Углеводы — важнейший источник энергии для человеческого организма, однако для полноценного функционирования организму необходим сбалансированный рацион, включающий белки и жиры. Рассмотрим, что представляют собой углеводы и почему питание исключительно растительной пищей может привести к дефициту важных нутриентов.

Что такое углеводы

Углеводы (глициды) — это органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название этого класса соединений происходит от слов «гидраты углерода» и было предложено Карлом Шмидтом в 1844 году. Первые известные науке углеводы описывались брутто-формулой C_x(H₂O)_y, формально являясь соединениями углерода и воды.

Сахара — это другое название низкомолекулярных углеводов: моносахаридов, дисахаридов и олигосахаридов. Углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей всех живых организмов, составляя по массе основную часть органического вещества на Земле. Источником углеводов для всех живых организмов является процесс фотосинтеза, осуществляемый растениями.

Классификация углеводов

Все углеводы состоят из отдельных «единиц» — сахаридов. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные.

Простые углеводы (быстрые)

• Моносахариды — содержат одну единицу (глюкоза, фруктоза, галактоза)
• Дисахариды — содержат две единицы (сахароза, мальтоза, лактоза)
• Олигосахариды — от трех до десяти единиц

Моносахариды быстро повышают содержание сахара в крови и обладают высоким гликемическим индексом, поэтому их называют быстрыми углеводами. Они легко растворяются в воде и синтезируются в зеленых растениях.

Сложные углеводы (медленные)

Полисахариды — содержат более десяти единиц. Продукты, богатые сложными углеводами, постепенно повышают содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, поэтому их называют медленными углеводами. К ним относятся:

• Крахмал — основной запасной полисахарид растений
• Гликоген — главный резервный полисахарид животных и человека
• Целлюлоза (клетчатка) — структурный полисахарид растений

Функции углеводов в организме

В живых организмах углеводы выполняют множество важных функций:

Энергетическая функция

Углеводы служат основным источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяется 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды. Это делает их наиболее доступным и быстрым источником энергии для клеток организма.

Структурная и опорная функции

Углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов и обеспечивает жесткость экзоскелета членистоногих.

Запасающая функция

Углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин — у растений.

Осмотическая функция

Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. В крови содержится 100—110 мг/л глюкозы, от концентрации которой зависит осмотическое давление крови.

Источники углеводов в питании

Главными источниками углеводов из пищи являются:

• Хлеб и хлебобулочные изделия
• Картофель
• Макаронные изделия
• Крупы и злаки
• Сладости и кондитерские изделия
• Фрукты и ягоды
• Овощи

Чистым углеводом является сахар. Мёд содержит 65% фруктозы и 25-30% глюкозы. К углеводной группе также примыкают плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.

Почему углеводов недостаточно: роль белков

Белки (протеины, полипептиды) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот.

Функции белков в организме

Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров — полисахаридов и ДНК:

Каталитическая функция

Ферменты — это белки, обладающие специфическими каталитическими свойствами. К 2013 году было описано более 5000 ферментов. Они катализируют реакции расщепления сложных молекул (катаболизм) и их синтеза (анаболизм), включая репликацию и репарацию ДНК и матричный синтез РНК.

Структурная функция

Белки образуют основу многих структур организма. Из белка кератина состоят волосы и ногти, коллаген и эластин являются важными компонентами соединительной ткани, тубулин образует микротрубочки.

Транспортная функция

Многие белки участвуют в транспорте веществ. Гемоглобин переносит газы в крови, альбумины транспортируют жиры.

Защитная и иммунная функции

Белки играют ключевую роль при иммунном ответе, защищая организм от инфекций и других вредных воздействий.

Рецепторная функция

Белки участвуют в сигнальных системах клеток. Например, белок родопсин необходим для работы зрительных рецепторов и обеспечивает формирование нервного импульса в ответ на действие фотонов света.

Белки в питании

Белки — важная часть питания животных и человека. Основные источники: мясо, птица, рыба, молоко, орехи, бобовые, зерновые, овощи, фрукты, ягоды и грибы.

В процессе пищеварения ферменты разрушают потреблённые белки до аминокислот, которые используются для биосинтеза собственных белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

Аминокислоты, которые не могут быть синтезированы животными, называются незаменимыми. Животные получают аминокислоты из белков, содержащихся в пище. Использование белка в качестве источника энергии особенно важно в условиях голодания, когда собственные белки организма, в особенности мускулов, служат источником энергии.

Роль жиров в питании

Жиры (триглицериды, триацилглицериды) — органические вещества, сложные эфиры, продукты этерификации карбоновых кислот и трёхатомного спирта глицерина. В живых организмах они выполняют, прежде всего, структурную и энергетическую функции.

Функции жиров

Энергетическая функция

Энергетическая ценность жира составляет примерно 9,3 ккал на грамм, что соответствует 39 кДж/г. Это более чем в два раза превышает энергетическую ценность углеводов, делая жиры наиболее концентрированным источником энергии.

