Функции углерода в организме человека: Карта сайта

Углеводы

Углеводы – природные органические соединения, состоящие из молекул углерода и воды.

Для нашего организма углеводы являются основным «топливом», обеспечивающим энергией все процессы, происходящие в теле человека.

Наш организм способен запасать углеводы в виде гликогена, который откладывается в печени и мышцах.

Углеводы участвуют в синтезе заменимых аминокислот, являются материалом для роста клеток и питанием для мозга. В организме углеводы преобразуются в глюкозу, которая необходима для адекватной работы всего организма и особенно мозга. Углеводы являются мгновенным источником энергии.

Углеводы можно разделить на простые и сложные. К продуктам, содержащим простые углеводы, относятся мед, сахар, кукурузный сироп, белый хлеб. Сложные углеводы содержатся вмакаронах, рисе и картофеле, во фруктах, ягодах и овощах, бобовых, орехах и цельнозерновых продуктах.

Сложные углеводы состоят из молекул сахара, которые связаны вместе в длинные (более 9 мономеров) цепи. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, инулин, некрахмальные полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлозы, пектин). Простые углеводы состоят из 1-2 мономеров, к ним относятся сахара (содержат 1-2 мономера) глюкоза,фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза, сахароза, мальтоза и лактоза.

Ягоды, овощи и цельнозерновые продукты помимо углеводов содержат витамины, клетчатку и антиоксиданты, которые важны для хорошего здоровья и самочувствия. Цельнозерновые продукты содержат также жирные кислоты, магний, витамины группы В, фолат и цинк. Фрукты и крахмалистые овощи содержат, помимо указанных выше нутриентов, фитонутриенты, такие как флавоноиды и каротиноиды.

При употреблении простых углеводовуровень сахара в крови быстро поднимается и также быстро снижается. При употреблении сложных углеводов организму необходимо сперва разложить их до простых углеводов, а затем – до глюкозы. Этот процесс занимает больше времени, таки образом уровень сахара в крови повышается медленнее, и такие углеводы с меньшей вероятностью превращаются в жир.

Если вы употребляете с пищей избыточное количество углеводов, уровень сахара в крови может стать слишком высоким. Это заставит организм вырабатывать больше инсулина, который способствует преобразованию глюкозы в триглицериды — основной материал жировой ткани. Накопление избыточного количества жировой ткани может быть вредно для здоровья.

В условиях недостатка углеводов наш организм вынужден использовать белок или жир для получения энергии. Поскольку белки являются строительными блоками для организма, использование их в качестве источника энергии может неблагоприятно сказаться на здоровье. При использовании жиров в качестве источника энергии в организме образуются кетоновые тела. Повышенный уровень кетонов в крови называется кетозом. Кетоз может быть опасен для организма.Также при низком содержании углеводов в рационе может возникнуть запор из-за недостатка клетчатки и питательных веществ.

Используйте в питании цельнозерновые продукты, сократите количество обычного хлеб и выпечки. Целые фрукты и овощи лучше, чем соки. Хорошо заменить картофель, особенно картофель фри, нутом, чечевицей, фасолью и другими бобовыми.

Количество углеводов, которое необходимо человеку, зависит от возраста, пола, роста, веса и уровня активности. 50—60% ежедневных калорий должны поступать из углеводов (то есть от 257 до 586г/сутки).

Физиологическая потребность в усвояемых углеводах для взрослого человека составляет. Физиологическая потребность в углеводах – для детей до года 13 г/кг массы тела, для детей старше года – от 170 до 420 г/сутки. Физиологическая потребность в пищевых волокнах для взрослого человека составляет 20 г/сутки, для детей старше 3 лет – 10 — 20 г/сутки.

Глава I. Углеводы

Глава I. УГЛЕВОДЫ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации. Углеводы относятся к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Они являются неотъемлемыми компонентами клеток любых организмов, в том числе бактерий, растений и животных.  В растениях на долю углеводов приходится 80 – 90 % сухой массы, у животных – около 2 % массы тела. Их синтез из углекислого газа и воды осуществляется зелеными растениями с использованием энергии солнечного света (фотосинтез). Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:

Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу. Растения используют эти углеводы для высвобождения энергии в процессе дыхания. Этот процесс в сущности обратен процессу фотосинтеза:

Интересно знать! Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд. т углекислого газа. При этом происходит высвобождение в атмосферу около 130 млрд. т кислорода и синтезируется 50 млрд. т органических соединений углерода, в основном углеводов.

