Primárnym zdrojom energie pre živé organizmy je energia slnečného žiarenia. Fototrofy - rastliny a fotosyntetické mikroorganizmy - priamo využívajú svetelnú energiu na syntézu komplexu organickej hmoty(tuky, bielkoviny, sacharidy atď.), ktoré sú sekundárnymi zdrojmi energie. Heterotrofy, medzi ktoré patria aj živočíchy, využívajú chemickú energiu uvoľnenú pri oxidácii organických látok syntetizovaných rastlinami.
Bio energetické procesy možno rozdeliť na procesy výroby a akumulácie energie a procesy, pri ktorých sa vykonáva užitočná práca s využitím uloženej energie (obr. 1.1). Fotosyntéza je hlavným bioenergetickým procesom na Zemi. Ide o komplexný viacstupňový systém fotofyzikálnych, fotochemických a temných biochemických procesov, pri ktorých sa energia slnečného žiarenia premieňa na chemické alebo elektrochemické formy energie. V prvom prípade ide o energiu obsiahnutú v zložitých organických molekulách a v druhom o energiu protónového gradientu na membránach, ktorá sa tiež premieňa na chemická forma. Vo fotosyntetických organizmoch sú kvantá slnečného svetla absorbované molekulami chlorofylu a so zvýšenou energiou prenášajú svoje elektróny do excitovaného stavu. Práve vďaka energii excitovaných elektrónov v molekulách chlorofylu vzniká fotosyntetický systém fototrofov z jednoduchých molekúl oxid uhličitý a voda syntetizuje glukózu a ďalšie organické molekuly (aminokyseliny, mastné kyseliny, nukleotidy a pod.), z ktorých sa následne v tele budujú sacharidy, bielkoviny, tuky a nukleové kyseliny. Produktom týchto reakcií je tiež molekulárny kyslík.
Súhrnná rovnica pre hlavné reakcie fotosyntézy:
6 CO2 + 6 H20 C6H1206 (glukóza) + 602,
Kde hn - fotónová energia.
Globálna úloha fotosyntézy je mimoriadne veľká. Výkon slnečného žiarenia je asi 10 26 W. Z toho na povrch Zeme sa dostane asi 2 10 17 W a z tejto hodnoty asi 4 10 13 W využívajú fotosyntetické organizmy na syntézu organických látok (Samoilov, 2004). Táto energia podporuje život na Zemi. Vďaka nej sa ročne syntetizuje asi 7 510 10 ton biomasy (prepočítané na uhlík). Zároveň asi 4 10 10 ton uhlíka fixuje fytoplanktón v oceáne a 3 510 10 ton rastliny a fotosyntetické mikroorganizmy na súši.
Ľudstvo spotrebúva produkty fotosyntézy vo forme potravín, požieraním organických látok primárne produkovaných rastlinami alebo sekundárne produkovaných zvieratami, ktoré jedia rastliny, a vo forme paliva, z ktorého 90% sa používa ako predtým skladované fotosyntetické produkty - ropa a uhlie. (zvyšok energie zabezpečujú jadrové a vodné elektrárne).
Získavanie energie nahromadenej fototrofnými organizmami a jej následné využitie sa uskutočňuje v procesoch výživy a dýchania. Pri prechode tráviacim traktom sa potrava drví, bunky ničia a biopolyméry (bielkoviny, nukleové kyseliny, tuky a sacharidy) sa štiepia na monoméry s nízkou molekulovou hmotnosťou (aminokyseliny, nukleotidy, mastné kyseliny a cukry), ktoré sa vstrebávajú do krv v čreve a transportovaná do celého tela. Bunky z nich extrahujú atómy vodíka nesúce vysokoenergetické elektróny, ktorých energia môže byť čiastočne uložená vo forme molekúl adenozíntrifosfátu (ATP). ATP je univerzálny zdroj energie, ktorý sa používa ako batéria, kde a kedy je potrebné vykonávať užitočná práca.
Sacharidy - hlavný zdroj energie v ľudskom tele.
Všeobecný vzorec sacharidov Сn(H2O)m
Sacharidy sú látky so zložením C m H 2p O p, ktoré majú prvoradý biochemický význam, sú rozšírené v živej prírode a zohrávajú významnú úlohu v živote človeka. Sacharidy sú súčasťou buniek a tkanív všetkých rastlinných a živočíšnych organizmov a podľa hmotnosti tvoria väčšinu organickej hmoty na Zemi. Sacharidy tvoria asi 80 % sušiny v rastlinách a asi 20 % u zvierat. Rastliny syntetizujú sacharidy z anorganických zlúčenín - oxidu uhličitého a vody (CO 2 a H 2 O).
Zásoby uhľohydrátov vo forme glykogénu v ľudskom tele sú približne 500 g Z toho väčšina (2/3) sa nachádza vo svaloch, 1/3 v pečeni. Medzi jedlami sa glykogén rozkladá na molekuly glukózy, čo zmierňuje kolísanie hladiny cukru v krvi. Bez sacharidov sa zásoby glykogénu vyčerpajú asi za 12-18 hodín. V tomto prípade sa aktivuje mechanizmus tvorby uhľohydrátov z medziproduktov metabolizmu bielkovín. Je to spôsobené tým, že sacharidy sú životne dôležité pre tvorbu energie v tkanivách, najmä mozgu. Mozgové bunky získavajú energiu predovšetkým oxidáciou glukózy.
Druhy uhľohydrátov
Sacharidy svojim spôsobom chemická štruktúra možno rozdeliť na jednoduché sacharidy (monosacharidy a disacharidy) a komplexné sacharidy (polysacharidy).
Jednoduché sacharidy (cukry)
Glukóza je najdôležitejšia zo všetkých monosacharidov, pretože je konštrukčná jednotka väčšina potravinových di- a polysacharidov. Počas metabolického procesu sa štiepia na jednotlivé molekuly monosacharidov, ktoré sa v priebehu viacstupňového chemické reakcie premenené na iné látky a nakoniec oxidované na oxid uhličitý a vodu – používané ako „palivo“ pre bunky. Glukóza je nevyhnutnou súčasťou metabolizmu uhľohydrátov. Keď jeho hladina v krvi klesne alebo je jeho koncentrácia vysoká a nemožno ho použiť, ako sa to stáva pri cukrovke, nastáva ospalosť a môže dôjsť k strate vedomia (hypoglykemická kóma).
Glukóza v čistej forme", ako monosacharid sa nachádza v zelenine a ovocí. Hrozno je obzvlášť bohaté na glukózu - 7,8%, čerešne, čerešne - 5,5%, maliny - 3,9%, jahody - 2,7%, slivky - 2,5%, melón - 2,4%. Zo zeleniny obsahuje najviac glukózy tekvica – 2,6 %, biela kapusta– 2,6 %, v mrkve – 2,5 %.
Glukóza je menej sladká ako najznámejší disacharid, sacharóza. Ak vezmeme sladkosť sacharózy ako 100 jednotiek, potom sladkosť glukózy je 74 jednotiek.
Fruktóza je jedným z najrozšírenejších sacharidov v ovocí. Na rozdiel od glukózy dokáže preniknúť z krvi do tkanivových buniek bez účasti inzulínu. Z tohto dôvodu sa fruktóza odporúča ako najbezpečnejší zdroj sacharidov pre diabetikov. Časť fruktózy sa dostáva do pečeňových buniek, ktoré ju premieňajú na všestrannejšie „palivo“ – glukózu, takže fruktóza môže tiež zvýšiť hladinu cukru v krvi, aj keď v oveľa menšej miere ako iné jednoduché cukry. Fruktóza sa ľahšie premieňa na tuk ako glukóza. Hlavnou výhodou fruktózy je, že je 2,5-krát sladšia ako glukóza a 1,7-krát sladšia ako sacharóza. Jeho použitie namiesto cukru umožňuje znížiť celkový príjem sacharidov.
