Что такое белки жиры и углеводы в биологии
Белки, жиры и углеводы – что это такое?
Отказ от ответсвенности
Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.
Основа правильного питания – достаточное количество белков, углеводов и жиров в пище. Эти соединения должны быть строго сбалансированы в ежедневном рационе, тогда будет возможность получать достаточное количество энергии и вести полноценный здоровый образ жизни. Человек с пищей получает витамины, минералы и энергию, без которой организм не сможет функционировать.
Белки
Белки – основной строительный материал из которого формируются все клетки. Белок участвует в строении клеток всех систем и внутренних органов, включая сердце. Вся мышечная система работает за счет белков. Именно эти соединения отвечают за поставку кислорода ко всем клеткам тела, а также к мозгу.
Другие полезные функции белков:
Внимание! Белок не накапливается в организме, а должен постоянно присутствовать в рационе человека. Лучше всего усваивается животный белок, который содержится в мясе, молоке, яйцах.
Если данного химического соединения в организме не хватает, развивается белковая недостаточность со следующими симптомами:
Внимание! За один прием пищи усваивается не больше 30 грамм белка. Суточная потребность для женщины – 1,3 г на кг тела, для мужчин – 1,5 г на кг тела.
Еще один важный компонент ежедневного питания, состоящий из глицерина и жирных кислот, – жиры.
Жиры делятся на несколько типов. Для организма полезнее всего ненасыщенные, в том числе омега-3 и омега-6. Вредными считаются насыщенные твердые жиры. Они содержатся в маргарине, колбасе, хлебобулочных продуктах.
Внимание! Полностью исключать жир из меню человека нельзя, но это должны быть полезные соединения, которые содержатся в семечках, орехах, рыбе.
Углеводы
Углеводы – это питательные соединения, в основе которых лежат сахара: фруктоза, лактоза, сахароза. Главная и практически единственная функция этих веществ – дать человеку энергию для полноценной жизнедеятельности.
Простые углеводы – это прямой сахар, который содержится в газировке, конфетах, печеньях и утоляет чувство голода на строго определенное время. В качестве простых углеводов лучше употреблять сладкие фрукты, которые содержат еще и витамины.
Внимание! Диетологи рекомендуют при правильном питании отдавать предпочтение сложным углеводам – крупы, цельнозерновой хлеб, бобовые, овощи. Они также содержат необходимую для организма клетчатку. Если не контролировать уровень потребляемых углеводов, то они легко накапливаются в теле в виде жира.
Соотношение БЖУ
Отказ от ответсвенности
Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.
Биологически важные вещества: жиры, белки, углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)
Содержание:
Жиры представляют собой органические соединения, образующиеся в результате взаимодействия глицерина с высшими карбоновыми кислотами. Соединения могут быть природного или синтетического происхождения.
Жиры еще называют глицеридами, так как в реакциях этерификации, продуктами которых они являются, принимают участие карбоновые кислоты и единственный спирт – глицерин.
Общая формула жиров выглядит так:
В состав жиров могут входить насыщенные и ненасыщенные карбоновые кислоты. Жиры имеют твердую консистенцию, если в состав входят углеводородные части предельных кислот. В случае этерификации глицерина с ненасыщенными кислотами образуются жидкие соединения. Природные глицериды содержат оба вида кислот, поэтому животные жиры твердые (кроме рыбьего жира). Глицериды растительного происхождения соответственно имеют жидкую форму, поэтому их называют маслами (кроме пальмового масла, имеющего твердую консистенцию).
Химические свойства жиров
По аналогии можно предположить, что гидрирование двойных связей обеспечит переход в твердую форму. Данное свойство подтверждено опытным путем. Так получают твердый жир маргарин. Реакция гидрирования (гидрогенизация) проходит в присутствии никелевого катализатора:
Жиры – это сложные эфиры, поэтому для них характерны реакции гидролиза.
