Добрите ли са въглехидратите за вас? На хората, които искат да отслабнат, често се казва, че въглехидратите са вредни за тях и трябва да се избягват. Някои диети напълно забраняват консумацията на въглехидрати, като твърдят, че нисковъглехидратната диета помага на хората да отслабват по-бързо. Въглехидратите обаче са били важна част от човешката диета в продължение на хиляди години; артефакти от древни цивилизации показват наличието на пшеница, ориз и царевица в складовете на нашите предци.

Въглехидратите трябва да бъдат допълнени с протеини, витамини и мазнини, за да бъдат част от добре балансираната диета. Калорично, грам въглехидрати осигурява 4,3 Kcal. За сравнение, мазнините осигуряват 9 Kcal/g, по-малко желано съотношение. Въглехидратите съдържат разтворими и неразтворими елементи; неразтворимата част е известна като фибри, които са предимно целулоза. Fiber има много приложения; насърчава редовното движение на червата, като добавя насипно състояние и регулира скоростта на консумация на кръвна глюкоза. Фибрите също помагат за премахването на излишния холестерол от тялото. Освен това, хранене, съдържащо пълнозърнести храни и зеленчуци, дава усещане за ситост. Като непосредствен източник на енергия, глюкозата се разгражда по време на процеса на клетъчно дишане, което произвежда АТФ, енергийната валута на клетката. Без консумацията на въглехидрати, наличността на „мигновена енергия“ ще бъде намалена.

Елиминирането на въглехидратите от диетата не е най-добрият начин за отслабване. Нискокалоричната диета, богата на пълнозърнести храни, плодове, зеленчуци и постно месо, заедно с много упражнения и много вода, е по-разумният начин за отслабване.

Резултати от обучението

  • Разграничете монозахаридите, дизахаридите и полизахаридите
  • Идентифицирайте няколко основни функции на въглехидратите

Повечето хора са запознати с въглехидратите, един вид макромолекула, особено що се отнася до това, което ядем. За да отслабнат, някои хора се придържат към диети с ниско съдържание на въглехидрати. За разлика от това спортистите често „натоварват въглехидратите“ преди важни състезания, за да гарантират, че имат достатъчно енергия, за да се състезават на високо ниво. Въглехидратите всъщност са съществена част от нашата диета; зърнените храни, плодовете и зеленчуците са естествени източници на въглехидрати. Въглехидратите осигуряват енергия на тялото, особено чрез глюкоза, проста захар, която е компонент на нишестето и съставка на много основни храни. Въглехидратите имат и други важни функции при хората, животните и растенията.

Молекулярни структури

Въглехидрати може да бъде представено чрез формулата (CH2O) n, където n е броят на въглеродните атоми в молекулата. С други думи, съотношението на въглерод към водород към кислород е 1: 2: 1 във въглехидратните молекули. Тази формула също обяснява произхода на термина „въглехидрати“: компонентите са въглерод („карбо“) и компонентите на водата (следователно „хидрат“). Въглехидратите се класифицират в три подтипа: монозахариди, дизахариди и полизахариди.

Монозахариди

Монозахариди (моно– = „един“; захар - = „сладък“) са прости захари, най-често срещаната от които е глюкозата. В монозахаридите броят на въглеродите обикновено варира от три до седем. Повечето имена на монозахариди завършват с наставката –ose. Ако захарта има алдехидна група (функционалната група със структура R-CHO), тя е известна като алдоза, а ако има кетонна група (функционалната група със структура RC (= O) R ′), е известен като кетоза. В зависимост от броя на въглеродите в захарта, те също могат да бъдат известни като триози (три въглерода), пентози (пет въглерода) и или хексози (шест въглерода). Вижте фигура 1 за илюстрация на монозахаридите.

не-специалности

Фигура 1. Монозахаридите се класифицират въз основа на положението на тяхната карбонилна група и броя на въглеродните атоми в гръбначния стълб. Алдозите имат карбонилна група (обозначена в зелено) в края на въглеродната верига, а кетозите имат карбонилна група в средата на въглеродната верига. Триозите, пентозите и хексозите имат съответно три, пет и шест въглеродни скелета.