Hlavnými zdrojmi fruktózy v potravinách sú hrozno – 7,7 %, jablká – 5,5 %, hrušky – 5,2 %, čerešne – 4,5 %, vodné melóny – 4,3 %, čierne ríbezle – 4,2 %, maliny – 3,9 %, jahody – 2,4 %, melóny – 2,0 %. Obsah fruktózy v zelenine je nízky – od 0,1 % v repe po 1,6 % v bielej kapuste. Fruktóza je obsiahnutá v mede - asi 3,7%. Je spoľahlivo dokázané, že fruktóza, ktorá má výrazne vyššiu sladivosť ako sacharóza, nespôsobuje zubný kaz, ktorý konzumácia cukru podporuje.
Galaktóza sa vo výrobkoch nenachádza vo voľnej forme. S glukózou tvorí disacharid – laktózu (mliečny cukor) – hlavný sacharid mlieka a mliečnych výrobkov.
Laktóza sa štiepi na gastrointestinálny trakt na glukózu a galaktózu pôsobením enzýmu laktázy. Nedostatok tohto enzýmu vedie u niektorých ľudí k intolerancii mlieka. Nestrávená laktóza je dobrou živinou pre črevnú mikroflóru. V tomto prípade je možná tvorba plynu, žalúdok „napučí“. Vo fermentovaných mliečnych výrobkoch je väčšina laktózy fermentovaná na kyselinu mliečnu, takže ľudia s nedostatkom laktázy môžu tolerovať fermentované mliečne výrobky bez nepríjemné následky. Okrem toho baktérie mliečneho kvasenia vo fermentovaných mliečnych výrobkoch potláčajú činnosť črevnej mikroflóry a znižujú nepriaznivé účinky laktózy.
Galaktóza, ktorá vzniká pri rozklade laktózy, sa v pečeni premieňa na glukózu. Pri vrodenom dedičnom nedostatku alebo absencii enzýmu, ktorý premieňa galaktózu na glukózu, vzniká závažné ochorenie – galaktozémia, ktorá vedie k mentálnej retardácii.
Sacharóza je disacharid tvorený molekulami glukózy a fruktózy. Obsah sacharózy v cukre je 99,5 %. Milovníci sladkého vedia, že cukor je „biela smrť“, rovnako ako fajčiari vedia, že kvapka nikotínu zabije koňa. Žiaľ, obe tieto pravdy častejšie slúžia ako dôvod na vtipy než na vážne úvahy a praktické závery.
Cukor sa v gastrointestinálnom trakte rýchlo rozkladá, glukóza a fruktóza sa vstrebávajú do krvi a slúžia ako zdroj energie a najdôležitejší prekurzor glykogénu a tukov. Často sa nazýva „nosič“ prázdne kalórie“, keďže cukor je čistý sacharid a neobsahuje iné živiny, ako sú vitamíny, minerálne soli. Z rastlinných produktov najviac sacharózy obsahuje cvikla – 8,6 %, broskyne – 6,0 %, melóny – 5,9 %, slivky – 4,8 %, mandarínky – 4,5 %. V zelenine, s výnimkou repy, je významný obsah sacharózy zaznamenaný v mrkve - 3,5%. V ostatnej zelenine sa obsah sacharózy pohybuje od 0,4 do 0,7 %. Okrem samotného cukru sú hlavnými zdrojmi sacharózy v potravinách džem, med, cukrovinky, sladké nápoje, zmrzlina.
Keď sa spoja dve molekuly glukózy, vznikne maltóza – sladový cukor. Obsahuje med, slad, pivo, melasu a pekárenské a cukrárske výrobky vyrobené s prídavkom melasy.
Komplexné sacharidy
Všetky polysacharidy prítomné v ľudskej potrave, až na zriedkavé výnimky, sú polyméry glukózy.
Škrob je hlavným stráviteľným polysacharidom. Tvorí až 80 % sacharidov skonzumovaných v potravinách.
Zdrojom škrobu sú rastlinné produkty, najmä obilniny: obilniny, múka, chlieb a zemiaky. Najviac škrobu obsahujú obilniny: od 60% v pohánke (jadro) až po 70% v ryži. Zo zŕn sa v nich nachádza najmenšie množstvo škrobu ovsené vločky a produkty jeho spracovania: ovsené vločky, ovsené vločky"Hercules" - 49%. Cestoviny obsahujú od 62 do 68% škrobu, chlieb vyrobený z ražná múka v závislosti od odrody – od 33 % do 49 %, pšeničný chlieb a ďalšie produkty od pšeničná múka– od 35 do 51 % škrob, múka – od 56 (raž) do 68 % (pšenica prémiová). V strukovinách je tiež veľa škrobu – od 40 % v šošovici po 44 % v hrachu. Z tohto dôvodu sa suchý hrach, fazuľa, šošovica a cícer zaraďujú medzi strukoviny. Samostatne stoja sójové bôby, ktoré obsahujú iba 3,5 % škrobu, a sójová múka (10 – 15,5 %). Pre vysoký obsah škrobu v zemiakoch (15-18%) sa v dietetike nezaraďujú medzi zeleninu, kde hlavnými sacharidmi sú monosacharidy a disacharidy, ale medzi škrobové potraviny spolu s obilninami a strukovinami.
V topinamburu a niektorých ďalších rastlinách sú sacharidy uložené vo forme polyméru fruktózy – inulínu. Produkty na jedenie s prídavkom inulínu sa odporúča pri cukrovke a najmä pri jej prevencii (nezabudnite, že fruktóza menej zaťažuje pankreas ako iné cukry).
Glykogén – „živočíšny škrob“ – pozostáva z vysoko rozvetvených reťazcov molekúl glukózy. V malých množstvách sa nachádza v živočíšnych produktoch (v pečeni 2-10%, v svalovom tkanive - 0,3-1%).
Produkty s vysoký obsah sacharidy
Najbežnejšie sacharidy sú glukóza, fruktóza a sacharóza, ktoré sa nachádzajú v zelenine, ovocí a mede. Laktóza je súčasťou mlieka. Rafinovaný cukor je kombináciou fruktózy a glukózy.
Glukóza hrá ústrednú úlohu v metabolickom procese. Dodáva energiu orgánom ako mozog, obličky a podporuje tvorbu červených krviniek.
Ľudské telo nie je schopné ukladať príliš veľa glukózy a preto je potrebné ho pravidelne dopĺňať. To však neznamená, že musíte jesť glukózu v čistej forme. Oveľa zdravšie je konzumovať ho ako súčasť komplexnejších sacharidových zlúčenín, napríklad škrobu, ktorý sa nachádza v zelenine, ovocí a obilninách. Všetky tieto produkty sú navyše skutočným skladom vitamínov, vlákniny, mikroelementov a ďalších užitočných látok, ktoré pomáhajú telu bojovať proti mnohým chorobám. Polysacharidy by mali byť najviac všetkých sacharidov vstupujúcich do nášho tela.
Dôležité zdroje uhľohydrátov
Hlavnými zdrojmi sacharidov z potravy sú: chlieb, zemiaky, cestoviny, cereálie a sladkosti. Cukor je čistý sacharid. Med podľa pôvodu obsahuje 70-80% glukózy a fruktózy.
Na označenie množstva sacharidov v potravinách sa používa špeciálna jednotka chleba.
Okrem toho do sacharidovej skupiny patrí aj vláknina a pektíny, ktoré sú pre ľudský organizmus zle stráviteľné.
Sacharidy sa používajú ako:
Lieky,
Na výrobu bezdymového prášku (pyroxylín),
výbušniny,
Umelé vlákna (viskóza).
Celulóza má veľký význam ako zdroj na výrobu etylalkoholu.
Abstrakt o ekológii
Hlavným zdrojom energie, ktorý určuje tepelnú bilanciu a tepelný režim biosféry Zeme, je žiarivá energia Slnka.
Slnko osvetľuje a ohrieva Zem a dodáva energiu, ktorú zelené rastliny využívajú na syntézu zlúčenín, ktoré podporujú ich život a ako potravu ich konzumujú takmer všetky ostatné organizmy. Slnečná energia navyše podporuje kolobeh základných chemikálií a je hnacia sila klimatické a meteorologické systémy, ktoré prerozdeľujú teplo a vlhkosť na zemskom povrchu.
Slnečná energia je vyžarovaná do vesmíru ako spektrum ultrafialového, viditeľného svetla, infračerveného žiarenia a iných foriem žiarivej alebo elektromagnetickej energie.
