Проект «Что такое углеводы?» — «Игры и Игрушки. Эксперт» №4-2014
В исследовательском проекте проведены опыты по обнаружению углеводов в продуктах питания. Доказано, что углеводы содержатся во многих продуктах. Полученные знания помогут правильно сбалансировать рацион питания. Исследовательскую работу можно использовать на уроках биологии и химии.
Важную роль в организме играют углеводы. Это хорошо известные всем глюкоза, сахароза, клетчатка, крахмал. Углеводы – один из «трёх китов» нашего питания (два других — белки и жиры). Основная функция углеводов — энергетическая. «Сжигая» глюкозу, организм получает необходимую для идущих в нём процессов энергию. Живые организмы могут запасать углеводы в виде крахмала (у растений) и гликогена (у животных и грибов). В клубнях картофеля крахмал может составлять до 80% массы, а у животных особенно много углеводов в клетках печени, мышц — до 5%. Выполняют углеводы и другие функции, например опорную и защитную. Клетчатка входит в состав древесины, хитин образует наружный скелет насекомых, ракообразных и других.
Цели работы: расширить знания об углеводах, научиться обнаруживать их в продуктах питания химическими способами. Применить приобретённые знания для формирования правильного рациона питания.
Задачи:
- Провести исследования по определению углеводов в продуктах питания.
- Научиться делать выводы.
В процессе исследования было проведено 24 опыта. Представляем некоторые из них.
Опыт №1. «Чёрный хлеб» из белого хлеба
Реактивы: йод.
Оборудование: пипетка.
Действия. На маленький кусочек белого хлеба накапаем слабый раствор йода.
Что наблюдаем? Кусочек белого хлеба мгновенно превратился в «чёрный хлеб», но только есть его уже нельзя.
Вывод: белый хлеб содержит крахмал.
Опыт №2. Как отличить крахмал от мела
Реактивы: йод.
Оборудование: ступка, пестик, пипетка.
Действия. Для опыта возьмём крахмал и мел. Мел разотрём в ступке и увидим, что крахмал и мел похожи друг на друга.
Накапаем на тот и другой несколько капель йода.
Что наблюдаем? Мел окрасился в коричневый цвет, а крахмал стал сине-чёрным.
Вывод: йод окрашивает крахмал в темно-синий цвет.
Опыт №3. Крахмал в картофеле
Реактивы: йод.
Оборудование: пипетка.
Действия. Разрежем сырую картофелину и капнем на срез йодом.
Что наблюдаем? Появилось синее окрашивание.
Вывод: в картофеле тоже есть крахмал.
Опыт №4. Крахмал есть во многих фруктах
Реактивы: йод.
Оборудование: пипетка.
Действия. Исследуем с помощью настойки йода следующие продукты: горох, фасоль, разрезанные зёрна риса, банан, яблоки, колбасу, мясо.
Что наблюдаем? Все продукты окрашиваются в синий цвет, кроме мяса и спелого яблока (неспелое яблоко также становится синим).
Вывод: горох, фасоль, рис, банан, неспелые яблоки, колбаса содержат крахмал. В мясе крахмала нет.
Опыт №5.
Секрет пудры
Реактивы: йод.
Оборудование: пипетка.
Действия. На щепотку пудры капнем настойкой йода.
Что наблюдаем? Происходит очень интенсивное синее окрашивание.
Вывод: пудра содержит крахмал.
Опыт №6. Солнечный свет в природе
Реактивы: йод, спирт этиловый.
Оборудование: химический стакан.
Действия. Выберем для опыта растение с широкими, но не слишком толстыми и твёрдыми листьями. Выбранный лист должен хорошо освещаться солнцем в течение дня. Вечером прикрепим к листу булавкой два пробочных диска так, чтобы они находились друг против друга на верхней и на нижней стороне листа. На следующий вечер сорвём лист, снимем пробки и погрузим лист на несколько минут в кипящую воду. После этого положим лист в спирт и оставим его там в течение нескольких часов, пока вся зелёная краска не исчезнет. Вынем лист из спирта, протрём затемнённый кружок и окружающую поверхность листа настойкой йода.
Что наблюдаем? Вокруг кружка лист окрасился в чёрно-синий цвет. Кружок, который был закрыт от света, не темнеет.
Вывод: днём под действием солнечного света в листьях образуется крахмал, который ночью превращается в сахар. На затемнённом месте листа крахмал не образовался, и характерного окрашивания не произошло.
Опыт №7. Проба на глюкозу
Реактивы: CuSO4, NaOH.
Оборудование: спиртовка, пробирка, пробиркодержатель.
Действия. Наливаем в пробирку немного раствора гидроксида натрия. Затем добавляем по каплям раствор сернокислой меди (медного купороса). Образуется голубой студнеобразный осадок. Этот осадок осторожно нагреваем. При этом наблюдаем изменение окраски осадка от бурого до чёрного — это оксид меди (II). Немного видоизменим опыт: нальём в пробирку виноградного сока, прибавим едкий натр, а затем, по каплям, раствор медного купороса. Раствор окрашивается в красивый синий цвет. Получившийся раствор нагреваем на спиртовке.
Что наблюдаем? Постепенно раствор меняет окраску: синий – зёленый – жёлтый – красный.
Вывод: появление красной окраски свидетельствует о том, что в виноградном соке содержится глюкоза. Глюкоза — один из видов сахара, виноградный сахар.
Опыт №8. Мёд и варенье содержат глюкозу
Реактивы: CuSO4, NaOH.
Оборудование: спиртовка, пробирка, пробиркодержатель.
Действия. Растворим в небольшом количестве воды в отдельных пробирках немного варенья и мёда. Сделаем пробу на глюкозу. Что наблюдаем? Постепенно раствор меняет окраску: синий – зелёный – жёлтый – красный.
Вывод: в обеих пробирках находится глюкоза.
Опыт №9. Крахмал превращается в сахар
Реактивы: CuSO4, NaOH, HCl, NaHCO3, йод.
Оборудование: спиртовка, фарфоровая чашка, пробирка, стеклянная полочка, пипетка, пробиркодержатель.
Действия. Наливаем в фарфоровую чашку крахмального клейстера и добавляем одну ложку соляной кислоты.
Смесь нагреваем и в самом начале берём пипеткой немного клейстера и добавляем к нему каплю настойки йода. Что наблюдаем? Синяя окраска показывает, что крахмал ещё находится в растворе. В ходе опыта время от времени нужно брать пробы раствора и, охлаждая их, добавлять капли настойки йода. После нескольких минут нагревания отбираемая проба станет окрашиваться в фиолетовый цвет. Теперь пробы отбираем чаще. Последние пробы уже будут окрашивать йод в красный цвет, и, наконец, окраска станет жёлтой. Можно с уверенностью сказать, что крахмала в чашке нет. Возьмём ещё одну пробу, добавим к ней щепотку соды (чтобы нейтрализовать кислоту), проверим испытание на глюкозу.
Что наблюдаем? Красное окрашивание.
Вывод: крахмал гидролизуется до глюкозы.
Опыт №10. Глюкоза в ягодах
Реактивы: CuSO4, NaOH.
Оборудование: спиртовка, пробирка, пробиркодержатель.
Действия. Несколько капель сока, выжатого из сморо дины и малины, проверяем на наличие глюкозы.
Что наблюдаем? Появилась жёлто-красная окраска.
Вывод: ягоды содержат глюкозу.
Опыт №11. Где ещё содержится виноградный сахар?
Реактивы: CuSO4, NaOH.
Оборудование: спиртовка, пробирки, пробиркодержатель.
Действия. Проверим, есть ли глюкоза в изюме и инжире. Из изюма и инжира приготовим вытяжку: прокипятим в одной пробирке воду с несколькими ягодами изюма, а в другой — с несколькими кусочками инжира. Затем сольём воду с изюма и инжира в другие пробирки и проверим полученные вытяжки на наличие глюкозы.
Что наблюдаем? Красное окрашивание.
Вывод: изюм и инжир содержат глюкозу.
Галина Лычкова, учитель химии Русской школы
Монтессори Анны Дурмановой, г. Москва
Проект по химии «Углеводы в нашей жизни»
КГКОУ КВСОШ № 8
- КГКОУ КВСОШ № 8
- КГКОУ КВСОШ № 8
«Углеводы в нашей жизни»
Работу выполнил: ученик 10 класса КВСОШ №8 Козлов Павел
- Работу выполнил: ученик 10 класса КВСОШ №8 Козлов Павел
КРАСНОЯРСК
Цель : сформировать знания об углеводах, их составе и классификации;
Задачи проекта:
- изучить классификацию углеводов;
- определить качественную реакцию на выбранные углеводы;
- выяснить роль углеводов в природе и жизни человека;
Углеводы- ( глици́ды ) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп.
Название этого класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было предложено Карлом Шмидтом в 1844 году. (глици́ды) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название этого класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было предложено Карлом Шмидтом в 1844 году. В природе углеводы встречаются фактически во всех видов организмов: растительных животных бактериях грибах
Функции углеводов :
1.Структурная и опорная функции
2.Защитная роль у растений
3.Пластическая функция
4.Энергетическая функция
5.Запасающая функция
6.Осмотическая функция
7.Рецепторная функция
Углеводы моносахариды
Углеводы дисахариды
Углеводы полисахариды
Питание
Питание — важнейшая физиологическая потребность организма, от которой во многом зависит состояние здоровья и работоспособность человека.
Оно необходимо для построения и непрерывного обновления клеток и тканей, восполнения энергозатрат, выработки ферментов, гормонов и других регуляторов обменных процессов в организме. .
Принципы рационального питания
1 . Энергетическая ценность питания должна соответствовать энергетическим затратам организма
2.Соответствие химического состава пищевых веществ физиологическим потребностям организма
3.Максимальное разнообразие питания
4.Соблюдение оптимального режима питания
Соблюдение указанных основных принципов рационального питания делает его полноценным
Суточная норма углеводов
В среднем потребление углеводов должно составлять 400-500 г в сутки для взрослых. Для детей — 7-10 лет — 300 г, 11-13 лет — 350 г, 14-17 лет — 400 г.
Суточная норма потребления пищевых волокон составляет 20-25 г.
Больше всего пищевых волокон содержат отруби, хлеб из цельного зерна, овсяные хлопья, орехи, лиственные овощи.
ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ
https://tvoiklas.ru/uglevodi/
https://ru.wikipedia.org/wiki/
https://quickdiets.ru/produkty-bez-uglevodov-spisok.htm
https://ucrazy.ru/
l
Спасибо за внимание!
Статья: «5 полезных завтраков взамен привычных» / Ginza Project
В Ginza Project уверены, что правильный завтрак может сделать любой день лучше и зарядить вас энергией на весь рабочий день. Пора перестать кормить себя «завтраками» и попробовать сделать из утреннего приема пищи маленький праздник.
Рассказываем о том, как заменить привычные завтраки на более полезные и вкусные.
НЕТ: Яичница с беконом
Конечно, сама по себе яичница довольно полезна: это богатый источник белка. Однако такие добавки, как колбаса и бекон, способны свести всю ее ценность на нет и превратить в очень вредное блюдо.
ДА: Шакшука
Вместо обычной яичницы мы предлагаем вам израильское блюдо. Оно более сбалансированно по жирам и углеводам. Важное дополнение — много-много свежей зелени и овощей. Это не только вкусно, но и очень красиво.
НЕТ: Хлопья с соком
Быстрые завтраки получают путем экструзии — муку, сахар и добавки превращают в единую массу и затем формируют частички продукта. В них содержится большое количество сахара и крахмала.
ДА: Гранола со шпинатно-грушевым смузи
Обычная гранола вряд ли кого-то удивит. Можно разнообразить ее шпинатно-грушевым смузи, который богат витаминами. Это блюдо поможет сохранить фигуру даже несмотря на высокую калорийность. В составе присутствует клетчатка, которая очищает кишечник от вредных веществ и быстро утоляет голод.
НЕТ: Бутерброды с колбасой
Из-за высокого сочетания гликемического индекса и большого количества жиров бутерброды не приносят сытости.
ДА: Бенедикт с яйцом пашот и лососем
Включение рыбных блюд 2 раза в неделю — залог здоровья сердца и крепких костей.
Бенедикт не только насытит на весь день, но и порадует вас своим прекрасным видом.
НЕТ: Каша быстрого приготовления
Как и в случае с сухими завтраками, они проходят суровую первичную обработку, которая превращает «медленные углеводы» в быстрые сахара.
ДА: Овсяная каша с карамелизированным яблоком
Каша может спасти от осенней хандры, если добавить в нее пару ложек карамелизированных яблок. Это полезное блюдо для школьников, студентов и других людей, которые занимаются умственным трудом. Она избавляет от сонливости, поднимает настроение и помогает сконцентрироваться.
НЕТ: Творожный сырок
Творог — это, безусловно, полезно. Только в основе такого завтрака лежит сахар.
ДА: Сырники со сметанным кремом и свежей черникой
Нежные, пышные и румяные… Идеальное блюдо для теплых семейных завтраков. Свежая черника и сметанный крем по-особенному раскроют вкус любимого блюда.
Когда бы вы ни начали свой день, мы готовы сделать его лучше!
Телефон: +7 (812) 640-16-16
Урок 1.
здоровое питание — Технология — 7 класс
Здоровое питание
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
режим питания;
рацион питания;
пищевые веществ, необходимые человеку: белки, жиры, углеводы и вода.
Тезаурус:
Питание – процесс потребления и усвоения организмом питательных веществ, необходимых для роста, развития, поддержания жизнедеятельности и работоспособности.
Рациональное питание (от лат. ratio – разум) – это питание с наибольшей пользой для здоровья и жизнедеятельности человека.
Сбалансированный рацион питания (от лат. ratio (rationis) – мера) – набор пищевых продуктов, необходимый человеку на определённый период времени (на день, на неделю), в полной мере и в правильном соотношении обеспечивающий поступление в организм всех питательных веществ: белков, углеводов, жиров, витаминов, микроэлементов и минералов.
Режим питания – это время и количество приёмов пищи.
Основные приёмы пищи – завтрак, обед, ужин.
Перекус – дополнительные приёмы пищи между завтраком и обедом, обедом и ужином и после ужина.
Калорийность (энергетическая ценность) – количество энергии, которое содержится в пищевых веществах, получаемых человеком с пищей.
Белки – сложные органические вещества, строительный материал для мышц.
Жиры – органическое соединение, концентрированный источник энергии, входит в состав клеток, тканей. Жиры поставляют нам энергию в количестве, вдвое превышающем таковую от белков и углеводов.
Углеводы – органические соединения, основной ингредиент большинства пищевых продуктов, который служит источником энергии для человеческого организма.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Казакевич В. М. Технология. 5 класс: учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В. М. Казакевич, Г. В. Пичугина, Г. Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М.
Казакевича. – М.: Просвещение, 2017.