Гидролиз с водными растворами кислот и щелочей протекает по следующей схеме:
В результате реакций щелочного гидролиза образуются соли высших карбоновых кислот – мыла (реакции омыления):
Жиры, в составе которых содержаться углеводородные остатки непредельных кислот обесцвечивают раствор калия перманганата и бромной воды. Присутствие двойных связей в предельных кислотах лишает глицериды этого свойства.
Биологические функции жиров
Жиры играют важную роль в живых организмах. Основными функциями являются:
Жиры регулируют обмен веществ, участвуют в теплорегуляции, обеспечивают механическую защиту органов, повышают сопротивляемость организма, секретируют гормоны.
Белки
Белки – высокомолекулярные соединения органической природы. Представляют собой цепочку из частей альфа-аминокислот, соединенных пептидными связями.
Двадцать видов аминокислот образуют структуру большинства белков. При этом отдельные виды белков отличаются между собой аминокислотными наборами по наименованию и последовательности соединения.
Структура белков определяет их растворимость. Так, четвертичные соединения в виде глобул образуют коллоидный водный раствор, а четвертичные белки из нитей (фибрилл) имеют твердую структуру и не растворяются в водной среде.
Химические свойства белков
Белковые соединения вступают в реакции гидролитического разложения по схеме:
В результате гидролиза образуется смесь альфа-аминокислот.
При определенных условиях происходит распад сложных белковых структур до первичной линейной формы. Это называется денатурацией.
Денатурация белка может быть обратимой и не обратимой. Ход процесса зависит от условий протекания.
Обратимая денатурация протекает в присутствии щелочей или ионов аммония по схеме:
Необратимая денатурация белка происходит в присутствии кислот, щелочей, солей тяжелых металлов при условии повышенной температуры либо воздействия иного излечения. В таких условиях восстановление структуры белка невозможно.
Реакция взаимодействия белкового раствора с 10% раствором натрия гидроксида и капли 1% раствора сульфата меди называется биуретовой реакцией. В результате образуется биуретовый комплекс фиолетового цвета:
Это качественная реакция для белковых соединений.
Ксантопротеиновой реакцией называют взаимодействие раствора белка с концентрированной азотной кислотой в условиях повышенной температуры. Образуется соединение, придающее раствору желтое окрашивание.
Схема реакции на примере тирозина (альфа-аминокислоты):
Биологические функции белков
Белковые соединения в организме выполняют такие функции, как:
Белки – строительный материал клеток. Белковые соединения защищают от инфекционных агентов, доставляют важнейшие вещества в органы, насыщают организм энергией.
Углеводы
Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Содержат карбонильную группу и множество карбоксильных групп. Служат источником энергии для клеток.
Классификация углеводов
Класс углеводов
Особенности / Представители
Простая форма сахаров. Не подвергается гидролизу.
Сложные сахара. При гидролизе распадаются на две молекулы моносахаров.
Высокомолекулярные соединения сложной структуры, образованные из остатков моносахаров, соединенных гликозидными связями.
Химические свойства углеводов
Химические свойства углеводов обусловлены строением. Соединения вступают в реакции по карбоксильной группе, по спиртовому гидроксилу или кетонной группе в зависимости от природы сахаров в составе.
Реакции гидролитического разложения сложных сахаров идут по схеме:
Реакции гидрирования характерны для сахаров, содержащих карбонильную группу (например, глюкоза), которая в результате восстанавливается до спиртового гидроксила при повышенной температуре в присутствии никелевого катализатора:
Альдегидная группа в составе вступает в характерную реакцию с гидроксидом меди. Образуется оксид меди II кирпично-красного цвета:
По альдегидной группе проходит и реакция «серебряного зеркала» с серебра нитратом в аммиачной среде. Образуется осадок серебра, глюконат аммония, аммиак и вода:
Спиртовой гидроксил в составе определяет взаимодействие с гидроксидом двухвалентной меди. Осадок голубого цвета переходит в насыщенный синий раствор медного комплекса:
Процессы брожения
Процесс ферментативного разложения глюкозы на этиловый спирт и углекислый газ называют спиртовым брожением:
Продуктом молочнокислого брожения становится молочная кислота. Возможны процессы масляно-кислого, лимонно-кислого брожения:
Растворы моносахаров
В растворе моносахара соединяются между собой через альдегидные группы. Раствор глюкозы содержит две модификации: альфа-форму и бета-форму:
Полисахара сгорают до углекислого газа и воды:
Характерная реакция крахмала с раствором йода:
Образуется ярко синее окрашивание. При повышении температуры цвет исчезает, при охлаждении снова проявляется.
