Углеводы составляют основную часть пищи человека. Они входят в состав всех клеток и тканей организма и принимают активное участие в обмене веществ.
В организме человека углеводы представлены самыми разнообразными соединениями, начиная от простых моносахаров и кончая сложными полисахаридами, которые функционируют как в свободном виде, так и в виде комплексов с другими веществами и в первую очередь с белками.
Одна из важнейших функций углеводов — энергетическая. При их окислении выделяется большое количество энергии, используемой в различных биологических процессах, а также накапливаемой в макроэргических фосфорных соединениях. Особенно велика роль углеводов в осуществлении нормальной функции нервной и мышечной тканей. Напряженная умственная деятельность, так же как и активная физическая работа, сопровождается усиленным потреблением углеводов, в том числе и резервных. Подобно жирам, часть углеводов, поступивших с пищей и всосавшихся в желудочно-кишечном тракте, не вовлекается сразу же в метаболизм, а откладывается в виде гликогена как резерв энергетического материала. Однако, по сравнению с жировыми депо, углеводные запасы невелики и при значительном дефиците углеводов в пище быстро истощаются. Вторым отличием углеводных резервов от жировых является то, что они включаются в обмен веществ, как правило, при экстренных ситуациях, когда требуется немедленная доставка дополнительного энергетического материала тканям в связи со значительным повышением уровня их функциональной активности. В то же время энергоснабжение за счет жировых дело менее лабильно, однако более длительно по времени.
Роль углеводов как источника энергии не ограничивается только их собственным сгоранием в «метаболическом котле». Некоторые углеводы, входя в состав окислительных ферментов, катализируют такие обменные превращения целого ряда органических веществ, при которых происходит высвобождение энергии. Это вторая сторона энергетической функции углеводов.
Пластическая функция углеводов обусловлена их участием в структуре дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот (ДНК и РНК), входящих в состав нуклеопротеидов — основных клеточных белков. С этими белками связано сохранение и передача генетической информации, обеспечивающей наследование признаков, синтез специфических белков, характерных для данной ткани.
К белково-углеводным соединениям (гликопротеидам) относятся некоторые гормоны и ферменты — регуляторы биологических процессов. Представители гликопротеидов — муцины и мукоиды входят в состав всех тканей организма. Первые в большом количестве содержатся в слюне и секрете всех слизистых желез, вторые — в различных тканях (хрящевой, костной, в связках и сухожилиях и пр.). Входящие в их структуру сложные углеводы мукополисахариды могут присутствовать и в не связанном с белками свободном виде. Среди этих соединений выделяется гепарин — вещество, препятствующее свертыванию крови и играющее большую роль в образовании кровяного сгустка. К мукополисахаридам относятся гиа- луроновая и хондроитинсерная кислоты — важнейшие компоненты различных видов соединительной ткани, определяющие не только ее прочность, но и барьерные и защитные возможности. Мукополисахариды входят в состав антигенов крови, обуславливающих групповую ее специфичность.
Многочисленные представители класса углеводов выполняют в организме человека и целый ряд других функций, что требует их постоянного поступления с пищей. Наиболее богаты углеводами продукты растительного происхождения. В среднем 80 % сухого вещества этих продуктов составляют углеводы — сахара, крахмал, клетчатка, гемицеллюлозы и пектиновые вещества.
Сахара пищевых продуктов представлены простыми моносахаридами (глюкоза, фруктоза) и более сложными дисахаридами (сахароза). Моносахариды легко всасываются в кишечнике, дисахариды предварительно расщепляются до моносахаридов. Пищевой крахмал, являющийся полисахаридом, также хорошо усваивается организмом, но значительно медленнее, чем сахара, поскольку он должен предварительно расщепиться в пищеварительном тракте до глюкозы, которая и всасывается в кровь в тонком кишечнике.
Имеющие глюкополисахаридную природу пектиновые вещества, поступающие вместе с растительной пищей, не перевариваются в желудочно-кишечном тракте человека. Важное их значение состоит в поддержании нормальной микрофлоры кишечника, улучшении его двигательной функции, уничтожении гнилостных бактерий, обезвреживании токсических продуктов обмена. Перистальтике кишечника и его опорожнению способствуют гемицеллюлозы и клетчатка — полисахарид, являющийся основной составной частью клеточных стенок высших растений. Вместе с пектином они составляют группу так называемых балластных веществ, практически не имеющих питательной ценности, но необходимых для нормального функционирования кишечника.
При недостаточном поступлении углеводов с пищей они могут синтезироваться в организме из продуктов расщепления белков и жиров. Последние обычно компенсируют энергетическую задолженность, связанную с дефицитом углеводов. В то же время эта компенсанция имеет определенный предел, за которым наступают значительные изменения в обмене веществ, приводящие к нарушению функций органов и систем. Таким образом, хотя углеводы и не являются незаменимыми питательными веществами, они должны присутствовать в рационе человека в количестве, удовлетворяющем физиологическую потребность организма в них.