukózy spojeny 1,4= a 1,6= glykosidickými vazbami. Při jejich rozkladu dostávají rostliny glukózu, která je nezbytná v procesu jejich života. Škrob vzniká při fotosyntéze v zelených listech ve formě zrn. Tato zrna jsou obzvláště snadno detekovatelná pod mikroskopem pomocí vápenné reakce s jódem: škrobová zrna se zbarví do modra nebo modročerna.
Podle akumulace škrobových zrn lze usuzovat na intenzitu fotosyntézy. Škrob v listech se rozkládá na monosacharidy nebo oligosacharidy a přenáší se do jiných částí rostliny, jako jsou hlízy brambor nebo obilná zrna. Zde opět dochází k ukládání škrobu ve formě zrn. Nejvyšší obsahškrob v následujících plodinách:
Rýže (zrno) - 62-82 %;
- kukuřice (zrno) - 65-75 %;
- pšenice (zrno) - 57-75 %;
- brambory (hlízy) - 12-24%.
V textilním průmyslu se škrob používá k výrobě zahušťovadel barviv. Používá se v zápalkovém, papírenském, tiskařském a knihařském průmyslu. V lékařství a farmakologii se škrob používá k přípravě prášků, past (hustých mastí), nezbytný je také při výrobě tablet. Podrobením škrobu kyselé hydrolýze lze glukózu získat ve formě čistého krystalického přípravku nebo ve formě melasy - barevného, nekrystalizujícího sirupu.
Zavedla se výroba modifikovaných škrobů, které prošly speciálním zpracováním nebo obsahují přísady zlepšující jejich vlastnosti. Modifikované škroby jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích.
Glykogen je polysacharid živočišného původu, více rozvětvený než škrob, skládající se z glukózy. Hraje mimořádně důležitou roli v živočišných organismech jako rezervní polysacharid: především ve všech životních procesech svalová práce, jsou doprovázeny rozkladem glykogenu a uvolněním energie v něm soustředěné. V tělesných tkáních se může kyselina mléčná tvořit z glykogenu jako výsledek řady složitých přeměn.
Glykogen se nachází ve všech živočišných tkáních. Hojně se vyskytuje zejména v játrech (až 20 %) a svalech (až 4 %). Je také přítomen v některých nižších rostlinách, kvasinkách a houbách a lze jej izolovat ošetřením živočišných tkání 5-10% kyselinou trichloroctovou a následným vysrážením extrahovaného glykogenu alkoholem. Roztoky glykogenu s jódem dávají barvu od vínově červené až po červenohnědou v závislosti na původu glykogenu, druhu zvířete a dalších podmínkách. Při varu jodová barva zmizí a po ochlazení se znovu objeví.
Chitin je svou strukturou a funkcí velmi blízký celulóze – je také strukturním polysacharidem. Chitin se nachází v některých houbách, kde díky své vláknité struktuře hraje podpůrnou roli v buněčných stěnách, a také u některých skupin živočichů (zejména členovců) jako důležitou složkou jejich exoskeleton. Struktura chitinu je podobná struktuře celulózy, její dlouhé paralelní řetězce jsou také shromážděny ve svazcích.
5. CHEMICKÉ VLASTNOSTI SACHARIDŮ
Všechny monosacharidy a některé disacharidy včetně maltózy a laktózy patří do skupiny redukujících cukrů. Sacharóza je neredukující cukr. Redukční schopnost cukrů závisí u aldóz na aktivitě aldehydové skupiny a u ketos - na aktivitě ketoskupiny i primárních alkoholových skupin. V neredukujících cukrech tyto skupiny nemohou vstupovat do žádných reakcí, protože se zde podílejí na tvorbě glykosidické vazby. Dvě běžné reakce pro redukující cukry – Benediktova reakce a Fehlingova reakce – jsou založeny na schopnosti těchto cukrů redukovat dvojmocný iont mědi na monovalentní. Obě reakce využívají alkalický roztok síranu měďnatého (CuSO4), který se redukuje na nerozpustný oxid měďnatý (Cu2O). Iontová rovnice: Cu2+ + e = Cu+ dává modrý roztok, cihlově červenou sraženinu. Všechny polysacharidy jsou neredukující.
ZÁVĚR
Hlavní role sacharidů souvisí s jejich energetickou funkcí. Jejich enzymatické štěpení a oxidace uvolňuje energii, kterou buňka využívá. Polysacharidy hrají především roli zásobních produktů a snadno mobilizovatelných zdrojů energie (například škrob a glykogen) a používají se také jako stavební materiály (celulóza a chitin).