Химичната формула на глюкозата е C6H12O6. При хората глюкозата е важен източник на енергия. По време на клетъчното дишане енергията се освобождава от глюкозата и тази енергия се използва, за да помогне за получаването на аденозин трифосфат (АТФ). Растенията синтезират глюкоза, използвайки въглероден диоксид и вода, а глюкозата от своя страна се използва за енергийни нужди на растението. Излишъкът от глюкоза често се съхранява като нишесте, което се катаболизира (разграждането на по-големи молекули от клетките) от хора и други животни, които се хранят с растения.

Галактозата и фруктозата са други често срещани монозахариди - галактозата се съдържа в млечните захари, а фруктозата се съдържа в плодовите захари. Въпреки че глюкозата, галактозата и фруктозата имат една и съща химическа формула (C6H12O6), те се различават структурно и химически (и са известни като изомери) поради различното разположение на функционалните групи около асиметричния въглерод; всички тези монозахариди имат повече от един асиметричен въглерод.

Монозахаридите могат да съществуват като линейна верига или като пръстеновидни молекули; във водни разтвори те обикновено се намират в пръстеновидни форми.

Дизахариди

Дизахариди (di– = „две“) се образуват, когато два монозахарида претърпят реакция на дехидратация (известна също като реакция на кондензация или синтез на дехидратация). По време на този процес хидроксилната група на един монозахарид се комбинира с водорода на друг монозахарид, освобождавайки молекула вода и образувайки ковалентна връзка (Фигура 2).

Фигура 2. Захарозата се получава от химическата реакция между две прости захари, наречени глюкоза и фруктоза.

Обичайните дизахариди включват лактоза, малтоза и захароза. Лактозата е дизахарид, състоящ се от мономерите глюкоза и галактоза. Намира се естествено в млякото. Малтозата или малцовата захар е дизахарид, образуван от реакция на дехидратация между две глюкозни молекули. Най-често срещаният дизахарид е захарозата или трапезната захар, която се състои от мономерите глюкоза и фруктоза.

Полизахариди

Дългата верига от монозахариди, свързани с ковалентни връзки, е известна като полизахарид (поли - = „много“). Веригата може да бъде разклонена или неразклонена и може да съдържа различни видове монозахариди. Полизахаридите могат да бъдат много големи молекули. Нишестето, гликогенът, целулозата и хитинът са примери за полизахариди.

Нишестето е запазената форма на захари в растенията и се състои от амилоза и амилопектин (и двата полимера на глюкозата). Растенията са способни да синтезират глюкоза, а излишната глюкоза се съхранява като нишесте в различни растителни части, включително корени и семена. Нишестето, което се консумира от животните, се разгражда на по-малки молекули, като глюкоза. След това клетките могат да абсорбират глюкозата.

Фигура 3. Амилозата и амилопектинът са две различни форми на нишесте. Гликогенът е форма за съхранение на глюкоза при хора и други гръбначни животни и се състои от мономери на глюкоза.

Гликогенът е форма на съхранение на глюкоза при хора и други гръбначни животни и се състои от мономери на глюкоза. Гликогенът е животинският еквивалент на нишесте и е силно разклонена молекула, която обикновено се съхранява в черния дроб и мускулните клетки. Винаги, когато нивата на глюкозата намаляват, гликогенът се разгражда, за да освободи глюкоза.

Целулозата е един от най-разпространените природни биополимери. Клетъчните стени на растенията са предимно от целулоза, която осигурява структурна подкрепа на клетката. Дървесината и хартията са предимно целулозни по природа. Целулозата се състои от глюкозни мономери, които са свързани чрез връзки между определени въглеродни атоми в молекулата на глюкозата.

Всеки друг глюкозен мономер в целулозата се обръща и опакова плътно като удължени дълги вериги. Това придава на целулозата твърдост и висока якост на опън - което е толкова важно за растителните клетки. Целулозата, преминаваща през храносмилателната ни система, се нарича диетични фибри. Докато връзките глюкоза-глюкоза в целулозата не могат да бъдат разградени от човешките храносмилателни ензими, тревопасните животни като крави, биволи и коне са в състояние да смилат богата на целулоза трева и да я използват като източник на храна. При тези животни някои видове бактерии се намират в рубца (част от храносмилателната система на тревопасните животни) и отделят ензима целулаза. Приложението съдържа и бактерии, които разграждат целулозата, придавайки му важна роля в храносмилателната система на преживните животни. Целулазите могат да разграждат целулозата до глюкозни мономери, които могат да се използват като енергиен източник от животното.