2. Портал Правительства России, проект «Демография». URL: http://government.ru/rugovclassifier/839/events/ (дата обращения: 13.12.2020).
3. Портал национальных проектов https://национальныепроекты.рф (дата обращения: 13.12.2020).
4. Федеральный проект «Укрепление общественного здоровья». URL: https://futurerussia.gov.ru/ukreplenie-obsestvennogo-zdorova (дата обращения: 13.12.2020).
5. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека: Национальный проект «Демография»: Федеральный проект «Укрепление общественного здоровья». URL: здоровое-питание.рф (дата обращения: 13.12.2020).
6. Спецпроект «Здоровое Питание». Создан при поддержке Роспотребнадзора. Действует в рамках национального проекта «Демография». URL: https://zdorovoepitanie.vesti.ru (дата обращения: 13.12.2020).
7. Роспотребнадзор: Рекомендации гражданам: здоровое питание. Что такое здоровое питание? URL: https://www.
rospotrebnadzor.ru/activities/recommendations/details.php?ELEMENT_ID=11950 (дата обращения: 13.12.2020).
8. Приказ Роспотребнадзора от 24.03.2020 №186 «Об утверждении Концепции создания обучающих (просветительских) программ по вопросам здорового питания». URL: https://www.rospotrebnadzor.ru/documents/details.php?ELEMENT_ID=15144&sphrase_id=3000631 (дата обращения: 13.12.2020).
Теоретический материал для самостоятельного изучения
«Отец медицины», знаменитый древнегреческий врач Гиппократ говорил: «Здоровье есть высочайшее богатство человека. Человек живёт благодаря питанию. Питанием является пища, питьё и воздух». Чтобы сохранить своё здоровье, человеку нужно активно двигаться и правильно питаться.
На поддержку здоровья россиян направлен федеральный проект под названием «Укрепление общественного здоровья». Проект действует в рамках нацпроекта «Демография». Своей задачей федеральный проект «Укрепление общественного здоровья» видит создание в России среды, способствующей отказу от вредных привычек, в том числе пищевых, ведению здорового образа жизни, включая здоровое питание.
В рамках проекта осуществляется мониторинг состояния питания россиян, особенно подрастающего поколения. «Основные задачи мониторинга включают в себя такие показатели, как оценка фактического питания: какие продукты потребляются, в каком количестве, сколько раз в день, что едят дети в организованных коллективах и дома, какие региональные особенности, и главное – насколько рацион отвечает принципам здорового питания по сахару, соли, трансжирам и наличию необходимых микронутриентов», – отметила Руководитель Роспотребнадзора Анна Попова.
1 мая 2020 года вступил в силу закон о бесплатном горячем питании школьников. По поручению Президента Российской Федерации, всех учащихся младших классов обеспечивают горячим питанием бесплатно. Формирование системы мониторинга и запуск масштабных пилотных исследований обеспечат контроль со стороны Роспотребнадзора над выполнением поручений Президента в рамках федерального проекта.
От питания зависят и самочувствие, и настроение, и активность человека.
Режим здорового питания позволяет улучшить общий эмоциональный фон и повысить сопротивляемость иммунной системы. Важно понять и усвоить основные принципы здорового питания, в том числе и принципы рационального питания подростков.
Соблюдение режима питания.
Оптимальными будут следующие часы приёма пищи:
Первый завтрак дома: 7.00 – 8.00
Второй завтрак: 10.30 – 11.00
Обед: 13.00 – 14.00
Полдник:16.30 – 17.00
Ужин: 19.00 – 20.00 (не позже, чем за 1,5 часа до сна)
Вечерний перекус – стакан кисломолочного напитка на ночь
Необходимо выделять не менее 20–30 минут для каждого основного приёма пищи и 10–15 минут для перекусов.
Рацион питания должен быть сбалансирован по всем пищевым компонентам (белки, жиры, углеводы). Содержание белков, жиров и углеводов следует поддерживать в соотношении примерно 1 : 1 : 4 по массе и по калорийности 10–15% : 30% : 55–60% соответственно. Соотношение содержания растительных и животных белков должно быть в соотношении 2 : 3.
Жиры – преимущественно растительные.
В ежедневный рацион должны быть включены разнообразные продукты питания: молочные, мясные, рыбные, яичные блюда, овощи, фрукты, орехи, растительное масло.
Блюда ежедневного рациона подростка должны подвергаться щадящей кулинарной обработке: запекание, варка, приготовление на пару, тушение. Предпочтительнее ограничить или вовсе исключить жарку и приготовление во фритюре.
Необходимо готовить блюда преимущественно из свежих продуктов, желательно с соблюдением сезонности.
Соблюдение питьевого режима.
Желательно есть рыбные блюда не менее двух раз в неделю. Растущему организму необходимы белок и йод.
В ежедневный рацион должны быть включены в большом количестве свежие овощи и фрукты. Желательно съедать не менее 300 г фруктов и 400 г овощей в день. Овощи и фрукты – источник растительной клетчатки и витаминов.
Разумно составленный рацион сбалансированного питания подростка поможет растущему организму легко справиться с высокими физическими и интеллектуальными нагрузками.
Принципы здорового питания можно проиллюстрировать с помощью пирамиды питания. Продукты, помещённые в основании пирамиды, следует употреблять в пищу как можно чаще. Продукты, находящихся на вершине пирамиды, употреблять умеренно или свести их потребление к минимуму.
Примеры заданий тренировочного модуля
Задание 1.
Заполните пропуски в тексте, выбрав правильные варианты ответа из выпадающего меню.
Белки // Жиры // Углеводы – строительный материал для клеток организма. Белки // Жиры // Углеводы участвуют в строении клеток всех систем и внутренних органов, включая сердце.
Белки // Жиры // Углеводы необходимы организму для усвоения жирорастворимых витаминов А, Д, Е, транспортировки питательных веществ в организме, создания ряда жизненно необходимых гормонов, укрепления иммунной системы.
Главная функция белков // жиров // углеводов – дать человеку энергию для полноценной жизнедеятельности.
Правильные ответы:
Белки – строительный материал для клеток организма.
Белки участвуют в строении клеток всех систем и внутренних органов, включая сердце.
Жиры необходимы организму для усвоения жирорастворимых витаминов А, Д, Е, транспортировки питательных веществ в организме, создания ряда жизненно необходимых гормонов, укрепления иммунной системы.
Главная функция углеводов – дать человеку энергию для полноценной жизнедеятельности.
Задание 2.
Установите соответствие между названиями приёма пищи и часами приёма пищи.
Первый завтрак дома
Второй завтрак дома или в школе
Обед
Полдник
Ужин
Кефир перед сном
7.00 – 8.00
10.30 – 11.00
13.00 – 14.00
16.30 – 17.00
19.00 – 20.00
21.30 – 22.00
Правильные ответы:
Первый завтрак дома 7.00 – 8.00
Второй завтрак дома или в школе 10.30 – 11.00
Обед 13.00 – 14.00
Полдник 16.30 – 17.00
Ужин 19.00 – 20.00
Кефир перед сном 21.30 – 22.00
Сложные углеводы и масла
Прежде чем говорить о маслах, нужно разобраться с жирами.
👌 Жиры необходимы для организма, потому что это основной источник энергии. Они помогают усваивать некоторые витамины и минералы, нужны для создания клеточных мембран или свертывания крови.
☝️Но не все жиры полезны.
❌ Трансжиры— самый вредный вид жира для человеческого организма. Они появляются при нагревании — например, в растительном масле при жарке. Еще трансжиры образуются как побочный продукт в процессе гидрогенизации ненасыщенных жиров, когда жидкие масла превращают в твердую субстанцию. Например, при производстве маргарина.
🙅🏻♀️ Трансжиры вызывают воспаления, связанные с сердечными заболеваниями, инсультом, диабетом и другими хроническими заболеваниями. Даже небольшое количество трансжиров может нанести вред здоровью. На каждые 2% калорий из трансжиров, потребляемых ежедневно, риск сердечных заболеваний повышается на 23%.
📍 Где есть трансжиры: маргарин, сливочное масло, выпечка, чипсы и сухарики, попкорн для микроволновки, полуфабрикаты или картошка фри.
❌ Насыщенные жиры — это те, что твердые при комнатной температуре.
🙅🏻♀️ Они тоже вредны для человека: повышают уровень холестерина, увеличивая риск сердечно-сосудистых заболеваний.
📍 Где есть насыщенные жиры: маргарин, сливочное масло, сыр, пальмовое и кокосовое масло, жирные мясные продукты, фастфуд, молочные продукты или шоколад.
❓Какие жиры все-таки полезны и при чем тут масла? Оказывается, в разных маслах содержатся те самые полезные для человека жиры.
✅ Во-первых, мононенасыщенные. К ним относится олеиновая кислота, или омега-9. При ее нехватке в организме замедляется обмен веществ.
📍 Где есть мононенасыщенные жиры: оливковое масло, арахисовое масло, масло канолы, авокадо и большинство орехов.
✅ Во-вторых, для человека полезны полиненасыщенные жиры. Они необходимы для нормального функционирования организма, при этом он не может производить их сам и получает такие масла с едой.
👌 Полиненасыщенные жиры поддерживают кожу и почки в хорошем состоянии, обеспечивают нормальное функционирование мозга и защищают наш организм от воспалений. Более того, ускоряют жиросжигание. К полиненасыщенным жирам относятся омега-3 и омега-6.
📍 Где есть омега-3: жирная морская рыба (лосось, макрель, сельдь), грецкие орехи, семена льна, кунжутное и рапсовое масле.
📍 Где есть омега-6:подсолнечное, кукурузное и соевое масло, семена подсолнечника, кунжута, мака, тыквы.
❗️ Главный вывод, который можно из этого сделать:
✅ Нужно максимально ограничивать себя в насыщенных жирах, делая выбор в пользу ненасыщенных.
🥑 Их источники: орехи, рыба, авокадо, семечки, оливковое, подсолнечное, льняное, конопляное и рапсовое масло.
💪 В целом норма по потреблению масел для взрослого человека — 5–6 чайных ложек в день. Учитывается все: и масло в составе продуктов (например, в выпечке, майонезе, орехах, авокадо, рыбных консервах с добавлением масла), и чистое масло, которым вы заправляете овощной салат.
ЖИРЫ ИЛИ УГЛЕВОДЫ УКОРАЧИВАЮТ НАШИ ЖИЗНИ? ЧТО ГОВОРИТ ИССЛЕДОВАНИЕ PURE? | Демкина
1. Бойцов С. А., Погосова Н. В. и др. Кардиоваскулярная профилактика 2017. Национальные клинические рекомендации. Российский кардиологический журнал. 2018; 23 (6):7-122. DOI: 10.15829/15604071-2018-6-7-122.
2. Keys A, Aravanis C, Blackburn H, et al. A multivariate analysis of death and coronary heart disease. Harvard University Press, Cambridge, MA; 1980.p.381.
3. Sniderman AD, Williams K, Contois JH, et al. A meta-analysis of low-density lipoprotein cholesterol, non-high-density lipoprotein cholesterol, and apolipoprotein B as markers of cardiovascular risk. Circ. Cardiovasc. Qual Outcomes 2011; 4: 337-45. DOI: 10.1161/CIRCOUTCOMES.110.959247
4.
Choi CU, Seo HS, Lee EM. Statins do not decrease small, dense low-density lipoprotein. Tex. Heart Inst. J. 2010; 37 (4): 421-8.
5. Holme I, Aastveit AH, Hammar N, et аl. Inflammatory markers, lipoprotein components and risk of major cardiovascular events in 65,005 men and women in the Apolipoprotein MOrtality RISk study (AMORIS). Atherosclerosis 2010; 213: 299-305. DOI: 10.1016/j.atherosclerosis.2010.08.049.
6. Yusuf S, Hawken S, Ounpuu S, et al. Effect of potentially modifiable risk factors associated with myocardial infarction in 52 countries (the INTERHEART study): case-control study. Lancet 2004; 364: 937-52.
7. O’Donnell MJ, Chin SL, Rangarajan S, et al. Global and regional effects of potentially modifiable risk factors associated with acute stroke in 32 countries (INTERSTROKE): a case-control study. Lancet 2016; 388: 761-75. DOI: 10.1016/S0140-6736(16)30506-2.
8. Siri-Tarino PW, Chiu S, Bergeron N, Krauss RM. Saturated fats versus polyunsaturated fats versus carbohydrate for cardiovascular disease prevention and treatment . Annu Rev Nutr. 2015; 35: 517-43. DOI: 10.1146/annurev-nutr-071714-034449.
9. de Souza RJ, Mente A, Maroleanu A, et al. Intake of saturated and trans unsaturated fatty acids and risk of all cause mortality, cardiovascular disease, and type 2 diabetes: systematic review and meta-analysis of observational studies& BMJ. 2015; 351: h4978. DOI: 10.1136/bmj.h4978.
10. Grasgruber P, Sebera M, Hrazdira E, et al. Food consumption and the actual statistics of cardiovascular diseases: an epidemiological comparison of 42 European countries. Food Nutr Res. 2016; 60: 31694. DOI: 10.3402/fnr.v60.31694.
11. Dehghan M, Mente A, Zhang X, et al. Associations of fats and carbohydrate intake with cardiovascular disease and mortality in 18 countries from five continents (PURE): A prospective cohort study. Lancet 2017; 390: 2050-62. DOI: 10.1016/S01406736(17)32252-3.
12. Mente A, Dehghan M, Rangarajan S, et al. Association of dietary nutrients with blood lipids and blood pressure in 18 countries: a cross-sectional analysis from the PURE study. Lancet Diabetes Endocrinol. 2017; 5 (10): 774-87. DOI: 10.1016/S2213-8587(17)30283-8.
13. Zhang R, Wang Zh, Fei Y, et al. The Difference in Nutrient Intakes between Chinese and Mediterranean, Japanese and American Diets. Nutrients. 2015; 7 (6): 4661-88. DOI: 10.3390/nu7064661.
14. Shevkunova ES. Analysis of the level of food consumption. Scientific Journal KubSU. 2014; 101 (07): 1-16. (In Russ.) Шевкунова Е. С. Анализ уровня потребления продуктов питания. Научный журнал КубГАУ. 2014; 101 (07): 1-16.
15. Katz DL. Nutrition inclinical practice. Lippincott Williams and Wilkins. 2014. p. 760.
16. Полибин Р. В., Миндлина А. Я., Герасимов А. А., Брико Н. И. Сравнительный анализ смертности от инфекционных болезней в Российской Федерации и некоторых странах Европы. Эпидемиология и вакцинопрофилактика 2017; 3 (94): 4-10.
17. Шляхто Е. В., Недогода С. В., Конради А. О. Диагностика, лечение, профилактика ожирения и ассоциированных с ним заболеваний (Национальные клинические рекомендации). http://www.scardio.ru/content/Guidelines/project/Ozhirenie_klin_rek_proekt.pdf.
