Углеводы

Что это такое в биологии: биологическая роль

Нашему телу еда в первую очередь нужна как источник энергии, а уже потом, как источник удовольствия, антистрессовый щит или возможность «побаловать» себя. Как известно, энергию мы получаем из макронутриентов: жиров, белков и углеводов.

Жиры дают 9 ккал, а белки и углеводы — 4 ккал. Но не смотря на большую энергетическую ценность жиров и важную роль незаменимых аминокислот из белков важнейшими «поставщиками» энергии в наш организм являются углеводы.

Почему? Ответ прост: жиры и белки являются «медленной» формой энергии, т.к. на их ферментацию требуется определенное время, а углеводы — относительно «быстрой». Все углеводы (будь то конфета или хлеб с отрубями) в конце концов расщепляются до глюкозы, которая необходима для питания всех клеток организма.

Схема расщепления углеводов

Строение

Гликоген — это своеобразный «консервант» углеводов, другими словами, энергетические резервы организма — сохраненная про запас для последующих энергетических нужд глюкоза. Она хранится в связанном с водой состоянии. Т.е. гликоген — это «сироп» калорийностью 1-1.3 ккал/гр (при калорийности углеводов 4 ккал/г).

По сути, молекула гликогена состоит из остатков глюкозы, это запасное вещество на случай нехватки энергии в организме!

Структурная формула строения фрагмента макромолекулы гликогена (C6H10O5) выглядит схематично так:

Вообще, гликоген — это полисахарид, а значит, относится к классу «сложных» углеводов:

В каких продуктах содержится

В гликоген может пойти только углевод

Поэтому крайне важно держать в своем рационе планку углеводов не ниже 50 % от общей калорийности. Употребляя нормальный уровень углеводов (около 60% от суточного рациона) вы по максимуму сохраняете собственный гликоген и заставляете организм очень хорошо окислять углеводы

Важно иметь в рационе хлебобулочные изделия, каши, злаки, разные фрукты и овощи. Лучшими источниками гликогена являются: сахар, мед, шоколад, мармелад, варенье, финики, изюм, инжир, бананы, арбуз, хурма, сладкая выпечка

Лучшими источниками гликогена являются: сахар, мед, шоколад, мармелад, варенье, финики, изюм, инжир, бананы, арбуз, хурма, сладкая выпечка.

Осторожно к подобной пище стоит отнестись лицам с дисфункцией печени и недостатком ферментов

Обмен фруктозы и галактозы

Все реакции метаболизма этих соединений сводятся главным образом к образованию глюкозы. Также галактоза после взаимодействия с УТФ образует активированную УДФ – галактозу, которая при взаимодействии с глюкозой образует дисахарид лактозу и УДФ

Некоторые моносахариды служат предшественниками образования аминосахаров, которые являются важными компонентами гликопротеинов, некоторых гликосфинголипидов, например, ганглиозиды, и глюкозаминогликанаты, наиболее важное значение имеет глюкоза, галактоза, маннозамин, а также углерод9-соединения-сиаловая кислота

Некоторые другие клинические аспекты нарушения углеводного обмена: Лактоацидоз может быть вызван комплексованием сульфигдрильных групп липоевой кислоты, тяжелыми металлами и арсенатами

Также он вызывается недостатком В1 , мутацией перуватдегидрогеназы.

Существует также гипо- и гиперсостояния, связанные с глюкозой, фруктозой,

галактозой.

Болезни, связанные с накаплением гликогена (гликогенозы).

Обмен липидов.

Липиды – это гетерогенная группа соединений, общим свойством которых является нерастворимость в воде, а растворимость в полярных растворителях: эфир, хлороформ, бензол.

Все они непосредственно или апосредовано связаны с жирными кислотами. Вопросы:

1. структура и функция липидов в организме человека,
2. переваривание и всасывание жиров. Синтез желчных кислот
3. образование транспортных форм липидов (жиров)
4. обмен жирных кислот: |3-окисление, синтез жирных кислот; строение пальмитатсинтазного комплекса. Регуляция.
5. метаболизм кетоновых тел
6. обмен жиров: депонирование и мобилизация.
7. обмен холестерина. Синтез, образования транспортных форм. Атеросклероз

Функции липидов в организме.