Фигура 4. В целулозата глюкозните мономери са свързани в неразклонени вериги чрез β 1-4 гликозидни връзки. Поради начина на свързване на глюкозните субединици, всеки мономер на глюкозата се преобръща спрямо следващия, което води до линейна влакнеста структура.

Фигура 5. Насекомите имат твърд външен екзоскелет, направен от хитин, вид полизахарид.

Както е показано на Фигура 4, всеки друг глюкозен мономер в целулозата се преобръща и мономерите се опаковат плътно като удължени дълги вериги. Това придава на целулозата твърдост и висока якост на опън - което е толкова важно за растителните клетки.

Въглехидратите изпълняват други функции при различните животни. Членестоногите, като насекоми, паяци и раци, имат външен скелет, наречен екзоскелет, който защитава техните вътрешни части на тялото. Този екзоскелет е направен от биологичния макромолекулен хитин, който е азотен въглехидрат. Изработена е от повтарящи се единици от модифицирана захар, съдържаща азот.

Регистриран диетолог

Фигура 6. Регистриран диетичен диетолог (RDN), готвачът Бренда Томпсън работи с персонала на хранителния персонал, за да събере рецептата си за закуска буррито по време на тестването на вкуса на учителя в Айдахо. Благодарение на безвъзмездната помощ от екипа на Министерството на земеделието на САЩ (USDA) RDN Chef Бренда Томпсън, разработи рецепти за готварската книга на Chef Designed School Lunch.

Затлъстяването е световен проблем за здравето и много заболявания, като диабет и сърдечни заболявания, стават все по-разпространени поради затлъстяването. Това е една от причините, поради които регистрираните диетолози все повече се търсят за съвет. Регистрираните диетолози помагат да планират програми за хранене и хранене за хора в различни условия. Те често работят с пациенти в здравни заведения, като разработват хранителни планове за предотвратяване и лечение на заболявания. Например диетолозите могат да научат пациент с диабет как да управлява нивата на кръвната захар, като яде правилните видове и количества въглехидрати. Диетолозите могат да работят и в старчески домове, училища и частни практики.

За да станете регистриран диетолог, трябва да придобиете поне бакалавърска степен по диетология, хранене, хранителни технологии или свързана област. Освен това регистрираните диетолози трябва да завършат контролирана стажантска програма и да преминат национален изпит. Тези, които продължават кариерата си в диетологията, посещават курсове по хранене, химия, биохимия, биология, микробиология и физиология на човека. Диетолозите трябва да станат експерти по химия и функции на храната (протеини, въглехидрати и мазнини).

В обобщение: Структура и функция на въглехидратите

Въглехидратите са група макромолекули, които са жизненоважен енергиен източник за клетката и осигуряват структурна подкрепа на растителните клетки, гъбичките и всички членестоноги, които включват омари, раци, скариди, насекоми и паяци. Въглехидратите се класифицират като монозахариди, дизахариди и полизахариди в зависимост от броя на мономерите в молекулата. Монозахаридите са свързани чрез гликозидни връзки, които се образуват в резултат на реакции на дехидратация, образувайки дизахариди и полизахариди с елиминирането на водна молекула за всяка образувана връзка. Глюкозата, галактозата и фруктозата са често срещани монозахариди, докато общите дизахариди включват лактоза, малтоза и захароза. Нишестето и гликогенът, примери за полизахариди, са съответно формите за съхранение на глюкоза в растенията и животните. Дългите полизахаридни вериги могат да бъдат разклонени или неразклонени. Целулозата е пример за неразклонен полизахарид, докато амилопектинът, съставна част на нишестето, е силно разклонена молекула. Съхранението на глюкоза под формата на полимери като нишесте от гликоген, я прави малко по-недостъпна за метаболизма; това обаче предотвратява изтичането му от клетката или създаването на високо осмотично налягане, което може да причини прекомерно поемане на вода от клетката.

Проверете разбирането си

Отговорете на въпроса/ите по-долу, за да видите колко добре разбирате темите, разгледани в предишния раздел. Този кратък тест прави не бройте към оценката си в класа и можете да я вземете неограничен брой пъти.

Използвайте този тест, за да проверите разбирането си и да решите дали (1) да проучите допълнително предишния раздел или (2) да преминете към следващия раздел.