Углеводы, жиры (липиды) и белки представляют собой три главных типа пищевых веществ, необходимых для жизнедеятельности организма, и являются также основными составными частями организма.
Обмен веществ (метаболизм) и, в частности, обмен углеводов, жиров и белков в организме происходит в тесном взаимодействии. «Однако в метаболизме каждого из них имеются свои особенности и физиологическое значение их различно. Поэтому принято обмен тех или иных веществ рассматривать отдельно, хотя такое обособление в известной степени искусственно» (А. В. Логинов, 1983).
В основе сахарного диабета лежит расстройство углеводного обмена в организме.
Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире. Растительные вещества являются основным источником углеводов. Из углеводов состоит около 75% твердого вещества растений (70—80% массы сухого вещества клеток). «В животном организме на их долю приходится всего около 2% массы тела, однако и здесь их роль не менее важна» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле.
Углеводы составляют основную часть пищи млекопитающих. Углевод глюкоза является обязательным компонентом крови и тканей животных и непосредственным источником энергии для клеточных реакций.
К углеводам относятся простые сахара, дисахарид сахароза, полисахариды крахмал, клетчатка (целлюлоза), гликоген (животный крахмал).
Простые сахара глюкоза (виноградный сахар), фруктоза (плодовый сахар) и дисахарид сахароза (окончание «оза» обозначает «сахар») содержатся во многих фруктах и овощах. Много фруктозы содержится в мёде, сладкий вкус мёда обусловлен фруктозой.
Пищевой сахар, которым пользуются в домашнем хозяйстве, производят из сахарной свёклы или сахарного тростника. В процессе их переработки получают сахарозу; по химическому составу она является углеводом-дисахаридом, молекула которого состоит из молекулы глюкозы, химически присоединённой к молекуле фруктозы. Дисахарид состоит из двух моносахаридов, при соединении которых происходит выделение молекулы воды. Сахароза не содержит ни витаминов, ни минеральных солей, ни каких-либо иных биологически активных веществ, которые имеются практически во всех других продуктах питания растительного и животного происхождения.
Полисахариды — сложные углеводы, состоящие из многих молекул моносахаридов, поэтому их молекулярный вес очень высок. Они во многом отличаются от простых сахаров, не обладают сладким вкусом.
Углеводы в виде крахмала откладываются в запас растениями, в виде гликогена — в организме животных и человека. В организме человека углеводы откладываются в основном в печени, а также в скелетных мышцах, которые являются углеводными депо организма (гликоген растворим в воде, он найден в печени и скелетной мышечной ткани, а также в мышце сердца).
Крахмал и гликоген построены только из молекул глюкозы. При недостатке глюкозы гликоген быстро расщепляется и восстанавливает её нормальный уровень в крови.
Целлюлоза (клетчатка) образует опорные структуры растений, формирует основные структуры деревьев и растений, придающих им устойчивость. В растениях углеводы служат в основном опорным материалом. Клетчатка — самый распространённый на Земле углевод растений.
Углеводы в организме человека являются главным источником энергии, обеспечивая не менее 60% энергозатрат. «Для деятельности мозга, клеток крови, мозгового вещества почек практически вся энергия поставляется за счёт окисления глюкозы» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).
«Важная роль углеводов в энергетических процессах связана с тем, что они способны быстро расщепляться и окисляться с выделением энергии, откладываться в депо и легко из него извлекаться и проникают в виде моносахаридов в кровь, тканевую жидкость и клетки. Использование организмом углеводов в качестве энергетического материала особенно выгодно в случаях экстренной потребности в энергии, например, при эмоциях, сильных мышечных усилиях и других состояниях» (А. В. Логинов, 1983).
Такова энергетическая функция углеводов в организме человека.
Пластическую функцию в организме человека углеводы выполняют, входя в состав биологических мембран и органоидов клеток, участвуя в образовании ферментов и т. д., а защитную функцию — входя непосредственно или в виде производных (мукополисахаридов и др.) в состав секретов (слизей), выделяемых различными железами. «Они защищают внутренние стенки полых органов желудочно-кишечного тракта, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов» (М. В. Ермолаев, Л. П. Ильичёва, 1989).