Углеводы важны не меньше, чем белки и жиры
АВТОР: РАСС КЕЛЛИ, магистр естественных наук | EUKANUBA™ & ROYAL CANIN PET HEALTH & NUTRITION CENTER Активные собаки получают энергию из питательных веществ трех видов: белков, жиров и углеводов. В последние годы все только и говорят о белках и жирах, а углеводы незаслуженно забыты. Давайте уделим им немного внимания и разберемся, чем же углеводы так интересны.
УГЛЕВОДЫ: НЕВОСПЕТЫЕ ГЕРОИ
Одна из причин, по которой углеводы не получают должного внимания, — то, что активные собаки вполне могут обходиться и без них. Но «могут» еще не означает «должны». Углеводы — важная часть рациона любой собаки с повышенной физической нагрузкой. Молекулы углеводов состоят из атомов водорода, кислорода и углерода в определенном соотношении. Организм собаки использует эти три элемента с питательными веществами для осуществления всех своих функций, в том числе для получения энергии. Все злаки, включая пшеницу, сорго, рис и кукурузу, содержат углеводы в виде крахмала, сахаров и клетчатки. При переваривании они перерабатываются в глюкозу, которая уже является источником энергии.
Если глюкозы в еде больше, чем в данный момент нужно собаке, ее излишек запасается в виде жира или гликогена как энергетический резерв. Он хранится в печени и мышцах и быстро активизируется, наполняя организм энергией, когда это необходимо.
ПОЛНОЦЕННОЕ ПИТАНИЕ ДЛЯ ВСЕГО ОРГАНИЗМА
Важно обеспечивать энергией все органы, а не только те, которые нужны для реализации конкретных задач. Такое питание мы называем полноценным. Когда хендлер выпускает собаку на дистанцию, основным источником энергии для нее становятся углеводы. Чем дольше собака получает физическую нагрузку, тем больше она зависит от энергии за счет липидов, но никогда не переходит на нее полностью. Дело в том, что нейроны не могут получать энергию из жиров, поэтому основным источником питания для нервной системы остается глюкоза. Если энергия для сокращения мышц может поступать от сжигания запасенных жиров, то мозг и нервы, передающие сигналы мышцам, нуждаются в постоянном источнике энергии. Хотя концентрация собаки может снижаться по ряду причин, одним из обусловливающих факторов остается недостаточное потребление углеводов или их неправильная пропорция.
УГЛЕВОДЫ И ЗДОРОВЬЕ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Есть еще одна веская причина включить углеводы в рацион собаки: они способствуют здоровью пищеварительной системы вашего питомца. Дело в том, что помимо крахмала и сахаров, наполняющих организм энергией, углеводы содержат еще и клетчатку. Она способствует здоровью пищеварительной системы и важна для собак не меньше, чем для людей. Сама по себе клетчатка в организме собаки не переваривается, но ее использует микрофлора — полезные бактерии, населяющие желудочно-кишечный тракт животного. Эти бактерии вырабатывают из клетчатки вещества, которые питают клетки эпителия, выстилающего кишечник собаки, что является прекрасным примером симбиоза. Вопреки многим рекламным объявлениям ни углеводы, ни содержащие их злаки не наносят вреда.
На самом деле углеводы — важная часть энергетической системы любой собаки, будь то пойнтер, сеттер, лабрадор или представитель другой породы. Всегда есть соблазн преувеличить значение одного вида питательных веществ по сравнению с другими, но в действительности оптимальный рацион собаки должен содержать все питательные вещества в правильном соотношении, чтобы поддерживать работу всего организма, а не какой-либо из его систем.
Вопреки многим рекламным объявлениям ни углеводы, ни содержащие их злаки не наносят вред. На самом деле углеводы — важная часть энергетической системы любой собаки, будь то пойнтер, сеттер, лабрадор или представитель другой породы. Всегда есть соблазн преувеличить значение одного вида питательных веществ по сравнению с другими, но в действительности оптимальный рацион собаки должен содержать все питательные вещества в правильном соотношении, чтобы поддерживать работу всего организма, а не какой-либо из его систем.
Часть 4: Углеводы | Проект Тюльпан Академия
Правильные углеводы могут быть отличным питательным веществом для удовлетворения потребностей вашего организма в питании. Они питают ваш мозг и нервную систему, обеспечивают энергией все ваши клетки, когда они находятся в пределах надлежащей калорийности, и помогают поддерживать ваше тело в форме и стройности. В частности, легкоусвояемые углеводы обеспечивают большую часть продуктов питания, витаминов и минералов, в то время как неперевариваемые углеводы содержат большое количество клетчатки с множеством других преимуществ для здоровья.
Растения синтезируют быстро высвобождающийся углевод, глюкозу, из углекислого газа, содержащегося в воздухе и воде, а также за счет использования солнечной энергии.Напомним, что растения преобразуют энергию солнечного света в химическую энергию молекулы глюкозы. Растения используют глюкозу для производства других более крупных и медленно высвобождающихся углеводов. Когда мы едим растения, мы собираем энергию глюкозы для поддержки жизненных процессов.
Углеводы — это группа органических соединений, содержащих один атом углерода, два атома водорода и один атом кислорода. В основном это углеводородов . Слово «карбо» означает углерод, а «гидрат» означает воду. Глюкоза , самый распространенный углевод в организме человека, имеет шесть атомов углерода, двенадцать атомов водорода и шесть атомов кислорода. Химическая формула глюкозы записывается как C 6 H 12 O 6 . Синонимом термина «углевод» является греческое слово «сахарид», что означает сахар. Углеводы в целом подразделяются на , две подгруппы , простые, («быстро высвобождающие») и сложные, («медленно высвобождающие»). Простые углеводы подразделяются на моносахариды и дисахариды.Сложные углеводы — это длинные цепи моносахаридов.
Рисунок 4.1 Схема классификации углеводов
Углеводы делятся на подгруппы простых и сложных углеводов. Эти подгруппы делятся на моно-, ди- и полисахариды.
Простые / быстро высвобождающиеся углеводы
Простые углеводы также известны более просто как «сахара» и делятся на моносахариды или дисахариды. Моносахариды включают глюкозу , фруктозу и галактозу , а дисахариды включают лактозу , мальтозу и сахарозу .
Простые углеводы стимулируют сладость вкусовых ощущений, которые являются наиболее чувствительными из всех вкусовых ощущений. Даже очень низкие концентрации сахара в пище будут стимулировать ощущение сладкого вкуса. Сладость варьируется в зависимости от типа углеводов — некоторые из них намного слаще других. Фруктоза — это самый сладкий из натуральных сахаров.
Моносахариды
Для всех организмов, от бактерий до растений и животных, глюкоза является предпочтительным источником топлива.Мозг полностью зависит от глюкозы как источника энергии (за исключением крайнего голодания). Моносахарид , галактоза отличается от глюкозы только тем, что гидроксильная (-ОН) группа обращена в другом направлении на четвертом атоме углерода (Рисунок 4.2 «Структуры трех наиболее распространенных моносахаридов: глюкозы, галактозы и фруктозы»). Это небольшое структурное изменение приводит к тому, что галактоза становится менее стабильной, чем глюкоза. В результате печень быстро превращает ее в глюкозу.Большая часть поглощенной галактозы используется для производства энергии в клетках после ее преобразования в глюкозу. (Галактоза — один из двух простых сахаров, которые связаны вместе, чтобы образовать сахар, содержащийся в молоке. Позже он высвобождается в процессе пищеварения.)
Фруктоза также имеет ту же химическую формулу, что и глюкоза, но отличается по своей химической структуре, поскольку кольцевая структура содержит только пять атомов углерода, а не шесть. Фруктоза, в отличие от глюкозы, не является источником энергии для других клеток организма.Фруктоза, в основном содержащаяся во фруктах, меде и сахарном тростнике, является одним из наиболее распространенных моносахаридов в природе. Он также содержится в безалкогольных напитках, злаках и других продуктах, подслащенных кукурузным сиропом с высоким содержанием фруктозы.
Рис. 4.2. Структуры трех наиболее распространенных моносахаридов: глюкозы, галактозы и фруктозы
Кружки указывают на структурные различия между тремя.
Пентозы — менее распространенные моносахариды, которые имеют только пять атомов углерода, а не шесть.Пентозы изобилуют нуклеиновыми кислотами РНК и ДНК, а также являются компонентами клетчатки.
Наконец, есть сахарных спиртов , которые являются производными моносахаридов, синтезируемыми промышленным способом. Некоторыми примерами сахарных спиртов являются сорбитол , ксилит и глицерин . (Ксилит похож по сладости на столовый сахар). Сахарные спирты часто используются вместо столового сахара для подслащивания продуктов, поскольку они не полностью перевариваются и всасываются, а потому менее калорийны.Бактерии во рту противостоят им, поэтому сахарный спирт не вызывает кариеса. Интересно, что ощущение «прохлады», возникающее при жевании жевательной резинки, содержащей сахарные спирты, возникает из-за их растворения во рту — химической реакции, требующей тепла изнутри рта.
Дисахариды
Дисахариды состоят из пар двух моносахаридов, связанных вместе. Дисахариды включают сахарозу , лактозу и мальтозу .Все дисахариды содержат по крайней мере одну молекулу глюкозы .
Сахароза , которая содержит молекулы глюкозы и фруктозы, также известна как столовый сахар. Сахароза также содержится во многих фруктах и овощах, а в высоких концентрациях — в сахарной свекле и сахарном тростнике, которые используются для производства столового сахара. Лактоза , широко известный как молочный сахар, состоит из одной единицы глюкозы и одной единицы галактозы. Лактоза преобладает в молочных продуктах, таких как молоко, йогурт и сыр. Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы, связанных вместе. Это обычный продукт распада растительного крахмала и редко встречается в пищевых продуктах в виде дисахарида.
Рисунок 4.3. Наиболее распространенные дисахариды
Изображение Эллисон Калабрезе / CC BY 4.0
Сложные / медленно высвобождающиеся углеводы
Сложные углеводы — это полисахаридов , длинные цепи моносахаридов, которые могут быть разветвленными или неразветвленными.Выделяют две основные группы полисахаридов: крахмалов и волокон .
Крахмалы
Молекулы крахмала в изобилии содержатся в зерновых, бобовых и корнеплодах, таких как картофель. Амилоза , растительный крахмал, представляет собой линейную цепь, содержащую сотни единиц глюкозы. Амилопектин , другой растительный крахмал, представляет собой разветвленную цепь, содержащую тысячи единиц глюкозы. Эти большие молекулы крахмала образуют кристаллы и являются молекулами, запасающими энергию растений.Эти две молекулы крахмала (амилоза и амилопектин) содержатся вместе в пищевых продуктах, но меньшая молекула, амилоза, менее распространена. Употребление в пищу сырых продуктов, содержащих крахмал, дает очень мало энергии, так как пищеварительная система с трудом расщепляет их. Приготовление пищи разрушает кристаллическую структуру крахмалов, что значительно облегчает их разложение в организме человека. Крахмалы, которые остаются нетронутыми в процессе пищеварения, называются устойчивыми крахмалом. Бактерии в кишечнике могут разрушить некоторые из них и могут принести пользу здоровью желудочно-кишечного тракта.Изолированные и модифицированные крахмалы широко используются в пищевой промышленности и при приготовлении пищи в качестве загустителей пищевых продуктов.
Люди и животные накапливают энергию глюкозы из крахмалов в форме очень большой молекулы, гликогена. У него много ответвлений, которые позволяют ему быстро разрушаться, когда клеткам тела требуется энергия. Он преимущественно содержится в печени и мышечной ткани животных.
Рисунок 4.4 Структуры растительных крахмалов и гликогена
Пищевые волокна
Пищевые волокна — это полисахаридов , сильно разветвленных разветвленных и сшитых .Некоторые пищевые волокна включают пектин , камеди , целлюлозу , гемицеллюлозу и лигнин . Лигнин, однако, не состоит из углеводных единиц. Люди не производят ферментов , которые могут расщеплять пищевые волокна; однако бактерии в толстом кишечнике (толстой кишке) делают это. Пищевые волокна очень полезны для нашего здоровья. Консультативный комитет по диетическим рекомендациям заявляет, что существует достаточно научных данных, подтверждающих, что диета с высоким содержанием клетчатки снижает риск ожирения и диабета, которые являются основными факторами риска сердечно-сосудистых заболеваний. [2]
Пищевые волокна подразделяются на водорастворимые или нерастворимые . Некоторыми примерами растворимых волокон являются инулин, пектин и гуаровая камедь, они содержатся в горохе, бобах, овсе, ячмене и ржи. Целлюлоза и лигнин представляют собой нерастворимые волокна, и некоторые диетические источники их — цельнозерновые продукты, лен, цветная капуста и авокадо. Целлюлоза — это самая распространенная в растениях клетчатка, которая составляет клеточные стенки и обеспечивает структуру. Растворимые волокна более доступны для бактериальных ферментов в толстой кишке, поэтому они могут расщепляться в большей степени, чем нерастворимые волокна, но даже происходит некоторое расщепление целлюлозы и других нерастворимых волокон.
Последний класс волокна — функциональное волокно . Функциональные волокна добавляются в пищевые продукты, и было показано, что они полезны для здоровья человека. Функциональные волокна могут быть извлечены из растений и очищены или произведены синтетически. Примером функционального волокна является шелуха семян подорожника . Научные исследования показывают, что употребление шелухи семян подорожника снижает уровень холестерина в крови, и это утверждение о пользе для здоровья было одобрено FDA. Общее потребление пищевых волокон — это сумма потребленных пищевых волокон и функциональных волокон.
Рисунок 4.5 Пищевые волокна
Изображение Эллисон Калабрезе / CC BY 4.0
Переваривание и усвоение углеводов
Ото рта к желудку
Механическое и химическое переваривание углеводов начинается во рту. Жевание, также известное как пережевывание, измельчает углеводную пищу на все более мелкие кусочки. Слюнные железы в полости рта выделяют слюну, которая покрывает частицы пищи. Слюна содержит фермент , амилазу .Этот фермент разрывает связи между мономерными сахарными звеньями дисахаридов, олигосахаридов и крахмалов. Амилаза слюны расщепляет амилозу и амилопектин на более мелкие цепи глюкозы, называемые декстринами и мальтозой . Повышенная концентрация мальтозы во рту в результате механического и химического разложения крахмала в цельнозерновых продуктах усиливает их сладость. Только около пяти процентов крахмала расщепляется во рту. (Это хорошо, так как большее количество глюкозы во рту приведет к еще большему разложению зубов.) Когда углеводы попадают в желудок, никакого дальнейшего химического разложения не происходит, потому что фермент амилаза не действует в кислых условиях желудка. Но механическое разрушение продолжается — сильные перистальтические сокращения желудка смешивают углеводы в более однородную смесь химуса.
Рисунок 4.6 Слюнные железы во рту
Слюнные железы выделяют слюнную амилазу, которая начинает химический распад углеводов, разрывая связи между мономерными сахарными единицами.