Polysacharidy jsou vhodné jako rezervní látky z několika důvodů: jsou nerozpustné ve vodě, nemají osmotický ani chemický účinek na buňku, což je velmi důležité při dlouhodobé skladování v živé buňce: pevný, dehydratovaný stav polysacharidů zvyšuje užitečnou hmotnost skladovacích produktů tím, že šetří jejich objem. Zároveň se výrazně snižuje pravděpodobnost konzumace těchto produktů. patogenní bakterie, plísně a další mikroorganismy, které, jak známo, nemohou polykat potravu, ale absorbují živiny celým povrchem těla. Zásobní polysacharidy lze v případě potřeby snadno hydrolýzou převést na jednoduché cukry. Kromě toho, když jsou kombinovány s lipidy a proteiny, sacharidy tvoří glykolipidy a glykoproteiny nebo dva.
Sacharidy jsou hlavním zdrojem energie v lidském těle.
Obecný vzorec sacharidů je Cn (H 2O )m
Sacharidy jsou látky o složení C m H 2p O p, které mají prvořadý biochemický význam, jsou rozšířeny v živé přírodě a hrají důležitou roli v životě člověka. Sacharidy jsou součástí buněk a tkání všech rostlinných a živočišných organismů a svou hmotností tvoří většinu organické hmoty na Zemi. Sacharidy tvoří asi 80 % sušiny u rostlin a asi 20 % u živočichů. Rostliny syntetizují sacharidy z anorganických sloučenin - oxidu uhličitého a vody (CO 2 a H 2 O).
Zásoby sacharidů ve formě glykogenu v lidském těle jsou přibližně 500 g. Převážná část (2/3) se nachází ve svalech, 1/3 v játrech. Mezi jídly se glykogen rozkládá na molekuly glukózy, což zmírňuje kolísání hladiny cukru v krvi. Bez sacharidů se zásoby glykogenu vyčerpají asi za 12-18 hodin. V tomto případě se aktivuje mechanismus tvorby sacharidů z meziproduktů metabolismu bílkovin. To je způsobeno tím, že sacharidy jsou životně důležité pro tvorbu energie v tkáních, zejména v mozku. Mozkové buňky získávají energii především oxidací glukózy.
Druhy sacharidů
Sacharidy lze rozdělit podle chemické struktury na jednoduché sacharidy (monosacharidy a disacharidy) a komplexní sacharidy (polysacharidy).
Jednoduché sacharidy (cukry)
Glukóza je nejdůležitější ze všech monosacharidů, protože je strukturální jednotkou většiny dietních di- a polysacharidů. Během metabolického procesu se rozkládají na jednotlivé molekuly monosacharidů, které se vícestupňovými chemickými reakcemi přeměňují na jiné látky a nakonec se oxidují na oxid uhličitý a vodu – slouží jako „palivo“ pro buňky. Glukóza je nezbytnou součástí metabolismu sacharidů. Když jeho hladina v krvi klesne nebo je jeho koncentrace vysoká a nelze jej použít, jako se to stává u cukrovky, dochází k ospalosti a může dojít ke ztrátě vědomí (hypoglykemické kóma).
Glukóza „v čisté formě“ jako monosacharid se nachází v zelenině a ovoci. Hrozny jsou obzvláště bohaté na glukózu - 7,8%, třešně - 5,5%, maliny - 3,9%, jahody - 2,7%, švestky - 2,5%, meloun - 2,4%. Ze zeleniny obsahuje nejvíce glukózy dýně – 2,6 %, bílé zelí – 2,6 % a mrkev – 2,5 %.
Glukóza je méně sladká než nejznámější disacharid, sacharóza. Pokud vezmeme sladkost sacharózy jako 100 jednotek, pak sladkost glukózy je 74 jednotek.
Fruktóza je jedním z nejhojnějších sacharidů v ovoci. Na rozdíl od glukózy může pronikat z krve do tkáňových buněk bez účasti inzulinu. Z tohoto důvodu je fruktóza doporučována jako nejbezpečnější zdroj sacharidů pro diabetiky. Část fruktózy se dostává do jaterních buněk, které ji přeměňují na všestrannější „palivo“ – glukózu, takže fruktóza může také zvýšit hladinu cukru v krvi, i když v mnohem menší míře než jiné jednoduché cukry. Fruktóza se snadněji přeměňuje na tuk než glukóza. Hlavní výhodou fruktózy je, že je 2,5krát sladší než glukóza a 1,7krát sladší než sacharóza. Jeho použití místo cukru umožňuje snížit celkový příjem sacharidů.
Hlavními zdroji fruktózy v potravinách jsou hrozny – 7,7 %, jablka – 5,5 %, hrušky – 5,2 %, třešně – 4,5 %, vodní melouny – 4,3 %, černý rybíz – 4,2 %, maliny – 3,9 %, jahody – 2,4 %, melouny – 2,0 %. Obsah fruktózy v zelenině je nízký – od 0,1 % v řepě do 1,6 % v bílém zelí. Fruktóza je obsažena v medu – asi 3,7 %. Je spolehlivě prokázáno, že fruktóza, která má výrazně vyšší sladivost než sacharóza, nezpůsobuje zubní kaz, který konzumace cukru podporuje.
