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炭水化物とは何ですか? 炭水化物。炭水化物の構造、性質、機能炭水化物は何からできているのか

炭水化物は炭素と酸素からなる有機化合物です。グルコースなどの単純な炭水化物または単糖類と、二糖類などの単純な炭水化物の残基を数個含む低級炭水化物と、単純な炭水化物の多くの残基から非常に大きな分子を含む高級な炭水化物とに分類される複合体または多糖類があります。動物では、炭水化物含有量は乾燥重量の約 2% です。

成人の1日あたりの炭水化物の平均必要量は500 gで、激しい筋肉作業の場合は700〜1000 gです。

1日あたりの炭水化物の量は、食事の総量の60重量％、および56重量％である必要があります。

血液中にはブドウ糖が含まれており、その量は一定（0.1～0.12％）に保たれています。腸で吸収された後、単糖類は血液によって血流に送られ、そこで細胞質の一部であるグリコーゲン単糖類の合成が起こります。グリコーゲン貯蔵量は主に筋肉と肝臓に蓄えられています。

体重70kgの人の体内のグリコーゲンの総量は約375gで、そのうち245gが筋肉、110gが肝臓（最大150g）、20gが血液やその他の体内に存在します。トレーニングを受けた人の体内には、トレーニングを受けていない人よりも 50% 多い 40 g のグリコーゲンが存在します。

炭水化物は生命と体の機能のための主なエネルギー源です。

体内では、無酸素条件（嫌気性）下で、炭水化物は乳酸に分解され、エネルギーが放出されます。このプロセスは解糖と呼ばれます。酸素の参加（好気的条件）により、それらは二酸化炭素に分解され、大幅に多くのエネルギーが放出されます。リン酸の関与による炭水化物の嫌気性分解、つまりリン酸化は、生物学的に非常に重要です。

グルコースのリン酸化は酵素の関与により肝臓で起こります。アミノ酸と脂肪はグルコースの供給源となり得ます。肝臓では、事前にリン酸化されたグルコースから巨大な多糖類分子、グリコーゲンが形成されます。人間の肝臓内のグリコーゲンの量は、栄養と筋肉の活動の性質によって異なります。肝臓内の他の酵素の関与により、グリコーゲンはグルコースに分解され、糖が形成されます。絶食時や筋肉運動中の肝臓と骨格筋でのグリコーゲンの分解は、同時にグリコーゲンの合成を伴います。肝臓で生成されたグルコースはすべての細胞および組織に入り、送られます。

タンパク質と脂肪のごく一部だけがデスモリティック分解のプロセスを通じてエネルギーを放出するため、直接的なエネルギー源として機能します。タンパク質と脂肪のかなりの部分は、完全に分解される前であっても、筋肉内で最初に炭水化物に変換されます。さらに、消化管からタンパク質と脂肪の加水分解生成物が肝臓に入り、そこでアミノ酸と脂肪がグルコースに変換されます。このプロセスは糖新生と呼ばれます。肝臓におけるグルコース生成の主な供給源はグリコーゲンですが、グルコースのごく一部は糖新生によって得られ、その間にケトン体の生成が遅れます。このように、糖質の代謝は水と水分の代謝に大きな影響を与えます。

筋肉を動かすことによるブドウ糖の消費が5〜8倍に増加すると、肝臓で脂肪とタンパク質からグリコーゲンが形成されます。

タンパク質や脂肪とは異なり、炭水化物は簡単に分解されるため、高いエネルギー消費（筋肉の働き、痛み、恐怖、怒りなどの感情）によって体によってすぐに動員されます。炭水化物の分解は体の安定性を維持し、筋肉の主なエネルギー源となります。炭水化物は神経系の正常な機能に不可欠です。血糖値の低下は、体温の低下、筋力低下や疲労、神経活動の障害を引き起こします。

血液によって運ばれるグルコースのうち、エネルギーを放出するために組織内で使用されるのはごく一部だけです。組織における炭水化物代謝の主な供給源は、以前はグルコースから合成されていたグリコーゲンです。

炭水化物の主な消費者である筋肉の活動中に、筋肉に蓄えられたグリコーゲンが使用され、これらの蓄えが完全に使い果たされて初めて、血液によって筋肉に送達されたグルコースの直接使用が始まります。同時に、肝臓に蓄えられたグリコーゲンから生成されるブドウ糖も消費されます。仕事の後、筋肉は消化管での単糖の吸収とタンパク質と脂肪の分解により、血糖と肝臓からグリコーゲンの供給を新たにします。

たとえば、食物中のグルコース含有量が豊富なために血液中のグルコース含有量が0.15〜0.16％を超えて増加すると、これは食物高血糖と呼ばれ、尿中に体外に排泄されます-血糖。

一方、長期間絶食しても、組織内のグリコーゲンが分解される際に組織から血液中にグルコースが流入するため、血中のグルコース濃度は低下しません。

炭水化物の組成、構造、生態学的役割の簡単な説明

炭水化物は、炭素、水素、酸素からなる有機物質であり、一般式 C n (H 2 O) m を持ちます (これらの物質の大部分)。

n の値は、m に等しいか (単糖類の場合)、それより大きくなります (他のクラスの炭水化物の場合)。上記の一般式はデオキシリボースに対応しません。

炭水化物は単糖類、二糖類、多糖類に分けられます。以下は、炭水化物の各クラスの個々の代表例の簡単な説明です。

単糖類の簡単な特徴

単糖類は、一般式が C n (H 2 O) n である炭水化物です (デオキシリボースは例外です)。

単糖類の分類

単糖類はかなり大きく複雑な化合物群であるため、さまざまな基準に従って複雑な分類が行われます。

1) 単糖分子に含まれる炭素数に基づいて、テトロース、ペントース、ヘキソース、ヘプトースが区別されます。ペントースとヘキソースは実用上最も重要です。

2) 官能基に応じて、単糖はケトースとアルドースに分類されます。

3) 環状単糖分子に含まれる原子の数に基づいて、ピラノース (原子が 6 個含まれる) とフラノース (原子が 5 個含まれる) が区別されます。

4) 「グルコシド」水酸化物 (この水酸化物はカルボニル基の酸素に水素原子を付加することによって得られます) の空間配置に基づいて、単糖はアルファ型とベータ型に分類されます。自然界で生物学的および環境的に最も大きな重要性を持つ最も重要な単糖のいくつかを見てみましょう。