Животные не способны из углекислого газа и воды синтезировать углеводы. Потребляя углеводы с пищей, животные расходуют накопленную в них энергию для поддержания процессов жизнедеятельности. Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды нашей пищи, как хлебобулочные изделия, картофель, крупы и др.

Название «углеводы» является историческим.  Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой С_mH_2nO_n или C_m(H₂O)_n. Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

 

Классификация углеводов

Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы. Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др.

Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т.д.: 

 

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы)  представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные. Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu²⁺, Ag⁺) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.

Сказанное с примерами наиболее распространенных представителей каждой группы углеводов можно представить в виде следующей схемы:

Функции углеводов

Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.

Энергетическая и запасающая функция

В углеводах заключено основное количество калорий, потребляемых человеком с пищей. Основным углеводом, поступающим  с пищей, является крахмал. Он содержится  в хлебобулочных изделиях, картофеле, в составе круп. В рационе человека присутствуют также гликоген (в печени и мясе), сахароза (в качестве добавок к различным блюдам), фруктоза (во фруктах и меде), лактоза (в молоке). Полисахариды, прежде чем усвоиться организмом, должны быть гидролизованы с помощью пищеварительных ферментов до моносахаридов. Только в таком виде они всасываются в кровь. С током крови моносахариды поступают к органам и тканям, где используются для синтеза своих собственных углеводов или других веществ, либо подвергаются  расщеплению с целью извлечения из них энергии.

Освобождающаяся в результате расщепления глюкозы энергия накапливается в виде АТФ. Различают два процесса распада глюкозы: анаэробный (в отсутствие кислорода) и аэробный (в присутствии кислорода). В результате анаэробного процесса образуется молочная кислота

,

которая при тяжелых физических нагрузках накапливается в мышцах и вызывает боль.

В результате же аэробного процесса глюкоза окисляется до оксида углерода (IV) и воды:

В результате аэробного распада глюкозы освобождается значительно больше энергии, чем в результате анаэробного. В целом при окислении 1 г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.

Глюкоза может подвергаться спиртовому брожению. Этот процесс осуществляется дрожжами в анаэробных условиях: 

Спиртовое брожение широко используется в промышленности для производства вин и этилового спирта.

Человек научился использовать не только спиртовое брожение, но и нашел применение молочнокислому брожению, например, для получения молочнокислых продуктов и квашения овощей.

В организме человека и животных нет ферментов, способных гидролизовать целлюлозу, тем не менее целлюлоза является основным компонентом пищи для многих животных, в частности, для жвачных. В желудке этих животных в больших количествах содержатся бактерии и простейшие, продуцирующие фермент целлюлазу, катализирующий гидролиз целлюлозы до глюкозы. Последняя может подвергаться дальнейшим превращениям, в результате которых образуются масляная, уксусная, пропионовая кислоты, способные всасываться в кровь жвачных.

Углеводы выполняют и запасную функцию. Так, крахмал, сахароза, глюкоза у растений и гликоген у животных являются энергетическим резервом их клеток.

 

Структурная, опорная и защитная функции

Целлюлоза у растений и хитин у беспозвоночных и в грибах выполняют опорную и защитную функции. Полисахариды образуют капсулу у микроорганизмов, укрепляя тем самым  мембрану. Липополисахариды бактерий и гликопротеины поверхности животных клеток обеспечивают избирательность межклеточного взаимодействия и иммунологических реакций организма. Рибоза служит строительным материалом для РНК, а дезоксирибоза – для ДНК.

Защитную функцию выполняет гепарин. Этот углевод, являясь ингибитором свертывания крови, предотвращает образование тромбов. Он содержится в крови и соединительной ткани млекопитающих. Клеточные стенки бактерий, образованные полисахаридами, скреплены короткими аминокислотными цепочками, защищают  бактериальные клетки от неблагоприятных воздействий. Углеводы участвуют у ракообразных и насекомых в построение наружного скелета, выполняющего защитную функцию.

 

Регуляторная функция

Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.