Na povrch Zeme sa dostáva najmä blízke ultrafialové žiarenie. viditeľné svetlo a blízko Infra červená radiácia. Asi 34 % žiarivej energie Slnka, ktorá sa dostane na povrch Zeme, sa odrazí späť do vesmíru od mrakov, prachu a iných látok v atmosfére, ako aj od samotného povrchu Zeme. Drvivá väčšina zo zostávajúcich 66 % ide na ohrev atmosféry a pôdy, vyparovanie a kolobeh vody a premieňa sa na veternú energiu. A len malý zlomok tejto energie (0,5 %) zachytia zelené rastliny a použijú sa v procese fotosyntézy na tvorbu organických zlúčenín nevyhnutných na udržanie života organizmov.
Hlavný podiel škodlivých ionizujúce žiarenie Slnko. Najmä ultrafialové žiarenie pohlcujú molekuly ozónu (O3) v hornej atmosfére (stratosféra) a vodná para v spodnej atmosfére. Bez tohto ochranného efektu by väčšina moderných foriem života na Zemi nemohla existovať.
Všetok život na Zemi teda existuje vďaka neznečisťujúcej a takmer večnej slnečnej energii, ktorej množstvo je relatívne konštantné a bohaté.
Rastliny využívajú len 0,5 % slnečného žiarenia, ktoré dopadá na Zem. Aj keby ľudia žili len zo slnečnej energie, spotrebovali by ju ešte menej. Slnečná energia, ktorá sa dostane na Zem, je teda úplne dostatočná na uspokojenie akýchkoľvek mysliteľných potrieb ľudstva. Keďže všetka slnečná energia sa v konečnom dôsledku mení na teplo, zvýšenie jej využitia na ekonomické potreby by nemalo ovplyvniť dynamiku biosféry. Solárna energia je absolútne čistá energia, dostupná v nevyčerpateľnom objeme a za stálu cenu (zadarmo). Jeho príjem neovplyvňuje politické embargo a ekonomické ťažkosti. Zároveň je príliš rozptýlená: aby mohla slúžiť ľudstvu, musí byť sústredená a táto prekážka je celkom prekonateľná.
Keď hovoríme o energii, treba mať na pamäti, že energia je schopnosť produkovať prácu alebo výmenu tepla medzi dvoma objektmi, ktoré majú rozdielne teploty. Energia sa líši v kvalite alebo schopnosti vykonávať užitočnú prácu. Energetická kvalita je meradlom jeho účinnosti. energie Vysoká kvalita vyznačujúce sa vysokým stupňom poriadkumilovnosti, či koncentrácie, a teda vysokou schopnosťou produkovať užitočnú prácu. Príklady nosičov takýchto foriem energie zahŕňajú elektrinu, uhlia, benzín, koncentrovaná slnečná energia, ako aj vysokoteplotné teplo atď. Nízka kvalita energie charakterizované neporiadkom a nízkou schopnosťou produkovať užitočnú prácu. Príkladom nosiča takejto energie je nízkoteplotné teplo vo vzduchu okolo nás, v rieke, jazere alebo oceáne. Napríklad celkové množstvo tepla v Atlantickom oceáne vysoko prevyšuje množstvo vysoko kvalitnej energie v saudskoarabských ropných vrtoch. Ale teplo sa v oceáne tak rozptýli, že ho nedokážeme využiť.
Keď už hovoríme o energii, mali by sme si pripomenúť dva prírodné zákony, ktorým sa energia riadi.
Prvý zákon termodynamiky (zákon zachovania energie): energia nevzniká ani nezaniká, iba prechádza z jednej formy do druhej. Zo zákona vyplýva, že v dôsledku premien energie z nej nemožno nikdy získať viac, ako sa minulo: výdaj energie sa vždy rovná jej príkonu; Z ničoho nemôžete niečo získať; za všetko musíte zaplatiť.
Druhý zákon termodynamiky: Pri akejkoľvek premene energie sa jej časť stráca vo forme tepla. Toto teplo s nízkou teplotou sa zvyčajne rozptýli do okolia a nie je schopné vykonávať užitočnú prácu.
Pri spaľovaní vysoko kvalitného benzínu chemická energia V motore auta sa asi 1 % premení na mechanickú a elektrickú energiu, zvyšných 99 % sa rozptýli v prostredí vo forme zbytočného tepla a nakoniec sa stratí vo vesmíre. V žiarovke 5% elektrická energia sa premieňa na užitočné svetelné žiarenie a 95 % sa rozptýli vo forme tepla do okolia. Podľa prvého zákona termodynamiky sa energia nikdy nemôže vyčerpať, pretože nemôže byť vytvorená ani zničená. Ale podľa druhého termodynamického zákona sa celkové množstvo koncentrovanej, kvalitnej energie, ktorú dokážeme získať zo všetkých zdrojov, neustále znižuje a mení sa na nekvalitnú energiu. Nielenže nemôžeme z ničoho niečo získať, ale nemôžeme narušiť vyrovnanie kvality energie.
Väčšina slnečného žiarenia, ktoré sa neodráža od zemského povrchu, sa v súlade s druhým termodynamickým zákonom premieňa na nízkoteplotné termálna energia(žiarenie „ďalekého“ infračerveného rozsahu) a je vyžarované späť do vesmíru; Množstvo energie vrátenej do vesmíru ako teplo závisí od prítomnosti molekúl vody, oxidu uhličitého, metánu, oxidu dusnatého, ozónu a niektorých foriem pevných častíc v atmosfére. Tieto látky, pôsobiace ako selektívny filter, umožňujú niektorým kvalitným formám žiarivej energie zo Slnka prejsť cez atmosféru na zemský povrch a zároveň zadržiavajú a absorbujú (a spätne vyžarujú) časť výsledný tok nekvalitného tepelného žiarenia zo Zeme.
Jeden z najdôležitejšie vlastnosti stav termodynamického systému je entropia (transformácia – <греч.>) - pomer množstva tepla privedeného do systému alebo odvedeného zo systému k termodynamickej teplote: dS = dQ/T . Dá sa tvrdiť, že entropia charakterizuje množstvo energie v systéme, ktorá nie je k dispozícii na vykonanie práce, t. j. nie je k dispozícii na použitie. Systém má nízku entropiu, ak neustále rozptyľuje usporiadanú energiu a premieňa ju na inú, menej usporiadanú formu, napríklad premenou svetelnej alebo potravinovej energie na tepelnú energiu. Preto je entropia často definovaná ako miera neusporiadanosti systému. Najdôležitejšou vlastnosťou organizmov je ich schopnosť vytvárať a udržiavať vysoký stupeň vnútorného poriadku, t.j. stav nízkej entropie.
Akékoľvek zahriate teleso, vrátane živého, bude vydávať teplo, kým sa jeho teplota nerovná teplote okolia. V konečnom dôsledku môže byť energia akéhokoľvek telesa rozptýlená v tepelnej forme, po ktorej nastáva stav termodynamickej rovnováhy a akékoľvek energetické procesy sa stanú nemožnými, t. j. systém sa dostane do stavu maximálnej entropie alebo minimálneho poriadku.
Aby sa entropia tela nezvyšovala v dôsledku neustáleho rozptylu energie jej premenou z foriem s vysoký stupeň poriadku (napríklad chemickej energie potravín) do tepelnej formy s minimálny stupeň usporiadanosť, organizmus musí neustále zvonku akumulovať usporiadanú energiu, t.j. akoby zvonku extrahoval „usporiadanosť“ alebo negatívnu entropiu.
Živé organizmy extrahujú negatívnu entropiu z potravy pomocou usporiadanosti jej chemickej energie. Aby ekologické systémy a biosféra ako celok mali možnosť extrahovať negatívnu entropiu z prostredia, je potrebná energetická dotácia, ktorá sa v skutočnosti získava vo forme bezplatnej slnečnej energie. Rastliny v procese autotrofnej výživy – fotosyntézy vytvárajú organickú hmotu s zvýšená hladina usporiadanosť jeho chemických väzieb, čo spôsobuje pokles entropie. Bylinožravce jedia rastliny, ktoré zase požierajú predátori atď.
Ďalšia trieda základných chemické zlúčeniny naše telo - sacharidy. Sacharidy sú nám všetkým dobre známe vo forme obyčajného stolového cukru (chemicky áno sacharóza) alebo škrob.