Они служат депонированным источником энергии, обеспечивают теплоизоляцию, являются структурными компонентами биологических мембран, выполняют регуляторную функцию (гормоны). Липиды классифицируются на:

1. простые – это сложные эфиры жирных кислот с различными спиртами: жиры – это эфиры жирных кислот и глицерина; воска – сложные эфиры жирных кислот с многоатомными спиртами
2. сложные – это сложные эфиры жирных кислот со спиртами, дополнительно содержащие другие группы.

– фосфолипиды (глицерофосфолипиды, сфинголипиды)

– гликолипиды

– другие сложные липиды: аминолипиды, липопротеины.

3. производные и предшественники липидов: глицерол, жирные кислоты, стероиды (желчные кислоты, стероидные гормоны), кетоновые тела, жирорастворимые витамины А, Д, Е, К и витамин или фактор F (включает в себя полиненасыщенные незаменимые или эссенциальные жирные кислоты – линолевая, линоленовая и арахидоновая кислота). Подробнее на стр. 188-203

Жиры или триацилглицериды (нейтральные жиры, триглицериды) – это сложные эфиры

глицерина и жирных кислот, являются главным компонентом жиров, запасаемых в

клетке.

Жиры могут находится в организме в двух видах:

1. в виде капелек жиры в цитоплазме – цитоплазматический жир. Его количество и состав не меняется с возрастом и состоянием организма,
2. запасный жир в жировых депо. Его количество меняется в зависимости от пола, возраста и состояния организма.

Где хранится

В основном накапливается в мышечных и печеночных клетках, хотя небольшие его количества содержатся в мозге, сердце и почках.Внутри клетки гликоген хранится во внутриклеточной жидкости, которая называется цитозоль.

поглощается митохондриями — «энергетическими станциями» клетки

Гликоген, хранящийся в печени, используется в качестве прямого источника энергии для питания головного мозга и выполнения других функций организма.
А мышечный гликоген обычно используется мышцами во время физических нагрузок и тренировок. Например, если выполняете приседания, то гликогеновые гранулы, хранящиеся в четырехглавых, задних мышцах бедра, ягодицах и икрах, будут расщепляться на глюкозу для энергетического обеспечения упражнения.

Биологическая роль гликогена в организме?

Как мы уже выше говорили, гликоген, это форма хранения излишек углеводов в организме, которые образованны из остатков глюкозы в гликогеновые гранулы.

Основная биологическая роль гликогена – восстановить уровень глюкозы до нормальных значений (эугликемию), то есть метабилизироваться в кровь при недостатке глюкозы, таким образом снабдить организм драгоценной энергией.

Для поддержания энергетических функций всего организма, используется гликоген запасённой исключительно в клетках печени (гепатоцитах), именно поэтому сделана в начале статьи оговорка, что мышечный гликоген имеет значение только в спорте, то есть при выполнении физических упражнений, только запасенные углеводы в печени превращаются в глюкозу, гликоген в мышечной массе не используются для поддержания уровня сахара в организме, он используются для выполнения упражнений.

Биологическая роль гликогена

Согласно научным данным (источник Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл. Медицинская физиология / под ред. В. И. Кобрин), «печенночный» гликоген может составлять 5-6% от массы самой печении (порядка 100-200 грамм для взрослого человека), соответственно при увеличенном синтезе гликогена в печени.

Несмотря на то, что углеводы по своей природе является универсальным источником энергии, из которых организм получает глюкозу, жиры и белки так же могут быть использованы в качестве питательного источника, жирные кислоты расщепляются на триглицериды, а белки на аминокислоты, в первом случае процесс называется липолиз, во втором глюконеогенез, в условиях длительного голодания используются в основном заменимые аминокислоты для биосинтеза глюкозы.

Химическая формула гликогена

Еще одним интересным свойством для похудения обладает гликоген – связывание воды. Ученые определили, что на 1 грамм гликогена (резервной глюкозы) приходиться порядка 2,7 грамм воды. То есть данное свойство гликогена можно наглядно использовать в быстрых диетах для похудения, можно сказать паразитировать на нем, ведь от того, что вы похудели на резком отказе от сахара, уйдет не жир, а вода, связанная с гликогеном, только представьте если 1 грамм гликогена связывает 2,7 грамма воды, значит 400 грамм животного крахмала = 1 кг воды примерно, это свойство гликогена объясняет повышенную потливость во время интенсивных упражнений, и конечно резкий сброс веса при отказе от углеводов.