Galaktóza se v produktech nenachází ve volné formě. S glukózou tvoří disacharid – laktózu (mléčný cukr) – hlavní sacharid mléka a mléčných výrobků.
Laktóza je štěpena v gastrointestinálním traktu na glukózu a galaktózu enzymem laktázou. Nedostatek tohoto enzymu vede u některých lidí k nesnášenlivosti mléka. Nestrávená laktóza slouží jako dobrá živina pro střevní mikroflóru. V tomto případě je možná hojná tvorba plynu, žaludek „nabobtná“. Ve fermentovaných mléčných výrobcích je většina laktózy fermentována na kyselinu mléčnou, takže lidé s nedostatkem laktázy snášejí fermentované mléčné výrobky bez nepříjemných následků. Bakterie mléčného kvašení v kysaných mléčných výrobcích navíc potlačují činnost střevní mikroflóry a snižují nežádoucí účinky laktózy.
Galaktóza, která vzniká při rozkladu laktózy, se v játrech přeměňuje na glukózu. Při vrozeném dědičném nedostatku nebo nepřítomnosti enzymu přeměňujícího galaktózu na glukózu vzniká závažné onemocnění – galaktosémie, která vede k mentální retardaci.
Sacharóza je disacharid tvořený molekulami glukózy a fruktózy. Obsah sacharózy v cukru je 99,5 %. Milovníci sladkého vědí, že cukr je „bílá smrt“, stejně jako kuřáci vědí, že kapka nikotinu zabije koně. Obě tyto hlášky bohužel častěji slouží jako důvod k vtipům než k vážným úvahám a praktickým závěrům.
Cukr se v gastrointestinálním traktu rychle rozkládá, glukóza a fruktóza se vstřebávají do krve a slouží jako zdroj energie a nejdůležitější prekurzor glykogenu a tuků. Často se mu říká „přenašeč prázdných kalorií“, protože cukr je čistý sacharid a neobsahuje další živiny, jako jsou vitamíny a minerální soli. Z rostlinných produktů nejvíce sacharózy obsahuje řepa - 8,6 %, broskve - 6,0 %, melouny - 5,9 %, švestky - 4,8 %, mandarinky - 4,5 %. V zelenině, kromě řepy, je významný obsah sacharózy zaznamenán v mrkvi - 3,5%. V ostatní zelenině se obsah sacharózy pohybuje od 0,4 do 0,7 %. Kromě samotného cukru jsou hlavními zdroji sacharózy v potravinách džem, med, cukrovinky, sladké nápoje a zmrzlina.
Spojením dvou molekul glukózy vzniká maltóza – sladový cukr. Obsahuje med, slad, pivo, melasu a pekařské a cukrářské výrobky vyrobené s přídavkem melasy.
Komplexní sacharidy
Všechny polysacharidy přítomné v lidské potravě, až na vzácné výjimky, jsou polymery glukózy.
Škrob je hlavní stravitelný polysacharid. Tvoří až 80 % sacharidů přijatých v potravě.
Zdrojem škrobu jsou rostlinné produkty, především obiloviny: obiloviny, mouka, chléb a brambory. Nejvíce škrobu obsahují obiloviny: od 60 % v pohance (jádro) po 70 % v rýži. Z obilovin nejméně škrobu obsahují ovesné vločky a z nich zpracované produkty: ovesné vločky, ovesné vločky Hercules - 49 %. Těstoviny obsahují od 62 do 68 % škrobu, chléb z žitné mouky, podle druhu - od 33 % do 49 %, pšeničný chléb a další výrobky z pšeničné mouky - od 35 do 51 % škrobu, mouka - od 56 (žitná ) na 68 % (prémiová pšenice). V luštěninách je také hodně škrobu – od 40 % v čočce po 44 % v hrachu. Z tohoto důvodu se suchý hrách, fazole, čočka a cizrna řadí mezi luštěniny. Samostatně stojí sójové boby, které obsahují pouze 3,5 % škrobu, a sójová mouka (10-15,5 %). Vzhledem k vysokému obsahu škrobu v bramborách (15-18 %) nejsou v dietetice řazeny mezi zeleninu, kde hlavními sacharidy jsou monosacharidy a disacharidy, ale mezi škrobové potraviny spolu s obilovinami a luštěninami.
V topinamburu a některých dalších rostlinách jsou sacharidy uloženy ve formě polymeru fruktózy – inulinu. Potravinářské výrobky s přídavkem inulinu se doporučují při cukrovce a zejména k její prevenci (nezapomeňte, že fruktóza zatěžuje slinivku méně než jiné cukry).