Sacharidy sa delia na jednoduché a zložité. Od jednoduché sacharidy(monosacharidy) majú pre človeka najväčší význam glukózy, fruktózy a galaktózy.
Komplexné sacharidy zahŕňajú oligosacharidy(disacharidy: sacharóza, laktóza atď.) a sacharidy, ktoré nie sú podobné cukru - polysacharidy(škrob, glykogén, vláknina atď.).
Monosacharidy a polysacharidy sa líšia svojimi fyziologickými účinkami na organizmus. Použiť v diéta Nadbytok ľahko stráviteľných mono- a disacharidov prispieva k rýchlemu zvýšeniu hladiny cukru v krvi, čo môže mať negatívny dopad na pacientov s diabetes mellitus (DM) a obezitou.
Polysacharidy sa rozkladajú oveľa pomalšie tenké črevo. Preto k zvýšeniu koncentrácie cukru v krvi dochádza postupne. V tomto smere je výhodnejšia konzumácia potravín bohatých na škrob (chlieb, obilniny, zemiaky, cestoviny).
Spolu so škrobom sa do tela dostávajú vitamíny, minerály a nestráviteľná vláknina. Medzi posledné patria vláknina a pektín.
Celulóza(celulóza) má priaznivý regulačný účinok na činnosť čriev a žlčových ciest, zabraňuje stagnácii potravy v gastrointestinálnom trakte a podporuje odstraňovanie cholesterolu. Medzi potraviny bohaté na vlákninu patrí kapusta, repa, fazuľa, ražná múka atď.
Pektické látky sa nachádzajú v dužine plodov, listov a zelených častí stoniek. Sú schopné adsorbovať rôzne toxíny (vrátane ťažkých kovov). Veľa pektínov sa nachádza v marmeláde, lekvári, džemoch, marshmallow, no najviac týchto látok sa nachádza v dužine tekvice, ktorá je bohatá aj na karotén (predchodca vitamínu A).
Väčšina sacharidov je pre ľudské telo rýchlo stráviteľným zdrojom energie. Sacharidy však nie sú absolútne nevyhnutné živiny. Niektoré z nich, napríklad najdôležitejšie palivo pre naše bunky – glukózu, možno celkom jednoducho syntetizovať z iných chemických zlúčenín, najmä aminokyselín alebo lipidov.
Úlohu sacharidov však nemožno podceňovať. Faktom je, že nielenže sa dokážu v tele rýchlo spáliť a dodať mu dostatočné množstvo energie, ale aj uložené v rezerve vo forme glykogén- látka veľmi podobná známemu rastlinnému škrobu. Naše hlavné zásoby glykogénu sú sústredené v pečeni alebo svaloch. Ak sa energetické potreby organizmu zvýšia, napríklad s výrazným fyzická aktivita, potom sa zásoby glykogénu ľahko mobilizujú, glykogén sa premieňa na glukózu, ktorú už bunky a tkanivá nášho tela využívajú ako nosič energie.
Nebezpečenstvo jednoduchých sacharidov!
K týmto záverom dospeli vedci z univerzít v Jeruzaleme (Izrael) a Yale (USA) po vykonaní série experimentov.
Kobylky druhu Melanoplus femurrubrum boli umiestnené v dvoch klietkach, do jednej z nich boli vypustené aj pavúky Pisaurina mira - ich prirodzených nepriateľov. Cieľom bolo iba vystrašiť kobylky, aby bolo možné sledovať ich reakciu na predátorov, takže pavúky boli vybavené „náhubkami“ zlepením ich čeľustí. Kobylky zažili silný stres, v dôsledku čoho sa metabolizmus v ich telách výrazne zvýšil a objavila sa „brutálna“ chuť do jedla - podobne ako ľudia, ktorí jedia veľa sladkostí, keď majú obavy. Kobylky zožrali krátkodobý veľké množstvo uhľohydrátov, ktorých uhľovodíky sú dokonale absorbované telom.
Okrem toho sa ukazuje, že prekŕmené kobylky môžu po smrti poškodiť ekosystém. Vedci to zistili tak, že zvyšky ich tiel umiestnili do vzoriek pôdy, kde došlo k procesu humusu. Pôdna mikrobiálna aktivita klesla o 62 % v laboratórnych podmienkach a o 19 % v poľných podmienkach, zistila štúdia.
Na otestovanie výsledkov experimentu vedci vytvorili chemický model „v reálnom čase“, pričom kostry skutočných kobyliek nahradili organickými „kuklámi“, ktoré sa ako prírodné prototypy skladajú zo sacharidov, bielkovín a chitínu v rôznych pomeroch. Výsledky experimentov ukázali, že čím vyššie je percento dusíka (obsiahnutého v bielkovinách) v pozostatkoch kobyliek, tým lepšie prebiehajú procesy rozkladu organickej hmoty v pôdach.
Organické sacharidy
Sacharidy
Organické zlúčeniny tvoria v priemere 20-30% bunkovej hmoty živého organizmu. Patria sem biologické polyméry: bielkoviny, nukleové kyseliny, sacharidy, ale aj tuky a množstvo malých molekúl - hormóny, pigmenty, ATP atď. Rôzne typy buniek obsahujú rôzne množstvá organických zlúčenín. V rastlinných bunkách prevládajú komplexné sacharidy-polysacharidy, zatiaľ čo v živočíšnych je viac bielkovín a tukov. Každá zo skupín organických látok v akomkoľvek type bunky však plní podobné funkcie: poskytuje energiu a je stavebným materiálom.
1. STRUČNÉ INFORMÁCIE O SACHARIDOCH
Sacharidy - Organické zlúčeniny pozostávajúce z jednej alebo viacerých molekúl jednoduché cukry. Molárna hmota uhľohydráty sa pohybujú od 100 do 1 000 000 Da (Daltonova hmotnosť, približne rovnaká ako hmotnosť jedného atómu vodíka). Ich všeobecný vzorec sa zvyčajne píše ako Cn(H2O)n (kde n je najmenej tri). Prvýkrát v roku 1844 tento termín zaviedol domáci vedec K. Schmid (1822-1894).
Názov „sacharidy“ vznikol analýzou prvých známych predstaviteľov tejto skupiny zlúčenín. Ukázalo sa, že tieto látky pozostávajú z uhlíka, vodíka a kyslíka a pomer počtu atómov vodíka a kyslíka v nich je rovnaký ako vo vode: pre dva atómy vodíka - jeden atóm kyslíka. Boli teda považované za zlúčeninu uhlíka a vody. Následne sa stalo známym veľa uhľohydrátov, ktoré túto podmienku nespĺňali, ale názov „sacharidy“ stále zostáva všeobecne akceptovaný. V živočíšnej bunke sa uhľohydráty nachádzajú v množstvách nepresahujúcich 2-5%. Rastlinné bunky sú najbohatšie na sacharidy, kde ich obsah v niektorých prípadoch dosahuje 90% sušiny (napríklad v hľuzách zemiakov, semenách).
2. KLASIFIKÁCIA SACHARIDOV
Existujú tri skupiny sacharidov: monosacharidy alebo jednoduché cukry (glukóza, fruktóza); oligosacharidy - zlúčeniny pozostávajúce z 2-10 molekúl jednoduchých cukrov spojených do série (sacharóza, maltóza); polysacharidy, vrátane viac ako 10 molekúl cukru (škrob, celulóza).
3. ŠTRUKTURÁLNE A FUNKČNÉ ZNAKY ORGANIZÁCIE MONO- A DIsacharidov: ŠTRUKTÚRA; BYŤ V PRÍRODE; PRÍJEM. CHARAKTERISTIKA JEDNOTLIVÝCH ZÁSTUPCOV
Monosacharidy sú ketónové alebo aldehydové deriváty viacsýtne alkoholy. Atómy uhlíka, vodíka a kyslíka, ktoré ich tvoria, sú v pomere 1:2:1. Všeobecný vzorec pre jednoduché cukry je (CH2O)n. Podľa dĺžky uhlíkového skeletu (počet atómov uhlíka) sa delia na: triózy-C3, tetrózy-C4, pentózy-C5, hexózy-C6 atď. Okrem toho sa cukry delia na:
Aldózy obsahujúce aldehydovú skupinu sú C=O. Patria sem | N glukóza:
H H H H H
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH
Ketózy obsahujúce ketónovú skupinu sú C-. Napríklad || sa vzťahuje na fruktózu.