ペントースの簡単な特徴

ペントースは、分子内に 5 個の炭素原子を含む単糖類です。これらの物質は、開鎖化合物や環状化合物、アルドースやケトース、アルファ化合物やベータ化合物などです。それらの中で、リボースとデオキシリボースが最も実用的に重要です。

リボースの一般式はC 5 H 10 O 5 です。リボースは、リボヌクレオチドが合成される物質の 1 つであり、その後、リボヌクレオチドからさまざまなリボ核酸 (RNA) が得られます。したがって、リボースのフラノース (5 員) アルファ型が最も重要です (式では、RNA は正五角形の形で示されています)。

デオキシリボースの一般式は C 5 H 10 O 4 です。デオキシリボースは、生物体内でデオキシリボヌクレオチドが合成される物質の 1 つです。後者はデオキシリボ核酸 (DNA) 合成の出発物質です。したがって、最も重要なのは、環の 2 番目の炭素原子に水酸化物がないデオキシリボースの環状アルファ型です。

リボースとデオキシリボースの開鎖型はアルドースです。つまり、それらは 4 個の水酸化基と 1 個のアルデヒド基を含みます。核酸が完全に分解されると、リボースとデオキシリボースは二酸化炭素と水に酸化されます。このプロセスにはエネルギーの放出が伴います。

ヘキソースの簡単な特徴

ヘキソースは、分子に 6 つの炭素原子が含まれる単糖です。ヘキソースの一般式は C 6 (H 2 O) 6 または C 6 H 12 O 6 です。すべての種類のヘキソースは、上記の式に対応する異性体です。ヘキソースの中には、ケトース、アルドース、アルファおよびベータ型の分子、開鎖型および環状型、ピラノースおよびフラノース環状型の分子があります。自然界で最も重要なものはグルコースとフルクトースであり、これらについては以下で簡単に説明します。

1. ブドウ糖。他のヘキソースと同様に、一般式 C 6 H 12 O 6 を持ちます。これはアルドースに属します。つまり、アルデヒド官能基と 5 個の水酸化基 (アルコールの特徴) が含まれているため、グルコースは多価アルデヒドアルコールです (これらの基は開鎖型で含まれ、環状型ではアルデヒド基が含まれます)。「水酸化グルコシド」と呼ばれる水酸化基に変化するため、存在しません）。環状は 5 員環 (フラノース) または 6 員環 (ピラノース) のいずれかになります。グルコース分子のピラノース型は、自然界で最も重要です。環状ピラノースおよびフラノースの形態は、分子内の他の水酸化基に対するグルコシド水酸化物の位置に応じて、アルファまたはベータのいずれかになります。

その物理的特性によると、グルコースは甘味のある白色の固体の結晶物質であり（この味の強さはショ糖に似ています）、水によく溶け、過飽和溶液（「シロップ」）を形成することができます。グルコース分子には不斉炭素原子 (つまり、4 つの異なるラジカルに結合した原子) が含まれているため、グルコース溶液は光学活性を持ち、したがって異なる生物学的活性を持つ D-グルコースと L-グルコースを区別します。

生物学的な観点から見ると、最も重要なのは、次のスキームに従ってグルコースが容易に酸化する能力です。

C 6 H 12 O 6 (グルコース) → (中間段階) → 6СO 2 + 6H 2 O。

グルコースは、その酸化により普遍的な栄養素および簡単にアクセスできるエネルギー源として身体によって使用されるため、生物学的な意味で重要な化合物です。

2.フルクトース。これはケトーシスであり、その一般式は C 6 H 12 O 6 です。つまり、グルコースの異性体であり、開鎖型と環状型が特徴です。最も重要なのは、ベータ-B-フルクトフラノース、または略してベータ-フルクトースです。スクロースは、β-フルクトースとα-グルコースから作られます。特定の条件下では、異性化反応によりフルクトースがグルコースに変換されることがあります。物理的特性の点では、フルクトースはブドウ糖に似ていますが、より甘いです。

二糖類の簡単な特徴

二糖類は、同一または異なる単糖類分子の脱縮合反応の生成物です。

二糖類は、オリゴ糖の種類の 1 つです (少数の単糖分子 (同一または異なる) が分子の形成に関与しています)。

二糖類の最も重要な代表はスクロース（ビートまたはサトウキビ糖）です。スクロースは、α-D-グルコピラノース（α-グルコース）とβ-D-フルクトフラノース（β-フルクトース）の相互作用の産物です。その一般式は C 12 H 22 O 11 です。スクロースは、二糖類の多くの異性体の 1 つです。