От желудка до тонкого кишечника
Химус постепенно выводится в верхнюю часть тонкой кишки. При попадании химуса в тонкий кишечник поджелудочная железа выделяет панкреатического сока через проток. Этот панкреатический сок содержит фермент панкреатическая амилаза , который снова запускает расщепление декстринов на более короткие и более короткие углеводные цепи. Кроме того, ферменты секретируются клетками кишечника, выстилающими ворсинки.Эти ферменты, известные под общим названием дисахаридаза , представляют собой сахарозу, мальтазу и лактазу. Сахараза расщепляет сахарозу на молекулы глюкозы и фруктозы. Мальтаза разрывает связь между двумя глюкозными единицами мальтозы, а лактаза разрывает связь между галактозой и глюкозой. После того, как углеводы химически расщепляются на отдельные сахарные единицы, они переносятся внутрь кишечных клеток.
Когда людям не хватает фермента , лактазы , лактоза не расщепляется в достаточной степени (до галактозы и глюкозы), что приводит к состоянию, называемому непереносимостью лактозы .Непереваренная лактоза перемещается в толстый кишечник, где бактерии могут ее переваривать. Бактериальное переваривание лактозы производит газы, приводящие к симптомам диареи, вздутия живота и спазмов в животе. Непереносимость лактозы обычно возникает у взрослых и связана с расой. Люди неевропейского происхождения, особенно азиаты, гораздо чаще страдают непереносимостью лактозы, а люди североевропейского происхождения — меньше всего. Большинство людей с непереносимостью лактозы могут переносить некоторое количество молочных продуктов в своем рационе.Выраженность симптомов зависит от количества потребляемой лактозы и степени лактазной недостаточности.
Поглощение: переход к кровотоку
Клетки тонкого кишечника имеют мембраны, которые содержат много транспортных белков, чтобы доставить моносахариды и другие питательные вещества в кровь, где они могут быть распределены по остальному телу. Первым органом, получающим глюкозу, фруктозу и галактозу, является печень. Печень забирает их и превращает галактозу в глюкозу, расщепляет фруктозу на еще более мелкие углеродсодержащие единицы и либо хранит глюкозу в виде гликогена, либо экспортирует ее обратно в кровь.Сколько глюкозы печень экспортирует в кровь, находится под гормональным контролем, и вскоре вы обнаружите, что даже сама глюкоза регулирует ее концентрацию в крови.
Рисунок 4.7 Переваривание углеводов
Переваривание углеводов начинается во рту и наиболее обширно в тонком кишечнике. Полученные моносахариды всасываются в кровоток и транспортируются в печень.
Поддержание уровня глюкозы в крови: поджелудочная железа и печень
Уровень глюкозы в крови строго контролируется, так как слишком много или слишком мало глюкозы в крови может иметь последствия для здоровья.Глюкоза регулирует свой уровень в крови посредством процесса, называемого отрицательной обратной связью. Организм определяет уровень глюкозы в крови и поддерживает «температуру» глюкозы в заданном диапазоне. Термостат глюкозы расположен внутри клеток поджелудочной железы . После приема пищи, содержащей углеводы, уровень глюкозы в крови повышается.
Инсулин-секретирующие клетки поджелудочной железы ощущают повышение уровня глюкозы в крови и выделяют гормон инсулин в кровь. Инсулин посылает сигнал клеткам тела , чтобы удалить глюкозу из крови , транспортируя ее в клетки различных органов по всему телу и используя ее для производства энергии.В случае мышечной ткани и печени инсулин отправляет биологическое сообщение в , где хранится глюкоза , как гликоген . Присутствие инсулина в крови означает для организма, что глюкоза доступна в качестве топлива. Поскольку глюкоза транспортируется в клетки по всему телу, уровень глюкозы в крови снижается. Инсулин имеет противоположный гормон, называемый глюкагон . Клетки поджелудочной железы, секретирующие глюкагон, чувствуют падение уровня глюкозы и в ответ высвобождают глюкагон в кровь.Глюкагон связывается с клетками организма, чтобы перестать использовать всю глюкозу. В частности, он сигнализирует печени о расщеплении гликогена и высвобождении накопленной глюкозы в кровь, чтобы уровень глюкозы оставался в пределах целевого диапазона, а все клетки получали необходимое топливо для правильного функционирования.
Рисунок 4.8 Регулирование глюкозы
Изображение Эллисон Калабрезе / CC BY 4.0
Остаточные углеводы: толстый кишечник
Почти все углеводы, за исключением пищевых волокон и резистентных крахмалов, эффективно перевариваются и усваиваются организмом.Некоторые из оставшихся неперевариваемых углеводов расщепляются ферментами, выделяемыми бактериями в толстом кишечнике. Продуктами бактериального переваривания этих медленно высвобождающихся углеводов являются короткоцепочечных жирных кислот и около газов . Короткоцепочечные жирные кислоты используются бактериями для выработки энергии и роста, выводятся с калом или абсорбируются клетками толстой кишки, при этом небольшое количество транспортируется в печень. Клетки толстой кишки используют короткоцепочечные жирные кислоты для поддержки некоторых из своих функций.Печень также может метаболизировать короткоцепочечные жирные кислоты в клеточную энергию. Выход энергии из пищевых волокон составляет около 2 килокалорий на грамм для человека, но сильно зависит от типа волокна, при этом растворимые волокна и устойчивые крахмалы дают больше энергии, чем нерастворимые волокна. Поскольку пищевые волокна перевариваются в желудочно-кишечном тракте намного меньше, чем другие типы углеводов (простые сахара, много крахмалов), повышение уровня глюкозы в крови после их употребления в пищу происходит меньше и медленнее.Эти физиологические свойства продуктов с высоким содержанием клетчатки (например, цельнозерновые) связаны с уменьшением набора веса и снижением риска хронических заболеваний, таких как диабет 2 типа и сердечно-сосудистые заболевания.
Рисунок 4.9 Обзор переваривания углеводов
Изображение Эллисон Калабрезе / CC BY 4.0
Типичная или среднестатистическая западная диета содержит продукты с высоким содержанием углеводов, большинство из которых представляют собой простые сахара и крахмалы.Эти виды углеводной пищи быстро перевариваются и усваиваются. Уровень глюкозы в крови быстро повышается, вызывая скачок уровня инсулина на на . Напротив, продукты, содержащие большое количество клетчатки, похожи на капсулы с замедленным высвобождением сахара. Измерение влияния углеводсодержащей пищи на уровень глюкозы в крови называется гликемическим ответом .
Гликемический индекс
Были измерены гликемические реакции различных пищевых продуктов, а затем они были ранжированы по сравнению с эталонным продуктом, обычно ломтиком белого хлеба или просто чистой глюкозой, для получения числового значения, называемого гликемическим индексом (ГИ) .Продукты с низким ГИ не повышают уровень глюкозы в крови ни так сильно, ни так быстро, как продукты с более высоким ГИ. В эпидемиологических и клинических испытаниях было показано, что диета, состоящая из продуктов с низким ГИ, увеличивает потерю веса и снижает риск ожирения, диабета 2 типа и сердечно-сосудистых заболеваний.
Таблица 4.1 Гликемический индекс: продукты питания в сравнении с глюкозой
| Продукты питания | GI Значение |
| Продукты с низким ГИ (<55) | |
| Яблоко, сырое | 36 |
| Апельсин сырой | 43 |
| Банан, сырой | 51 |
| Манго, сырое | 51 |
| Морковь вареная | 39 |
| Таро вареное | 53 |
| Тортилья кукурузная | 46 |
| Спагетти (цельнозерновой) | 37 |
| Печеные бобы | 48 |
| Соевое молоко | 34 |
| Обезжиренное молоко | 37 |
| Цельное молоко | 39 |
| Йогурт фруктовый | 41 |
| Йогурт простой | 14 |
| Мороженое | 51 |
| Продукты со средним гликемическим индексом (56–69) | |
| Ананас сырой | 59 |
| Дыня | 65 |
| Картофельное пюре | 70 |
| Цельнозерновой хлеб | 69 |
| Коричневый рис | 55 |
| Сырная пицца | 60 |
| Батат отварной | 63 |
| Макароны с сыром | 64 |
| Попкорн | 65 |
| Продукты с высоким ГИ (70 и выше) | |
| Банан (перезрелый) | 82 |
| Кукурузные чипсы | 72 |
| Крендели | 83 |
| Белый хлеб | 70 |
| Рис белый | 72 |
| Бублик | 72 |
| Рисовое молоко | 86 |
| Cheerios | 74 |
| Отруби с изюмом | 73 |
| Фруктовый рулет | 99 |
| Gatorade | 78 |
Тип углеводов в пище влияет на ГИ, а также на содержание жира и клетчатки. Повышенное содержание жира и клетчатки в пище увеличивает время, необходимое для пищеварения. и замедляет скорость опорожнения желудка в тонкий кишечник, что в конечном итоге снижает ГИ. Обработка и приготовление пищи также влияет на ГИ продуктов, повышая их усвояемость. Достижения в технологиях обработки пищевых продуктов и высокий потребительский спрос на удобные полуфабрикаты в Соединенных Штатах создали продукты, которые перевариваются и усваиваются быстрее, независимо от содержания клетчатки.Современные хлопья для завтрака, хлеб, макаронные изделия и многие полуфабрикаты имеют высокий ГИ. Напротив, у большинства сырых продуктов ГИ ниже. (Однако чем более созрел фрукт или овощ, тем выше его ГИ.)
ГИ может использоваться в качестве руководства для выбора более здоровых углеводов, но имеет некоторые ограничения. Во-первых, GI не учитывает количество углеводов в порции пищи, только тип углеводов. Другой заключается в том, что сочетание продуктов с низким и высоким ГИ меняет ГИ для еды.Кроме того, некоторые продукты, богатые питательными веществами, имеют более высокий ГИ, чем менее питательные продукты. (Например, у овсяных хлопьев ГИ выше, чем у шоколада, потому что содержание жира в шоколаде выше.) Наконец, мясо и жиры не имеют ГИ, поскольку они не содержат углеводов.
Функции углеводов в организме
В организме человека есть пять основных функций углеводов. Это производство энергии , накопление энергии , создание макромолекул , сохранение белка и помощь в метаболизме липидов.
Производство энергии
Основная роль углеводов — снабжать энергией все клетки тела. Многие клетки предпочитают глюкозу в качестве источника энергии по сравнению с другими соединениями, такими как жирные кислоты. Некоторые клетки, такие как красные кровяные тельца, способны производить клеточную энергию только из глюкозы. Мозг также очень чувствителен к низкому уровню глюкозы в крови, потому что он использует только глюкозу для выработки энергии и функционирования (если только он не находится в условиях крайнего голодания). Около 70 процентов глюкозы, поступающей в организм в результате пищеварения, перераспределяется (печенью) обратно в кровь для использования другими тканями.Клетки, которым требуется энергия, удаляют глюкозу из крови с помощью транспортного белка в своих мембранах. энергия глюкозы происходит от химических связей между атомами углерода. Энергия солнечного света требовалась для образования этих высокоэнергетических связей в процессе фотосинтеза . Клетки в нашем теле разрывают этих связей, а захватывают энергии для клеточного дыхания. Клеточное дыхание — это в основном контролируемое сжигание глюкозы по сравнению с неконтролируемым сжиганием.Клетка использует множество химических реакций на нескольких ферментативных этапах, чтобы замедлить высвобождение энергии (без взрыва) и более эффективно улавливать энергию, удерживаемую в химических связях в глюкозе.
Первая стадия распада глюкозы называется гликолизом . Гликолиз, или расщепление глюкозы, происходит в сложной серии из десяти стадий ферментативных реакций. Второй этап распада глюкозы происходит в органеллах энергетической фабрики, называемых митохондриями. Один атом углерода и два атома кислорода удаляются, что дает больше энергии.Энергия этих углеродных связей переносится в другую область митохондрий, делая клеточную энергию доступной в той форме, которую клетки могут использовать.
Рисунок 4.10 Клеточное дыхание
Клеточное дыхание — это процесс извлечения энергии из глюкозы.
Накопитель энергии
Если организм уже имеет достаточно энергии для поддержки своих функций, избыток глюкозы хранится в виде гликогена (большая часть которого хранится в мышцах и печени ).Молекула гликогена может содержать более пятидесяти тысяч отдельных единиц глюкозы и сильно разветвлена, что обеспечивает быстрое распространение глюкозы, когда она необходима для выработки клеточной энергии.
Количество гликогена в организме в любой момент времени эквивалентно примерно 4000 килокалорий — 3000 в мышечной ткани и 1000 в печени. Продолжительное использование мышц (например, упражнения более нескольких часов) может истощить запас энергии гликогена. Помните, что это называется «удар о стену» или «удар» и характеризуется утомляемостью и снижением производительности при выполнении упражнений.Ослабление мышц наступает потому, что для преобразования химической энергии жирных кислот и белков в полезную энергию требуется больше времени, чем для глюкозы. После продолжительных упражнений гликоген уходит, и мышцы должны больше полагаться на липиды и белки как на источник энергии. Спортсмены могут умеренно увеличить запас гликогена, снизив интенсивность тренировок и увеличив потребление углеводов до 60-70 процентов от общего количества калорий за три-пять дней до соревнований. Людям, которые не занимаются жесткими тренировками и предпочитают пробегать 5-километровый забег ради развлечения, не нужно есть большую тарелку макарон перед гонкой, поскольку без длительных интенсивных тренировок не произойдет адаптации повышенного гликогена в мышцах.
Печень, как и мышца, может накапливать энергию глюкозы в виде гликогена, но в отличие от мышечной ткани она жертвует накопленную энергию глюкозы другим тканям организма, когда уровень глюкозы в крови низкий. Примерно четверть общего содержания гликогена в организме находится в печени (что эквивалентно примерно четырехчасовому запасу глюкозы), но это сильно зависит от уровня активности. Печень использует этот запас гликогена как способ поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи.Когда запасы гликогена в печени истощены, глюкоза образуется из аминокислот , полученных в результате разрушения белков для поддержания метаболического гомеостаза.
Строительные макромолекулы
Хотя большая часть поглощенной глюкозы используется для производства энергии, некоторая часть глюкозы превращается в рибозу и дезоксирибозу , которые являются важными строительными блоками важных макромолекул, таких как РНК , ДНК и АТФ .Глюкоза дополнительно используется для образования молекулы НАДФН , который важен для защиты от окислительного стресса и используется во многих других химических реакциях в организме. Если вся энергия, способность накапливать гликоген и потребности организма в наращивании удовлетворяются, избыток глюкозы может быть использован для производства жира. Вот почему диета с высоким содержанием углеводов и калорий может прибавить лишний вес.