V roztokoch majú všetky cukry, počnúc pentózami, cyklickú formu; v lineárnej forme sú prítomné iba triózy a tetrózy. Pri vzniku cyklickej formy sa atóm kyslíka aldehydovej skupiny viaže kovalentnou väzbou na predposledný atóm uhlíka reťazca, čo vedie k tvorbe poloacetálov (v prípade aldóz) a hemiketálov (v prípade ketóz). ).
CHARAKTERISTIKA MONOSACHARIDOV, VYBRANÝCH ZÁSTUPCOV
Z tetróz je v metabolických procesoch najdôležitejšia erytróza. Tento cukor je jedným z medziproduktov fotosyntézy. Pentózy sa v prírodných podmienkach vyskytujú najmä ako zložky molekúl zložitejších látok, napríklad komplexných polysacharidov nazývaných pentózany, ako aj rastlinných gúm. Pentózy sa nachádzajú vo významných množstvách (10-15%) v dreve a slame. Arabinóza sa vyskytuje prevažne v prírode. Nachádza sa v čerešňovom lepidle, repe a arabskej gume, odkiaľ sa získava. Ribóza a deoxyribóza sú široko zastúpené vo svete zvierat a rastlín, sú to cukry, ktoré sú súčasťou monomérov nukleových kyselín RNA a DNA. Ribóza sa získava epimerizáciou arabinózy.
Xylóza vzniká hydrolýzou polysacharidu xylosanu obsiahnutého v slame, otrubách, dreve a slnečnicových šupkách. Produkty rôzne druhy Fermentačnými činidlami xylózy sú kyselina mliečna, octová, citrónová, jantárová a iné. Xylóza je v ľudskom tele slabo absorbovaná. Hydrolyzáty obsahujúce xylózu sa používajú na pestovanie určitých druhov kvasiniek, používajú sa ako zdroj bielkovín na kŕmenie hospodárskych zvierat. Pri redukcii xylózy sa získa xylitolalkohol, ktorý sa používa ako náhrada cukru pre diabetikov. Xylitol je široko používaný ako stabilizátor vlhkosti a plastifikátor (v papierenskom priemysle, parfumérii a výrobe celofánu). Je jednou z hlavných zložiek pri výrobe množstva povrchovo aktívnych látok, lakov a lepidiel.
Najbežnejšie hexózy sú glukóza, fruktóza, galaktóza a ich všeobecný vzorec- C6H12O6.
Glukóza (hroznový cukor, dextróza) sa nachádza v šťave z hrozna a iných sladkých plodov av malom množstve u zvierat a ľudí. Glukóza je súčasťou najdôležitejších disacharidov – trstinového a hroznový cukor. Polysacharidy s vysokou molekulovou hmotnosťou, t.j. škrob, glykogén (živočíšny škrob) a vláknina, sú úplne vyrobené zo zvyškov molekúl glukózy, ktoré sú navzájom spojené. rôzne cesty. Glukóza je primárnym zdrojom energie pre bunky.
Ľudská krv obsahuje 0,1-0,12% glukózy, zníženie hladiny spôsobuje narušenie fungovania nervových a svalových buniek, niekedy sprevádzané kŕčmi resp mdloby. Hladiny glukózy v krvi sú regulované zložitý mechanizmus práca nervový systém a žľazy vnútorná sekrécia. Jeden z masívnych ťažkých endokrinné ochorenia - cukrovka- spojené s hypofunkciou ostrovčekových zón pankreasu. V sprievode výrazné zníženie priepustnosť membrány svalových a tukových buniek pre glukózu, čo vedie k zvýšeniu hladiny glukózy v krvi a tiež v moči.
Glukóza na medicínske účely sa získava čistením – rekryštalizáciou – technickej glukózy z vodnej resp vodno-alkoholové roztoky. Glukóza sa používa v textilnej výrobe a v niektorých iných odvetviach ako redukčné činidlo. V medicíne sa čistá glukóza používa vo forme roztokov na injekciu do krvi pri rade ochorení a vo forme tabliet. Z nej sa získava vitamín C.
Galaktóza je spolu s glukózou súčasťou niektorých glykozidov a polysacharidov. Zvyšky molekúl galaktózy sú súčasťou najkomplexnejších biopolymérov – gangliozidov, čiže glykosfingolipidov. Nachádzajú sa v nervové uzliny(ganglia) ľudí a zvierat a sú obsiahnuté aj v mozgovom tkanive, v slezine v červených krvinkách. Galaktóza sa získava hlavne hydrolýzou mliečneho cukru.
Fruktóza (ovocný cukor) sa nachádza vo voľnom stave v ovocí a mede. Je zložkou mnohých zložitých cukrov, ako je trstinový cukor, z ktorého sa dá získať hydrolýzou. Inulín, komplexne konštruovaný vysokomolekulárny polysacharid, sa nachádza v niektorých rastlinách. Fruktóza sa získava aj z inulínu. Fruktóza je cenný potravinový cukor; je 1,5-krát sladšia ako sacharóza a 3-krát sladšia ako glukóza. Je dobre absorbovaný telom. Pri znížení fruktózy sa tvorí sorbitol a manitol. Sorbitol sa používa ako náhrada cukru v strave diabetikov; okrem toho sa používa na výrobu kyselina askorbová(vitamín C). Pri oxidácii fruktóza produkuje kyselinu vínnu a šťaveľovú.
Disacharidy sú typické polysacharidy podobné cukru. Toto pevné látky, alebo nekryštalizujúce sirupy, vysoko rozpustné vo vode. Amorfné aj kryštalické disacharidy sa zvyčajne topia v určitom teplotnom rozsahu a spravidla pri rozklade. Disacharidy vznikajú kondenzačnou reakciou medzi dvoma monosacharidmi, zvyčajne hexózami. Väzba medzi dvoma monosacharidmi sa nazýva glykozidická väzba. Zvyčajne sa tvorí medzi prvým a štvrtým atómom uhlíka susedných monosacharidových jednotiek (1,4-glykozidová väzba). Tento proces sa môže opakovať nespočetnekrát, čo vedie k vytvoreniu obrovských molekúl polysacharidov. Keď sa monosacharidové jednotky navzájom spoja, nazývajú sa zvyšky. Maltóza sa teda skladá z dvoch zvyškov glukózy.
Z disacharidov sú najrozšírenejšie maltóza (glukóza + glukóza), laktóza (glukóza + galaktóza) a sacharóza (glukóza + fruktóza).
ŠPECIFICKÍ ZÁSTUPCOVIA DIsacharidov
Maltóza (sladový cukor) má vzorec C12H22O11. Názov vznikol v súvislosti so spôsobom výroby maltózy: získava sa zo škrobu pod vplyvom sladu (lat. maltum – slad). V dôsledku hydrolýzy sa maltóza rozdelí na dve molekuly glukózy:
С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6
Sladový cukor je medziproduktom pri hydrolýze škrobu a je široko distribuovaný v rastlinných a živočíšnych organizmoch. Sladový cukor je výrazne menej sladký ako trstinový (0,6-krát pri rovnakých koncentráciách).
Laktóza (mliečny cukor). Názov tohto disacharidu vznikol v súvislosti s jeho výrobou z mlieka (z latinského lactum – mlieko). Počas hydrolýzy sa laktóza rozkladá na glukózu a galaktózu:
Laktóza sa získava z mlieka: kravské mlieko obsahuje 4-5,5 %, ľudské mlieko obsahuje 5,5-8,4 %. Laktóza sa od ostatných cukrov líši tým, že nie je hygroskopická: nenavlhčuje. Mliečny cukor sa používa ako farmaceutický liek a výživy pre dojčatá. Laktóza je 4- až 5-krát menej sladká ako sacharóza.
