Статии & Материали

Видове въглехидрати и структура

Въглехидратите са химични съединения, съдържащи елементите въглерод, водород и кислород. Затова понякога се наричат и “въглеводи” (от “въглерод” и “вода”). Според своя състав въглехидратите се разделят на прости (монозахариди) и сложни (полизахариди).

Простите имат общото название “захари”. Всъщност те биват монозахариди и дизахариди. Монозахаридите са с обща формула С6 Н12 О6. Такива са глюкозата (гроздовата захар) и фруктозата (плодовата захар). Дизахариди са захарозата (цвекловата захар) и лактозата (млечната захар). Сложните въглехидрати се състоят от много монозахариди (стотици, дори хиляди). Полизахариди са нишестето (скорбялата) и целулозата (влакната). Повече за въглехидратите като макронутриенти, вижте тук.

Монозахариди

Монозахаридите притежават определен брой алкохолни групи и една алдехидна или кетонна група, според което се разпределят на алдози и кетози. Освен това, според броя на въглеродните им атоми, те се делят на триози (3 C), тетрози (4 С), пентози (5 С), хексози (6 С) и други.

По-важните за нас, като знания и фокус обаче пентози са две: рибоза и дезоксирибоза. Те участват в структурата съответно на рибонуклеиновите (РНК) и дезоксирибонуклеиновите (ДНК) киселини. А най-разпространени хексози са глюкозата, фруктозата, манозата и галактозата. От техните формули става ясно, че имат еднакъв химичен състав: C6H1206, но са с различна химична структура и строеж. Така глюкозата притежава при първия си въглероден атом алдехидна група и следователно е алдохексоза.

Фруктозата пък е кетохексоза – при втория си въглероден атом притежава кето група. Това води и до значителни различия в свойствата им. Трябва да отбележа, че при всички хексози алкохолната група при техния въглероден атом задължително има лява конфигигурация.

В организма обаче, споменатите хексози фукционират в своите конфигурации. При това, често пъти и като фосфатни естери на други производни съединения. Аминирането на C2 води до нови производни – в моя пример до глюкозамин (добре познат като основен участник в продукт за стави и връзки, под формата на хранителна добавка) и галактозамин:

Както ще стане ясно малко по-надолу, глюкозата лесно се превръща във фруктоза! Това става чрез редукция на алдехидна група (с участието на НАДФ.Н2 и ензима алкозоредуктаза) и се получава 6-атомен алкохол сорбитол, който след окиселение на алкохолната му група при С2 до кетонна, се превръща във фруктоза.

Дизахариди

Дизахаридите са два свързани монозахарида, чрез кислороден мост. Тази връзка се нарича гликозидна връзка. Лактозата се нарича още млечна захар, тъй като се среща единствено в млякото (в краве млякото се съдържа около 3,5% лактоза). Захарозата е ежедневно употребявана от нас – това е обикновената захар. Тя няма редуциращите свойства, тъй като представялва глюкозидо-фруктозид, получен чрез свръзване на редуциращите групи.

Полизахариди

Полизахаридите, и по-специално тези, които са съставени само от глюкозни остатъци са главно 3 вида:

• целулоза

• нишесте

• гликоген

Целулозата е линеен (неразклонен) полимер на глюкозата, има фибриларна (нишковидна) структура и поради особеността на кислородните мостове свързващи отделните глюкозни остатъци, не се смила от чревните ензими на човека. Целулоза се съдържа в растителната храна. Ползата от нея е в това, че тя регулира перисталтичната дейност на червата, както и че адсорбира някои вещества (например холестерола), с което намалява резорбцията им. Храни богати на целулоза са овесените трици, зърнените храни като цяло, варивата, марулите, зеле, както и в плодовете.

Нишестето (amylum) е най-силно застъпения въглехидрат в храната ни. Съдържа се като главна съставка на брашното (хляб, тестени изделия). Така средно около 45% от теглото на хляба се пада на нишестето. Нишестето е полизахарид, изграден от стотици глюкозни молекули, свързани било в линейни полимери (амилоза), било в разклонени такива (амилопектин), но и двата са с еднаква хранителна стойност.

Гликогенът не представлява хранителен полизахарид. Той се съдържа в живите клетки и то главно в чернодробните и мускулните. Количеството му достига до 4-6% за черния дроб и до 1-2% за мускулите. Гликогенът е резервен глюкозен полимер с гиганткси размери – с молекулна маса до няколко милиона и съставен от десетки хиляди глюкозни молекули.

Молекулите на гликогена, както виждате от картинката, са разнородни – по-големи и по-малки, събрани вътре в клетките като гликогенови капки или зрънца, както ги наричам още. Структурата на гликогеновия полимер е силно разклонена – със стотици или даже хиляди разклонения. Причината за това е следната: когато е необходим бърз приток на глюкоза, то всички краища на молекулата започват да отделят едновременно хиляди глюкозни молекули за задоволяване на възникналите в момента енергийни нужди. Ако молекулата на гликогена беше линейна (неразклонена), то тя щеше да отделя само по една молекула глюкоза от единия си край. Вътре в самите вериги връзките са C1-C4 глюкозидни, а при разклоненията са C1-C6 гликозидни.

Хетерополизахариди

Споменатите по-горе полизахариди са изградени от еднакви монозахариди. Всички те обаче за полизахариди. Хетерополизахаридите са изградени също от много монозахариди, но различни сами по себе си. От различни комбинации от по две монозахаридни единици. В повечето случаи с допълнителна химична група.

Така, гликозамингликаните съдържат редуващи се дизахаридни комбинации от глюкоронова киселина и N-ацетилгалактозамин, т.е. глюкозамин с ацетилирана аминогрупа. Такава е структурата на хиалуроновата киселина, с молекулна маса над 1 милион. Хондроитинсулфатите съдържат дизахаридна комбинация от глюкоронова киселина и N-ацетилгалактозамин, като последния е сулфатиран.

Сиаловите киселини представляват N-ацетилови производни на невраминовата киселина. Те са широко разпространени в тъканите като мукопротеини или свързани с висши мастни киселини като гликолипиди(ганглиозиди) и др. Производните на N-ацетилневраминовата киселина се срещат в слузта, както и в мемраните на редица клетъчни типове, даже бактерии и вируси (например грипните вируси). Хепаринът (широко използван противосъсирващ агент) е изграден от комбинация на глюкозамин и идуронова киселина.

Биологична функция на въглехидратите

Енергийна фунцкия

Въглехидратите като хранителен източник, са основен доставчик на енергия. 1 грам въглехидрати доставя при окислението си 4.4 ккал енергия, а дневното поемане на въглехидрати е около 250 грама за деня. Достига и до 350 грама, в зависимост от теглото на човек. Делът на доставената енергия възлиза на около 55% (докато при белтъците и мазнините, взети заедно, доставят останалите 45%).

Резервна фунцкия

Резервната функция на въглехидратите се изпълнява от гликогена. основните депа (резервоари) на гликоген са мускулите (от 300 до 600 грама) и черния дроб (от 80 до 150-200 грама). ДОкато мускулният гликоген се използва само вътре в мускулите при физически натоварвания например, то чернодробния гликоген е доставчик на глюкоза, която по кръвен път достига до всички органи и по-специално до мозъка. Т.е. – мозъка се храни с глюкоза от чернодробния гликоген!

Пластична (градивна) фунцкия

Въглехидратите взимат участие в изграждането на всички клетки и клетъчни органели. Например: рибозата и дезоксирибозата участват в структурите на РНК и ДНК – молекулите на наследствеността. В различните клетъчни мембрани, въглехидратите участват и са вградени като гликолипиди. Основното междуклетъчно вещество, изграждащо хрущялната тъкан и костната тъкан съдържа различни видове хондроитин сулфати. Те заедно с хиалуроновата киселина, изграждат стъкловидното тяло на окото. Гликозамингликаните пък вземат участие в състава на различните видове защитни секрети (слуз), които се отделят от жлезите на лигавицита на редица органи: уста, хранопровод, стомах, черва, бронхи и др. Гликозамингликаните участват и в в състава на различни смазочни материали – лубриканти. По тази причина, продукти съдържащи глюкозамин и хондроитин, се и ще се използват много при приложение на ставни и хрущялни проблеми при човека.