Рисунок 4.11 Химическая структура дезоксирибозы
Дезоксирибоза из молекулы сахара используется для построения основы ДНК.Изображение rozeta / CC BY-SA 3.0
Рисунок 4.12 Двухцепочечная ДНК
Изображение Forluvoft / Public Domain
Экономный белок
В ситуации, когда недостаточно глюкозы для удовлетворения потребностей организма, глюкоза синтезируется из аминокислот. Поскольку молекулы для хранения аминокислот отсутствуют, этот процесс требует разрушения белков, в первую очередь из мышечной ткани. Наличие достаточного количества глюкозы в основном предохраняет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.
Липидный метаболизм
По мере повышения уровня глюкозы в крови использование липидов в качестве источника энергии подавляется. Таким образом, глюкоза дополнительно «сберегает жир». Это связано с тем, что повышение уровня глюкозы в крови стимулирует высвобождение гормона инсулина, который говорит клеткам использовать глюкозу (вместо липидов) для производства энергии. Достаточный уровень глюкозы в крови также предотвращает развитие кетоза . Кетоз — это нарушение обмена веществ, возникающее в результате повышения содержания кетоновых тел в крови.Кетоновые тела — это альтернативный источник энергии, который клетки могут использовать при недостаточном поступлении глюкозы, например, во время голодания. Кетоновые тела кислые, и высокие уровни в крови могут привести к тому, что она станет слишком кислой. Это редко встречается у здоровых взрослых, но может возникать у алкоголиков, людей, страдающих от недоедания, и у людей с неконтролируемым диабетом. Минимальное количество углеводов в рационе, необходимое для подавления кетоза у взрослых, составляет 50 граммов в день.
Углеводы имеют решающее значение для поддержки самой основной функции жизни — производства энергии.Без энергии не происходит ни один из других жизненных процессов. Хотя наш организм может синтезировать глюкозу, это происходит за счет разрушения белка. Однако, как и все питательные вещества, углеводы следует потреблять в умеренных количествах, поскольку их слишком много или слишком мало в рационе может привести к проблемам со здоровьем.
Последствия для здоровья и преимущества высокоуглеводных диет
Может ли Америка обвинять свою эпидемию ожирения в повышенном потреблении добавленного сахара и очищенного зерна? Это горячо обсуждаемая тема как в научном сообществе, так и в широкой общественности.В этом разделе представлен краткий обзор научных данных.
Добавленные сахара
Рисунок 4.13. Потребление сахара (в чайных ложках) из различных источников
Совет по пищевым продуктам и питанию Института медицины (IOM) определяет добавленных сахаров как «сахара и сиропы, которые добавляются в пищевые продукты во время обработки или приготовления». МОМ продолжает: «Основные источники добавленного сахара включают безалкогольные напитки, спортивные напитки, торты, печенье, пироги, фруктовые пунши, фруктовые пунши, молочные десерты и конфеты.«Обработанные продукты, даже обеды, которые можно приготовить в микроволновой печи, также содержат добавленный сахар. Добавленные сахара не включают сахара, которые естественным образом встречаются в цельных продуктах (например, в яблоках), но включают натуральные сахара, такие как коричневый сахар, кукурузный сироп, декстрозу, фруктозу, концентраты фруктового сока, кленовый сироп, сахарозу и сахар-сырец, которые являются затем добавлены для создания других продуктов (например, печенья). Результаты опроса 42 тысяч американцев показывают, что в 2008 году среднее потребление добавленных сахаров составляло 15 процентов от общего количества калорий, что меньше 18 процентов от общего количества калорий в 2000 году.
Это все еще выше рекомендуемой нормы, составляющей менее 10 процентов от общего количества калорий. Министерство сельского хозяйства США (USDA) сообщает, что потребление сахара в рационе американцев в 2008 г. составляло в среднем 28 чайных ложек в день (Рисунок 4.13 «Потребление сахара (в чайных ложках) из различных источников»).
Ожирение, диабет и болезни сердца и их гипотетическая связь с чрезмерным потреблением сахара и рафинированных углеводов
Чтобы понять масштаб проблемы со здоровьем в Соединенных Штатах, примите во внимание, что в Соединенных Штатах примерно 130 миллионов взрослых имеют избыточный вес , а 30 процентов из них считаются страдающими ожирением .Эпидемия ожирения охватила молодых людей и детей и существенно повлияет на распространенность серьезных последствий для здоровья во взрослом возрасте. Последствия для здоровья, связанные с избыточным весом или ожирением, включают диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания, артрит, депрессию и некоторые виды рака. Увлечение сладкой пищей и рафинированными зернами, вероятно, способствует увеличению доли людей с избыточным весом или ожирением в этой стране, как и потребление высококалорийных продуктов , содержащих слишком много насыщенных жиров, и малоподвижный образ жизни . большинства американцев.Существует много разногласий по поводу того, увеличивают ли высокоуглеводные диеты прибавку в весе и риск заболеваний, особенно когда количество калорий в сравнении с сравниваемыми диетами незначительно. Многие научные исследования демонстрируют положительную корреляцию между диетами с высоким содержанием добавленных сахаров, увеличением веса и риском заболеваний, но некоторые другие не показывают значительной взаимосвязи. Что касается очищенных зерен, нет исследований, показывающих, что потребление очищенных зерен увеличивает прибавку в весе или риск заболеваний. Однако ясно то, что получение большего количества углеводов из пищевых источников, содержащих цельнозерновые, а не очищенные, стимулирует потерю веса и снижает риск заболеваний.
Основным источником добавленных сахаров в рационе западных людей являются безалкогольных напитков . Существуют последовательные научные доказательства того, что употребление сладких безалкогольных напитков увеличивает набор веса и риск заболеваний. Анализ более тридцати исследований, опубликованных в Американском журнале клинического питания, показал, что существует множество доказательств того, что более высокое потребление сахаросодержащих напитков связано с увеличением веса и ожирением. Исследование Гарвардской школы общественного здравоохранения связывает потребление сладких безалкогольных напитков с повышенным риском сердечных заболеваний.
В то время как споры о сахаре, рафинированном зерне и весе продолжаются, результаты всех этих исследований побудили некоторые организации общественного здравоохранения, такие как Американская кардиологическая ассоциация (AHA), рекомендовать даже более низкое потребление сахара в день (менее 9 чайных ложек в день). день для мужчин и менее 6 чайных ложек для женщин), чем считалось ранее приемлемым. После своей научной конференции 2010 года по добавленным сахарам AHA представила следующие соответствующие диетические рекомендации:
- Во-первых, узнайте общее количество калорий, которое вы должны съедать каждый день.
- Придерживайтесь в целом здоровой диеты и получайте как можно больше питательных веществ для калорий, используя продукты с высоким содержанием добавленных сахаров в качестве дополнительных калорий (оставшихся после получения всех рекомендуемых питательных веществ, вычтенных из использованных калорий).
- Снизьте потребление сахара, особенно когда сахар в пище не связан с положительными питательными веществами, например, в сладких напитках, конфетах, пирожных и печеньях.
- Сосредоточьтесь на калориях в определенных категориях продуктов питания, таких как напитки и кондитерские изделия, и поощряйте потребление положительных питательных веществ и продуктов, таких как злаки и обезжиренные или обезжиренные молочные продукты.
Самый известный сахар
До кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы (HFCS) продавался как лучший подсластитель для пищевых продуктов и напитков, сахароза (столовый сахар) была подсластителем номер один в Америке. (Напомним, сахароза, или столовый сахар, представляет собой дисахарид, состоящий из одной единицы глюкозы и одной единицы фруктозы.) HFCS также содержит простые сахара — фруктозу и глюкозу, но с фруктозой в несколько более высокой концентрации. При производстве HFCS кукурузного крахмала расщепляется до глюкозы , а затем некоторая часть глюкозы превращается в фруктозу . Фруктоза слаще глюкозы ; поэтому многие производители продуктов питания предпочитают подслащивать продукты с помощью HFCS. HFCS используется в качестве подсластителя для газированных напитков, приправ, злаков и множества других обработанных пищевых продуктов.
Некоторые ученые, работники общественного здравоохранения и медицинские работники считают, что фруктоза является причиной эпидемии ожирения и связанных с ней последствий для здоровья. Большинство их доказательств основано на наблюдении, что с начала 1970-х годов число американцев с избыточным весом или ожирением резко увеличилось, как и потребление продуктов, содержащих HFCS.Однако, как уже говорилось, изменилось и потребление добавленных сахаров в целом. Исследования на животных, которые питают противников фруктозы, показывают, что фруктоза не используется для выработки энергии в организме; вместо этого он в основном превращается в жир в печени, потенциально способствуя инсулинорезистентности и развитию диабета 2 типа. Кроме того, фруктоза не стимулирует высвобождение определенных гормонов, подавляющих аппетит, таких как инсулин, в отличие от глюкозы. Таким образом, диета с высоким содержанием фруктозы может потенциально стимулировать отложение жира и увеличение веса.
В исследованиях на людях чрезмерное потребление фруктозы иногда было связано с увеличением веса, но результаты неоднозначны. Умеренное потребление фруктозы совершенно не связано с увеличением веса. Более того, другие исследования показывают, что некоторое количество фруктозы в рационе действительно улучшает метаболизм глюкозы, особенно у людей с диабетом 2 типа.
На самом деле, людям, страдающим диабетом, когда-то советовали использовать фруктозу в качестве подсластителя, альтернативного столовому сахару. В целом, нет убедительных доказательств того, что умеренное потребление фруктозы способствует увеличению веса и хроническим заболеваниям.В настоящее время нет убедительных доказательств того, что фруктоза хуже, чем любой другой добавленный сахар, в повышении риска ожирения, диабета 2 типа и сердечно-сосудистых заболеваний.
Влияют ли низкоуглеводные диеты на здоровье?
С начала 1990-х годов маркетологи низкоуглеводных диет засыпали нас идеей, что употребление меньшего количества углеводов способствует снижению веса и что эти диеты превосходят другие по своему влиянию на потерю веса и общее состояние здоровья.Самая известная из этих низкоуглеводных диет — это диета Аткинса . Другие включают диету «Южный пляж», «Зональную» и «Земную» диету. Несмотря на заявления, которые делают эти диеты, существует мало научных доказательств того, что низкоуглеводные диеты значительно лучше других диет способствуют долгосрочной потере веса . Исследование, опубликованное в The Nutritional Journal, пришло к выводу, что все диеты (независимо от содержания углеводов, жиров и белков), включающие режим упражнений, значительно снижают вес и окружность талии у полных женщин.
Некоторые исследования действительно предоставляют доказательства того, что по сравнению с другими диетами низкоуглеводные диеты улучшают уровень инсулина и другие факторы риска диабета 2 типа и сердечно-сосудистых заболеваний. Общий научный консенсус заключается в том, что потребление на калорий меньше при сбалансированной диете будет способствовать укреплению здоровья и стимулировать потерю веса, со значительно лучшими результатами, достигаемыми в сочетании с регулярными упражнениями .
Польза цельнозерновых продуктов для здоровья в рационе
В то время как чрезмерное потребление простых углеводов потенциально вредно для вашего здоровья, потребление более сложных углеводов чрезвычайно полезно для здоровья.Существует множество научных данных, подтверждающих, что замена очищенных зерен цельнозерновыми снижает риск ожирения, диабета 2 типа и сердечно-сосудистых заболеваний. Цельнозерновые продукты являются отличными диетическими источниками клетчатки, витаминов, минералов, полезных жиров и огромного количества полезных растительных химикатов, которые способствуют влиянию цельнозерновых продуктов на здоровье. Употребление еды с высоким содержанием клетчатки по сравнению с едой с низким содержанием клетчатки (см. Рисунок 4.14 «Роль клетчатки в переваривании и абсорбции углеводов») может значительно замедлить процесс абсорбции, тем самым влияя на уровень глюкозы в крови.Американцы обычно не потребляют рекомендуемое количество цельного зерна, которое составляет 50 или более процентов от цельного зерна.
Рисунок 4.14. Роль волокон в переваривании и абсорбции углеводов
Изображение Эллисон Калабрезе / CC BY 4.0
Диеты с высоким содержанием цельного зерна неоднократно демонстрировали снижение веса. Большая группа исследований подтверждает, что употребление более двух порций цельнозерновых продуктов в день снижает шансы заболеть диабетом 2 типа на 21 процент.Исследование здоровья медсестер показало, что женщины, которые ежедневно потребляли две-три порции цельнозерновых продуктов, на 30 процентов реже страдали сердечным приступом.
AHA делает следующие утверждения о цельнозерновых:
- «Пищевые волокна из цельного зерна, как часть общей здоровой диеты, помогают снизить уровень холестерина в крови и могут снизить риск сердечных заболеваний».
- «Пищевые продукты, содержащие клетчатку, такие как цельнозерновые, помогают обеспечить чувство сытости с меньшим количеством калорий и могут помочь в регулировании веса.”
Рисунок 4.15 Статистика потребления зерна в Америке
Источник: Служба экономических исследований. http://www.ers.usda.gov/data-products/commodity-consuming-by-population-characteristics/documentation.aspx.
|
|
Углеводы — обзор | ScienceDirect Topics
В росте побегов используются запасы углеводов и текущий фотосинтат, причем пропорция каждого из них зависит от вида, генотипа, типа побега и расположения побегов на дереве.
Сила опускания многих почек на дереве сильно различается, поскольку отдельные почки могут не раскрыться, превратиться в длинные или короткие побеги, дать цветы или погибнуть (см. Главу 3 в Kozlowski and Pallardy, 1997). Почки в верхней кроне дерева более мощные и поглощают больше углеводов, чем в нижней кроне. У красной сосны многие мелкие почки на нижних ветвях не раскрываются и не разрастаются в побеги (Kozlowksi et al. , 1973).
Рост и метаболизм листьев
Углеводы используются как в поддерживающем дыхании, так и в дыхании роста листьев.Высокая частота дыхания во время раннего роста листьев коррелирует с быстрым синтезом хлорофилла, белков и протоплазмы. Потребность в дыхательной энергии снижается по мере созревания фотосинтетической системы (Dickmann, 1971).
Молодые раскидистые листья импортируют углеводы и используют их, а также свой собственный фотосинтат, в обмене веществ и росте. Скорость импорта углеводов постепенно увеличивается даже после того, как лист становится фотосинтетически активным, и достигает максимума к тому времени, когда лист расширяется на 20-30%.Транспорт углеводов в растущий лист затем постепенно замедляется, пока лист не начнет экспортировать углеводы задолго до того, как он полностью разрастется (Kozlowski, 1992). У хвои ели европейской утолщение клеточной стенки было индикатором созревания хвои и маскировало начало перехода от свойств поглощения к свойствам источника (Hampp et al. , 1994). Как у покрытосеменных, так и у голосеменных растений переход листьев от приемников углеводов к источникам связан с изменениями активности ферментов, метаболизирующих сахарозу.И инвертаза, и сахарозосинтаза (которые катализируют распад сахарозы) уменьшаются, а сахарозофосфатсинтаза (которая катализирует образование сахарозы) увеличивается (Hampp et al. , 1994).