Sacharóza (trstinový alebo repný cukor). Názov vznikol v súvislosti s jeho extrakciou buď z cukrovej repy alebo cukrovej trstiny. Trstinový cukor bol známy mnoho storočí pred naším letopočtom. Až v polovici 18. stor. tento disacharid sa našiel v cukrovej repe a len v začiatkom XIX V. bol získaný za výrobných podmienok. Sacharóza je v rastlinnom svete veľmi bežná. Listy a semená vždy obsahujú malé množstvo sacharózy. Nachádza sa aj v ovocí (marhule, broskyne, hrušky, ananás). Je ho veľa v javorových a palmových šťavách a v kukurici. Toto je najznámejší a najpoužívanejší cukor. Pri hydrolýze z nej vzniká glukóza a fruktóza:
С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6
Zmes rovnakých množstiev glukózy a fruktózy, ktorá je výsledkom inverzie trstinového cukru (v dôsledku zmeny procesu hydrolýzy z pravej rotácie roztoku doľava), sa nazýva invertný cukor (inverzia rotácie). Prírodný invertný cukor je med, pozostávajúci hlavne z glukózy a fruktózy.
Sacharóza sa získava z obrovské množstvá. Cukrová repa obsahuje 16-20% sacharózy, cukrová trstina - 14-26%. Premytá repa sa rozdrví a sacharóza sa opakovane extrahuje v strojoch vodou pri teplote asi 80 stupňov. Výsledná kvapalina, ktorá obsahuje okrem sacharózy aj veľké množstvo rôznych nečistôt, sa upraví vápnom. Vápno zráža množstvo organických kyselín, ale aj bielkovín a niektorých ďalších látok vo forme vápenatých solí. Časť vápna tvorí s trstinovým cukrom za studena rozpustné vápenaté sacharáty, ktoré sa ničia úpravou oxidom uhličitým.
Zrazenina uhličitanu vápenatého sa oddelí filtráciou a filtrát sa po ďalšom čistení odparí vo vákuu, kým sa nezíska hmota podobná paste. Uvoľnené kryštály sacharózy sa oddelia pomocou centrifúg. Takto sa získava surový kryštálový cukor, ktorý má žltkastú farbu, hnedý matečný lúh a nekryštalizujúci sirup (repná melasa, resp. melasa). Granulovaný cukor sa čistí (rafinuje) a získa sa hotový výrobok.
4. BIOLOGICKÁ ÚLOHA BIOPOLYMÉROV - POLYSACHARIDOV
Polysacharidy sú polymérne zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou (až 1 000 000 Da) pozostávajúce z veľké číslo monoméry - cukry, ich všeobecný vzorec je Cx(H2O)y. Najbežnejším monomérom polysacharidov je glukóza, galaktóza a ďalšie cukry. Polysacharidy sa delia na:
- homopolysacharidy pozostávajúce z molekúl monosacharidov rovnakého typu (napríklad škrob a celulóza pozostávajú iba z glukózy);
- heteropolysacharidy, ktoré môžu obsahovať niekoľko rôznych cukrov ako monoméry (heparín).
Ak sú v polysacharide prítomné iba 1,4= glykozidické väzby, získame lineárny, nerozvetvený polymér (celulózu); ak sú prítomné väzby 1,4= aj 1,6=, polymér bude rozvetvený (glykogén). Medzi najdôležitejšie polysacharidy patria: celulóza, škrob, glykogén, chitín.
Celulóza, alebo vláknina (z latinského cellula – bunka), je hlavnou zložkou bunkovej steny rastlinné bunky. Je to lineárny polysacharid pozostávajúci z glukózy viazanej 1,4= väzbami. Vláknina tvorí 50 až 70 % dreva. Bavlna je takmer čistá vláknina. Ľanové a konopné vlákna pozostávajú predovšetkým z vlákniny. Najčistejšími príkladmi vlákna sú čistená vata a filtračný papier.
Škrob je rozvetvený polysacharid rastlinného pôvodu, pozostávajúce z glukózy. V polysacharide sú zvyšky glukózy spojené 1,4= a 1,6= glykozidickými väzbami. Pri ich rozklade dostávajú rastliny glukózu, ktorá je nevyhnutná v procese ich života. Škrob vzniká pri fotosyntéze v zelených listoch vo forme zŕn. Tieto zrná sú obzvlášť ľahko detekovateľné pod mikroskopom pomocou reakcie vápna s jódom: škrobové zrná sa sfarbia do modra alebo modročiernej farby.
Podľa akumulácie škrobových zŕn možno posúdiť intenzitu fotosyntézy. Škrob v listoch sa rozkladá na monosacharidy alebo oligosacharidy a prenáša sa do iných častí rastliny, ako sú hľuzy zemiakov alebo obilné zrná. Tu opäť dochádza k ukladaniu škrobu vo forme zŕn. Najvyšší obsahškrob v týchto plodinách:
Ryža (zrno) - 62-82%;
- kukurica (zrno) - 65-75%;
- pšenica (zrno) - 57-75%;
- zemiaky (hľuzy) - 12-24%.
V textilnom priemysle sa škrob používa na výrobu zahusťovadiel farbív. Používa sa v zápalkovom, papierenskom, tlačiarenskom a knihárskom priemysle. V medicíne a farmakológii sa škrob používa na prípravu práškov, pást (hustých mastí), nevyhnutný je aj pri výrobe tabliet. Podrobením škrobu kyslej hydrolýze možno glukózu získať vo forme čistého kryštalického prípravku alebo vo forme melasy – farebného, nekryštalizujúceho sirupu.
Zavedená je výroba modifikovaných škrobov, ktoré prešli špeciálnym spracovaním alebo obsahujú prísady zlepšujúce ich vlastnosti. Modifikované škroby sú široko používané v rôznych priemyselných odvetviach.
Glykogén je polysacharid živočíšneho pôvodu, viac rozvetvený ako škrob, pozostávajúci z glukózy. V živočíšnych organizmoch zohráva mimoriadne dôležitú úlohu ako rezervný polysacharid: predovšetkým všetky životné procesy svalová práca, sú sprevádzané rozkladom glykogénu, pričom sa uvoľňuje energia v ňom koncentrovaná. V telesných tkanivách sa môže kyselina mliečna tvoriť z glykogénu ako výsledok série zložitých transformácií.
Glykogén sa nachádza vo všetkých živočíšnych tkanivách. Hojne sa vyskytuje najmä v pečeni (do 20 %) a svaloch (do 4 %). Je prítomný aj v niektorých nižších rastlinách, kvasinkách a hubách a možno ho izolovať ošetrením živočíšnych tkanív 5-10% kyselinou trichlóroctovou s následným vyzrážaním extrahovaného glykogénu alkoholom. Roztoky glykogénu s jódom poskytujú farbu od vínovo červenej po červenohnedú v závislosti od pôvodu glykogénu, druhu zvieraťa a iných podmienok. Pri varení sa jódová farba stratí a po ochladení sa znovu objaví.
Chitín je svojou štruktúrou a funkciou veľmi blízky celulóze – je to tiež štruktúrny polysacharid. Chitín sa nachádza v niektorých hubách, kde hrá podpornú úlohu v bunkových stenách vďaka svojej vláknitej štruktúre, a tiež v niektorých skupinách živočíchov (najmä článkonožcov) ako napr. dôležitý komponent ich exoskelet. Štruktúra chitínu je podobná štruktúre celulózy, jeho dlhé paralelné reťazce sú tiež zhromaždené vo zväzkoch.
5. CHEMICKÉ VLASTNOSTI SACHARIDOV
Všetky monosacharidy a niektoré disacharidy vrátane maltózy a laktózy patria do skupiny redukujúcich cukrov. Sacharóza je neredukujúci cukor. Redukčná schopnosť cukrov závisí v aldózach od aktivity aldehydovej skupiny a v ketózach - od aktivity ketoskupiny aj primárnych alkoholových skupín. V neredukujúcich cukroch tieto skupiny nemôžu vstupovať do žiadnych reakcií, pretože sa tu podieľajú na tvorbe glykozidickej väzby. Dve bežné reakcie pre redukujúce cukry – Benediktova reakcia a Fehlingova reakcia – sú založené na schopnosti týchto cukrov redukovať dvojmocný ión medi na monovalentný. Obe reakcie využívajú alkalický roztok síranu meďnatého (CuSO4), ktorý sa redukuje na nerozpustný oxid meďnatý (Cu2O). Iónová rovnica: Cu2+ + e = Cu+ dáva modrý roztok, tehlovočervenú zrazeninu. Všetky polysacharidy sú neredukujúce.