Защитна фунцкия

Редица олигозахариди под формата на къси разклонени верижки са вградени в клетъчните мембрани така, че стърчат над тяхната повърхност. По този начин те служат като химични опознавателни знаци (антигени), чрез които клетките в един и същ организъм се опознават помежду си или пък бързо откриват проникналите отвън чужди клетки – например бактериални инфекции.

Обратно към раздел „Анатомия и физиология“

“Мазнините изгарят в пламъка на въглехидратите”

Физиолозите и диетолозите като мен използват работната фраза: “Mазнините горят в пламъка на въглехидратите.” T.e. – ако искате веднъж завинаги да се оттървете (макар и това да не може да стане напълно и ще видите за това по-долу в картинковото табло) от подкожните мазнини, в диетата ви трябва да присъстват комплексни захари! Не залагайте на нисковъглехидратни диети!

Без работеща диета, забравете за нисък процент мазнини или отслабване за сметка на подкожните мазнини. В противен случай, да – тялото ви ще се свива, но за сметка на дехидратация на мускулите и тяхното „сплескване“.

Ако организма не разполага с необходимото количество сложни въглехидрати, тялото започва да използва протеина като гориво. А не мазнините! Те остават недокоснати докато протеина изгаря под форма на катаболна реакция. И тогава, вместо мастната клетка да е редуцирала своя обем, мазнината остава непокътната над мускула и вие само ще се „свивате“. И привидно „отслабвате“. Това е реалния факт от поредната ви „диета“, която заблуждава прилагащия я, че всичко е привидно ок. Да – но положението не е ок!

Подкожните мазнини стоят под формата на депа, където си стоят докато не приложим усилия за тяхното „горене“. На картинката, която съм изготвил за вас се вижда ясно какво е нормална мастна клетка, редуцирана мастна клетка и уголемена мастна клетка:

Системата фактически се самозащищава от евентуален глад като съхранява запасите от мазнини, за да бъдат използвани в бъдеще в ситуация на огромни ограничения. Тази логика предполага, че мазнините произвеждат двойно повече енергия от въглехидратите и протеина и поради това организма разчита повече на тях като естествен предпазен механизъм при спешни случаи.

Вие сами трябва да предизвикате тази нужда за тялото, чрез енергиен дефицит в диетата. Което означава, че след като храната ви е в лек недостиг, чрез мастните запаси ще се използват мазнините за горене и източник на енергия. А въглехидратите ще са необходими, за да задържите гликогена в мускулите и за да не спирате нормалното функциониране на всички органи и тъкани. За тази цел следете секцията „Анатомия и физиология“ тук в блога.

След като създадете калориен дефицит, но чрез елиминиране на сложните захари в диетата си, тази разлика (просто заради примера – 800 ккал) ще бъде използвана от мазнините ви. Ако разликата е по-голяма, то калорийния ви дефицит е ненужно висок. Което е обратен ефект! Ако след калорийния дефицит обаче, който сте създали, не губите по около 1 кг мазнини седмично (подчертавам – МАЗНИНИ!) спрете този модел на хранене. Нещо ще е сбъркано.

Или накратко казано – подкожни мазнини се горят:

• когато имате калориен дефицит

• когато имате обезпечение в калориите и от мазнините и от протеините и от комплексните захари. За сравнение и ориентир, използвайте равномерно-балансирана диета.

• когато имате приложен в правилния момент енерго-изискващ труд (фитнес тренировка, спорт или просто движение и работа).

Спазвайте тези общи и важни насоки и ще имате резултат!

Обратно към раздел „Анатомия и физиология“.

Човешкият организъм е изграден от множество клетъчни съставки (клетъчни органели) от съвсем различен порядък: по-сложи (ядра, митохондрии) и по-елементарни (мембрани, цитоплазма и пр.). Последните структури пък са изградени от специализирани биологични молекули (биополимери). Различаваме 4 основни типа градивни биомолекули:

• нуклеинови киселини (ДНК, РНК)

• белтъци (протеини)

• липиди

• въглехидрати (захари)

Биомолекулите не само, че изграждат организма, но в хода на биохимичните реакции доставят и необходимата енергия за всички жизнени процеси и функции. С други думи, те не имат само пластична (градивна) функция, но и енергетична (енергодоставяща) функциии. Не е за учудване, че основните типове хранителни вещества, които са важни за фитнес целите ни, са всъщност гореизброените биомолекули. Изключение правят само нуклеиновите киселини: въпреки своето фундаментално значение, те нито доставят енергия, нито са и фундамент на нашата храна. Която ако трябва да я разглеждаме просто като неспортуващи хора, защото сред вас читатели мои има и такива, чрез нея ние оцеляваме на тази планета. В самата храна нуклеиновите киселини се съдържат в изключително малки стойности. Точно поради тази причина, всеки организъм сам преценява колко и кога да синтезира (самообразува) нуклеинови киселини. Може би тук е една от причините за нашите индивидуални различия и темпа с който се променяме, ако сме на режим на хранене и тренировки.