Различные части листьев созревают в разное время. Следовательно, растущие листья часто импортируют углеводы в незрелые области лопасти, в то же время транспортируя углеводы к другим частям побега (Dickson and Isebrands, 1991). Самые простые листья сначала созревают на кончиках.Фотосинтат, образующийся в области кончиков листьев, выводится из листа через среднюю жилку и черешок. Для сравнения, у некоторых видов (например, северного красного дуба) простые листья развиваются от основания до кончика, а молодой кончик лезвия импортирует фотосинтат после того, как его транспортировка к основанию прекратилась. Созревание сложных листьев также прогрессирует от основания к кончику (Larson and Dickson, 1986). На определенных стадиях своего развития зрелые листочки транспортируют углеводы к дистальным развивающимся листочкам на том же позвоночнике, а также из листа в другие приемники углеводов.
Превращение фотосинтата в определенные химические соединения резко меняется во время развития листьев. В молодых листьях тополя более половины недавно произведенного фотосинтата было включено в белки и пигменты; только 10% было в сахаре. По мере роста листьев процент фотосинтата, который был включен в сахар, линейно увеличивался. К тому времени, когда листья достигли зрелости, более половины фотосинтата приходилось на сахарную фракцию (Dickson and Shive, 1982).
Большая часть углерода, используемого листьями для синтеза белка, образуется в результате фотосинтеза, тогда как импортная сахароза преимущественно используется для синтеза структурных углеводов. По мере того, как листья продолжают расти, пропорциональное использование углеводов из этих двух источников изменяется, при этом количество текущего фотосинтата, используемого растущими листьями, в конечном итоге значительно превышает количество, импортируемое из других источников. Помимо экспорта значительного количества углеводов, листья, достигшие максимальной площади поверхности, используют углеводы для созревания.Например, полностью распустившиеся листья северного красного дуба не только экспортировали углеводы, но также использовали их для утолщения лезвий (Dickson et al. , 1990).
Варианты использования углеводов
Как лиственные, так и вечнозеленые деревья используют накопленные углеводы, а также текущий фотосинтат для удлинения побегов. Поскольку лиственные деревья не имеют листвы, когда побеги начинают разрастаться, их рост больше зависит от запасных углеводов, чем рост вечнозеленых растений. Было подсчитано, что до двух третей углеводов, используемых в начале сезона роста побегов и цветов яблонь, поступает из резервов (Hansen, 1977).Позднее в сезон лиственные деревья используют текущий фотосинтат для роста побегов.
У видов, демонстрирующих свободный рост побегов (см. Главу 3 Kozlowski and Pallardy, 1997), таких как тополь и яблоня, листья на одном и том же побеге находятся на самых разных стадиях развития. Направление чистого перемещения углеводов от разных листьев вдоль побега изменяется по мере того, как побег удлиняется и добавляет новые листья. Очень молодые листья около верхушки побега импортируют углеводы из зрелых листьев под ними.Когда листья частично расширены, они импортируют и экспортируют углеводы, но полностью развернутые нижние листья экспортируют, но не импортируют углеводы. По мере того, как отдельный лист расширяется и над ним появляются новые листья, схема экспорта углеводов смещается с восходящей на двунаправленную и, в конечном итоге, когда она перекрывается несколькими хорошо разросшимися листьями, к преимущественно нисходящему направлению. Когда лист окончательно стареет, темпы фотосинтеза и экспорта углеводов снижаются (Larson and Gordon, 1969; Hansen, 1967b).
По мере того, как новые листья развивались у основания удлиненных побегов большезубых осин, они первоначально импортировали и использовали запасенные углеводы (Donnelly, 1974). Первые сформировавшиеся листья начали отдавать фотосинтез примерно 1 июня (рис. 3.7). Первоначально транспорт был в основном вверх к верхушке побега, но в течение 2 недель эти листья транспортировали углеводы вниз, к основному стеблю. Картина транслокации из листьев, расположенных посередине побега, была аналогичной, но эти листья продолжали экспортировать фотосинтат на кончик стебля до начала июля.Верхние, последние сформированные листья не начали экспортировать значительное количество фотосинтата до конца июля. В побеге тополя с 15 листьями верхние 5 листьев разрастались и импортировали фотосинтез, средние 5 листьев экспортировали вверх и вниз по побегу, а нижние 5 листьев переносили фотосинтат к нижнему стеблю и корням (Dickson, 1989 ). В быстрорастущих побегах винограда молодой лист сначала импортировал углеводы из нижележащих листьев. Когда он был примерно наполовину развернут, лист начал экспортировать углеводы в новые нерасширенные листья над ним (рис.3.8 и 3.9). Такой строго восходящий транспорт продолжался всего 1-2 дня. Впоследствии часть фотосинтата также переместилась вниз к плодам. Этот паттерн длился всего 2 или 3 дня, после чего транслокация была полностью нисходящей. Прежнюю функцию листа по снабжению растущими кончиками побегов теперь взяли на себя молодые листья, расположенные ближе к кончикам побегов (Hale and Weaver, 1962).
Рисунок 3.7. Сезонные изменения относительной доли 14 С-меченного фотосинтата, перемещенного на верхушку и нижнюю часть стебля с верхушек (TL), средних листьев (ML) и прикорневых листьев (BL) на побегах осины большезубых.
Из Доннелли (1974). Авторские права © 1974
Рисунок 3.8. Три стадии развития побегов винограда, показывающие основное направление транслокации фотосинтата из разных листьев.
От Хейла и Уивера. (1962). Авторское право © 1962
Рисунок 3.9. Кривые роста пяти листьев (номера 3, 5, 7, 9 и 11) винограда, показывающие дату (указанную стрелками), когда листья начали экспортировать углеводы.
Из Хейла и Уивера (1962). Авторские права © 1962
Присутствие растущих фруктов часто изменяет схему экспорта углеводов из листьев.Фрукты являются мощными поглотителями углеводов и часто монополизируют доступные углеводы даже до такой степени, что вызывают обратное перемещение с полностью вниз на двунаправленное. Когда происходит это изменение, часть фотосинтата экспортируется вверх в плоды из листьев ниже и вниз из листьев выше на ветке (см. Главу 7). И Куинлан (1965), и Хансен (1967b) показали такую картину транслокации в побегах яблони.
Хотя большинство вечнозеленых растений могут осуществлять фотосинтез в течение года, они также используют некоторые запасы углеводов, помимо текущего фотосинтата, для удлинения побегов.У сосны углеводы, хранящиеся в старой хвое и ветвях, используются для роста побегов (Kozlowski, Winget, 1964a; Kozlowski, Clausen, 1965; Clausen and Kozlowski, 1967a). Когда сеянцы красной сосны подвергались воздействию 14 CO 2 в конце августа, после прекращения годового удлинения побегов, некоторое количество меченых фотосинтатов сохранялось в веточках, стеблях и корнях. В течение следующего вегетационного периода часть углеводов, хранившихся в веточках, использовалась для удлинения побегов (Olofinboba, Kozlowski, 1973).Когда флоэма побегов красной сосны была отрезана в начале апреля сразу под конечными почками (что препятствовало движению вверх резервных углеводов в почки), почки не раскрылись и не разрослись в побеги (Kozlowski and Winget, 1964a). Значительное уменьшение сухой массы старых иголок красной сосны и бальзамической пихты по мере того, как побеги начинают удлиняться, также указывает на то, что происходит транслокация углеводов из старых игл и дополняет текущий фотосинтат, используемый во время удлинения побегов в начале сезона (Clausen and Kozlowski, 1967a). , 1970; Loach, Little, 1973).
Помимо использования некоторых накопленных углеводов для удлинения побегов в начале сезона, северные сосны также используют текущий фотосинтат, поступающий сначала из старых игл, а затем из хвои текущего года после того, как они удлиняются. В начале мая годовалые иголки красной сосны вносили большую часть своего текущего фотосинтата в расширяющиеся почки. Двух- и трехлетние иглы давали меньшее количество. Поступление текущего фотосинтата в новые побеги из трех возрастных классов старой хвои уменьшилось в конце вегетационного периода, поскольку пропорционально больше углеводов синтезировалось зрелой хвоей текущего года (Dickmann and Kozlowski, 1968).Точно так же старая хвоя сеянцев сосны восточной обеспечивала большое количество углеводов расширяющимся новым побегам. К середине июля, однако, расширенные иглы текущего года заменили старые иглы в качестве основных источников углеводов для удлинения побегов (Ursino et al. , 1968).
Количество углеводов, используемых для роста побегов, варьируется у разных видов и генотипов в соответствии с их наследственными моделями роста. Виды, демонстрирующие фиксированный рост (см. Главу 3 в Kozlowski and Pallardy, 1997), которые завершают разрастание побегов за небольшую часть безморозного сезона, обычно используют меньшее количество углеводов для роста побегов, чем виды, которые демонстрируют свободный рост или периодический приливной рост. , при этом побеги удлиняются в течение большей части лета (Kozlowski et al., 1991). Некоторые тропические сосны используют очень большое количество углеводов для роста побегов, потому что их побеги растут быстро и более или менее непрерывно в течение года (Kozlowski and Greathouse, 1970). Широкие генотипические различия в использовании углеводов для роста побегов связаны с вариациями во времени раскрытия почек, скорости роста побегов и сезонной продолжительности роста побегов (Kozlowski, 1992).
Хорошие углеводы vs. плохие углеводы: разрушая мифы
Употребление правильного количества хороших углеводов vs.плохие углеводы — ключ к оптимальному здоровью, а также к достижению и поддержанию идеального веса.
Если вам интересно, как отличить хорошие углеводы от плохих, вы не одиноки!
Часто сложно определить разницу между ними и то, сколько граммов углеводов является правильным количеством.
Больше информации о хороших и плохих углеводах — ключ к поддержанию оптимального здоровья и стройной фигуры вашей мечты.
Что такое хорошие углеводы vs.Плохие углеводы?
Хорошие и плохие углеводы — это оба типа углеводов, которые дают вам энергию и помогают вашему телу поддерживать многие функции.
Некоторые ключевые моменты, касающиеся хороших и плохих углеводов, включают:
Хорошие углеводы
Хорошие углеводы содержатся в здоровой пище, которая помимо общих углеводов богата клетчаткой, белком, витаминами или минералами.
Хорошие углеводы обычно не вызывают гигантских скачков сахара в крови с соответствующим падением уровня сахара в крови.
Вместо этого они помогают стабилизировать уровень сахара в крови, сохраняя энергию в течение более длительных периодов времени и помогая достичь или поддерживать здоровый вес.
Примеры хороших углеводов, содержащих натуральный сахар или крахмал:
- Фрукты
- Овощи некрахмалистые
- Крахмалистые овощи
- Бобовые
- Цельное зерно
- Гайки
- Семена
- Нежирное молоко
Эти продукты представляют собой цельные продукты, что означает, что они проходят минимальную обработку или не подвергаются никакой обработке.Многие из них богаты клетчаткой или белком, которые сохраняют сытость на более длительный период времени.
Исследования показывают, что увеличение клетчатки помогает похудеть, если у вас избыточный вес или ожирение. Он не полностью переваривается и не усваивается вашим организмом.
Итак, пока клетчатка наполняет вас, ваше тело выделяет ее большую часть.
Плохие углеводы
Плохие углеводы с низким содержанием необходимых питательных веществ, высоким содержанием калорий или высокой степенью переработки.
Многие из этих углеводов могут вызвать временный скачок сахара в крови с последующим падением уровня сахара в крови и чувством усталости.
Плохие углеводы обычно не так насыщают, как хорошие, потому что они содержат меньше клетчатки и могут содержать добавленный сахар.
Примеры плохих углеводов, от которых следует по возможности избегать:
- Сахар с добавлением
- Мороженое, шоколад и конфеты
- Пончики и прочие сладости
- Газированные напитки, сладкий чай и другие сладкие напитки
- Белый хлеб, белый рис и белые булочки для гамбургеров
- Хлебобулочные изделия
- Зерновые прочие очищенные
- Сахарная крупа
- Картофельные чипсы
- Картофель фри
- Йогурт с добавлением сахара
- Другие продукты, содержащие добавленный сахар
Продукты, которые часто содержат добавленный сахар или естественно богаты сахаром, включают джемы, желе, томатный соус, другие томатные продукты, сироп, патоку и мед.
Что такое простые и сложные углеводы?
Возможно, вы слышали о простых углеводах и сложных углеводах и задавались вопросом, в чем на самом деле разница между ними.
Сложные углеводы структурно различаются и перевариваются дольше.
Многие сложные углеводы входят в список «хороших углеводов», но не все.
Сложные углеводы
Крахмалы являются примерами сложных углеводов.Примеры полезных сложных углеводов:
- Сладкий картофель
- Картофель белый
- Кукуруза
- Горох зеленый, горох черноглазый и нут
- Фасоль военно-морская, фасоль пегая, черная фасоль и другая сушеная фасоль
- Чечевица и другие бобовые
- Киноа, коричневый рис, дикий рис, овсянка и цельнозерновой хлеб
- Цельнозерновые прочие виды
Многие продукты из списка хороших углеводов содержат сложные углеводы (но не все).По возможности избегайте рафинированных сложных углеводов, таких как белый хлеб и белый рис.
Простые углеводы
Простые углеводы расщепляются быстрее, чем сложные, поэтому вы должны почувствовать более быстрый прилив энергии после их употребления.
Однако энергия, которую вы получаете от простых углеводов, обычно не так продолжительна, как энергия, получаемая от сложных углеводов.
Полезные простые углеводы, которые следует учитывать, включают овощи, фрукты и натуральный сахар в молоке.
Нездоровые простые углеводы включают сладкие напитки, сладости и добавленный сахар.
Сколько углеводов мне нужно есть?
Хотя подсчет углеводов необязателен, часто бывает полезно узнать о рекомендациях по потреблению углеводов и о том, как заполнить каждую тарелку питательной, богатой углеводами пищей.
Вот несколько общих рекомендаций по потреблению углеводов для взрослых:
- Рекомендуемая суточная норма углеводов: 130 г в день
- Диапазон распределения макронутриентов Института медицины: 45-65% калорий из углеводов
- Низкоуглеводные диеты: около 20-130 граммов в день
Исследования показывают, что низкоуглеводные диеты часто более эффективны, чем другие типы диет, для быстрой потери веса в течение первых 6–12 месяцев диеты.
Национальный центр биотехнологической информации (NCBI) определяет низкоуглеводные диеты как:
- Очень низкое содержание углеводов: 20-50 граммов в день
- Низкоуглеводные: менее 130 граммов в день
- Умеренные углеводы: 26-44% калорий из углеводов
- Высокое содержание углеводов: 45% (или больше) ваших калорий из углеводов
Лучший способ снизить текущее потребление углеводов для похудания или поддержания веса — это исключить плохие углеводы из своего рациона и сосредоточиться на питательных продуктах с низким содержанием углеводов.