Когда спортсмен возвращается к своему привычному рациону питания, с обычным количеством углеводов, вес очень быстро возвращается, так как по факту экспресс безуглеводные диеты снизили вес не за счет сжигания жира, а за счет вывода жидкости.

Почему гликоген основной поставщик энергии для организма?

Первоначально белки, жиры и углеводы из нашей пищи расщепляются на более мелкие молекулы. Белки разделяются на аминокислоты, жиры — на триглицериды, а углеводы — на простой сахар, называемый глюкозой.

При определенных обстоятельствах, когда уровень глюкозы очень снижен (например, в период голодовки) организм может превращать глицерин (образующий при расщеплении жирных кислот) и белки в углеводы, то есть в глюкозу, процесс называется глюконеогенез, причем первые идут в расход аминокислоты, именно поэтому, отказ от еды не избавляет человека от жировых отложений, основная масса при голодовке уходит за счет разрушения мышц.

Глюконеогенез не основной путь снабжения человека глюкозой, точнее даже он малоэффективный в этом плане, так как количество сахара глюкозы очень мало на выходе, хватает лишь на поддержания жизненно важных функций, и именно поэтому гликоген является основным энергетическим поставщиком для органов и тканей организма.

Гликоген как поставщик энергии

Если в организме присутствует более 4 грамм циркулирующей по крови глюкозы, это может привезти к различным заболеваниям, которые вызваны повреждением кровеносных сосудов, в первую очередь инсульт, инфаркт, диабет, атеросклероз, так вот для предотвращения такого опасного для организма состояния излишки глюкозы аккумулируются в виде гранул гликогена в клетках печени и мышечной ткани, которые при необходимости (сниженном уровне сахара в крови) могут быть преобразованы обратно в глюкозу.

Влияние гликогена на вес тела

Как было сказано выше, общее количество запасов полисахарида составляет 400 г. Каждый грамм глюкозы связывает 4 грамма воды, значит, 400 г сложного углевода составляет 2 килограмма водного раствора гликогена. Во время тренировок организм тратит запасы энергии, теряя жидкость в 4 раза больше – это объясняется потоотделение.

Сюда же отнесится результативность экспресс-диет для похудения: безуглеводный рацион питания приводит к интенсивному расходу гликогена, а заодно жидкости. 1 л воды = 1 кг веса. Но вернувшись к рациону с привычным содержанием калорий и углеводов, запасы восстанавливаются вместе с потерянной на диете жидкостью. Это объясняет кратковременность эффекта быстрой потери веса.

Похудеть без негативных последствий для здоровья и возвращения потерянных килограммов поможет правильный подсчет суточной потребности в калориях и физические нагрузки, способствующие расходу гликогена.

Дефицит и излишек — как определить?

Избыток гликогена сопровождается сгущением крови, сбоем работы печени и кишечника, набором лишнего веса.

Дефицит полисахарида приводят к расстройствам психоэмоционального состояния – развивается депрессия, апатия. Снижается концентрация внимания, иммунитет, наблюдается потеря мышечной массы.

Недостаток энергии в организме снижает жизненный тонус, сказывается на качестве и красоте кожи и волос. Пропадает мотивация тренироваться и в принципе выходить из дома. Как только вы заметили подобные симптомы, необходимо позаботиться о восполнении гликогена в организме с помощью читмила или корректировки плана питания.

Какое количество гликогена находится в мышцах

Из 400 г гликогена 280-300 г запасается в мышцах и расходуется во время тренировок. Под воздействием физической нагрузки усталость возникает из-за истощения запасов. В связи с этим за полтора-два часа до начала тренинга рекомендуется употребить продукты с большим содержанием углеводов с целью пополнения резервов.