これは白い結晶質の物質で、粗い結晶（「シュガーローブ」）、細かい結晶（グラニュー糖）、非晶質（粉砂糖）など、さまざまな状態で存在します。それは水、特に熱水によく溶けます（熱水と比較して、冷水へのスクロースの溶解度は比較的低い）。したがって、スクロースは「過飽和溶液」、つまり「糖化」できるシロップを形成することができます。微結晶懸濁液が発生します。スクロースの濃縮溶液は、人間が特定の種類のお菓子を作るために使用する特別なガラス系、つまりキャラメルを形成することができます。スクロースは甘い物質ですが、その甘味はフルクトースほど強くありません。

スクロースの最も重要な化学的特性は、加水分解する能力であり、これによってアルファ-グルコースとベータ-フルクトースが生成され、炭水化物代謝反応が開始されます。

人間にとって、スクロースはグルコースの供給源であるため、最も重要な食品の 1 つです。しかし、スクロースの過剰摂取は、糖尿病、歯科疾患、肥満などの病気の出現を伴う炭水化物代謝の混乱につながるため、有害です。

多糖類の一般的な特徴

多糖類は、単糖類の重縮合反応の生成物である天然ポリマーです。ペントース、ヘキソース、およびその他の単糖類は、多糖類の形成のためのモノマーとして使用できます。実際上、最も重要なのはヘキソースの重縮合生成物です。キチンなど、その分子に窒素原子が含まれる多糖類も知られています。

ヘキソースベースの多糖類は、一般式 (C 6 H 10 O 5)n を持ちます。それらは水に不溶性であり、それらの中にはコロイド溶液を形成できるものもあります。これらの多糖類の中で最も重要なものは、さまざまな種類の植物および動物のデンプン (後者はグリコーゲンと呼ばれます)、およびさまざまなセルロース (繊維) です。

デンプンの性質と生態学的役割の一般的な特徴

デンプンは、α-グルコース (α-D-グルコピラノース) の重縮合反応の生成物である多糖類です。デンプンはその起源に基づいて、植物デンプンと動物デンプンに分類されます。動物性デンプンはグリコーゲンと呼ばれます。一般にデンプン分子は共通の構造と同じ組成を持っていますが、異なる植物から得られるデンプンの個々の性質は異なります。したがって、ジャガイモデンプンはコーンスターチなどとは異なりますが、すべての種類のデンプンには共通の特性があります。これらは固体で白色の微結晶または非晶質の物質で、触ると「もろく」、水に不溶ですが、熱水中では冷却しても安定なコロイド溶液を形成することができます。デンプンは、ゾル（液体ゼリーなど）とゲルの両方を形成します（たとえば、デンプン含有量が高いゼリーは、ナイフで切断できるゼラチン状の塊になります）。

コロイド溶液を形成するデンプンの能力は、その分子の球状性 (分子が丸まってボールになる) に関連しています。温水または熱水と接触すると、水分子がデンプン分子のターン間に侵入し、分子の体積が増加し、物質の密度が減少します。これにより、デンプン分子はコロイド系の特徴である移動状態に移行します。。デンプンの一般式: (C 6 H 10 O 5) n、この物質の分子には 2 つの種類があり、1 つはアミロース (この分子には側鎖がありません) と呼ばれ、もう 1 つはアミロペクチン (分子に側鎖がありません) と呼ばれます。 1 ～ 6 個の炭素原子の酸素橋を介して接続が行われる側鎖を持っています。

デンプンの生物学的および生態学的役割を決定する最も重要な化学的特性は、デンプンが加水分解を受け、最終的に二糖類のマルトースまたはアルファ-グルコースのいずれかを形成する能力です (これはデンプンの加水分解の最終生成物です)。

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 (α-グルコース)。

このプロセスは、酵素のグループ全体の作用下で生物体内で発生します。このプロセスにより、体には必須の栄養化合物であるグルコースが豊富に含まれます。

デンプンに対する定性的な反応はヨウ素との相互作用であり、赤紫色が生成されます。この反応は、さまざまなシステムでデンプンを検出するために使用されます。

デンプンの生物学的および生態学的役割は非常に大きいです。これは、植物生物、たとえば穀物科の植物における最も重要な予備化合物の 1 つです。動物にとって、デンプンは最も重要な栄養物質です。

セルロース（繊維）の特性と生態学的および生物学的役割の簡単な説明

セルロース (繊維) は、β-グルコース (β-D-グルコピラノース) の重縮合反応の生成物である多糖類です。その一般式は (C 6 H 10 O 5) n です。デンプンとは異なり、セルロース分子は厳密に直線状であり、フィブリル（「繊維状」）構造を持っています。デンプン分子とセルロース分子の構造の違いは、それらの生物学的および環境的役割の違いを説明します。セルロースはほとんどの生物によって消化できないため、貯蔵物質でも栄養物質でもありません（セルロースを加水分解してベータグルコースを吸収できる一部の細菌は例外です）。セルロースはコロイド溶液を形成することはできませんが、個々の細胞小器官を保護し、さまざまな植物組織に機械的強度を提供する、機械的に強い糸状構造を形成することができます。デンプンと同様に、セルロースは特定の条件下で加水分解され、その加水分解の最終生成物はベータ-グルコース (ベータ-D-グルコピラノース) になります。自然界では、このプロセスの役割は比較的小さいです（ただし、生物圏がセルロースを「同化」できるようにします）。

(C 6 H 10 O 5) n (繊維) + n(H 2 O) → n(C 6 H 12 O 6) (β-グルコースまたはβ-D-グルコピラノース) (繊維の不完全な加水分解により、可溶性二糖類の可能性があります - セロビオース）。

自然条件下では、（植物が枯れた後）繊維は分解を受け、その結果、さまざまな化合物が形成される可能性があります。このプロセスにより、腐植質（土壌の有機成分）、さまざまな種類の石炭が形成されます（石油と石炭は、複合体全体が存在しない状態、つまり嫌気性条件下で、さまざまな動植物の死骸から形成されます）炭水化物を含む有機物質の形成に関与します）。