Какие продукты с низким содержанием углеводов?
Выбирая продукты с низким содержанием углеводов для похудения, подумайте о том, чтобы добавить в свой план питания следующее:
Продукты с высоким содержанием белка
Многие продукты с высоким содержанием белка содержат мало углеводов или даже не содержат углеводов. Примеры здоровых блюд, богатых белком:
- Курица, индейка и утка
- Оленина или нежирная органическая говядина
- Рыба
- Креветки, морской гребешок и другие морепродукты
- Творог нежирный
- Простой греческий йогурт
- Обезжиренный сыр
- Тофу
- Протеиновый порошок (без добавления сахара)
Планируя здоровое питание, старайтесь заполнять не менее 1/4 вашей тарелки питательной белковой пищей и ежедневно потреблять 2–3 порции молочных продуктов (или их эквивалентов на растительной основе).
При соблюдении низкоуглеводной диеты вместо молока выбирайте простой греческий йогурт, нежирный творог, нежирный сыр, сыворотку или казеиновый порошок.
Овощи некрахмалистые
Некрахмалистые овощи с низким содержанием углеводов, часто содержат всего 5 граммов углеводов или меньше в каждой порции на 1 чашку. Примеры таких овощей:
- Шпинат, капуста, мангольд и другая листовая зелень
- Брокколи, стручковая фасоль, спаржа и другие зеленые овощи
- Огурцы, помидоры и сладкий перец
- Грибы, лук, морковь и сельдерей
- Молодая кукуруза, цветная капуста и окра
Некрахмалистые овощи также содержат мало калорий, что делает их отличным выбором, когда вашей целью является снижение веса или здоровое управление весом.
Старайтесь заполнять около 1/2 каждой тарелки некрахмалистыми овощами во время еды.
Здоровые жиры
Продукты, богатые питательными и полезными для сердца жирами, насыщают и содержат мало углеводов.
Кетогенные диеты, которые, как показывают исследования, могут быть эффективными для похудания, в основном состоят из этих и других жиров:
- Оливковое масло
- Масло грецкого ореха
- Масло тыквенных семечек
- Масла растительные прочие
- Рыбий жир
- Авокадо
- Оливки
- Масло ореховое
- Орехи и семена
Авокадо, оливки, ореховая паста, орехи и семена действительно содержат углеводы, но в них намного меньше углеводов, чем во фруктах, крахмалистых овощах и цельнозерновых продуктах.
Хорошие углеводы против плохих: распространенные мифы
Вы, наверное, слышали противоречивую информацию, когда дело доходит до советов по углеводам, поскольку существует довольно много мифов о том, что хорошие углеводы против плохих и как их есть.
Примеры распространенных мифов об углеводах:
Миф № 1: Все простые углеводы вредны для вас
Как обсуждалось выше, не все простые углеводы классифицируются как «плохие углеводы», потому что фрукты, многие виды овощей и молоко содержат натуральный (простой) сахар, а также витамины, минералы, клетчатку или белок и другие важные питательные вещества.
Если вы не уверены в разнице между хорошими и плохими простыми углеводами, помните, что цельные продукты — это хорошие углеводы, а добавленный сахар и рафинированные продукты не так полезны для вас.
Миф № 2: углеводы вредны для похудания
Это правда, что снижение общего потребления углеводов, особенно калорий из плохих углеводов, часто бывает эффективным для похудания.
Но вашему организму по-прежнему необходимы углеводы для правильного функционирования и получения энергии, особенно во время тренировок.
По возможности выбирайте хорошие и плохие углеводы и сосредоточьтесь на белковой пище и овощах, когда вашей целью является снижение веса.
Исключите сладости, сладкие напитки и очищенные зерна, такие как белый хлеб.
Миф № 3: Весь сахар вреден
Не весь сахар вреден для вас, что важно помнить при чтении этикеток с пищевыми продуктами.
Добавленный сахар — это то, чего следует избегать, и это должно быть четко указано на этикетке.
Натуральный сахар, содержащийся в богатых клетчаткой фруктах, овощах и нежирном молоке, придает вам энергию и помогает достичь ежедневных целей в отношении углеводов без риска нежелательной прибавки в весе.
Миф № 4: Хлеб не ешьте
По возможности лучше избегать белого хлеба в пользу богатого клетчаткой цельнозернового хлеба.
Но совсем не обязательно отказываться от хлеба, чтобы оставаться здоровым и поддерживать нормальный вес!
Просто сократите потребление хлеба или выберите цельнозерновые сорта, чтобы выглядеть и чувствовать себя лучше.
Рассмотрите консервированный светлый тунец с ломтиками авокадо на цельнозерновом хлебе на обед или овощно-яичный омлет с цельнозерновыми тостами на завтрак.
Миф № 5: Углеводы необходимы для правильной работы мозга
Глюкоза, разновидность сахара, часто является предпочтительным источником топлива для вашего мозга.
Однако, если вы сокращаете потребление углеводов для похудения или здорового управления весом, это не обязательно влияет на работу мозга, потому что ваш мозг может использовать кетоны в качестве источника топлива.
Кетоны образуются в результате расщепления организмом пищевых или накопленных жиров.
Таким образом, хотя рекомендации по минимальному содержанию углеводов установлены в качестве руководства, низкоуглеводные диеты с высоким содержанием жиров (кетогенные диеты) также популярны и могут обеспечить когнитивные преимущества.
Миф № 6 Все углеводы содержат глютен
Глютен, белок, содержащийся в пшенице и продуктах из пшеницы, ржи, ячмене и тритикале, может вызывать желудочно-кишечные проблемы у людей, чувствительных к нему.
Однако не все продукты с высоким содержанием углеводов содержат глютен, включая фрукты, овощи и молоко.
Квиноа и рис также обычно безопасны, но проверьте этикетку ингредиентов на хлебе, крупах и макаронных изделиях, чтобы узнать, содержат ли эти продукты глютен.
При переработке зерна без глютена на том же предприятии, что и продукты, содержащие глютен, может произойти перекрестное загрязнение.
Миф № 7 Слишком много углеводов вызывает диабет
Если вы злоупотребляете углеводами и набираете лишний вес или страдаете ожирением, риск диабета увеличивается.То же самое и с физической неактивностью.
Однако углеводы не вызывают диабет.
Если у вас уже есть это заболевание, важно контролировать потребление углеводов и есть небольшие порции углеводов, равномерно распределенные в течение дня или в соответствии с указаниями врача или диетолога.
Употребление слишком большого количества углеводов за один раз может отрицательно повлиять на уровень сахара в крови.
Миф № 8 Общее количество углеводов наиболее важно
Углеводы не созданы равными по многим причинам, даже если они содержат одинаковое количество граммов углеводов на порцию.
Ваше тело не полностью переваривает и не поглощает клетчатку, поэтому некоторые люди вычитают граммы клетчатки из общего количества углеводов, чтобы определить чистые углеводы.
То, как продукты, богатые углеводами, влияют на уровень сахара в крови, обеспечивают сытость и способствуют общему потреблению калорий, наиболее важно для контроля веса и общего состояния здоровья.
Если продукты с высоким содержанием углеводов содержат не только углеводы, но и жир, их калорийность увеличивается.
Снижение веса с использованием хороших углеводов против плохих
Планируя здоровое питание для себя и своей семьи, важно помнить о нескольких вещах.Рассмотрите следующие стратегии здорового питания для достижения или поддержания здорового веса в дополнение к выбору хороших углеводов по сравнению с плохими.
- Заполните половину тарелки некрахмалистыми овощами, 1/4 тарелки белковой пищей и 1/4 тарелки крахмалом, богатым клетчаткой.
- Не покупайте и не храните в доме плохие углеводы.
- Пейте много воды в течение дня и перед едой. Женщины должны выпивать не менее 12 чашек жидкости в день.
- Сочетайте богатые клетчаткой крахмалы с белком и жиром во время еды.
- Уменьшите общее потребление углеводов и калорий для похудения. Сжигайте на 500-1000 калорий больше, чем вы едите ежедневно, чтобы сбросить 1-2 фунта в неделю.
- Ежедневно взвешивайтесь и отслеживайте свой прогресс с течением времени.
- Спите хотя бы 7 часов каждую ночь в прохладной темной комнате.
- Поддерживайте хорошую сеть социальной поддержки. Нанимайте друзей или членов семьи, чтобы они оставались с вами активными.
- В дополнение к регулярным упражнениям поддерживайте движение в течение всего дня.
- Присоединяйтесь к организованной программе похудания для женщин с доказанным успехом.
Проект «Подходящая мать» — это программа здорового питания и физических упражнений, специально разработанная для занятых женщин всех возрастов.
Это полезно для похудания, похудания и здорового управления весом.
Когда вы присоединяетесь к программе Fit Mother Project (FM30X), эксперты в области здравоохранения предлагают вам мотивационную поддержку, индивидуальные планы питания, тренировки по сжиганию жира и многое другое, чтобы помочь вам достичь и поддерживать свой целевой вес на всю жизнь
Начните сегодня с бесплатного запуска Fit Mom Jumpstart!
Выбор хорошего vs.плохие углеводы и внесение изменений в здоровое питание никогда не было таким простым!
Эрин Коулман — зарегистрированный и лицензированный диетолог с более чем 15-летним стажем письма-фрилансера.
Она окончила Университет Висконсин-Мэдисон со степенью бакалавра наук в области питания и прошла стажировку по диетологии в Университете Витербо в Ла-Кросс, штат Висконсин.
До того, как начать свою карьеру в области написания медицинских материалов, Эрин работала преподавателем по вопросам здоровья на факультете внутренней медицины Университета Висконсин-Мэдисон.
Ее опубликованные работы появляются на сотнях веб-сайтов, посвященных здоровью и фитнесу, и в настоящее время она работает над публикацией своей первой книги! Эрин — жена и мама двоих прекрасных детей.
* Пожалуйста, знайте, что результаты похудания и изменения / улучшения здоровья варьируются от человека к человеку; вы можете не достичь подобных результатов. Всегда консультируйтесь со своим врачом, прежде чем принимать решения о здоровье. Это не медицинский совет — просто очень хорошо изученная информация о хороших углеводах по сравнению с другими.плохие углеводы.
IJMS | Бесплатный полнотекстовый | Трехмерные структуры углеводов и их местонахождение
Из-за вычислительных ограничений в большинстве публикаций последнего десятилетия сообщалось о подходах молекулярной динамики в общих или специальных силовых полях. С увеличением мощности компьютеров интерес вызывают и другие методы, однако в большинстве приложений молекулярного моделирования сложных углеводов, особенно в растворах, все еще используются методы MM / MD.