Биологические функции углеводов
Углеводы выполняют функции в организме такие, как:
Углеводы образуют стенки клеток, обеспечивают распознавание клеток, присоединение к ним биологически активных веществ, участвуют в фотосинтезе.
Урок 2. Состав пищи. Белки, жиры, углеводы и другие компоненты
Пища снабжает человеческий организм энергией, нужной ему для полноценной жизнедеятельности. И именно благодаря регулярному питанию и продуцируемым им сложным физико-химическим реакциям (что и называется в народе обменом веществ или метаболизмом) поддерживается жизнь. Пища содержит в себе множество питательных веществ, без которых какой-либо вообще рост, развитие и функционирование организма было бы невозможным. Об этих питательных веществах мы расскажем во втором уроке.
Ниже нами будут рассмотрены:
Также мы объясним, в чем заключается ценность каждого из веществ.
Белки
Белки являются главным строительным материалом для организма и основой его клеток и тканей. Примерно на 20% из них состоит тело человека и более чем на 50% – клетки. Организм не может откладывать белки в тканях «на потом», по причине чего требуется, чтобы они поступали с пищей ежедневно.
Белки содержат в себе незаменимые аминокислоты, которые в организме человека не синтезируются – это аргинин, гистидин, треонин, фенилаланин, валин, изолейцин, лейцин, метионин, лизин и триптофан. Белки могут обладать разной биологической ценностью, которая и зависит от того, в каком количестве и какие в них содержатся аминокислоты, каково соотношение незаменимых и заменимых аминокислот, и какова их перевариваемость в ЖКТ.
Как правило, большей биологической ценностью обладают белки животного происхождения. Например, оптимальным соотношением незаменимых кислот могут похвастаться яйца, печень, мясо и молоко. А усваиваются они на 97,% в то время как растительные белки усваиваются лишь на 83-85%, т.к. в продуктах растительного происхождения содержится большое количество неперивариваемых (балластных) веществ.
В растительной пище в основном содержится небольшое количество белка и наблюдается дефицит метионина, лизина и триптофана. Только бобовые (к примеру, соя, фасоль и горох) выделяются высоким содержанием белка (от 24% до 45%). 20% белка присутствует в орехах и семенах подсолнечника. По составу аминокислот к животным белкам близко стоят белки ржи, риса и сои.
Потребность организма в белке определяется возрастом человека, его полом, характером трудовой деятельности, национальными особенностями питания и климатическими условиями, в которых он живет. Обычно взрослые, не занятые активной физической работой, должны принимать в сутки белок из расчета чуть менее 1 г на 1 кг массы тела. Белок пищи должен обеспечивать 1/6 долю в весовом выражении и 10-13% от общей энергетической потребности организма, а 55% рекомендованной нормы белка должна быть животного происхождения. Если ребенок или взрослый занят физическим трудом, его потребность в белке возрастает.
Пищевые жиры – это эфиры высших жирных кислот и глицерина. В эфирах жирных кислот четное число атомов углерода, а сами жирные кислоты подразделяются на две крупные группы – насыщенные и ненасыщенные жиры. Первыми богаты твердые животные жиры (там их может быть до 50% от общей массы), а вторыми – жидкие масла и морепродукты (во множестве масел, например, в оливковом, льняном, кукурузном и подсолнечном маслах ненасыщенных жиров может быть до 90%). В человеческом организме нормальное содержание жиров составляет 10-20%, однако в случаях нарушений жирового обмена этот показатель может возрастать до 50%.