繊維の生態学的および生物学的役割は次のとおりです。 a) 保護。 b) 機械的。 c) 形成化合物（一部の細菌では栄養機能を果たします）。植物生物の死骸は、昆虫、菌類、さまざまな微生物など、一部の生物の基質となります。

炭水化物の生態学的および生物学的役割の簡単な説明

炭水化物の特性に関して上記で議論した内容を要約すると、炭水化物の生態学的および生物学的役割について次の結論を導き出すことができます。

1. それらは、細胞や組織を形成する構造（これは特に植物や菌類に典型的です）の一部であるという事実により、細胞内と身体全体の両方で構築機能を実行します。たとえば、細胞膜、 d. さらに、炭水化物は、染色体の基礎を形成する核酸の形成など、多くの構造を形成する生物学的に必要な物質の形成に関与します。炭水化物は複雑なタンパク質である糖タンパク質の一部であり、細胞構造と細胞間物質の形成において一定の重要性を持っています。

2. 炭水化物の最も重要な機能は栄養機能であり、炭水化物の多くが従属栄養生物の食品（グルコース、フルクトース、デンプン、スクロース、マルトース、ラクトースなど）であるという事実にあります。これらの物質は、他の化合物と組み合わされて、人間が使用する食品（さまざまな穀物、組成に炭水化物を含む個々の植物の果実や種子は鳥の餌となり、単糖類はさまざまな変換サイクルに入り、特定の生物だけでなく、他の有機生化学的化合物（脂肪、アミノ酸（タンパク質ではない）、核酸など）に特徴的な独自の炭水化物の形成。

3. 炭水化物は、生物体内の単糖類 (特にグルコース) が容易に酸化され (酸化の最終生成物は CO 2 と H 2 O である)、大量のエネルギーが生成されるというエネルギー機能によっても特徴付けられます。 ATPの合成に伴って放出されます。

4. 構造物（および細胞内の特定の細胞小器官）が炭水化物から生じ、機械的損傷（キチン質のカバーなど）を含むさまざまな損傷から細胞または生物体全体を保護するという保護機能もあります。外骨格を形成する昆虫、植物の細胞壁、セルロースなどを含む多くの菌類）。

5. 炭水化物の機械的および形状形成機能によって重要な役割が果たされます。これは、炭水化物または他の化合物との組み合わせによって形成される構造の能力を表し、体に特定の形状を与え、機械的に強くします。したがって、機械組織の細胞膜と木部導管は木本、低木、草本植物のフレーム（内部骨格）を形成し、キチンは昆虫などの外部骨格を形成します。

従属栄養生物における糖質代謝の簡単な特徴（人体の例を使用）

代謝プロセスを理解する上で重要な役割を果たすのは、従属栄養生物内で炭水化物が受ける変換に関する知識です。人体におけるこのプロセスは、次の概略的な説明によって特徴付けられます。

食べ物に含まれる炭水化物は口腔から体内に入ります。消化器系内の単糖類は実際には変化せず、二糖類は単糖類に加水分解され、多糖類はかなり大きな変化を起こします（これは、食品として体内に消費される多糖類や、食品ではない炭水化物（セルロースなど）に当てはまります）、一部のペクチンは糞便とともに体から除去されます。

口腔内では、食物は粉砕され、均質化されます（口腔内に入る前よりも均一になります）。食べ物は唾液腺から分泌される唾液の影響を受けます。プチアリンを含み、アルカリ反応により多糖類の一次加水分解が始まり、オリゴ糖（n値の小さい炭水化物）が生成します。

デンプンの一部は二糖類に変換されることもありますが、これはパンを長時間噛むと顕著になります（酸っぱい黒パンが甘くなります）。

咀嚼された食べ物は、唾液で豊富に処理され、歯で砕かれ、食塊の形で食道を通って胃に入り、そこでタンパク質や核酸に作用する酵素を含む酸性の胃液にさらされます。胃の中の炭水化物にはほとんど何も起こりません。

次に、食べ物のお粥は、十二指腸から始まる腸の最初の部分 (小腸) に入ります。炭水化物の消化を促進する酵素の複合体を含む膵液（膵臓分泌物）を受け取ります。炭水化物は単糖類に変換され、水に溶けて吸収されます。食事で摂取した炭水化物は最終的に小腸で消化され、絨毛のある部分で血液中に吸収されて循環器に入ります。

単糖類は血流に乗って体のさまざまな組織や細胞に運ばれますが、最初にすべての血液が肝臓を通過します（そこで有害な代謝産物が除去されます）。血液中では、単糖は主にα-グルコースの形で存在します（ただし、フルクトースなどの他のヘキソース異性体も存在する場合があります）。

血糖値が正常より低い場合、肝臓に含まれるグリコーゲンの一部がグルコースに加水分解されます。過剰な炭水化物含有量は、人間の深刻な病気である糖尿病の特徴です。

血液から単糖類が細胞に入り、そこでそのほとんどが（ミトコンドリア内で）酸化に費やされ、その間に体にとって「便利な」形でエネルギーを含むATPが合成されます。 ATPは、エネルギーを必要とするさまざまなプロセス（体に必要な物質の合成、生理学的プロセスおよびその他のプロセスの実行）に費やされます。

食品中の炭水化物の一部は、細胞構造の形成に必要な特定の生物の炭水化物、または他の種類の化合物の物質の形成に必要な化合物の合成に使用されます（脂肪、核酸などは炭水化物から得られます）。炭水化物が脂肪に変わる能力は、他の病気の複合体である肥満の原因の 1 つです。