Структурная функция

Жиры являются основным компонентом клеточных мембран, обеспечивая их структурную целостность и функциональность.

Запасающая функция

В жировых клетках сохраняется основной энергетический запас организма. Жиры являются одним из основных источников энергии для млекопитающих.

Теплоизоляционная функция

Благодаря крайне низкой теплопроводности, жир, откладываемый в подкожной жировой клетчатке, служит теплоизолятором, предохраняющим организм от потери тепла.

Виды жиров

Природные жиры чаще всего содержат следующие жирные кислоты:

• Насыщенные жирные кислоты — стеариновая и пальмитиновая кислоты (преимущественно в животных жирах)
• Ненасыщенные жирные кислоты — олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты (преимущественно в растительных маслах)

Чем больше в жирах содержание ненасыщенных кислот, тем ниже температура плавления жиров. Растительные масла, как правило, имеют жидкую консистенцию при комнатной температуре, в то время как животные жиры обычно находятся в застывшей фазе.

Усвоение жиров

Эмульгирование жиров в кишечнике (необходимое условие их всасывания) осуществляется при участии солей жёлчных кислот. Насыщенные жиры расщепляются в организме на 25—30%, а ненасыщенные жиры расщепляются полностью.

Сбалансированное питание: синергия макронутриентов

Для нормального функционирования организма необходим сбалансированный рацион, включающий все три основных макронутриента: углеводы, белки и жиры. Каждая группа веществ выполняет уникальные функции, которые не могут быть полностью заменены другими.

Почему недостаточно только углеводов

Хотя углеводы являются основным источником энергии, питание исключительно «травой» — овощами, фруктами и ягодами — может привести к:

• Дефициту незаменимых аминокислот — организм не может синтезировать все необходимые белки
• Недостатку жирорастворимых витаминов — витамины A, D, E, K требуют жиров для усвоения
• Нарушению гормонального баланса — многие гормоны синтезируются из жиров
• Снижению мышечной массы — без достаточного количества белка происходит катаболизм мышечной ткани
• Нарушению функций ферментных систем — многие ферменты являются белками

Оптимальные пропорции макронутриентов

Согласно рекомендациям диетологов, оптимальное соотношение макронутриентов в рационе здорового человека составляет:

• Углеводы — 45-65% от общей калорийности
• Белки — 10-35% от общей калорийности
• Жиры — 20-35% от общей калорийности

Эти пропорции могут варьироваться в зависимости от возраста, пола, уровня физической активности и индивидуальных особенностей организма.

Обмен макронутриентов в организме

Углеводный обмен

Обмен углеводов в организме человека и высших животных складывается из нескольких процессов:

• Гидролиз полисахаридов и дисахаридов пищи до моносахаридов в желудочно-кишечном тракте
• Гликогеногенез (синтез) и гликогенолиз (распад) гликогена в тканях
• Гликолиз — расщепление глюкозы в организме
• Глюконеогенез — синтез углеводов из неуглеводистого сырья

Белковый обмен

Большинство микроорганизмов и растений могут синтезировать 20 стандартных аминокислот, но животные получают аминокислоты из белков, содержащихся в пище. Белки разрушаются в процессе пищеварения путем гидролиза с помощью ферментов-протеаз.

Жировой обмен

Жиры перевариваются при участии желчных кислот и липаз. Они могут использоваться как источник энергии, строительный материал для мембран или запасаться в жировой ткани.

Последствия несбалансированного питания

Питание, основанное исключительно на углеводах из растительной пищи, может привести к серьезным нарушениям:

Белково-энергетическая недостаточность

Недостаток белка приводит к атрофии мышц, снижению иммунитета, нарушению заживления ран и синтеза ферментов.

Дефицит незаменимых жирных кислот

Недостаток жиров может вызвать нарушения в работе нервной системы, проблемы с кожей и нарушение усвоения жирорастворимых витаминов.

Гормональные нарушения

Многие гормоны синтезируются из холестерина и других липидов, поэтому дефицит жиров может нарушить гормональный баланс.

Заключение

Углеводы, безусловно, являются важнейшим источником энергии для организма человека, особенно для работы мозга и мышц. Овощи, фрукты и ягоды обеспечивают организм не только углеводами, но и витаминами, минералами и клетчаткой. Однако для полноценного функционирования организма необходим сбалансированный рацион.

Белки обеспечивают рост и восстановление тканей, синтез ферментов и гормонов, поддержание иммунитета. Жиры служат концентрированным источником энергии, компонентом клеточных мембран и предшественником многих биологически активных веществ.

Питание исключительно «травой», как бы богата и разнообразна она ни была, не может обеспечить организм всеми необходимыми нутриентами. Для поддержания здоровья и оптимальной работоспособности необходим рацион, включающий все три группы макронутриентов в правильных пропорциях, дополненный витаминами и минералами.

Понимание роли каждого макронутриента помогает составить сбалансированный рацион, который обеспечит организм всем необходимым для здоровой и активной жизни.