Гликогеновое депо человека изначально минимальное и обусловлено только двигательными потребностями. Запасы увеличиваются уже спустя 3-4 месяца систематических интенсивных тренировок с высоким объемом нагрузки благодаря насыщению мышц кровью и принципу суперкомпенсации. Это приводит к:

• увеличению выносливости;
• росту мышечной массы;
• изменению веса в процессе тренировки.

Специфика гликогена заключается в невозможности влияния на силовые показатели, а для увеличения гликогенового депо необходимы многоповторные тренировки. Если рассматривать с точки зрения паурлифтинга, то представители этого вида спорта не обладают серьезными запасами полисахарида ввиду специфики тренировок.

Когда вы ощущаете бодрость на тренировках, хорошее настроение, а мышцы выглядят наполненными и объемными – это верные признаки достаточного запаса энергии из углеводов в мышечных тканях.

Зависимость жиросжигания от гликогена

Час силовой или кардио нагрузки требует 100-150 г гликогена. Как только запасы заканчиваются, начинается разрушение мышечного волокна, а затем жировой ткани, чтобы организм получил энергию.

Для избавления от лишних килограммов и жировых отложений в проблемных местах во время сушки оптимальным временем тренинга будет длительный интервал между последним приемом пищи – натощак с утра, когда запасы гликогена истощены. Для сохранения мышечной массы во время «голодной» тренировки рекомендуется употребить порцию BCAA.

Как гликоген влияет на наращивание мышечной массы

Положительный результат в увеличении количества мышечной массы тесно связан с достаточным объемом гликогена на физические нагрузки и на восстановление запасов после. Это обязательное условие и в случае пренебрежения можно забыть о достижении поставленной цели.

Тем не менее, не следует устраивать углеводную загрузку незадолго до похода в тренажерный зал. Интервалы между едой и силовыми тренировками следует постепенно увеличивать – это учит организм разумно распоряжаться запасами энергии. На этом принципе построена система интервального голодания, которая позволяет набирать качественную массу без лишнего жира.

Гликоген и состав тела

Когда речь заходит о сжигании жира и наборе мышечной массы, углеводы пользуются дурной репутацией.»Если вы едите слишком много углеводов, то никогда не сможете улучшить состав тела» — утверждают многие.»Углеводы не помогают мышцам расти».
На первый взгляд — сплошные аргументы ПРОТИВ и никаких ЗА.
На самом деле — это просто очень популярные заблуждения.
Вполне возможно сжигать жир и набрать мышечную массу употребляя низкое количество углеводов. Но, вероятнее всего, прогрессировать вы будете намного быстрее, если придерживаться высокоуглеводной диеты. Естественно, нужно ориентироваться на гликемический индекс продуктов и отдавать предпочтение «медленным» углеводам (продуктам из правой части таблицы).

Набор мышечной массы

Для быстрого и эффективного роста мышц высокий уровень гликогена в организме необходим по двум причинам.

Позволяет тренироваться интенсивнее. Основным фактором роста мышц является прогрессия нагрузки — постоянное увеличение напряжения  в мышечных волокнах

Наиболее эффективный способ этого добиться — постепенно увеличивать вес, который вы поднимаете.
Для атлета, не принимающего стероиды, важно стать сильнее в тяжелых базовых упражнениях.
Если вы поддерживаете высокий уровень гликогена, то сможете быстрее набирать силу и, как следствие, мышечную массу.
Поэтому, по крайней мере, косвенно, углеводы помогают мышцам расти быстрее.

Улучшает восстановление. Для набора мышечной массы отдых и восстановление после нагрузок настолько же важны, как и сами тренировки.
Низкий уровень мышечного гликогена быстро приводит к перетренированности, а диеты с низким содержанием углеводов увеличивают уровень кортизола и снижают концентрацию тестостерона в крови у спортсменов.
К тому же снижается уровень инсулина. Этот гормон не только помогает транспортировать питательные вещества в клетки, но и обладает мощными антикатаболическими свойствами

Другими словами, инсулин снижает скорость разрушения мышечных белков, чем создает более анаболическую среду в организме, способствующую росту мышц.
Было бы преувеличением утверждать, что углеводы напрямую вызывают рост мышц. Но они помогают тренироваться интенсивнее и быстрее восстанавливаться после тяжелых нагрузок.

Потеря жира

Существуют всевозможные теории о том, почему низкоуглеводные диеты могут помочь быстрее сжечь жир:

• Поддерживают низкий уровень инсулина.
• Уменьшают тягу к пище и чувство голода.
• Уравновешивают и регулируют работу гормонов.

В настоящий момент все они опровергнуты. Все мы знаем, что если поддерживать дефицит калорий в организме, то вес будет теряться независимо от того, откуда поступает большая часть энергии — углеводов, белков или жиров.
Скорее всего вы знакомы с такой теорией, что для того, чтобы максимизировать потерю жира, необходимо сначала снизить уровень гликогена

Некоторые говорят, что это особенно важно, когда процент жира в организме достигает 15% у мужчин и 25% у женщин. На этой стадии вы сталкиваетесь с, так называемым, упрямым жиром.
Говорят, что когда достигнете этой точки, необходимо израсходовать гликогеновые запасы в мышцах, чтобы заставить тело сжигать жир.
Мало того, что это не так, это может даже замедлить прогресс.
Чтобы улучшить состав тела мы стремимся сбросить жир, но при этом сохранить или даже нарастить мышечную массу.
Если сократите потребление углеводов, вы будете плохо и вяло тренироваться, медленнее восстанавливаться. При этом станете слабее и будете терять мышечную массу

Гликогеноз и другие нарушения

В некоторых случаях распада гликогена не происходит, вещество накапливается в тканях и клетках всех органов. Феномен встречается при генетических нарушениях – дисфункция ферментов, расщепляющих вещества. Патология называется гликогенезом, относится к аутосомно-рецессивным расстройствам. Клиническая картина описывает 12 типов заболевания, но половина из них остается слабо изучеными.

В число гликогеновых заболеваний входит агликогенез – отсутствие фермента, который отвечает за синтез гликогена. Симптоматика: судороги, гипогликемия. Диагностируется с помощью биопсии печени.

Запасы гликогена из мышц и печени крайне важны для спортсменов, увеличение гликогенового депо – это необходимость и профилактика ожирения. Тренировка энергетических систем помогает в достижении спортивных результатов и поставленных целей, увеличивая запасы суточной энергии. Вы забудете об усталости и будете оставаться в тонусе долгое время. Подходите к тренировкам и питанию с умом!

Простые сахара

Простые сахара (моносахариды) включают: глюкозу (виноградный сахар), фруктозу (фруктовый сахар) и галактозу – она входит в состав дисахаридов, например, лактозы.

Глюкозу называют виноградным сахаром и тростниковым сахаром. Обычно такой сахар содержится в растительных продуктах, фруктовых соках – наиболее распространенный источник – виноградный сок. Содержание глюкозы во фруктах и ​​овощах увеличивается при созревании и снижается при длительном хранении. 

Виноградный сок

Глюкоза также содержится в картофеле и меде, она входит в состав сахарозы (сахароза, среди прочего, подслащивает напитки), крахмала и целлюлозы

Важной особенностью глюкозы является ферментация под действием дрожжей, используемых для производства вин и более крепких спиртов

Фруктоза также присутствует во фруктах и ​​меде, который является сахаром намного более сладким, чем другие углеводы. Поэтому сиропы фруктозы, сделанные из кукурузного сиропа, в настоящее время широко используются в пищевой промышленности, в производстве напитков, десертов и т. д. 

Фруктоза

Наблюдаемое в настоящее время увеличение потребления фруктозы, из-за ее использования в производстве сладких продуктов, рассматривается как причина увеличения массы тела у детей и взрослых. 

Метаболический эффект фруктозы значительно отличается от метаболического эффекта глюкозы, что означает, что она не увеличивает выработку инсулина – гормона поджелудочной железы, и лептина – гормона сытости, секретируемого в основном жировой тканью. С другой стороны, фруктоза увеличивает синтез триглицеридов в печени, что способствует гипертриглицеридемии (повышенная концентрация триглицеридов в сыворотке крови).

Помимо моносахаридов, пища также содержит дисахариды, которые состоят из двух простых молекул сахара (сахарозы, лактозы и мальтозы).

Сахароза, обычно называемая «сахаром», представляет собой свекольный или тростниковый сахар, состоящий из молекул фруктозы и глюкозы.

Сахароза

Лактоза (молочный сахар) состоит из галактозы и глюкозы и, как следует из названия, в большем количестве присутствует в молоке. Мальтоза – это сахар, состоящий из двух молекул глюкозы, в большом количестве он присутствует в солоде – «солодовый сахар» (в проросших зернах, особенно в ячмене, богатых ферментами, гидролизующими крахмал). Его используют для производства детского питания, диетических добавок и конфет, а также при пивоварении, дистилляции и выпечке.

Как пополнить гликоген

Запасы глюкозы из печени и мышц являются конечным продуктом расщепления сложных углеводов, которые распадаются до простых веществ. Глюкоза, поступающая в кровь, преобразуется в гликоген. На уровень образования полисахарида влияют несколько показателей.

Что влияет на уровень гликогена

Гликогеновое депо можно увеличить с помощью тренировок, но на количество гликогена влияет и регуляция инсулина и глюкагона, происходящая при употреблении конкретного вида пищи:

• быстрые углеводы оперативно насыщают организм, а излишки превращаются в жировые отложения;
• медленные углеводы преобразуются в энергию, пропуская цепочки гликогена.

Для определения степени распределения употребленной пищи рекомендуется руководствоваться рядом факторов:

• Гликемический индекс продуктов – высокий показатель провоцирует скачок сахара, который организм пытается сразу запасти в виде жира. Низкие показатели плавно повышают глюкозу, полностью расщепляя ее. Лишь средний диапазон (30 – 60) приводит к преобразованию сахара в гликоген.
• Гликемическая нагрузка – низкий показатель дает больше возможностей конвертации углеводов в гликоген.
• Вид углеводов – важна легкость расщепления углеводного соединения до простых моносахаридов. Мальтодекстрин имеет высокий гликемический индекс, но шанс переработки в гликоген велик. Сложный углевод минует пищеварение и попадает сразу в печень, обеспечивая успешность превращения в гликоген.
• Порция углеводов – когда питание сбалансировано по КБЖУ в контексте диеты и одного приема пищи, то риск набрать лишний вес сведен к минимуму.

Синтезирование

Для синтезирования энергетических запасов организм первоначально расходует углеводы в стратегических целях, а остатки сохраняет для экстренных случаев. Дефицит полисахарида приводит к расщеплению до уровня глюкозы.

Регулируется синтез гликогена гормонами и нервной системой. Запускает механизм расходования запасов из мышц гормон адреналин, из печени – глюкагон (в случае голода вырабатывается в поджелудочной железе). «Запасным» углеводом руководит инсулин. Весь процесс проходит в несколько этапов только во время приема пищи.

Синтез вещества регулируется гормонами и нервной системой. Этот процесс, в частности в мышцах, «запускает» адреналин. А расщепление животного крахмала в печени активизирует гормон глюкагон (вырабатывается поджелудочной железой во время голодания). За синтезирование «запасного» углевода отвечает гормон инсулин. Процесс состоит из нескольких этапов и происходит исключительно во время приема пищи.

Восполнение гликогена после тренировки

После тренировки глюкоза легче усваивается и проникает в клетки, увеличивается активность гликогенсинтазы, которая является основным ферментом продвижения и хранения гликогена. Вывод: съеденные через 15-30 минут после тренировки углеводы ускорят восстановление гликогена. Если отсрочить прием на два часа, то скорость синтеза упадет до 50%. Добавление к приему белка в том числе способствует ускорению процессов восстановления.

Этот феномен называют «белково-углеводным окном»

Важно: ускорить синтез белка после тренинга можно при условии, что физическая нагрузка была проведена после продолжительного отсутствия белка в употребленной пище (5 часов вместе с тренировкой) или натощак. Другие случаи никак не повлияют на процесс

Гликоген в продуктах питания

Ученые утверждают, что для полноценного накопления гликогена необходимо получать 60% калорий из углеводов.

Макроэлемент отличается неоднородной возможностью преобразования в гликоген и жирные полиненасыщенные кислоты. Итоговый результат зависит от количества выделенной глюкозы при расщеплении пищи. В таблице указано процентное соотношение, в каких продуктах выше шанс конвертации поступающей энергии в гликоген.