したがって、過剰な量の炭水化物の摂取は人体に有害であり、バランスの取れた食事を構成する際には考慮する必要があります。

独立栄養生物である植物生物では、炭水化物の代謝は多少異なります。炭水化物（単糖類）は、太陽エネルギーを利用して二酸化炭素と水から体内で合成されます。二糖類、オリゴ糖、多糖類は単糖類から合成されます。いくつかの単糖は核酸の合成に含まれます。植物生物は酸化のための呼吸過程で一定量の単糖類 (グルコース) を使用し、その間 (従属栄養生物の場合と同様) ATP が合成されます。

炭水化物は、果物、穀物、野菜、乳製品に含まれる糖、デンプン、繊維です。流行のダイエットでは炭水化物は無視されることが多いですが、主要な食品群の 1 つである炭水化物は健康的な生活にとって重要です。

管理栄養士のペイジ・スマザーズ氏は、「炭水化物は多量栄養素であり、体がエネルギーやカロリーを得る3つの主要な方法の1つであることを意味します」と言う。米国糖尿病協会は、炭水化物が体の主なエネルギー源であると指摘しています。化学レベルでは炭素、水素、酸素が含まれているため、炭水化物と呼ばれます。

スマーツ氏は、主要栄養素には炭水化物、タンパク質、脂肪の3種類があると述べた。主要栄養素は体が適切に機能するために不可欠であり、体は大量の栄養素を必要とします。すべての主要栄養素は食事を通じて摂取する必要があります。体は主要栄養素を自ら生成することができません。

成人の1日の炭水化物の推奨摂取量は135グラムです。ほとんどの人にとって、炭水化物の摂取量は総カロリーの 45 ～ 65% でなければなりません。炭水化物 1 グラムは約 4 カロリーなので、1 日あたり 1,800 カロリーの食事では 202 ～ 292 グラムの炭水化物に相当します。ただし、糖尿病の人は1日当たり200グラムを超える炭水化物を摂取すべきではなく、妊婦は少なくとも175グラムが必要です。

炭水化物の働き

炭水化物は中枢神経系に燃料を供給し、筋肉機能にエネルギーを供給します。アイオワ州立大学によると、これらはエネルギー源としてのタンパク質の使用を防ぎ、脂肪の代謝を促進します。

さらに、「炭水化物は脳の機能にとって重要です」とスマザーズ氏は言う。それらは「気分や記憶などに影響を与え、またすぐにエネルギー源となる」のです。実際、炭水化物の推奨量は、脳が消費すべき炭水化物の量に基づいています。

単純な炭水化物と複雑な炭水化物

炭水化物は単純型と複雑型に分類されます。 2 つの形式の違いは、化学構造と糖の急速な吸収と消化です。単純な炭水化物は、複雑な炭水化物よりも早く簡単に消化および吸収されます。

単純炭水化物には、フルクトース (果物に含まれる) やガラクトース (乳製品に含まれる) などの糖が 1 つまたは 2 つだけ含まれています。この単糖類を単糖類といいます。スクロース（砂糖表）、ラクトース（乳製品由来）、マルトース（ビールや一部の野菜に含まれる）など、2つの糖を含む炭水化物は二糖類と呼ばれます。

単純な炭水化物はキャンディー、ソーダ、シロップにも含まれています。ただし、これらの製品は加工および精製された砂糖で作られており、ビタミン、ミネラル、繊維は含まれていません。これらは「エンプティカロリー」と呼ばれ、体重増加につながる可能性があります。

複合炭水化物（多糖類）には 3 つ以上の糖が含まれています。これらはデンプン質食品と呼ばれることが多く、豆、エンドウ豆、レンズ豆、ピーナッツ、ジャガイモ、トウモロコシ、パースニップ、全粒粉パン、シリアルなどが含まれます。

Smarts 氏は、すべての炭水化物は比較的素早いエネルギー源として機能しますが、単純な炭水化物は消化と吸収の速度が速いため、複合炭水化物よりもはるかに速くエネルギーを爆発的に生成すると指摘しました。単純な炭水化物は血糖値や血糖値の急上昇を引き起こす可能性がありますが、複雑な炭水化物はより持続的なエネルギーを提供します。

研究によると、飽和脂肪を多くの食品に含まれるような単純な炭水化物に置き換えると、心臓病や 2 型糖尿病のリスクが増加することが示されています。

Smarts 氏は次のようにアドバイスしました。「全粒穀物や野菜など、複合炭水化物を食事の中で主に使用することに重点を置くのが最善です。」

砂糖、でんぷん、繊維

体内では、炭水化物はグルコースやフルクトースなどの小さな糖単位に分解されます。小腸はこれらの小さな単位を吸収し、血流に入り肝臓に移動します。肝臓はこれらすべての糖をグルコースに変換し、インスリンを伴って血流を介して運ばれ、基本的な体の機能と身体活動のためのエネルギーに変換されます。

エネルギーとしてブドウ糖がすぐに必要でない場合、体は肝臓と筋肉にグリコーゲンの形で最大 2,000 カロリーを蓄えることができます。グリコーゲン貯蔵量が満杯になると、炭水化物は脂肪として貯蔵されます。炭水化物の摂取や買い物が不十分な場合、体は燃料としてタンパク質を消費します。体は筋肉のためにタンパク質を必要とするため、これは問題です。燃料として炭水化物の代わりにタンパク質を使用すると、腎臓に負担がかかり、痛みを伴う副産物が尿に排出されます。