Жиры и жироподобные вещества составляют клеточные мембраны и оболочки нервных волокон, принимают участие в синтезе витаминов, гормонов и желчных кислот. Жировые отложения в свою очередь считаются энергетическим резервом организма. Энергетическая ценность жиров больше чем в 2 раза превышает ценность углеводов и белков. Когда окисляется 1 г жиров, высвобождается 9 ккал энергии.
Взрослые люди должны употреблять от 80 до 100 г жира в сутки, благодаря чему обеспечивается до 35% общей энергетической ценности рациона. Линолевая и линоленовая жирные кислоты являются незаменимыми (не синтезируются в организме), и обязательно должны поступать вместе с едой. Они есть в жире ряда рыб и морских млекопитающих, орехах и растительных маслах. Вместе с другими высшими ненасыщенными жирными кислотами они не позволяют развиваться атеросклерозу, делают организм более устойчивым к инфекционным заболеваниям.
Что касается пищевой ценности жиров, то она обусловлена наличием незаменимых жирных кислот, наличием витаминов A, E и D, их всасываемостью и перевариваемостью. Максимальная биологическая ценность присуща жирам с линолевой и прочими высшими ненасыщенными кислотами. Насколько хорошо усваивается жир, зависит от его температуры плавления: если она ниже температуры тела, то жиры усваиваются на 97-98%, а если температура плавления равна 50-60°C, то и усваиваться они будут всего на 70-80%.
Вместе с пищей в организм поступают и жироподобные вещества, такие как жирорастворимые витамины, фосфолипиды и стерины. Из стеринов наиболее известен холестерин, содержащийся в продуктах животного происхождения. Но и в организме его могут синтезировать промежуточные продукты обмена жиров и углеводов.
Холестерин – это источник гормонов и желчных кислот, плюс предвестник витамина D3. Попадая в кровь и желчь, холестерин остается в них как коллоидный раствор, образующийся за счет взаимодействия с фосфатидами, ненасыщенными жирными кислотами и белками. Когда обмен этих веществ нарушен (или имеется их дефицит), холестерин превращается в мелкие кристаллы, которые оседают на стенках кровеносных сосудов и желчных путях, из-за чего и развивается атеросклероз и образуются желчные камни.
Углеводы
В пищевых продуктах углеводы содержатся в виде глюкозы и фруктозы (моносахариды), лактозы и сахарозы (олигосахариды), пектиновых веществ, клетчатки, гликогена и крахмала (полисахариды). Углеводы – это основной источник энергии для человека: при окислении всего 1 г углеводов высвобождается 4 ккал.
Для человека, не занятого физической работой, средняя потребность в углеводах составляет 400-500 г в сутки, 2/3 от суточного рациона в весовом выражении и 60% в выражении калорическом. Если же человек активно трудится физически, норма становится больше.
Выбирая пищу, лучше всего останавливать свой выбор на полисахаридах, т.е. на продуктах, содержащих пектин, гликоген, крахмал и т.д., и по возможности избегать олиго-моносахаридов – продуктов, содержащих лактозу, фруктозу, глюкозу, сахарозу и т.п. Полисахариды перевариваются медленнее, а динамика концентрации глюкозы (конечный продукт переваривания) в жидкостях организма намного благоприятнее для последующего обмена веществ. Немаловажно и то, что полисахариды не сладкие на вкус, из-за чего вероятность их повышенного потребления снижается.
Дисахарид лактозу можно в обилие найти в молоке и молочных продуктах. Но основным поставщиком углеводов в организм по праву считаются растения, т.к. их процент в них составляет 80-90% сухой массы. В продуктах растительного происхождения также есть множество неперевариваемых и неусвояемых полисахаридов типа целлюлозы. Нужно знать, что благодаря грубоволокнистой неперивариваемой пище стимулируется перистальтика кишечника, абсорбируется ряд катаболитов (даже токсичных), находящихся в толстом кишечнике, выводится холестерин, снабжаются питательными веществами полезные бактерии кишечника. В среднем взрослый должен принимать 25 г углеводов в сутки.