ZÁVER
Hlavná úloha sacharidov súvisí s ich energetickou funkciou. Ich enzymatickým rozkladom a oxidáciou sa uvoľňuje energia, ktorú bunka využíva. Polysacharidy zohrávajú najmä úlohu zásobných produktov a ľahko mobilizovateľných zdrojov energie (napríklad škrob a glykogén) a používajú sa aj ako stavebné materiály (celulóza a chitín).
Polysacharidy sú vhodné ako rezervné látky z viacerých dôvodov: keďže sú nerozpustné vo vode, nemajú osmotický ani chemický účinok na bunku, čo je veľmi dôležité pri dlhodobé skladovanie ich v živej bunke: pevný, dehydrovaný stav polysacharidov zvyšuje užitočnú hmotnosť skladovacích produktov tým, že šetrí ich objem. Zároveň sa výrazne znižuje pravdepodobnosť konzumácie týchto produktov. patogénne baktérie, plesne a iné mikroorganizmy, ktoré, ako je známe, nedokážu prehĺtať potravu, ale absorbujú živiny po celom povrchu tela. Ak je to potrebné, zásobné polysacharidy možno ľahko premeniť na jednoduché cukry hydrolýzou. Okrem toho, keď sú kombinované s lipidmi a proteínmi, sacharidy tvoria glykolipidy a glykoproteíny alebo dva.
Sacharidy sú hlavným zdrojom energie v ľudskom tele.
Všeobecný vzorec sacharidov je Cn (H 2O )m
Sacharidy sú látky so zložením C m H 2p O p, ktoré majú prvoradý biochemický význam, sú rozšírené v živej prírode a zohrávajú významnú úlohu v živote človeka. Sacharidy sú súčasťou buniek a tkanív všetkých rastlinných a živočíšnych organizmov a podľa hmotnosti tvoria väčšinu organickej hmoty na Zemi. Sacharidy tvoria asi 80 % sušiny v rastlinách a asi 20 % u zvierat. Rastliny syntetizujú sacharidy z anorganických zlúčenín - oxidu uhličitého a vody (CO 2 a H 2 O).
Zásoby uhľohydrátov vo forme glykogénu v ľudskom tele sú približne 500 g Z toho väčšina (2/3) sa nachádza vo svaloch, 1/3 v pečeni. Medzi jedlami sa glykogén rozkladá na molekuly glukózy, čo zmierňuje kolísanie hladiny cukru v krvi. Bez sacharidov sa zásoby glykogénu vyčerpajú asi za 12-18 hodín. V tomto prípade sa aktivuje mechanizmus tvorby uhľohydrátov z medziproduktov metabolizmu bielkovín. Je to spôsobené tým, že sacharidy sú životne dôležité pre tvorbu energie v tkanivách, najmä mozgu. Mozgové bunky získavajú energiu predovšetkým oxidáciou glukózy.
Druhy uhľohydrátov
Sacharidy možno rozdeliť podľa ich chemickej štruktúry na jednoduché sacharidy (monosacharidy a disacharidy) a komplexné sacharidy (polysacharidy).
Jednoduché sacharidy (cukry)
Glukóza je najdôležitejší zo všetkých monosacharidov, pretože je štrukturálnou jednotkou väčšiny diétnych di- a polysacharidov. Počas metabolického procesu sa rozkladajú na jednotlivé molekuly monosacharidov, ktoré sa viacstupňovými chemickými reakciami premieňajú na iné látky a v konečnom dôsledku sa oxidujú na oxid uhličitý a vodu – používané ako „palivo“ pre bunky. Glukóza je nevyhnutnou súčasťou metabolizmu uhľohydrátov. Keď jeho hladina v krvi klesne alebo je jeho koncentrácia vysoká a nemožno ho použiť, ako sa to stáva pri cukrovke, nastáva ospalosť a môže dôjsť k strate vedomia (hypoglykemická kóma).
Glukóza „vo svojej čistej forme“ ako monosacharid sa nachádza v zelenine a ovocí. Hrozno je obzvlášť bohaté na glukózu - 7,8%, čerešne - 5,5%, maliny - 3,9%, jahody - 2,7%, slivky - 2,5%, vodný melón - 2,4%. Spomedzi zeleniny obsahuje najviac glukózy tekvica – 2,6 %, biela kapusta – 2,6 % a mrkva – 2,5 %.
Glukóza je menej sladká ako najznámejší disacharid, sacharóza. Ak vezmeme sladkosť sacharózy ako 100 jednotiek, potom sladkosť glukózy je 74 jednotiek.
Fruktóza je jedným z najrozšírenejších sacharidov v ovocí. Na rozdiel od glukózy dokáže preniknúť z krvi do tkanivových buniek bez účasti inzulínu. Z tohto dôvodu sa fruktóza odporúča ako najbezpečnejší zdroj sacharidov pre diabetikov. Časť fruktózy sa dostáva do pečeňových buniek, ktoré ju premieňajú na všestrannejšie „palivo“ – glukózu, takže fruktóza môže tiež zvýšiť hladinu cukru v krvi, aj keď v oveľa menšej miere ako iné jednoduché cukry. Fruktóza sa ľahšie premieňa na tuk ako glukóza. Hlavnou výhodou fruktózy je, že je 2,5-krát sladšia ako glukóza a 1,7-krát sladšia ako sacharóza. Jeho použitie namiesto cukru umožňuje znížiť celkový príjem sacharidov.
Hlavnými zdrojmi fruktózy v potravinách sú hrozno – 7,7 %, jablká – 5,5 %, hrušky – 5,2 %, čerešne – 4,5 %, vodné melóny – 4,3 %, čierne ríbezle – 4,2 %, maliny – 3,9 %, jahody – 2,4 %, melóny – 2,0 %. Obsah fruktózy v zelenine je nízky – od 0,1 % v repe po 1,6 % v bielej kapuste. Fruktóza je obsiahnutá v mede - asi 3,7%. Je spoľahlivo dokázané, že fruktóza, ktorá má výrazne vyššiu sladivosť ako sacharóza, nespôsobuje zubný kaz, ktorý konzumácia cukru podporuje.
Galaktóza sa vo výrobkoch nenachádza vo voľnej forme. S glukózou tvorí disacharid – laktózu (mliečny cukor) – hlavný sacharid mlieka a mliečnych výrobkov.
Laktóza sa štiepi v gastrointestinálnom trakte na glukózu a galaktózu enzýmom laktáza. Nedostatok tohto enzýmu vedie u niektorých ľudí k intolerancii mlieka. Nestrávená laktóza slúži ako dobrá živina pre črevnú mikroflóru. V tomto prípade je možná tvorba plynu, žalúdok „napučí“. Vo fermentovaných mliečnych výrobkoch je väčšina laktózy fermentovaná na kyselinu mliečnu, takže ľudia s nedostatkom laktázy môžu tolerovať fermentované mliečne výrobky bez nepríjemných následkov. Okrem toho baktérie mliečneho kvasenia vo fermentovaných mliečnych výrobkoch potláčajú činnosť črevnej mikroflóry a znižujú nepriaznivé účinky laktózy.
Galaktóza, ktorá vzniká pri rozklade laktózy, sa v pečeni premieňa na glukózu. Pri vrodenom dedičnom nedostatku alebo absencii enzýmu, ktorý premieňa galaktózu na glukózu, vzniká závažné ochorenie – galaktozémia, ktorá vedie k mentálnej retardácii.
Sacharóza je disacharid tvorený molekulami glukózy a fruktózy. Obsah sacharózy v cukre je 99,5 %. Milovníci sladkého vedia, že cukor je „biela smrť“, rovnako ako fajčiari vedia, že kvapka nikotínu zabije koňa. Žiaľ, obe tieto pravdy častejšie slúžia ako dôvod na vtipy než na vážne úvahy a praktické závery.