繊維は消化に重要です。これらは健康的な排便を促進し、冠状動脈性心疾患や糖尿病などの慢性疾患のリスクを軽減します。しかし、砂糖やデンプンとは異なり、繊維は小腸で吸収されず、グルコースに変換されません。代わりに、それらは比較的そのままの状態で結腸に入り、そこで水素、二酸化炭素、脂肪酸に変換されます。米国医学研究所は、1,000 カロリーごとに 14 グラムの繊維を摂取することを推奨しています。繊維源には、果物、穀物、野菜、特に豆類が含まれます。

スマート氏は、炭水化物はある種の乳製品やでんぷん質野菜と非でんぷん質野菜の両方にも自然に含まれると指摘しました。たとえば、レタス、キャベツ、インゲン、セロリ、ニンジン、ブロッコリーなどの非でんぷん質の野菜には炭水化物が含まれています。ジャガイモやトウモロコシなどのでんぷん質の野菜にも炭水化物が含まれていますが、その量はより多くなります。米国糖尿病協会によると、非でんぷん質の野菜には通常、生野菜 1 カップあたり約 5 グラムの炭水化物しか含まれておらず、それらの炭水化物のほとんどは繊維由来です。

良い炭水化物と悪い炭水化物

炭水化物は、体に良いとわかっている食べ物（野菜）と体に悪い食べ物（ドーナツ）に含まれています。このため、炭水化物には「良い」ものと「悪い」ものがあるという考えが生まれました。ヘルシーギーザーのフレッド・シセッティ氏によると、一般的に悪いと考えられている炭水化物には、ケーキ、ソーダ、高度に加工された食品、白米、白パン、その他の白い小麦粉製品が含まれます。これらは単純な炭水化物を含む食品です。悪い炭水化物には栄養価がないことはほとんどありません。

炭水化物は一般に、全粒穀物、果物、野菜、豆、豆類などの複合炭水化物であると考えられています。ゆっくりと処理されるだけでなく、他の栄養素も豊富に含まれています。

Pritikin Longevity Center は、炭水化物が「良い」か「悪い」かを判断するためのこのチェックリストを提供しています。

良質な炭水化物:

低カロリーから中カロリー
高い栄養素レベル
精製砂糖や精製穀物は不使用
天然繊維含有量が高い
ナトリウム含有量が低い
飽和脂肪が少ない
コレステロールとトランス脂肪がほとんどまたはまったくない

悪い炭水化物:

カロリーがたっぷり
コーンシロップ、白砂糖、蜂蜜、フルーツジュースなどの精製された砂糖がたくさん
精白小麦粉などの精製穀物が豊富
多くの栄養素が少ない
繊維含有量が低い
ナトリウム濃度が高い
飽和脂肪
高コレステロールとトランス脂肪

血糖指数

グリセミックインデックスは、炭水化物が血糖値をどれだけ早く上昇させるかを測定します。

焼き菓子などの高血糖食品は、血糖値を急激に上昇させます。低血糖食品では、穏やかに、より少ない程度で血糖値が生成されます。ハーバード大学医学部によると、高血糖食品と糖尿病、肥満、心臓病、一部の種類のがんとの関連を示す研究もある。

一方で、最近の研究では、低血糖食事は実際には有益ではない可能性があることが示唆されています。 JAMAに掲載された2014年の研究では、バランスの取れた食事を摂っている太りすぎの成人は、低カロリー、低血糖指数の食事を摂ることによる大きなさらなる利益は見られないことが判明しました。研究者らは、インスリン感受性、収縮期血圧、LDLコレステロール、HDLコレステロールを測定したところ、低血糖食事では症状が改善されないことがわかりました。中性脂肪レベルを下げてくれました。

炭水化物の利点

適切な種類の炭水化物は体に信じられないほど良い効果をもたらします。それらはあなたの健康に不可欠であるだけでなく、さらに多くの利点をもたらします。

メンタルヘルス

炭水化物は精神的健康にとって重要である可能性があります。 JAMA Internal Medicine誌に掲載された2009年の研究では、高脂肪・低炭水化物の食事をとっている人は、低脂肪・高炭水化物の食事をとっている人よりも、1年間でより多くの不安、憂鬱、怒りを経験することがわかりました。科学者たちは、炭水化物が脳内でのセロトニン生成を助けるのではないかと考えています。

炭水化物は記憶力にも役立ちます。タフツ大学での2008年の研究では、太りすぎの女性は1週間食事から炭水化物を完全にカットしました。次に、女性の認知能力、視覚的注意力、空間記憶力をテストしました。炭水化物抜きの食事をとっている女性は、健康的な量の炭水化物を含む低カロリーの食事をとっている太りすぎの女性よりも成績が悪かった。

体重減少

炭水化物が体重増加の原因だとよく言われますが、適切な種類の炭水化物は実際に健康的な体重を減らし、維持するのに役立ちます。これは、多くの良質な炭水化物、特に全粒穀物や皮付き野菜には繊維が含まれているためです。低炭水化物ダイエットで十分な繊維を摂取するのは困難です。食物繊維は満腹感を得るのに役立ち、通常は比較的低カロリーの食品に含まれます。

2009年にJournal of Nutrition誌に発表された研究では、中年女性を20か月間追跡調査し、繊維質をより多く摂取した参加者は体重が減り、繊維質の摂取量を減らした参加者は体重が増加したことが判明した。別の最近の研究は、低炭水化物ダイエットではなく、低脂肪脂肪の減少に焦点を当てています。

低炭水化物ダイエットが体重減少に役立つことを示す研究もいくつかありますが、ランセット誌に掲載された2015年のメタ分析では、長期分析では低脂肪ダイエットと低炭水化物ダイエットの成功率が同等であることがわかりました。低炭水化物ダイエット中の人々は、初期にはより体重が減りましたが、1年後には全員同じ体重になりました。