Витамины
Витамины – это незаменимые пищевые вещества (нутриенты) органического происхождения и самого разного химического строения. Они нужны для правильного метаболизма в человеческом организме. Их суточную норму принято измерять в мг (миллиграмм) и мкг (микрограмм), а зависит она, как и прежде, от возраста человека, его пола, характера работы и состояния здоровья.
Витамины бывают водорастворимыми (витамины группы B и витамин C) и жирорастворимыми (витамины A, D, E, K):
Лучше всего сохраняют витамины свежие овощи, поэтому рекомендуется кушать их как можно чаще. Если же их тушить и варить, содержание витаминов будет снижаться. А если делать закваску или подвергать овощи быстрой заморозке, витамины будут сохраняться в овощах долгое время.
Значение витаминов для человека очень велико. Выражается оно в том, что витамины служат компонентом, который нужен для правильной работы ферментов; они принимают участие в процессах метаболизма, помогают организму расти и развиваться, укрепляют иммунитет. При недостатке витаминов нарушаются механизмы работы нервной системы и зрительного аппарата, появляются проблемы с кожей, авитаминозы и гиповитаминозы, ослабевает иммунный статус и т.д. Нужно запомнить, что самые дефицитные (особенно в периоды зимы и ранней весны) витамины – это витамины A, B1, B2 и C.
Минеральные вещества
Минеральные вещества являются составляющими тканей и органов, чем и обусловлена их огромная роль в протекающих в организме физико-химических процессах. Некоторые минеральные вещества содержатся в клетках, а другие – в тканевой жидкости, лимфе и крови (в них минеральные вещества находятся во взвешенном состоянии в виде ионов).
Наиболее значимыми для функционирования организма считаются сера, хлор, фосфор, калий, магний и кальций. Эти элементы помогают организму строить ткани и клетки, а также обеспечивают функции ЦНС, мышц и сердца. Помимо этого они обезвреживают вредные кислоты – продукты метаболизма.
Кальций – это строительный материал для костной ткани, и в особенности он необходим детям, скелет которых находится на стадии формирования. Кальций поступает в организм с овощами, фруктами и продуктами молочного происхождения.
Фосфор не менее важен, т.к. тоже участвует в строении костей, и больше половины всего имеющегося фосфора находится в костях. Если фосфора в организме достаточно, всегда будет нормальный обмен углеводов и крепкая нервная система. Фосфор входит в состав бобовых, зерновых, рыбы, молока и мяса.
Естественно, организм нуждается в магнии, броме, йоде, цинке, кобальте, фторе и других микроэлементах (детальнее о них, а также о витаминах мы побеседуем в следующем уроке), которые содержатся в продуктах питания в минимальных объемах (менее 1 мг на 1%). Из них состоят многие ферменты, гормоны, витамины; они самым прямым образом воздействуют на развитие организма и обмен веществ.
Дефицит какого-либо микроэлемента в организме служит причиной возникновения специфических заболеваний, таких как разрушение зубов (недостаток фтора), тяжелое малокровие (недостаток меди или кобальта), эндемический зоб (недостаток йода) и другие. Особое внимание нужно уделять тому, чтобы минеральными веществами снабжался детский организм. Если до 2 месяцев их поступает достаточно с молоком матери, то на 3-м месяце нужно добавлять их в соки овощей, фруктов и ягод. Начиная с 5-го месяца необходимо снабжать минеральными веществами прикорм (овсяные и гречневые кашки, мясо, яйца, фрукты и овощи).
Вода и растворенные в ней минеральные вещества служат основой внутренней среды организма – это основная часть тканевой жидкости, лимфы и плазмы. Ни один жизненно важный процесс, протекающий в организме (в особенности терморегуляционные и ферментативные процессы) невозможен без достаточного количества воды.