Задължен съм да обърна внимание и на още два вида биомолекули:

• витамините

• хормоните

Въпреки огромната им роля, тяхното количество в човешкият организъм е нищожно малко. Витамините основно се доставят чрез храната, докато хормоните се изработват според нуждите на тялото, от жлезите с вътрешна секреция. И не накрая, редица минерални съединения и разбира се водата, също спадат към абсолютно необходимите съставки на човешкия организъм!

Данни за състава на човешкия организъм (с оглед на споделеното специално за вас до тук) съм визуализирал на ето тази схема. От нея се вижда в какви количества са представени главните типове биомолекули, от които е изграден човешкия организъм. Данните са за 70-килограмов мъж – избрах този пример, защото е доста разпространен и ще придобиете повече представа:

60% тялото средно е вода. Това определя и показва нейното огромно значение! Водата има роля за вътреклетъчната среда – мястото, в което протичат клетъчните процеси, както и водата е основна съставка на кръвта и междутъканната течност. Важността на водата във спорта и диетите е повече от огромна. Виждате това сами. Вторият главен компонент това са белтъците. Те възлизат на 15% от масата на тялото. Още от сега трябва да подчертаем, че белтъците изграждат всички клетъчни структури. Хранене бедно на протеини може да предизвика сериозни отклонения от нормалното функциониране на човешкия организъм. Белтъците са също така и молекулярните инструменти, чрез които всъщност се реализират всички жизнени функции.

Така например хемоглобинът е белтък, който пренася кислород до всяка клетка. Ензимите са белтъци, които ускоряват (катализират) всички биохимични реакции и участват в управлението на обмяна на веществата. Миозинът и актина са белтъци, които осъществяват мускулното съкращение. Имуноглобулините и интерферона са белтъци и списъка всъщност е доста голям, сами виждате, че примери могат още да се дават.

Липидите са съединения, които са доста разнообразни по своя химичен характер и свойства. Една сравнително по-малка част от тях – фосфатидите, участват заедно с холестерола в изграждането на всички клетъчни и вътреклетъчни мембрани. По-голямата част от липидите обаче са мазнини, представляващи един почти неизчерпаем енергиен резерв. От същата тази схема, за фитнес любителите е важно да знаят, че % мазнини в тялото, за здрав организъм се приемат 12-те процента съдържание – мазнини в цялото тяло. Това включва подкожни, междумускулни и междуорганни мазнини.

Въглехидратите са в малко количество. Тяхната роля е главно енергийна. Те са съсредоточени главно в мускулите, черния дроб под формата на гликоген. Един резервен полимер на глюкозата.

Нуклеиновите киселини от своя страна са в нищожни количества, но с огромна роля за човешкия организъм. ДНК и РНК са отговорни за наследствеността и развитието на човешкото тяло. РНК са ангажирани със синтеза на всички белтъци, а ДНЛ с тяхното проявление – генетична характеристика и краен образ и облик – ние, като хора.

Минералните соли (основно под формата на катиони и аниони) играят роля при поддържане на осмотичното налягане в клетките и тъканните течности, както и при процеси като възбудимост и проводимост, типични за нервната и мускулна тъкан. Участват в регулацията на хормони, ензимна активност – виждате и тук доста сериозна работа се отрежда на минералните соли. Което означава, че те не са за подценяване. И тук, храната, бедна на минерали (основно чрез зеленчуци) води до промени в нормалната скорост и функциониране на тялото.

От казаното до тук, става ясно, че клетката е сложно организирана система. Но колкото и да е сложна и тя е изградена от молекули. Тези молекули са особени, те са типични за живата материя, поради което се наричат биомолекули.

Обратно към секцията „Анатомия и физиология“.