Cukor sa v gastrointestinálnom trakte rýchlo rozkladá, glukóza a fruktóza sa vstrebávajú do krvi a slúžia ako zdroj energie a najdôležitejší prekurzor glykogénu a tukov. Často sa nazýva „nosič prázdnych kalórií“, pretože cukor je čistý sacharid a neobsahuje iné živiny, ako sú vitamíny a minerálne soli. Z rastlinných produktov najviac sacharózy obsahuje cvikla – 8,6 %, broskyne – 6,0 %, melóny – 5,9 %, slivky – 4,8 %, mandarínky – 4,5 %. V zelenine, s výnimkou repy, je významný obsah sacharózy zaznamenaný v mrkve - 3,5%. V ostatnej zelenine sa obsah sacharózy pohybuje od 0,4 do 0,7 %. Okrem samotného cukru sú hlavnými zdrojmi sacharózy v potravinách džem, med, cukrovinky, sladké nápoje a zmrzlina.
Keď sa spoja dve molekuly glukózy, vznikne maltóza – sladový cukor. Obsahuje med, slad, pivo, melasu a pekárenské a cukrárske výrobky vyrobené s prídavkom melasy.
Komplexné sacharidy
Všetky polysacharidy prítomné v ľudskej potrave, až na zriedkavé výnimky, sú polyméry glukózy.
Škrob je hlavným stráviteľným polysacharidom. Tvorí až 80 % sacharidov skonzumovaných v potravinách.
Zdrojom škrobu sú rastlinné produkty, najmä obilniny: obilniny, múka, chlieb a zemiaky. Najviac škrobu obsahujú obilniny: od 60% v pohánke (jadro) až po 70% v ryži. Z obilnín najmenej škrobu obsahujú ovsené vločky a ich spracované produkty: ovsené vločky, ovsené vločky Hercules - 49%. Cestoviny obsahujú od 62 do 68% škrobu, chlieb z ražnej múky, podľa druhu - od 33% do 49%, pšeničný chlieb a ostatné výrobky z pšeničnej múky - od 35 do 51% škrobu, múka - od 56 (ražná ) na 68 % (prémiová pšenica). V strukovinách je tiež veľa škrobu – od 40 % v šošovici po 44 % v hrachu. Z tohto dôvodu sa suchý hrach, fazuľa, šošovica a cícer zaraďujú medzi strukoviny. Samostatne stoja sójové bôby, ktoré obsahujú iba 3,5 % škrobu, a sójová múka (10 – 15,5 %). Pre vysoký obsah škrobu v zemiakoch (15-18%) sa v dietetike nezaraďujú medzi zeleninu, kde hlavnými sacharidmi sú monosacharidy a disacharidy, ale medzi škrobové potraviny spolu s obilninami a strukovinami.
V topinamburu a niektorých ďalších rastlinách sú sacharidy uložené vo forme polyméru fruktózy – inulínu. Potravinové produkty s prídavkom inulínu sa odporúčajú pri cukrovke a najmä pri jej prevencii (nezabudnite, že fruktóza menej zaťažuje pankreas ako iné cukry).
Glykogén – „živočíšny škrob“ – pozostáva z vysoko rozvetvených reťazcov molekúl glukózy. V malých množstvách sa nachádza v živočíšnych produktoch (v pečeni 2-10%, v svalovom tkanive - 0,3-1%).
Potraviny s vysokým obsahom sacharidov
Najbežnejšie sacharidy sú glukóza, fruktóza a sacharóza, ktoré sa nachádzajú v zelenine, ovocí a mede. Laktóza je súčasťou mlieka. Rafinovaný cukor je kombináciou fruktózy a glukózy.
Glukóza hrá ústrednú úlohu v metabolickom procese. Dodáva energiu orgánom ako mozog, obličky a podporuje tvorbu červených krviniek.
Ľudské telo nie je schopné ukladať príliš veľa glukózy a preto je potrebné ho pravidelne dopĺňať. To však neznamená, že musíte jesť glukózu v čistej forme. Oveľa zdravšie je konzumovať ho ako súčasť komplexnejších sacharidových zlúčenín, napríklad škrobu, ktorý sa nachádza v zelenine, ovocí a obilninách. Všetky tieto produkty sú navyše skutočným skladom vitamínov, vlákniny, mikroelementov a ďalších užitočných látok, ktoré pomáhajú telu bojovať proti mnohým chorobám. Polysacharidy by mali tvoriť väčšinu všetkých sacharidov vstupujúcich do nášho tela.
Dôležité zdroje uhľohydrátov
Hlavnými zdrojmi sacharidov z potravy sú: chlieb, zemiaky, cestoviny, cereálie a sladkosti. Cukor je čistý sacharid. Med podľa pôvodu obsahuje 70-80% glukózy a fruktózy.
Na označenie množstva sacharidov v potravinách sa používa špeciálna jednotka chleba.
Okrem toho do sacharidovej skupiny patrí aj vláknina a pektíny, ktoré sú pre ľudský organizmus zle stráviteľné.
Sacharidy sa používajú ako:
lieky,
na výrobu bezdymového prášku (pyroxylín),
výbušniny,
umelé vlákna (viskóza).
Celulóza má veľký význam ako zdroj na výrobu etylalkoholu
1.Energia
Hlavnou funkciou sacharidov je, že sú nenahraditeľnou zložkou ľudskej stravy, pri odbúraní 1 g sacharidov sa uvoľní 17,8 kJ energie.
2. Štrukturálne.
Bunková stena rastlín pozostáva z polysacharidovej celulózy.
3. Skladovanie.
Škrob a glykogén sú skladovacie produkty v rastlinách a zvieratách
|
Sacharidové skupiny |
Vlastnosti štruktúry molekuly |
Vlastnosti uhľohydrátov |
|
Monosacharidy |
Počet atómov C C3-trióza C4-tetrózy C5-pentózy C6-hexózy |
Bezfarebný, vysoko rozpustný vo vode, má sladkú chuť. |
|
Oligosacharidy |
Komplexné sacharidy. Obsahuje 2 až 10 monosacharidových zvyškov |
Dobre sa rozpúšťajú vo vode a majú sladkú chuť. |
|
Polysacharidy |
Komplexné sacharidy pozostávajúce z veľkého počtu monomérov - jednoduchých cukrov a ich derivátov |
So zvyšujúcim sa počtom monomérnych jednotiek klesá rozpustnosť a mizne sladká chuť. Objavuje sa schopnosť sliznúť a napučiavať |
Historický odkaz
Sacharidy sa používali už v staroveku – úplne prvým sacharidom (presnejšie zmesou sacharidov), s ktorým sa človek zoznámil, bol med.
Cukrová trstina pochádza zo severozápadnej Indie-Bengálska. Európania spoznali trstinový cukor vďaka kampaniam Alexandra Veľkého v roku 327 pred Kristom.
Škrob poznali už starí Gréci.
Repný cukor v čistej forme objavil až v roku 1747 nemecký chemik A. Marggraf
V roku 1811 ruský chemik Kirchhoff prvýkrát získal glukózu hydrolýzou škrobu
Správny empirický vzorec pre glukózu prvýkrát navrhol švédsky chemik J. Bercellius v roku 1837. C6H12O6
Syntézu uhľohydrátov z formaldehydu v prítomnosti Ca(OH)2 uskutočnil A.M. Butlerov v roku 1861
Záver
Dôležitosť sacharidov je ťažké preceňovať. Glukóza je hlavným zdrojom energie v ľudskom tele, používa sa na stavbu mnohých dôležitých látok v tele - glykogén (energetická rezerva), je súčasťou bunkových membrán, enzýmov, glykoproteínov, glykolipidov a podieľa sa na väčšine reakcií prebiehajúcich v ľudské telo. Sacharóza je zároveň hlavným zdrojom glukózy, ktorá sa dostáva do vnútorného prostredia. Sacharóza, ktorá je obsiahnutá takmer vo všetkých rastlinných potravinách, zabezpečuje potrebný prísun energie a esenciálnej látky – glukózy.
Telo sacharidy určite potrebuje (viac ako 56% energie získavame zo sacharidov)
Sacharidy môžu byť jednoduché a zložité (nazývajú sa tak kvôli štruktúre ich molekúl)
Minimálne množstvo sacharidov by malo byť aspoň 50-60 g
Otestujte si svoje znalosti:
