Курсовая работа – углеводы.
Введение
Глава 1 Углеводы,
их классификация и значение.
1.1. Содержание углеводов
в клетке и их классификация.
1.2. Состав и строение
моносахаридов на примере глюкозы.
1.3. Физические и
химические свойства глюкозы.
1.4. Применение
углеводов.
Глава 2. Физиологическое
значение углеводов
2.1. Углеводы и углеводный
обмен.
2.2. Значение жиров,
углеводов и минеральных веществ в питании
человека.
2.3. Нормы этих компонентов
пищи и источники их поступления в организм
человека
Глава 3. Углеводы:
от простых до сложных, где содержатся
углеводы в продуктах питания
3.1. Простые углеводы
3.2. Сложные углеводы
3.3. Обмен углеводов
Глава 4. Химические
свойства углеводов.
4.1. Реакции углеводов
4.2. Образование
простых эфиров
Глава 5. Роль углеводов
в медицине, ветеринарии, питании человека.
5.1. Применение углеводов.
5.2. Применение углеводов
в парентеральном питании
5.3. Использование
углеводов при диетическом питании
Заключение
Список использованной
литературы.
Приложения.
Введение
Ежедневно
сталкиваясь с множеством бытовых предметов,
продуктов питания, природных объектов,
продуктов промышленного производства,
мы не задумываемся о том, что все вокруг
есть и индивидуальные химические вещества
или совокупность этих веществ. Любое
вещество обладает собственной структурой
и свойствами. Человек с момента своего
появления на Земле употреблял растительную
пищу, содержащую крахмал, фрукты и овощи,
содержащие глюкозу, сахарозу и другие
углеводы, использовал для своих нужд
древесину и другие растительные объекты,
состоящие главным образом из другого
природного полисахарида — целлюлозы.
И только в начале XIX в. стало возможным
изучение химического состава природных
высокомолекулярных веществ, строения
их молекул. В этой области были сделаны
важнейшие открытия.
В
бескрайнем мире органических веществ
есть соединения, о которых можно
сказать, что они состоят из углерода
и воды. Они так и называются
– углеводы. Впервые термин «углеводы»
предложил русский химик из Дерпта (ныне
Тарту) К. Шмидт в 1844 году. В 1811 году русский
химик Константин Готлиб Сигизмунд (1764-1833)
впервые получил глюкозу гидролизом крахмала.
Углеводы широко распространены в природе
и играют большую роль в биологических
процессах живых организмов и человека.
Углеводы,
обширная группа органических соединений,
входящих в состав всех живых организмов.
Первые известные представители этого
класса веществ по составу отвечали общей
формуле CmH2nOn, то есть
углерод вода (отсюда название); позднее
к углеводам стали относить также их многочисленные
производные с иным составом, образующиеся
при окислении, восстановлении или введении
заместителей.
Превращения
углеводов известны с древнейших времён,
так как они лежат в основе процессов брожения,
обработки древесины, изготовления бумаги
и тканей из растительного волокна. Тростниковый
сахар (сахарозу) можно считать первым
органическим веществом, выделенным в
химически чистом виде. Химия углеводов
возникла и развивалась вместе с органической химией; создатель структурной
теории органических соединений А. М. Бутлеров
— автор первого синтеза сахароподобного
вещества из формальдегида (1861). Структуры
простейших сахаров выяснены в конце 19
в. в результате фундаментальных исследований
немецких учёных Г. Килиани и Э. Фишера,
основанных на стереохимических представлениях
Я. Г. Вант-Гоффа и блестяще их подтвердивших.
В 20-е гг. 20 в. работами английского учёного
У. Н. Хоуорса были заложены основы структурной
химии полисахаридов. Со 2-й половины 20
в. происходит стремительное развитие
химии и биохимии углеводов, обусловленное
их важным биологическим значением и базирующееся
на современной теории органической химии
и новейшей технике эксперимента.
Углеводы
составляют большую (часто основную) часть
пищевого рациона человека. В связи с этим
они широко используются в пищевой и кондитерской
промышленности (крахмал, сахароза, пектиновые
вещества, агар). Их превращения при спиртовом
брожении лежат в основе процессов получения
этилового спирта, пивоварения, хлебопечения;
др. типы брожения позволяют получить
глицерин, молочную, лимонную, глюконовую
кислоты и др. вещества. Глюкоза, аскорбиновая
кислота, сердечные гликозиды, углеводсодержащие
антибиотики, гепарин широко применяются
в медицине. Целлюлоза служит основой
текстильной промышленности, получения
искусственного целлюлозного волокна,
бумаги, пластмасс, взрывчатых веществ
и др.
Важнейшие
вопросы химии и биохимии углеводов —
усовершенствование методов установления
строения и синтеза природных углеводов,
выяснение связи между их структурой и
функцией в организме, а также путей биосинтеза
— разрабатываются химическими и биохимическими
научными центрами наряду
с др. актуальными проблемами органической
химии, биохимии и молекулярной биологии.
По
химической классификации, все углеводы
являются полигидроксикарбонильными
соединениями. Номенклатура их, как
и в большинстве случаев природной
химии, носит тривиальный характер,
систематический подход разработан
и им удобно пользоваться при названии
производных углеводов и обозначении
характерных структурных элементов. Общее
окончание для всех углеводов, исключая
полимерные системы – оза.
Здесь
следует отметить, что обычно углеводы
подразделяют в первую очередь на
моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Но так как моносахара являются фундаментальными
углеводными единицами, а олигосахара
и полисахара – это не что иное, как их производные,
то мы и будем придерживаться этой схемы:
не выделять олигосахара в отдельный класс,
рассматривая их как соответствующие
производные моносахаров.
Глава 1
Углеводы, их классификация
и значение.
1.1.
Содержание углеводов
в клетке и их
классификация.
Углеводы
– вещества состава СmН2nОn,
имеющие первостепенное биохимическое
значение, широко распространены в живой
природе и играют большую роль в жизни
человека.
Изучение
углеводов показало, что существуют
соединения, которые по всем свойствам
нужно отнести в группу углеводов,
хотя они имеют состав не точно
соответствующий формуле СmH2nОn.
Тем не менее, старинное название «углеводы»,
сохранилось до наших дней, хотя наряду
с этим названием для обозначения рассматриваемой
группы веществ иногда применяют и более
новое название – глициды.
Большой
класс углеводов разделяют на
две группы: простые и сложные.
Простыми
углеводами (моносахаридами и мономинозами)
называют углеводы, которые не способны
гидролизоваться с образованием
более простых углеводов, у них
число атомов углерода равно числу
атомов кислорода СnН2nОn.
Сложными
углеводами (полисахаридами или полиозами)
называют такие углеводы, которые способны
гидролизоваться с образованием простых
углеводов и у них число атомов углерода
не равно числу атомов кислорода СmН2nОn.
Классификацию
углеводов можно изобразить следующей
схемой:
Моносахариды,
Дисахариды С12Н22О11,
тетрозы С4Н8О4, сахароза,
элитроза, лактоза, треоза, мальтоза, пентозы
С5Н10О5, целобиоза, арабиноза,
Полисахариды Ксилоза (С5Н8О4)n
рибоза пентозаны Гексозы С6Н12О6
(С6Н10О5)n глюкоза
целлюлоза манноза крахмал галактоза
гликоген фруктоза
Важнейшими
представителями простых углеводов
являются глюкоза и фруктоза, они
имеют одну молекулярную формулу
С6Н12О6.
Глюкозу
называют также виноградным сахаром,
так как она содержится в большом
количестве в виноградном соке. Кроме
винограда глюкоза находится и в других
сладких плодах и даже в разных частях
растений. Распространена глюкоза и в
животном мире: 0,1% ее находится в крови.
Глюкоза разносится по всему телу и служит
источником энергии для организма. Она
также входит в состав сахарозы, лактозы,
целлюлозы, крахмала.
В
растительном мире широко распространена
фруктоза или фруктовый (плодовый) сахар.
Фруктоза содержится в сладких плодах,
меде. Извлекая из цветов сладких плодов
соки, пчелы приготавливают мед, который
по химическому составу представляет
собой в основном смесь глюкозы и фруктозы.
Также фруктоза входит в состав сложных
сахаров, например тростникового и свекловичного.
Моносахариды
– это твердые вещества, способные
кристаллизоваться. Они гигроскопичны,
очень легко растворимы в воде, легко
образуют сиропы, из которых выделить
их в кристаллическом виде бывает очень
трудно.
Растворы
моносахаридов имеют нейтральную
на лакмус реакцию и обладают сладковатым
вкусом. Сладость моносахаридов различна:
фруктоза в 3 раза слаще глюкозы.
В
спирте моносахариды растворяются плохо,
а в эфире вообще не растворимы.
Моносахариды,
важнейшие представители простых
углеводов, в природе находятся
как в свободном состоянии, так
и в виде своих ангидридов –
сложных углеводов.
Все
сложные углеводы можно рассматривать
как ангидриды простых сахаров, получающиеся
путем отнятия одной или нескольких молекул
воды от двух или более молекул моносахарида.
К
сложным углеводам относятся
разнообразные по своим свойствам
вещества и их делят по этой причине
на две подгруппы.
1.
Сахароподобные сложные углеводы
или олигосахариды. Эти вещества
обладают рядом свойств, сближающими
их с простыми углеводами.
Сахароподобные
углеводы легко растворимы в воде,
сладки на вкус; эти сахара легко
получаются в виде кристаллов.
При
гидролизе сахароподобных полисахаридов
из каждой молекулы полисахарида образуется
небольшое количество молекул простого
сахара – обычно 2, 3, или 4 молекулы. Отсюда
произошло второе название сахароподобных
полисахаридов – олигосахариды (от греческого
олигос – немногий).
В
зависимости от числа молекул
моносахаридов, которые образуются
при гидролизе каждой молекулы олигосахаридов,
последние делятся на дисахариды,
трисахариды и т.д.
Дисахариды
– это сложные сахара, каждая
молекула которых при гидролизе
распадается на 2 молекулы моносахарида.
Способы
синтеза дисахаридов известны, но
практически их получают из природных
источников.
Важнейший
из дисахаридов – сахароза –
очень распространен в природе.
Это химическое название обычного сахара,
называемого тростниковым или свекловичным.
Индусы
еще за 300 лет до нашей эры умели
получать тростниковый сахар из тростника.
В наше время получают сахарозу из
тростника, произрастающего в тропиках
(на о. Куба и в других странах
Центральной Америки).
В
середине 18 века дисахарид был обнаружен
и в сахарной свекле, а в середине 19 века
был получен в производственных условиях.
В
сахарной свекле содержится 12-15% сахарозы,
по другим источникам 16-20% (сахарный тростник
содержит 14-26% сахарозы).
Сахарную
свеклу измельчают и извлекают из нее
сахарозу горячей водой в специальных
аппаратах-диффузорах. Полученный раствор
обрабатывают известью для осаждения
примесей, а перешедший частично в раствор
избыточный гидролиз кальция осаждают
пропусканием диоксида углерода. Далее
после отделения осадка раствор упаривают
в вакуум-аппаратах, получая мелкокристаллический
песок-сырец. После его дополнительной
очистки получают рафинированный (очищенный)
сахар. В зависимости от условий кристаллизации
он выделяется в виде мелких кристаллов
или в виде компактных «сахарных голов»,
которые раскалывают или распиливают
на куски. Быстрорастворимый сахар готовят
прессованием мелкоизмельченного сахарного
песка.
Тростниковый
сахар применяется в медицине
для изготовления порошков, сиропов,
микстур и т.д.
Свекловичный
сахар широко применяется в пищевой промышленности,
кулинарии, приготовлении вин, пива и т.д.
Из
молока получают молочный сахар –
лактозу. В молоке лактоза содержится
в довольно значительном количестве:
в коровьем молоке 4-5,5% лактозы, женское
молоко содержит 5,5-8,4% лактозы.
Лактоза
отличается от других сахаров отсутствием
гигроскопичности – она не отсыревает.
Это свойство имеет большое значение:
если нужно приготовить с сахаром
какой-либо порошок, содержащий легко
гидролизующее лекарство, то берут
молочный сахар. Если взять тростниковый
или свекловичный сахар, то порошок быстро
отсыреет и легко гидролизующее лекарственное
вещество быстро разложится.
Значение
лактозы очень велико, т.к. она
является важным питательным веществом,
особенно для растущих организмов человека
и млекопитающих животных.
Солодовый
сахар – это промежуточный
продукт при гидролизе крахмала.
По другому его называют еще мальтоза,
т.к. солодовый сахар получается
из крахмала при действии солода (по
лат. солод – maltum).
Солодовый
сахар широко распространен как в растительных,
так и в животных организмах. Например,
он образуется под влиянием ферментов
пищеварительного канала, а также при
многих технологических процессах бродильной
промышленности: винокурения, пивоварении
и т.д.
Важнейшие
из полисахаридов – это крахмал, гликоген
(животный крахмал), целлюлоза (клетчатка).
Все эти три высшие полиозы состоят из
остатков молекул глюкозы, различным образом
соединенных друг с другом. Состав их выражается
общей формулой (С6Н12О6)n.
Молекулярные массы природных полисахаридов
составляют от нескольких тысяч до нескольких
миллионов.
Крахмал
– это первый видимый продукт
фотосинтеза. При фотосинтезе крахмал
образуется в растениях и откладывается
в корнях, клубнях, семенах. Зерна
риса, пшеницы, ржи и других злаков
содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля
– 15-20%. Крахмальные зерна растений различаются
по внешнему виду, что хорошо видно, когда
их рассматриваешь под микроскопом. Внешний
вид крахмала хорошо всем известен: это
белое вещество, состоящее из мельчайших
зерен, напоминающих муку, поэтому его
второе название «картофельная мука».
Крахмал
не растворим в холодной воде, в
горячей набухает и постепенно растворяется,
образуя вязкий раствор (клейстер).
При
быстром нагревании крахмала происходит
расщепление гигантской молекулы крахмала
на мелкие молекулы полисахаридов, называемых
декстринами. Декстрины имеют общую молекулярную
формулу с крахмалом (С6Н12О5)х,
разница лишь в том, «х» в декстринах меньше
«n» в крахмале.
Пищеварительные
соки содержат несколько разных ферментов,
которые при низкой температуре доводят
гидролиз крахмала до глюкозы:
(С6Н10О5)
> (С6Н10О5)х > С12Н22О11
> С6Н12О6
крахмал
ряд декстрин
мальтоза глюкоза
Еще
быстрее декстринизация идет в присутствии
кислоты:
Н2SО4,
t
(С6Н10О5)n
n Н2О ?????> n С6Н12О6
Ферментативный
гидролиз (разложение путем брожения)
крахмала имеет промышленное значение
в производстве этилового спирта
из зерна и картофеля.
Процесс
начинается с превращением крахмала
в глюкозу, которую затем сбраживают.
Используя специальные культуры дрожжей
и изменяя условия, можно направить брожение
и в сторону получения бутилового спирта,
ацетона, молочной, лимонной и глюконовой
кислот.
Подвергая
крахмал гидролизу кислотами, можно
получить глюкозу в виде чистого
кристаллического препарата или в виде
патоки – окрашенного некристаллизированного
сиропа.
Наибольшее
значение крахмал имеет в качестве
пищевого продукта: в виде хлеба, картофеля,
круп, являясь главным источником
в нашем рационе питания.
Кроме
того, чистый крахмал применяется в
пищевой промышленности в производстве
кондитерских и кулинарных изделий, колбас.
Значительное количество крахмала употребляется
для проклеивания тканей, бумаги, картона,
производства канцелярского клея.
В
аналитической химии крахмал
служит индикатором в йодометрическом
методе титрования. Для этих случаев лучше
применять очищенную амилозу, т.к. ее растворы
не загустевают, а образуемая с йодом окраска
более интенсивна.
В
медицине и фармации крахмал применяется
для приготовления присыпок, паст
(густых мазей), а также при производстве
таблеток.
В
животном мире роль «запасного крахмала»
играет родственный крахмалу полисахарид
– гликоген. Гликоген содержится во
всех животных тканях.
Особенно
много его в печени (до 20%) и
в мышцах (4%).
Гликоген
представляет собой белый аморфный порошок,
хорошо растворимый даже в холодной воде.
Молекула животного крахмала построена
по типу молекул амилопектина, отличаясь
лишь большей ветвистостью. Молекулярная
масса гликогена исчисляется миллионами.
С
йодом растворы гликогена дают окрашивание
от винно-красного до красно-бурого в зависимости
от происхождения гликогена (вида животного)
и других условий.
Гликоген
является резервным питательным
веществом для организма.
Животные
и человек не способны синтезировать
сахара и получают их с различными пищевыми
продуктами растительного происхождения.
В
растениях углеводы образуются из двуокиси
углерода и воды в процессе сложной реакции
фотосинтеза, осуществляемой за счет солнечной
энергии с участием зелёного пигмента
растений – хлорофилла.
1.2.
Состав и строение
моносахаридов на
примере глюкозы.
Из
шестиуглеродных моносахаридов – гексоз
– важное значение имеют глюкоза, фруктоза
и галактоза.
Для
установления структурной формулы
молекулы глюкозы необходимо знать
её химические свойства. Экспериментально
доказали, что один моль глюкозы реагирует
с пятью молями уксусной кислоты с образованием
сложного эфира. Это означает, что в молекуле
глюкозы имеется пять гидроксильных групп.
Так как глюкоза в аммиачном растворе
оксида серебра (II) дает реакцию «серебряного
зеркала», то в её молекуле должна быть
альдегидная группа.
Опытным
путем так же доказали, что глюкоза
имеет неразветвленную углеродную
цепь. На основании этих данных строение
молекулы глюкозы можно выразить
следующей формулой:
Как
видно из формулы, глюкоза является
одновременно многоатомным спиртом
а альдегидом, т.е альдегидоспиртом.
Дальнейшие
исследование показали, что кроме молекул
с открытой цепью, для глюкозы характерны
молекулы циклического строения. Это объясняется
тем, что молекулы глюкозы, вследствие
вращения атомов углерода вокруг связей
могут принимать изогнутую форму и гидроксильная
группа 5 углерода может приблизиться
к гидроксильной группе. В последней под
действием гидроксильной группы разрывается
?-связь. К свободной связи присоединяется
атом водорода, и образуется шестичленное
кольцо, в котором альдегидная группа
отсутствует. Доказано, что в водном растворе
существуют обе формы молекул глюкозы
– альдегидная и циклическая, между которыми
устанавливается химическое равновесие:
В
молекулах глюкозы с открытой
цепью альдегидная группа может
свободно вращаться вокруг ?-связи,
которая находится между первым
и вторым атомами углерода. В молекулах
циклической формы такое вращение
не возможно. По этой причине циклическая
форма молекулы может иметь различное
пространственное строение:
1. ?-форма
глюкозы– гидроксильные группы
(-ОН) при первом и втором атомах углерода
расположены по одну сторону кольца.
2.
б – форма глюкозы – гидроксильные
группы находятся по разные стороны кольца
молекулы.
Глюкоза
– бесцветное кристаллическое вещество
со сладким вкусом, хорошо растворимое
в воде. Из водного раствора кристаллизуется.
По сравнению со свекловичным сахаром
менее сладкая.
Глюкоза
обладает химическими свойствами, характерными
для спиртов (гидроксильная (-ОН) группа)
и альдегидов ( группа альдегида (-СНО).
Кроме того, она обладает и некоторыми
специфическими свойствами.
1. Свойства,
характерные для спиртов:
а) взаимодействие
с оксидом меди (II):
C6H12O6
Cu(OH)2 > C6H10O6Cu
H2O
алкоголят
меди (II)
б) взаимодействие
с карбоновыми кислотами с
образованием сложных эфиров (реакция
этерификации).
C6H12O6 5CH3COOH>C6H7O6(CH3CO)5
2. Свойства,
характерные для альдегидов
а)
взаимодействие с оксидом серебра ( I )
в аммиачном растворе (реакция “серебряного
зеркала”):
C6H12O6
Аg2O > C6H12O7
2Agv
глюкоза
глюконовая кислота
б)восстановление
(гидрирование) – до шестиатомного спирта
(сорбита):
C6H12O6
H2 > C6H14O6
глюкоза
сорбит
3. Специфические
реакции – брожение:
а) спиртовое
брожение (под действием дрожжей):
С6Н12О6
> 2С2Н5ОН 2СО2
глюкоза
этиловый спирт
б) молочнокислые
брожение (под действие молочнокислых
бактерий):
С6Н12О6
> С3Н6О3
глюкоза
молочная кислота
в) маслянокислое
брожение:
С6Н12О6
> С3Н7СООН 2Н2 2СО2
глюкоза
масляная кислота
Первый
синтез простейших углеводов из формальдегида
в присутствии гидроксида кальция
был произведен А.М.Бутлеровым в 1861
году:
са(он)2
6НСОН
> С6Н12О6
формальдегид
люкоза
На
производстве глюкозу чаще всего получают
гидролизом крахмала в присутствии серной
кислоты:
Н2SО4
(С6Н10О5)n
nН2О > nC6H12O6
крахмал
глюкоза
Глюкоза
является ценным питательным продуктом.
В организме она подвергается
сложным биохимическим превращениям,
в результате которых освобождается
энергия, которая накопилась в процессе
фотосинтеза. Упрощено процесс окисления
глюкозы в организме можно выразить следующим
уравнением:
С6Н12О6
6О2>6СО2 6H2O Q
Так
как глюкоза легко усваивается
организмом, ее используют в медицине
в качестве укрепляющего лечебного средства.
Широко применяют глюкозу в кондитерском
деле (изготовление мармелада, карамели,
пряников).
Большое
значение имеют процессы брожения глюкозы.
Так, например, при квашении капусты,
огурцов, молока происходит молочнокислое
брожение глюкозы, так же, как при силосований
кормов. Если подвергаемая силосованию
масса недостаточно уплотнена, то под
влиянием проникшего воздуха происходит
маслянокислое брожение и корм становится
непригоден к применению.
На
практике используется также спиртовое
брожение глюкозы, например при производстве
пива.
В
организме человека глюкоза содержится
в мышцах, в крови и в небольших количествах
во всех клетках. Много глюкозы находится
во фруктах, ягодах, нектаре цветов, особенно
много в винограде.
В
природе глюкоза образуется в растениях
в результате фотосинтеза в присутствии
зелёного вещества – хлорофилла, содержащего
атом магния. В свободном виде глюкоза
содержится почти во всех органах зеленых
растений. Особенно ее много в соке винограда,
поэтому глюкозу иногда называют виноградным
сахаром. Мед в основном состоит из смеси
глюкозы с фруктозой.
1.3.
Физические и химические
свойства глюкозы.
Глюкоза
С6Н12О6 представляет собой белые
кристаллы, сладкие на вкус, хорошо
растворимые в воде. В линейной формуле
молекулы глюкозы содержат одну альдегидную
группу и пять гидроксидных групп. В кристаллах
молекулы глюкозы находятся в одной из
двух циклических форм (?- или ?-глюкоза),
которые образуются из линейной формы
за счет взаимодействия гидроксильной
группы при 5-м атоме углерода с карбональной
группой.
Глюкозу
называют также виноградным сахаром,
так как она содержится в большом
количестве в виноградном соке. Кроме
винограда глюкоза находится
и в других сладких плодах и
даже в разных частях растений. Распространена
глюкоза и в животном мире: 0,1% ее находится
в крови. Глюкоза разносится по всему телу
и служит источником энергии для организма.
Она также входит в состав сахарозы, лактозы,
целлюлозы, крахмала.
В
растительном мире широко распространена
фруктоза или фруктовый (плодовый) сахар.
Фруктоза содержится в сладких плодах,
меде. Извлекая из цветов сладких плодов
соки, пчелы приготавливают мед, который
по химическому составу представляет
собой в основном смесь глюкозы и фруктозы.
Также фруктоза входит в состав сложных
сахаров, например тростникового и свекловичного.
В
организме человека глюкоза содержится
а мышцах, крови, и в небольших
количествах во всех клетках.
В
природе глюкоза на ряду с другими
углеводами образуется в результате
реакции фотосинтеза:
6СО2 6Н2О
хролофил С6Н12О6 6О2-Q
В
процессе этой реакции аккумулируется
энергия Солнца.
На
производстве глюкозу чаще всего получают
гидролизом крахмала в присутствии серной
кислоты:
(С6Н10О5)n nН2О
Н2SO4, t nС6Н12О6
Глюкоза — бесцветное кристаллическое
вещество со сладким вкусом, хорошо растворимое
в воде. Из водного раствора она выделяется
в виде кристаллогидрата С6Н12Об*Н2О.
По сравнению со свекловичным сахаром
она менее сладкая.
Глюкоза
обладает химическими свойствами, характерными
для спиртов и альдегидов. Кроме того,
она обладает и некоторыми специфическими
свойствами.
Первый
синтез простейших углеводов из формальдегида
в присутствии гидроксида кальция
был произведен А. М. Бутлеровым в 1861
г.
6Н – С
Са(ОН)2 С6Р12О6
Н
Глюкоза
является ценным питательным продуктом.
В организме она подвергается
сложным биохимическим превращениям,
в результате которых освобождается
энергия, которая накопилась в процессе
фотосинтеза. Упрощенно процесс
окисления глюкозы в организме можно выразить
следующим уравнением:
С6Н12О6
6О2 = 6СО2 6Н2О Q
Этот
процесс протекает ступенчато, и
поэтому энергия выделяется медленно.
Так как глюкоза легко усваивается
организмом, ее используют в медицине
в качестве укрепляющего лечебного
средства. Широко применяют глюкозу в
кондитерском деле (изготовление мармелада,
карамели, пряников и т. д.).
Большое
значение имеют процессы брожения глюкозы.
Так, например, при квашении капусты,
огурцов, молока происходит молочнокислое
брожение глюкозы, так же как и при силосовании
кормов. Если подвергаемая силосованию
масса недостаточно уплотнена, то под
влиянием проникшего воздуха происходит
маслянокислое брожение и корм становится
непригоден к применению.
На
практике используется также спиртовое
брожение глюкозы, например при производстве
пива.
1.4.
Применение углеводов.
Углеводы
используются для парентерального
питания в силу того, что они
являются наиболее доступными источниками
энергии для организма больного.
Их энергетическая ценность составляет
4 ккал/г. Учитывая то, что суточная потребность
в энергии составляет около 1 500-2 000 ккал,
то становится понятной проблема изолированного
применения углеводов для ее покрытия.
Если перевести расчет на изотонический
раствор глюкозы, то для этого потребуется
перелить не менее 7-10 л жидкости, что может
привести к таким осложнениям, как гипергидратация,
отек легких, сердечно-сосудистые нарушения.
Применение
же более концентрированных растворов
глюкозы чревато опасностью возникновения
гиперосмолярности плазмы, а также раздражением
интимы вен с развитием флебитов и тромбофлебитов.
Для
того чтобы исключить осмотический
диурез, нельзя допускать превышения
скорости вливания глюкозы более 0,4-0,5
г/кг/ч. В переводе на изотонический
раствор глюкозы это составляет чуть
более 500 мл для больного массой 70 кг. Чтобы
предупредить возможные осложнения, обусловленные
нарушением толерантности к углеводам,
надо добавлять к раствору глюкозы инсулин
в соотношении 1 ЕД инсулина на 3-4 г сухого
вещества глюкозы. Кроме положительного
влияния на утилизацию глюкозы инсулин
играет важную роль в абсорбции аминокислот.
Среди
многочисленных углеводов, существующих
в природе, в практике парентерального
питания применяют глюкозу, фруктозу,
сорбитол, глицерол, декстран, этиловый
алкоголь.
Многие
диеты основаны на исключении из рациона
углеводов и увеличении потребления
белков и жиров. Опрос, проведенный
министерством сельского хозяйства
США показал, что еда с повышенным
употреблением углеводов менее
калорийна и более питательна.
Также было обнаружено, что взрослые люди,
употребляющие в пищу много углеводов,
как правило, обладают нормальным весом.
В
США около 55% населения страдает
от избыточного веса, и за последние
20 лет этот уровень увеличивается.
В ходе длительного опроса населения
о потреблении пищевых продуктов 2004-2006
года министерство сельского хозяйства
собрало данные о режиме питания 10 014 американцев.
Информацию разделили на четыре части
по уровню потребления углеводов: менее
30%, 30-45%, 45-55% и более 55%. Люди, употреблявшие
в пищу в основном углеводы, получали на
300 калорий меньше при одинаковом общем
объеме потребления еды. Из всех опрошенных
у них был самый низкий индекс массы тела.
Это происходит главным образом из-за
того, что на 1000 калорий продуктов с высоким
содержанием углеводов приходится большее
количество воды и клетчатки. Эта группа
также получала больше питательных веществ,
таких как витамин А, каротин, витамин
С, кальций, магний и железо. В меньших
количествах в их питании содержались
жиры, холестерин, натрий, цинк и витамин
В12.
Доктор
Шанти Боуман, главный автор исследования
и научный сотрудник министерства сельского
хозяйства, сообщил, что у «взрослых, которые
получали более 55% энергии из углеводов,
была энергетически ограниченная, но питательная
диета вне зависимости от выбора продуктов».
Люди из этой группы употребляли мало
молока, мяса, рыбы, и выбирали эти продукты
с пониженным содержанием жиров.
Также
углеводы применяют в росписи
тканей.
Свободная
роспись
Родиной
этой техники считается Древний Китай.
Предания относят возникновение ручной
росписи шелковой ткани с помощью кисти
еще к Х-ХП векам.
Если
в других странах ткани украшенные
ручной росписью применялись исключительно
для национальной и ритуальной одежды,
то в Китае батик применялся и
в интерьере. Это были различные настенные
панно и ширмы, на которых изображались
пейзажи или растительные мотивы Нередко
на них присутствовали фигуры людей и
животных.
Свободная
роспись внешне очень близка к
восточным техникам живописи
Мягкие живописные переходы, легкое, воздушное
исполнение, по характеру похожи на нежный
легкий набросок.
Эта
техника требовала от мастеров твердости
руки и точности мазка, четкости и
размытости пятна одновременно. В
древних работах не было буйства
красок, и внимание уделялось не столько
цвету, сколько оттенкам. Даже очень светлые
элементы имели большой диапазон тоновых
градаций, оттенков и нюансов.
Подобная
роспись была также распространена
и в Японии, где применялась
как для украшения национальной
одежды, так и в качестве декора
интерьера.
Возникла и развивалась она под очень
сильным влиянием Дзен-буддизма и традиционной
живописи «суибоку».
В
свободной росписи существует несколько
различных приемов:
– свободная роспись по сухой ткани
– свободная
роспись по увлажненной ткани
Прием
свободной росписи по загустке.
В
качестве загусток используются: сальвитоза,
трагант, декстрин, крахмал и различные
клеевые растворы.
Загусткой
можно покрывать всю поверхность
ткани, а после ее высыхания работать
красителями. Такой прием напоминает
рисование по бумаге. Можно делать как
жесткие очертания, так и размывать их.
Также работа с применением загусток дает
возможность покрывать ткань не целиком,
а частично и сочетать ее с другими видами
росписи. Загустку можно добавлять в краситель,
который становиться похожим на гуашь
по консистенции. И работать им можно как
гуашью мазками или перекрывая небольшие
плоскости. Таким красителем можно осуществлять
печать по трафарету при помощи губки.
Такое разнообразие приемов обобщает
возможности художника занимающегося
искусством батика.
Загустки
и их приготовление
1.
Сальвитоза. Растворяется в воде
при температуре 25 градусов по
Цельсию,
образуя загустку большой устойчивости.
Смесь, 100-120 г сальвитозы с 900-880мл воды
оставляют на один-два часа, затем
размешивают и процеживают.
2.
Трагант — застывший сок кустарника
типа каучуконосных Имеет вид
роговидных пластинок белого, желтого
и коричневого цветов Для получения
загустки берут траганта 60-80 гр.,
воды 940-920 мл.
Трагант
заливают холодной водой и оставляют
на сутки. затем разваривают на кипящей
водяной бане в 1ечение трех-четырех часов.
Готовую
загустку протирают через сито.
3.
Декстрин клеящее вещество, хорошо
растворяется в воде. Загустку
из декстрина готовят так, берут
125-150 г декстрина и 875-850 мл воды,
затем размешивают декстрин с небольшим
количеством воды, потом разваривают в
течение часа при помешивании на кипящей
водяной бане до получения прозрачной
массы. Готовую загустку процеживают через
сито.
4.
Крахмал – картофельный пли рисовый,
такая загустка готовится как трагант.
В
работе можно совмещать вышеперечисленные
способы и добиваться, таким образом,
разнообразных эффектов.
Глава 2.
Физиологическое
значение углеводов
2.1.
Углеводы и углеводный
обмен.
Углеводы
– органические соединения, содержащиеся
во всех тканях организма в свободном
виде в соединениях с липидами
и белками и являющиеся основным
источникам энергии.
Углеводы
являются непосредственным источником
энергии для организма. Участвуют
в пластических процессах метаболизма.
Входят в состав протоплазмы, субклеточных
и клеточных структур, выполняют
опорную функцию для клеток.
Углеводный
обмен — совокупность процессов превращения
моносахаридов и их производных, а также
гомополисахаридов, гетерополисахаридов
и различных углеводсодержащих биополимеров
(гликоконъюгатов) в организме человека
и животных. В результате углеводного
обмена происходит снабжение организма
энергией, осуществляются процессы
передачи биологической информации и
межмолекулярные взаимодействия, обеспечиваются
резервные, структурные, защитные и другие
функции углеводов. Углеводные компоненты
многих веществ, например гормонов, ферментов,
транспортных гликопротеинов, являются
маркерами этих веществ, благодаря которым
их «узнают» специфические рецепторы
плазматических и внутриклеточных мембран.
Один
из наиболее важных углеводов —
глюкоза — является не только основным
источником энергии, но и предшественником
пентоз, уроновых кислот и фосфорных эфиров
гексоз. Глюкоза образуется из гликогена
и углеводов пищи — сахарозы, лактозы,
крахмала, декстринов. Кроме того, глюкоза
синтезируется в организме из различных
неуглеводных предшественников. Этот
процесс носит название глюконеогенеза
и играет важную роль в поддержании гомеостаза.
В процессе глюконеогенеза участвует
множество ферментов и ферментных систем,
локализованных в различных клеточных
органеллах. Глюконеогенез происходит
главным образом в печени и почках.
Существуют
два пути расщепления глюкозы
в организме: гликолиз (фосфоролитический
путь, путь Эмбдена — Мейергофа
— Парнаса) и пентозофосфатный путь
(пентозный путь, гексозомонофосфатный
шунт). Схематически пентозофосфатный
путь выглядит так: глюкозо-6-фосфат ® 6-фосфатглюконолактон
® рибулозо-5-фосфат ® рибозо-5-фосфат. В
ходе пентозофосфатного пути происходит
последовательное отщепление от углеродной
цепи сахара по одному атому углерода
в виде СО2. В то время как гликолиз
играет важную роль не только в энергетическом
обмене, но и вобразовании промежуточных
продуктов синтеза липидов, пентозофосфатный
путь приводит к образованию рибозы и
дезоксирибозы, необходимых для синтеза
нуклеиновых кислот
(ряда коферментов).
Синтез
и распад гликогена. В синтезе
гликогена — главного резервного полисахарида
человека и высших животных — участвуют
два фермента: гликогенсинтетаза (уридиндифосфат
(УДФ) глюкоза: гликоген-4a-глюкозилтрансфераза),
катализирующая образование полисахаридных
цепей, и ветвящий фермент, образующий
в молекулах гликогена так называемые
связи ветвлении. Для синтеза гликогена
необходимы так называемые затравки. Их
роль могут выполнять либо глюкозиды с
различной степенью полимеризации, либо
белковые предшественники, к которым при
участии особого фермента глюкопротеинсинтетазы
присоединяются глюкозные остатки уридиндифосфатглюкозы
(УДФ-глюкозы).
Распад
гликогена осуществляется фосфоролитическим
(гликогенолиз) или гидролитическим
путями. Гликогенолиз представляет собой
каскадный процесс, в котором
участвует ряд ферментов фосфорилазной
системы — протеинкиназа, киназа фосфорилазы
b, фосфорилаза b, фосфорилаза а, амило-1,6-глюкозидаза,
глюкозо-6-фосфатаза. В печени в результате
гликогенолиза образуется глюкоза из
глюкозо-6-фосфата благодаря действию
на него глюкозо-6-фосфатазы, отсутствующей
в мышцах, где превращения глюкозо-6-фосфата
приводят к образованию молочной кислоты
(лактата). Гидролитический (амилолитический)
распад гликогена обусловлен действием
ряда ферментов, называемых амилазами
(a-глюкозидазами). Известны a-, b- и g-амилазы.
a-Глюкозидазы в зависимости от локализации
в клетке делят на кислые (лизосомные)
и нейтральные.
Синтез
и распад углеводсодержащих соединений.
Синтез сложных сахаров и их производных
происходит с помощью специфических
гликозилтрансфераз, катализирующих перенос
моносахаридов от доноров — различных
гликозилнуклеотидов или липидных переносчиков
к субстратам-акцепторам, которыми могут
быть углеводный остаток, полипептид или
липид в зависимости от специфичности
трансфераз. Нуклеотидным остатком является
обычно дифосфонуклеозид.
В
организме человека и животных много
ферментов, ответственных за превращение
одних углеводов в другие, как
в процессах гликолиза и глюконеогенеза,
так и в отдельных звеньях
пентозофосфатного пути.
Ферментативное
расщепление углеводсодержащих соединений
происходит в основном гидролитическим
путем с помощью гликозидаз, отщепляющих
углеводные остатки (экзогликозидазы)
или олигосахаридные фрагменты (эндогликозидазы)
от соответствующих гликоконъюгатов.
Гликозидазы являются чрезвычайно специфическими
ферментами. В зависимости от природы
моносахарида, конфигурации его молекулы
(их D или L-изомеров) и типа гидролизуемой
связи (a или b) различают a—D-маннозидазы,
a—L-фукозидазы, ?b—D-галактозидазы
и т.д. Гликозидазы локализованы в различных
клеточных органеллах; многие из них локализованы
в лизосомах. Лизосомные (кислые) гликозидазы
отличаются от нейтральных не только локализацией
в клетках, оптимальным для их действия
значением рН и молекулярной массой, но
и электрофоретической подвижностью и
рядом других физико-химических свойств.
Гликозидазы
играют важную роль в различных биологических
процессах; они могут, например, оказывать
влияние на специфический рост трансформированных
клеток, на взаимодействие клеток с
вирусами и др.
Имеются
данные о возможности неферментативного
гликозилирования белков in vivo, например
гемоглобина, белков хрусталика, коллагена.
Есть сведения, что неферментативное
гликозилирование (гликирование) играет
важную патогенетическую роль при некоторых
заболеваниях (сахарном диабете, галактоземии
и др.).
Переваривание
углеводов начинается в ротовой
полости при участии гидролитических
ферментов слюны. Гидролиз ферментами
слюны продолжается в желудке (сбраживание
углеводов пищевого комка предотвращается
соляной кислотой желудочного сока). В
двенадцатиперстной
кишке полисахариды пищи (крахмал, гликоген
и др.) и сахара (олиго – и дисахариды) расщепляются
при участии a-глюкозидаз и других гликозидаз
сока поджелудочной железы до моносахаридов,
которые всасываются в тонкой кишке в
кровь. Скорость всасывания углеводов
различна, быстрее всасываются глюкоза
и галактоза, медленнее — фруктоза, манноза
и другие сахара.
Транспорт
углеводов через эпителиальные
клетки кишечника и поступление
в клетки периферических тканей осуществляются
с помощью особых транспортных систем,
функция которых заключается и переносе
молекул сахаров через клеточные мембраны.
Существуют особые белки-переносчики
— пермеазы (транслоказы), специфические
по отношению к сахарам и их производным.
Транспорт углеводов может быть пассивным
и активным. При пассивном транспорте
перенос углеводов осуществляется по
направлению градиента концентрации,
так что равновесие достигается тогда,
когда концентрации сахара в межклеточном
веществе или межклеточной жидкости и
внутри клеток выравниваются. Пассивный
транспорт сахаров характерен для эритроцитов
человека. При активном транспорте углеводы
могут накапливаться в клетках и концентрация
их внутри клеток становится выше, чем
в окружающей клетки жидкости. Предполагают,
что активное поглощение сахаров клетками
отличается от пассивного тем, что последнее
является Na -независимым процессом.
В организме человека и животных активный
транспорт углеводов происходит главным
образом в клетках эпителия слизистой
оболочки кишечника и в извитых канальцах
(проксимальных отделах нефрона) почек.
Регуляция
углеводного обмена осуществляется
при участии очень сложных
механизмов, которые могут оказывать
влияние на индуцирование или
подавление синтеза различных ферментов
углеводного обмена либо способствовать
активации или торможению их действия.
Инсулин, катехоламины, глюкагон,
соматотропный и стероидные гормоны оказывают
различное, но очень выраженное влияние
на разные процессы углеводного обмена.
Так, например, инсулин способствует накоплению
в печени и мышцах гликогена, активируя
фермент гликогенсинтетазу, и подавляет
гликогенолиз и глюконеогенез. Антагонист
инсулина — глюкагон стимулирует гликогенолиз.
Адреналин, стимулируя действие аденилатциклазы,
оказывает влияние на весь каскад реакций
фосфоролиза. Гонадотропные гормоны активируют
гликогенолиз в плаценте. Глюкокортикоидные
гормоны стимулируют процесс глюконеогенеза.
Соматотропный гормон оказывает влияние
на активность ферментов пентозофосфатного
пути и снижает утилизацию глюкозы периферическими
тканями. В регуляции глюконеогенеза принимают
участие ацетил-КоА и восстановленный
никотинамидадениндинуклеотид. Повышение
содержания жирных кислот в плазме крови
тормозит активность ключевых ферментов
гликолиза. В регуляции ферментативных
реакций углеводного обмена важную цель
играют ионы Са2 , непосредственно
или при участии гормонов, часто в связи
с особым Са2 -связывающим белком
— калмодулином. В регуляции активности
многих ферментов большое значение имеют
процессы их фосфорилирования — дефосфорилирования.
В организме существует прямая связь между
У. о. и обменом белков, липидов и минеральных
веществ.
Увеличение
содержания глюкозы в крови —
гипергликемия может происходить
вследствие чрезмерно интенсивного
глюконеогенеза либо в результате понижения
способности утилизации глюкозы тканями,
например при нарушении процессов ее транспорта
через клеточные мембраны. Понижение содержания
глюкозы в крови — гипогликемия — может
являться симптомом различных болезней
и патологических состояний, причем особенно
уязвимым в этом отношении является мозг:
следствием гипогликемии могут быть необратимые
нарушения его функций.
Генетически
обусловленные дефекты ферментов углеводного
обмена являются причиной многих наследственных
болезней. Примером генетически обусловленного
наследственного нарушения обмена моносахаридов
может служить галактоземия, развивающаяся
в результате дефекта синтеза фермента
галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы.
Признаки галактоземии отмечают также
при генетическом дефекте УДФ-глюкоза-4-эпимеразы.
Характерными признаками галактоземии
являются гипогликемия, галактозурия,
появление и накопление в крови наряду
с галактозой галактозо-1-фосфата, а также
снижение массы тела, жировая дистрофия
и цирроз печени, желтуха, катаракта, развивающаяся
в раннем возрасте, задержка психомоторного
развития. При тяжелой форме галактоземии
дети часто погибают ни первом году жизни
вследствие нарушений функций печени
или пониженной сопротивляемости инфекциям.
Примером
наследственной непереносимости моносахаридов
является непереносимость фруктозы, которая
вызывается генетическим дефектом фруктозофосфатальдолазы
и в ряде случаев — снижением активности
Фруктоза-1,6-дифосфат-альдолазы. Болезнь
характеризуется поражениями печени и
почек. Для клинической картины характерны
судороги, частая рвота, иногда коматозное
состояние. Симптомы заболевания появляются
в первые месяцы жизни при переводе детей
на смешанное или искусственное питание.
Нагрузка фруктозой вызывает резкую гипогликемию.
Заболевания,
вызванные дефектами в обмене
олигосахаридов, в основном заключаются
в нарушении расщепления и всасывания
углеводов пищи, что происходит главным
образом в тонкой кишке. Мальтоза и низкомолекулярные
декстрины, образовавшиеся из крахмала
и гликогена пищи под действием a-амилазы
слюны и сока поджелудочной железы, лактоза
молока и сахароза расщепляются дисахаридазами
(мальтазой, лактазой и сахаразой) до соответствующих
моносахаридов в основном в микроворсинках
слизистой оболочки тонкой кишки, а затем,
если процесс транспорта моносахаридов
не нарушен, происходит их всасывание.
Отсутствие или снижение активности дисахаридаз
к слизистой оболочке тонкой кишки служит
главной причиной непереносимости соответствующих
дисахаридов, что часто приводит к поражению
печени и почек, является причиной диареи,
метеоризма. Особенно тяжелыми симптомами
характеризуется наследственная непереносимость
лактозы, обнаруживающаяся обычно с самого
рождения ребенка. Для диагностики непереносимости
сахаров применяют обычно нагрузочные
пробы с введением натощак per os углевода,
непереносимость которого подозревают.
Более точный диагноз может быть поставлен
путем биопсии слизистой оболочки кишечника
и определения в полученном материале
активности дисахаридаз. Лечение состоит
в исключении из пищи продуктов, содержащих
соответствующий дисахарид. Больший эффект
наблюдают, однако, при назначении ферментных
препаратов, что позволяет таким больным
употреблять обычную пищу. Например, в
случае недостаточности лактазы, содержащий
ее ферментный препарат, желательно добавлять
в молоко перед употреблением его в пищу.
Правильный диагноз заболеваний, вызванных
недостаточностью дисахаридаз, крайне
важен. Наиболее частой диагностической
ошибкой в этих случаях являются установление
ложного диагноза дизентерии, других кишечных
инфекций, и лечение антибиотиками, приводящее
к быстрому ухудшению состояния больных
детей и тяжелым последствиям.
Заболевания,
вызванные нарушением обмена гликогена,
составляют группу наследственных энзимопатий,
объединенных под названием гликогенозов.
Гликогенозы характеризуются избыточным
накоплением гликогена в клетках, которое
может также сопровождаться изменением
структуры молекул этого полисахарида.
Гликогенозы относят к так называемым
болезням накопления. Гликогенозы (гликогенная
болезнь) наследуются по аутосомно-рецессивному
или сцепленному с полом типу. Почти полное
отсутствие в клетках гликогена отмечают
при агликогенозе, причиной которого является
полное отсутствие или сниженная активность
гликогенсинтетазы печени.
Заболевания,
вызванные нарушением обмена различных
гликоконъюгатов, в большинстве случаев
являются следствием врожденных нарушений
распада гликолипидов, гликопротеинов
или гликозаминогликанов (мукополисахаридов)
в различных органах. Они также являются
болезнями накопления. В зависимости от
того, какое соединение аномально накапливается
в организме, различают гликолипидозы,
гликопротеиноды, мукополисахаридозы.
Многие лизосомные гликозидазы, дефект
которых лежит в основе наследственных
нарушений углеводного обмена, существуют
в виде различных форм, так называемых
множественных форм, или изоферментов.
Заболевание может быть вызвано дефектом
какого-либо одного изофермента. Так, например.
болезнь Тея — Сакса — следствие дефекта
формы AN-ацетилгексозаминидазы (гексозаминидазы
А), в то время как дефект форм А и В этого
фермента приводит к болезни Сандхоффа.
Большинство
болезней накопления протекает крайне
тяжело, многие из них пока неизлечимы.
Клиническая картина при различных
болезнях накопления может быть сходной,
и, напротив, одно и то же заболевание
может проявляться по-разному у разных
больных. Поэтому необходимо в каждом
случае устанавливать ферментный дефект,
выявляемый большей частью в лейкоцитах
и фибробластах кожи больных. В качестве
субстратов применяют гликоконьюгаты
или различные синтетические гликозиды.
При различных мукополисахаридозах,
а также при некоторых других болезнях
накопления (например, при маннозидозе)
выводятся с мочой в значительных количествах
различающиеся по структуре олигосахариды.
Выделение этих соединений из мочи и их
идентификацию проводят с целью диагностики
болезней накопления. Определение активности
фермента в культивируемых клетках, выделенных
из амниотической жидкости, получаемой
при амниоцентезе при подозрении на болезнь
накопления, позволяет ставить пренатальный
диагноз.
При
некоторых заболеваниях серьезные нарушения
углеводного обмена возникают вторично.
Примером такого заболевания является
диабет сахарный,
обусловленный либо поражением b-клеток
островков поджелудочной железы, либо
дефектами в структуре самого инсулина
или его рецепторов на мембранах клеток
инсулинчувствительных тканей. Алиментарные
гипергликемия и гиперинсулинемия ведут
к развитию ожирения, что увеличивает
липолиз и использование неэтерифицированных
жирных кислот (НЭЖК) в качестве энергетического
субстрата. Это ухудшает утилизацию глюкозы
в мышечной ткани и стимулирует глюконеогенез.
В свою очередь, избыток в крови НЭЖК и
инсулина ведет к увеличению синтеза в
печени триглицеридов и холестерины и,
соответственно, к увеличению концентрации
в крови липопротеинов очень низкой и
низкой плотности. Одной из причин, способствующих
развитию таких тяжелых осложнений при
диабете, как катаракта, нефропатия, англопатия
и гипоксия тканей, является неферментативное
гликозилирование белков.
Состояние
углеводного обмена у детей в норме
определяется зрелостью эндокринных механизмов
регуляции и функций других систем и органов.
В поддержании гомеостаза плода важную
роль играет поступление к нему глюкозы
через плаценту. Количество глюкозы, поступающей
через плаценту к плоду, непостоянно, т.к.
ее концентрация в крови матери может
неоднократно меняться в течение дня.
Изменение соотношения инсулин/глюкоза
у плода может вызвать у него острые или
длительные нарушения обмена веществ.
В последнюю треть внутриутробного периода
у плода значительно увеличиваются запасы
гликогена в печени и мышцах, в этот период
глюкогенолиз и глюконеогенез уже имеют
для плода существенное значение и как
источник глюкозы.
Особенностью
углеводного обмена у плода и новорожденного
является высокая активность процессов
гликолиза, позволяющая лучше адаптироваться
к условиям гипоксии. Интенсивность гликолиза
у новорожденных на 30—35% выше, чем у взрослых;
в первые месяцы после рождения она постепенно
снижается. О высокой интенсивности гликолиза
у новорожденных свидетельствуют высокое
содержание лактата в крови и моче и более
высокая, чем у взрослых, активность лактатдегидрогеназы
в крови. Значительная часть глюкозы у
плода окисляется по пентозофосфатному
пути.
Родовой
стресс, изменение температуры окружающей
среды, появление самостоятельного дыхания
у новорожденных, возрастание мышечной
активности и усиление деятельности мозга
увеличивают расход энергии во время родов
и в первые дни жизни, приводя к быстрому
снижению содержания глюкозы в крови.
Через 4—6 ч после рождения ее содержание
снижается до минимума (2,2—3,3 ммоль/л),
оставаясь на таком уровне в течение последующих
3—4 дней. Повышенное потребление глюкозы
тканями у новорожденных и период голодания
после родов приводят к усилению гликогенолиза
и использованию резервного гликогена
и жира. Запас гликогена в печени у новорожденного
в первые 6 ч жизни резко (примерно
в 10 раз) сокращается, особенно при асфиксии
и голодании. Содержание глюкозы в крови
достигает возрастной нормы у доношенных
новорожденных к 10—14-му дню жизни, а у
недоношенных детей устанавливается лишь
к 1—2-му месяцу жизни. В кишечнике новорожденных
ферментативный гидролиз лактозы (основного
углевода пищи в этот период) несколько
снижен и увеличивается в грудном
возрасте. Обмен галактозы у новорожденных
интенсивнее, чем у взрослых.
Нарушения
углеводного обмена у детей при различных
соматических заболеваниях носят вторичный
характер и связаны с влиянием основного
патологического процесса на этот вид
обмена. Лабильность механизмов регуляции
углеводного и жирового обмена в раннем
детском возрасте создает предпосылки
для возникновения гипо- и гипергликемических
состояний, ацетонемической рвоты. Так,
например, нарушения углеводного обмена
при пневмонии у детей раннего возраста
проявляются повышением в крови натощак
концентраций глюкозы и лактата в зависимости
от степени дыхательной недостаточности.
Непереносимость углеводов выявляется
при ожирении и обусловливается изменением
секреции инсулина. У детей с кишечными
синдромами часто выявляют нарушение
расщепления и всасывания углеводов, при
целиакии отмечают уплощение гликемической
кривой после нагрузки крахмалом, дисахаридами
и моносахаридами, а у детей раннею возраста
с острыми энтероколитами и соледефицитным
состоянием при обезвоживании наблюдают
склонность к гипогликемии.
В
крови детей старшего возраста в
норме отсутствуют галактоза, пентозы
и дисахариды, у детей грудного
возраста они могут появляться в
крови после приема пищи, богатой
этими углеводами, а также при
генетически обусловленных аномалиях
обмена соответствующих углеводов или
углеводсодержащих соединений; в подавляющем
большинстве случаев симптомы таких заболеваний
проявляются у детей в раннем возрасте.
Для
ранней диагностики наследственных
и приобретенных нарушений углеводного
обмена у детей применяют этапную систему
обследования с использованием генеалогического
метода, различных скрининг-тестов,
а также углубленных биохимических исследований.
На первом этапе обследования проводят
определение в моче глюкозы, фруктозы,
сахарозы, лактозы качественными и полуколичественными
методами, проверяют значение рН кала.
При получении результатов, заставляющих
подозревать патологии) углеводного обмена,
переходят ко второму этапу обследования:
определению содержания глюкозы в моче
и крови натощак количественными методами,
построению гликемических и глюкозурических
кривых, исследованию гликемических кривых
после дифференцированных сахарных нагрузок,
определению содержания глюкозы в крови
после введения адреналина, глюкагона,
лейцина, бутамида, кортизона, инсулина;
в части случаев осуществляют прямое определение
активности дисахаридаз в слизистой оболочки
двенадцатиперстной и тонкой кишок и хроматографическую
идентификацию углеводов крови и мочи.
Для выявления нарушений переваривания
и всасывания углеводов после установления
значения рН кала определяют толерантность
к моно- и дисахаридам с обязательным измерением
содержания сахаров в кале и их хроматографической
идентификацией до и после нагрузочных
проб с углеводами. При подозрении на энзимопатию
в крови и тканях определяют активность
ферментов углеводного обмена, дефект
синтеза (или снижение активности) которых
подозревают клиницисты.
Для
коррекции нарушенного углеводного
обмена при тенденции к гипергликемии
применяют диетотерапию с ограничением
жиров и углеводов. При необходимости
назначают инсулин или другие гипогликемизирующие
препараты; средства, способствующие повышению
содержания глюкозы в крови, отменяют.
При гипогликемии показана диета, богатая
углеводами и белками.
Во
время приступов гипогликемии вводят
глюкозу, глюкагон, адреналин. При непереносимости
отдельных углеводов назначают индивидуальную
диету с исключением соответствующих
сахаров из пищи больных. В случаях нарушений
углеводного обмена, носящих вторичный
характер, необходимо лечение основного
заболевания.
Профилактика
выраженных нарушений углеводного
обмена у детей заключается в их своевременном
обнаружении. При вероятности наследственной
патологии рекомендуется медико-генетическое
консультирование. Выраженное неблагоприятное
влияние декомпенсации сахарного диабета
у беременных женщин на углеводный обмен
у плода и новорожденного диктует необходимость
тщательной компенсации заболевания у
матери на всем протяжении беременности
и родов.
2.2.
Значение жиров,
углеводов и минеральных
веществ в питании
человека.
Жиры
относятся к веществам, выполняющим
в организме в основном энергетическую
функцию. В этом плане жиры превосходят
все другие компоненты пищи (углеводы
и белки), так как при их сгорании
выделяется в 2 раза больше энергии (1 г
жира образует 9,3 ккал, в то время как 1
г белка и соответствующее количество
углеводов только 4,3 ккал).
Однако
биологическое значение жиров не
исчерпывается только их энергетической
функцией. Жиры участвуют в пластических
функциях, являясь структурной частью
клеток и их мембранных систем. Недостаточное
поступление жира может привести к:
— нарушению
центральной нервной системы
за счет нарушения направленности потоков
нервных сигналов;
— ослаблению
иммунологических механизмов;
— изменению
кожи, где они выполняют защитную
роль, предохраняя от переохлаждения,
повышают эластичность и препятствуют
высыханию и растрескиванию;
— нарушению
внутренних органов, в частности
почек, которые предохраняют от механического
повреждения.
Жир
улучшает вкусовые свойства пищи (выступает
в качестве вкусового вещества) и повышает
ее питательность (создает высокую степень
насыщаемости). Однако еще более важное
значение имеет тот факт, что только вместе
с жирами пищи в организм поступает ряд
биологически ценных веществ: жирорастворимые
витамины, фосфатиды (лецитин), полиненасыщенные
жирные кислоты, стерины, токоферолы и
другие вещества, обладающие биологической
активностью.
В
организме человека жир находится
в двух видах: структурный (протоплазматический)
и резервный (в жировых депо —
в подкожном жировом слое, в брюшной
полости — сальнике, около почек — околопочечный
жир).
Количество
протоплазматического жира поддерживается
в органах и тканях на постоянном
уровне и не изменяется даже при
голодании.
Степень
накопления резервного жира зависит
от характера питания, уровня энерготрат,
возраста, пола, деятельности желез внутренней
секреции.
Тяжелая
физическая работа, некоторые заболевания,
недостаточное питание способствуют
уменьшению количества запасного жира.
И, наоборот, избыточное питание, гиподинамия,
снижение функции половых желез, щитовидной
железы приводят к увеличению резервного
жира.
Пищевые
жиры состоят из эфиров глицерина
и высших жирных кислот.
Важнейшим
компонентом, определяющим свойства жиров,
являются жирные кислоты. Они делятся
на насыщенные (предельные) и ненасыщенные
(непредельные). Наибольшее значение по
степени распространения в продуктах
питания и их свойствам представляют насыщенные
кислоты (масляная, стеариновая, пальмитиновая),
которые встречаются в составе животного
жира и составляют до 50% жирных кислот
бараньего и говяжьего жира, обуславливая
высокую температуру плавления и худшую
усвояемость.
Из
ненасыщенных жирных кислот наибольшее
значение имеют линолевая, линоленовая
и арахидоновая, известные под
общим названием “витаминоподобный
фактор Р”. Две первые распространены
в жидких жирах (маслах) и в жире морских
рыб. В растительных маслах (подсолнечном,
кукурузном, оливковом, льняном) их содержится
до 80-90% от общего количества жирных кислот.
Большое
значение имеет ПНЖК-та арахидоновая,
которая в незначительных количествах
содержится в некоторых животных жирах,
в растительных маслах она отсутствует.
Так, свиной жир содержит 500 мг арахидоновой
кислоты в 5 раз больше, чем говяжий и бараний
жир, а насыщенных кислот в нем на 20% меньше.
Таким
образом, пищевые и биологические свойства
свиного жира выше, чем говяжьего и бараньего.
1. Биологическая
роль ПНЖК.
1. Участвуют
в качестве структурных элементов
в фосфатидах,
липотропных клеточных мембран.
2. Входят
в состав соединительной ткачи
и оболочек нервных волокон.
3. ПНЖК
влияют на обмен холестерина,
стимулируя его окисление и
выделение из организма, а также
образуя с ним эфиры, которые
не выпадают из раствора.
4. ПНЖК
оказывают нормализующее действие
на стенки кровеносных сосудов,
повышая их эластичность и укрепляя
их.
5. ПНЖК
участвуют в обмене витаминов
группы В (пиридоксина и тиамина).
6. ПНЖК
стимулируют защитные механизмы
организма (повышают устойчивость
к инфекционным заболеваниям
и действию радиации и т.
д.).
7. ПНЖК
обладают липотропным действием,
т. е. предотвращают ожирение печени.
8. ПНЖК
имеют значение в профилактике
и лечении заболеваний сердечно-сосудистой
системы.
Биологическое
значение ПНЖК неодинаково. Наибольшим
действием обладает арахидоновая кислота,
меньшим — линолевая и линоленовая.
Потребность в ПНЖК составляет 3-6 г/сутки.
По содержанию ПНЖК пищевые жиры делят
на три группы:
1
группа — жиры, богатые ПНЖК: рыбий
жир (30% арах.), растительные масла
(льняное, конопляное, подсолнечное,
хлопковое, кукурузное, соевое).
2
группа — жиры со средним содержанием
ПНЖК: свиное сало, гусиный, куриный жир.
3
группа — содержание ПНЖК не
превышает 5-6%: бараний и говяжий
жиры, некоторые виды маргарина.
Особенно
высокой биологической активностью
отличается печеночный жир рыб и
морских млекопитающих.
Показателем
биологической ценности жиров является
также наличие витаминов А, Д,
Е. Поэтому сливочное масло, содержащее
эти витамины, несмотря на низкий уровень
ПНЖК, является продуктом высокой
биологической ценности.
II.
Биологическая роль фосфатидов.
В состав жира входят фосфатиды. Наибольшей
биологической активностью обладают:
лецитин, кефалин, сфингомиелин.
1.
В комплексе с белками они
входят в состав нервной ткани,
печени, сердечной мышцы, половых
желез.
2.
Участвуют в построении мембран
клеток, определяют степень их проницаемости
для жирорастворимых веществ.
3.
Участвуют в активном транспорте
сложных веществ и отдельных
ионов в клетки и из них.
4.
Фосфолипиды участвуют в процессе
свертывания крови.
5.
Способствуют лучшему использованию
белка и жира в тканях.
6.
Предупреждают жировую инфильтрацию
печени.
7.
Фосфатиды, главным образом лецитин,
играют роль в профилактике
атеросклероза — предотвращают
накопление холестерина в стенках
сосудов, способствуют его расщеплению
и выведению из организма.
Благодаря
указанным свойствам фосфатиды относятся
к липотропным факторам.
Потребность
в фосфатидах составляет 5-10 г/сутки.
Фосфатиды
содержатся: в яичном желтке — 9000 мг,
мозгах — 6000 мг, печени — 2500 мг, а также
в мясе, сливках, сметане.
Из
растительных продуктов значительным
содержанием характеризуются
За
рубежом используется соевый лецитин
как источник фосфатидов.
В
нашей стране производятся фосфатидные
концентраты — подсолнечные и
соевые, применяемые для рафинированных
растительных масел и маргарина.
Препятствием к использованию этих
концентратов являются неудовлетворительные
их вкусовые свойства, быстрая окисляемость
и прогорклость.
III.
Биологическая роль стеринов. В
состав жира входят жироподобные
вещества — стерины, нерастворимые
в воде соединения. Различают
фитостерины (растительного происхождения)
и зоостерины (животного происхождения).
Фитостерины
обладают биологической активностью и
играют важную роль в нормализации жирового
и холестеринового обмена. Важнейшим представителем
фитостеринов является ситостерин, особенно
b – ситостерин, который образует с холестерином
нерастворимые комплексы, препятствует
всасыванию холестерина в кишечнике, что
имеет большое значение в профилактике
атеросклероза.
b-ситостерол
содержится в арахисовом (300 мг%),
подсолнечном (200 мг%), соевом (300 мг%), оливковом
(300 мг%), хлопковом и кукурузном (400
мг%) маслах.Важным зоостерином является
холестерин. Он поступает в организм с
продуктами животного происхождения,
однако может синтезироваться и из промежуточных
продуктов обмена углеводов и жиров.
и т.д……………..