Интересна возможность использования углеводов в качестве источника жидкого топлива – этанола. С давних пор использовали древесину для обогрева жилищ и приготовления пищи. В современном обществе этот вид топлива вытесняется другими видами – нефтью и углем, более дешевыми и удобными в использовании. Однако растительное сырье, несмотря на некоторые неудобства в использовании, в отличие от нефти и угля является возобновляемым источником энергии. Но его применение в двигателях внутреннего сгорания затруднено. Для этих целей предпочтительнее использовать жидкое топливо или газ. Из низкосортной древесины, соломы или другого растительного сырья, содержащих целлюлозу или крахмал, можно получить жидкое топливо – этиловый спирт. Для этого необходимо вначале гидролизовать целлюлозу или крахмал и получить глюкозу:

,

а затем полученную глюкозу подвергнуть спиртовому брожению и получить этиловый спирт. После очистки его можно использовать в виде топлива в двигателях внутреннего сгорания. Надо отметить, что в Бразилии с этой целью ежегодно из сахарного тростника, сорго и маниока получают миллиарды литров спирта и используют его в двигателях внутреннего сгорания.

Из каких химических элементов состоит тело человека?

Элементный состав человеческого тела

Первоначально это было опубликовано на Elements. Подпишитесь на бесплатный список рассылки, чтобы каждую неделю получать красивые визуализации мегатенденций в области природных ресурсов по электронной почте.

Человеческое тело — чудесный, хорошо смазанный и исключительно сложный механизм. Чтобы человек жил здоровой жизнью, требуется, чтобы множество функционирующих частей объединились, и каждая биологическая деталь в нашем теле, от обыденной до самой волшебной, управляется всего 21 химическим элементом.

Из 118 элементов на Земле только 21 присутствует в организме человека. Вместе они составляют смесь расходящихся молекул, которые объединяются, чтобы сформировать нашу ДНК, клетки, ткани и органы.

На основе данных, представленных Международной комиссией по радиологической защите (ICRP), в приведенной выше инфографике мы разбили человеческое тело на его элементный состав и процентное содержание, в котором они существуют.

Эти 21 элемент можно разделить на три основных блока в зависимости от количества, обнаруженного в организме человека, основного строительного блока (4 элемента), незаменимых минералов (8 элементов) и микроэлементов (9элементы).

Четыре элемента: ингредиенты для жизни

Четыре элемента, а именно кислород, углерод, водород и азот, считаются наиболее важными элементами, присутствующими в нашем организме.

Кислород является наиболее распространенным элементом в организме человека, на его долю приходится примерно 61% массы человека. Учитывая, что около 60-70% тела составляет вода, неудивительно, что кислород и водород являются двумя наиболее распространенными химическими элементами в организме. Вместе с углеродом и азотом эти элементы соединяются за 96% массы тела.

Вот посмотрите на состав четырех элементов жизни:

Элемент	Масса тела (кг)	Процент массы тела (%)
Кислород	43 кг	61,4%
Углерод	16 кг	22,9%
Водород	7,0 кг	10,0%
Азот	1,8 кг	2,6%

Значения приведены для среднего человеческого тела весом 70 кг.

Давайте посмотрим, как каждый из этих четырех химических элементов способствует полноценной работе нашего организма:

Кислород

Кислород играет решающую роль в обмене веществ, дыхании и насыщении клеток кислородом. Кислород также содержится в каждой значимой органической молекуле в организме, включая белки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты. Это существенный компонент всего, от наших клеток и крови до нашей мозговой и спинномозговой жидкости.

Углерод

Углерод является наиболее важным структурным элементом и причиной того, что мы известны как формы жизни на основе углерода. Это основной строительный блок, необходимый для образования белков, углеводов и жиров. Разрыв углеродных связей в углеводах и белках является нашим основным источником энергии.

Водород

Водород, самый распространенный химический элемент во Вселенной, присутствует во всех жидкостях организма, позволяя транспортировать и выводить токсины и отходы. С помощью водорода суставы в нашем теле остаются смазанными и способны выполнять свои функции. Также говорят, что водород обладает противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, помогая улучшить мышечную функцию.

Азот

Важным компонентом аминокислот, используемых для построения пептидов и белков, является азот. Это также неотъемлемый компонент нуклеиновых кислот ДНК и РНК, химической основы нашей генетической информации и генеалогии.

