Углеводы. Классификация и функции

Определение 

Углеводы, наряду с липидами, белками и нуклеиновыми кислотами, являются одним из четырех основных классов биологически существенных органических молекул, присутствующих во всех живых организмах.

Все углеводы, образующиеся в процессе фотосинтеза, представляют собой основную часть органического вещества на Земле, являются наиболее распространенными органическими компонентами в основной части фруктов, овощей, бобовых и зерновых культур, выполняют множество функций во всех живых организмах и являются основным источником энергии в клетках. И, наконец, они обеспечивают вкус и текстуру во многих обработанных продуктах.

Химическая классификация углеводов

Углеводы – это  полиоксисоединения альдегидов или кетонов.
Многие из них, но не все, имеют общую формулу (CH₂O)n (только молекулы с n> 4 считаются углеводами); некоторые, в дополнение к углероду (С), кислород (O) и водороду (Н), включают азот или серу.

На основании числа образующих единиц, могут быть определены три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

• Моносахариды или просто сахара образуются только одной многоатомной единицей альдегида или кетона.
  Наиболее распространенными моносахарид D-глюкоза, которая также называется декстроза.
• Олигосахариды образуют короткие цепочки моносахаридных единиц (от 2 до 20), которые связаны друг с другом гликозидными связями.
  Наиболее распространенными являются дисахариды, образованные двумя моносахаридами. В рационе человека наиболее важными из них являются сахароза лактоза и мальтоза. В клетках многие олигосахариды, образованные тремя или более единицами, связаны с другими молекулами — липидами или белками — с образованием гликоконъюгатов.
• Полисахариды представляют собой полимеры, состоящие из 20 до 10⁷ моносахаридных единиц; они отличаются друг от друга моносахаридами, повторяющимися в их структуре, длиной и степенью разветвленности цепей или типом связи между единицами.
  В то время как в растительном царстве присутствуют несколько типов полисахаридов, у позвоночных есть лишь небольшое число.

Полисахариды могут содержать

• только один тип моносахарида — это гомополисахариды (крахмал, гликоген и хитин);
• два или более различных видов  сахаридов — это гетерополисахариды (например, гиалуроновая кислота).

Примечание: термин «сахарид» происходит от греческого слова «sakcharon», что означает сахар.

Физиологическая классификация углеводов

На основании   степени  их полимеризации, углеводы могут быть классифицированы следующим образом:

• простые: моно- и дисахариды (также известные как «сахара») и три- и тетрасахариды (олигосахариды);
• сложные: полисахариды.

Еще одна классификация отражает основы  возможности использования углеводов непосредственно для энергетической цели:

Усваиваемые (доступные)

• моносахариды: глюкоза, фруктоза, галактоза олигосахариды: сахароза, лактоза, мальтоза и мальтодекстрин полисахаридами; крахмал и гликоген
• Не усваиваемые  (недоступные) ксилоза (моносахарид), лактулоза и рафиноза (соответственно ди — и трисахарид), клетчатка (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, пектины и т.д.) и резистентный или не усваиваемый крахмал (полисахарид). Члены этого класса  при попадании в организм  не перевариваются и не всасываются, а ферментируются кишечной флорой с выделением коротко цепочечных жирных кислот и таким образом дают некоторое количество энергии.

Функции углеводов в клетках

• Используются в качестве материала для хранения и производства энергии.
  Крахмал и гликоген, соответственно у растений и животных, которые хранятся углеводы, из которых глюкоза могут быть мобилизованы для производства энергии.

  Моносахариды освобождают 3,74 ккал / г, дисахариды 3,95 ккал / г, в то время как крахмал 4,18 ккал / г; в среднем приблизилась к 4 ккал / г.

• Экономия белков: если углеводы присутствует в надлежащем количестве в ежедневном питании, организм не использует белки для энергетических целей.
• Их присутствие необходимо для нормального липидного обмена. Более 100 лет назад Пастер сказал: » Жиры горят в огне углеводов «. Эта идея продолжает получать подтверждения в последних научных исследований. Кроме того, избыток углеводов может быть превращен в жирные кислоты и триглицериды (процессы, которые происходят в основном в печени).
• Глюкоза является необходимым условием для поддержания целостности нервной ткани (некоторые центральные участки нервной системы могут использовать только глюкозу для производства энергии) и эритроцитов.
• Два сахара, рибоза и дезоксирибоза, являются частью несущей конструкции, соответственно из РНК и ДНК
• Они принимают участие в процессах детоксикации. Например, в печени из глюкозы синтезируется глюкуроновая кислота, которая связывается с нерастворимыми эндогенными веществами, такими как гормоны, билирубин и т.д., и чужеродными веществами, такими как химические или бактериальные токсины или лекарства, делает их нетоксичным, растворимыми и позволяет их устранению с мочой и калом.
• Углеводы связаны со многими белками и липидами. Углеводы —  структурные единицы  рецепторов мембран и  внутри клетки. Они включают сигнальные пути, которые определяют метаболический путь или внутриклеточную локализацию связанных молекул.
• На клеточной поверхности присутствие углеводов необходимо для  межклеточного распознавания, например, сперматозоида и яйцеклетки в процессе оплодотворения, в возвращении лимфоцитов в лимфоузлы, миграции лейкоцитов в ткани и т.д.
• Два гомополисахарида — целлюлоза (наиболее распространенный полисахарид в природе) и хитин (вероятно, вместе с целлюлозой наиболее распространенный полисахарид в природе), служат в качестве структурных элементов, соответственно, в клеточных стенках растений и наружного скелета почти миллиона видов членистоногих (например, насекомые, омары и крабы).

Два гормона, которые контролируют метаболизм углеводов: Инсулин  и глюкагон

Инсулин секретируется бета-клетками островков Лангерганса и секреция стимулируется:
— Гипергликемией
— Парасимпатической нервной системой
Функция инсулина

• Облегчение переноса глюкозы в клетки печени и мышц
• Облегчения образования гликогена в печени и   клетках мышц
• Включение образования белка из аминокислот. 

• Гипогликемиею.
• Симпатическою нервною системою.
• Функция глюкагона.
• Облегчение распада гликогена в печени и мышечных клетках до глюкозы.