Молекулярная механика и динамика
Методы молекулярной динамики получили широкую область применения с точки зрения разумного потребления компьютерных ресурсов.Они обеспечивают выгодный компромисс между точностью вычислений и производительностью в применении к молекулам гликанов и их структурной сложностью (разнообразие известных мономерных элементов, наличие ионогенных групп), высокой гибкостью мостов и стереоэлектронными эффектами [112,113,136,137]. Принципы механики применяются для расчета потенциальной энергии системы с использованием набора параметров, специфичного для класса исследуемых соединений (силового поля). Особенности углеводной части, например.g., сморщивание кольца, вращательные барьеры, водородные связи, должны быть приняты во внимание для выполнения точного анализа поведения молекул в вакууме или в растворе [138]. При моделировании молекулярной динамики рассматриваются уравнения ньютоновского движения для наблюдения за эволюцией системы в течение определенного промежутка времени. . Генерация конформационного ансамбля происходит путем расчета траектории молекулы при заданной температуре. Точность расчета зависит от используемого силового поля и достаточной конформационной выборки. Моделирование методом МД обычно используется для интерпретации и анализа наблюдаемых ЯМР и рентгеновских лучей в контексте трехмерной структуры углеводов [139].Усовершенствованные технологии молекулярной динамики выборки, такие как MD с обменом реплик (REMD) [140, 141], MD с гамильтоновым обменом репликами (HREX) [142, 143, 144], многомерная MD-выборка с усилением роя (msesMD) [145, 146], MD с ускорением по Гауссу (GAMD) [147 148] были зарегистрированы. Карты плотности или карты энергии, построенные для набора гликозидных торсионных углов (φ, ψ, ω), являются типичным способом сообщения о конформационных предпочтениях гликана, полученного с помощью популяционного анализа его MD-траектории. В качестве репрезентативного примера конформационные характеристики очень гибкого разветвленного олигосахарида Glc 1 Man 9 GlcNAc 2 (GM9) были исследованы методом REMD с явной водой и подтверждены с помощью ЯМР-спектроскопии с использованием парамагнетизма [149] (рис. 3a, б).Из-за структурной сложности GM9 адекватное исследование конформационного пространства требует моделирования в долгосрочном масштабе. Сообщалось, что регулярное МД-моделирование подобных манно-олигосахаридов не позволяет воспроизвести экспериментальные данные [150]. Подход с обменом репликами подразумевает запуск периодически заменяемых параллельных реплик системы при разных температурах. Ансамбль конформеров GM9, отобранный этим методом, соответствовал наблюдаемым ЯМР. Заселенные области карт плотности, построенные для гликозидных связей Glc 1 Man 3 ветви GM9 (рис. 3c), были близки к кристаллографическим конформациям линейного тетрасахарида Glc 1 Man 3 (детерминанта GM9, распознаваемая лектинами) из PDB.Силовое поле (или функция потенциальной энергии) представлено атомистическим набором параметров, полученным для рассматриваемого класса соединений. Значение потенциальной энергии можно рассчитать как сумму потенциалов взаимодействия для связанных (растяжение ковалентной связи, изгиб под углом, собственное кручение) и несвязанных (электростатические и ван-дер-ваальсовы взаимодействия) терминов и может включать другие термины (например, неправильные кручения, сольватация, водородные связи [151], нетрадиционные водородные связи [101], для комплексов белок-углевод — стекинг-взаимодействия CH-π [152,153,154,155], вклад внутренней энергии углеводов CHI (CHI) [156,157]).Несколько силовых полей, разработанных для общего представления широкого спектра органических соединений (например, MM2, MM3, MM4 Аллинджера), могут быть применены для трехмерного моделирования углеводов [151, 158, 159]. Из них, несмотря на то, что MM3 является универсальным силовым полем, MM3 [160, 161] по-прежнему демонстрирует хорошие характеристики в отношении гликанов [162, 163, 164] (обзоры), [165, 166] (иллюстративные статьи). Однако был разработан ряд силовых полей, специально настроенных для углеводов (рис. 4). В дополнительной таблице S2 мы предоставили показатели цитирования статей, посвященных углеводам, и выбрали общие силовые поля, которые можно было бы применить для моделирования структуры углеводов.К сожалению, использование общих силовых полей не может быть адекватно оценено по количеству цитат. Автоматический полнотекстовый анализ и поиск данных, необходимых для подтверждения использования силовых полей для молекул углеводов, выходит за рамки этого обзора. Тем не менее, статистические данные, полученные для общих силовых полей, поддерживаемых в популярных программных пакетах МД (например, AMBER, CHARMM, GROMACS, Tinker), показывают устаревание современных силовых полей по сравнению с полями Аллинджера и MM3 в частности (см. Более подробные данные, ссылки на оригинальные публикации и абсолютные значения в дополнительной таблице S2).Подробные сравнения полностью химических и специальных силовых полей в контексте моделирования гликанов были опубликованы [114, 139, 151, 167]. Сообщалось, что CHARMM36, GLYCAM06, GROMOS и OPLS-AA-SEI являются обычно используемыми силовыми полями для работы с молекулами углеводов или гликоконъюгатов. Более подробная информация представлена на рисунке 5. Силовое поле CHARMM36 с современной таблицей параметров углеводов (C36 [168]) было получено из всеатомного биомолекулярного силового поля CHARMM [169,170]. В настоящее время возможности параметризации CHARMM36 включают моносахариды в формах фуранозы [171] и пиранозы [172], гликозидные связи между моносахаридами [171, 173], сложные углеводы и гликопротеины [174], связанные с моносахаридами сульфатные и фосфатные группы [175], ациклические углеводы и альдит. [171], а также моделирование углеводов в водном растворе [176].Силовое поле GLYCAM06 совместимо с углеводами любого размера кольца и конформации как для моно-, так и для олигосахаридов, построенных из остатков, общих для гликанов млекопитающих, таких как широко распространенные альдозы, N-ацетилированные аминосахара, сиаловая, глюкуроновая и галактуроновая кислоты [177]. Набор параметров был расширен на неуглеводные части, такие как липиды [178], гликолипиды [179,180], липополисахариды [181], белки и нуклеиновые кислоты. Сообщалось о параметризации GLYCAM06 для гликозаминогликанов [182].ГРОМОС представляет собой широкое семейство силовых полей углеводов. Набор параметров GROMOS 45A4 [183], являющийся классическим с 2005 года, используется для моделирования сахаридов на основе гексопиранозы в явном растворителе. В последнее десятилетие некоторые параметры 45A4 были оптимизированы в GROMOS 56A CARBO [184], включая липополисахариды [185]. GROMOS 53A6 GLYC был улучшен для моделирования явного растворителя [186] и расширен для гликопротеинов [187]. GROMOS 56A CARBO_R [188] был разработан для улучшения описания конформационных равновесий колец в сахаридных цепях на основе гексопиранозы по сравнению с предыдущей версией 56A CARBO .Другая модификация 56A CARBO под названием 56A CARBO_CHT [189] была разработана для хитозана и его производных. Недавно расширения набора параметров GROMOS 56A CARBO / CARBO_R были адаптированы к заряженным, протонированным и этерифицированным мочам [190] и углеводам на основе фуранозы [191]. Сообщалось, что GROMOS96 43A1 обладает хорошими характеристиками при моделировании структуры гликанов в гликопротеинах [192,193]. Масштабирование силового поля электростатических взаимодействий (SEI) [194] OPLS-AA состоит из улучшенных параметров конформационных изменений, связанных с диэдрами φ-ψ, в сочетании с повышенной точностью расчета относительной энергии КМ в молекулах углеводов, уточненного для биомолекулярного силового поля OPLS-AA [195,196].Кроме того, силовое поле OPLS было улучшено для явного моделирования воды [197]. Следует упомянуть о быстрой разработке поляризуемого силового поля Друде CHARMM для углеводов на основе классического осциллятора Друде. Наборы параметров, полученные для гексапираноз [198] и их водных растворов [199], альдопентафуранозидов и метилальдопентафуранозидов [200], производных карбоксилата и N-ацетиламинсахарида [201], альдитов [202] и гликозидных связей [203], продемонстрировали значительное улучшение Воспроизведение данных QM в сравнении с аддитивным силовым полем CHARMM.Крупнозернистое (CG) силовое поле MARTINI [204] может использоваться в качестве альтернативы моделированию на уровне всех атомов (AA) с преимуществом моделирования больших углеводных систем (растворов олиго-, полисахаридов, гликолипидов [205, 206, 207]) в длительном масштабе времени. при разумных вычислительных затратах. Блокированное сморщивание кольца (допускается только конформация 4 C 1 ) и ограничения на аномерный эффект и гибкость гликозидной связи в совокупности обеспечивают снижение доступных степеней свободы.Другая CG-модель PITOMBA [208] для моделирования углеводов была разработана на основе силового поля GROMOS 53A6 GLYC . Методы стыковки углеводных лигандов используют подходы молекулярного моделирования для белково-углеводных комплексов для создания начальной геометрии, конформационного отбора образцов, трансплантации, картирования активных сайтов и оценка сродства связывания [129,137,209,210,211]. Точное воспроизведение экспериментальных данных требует применения определенной параметризации оценочной функции (эмпирические, силовые поля или основанные на знаниях [212]) и протоколов стыковки, которые зависят от типов взаимодействий, присутствующих в системе (взаимодействия CH-π, энергия CHI, водород связывание, модель растворителя, влияние эффектов включения молекул растворителя, заряженный фрагмент и т. д.) [8 213 214 215 216 217 218 219]. Сообщалось, что расширение нескольких пакетов программного обеспечения для работы с углеводными молекулами улучшило моделирование биологически значимых систем, таких как лектин-гликан [220, 221], GAG-белок [222, 223, 224] или антитело-углевод [225].
Углеводы, сезонная «валюта» древовидной реакции на управление и окружающую среду: гражданский научный проект
Углеводы — крахмал и сахар — дают деревьям грецкого ореха энергию для роста, защиты, цветения и, в конечном итоге, урожая.Таким образом, их можно рассматривать как «валюту». С этой точки зрения сахар — это «деньги», которые текут вокруг дерева, оплачивая такие услуги, как рост, защита и производство орехов. Крахмал можно рассматривать как «сберегательный счет», который накапливается в древесине и корнях в периоды, когда фотосинтетическая активность превышает потребности деревьев в сахаре. Во время ограниченного поступления новых сахаров, например, при длительном водном стрессе или состоянии покоя, крахмал используется для удовлетворения респираторной потребности.
В целом, весенний уровень сахара является результатом осеннего накопления и зимнего использования.Однако физиология динамики углеводов сложна и все еще плохо изучена. Сезонные тенденции сахара и крахмала очень динамичны и могут колебаться в зависимости от вида, сорта, возраста дерева, сочетания подвоя и привоя и методов управления. Кроме того, нельзя не учитывать влияние местного климата, поскольку физиология сахара зависит от ферментативных реакций, напрямую связанных с температурой. Таким образом, межгодовые колебания, вызванные изменчивостью климата, включая уменьшение количества зимних туманов, морозных часов, зимней засухи и повышения годовых температур, могут оказывать пагубное влияние на углеводный статус деревьев и будущие урожаи.Очень важно ускорить получение знаний для разработки инструментов, которые позволят нам управлять садами на предмет содержания углеводов и потенциально улучшить методы управления, которые смягчают негативные воздействия изменчивости климата.
Мы решили применить ускоренный подход к развитию широкого понимания сезонных колебаний углеводов в ореховых деревьях в широком диапазоне условий, существующих в садах. Вместо того, чтобы проводить одно исследование с несколькими переменными, мы используем всю Центральную долину в качестве нашей исследовательской лаборатории.Для выполнения такой задачи мы использовали подход «гражданина-ученого» с помощью производителей, консультантов фермерских хозяйств и товарных советов. Имея почти 100 участков по выращиванию грецких орехов по всему штату (~ 400 участков для выращивания орехов, миндаля и фисташек), производители ежемесячно присылают нам образцы древесины и коры на основе очень простого и быстрого протокола. Фермеры просто отрезают один побег урожая текущего сезона (примерно в четырех дюймах от основания) с трех деревьев, удаляют кору, бросают древесину и кору в конверт и отправляют его нам по почте.Когда образцы попадают к нам, мы их сушим, измельчаем, взвешиваем и проводим химический анализ в лаборатории, чтобы определить количество сахара и крахмала в каждом образце. Затем мы загружаем результаты на интерактивную веб-карту, где производители могут получать доступ к своим данным в режиме реального времени и отслеживать тенденции содержания крахмала и сахара в садах, которые они отбирают. Все анализы бесплатны для участников. За период 2016/17 года мы собрали более 1500 образцов и провели 5000 анализов на содержание растворимых сахаров и крахмала в зрелых деревьях грецкого ореха.О чем нам говорят результаты?
Относительное количество крахмала и сахаров, присутствующих в различных тканях дерева, остается довольно постоянным в течение года (рис. 1). Используя нашу аналогию с валютой, несмотря на сложные и многочисленные сезонные «переводы» между сбережениями и расходуемыми деньгами (и, в хорошие «экономические времена», увеличение общего содержания углеводов или «богатства»), деревья поддерживают примерно постоянное соотношение денежных средств к сбережениям. .
Рисунок 1. Сезонная динамика и относительное содержание растворимых сахаров и крахмала в древесине, коре и всего в ветках грецкого ореха.Несмотря на большие различия в общем содержании, соотношение сахаров и крахмала остается относительно постоянным в течение года.
Взаимопревращения между запасами крахмала и сахарами («экономическая активность» роста и развития деревьев) происходит в основном в активно растущих молодых тканях дерева, таких как корни и побеги, и в меньшей степени в более старых структурных тканях, таких как ствол, крона и крупные ветви (Рисунок 2 ). Таким образом, мы начали уделять особое внимание содержанию углеводов в побегах и шпорах как наиболее информативному показателю состояния и развития дерева.
В течение апреля 2016 г. и апреля-мая 2017 г. наблюдалось значительное падение содержания углеводов, связанное с энергетическими потребностями листопада и цветения. Это падение произошло одновременно по всем типам тканей. Перед засыпкой ядра летом наблюдалось небольшое скопление крахмала в недавно отрастающих веточках. До середины октября в оба года не наблюдалось восстановления углеводов. Позднее сезонное восстановление запасов углеводов в грецких орехах свидетельствует о важности послеуборочной обработки садов, когда деревья восстанавливают запасы, чтобы выжить в состоянии покоя и обеспечить адекватные ресурсы для весеннего возобновления роста.
Дата (март 2017 г. — сентябрь 2017 г.)
Рисунок 2. Сезонный график концентрации углеводов в различных частях орехового дерева. Каждая точка представляет собой среднее значение пяти образцов, собранных с разных деревьев.
Хотя эти потоки углеводов происходят в веточках и более мелких корнях, структурные части дерева, такие как ствол, большие корни и ветви, увеличиваются в размере (обхвате), и эти изменения, по-видимому, связаны (рис. 3).Весной (1) распускание почек и распускание листьев связано со значительным истощением запасов углеводов. После этого следует временное увеличение запасов (2) до возобновления радиального роста ствола. В период быстрого роста побегов и раннего развития орехов в конце весны запасы низкие (3) и остаются на низком уровне (4) до конца октября. Прекращение радиального роста ствола перед периодом покоя (5) связано с началом накопления углеводов. Уровень углеводов достигает сезонного пика и стабилизируется к концу декабря.
Рисунок 3. Изменение содержания углеводов в побегах грецкого ореха и радиальной скорости роста ствола.
Наша лаборатория также изучает динамику углеводов в миндале и фисташках с интересными очевидными сходствами и различиями с грецкими орехами (рис. 4). Летом все виды сокращали запасы до низкого уровня, отражая потребность в углеводах для поддержания урожайности и роста деревьев, превышающих или равных фотосинтетическим ресурсам.Осенью уровень углеводов восстанавливается, поскольку накапливаются резервы для следующего весеннего всплеска активности. Интересно, что грецкие орехи, по-видимому, проявляют симптомы очень позднего восстановления, что свидетельствует о важности хорошего управления в осенний послеуборочный период для максимального увеличения запасов на следующую весну. Интересно, что осенью 2017 года фисташки накапливали почти вдвое больше углеводов, что может отражать сильное чередование урожаев (2017 год был годом «выключения» альтернативного урожая, а 2018 год, как ожидается, будет годом «включения», поддерживаемым повышенным накоплением углеводов. ).
Рисунок 4. Сезонный график концентрации растворимых сахаров и крахмала в трех основных видах древесных культур (грецкие орехи, миндаль и фисташки) в течение сезона 2016-2017 гг. Каждая точка данных представляет собой один фруктовый сад. Серые полосы представляют собой приблизительные средние значения общей концентрации углеводов в тканях деревьев. Более высокий уровень углеводов зимой 2016/17 года поддерживает цветение.
В наших исследованиях мы также начали предварительный анализ того, как возраст дерева влияет на динамику и запасы углеводов.Наши результаты показывают, что более старые деревья имеют тенденцию накапливать гораздо более высокие уровни углеводов в побегах в конце вегетационного периода (рис. 5), что, по-видимому, отражает их большую биомассу и урожайность листьев, производящих углеводы (инвестиции деревьев в воспроизводство). Эта информация также позволяет оценить цель накопления углеводов во время послеуборочной обработки при подготовке деревьев к покою в каждой возрастной группе.
Рис. 5. Взаимосвязь между возрастом дерева (время посадки) и содержанием углеводов в ветвях в 2017 году в зимние и летние месяцы.Зимнее содержание углеводов было намного выше у старых деревьев, чем у молодых, однако эта разница не была столь заметной летом.
Таким образом, мы используем подход гражданской науки для сбора большого количества данных за короткий промежуток времени, тем самым оптимизируя исследовательский процесс. В настоящее время мы считаем, что наши результаты указывают на накопление запасов углеводов для периода покоя осенью как на ключевое время, когда методы управления могут быть использованы для максимального увеличения зимних запасов и последующего весеннего роста и развития.Кроме того, мы обнаружили, что здоровый уровень углеводов зависит от возраста, с повышенным уровнем у старых деревьев, и, хотя здесь это не обсуждается, на уровень углеводов влияют широта и местные температуры.
Целью нашего проекта является сбор данных за несколько лет для разработки практических рекомендаций по достижению оптимального уровня углеводов в ореховых деревьях. Мы приглашаем вас посетить веб-сайт проекта для получения дополнительной информации. Мы приветствуем участие большего числа производителей в проекте по расширению диапазона климатических и управленческих условий, представленных в исследовании.Производители, заинтересованные в участии, могут связаться с Анной Дэвидсон по электронной почте [email protected] или по телефону (815) 212-4409.
Веб-сайт: http://www.plantsciences.ucdavis.edu/plantsciences_faculty/zwieniecki/
Мы хотели бы поблагодарить California Walnut Board за финансовую поддержку этого проекта. Мы также хотели бы поблагодарить всех студентов, которые обрабатывают все образцы, включая: Кейтлин Купер, Сильвию Ле, Сенеку Маршалл, Линею Лампинен, Элизабет Хопкинсон, Карен Гротьян и Иден Ланг.