Основные и дополнительные минералы

Основные минералы необходимы для поддержания здоровья вашего организма. Ваше тело использует минералы для нескольких процессов, в том числе для правильной работы костей, мышц, сердца и мозга. Минералы также контролируют выработку полезных ферментов и гормонов.

Минералы, такие как кальций, являются важным компонентом наших костей и необходимы для роста и развития костей, а также для сокращения мышц. Фосфор способствует прочности костей и зубов и жизненно важен для метаболизма энергии.

Вот посмотрите на элементный состав основных минералов:

Элемент	Масса тела (г)	Процент массы тела (%)
Кальций	1000 г	1,43%
Фосфор	780 г	1,11%
Калий	140 г	0,20%
Сера	140 г	0,20%
Хлор	100 г	0,14%
Натрий	95 г	0,14%
Магний	19 г	0,03%
Железо	4,2 г	0,01%

Значения приведены для среднего человеческого тела весом 70 кг.

Другие макроминералы, такие как магний, калий, железо и натрий, необходимы для межклеточных коммуникаций, таких как электрические передачи, которые генерируют нервные импульсы или сердечные ритмы, и необходимы для поддержания здоровья щитовидной железы и костей.

Чрезмерный дефицит любого из этих минералов может вызвать различные нарушения в организме. Большинство людей получают эти минералы как часть своего ежедневного рациона, включая овощи, мясо, бобовые и фрукты. Однако в случае дефицита эти минералы также назначаются в качестве добавок.

Биологический состав микроэлементов

Микроэлементы или микроэлементы представляют собой небольшие количества минералов, обнаруженных в живых тканях. Некоторые из них, как известно, необходимы для питания, в то время как другие могут считаться несущественными. Обычно они находятся в нашем организме в минимальных количествах и составляют всего 1% нашей массы.

Первостепенное значение среди них имеют микроэлементы, такие как цинк, медь, марганец и фтор. Цинк действует как средство первого реагирования на инфекции и тем самым повышает устойчивость к инфекциям, уравновешивая иммунный ответ.

Вот распределение микроэлементов в нашем организме:

Элемент	Масса тела (мг)	Процент массы тела (%)
Фтор	2600 мг	0,00371%
Цинк	2300 мг	0,00328%
Медь	72 мг	0,00010%
Йод	13 мг	0,00002%
Марганец	12 мг	0,00002%
Молибден	9,5 мг	0,00001%
Селен	8 мг	0,00001%
Хром	6,6 мг	0,00001%
Кобальт	1,5 мг	0,000002%

Значения приведены для среднего человеческого тела весом 70 кг.

Несмотря на то, что медь обнаружена лишь в следовых количествах, она играет важную роль в формировании эритроцитов и поддержании здоровья нервных клеток. Он также помогает формировать коллаген, важную часть костей и соединительной ткани.

Несмотря на постоянные исследования и исследования, проводимые для полного понимания использования и преимуществ этих микроэлементов, ученые и исследователи постоянно делают новые открытия.

Например, недавние исследования показывают, что некоторые из этих микроэлементов можно использовать для лечения и борьбы с хроническими и изнурительными заболеваниями, от ишемии до рака, сердечно-сосудистых заболеваний и гипертонии.

Сияй, сумасшедший бриллиант: почему люди являются углеродными формами жизни

Лабораторная крыса

• Автор S.E. Gould on   11 ноября 2012 г.

• Поделиться на LinkedIn

• Поделиться по электронной почте

• Распечатать

Предыдущие записи из серии Химия: Водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса, металлическая связь, ионная связь

Все на земле состоит из комбинаций различных элементов, которые можно найти в периодической таблице. Учитывая, что периодическая таблица содержит 118 элементов, кажется жаль, что органическая жизнь имеет тенденцию включать только пять или шесть из этих элементов в огромных количествах. Основной из них – углерод.

Жизнь на Земле невозможна без углерода. Углерод является основным компонентом сахаров, белков, жиров, ДНК, мышечной ткани, почти всего в вашем теле. Причина, по которой углерод такой особенный, заключается в электронной конфигурации отдельных атомов. Электроны существуют в концентрических «оболочках» вокруг центрального ядра, а углерод имеет четыре электрона в самой внешней оболочке. Поскольку наиболее стабильной вещью для атома является восемь электронов, это означает, что каждый углерод может образовывать четыре связи с окружающими атомами.

Каждая связь в вышеуказанной молекуле образована двумя общими электронами; один из углерода и один из водорода. Однако способность образовывать четыре связи не ограничивается углеродом, это свойство каждого атома с четырьмя внешними электронами, включая кремний, олово и свинец. Что особенного в углероде и причина того, что формы жизни на основе кремния ограничиваются научной фантастикой (а формы жизни на основе свинца почти никогда не упоминаются), заключается в том, что он может образовывать двойные связи, которые имеют более одного общего электрона с другим атомом, как показано ниже. :

Почему углерод способен на это, а кремний нет? Хотя на диаграмме выше все облигации изображены прямыми линиями, в реальной жизни не все облигации равны. Двойная связь состоит из двух различных типов связи. Каждая связь состоит из двух перекрывающихся электронных орбиталей (по одной от каждого атома). Проще всего представить себе орбиталь, не вдаваясь в серьезную физику, — это представить ее как некую размытую зону, в которой, скорее всего, будет кружить быстро движущийся электрон. Когда две орбитали перекрываются, вы получаете удвоенное пространство, в котором могут вращаться два электрона.0007

Простая связь образована двумя круговыми орбиталями, перекрывающимися и окружающими оба атома:

Вторая связь формируется несколько иначе. Электроны, образующие эти связи, находятся не на сферической орбитали вокруг ядра, а на овальной орбитали, выступающей над и под ядром. Когда они перекрываются, образуются связи выше и ниже первой связи, как показано на диаграмме:

Так почему же углерод, а не кремний может справиться с этим трюком с двойной связью? Ответ кроется в размере. Углерод — самый маленький из всех атомов с четырьмя крайними электронами, а это означает, что электроны на верхней и нижней орбиталях достаточно близки, чтобы перекрываться и образовывать эту вторую связь. Однако для кремния на пути больше электронных орбиталей, весь атом больше, и для внешних орбиталей почти невозможно подобраться достаточно близко, чтобы образовать двойную связь. Вот почему двуокись углерода представляет собой небольшую газообразную молекулу, состоящую из двух атомов кислорода, образующих двойную связь с одним углеродом, в то время как двуокись кремния представляет собой огромную молекулу-бегемот, состоящую из огромного количества чередующихся атомов кислорода и кремния, и более известна как песок.

Если сильно постараться, то можно получить двойные кремний-кремниевые связи, но они довольно нестабильны и будут использовать любой шанс, чтобы разорвать эту двойную связь в пользу образования другой одинарной. С другой стороны, двойные связи углерод-углерод образуются естественным образом и легко и имеют решающее значение для каждого живого организма на Земле. Если бы существовали формы жизни на основе кремния, чисто химический состав их атомов означает, что они должны были бы быть построены по совершенно иным принципам, чем жизнь на Земле.

—

Ссылка на изображение 1

Ссылка на изображение 5

Высказанные мнения принадлежат авторам и не обязательно совпадают с мнением Scientific American.

ОБ АВТОРАХ

Биохимик, увлекающийся микробиологией, лаборатория Крысе нравится исследовать, читать и писать о бактериях. Наконец-то ей удалось оторваться от университета, и теперь она работает в небольшой компании в Кембридже, где превращает данные в понятные слова и потрясающие графики.

Подписаться Гулд в Твиттере

Читать дальше

Общественное здравоохранение

Что означает для вас окончание чрезвычайной ситуации с COVID

Образование

Старшеклассникам нужно больше сна и более позднее начало занятий

Астрономия

Астрономы заметили Раз в- a-Decade Supernova — и вы тоже можете

Вода

Текущее развитие является частью проблемы реки Колорадо

Изменение климата

Договор по озону отсрочил таяние Арктики на 15 лет

Исследование космоса

Могут ли лунные миссии НАСА «Артемида» рассчитывать на использование лунного водяного льда?

Информационный бюллетень

Будьте умнее. Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.

Зарегистрироваться

Подробнее

Предыдущий

Как доить голубя

• Автор S.E. Гулд, 4 ноября 2012 г.
• 6

Далее

Как животные потеряли сенсоры

• С.