На водный обмен воздействуют такие параметры как влажность и температура окружающего воздуха, особенности рациона и даже поведение и одежда. Взрослый человек должен обеспечивать свой организм примерно 2-3 литрами жидкости. Мужчинам рекомендуется выпивать около 3 л, а женщинам – около 2,3 л, причем больше половины этого количества должна составлять чистая питьевая вода.
Кстати, на тему пользы воды рекомендуем вам почитать наши статьи – найти их можно здесь, здесь и здесь. И, подводя итог разговору о необходимых организму веществах, не будет лишним сказать несколько слов об энергозатратах человеческого организма.
Расчет энергозатрат
На поддержание каждого процесса, протекающего в организме, тратится определенное количество энергии, обеспечиваемой приемом пищи. Поступление и расход энергии выражаются в тепловых единицах, называемых калориями. Килокалория равна количеству тепла, нужного для повышения температуры 1 л воды на 1°.
Средние показатели сгорания веществ, содержащихся в пище, таковы:
Энергия для основного энергообмена – это минимальное количество калорий, которое нужно, чтобы обеспечить потребности организма в состоянии нервного и мышечного покоя. Если человек работает умственно или физически, энергообмен увеличивается, а количество необходимых ему нутриентов возрастает.
Когда организм человека находится в экстремальных условиях, например, если он голодает, необходимая энергия может поступать из внутренних структур и запасов (такой процесс называется эндогенным питанием). Потребность человека в энергии, исходя из суточных энергозатрат, равна от 1700 до 5000 ккал (иногда больше). Этот показатель зависит от пола человека, его возраста, образа жизни и особенностей трудовой деятельности.
Как мы уже знаем, среди пищевых веществ в продуктах питания выделяются жиры, углеводы, белки (протеины), минеральные вещества и витамины. По калорийности суточный рацион должен соответствовать каждодневным энергозатратам, причем должен учитываться метаболизм и энергозатраты дома и на работе. Примерная величина суточной калорийности, если выполняются минимальные ежедневные физические нагрузки, высчитывается через умножение нормальной массы (в кг) на 30 кал для женщин и 33 кал для мужчин. Белки жиры и углеводы должны соотносится как 1:1:4. Кроме того, роль играет и качество диеты, что зависит от вкусов, привычек и величины избытка веса тела каждого конкретного человека.
В большинстве случаев диетологи рекомендуют применять диеты, стандартные по калорийности (они обеспечивают организм 2200-2700 ккал). Но рацион должен включать в себя разные продукты – как по калорийности, так и по качеству. Всегда нужно помнить о «пустых» калориях, содержащихся в хлебе, макаронных изделиях на основе белой рафинированной муки, белом сахаре, печенье, пирожных и других сладостях, сладких безалкогольных напитках и спиртном.
Каждый человек должен подобрать для себя такую диету, которая будет обеспечивать его необходимым количеством энергии. Важно следить за тем, чтобы в организм поступало как можно меньше вредных веществ и «пустых» калорий, а также отслеживать вес своего тела. Люди, страдающие ожирением или, наоборот, чрезмерно худые, должны обращаться к специалистам, которые помогут подобрать подходящий рацион на каждый день.
Чтобы грамотно определиться с пищей, а также, чтобы знать, какое количество калорий имеется в том или ином продукте, принято использовать специальные таблицы. Ниже вы найдете три таких таблицы – для безалкогольных напитков, спиртного и самых распространенных продуктов питания.
Таблицы содержания белков, жиров и углеводов
Пользоваться таблицами проще простого – все напитки и продукты сгруппированы и расположены в алфавитном порядке. Напротив каждого напитка или продукта есть графы, в которых указано содержание нужных веществ и количество калорий (из расчета на 100 г конкретного продукта). На основе этих таблиц очень удобно составлять собственный рацион питания.