優れた栄養源

未加工の丸ごとの果物や野菜は、栄養価が高いことでよく知られています。このため、それらの中にはスーパーフードとみなされているものもあり、これらの葉物野菜、鮮やかなサツマイモ、ジューシーなベリー類、ピリッとした柑橘類、シャキシャキしたリンゴにはすべて炭水化物が含まれています。

良質な炭水化物を豊富に含む重要な供給源の 1 つは、全粒穀物です。 2010年にJournal of the American Dietetic Associationに発表された大規模な研究では、全粒穀物を含む食品を食べた人は、繊維質、エネルギー、多価不飽和脂肪、さらにはすべての微量栄養素（ビタミンB12とナトリウムを除く）の量が大幅に多かったことがわかりました。 2014年にジャーナル『Critical Reviews in Food Science and Nutrition』に掲載された追加研究では、全粒穀物には、これまでほぼ果物と野菜だけだと考えられていた抗酸化物質が含まれていることが判明した。

心臓の健康

繊維はコレステロール値を下げるのにも役立ちます。消化プロセスには胆汁酸が必要ですが、胆汁酸の一部はコレステロールによって生成されます。消化が改善されると、肝臓は血液からコレステロールを引き出してより多くの胆汁酸を生成し、それによって「悪玉」コレステロールである LDL の量が減少します。

American Journal of Clinical Nutritionに、スタチンと呼ばれるコレステロール低下薬を服用している患者に対する全粒穀物の影響を調べた研究があります。毎日16グラム以上の全粒穀物を食べた人は、全粒穀物を食べずにスタチンを服用した人よりも悪玉コレステロールのレベルが低かった。

炭水化物欠乏症

炭水化物を十分に摂取しないと問題が発生する可能性があります。十分な燃料がないと、体はエネルギーを受け取ることができません。さらに、ブドウ糖が不足すると中枢神経系が障害を受け、めまいや心身の衰弱を引き起こす可能性があります。グルコース欠乏または低血糖は低血糖と呼ばれます。

体が炭水化物の摂取または貯蔵が不十分な場合、タンパク質を消費します。体は筋肉のためにタンパク質を必要とするため、これは問題です。シンシナティ大学によると、炭水化物の代わりにタンパク質を摂取すると腎臓に負担がかかり、痛みを伴う副産物が尿に排出されることになる。

炭水化物を十分に摂取していない人は、食物繊維の不足に悩まされる可能性があり、消化不良や便秘を引き起こす可能性があります。

炭水化物- 水素と酸素が原則として 2:1 の比率で存在する酸素含有有機物質（水分子の場合と同様）。

ほとんどの炭水化物の一般式は C です。 n(H2O) メートル。しかし、この一般式は、炭水化物ではない他の化合物、たとえば、HCHO である C(H 2 O) または CH 3 COOH である C 2 (H 2 O) 2 にも対応します。

炭水化物分子の直鎖状には、カルボニル基が常に存在します (カルボニル基自体、またはアルデヒド基の一部として)。炭水化物分子の直鎖状と環状の両方に、いくつかのヒドロキシル基が含まれています。したがって、炭水化物は二官能性化合物として分類されます。

炭水化物は、加水分解能力に基づいて、単糖類、二糖類、多糖類の 3 つの主要なグループに分類されます。単糖類 (グルコースなど) は加水分解されませんが、二糖類分子 (スクロースなど) は加水分解されて 2 つの単糖類分子を形成し、多糖類分子 (デンプンなど) は加水分解されて多くの単糖類分子を形成します。

単糖類

単糖分子の直鎖状にアルデヒド基があれば、そのような炭水化物はアルドースに属します。つまり、それはアルデヒドアルコール（アルドース）ですが、分子の直鎖状にカルボニル基が結合していない場合は、アルドースに属します。水素原子の場合、それはケトンアルコール（ケトース）です

分子内の炭素原子の数に基づいて、単糖はトリオース (n = 3)、テトロース (n = 4)、ペントース (n = 5)、ヘキソース (n = 6) などに分類されます。自然界では、ペントースとヘキソースはヘキソースが最もよく見つかります。

ヘキソース分子の直鎖状にアルデヒド基がある場合、そのような炭水化物はアルドヘキソース (グルコースなど) に属し、カルボニルのみの場合はケトヘキソース (フルクトースなど) に属します。

グルコース (アルドヘキソースの一例)	フルクトース（ケトヘキソースの一例）	リボース (アルドペントースの例)
	環状体の構造式	環状体の構造式
	線形構造式	線形構造式

単糖類の化学的および空間的構造は複雑であるため、単糖類には多くの異性体が存在し、たとえば、数十の異性体ヘキソースが存在します。

単糖類が溶解すると一部の分子が可逆的に開環し、逆環化により別の異性体の形成が生じる可能性があるという事実により、状況はさらに複雑になります。 β-グルコース (グルコースの一般的な結晶形) の場合、このプロセスは次の方程式で表されます。


-形状		アルデヒド（直鎖）形		-形状

単糖類の物性：無色の結晶物質、水に溶け、甘い味。

グルコースの化学的性質

二官能性化合物であるグルコースは、（溶液中で）多価アルコールとアルデヒドの特性、つまり定性的な反応を示します。

二糖類

二糖類の中で、スクロース C 12 H 22 O 11 が最も重要です。

スクロース分子は、グルコース分子とフルクトース分子の残基から構成されます。

物理的特性: 無色の結晶性物質、水によく溶け、味は甘い。

デンプン分子はコイル状になっており、ほとんどの分子は分岐しています。デンプンの分子量はセルロースの分子量より小さい。デンプンは非晶質物質であり、冷水には溶けませんが、熱水には部分的に溶けます。

化学的性質

炭水化物は一般式 C を持つ物質です。 n(H2O) メートル、どこ nそして メートル異なる意味があるかもしれません。「炭水化物」という名前は、これらの物質の分子中に水分子と同じ比率で水素と酸素が存在するという事実を反映しています。炭水化物誘導体には、炭素、水素、酸素に加えて、窒素などの他の元素も含まれる場合があります。

炭水化物は、細胞内の有機物質の主要なグループの 1 つです。それらは光合成の一次生成物であり、植物における他の有機物質（有機酸、アルコール、アミノ酸など）の生合成の初期生成物であり、他のすべての生物の細胞にも見られます。動物細胞では、炭水化物含有量は 1 ～ 2% 以内ですが、植物細胞では、場合によっては乾物質量の 85 ～ 90% に達することがあります。

炭水化物には 3 つのグループがあります。

単糖類または単糖類。
オリゴ糖 - 2 ～ 10 個の単糖分子が直列に結合した化合物 (例えば、二糖、三糖など)。
多糖類は、10 分子を超える単糖またはその誘導体 (デンプン、グリコーゲン、セルロース、キチン) から構成されます。

単糖類（単糖類）

単糖類は炭素骨格の長さ（炭素原子の数）に応じて次のように分類されます。 トリオース(C3)、 テトローゼ(C4)、 ペントース(C5)、 ヘキソース(C6)、 ヘプトース(C7)。

単糖分子は、アルデヒドアルコール (アルドース) またはケトアルコール (ケトース) のいずれかです。これらの物質の化学的性質は、主に分子を構成するアルデヒド基またはケトン基によって決まります。

単糖類は水によく溶け、甘みがあります。

ペントースから始まる単糖類は水に溶解すると環状になります。

ペントースとヘキソースの環状構造は一般的な形式です。どの瞬間においても、分子のほんの一部だけが「開鎖」形式で存在します。オリゴ糖および多糖には、環状の単糖も含まれます。

すべての炭素原子が酸素原子に結合している糖に加えて、部分的に還元された糖があり、その中で最も重要なものはデオキシリボースです。

オリゴ糖

オリゴ糖は加水分解されると、いくつかの単糖分子を形成します。オリゴ糖では、単糖の分子がいわゆる グリコシド結合酸素を介してある分子の炭素原子を別の分子の炭素原子に接続すること。

最も重要なオリゴ糖には次のものがあります。 麦芽糖(麦芽糖)、乳糖（乳糖）と スクロース（サトウキビまたはてんさい糖）。これらの糖は二糖類とも呼ばれます。それらの性質によれば、二糖類は単糖類のブロックです。水によく溶け、甘い味がします。

多糖類

これらは高分子 (最大 10,000,000 Da) ポリマー生体分子であり、多数のモノマー (単糖とその誘導体) で構成されています。

多糖類は、同じ種類の単糖類または異なる種類の単糖類から構成されます。最初のケースでは、それらは次のように呼ばれます ホモ多糖類(デンプン、セルロース、キチンなど)、2番目 - ヘテロ多糖類(ヘパリン)。すべての多糖類は水に不溶性であり、甘味はありません。それらの中には、腫れや粘液が出る可能性があるものもあります。

最も重要な多糖類は次のとおりです。

セルロース- 水素結合によって接続されたいくつかの直鎖状の平行鎖からなる直鎖状多糖類。各鎖はβ-D-グルコース残基によって形成されます。この構造は水の浸透を防ぎ、非常に張力があるため、26 ～ 40% のセルロースを含む植物細胞膜の安定性が保証されます。

セルロースは、多くの動物、細菌、真菌の餌として機能します。しかし、人間を含むほとんどの動物は、セルロースをグルコースに分解する酵素セルラーゼを胃腸管に欠いているため、セルロースを消化できません。同時に、セルロース繊維は食物にかさ高と粗い粘稠度を与え、腸の運動性を刺激するため、栄養面で重要な役割を果たします。

デンプンとグリコーゲン。これらの多糖類は、植物 (デンプン)、動物、人間、菌類 (グリコーゲン) におけるグルコース貯蔵の主な形態です。それらが加水分解されると、生体内で生命活動に必要なグルコースが生成されます。

キチンβ-グルコース分子によって形成され、2 番目の炭素原子のアルコール基が窒素含有基 NHCOCH 3 で置き換えられます。セルロース鎖のような長い平行鎖が束になって集まっています。

キチンは、節足動物の外皮および菌類の細胞壁の主要な構造要素です。

炭水化物の働き

エネルギー。グルコースは、細胞呼吸中に生物の細胞内で放出される主なエネルギー源です (1 g の炭水化物は酸化中に 17.6 kJ のエネルギーを放出します)。

構造的。セルロースは植物の細胞壁の一部です。キチンは、節足動物の外皮および菌類の細胞壁の構造成分です。

一部のオリゴ糖は細胞の細胞膜の一部であり（糖タンパク質および糖脂質の形で）、糖衣を形成します。

代謝。ペントースは、ヌクレオチド（リボースは RNA ヌクレオチドの一部であり、デオキシリボースは DNA ヌクレオチドの一部です）、一部の補酵素（NAD、NADP、補酵素 A、FAD など）、AMP の合成に関与します。光合成に参加します（リブロース二リン酸は光合成の暗期における CO 2 受容体です）。

ペントースとヘキソースは多糖類の合成に関与します。グルコースはこの役割において特に重要です。

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