Glykogen – „živočišný škrob“ – se skládá z vysoce rozvětvených řetězců molekul glukózy. V malých množstvích se nachází v živočišných produktech (v játrech 2-10%, ve svalové tkáni - 0,3-1%).
Potraviny s vysokým obsahem sacharidů
Nejběžnějšími sacharidy jsou glukóza, fruktóza a sacharóza, které se nacházejí v zelenině, ovoci a medu. Laktóza je součástí mléka. Rafinovaný cukr je kombinací fruktózy a glukózy.
Glukóza hraje ústřední roli v metabolických procesech. Dodává energii orgánům jako je mozek, ledviny a podporuje tvorbu červených krvinek.
Lidské tělo není schopno ukládat příliš mnoho glukózy, a proto je potřeba ji pravidelně doplňovat. To však neznamená, že musíte jíst glukózu v čisté formě. Mnohem zdravější je konzumovat ho jako součást složitějších sacharidových sloučenin, například škrobu, který se nachází v zelenině, ovoci a obilovinách. Všechny tyto produkty jsou navíc skutečným skladem vitamínů, vlákniny, mikroelementů a dalších užitečných látek, které pomáhají tělu bojovat s mnoha nemocemi. Polysacharidy by měly tvořit většinu všech sacharidů vstupujících do našeho těla.
Důležité zdroje sacharidů
Hlavními zdroji sacharidů z potravy jsou: chléb, brambory, těstoviny, cereálie a sladkosti. Čistý sacharid je cukr. Med podle původu obsahuje 70-80% glukózy a fruktózy.
K označení množství sacharidů v potravině se používá speciální jednotka chleba.
Do sacharidové skupiny navíc patří i vláknina a pektiny, které jsou pro lidské tělo špatně stravitelné.
Sacharidy se používají jako:
léky,
pro výrobu bezdýmného prášku (pyroxylin),
výbušniny,
umělá vlákna (viskóza).
Celulóza má velký význam jako zdroj pro výrobu ethylalkoholu
1. Energie
Hlavní funkcí sacharidů je, že jsou nepostradatelnou složkou lidské stravy, při odbourání 1 g sacharidů se uvolní 17,8 kJ energie.
2. Strukturální.
Buněčná stěna rostlin se skládá z polysacharidu celulózy.
3. Skladování.
Škrob a glykogen jsou skladovacími produkty v rostlinách a zvířatech
|
Sacharidové skupiny |
Vlastnosti struktury molekuly |
Vlastnosti sacharidů |
|
Monosacharidy |
Počet atomů C C3-trióza C4-tetrosy C5-pentózy C6-hexózy |
Bezbarvý, vysoce rozpustný ve vodě, má sladkou chuť. |
|
Oligosacharidy |
Komplexní sacharidy. |
Obsahuje 2 až 10 monosacharidových zbytků |
|
Dobře se rozpouštějí ve vodě a mají sladkou chuť. |
Polysacharidy |
Komplexní sacharidy, skládající se z velkého množství monomerů - jednoduchých cukrů a jejich derivátů |
S rostoucím počtem monomerních jednotek klesá rozpustnost a mizí sladká chuť. Objevuje se schopnost slizu a bobtnání
Historický odkaz
Sacharidy se používaly od pradávna – vůbec prvním sacharidem (přesněji směsí sacharidů), se kterým se člověk seznámil, byl med.
Cukrová třtina pochází ze severozápadní Indie-Bengálska. Evropané se s třtinovým cukrem seznámili díky tažením Alexandra Velikého v roce 327 před Kristem.
Řepný cukr v čisté formě objevil až v roce 1747 německý chemik A. Marggraf
V roce 1811 ruský chemik Kirchhoff poprvé získal glukózu hydrolýzou škrobu
Správný empirický vzorec pro glukózu poprvé navrhl švédský chemik J. Bercellius v roce 1837. C6H12O6
Syntézu sacharidů z formaldehydu v přítomnosti Ca(OH)2 provedl A.M. Butlerov v roce 1861
Závěr
Význam sacharidů je těžké přeceňovat. Glukóza je hlavním zdrojem energie v lidském těle, slouží k výstavbě mnoha důležitých látek v těle - glykogenu (energetická rezerva), je součástí buněčných membrán, enzymů, glykoproteinů, glykolipidů a podílí se na většině reakcí probíhajících v lidské tělo. Sacharóza je přitom hlavním zdrojem glukózy, která se dostává do vnitřního prostředí. Sacharóza, která je obsažena téměř ve všech rostlinných potravinách, zajišťuje nezbytný přísun energie a základní látky – glukózy.
Tělo nutně potřebuje sacharidy (přes 56 % energie získáváme ze sacharidů)
Sacharidy mohou být jednoduché a složité (nazývají se tak kvůli struktuře jejich molekul)
Minimální množství sacharidů by mělo být alespoň 50-60 g
Otestujte si své znalosti:
