کربوهیدراتها (هیدرات های کربن یا مواد قندی) یکی از انواع مولکول های زیستی هستند که از نظر شیمیایی آنها را پلی‌هیدروکسی‌آلدئید یا پلی‌هیدروکسی‌کتون می‌دانند. هیدرات‌های کربن از اتم‌های کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده‌اند. کربوهیدراتها بیشتر به عنوان مولکول‌های ذخیره‌کننده انرژی عمل میکنند، اما کارمردهای ساختاری و نقش در انتقال پیام و ... نیز دارند.
ساختار
کربوهیدرات های خالص شامل اتم‌های کربن, هیدروژن, و اکسیژن هستند با نسبت ملکولی 1:2:1 که فرمول عمومی Cn(H2O)n را تشکیل می‌دهند. با این وجود, خیلی از کربوهیدرات‌های مهم از این قانون مستثنی هستند (مثل دیوکسی‌ریبوز و گلیسرول که بدین ترتیب آنها را مستقیما نمی‌توان کربوهیدرات خواند. گاهی وقتها ترکیباتی که شامل عناصر دیگری نیز میشوند را هم کربوهیدرات میخوانند(مثلاً چیتین که شامل نیتروژن نیز است).
دسته‌بندی کربوهیدراتها
کربوهیدراتها یا به صورت تک واحدی هستند ( تک‌قندی‌ها یا مونوساکاریدها) و یا بصورت دی‌مر، تری‌مر و یا پلی‌مر‌هایی از این زیر واحدها هستند که به ترتیب دوقندی‌ها (یا دی‌ساکارید)ها، چندقندی‌ها (یا الیگوساکارید‌ها) و پلیساکاریدها نامیده میشوند.
دوقندی‌ها
لاکتوز یا قند شیر، ساکاروز یا شکر و مالتوز یا قند مالت، نمونه‌هایی از دی‌ساکاریدها هستند.
پلیساکاریدها
هنگامی که مونوساکاریدها یا دی‌ساکاریدها به هم می‌پیوندند رشته‌های پلیمری بلندی را پدید می‌آوند که پلی‌ساکارید نام دارند. مهمترین پلیساکاریدها شامل:
نشاسته یا آمیلون
گلیکوژن
سلولز
پکتین
می‌باشند.
نشاسته کربوهیدرات ذخیره‌ای در گیاهان ( سیب زمینی، ، نان، برنج و ...) است که از بهم پیوستن تک قندیها به اشکال مختلف حاصل میشوند و در بدن پس از گوارش مالتوز تبدیل شده و سرانجام به تک‌قندی‌های گلوکز، فروکتوز و گالاکتوز در می‌‌آیند. این سه تک‌قندی جذب خون شده و پس از عبور از کبد به وسیله گردش خون در سرتاسر بدن پخش میگردد.
گلیکوژن تنها شکل ذخیره انرژی به صورت قند در بدن انسان است. مقدار ذخیره گلیکوژن در انسان 350 گرم است. حدود 100 یا 108 گرم گلیکوژن در کبد است و بقیه در ماهیچه‌هاست. مقدار ذخیره گلیکوژن در بدن انسان به اندازه این است که نیازهای نصف روز انسان را تأمین میکند. بدین صورت که فردی گرسنه است و غذا نمی‌خورد، گلیکوژن کبدی، قند خون وی را تأمین میکند و گلیکوژن ماهیچه‌ها، نیازهای عضلانی را تأمین میکند. زمانی که گرسنگی دوم اتفاق می‌‌افتد، زمانی است که گلیکوژن کبدی تخلیه شده و گلیکوژن که تحت تأثیر زیمایه (آنزیم) فسفریلاز قرار می‌‌گیرد گلیکوژن کبدی است نه گلیکوژن ماهیچه.
سلولز نیز پلی‌ساکاریدی است که در گیاهان تولید میشود. تفاوت ساختمانی آن با نشاسته این است که در سلولز پیوندهای بتا ۱ به ۴ وجود دارد اما در روده پستانداران آنزیمی برای تجزیه آن وجود ندارد. در روده نشخوار کنندگان سلولز توسط آنزیم سلولاز که توسط باکتری‌های روده‌ای آنها تولید میشود تجزیه میشود.
سوخت‌وساز کربوهیدراتها
کربوهیدراتها به گلوکز تبدیل میشوند و گلوکز به دو طریق در بدن دگرگشت یا سوخت‌وساز (متابولیسم) هوازی میشود:
دگرگشت هوازی گلوکز: بدین صورت که ابتدا مولکول گلوکز می‌‌شکند و دو مولکول اسید پیرویک ایجاد میکند، اسد پیرویک دکربکسیله میشود و به مشتق استیل تبدیل میشود، مشتق استیل با کوآنزیم A ترکیب میشود و استیل کوآنزیم A را ایجاد میکند. استیل کوآنزیمA وارد چرخه کرپس میشود و طی یک سلسله واکنشهای پیاپی به آب، انرژی و CO2 تبدیل میشود.
دگرگشت بی‌هوازی: زمانی که بدن در شرایط اضطراری قرار می‌‌گیرد متابولیسم بی هوازی رخ میدهد. مثلاً ورزشکاری که فعالیت سنگین انجام میدهد، قادر به تأمین کل انرژی مورد نیاز خود از طریق هوازی نیست، قسمتی از انرژی خود را از طریق بی هوازی تأمین میکند. یا در شرایطی که فرد در حالت خفگی قرار می‌‌گیرد (آب یا دود) بدن از طریق متابولیسم بی هوازی سعی در حفظ حیات میکند. بدین صورت که مولکول گلوکز می‌‌شکند، دو مولکول اسید پیروویک ایجاد میکند، هر مولکول اسید پیروویک احیاء میشود و اسید لاکتیک ایجاد میکند. علت اینکه اسید لاکتیک باعث گرفتگی عضله یا خستگی ورزشکاران میشود، متابولیسم بی هوازی است. بنابراین در شرایط بی هوازی از متالولیسم گلوکز 2 ATP (آدنوزین تری فسفات) و در شرایط هوازی از متابولیسم گلوکز 38 ATP انرژی حاصل میشود. البته ممکن است تصور کنید هضم دگرگشت بی هوازی باعث تخریب انرژی میشود در صورتیکه اسید لاکتیک جمع شده در عضله با جریان خون به کبد می‌‌رود و مجدداً تبدیل به گلیکوژن میشود و دوباره قند می‌‌سازد.
کارکرد مواد قندی و نشاسته در بدن
تولید گرما نقش اصلی و عمده این مواد تولید انرژی در بدن است. تنظیم قند خون بدن سالم بعد از جذب قندها به وسیله اعمالی که انجام میدهد، مقدار آن را تا حدودی ثابت نگه می‌‌دارد. ذخیره در بدن مقدار اضافی مواد قندی و نشاسته‌ای در کبد و ماهیچه‌ها به میزان معینی ذخیره و بقیه به صورت چربی در بافت چربی ذخیره میگردد تا در صورت لزوم، بدن بتواند به عنوان منبع انرژی از آن استفاده نماید.
منابع غذایی قندی و نشاسته‌ای
ما بخش عمده انرژی مورد نیاز روزانه خود را از غلات یعنی-گندم، جو، ذرت، برنج، ماکارونی، سیب زمینی و .... حبوبات مانند- لوبیا، نخود، عدس و ... .همچنین قند و شکر، آب نبات، بیسکویت، خرما، کشمش، عسل و شیرینیجات، میوه‌های شیرین، چغندر، شلغم و مانند اینها تأمین می‌‌کنیم. و اما مهمترین بخش
انرژی‌زایی کربوهیدراتها
کربوهیدراتها انرژی‌زا هستند و انجام اعمال حیاتی را تسهیل می‌‌نمایند، از اینرو از بهترین مواد تغذیه‌ای برای ورزشکارانند. مواد قندی و نشاسته‌ای یکی از مهمترین و ارزانترین منابع انرژی در رژیم غذایی انسان بشمار میروند. قسمت مهمی از غذاهای مردم آسیا، افریقا و بسیاری از نقاط جهان از مواد قندی و نشاسته‌ای تشکیل شده است. به علت ارزانی کربوهیدرات ها، اکثر مردم از آنها استفاده میکنند و 40 تا 50 درصد غذای روزانه را تشکیل می‌دهند. هنگامی که کربوهیدراتها وارد بدن میشوند به انرژی تبدیل میگردند و مقدار اضافی آنها در بافتهای چربی ذخیره میشود. در همه نقاط دنیا یک ماده غذایی نشاسته‌ای، غذای اصلی مردم است. در بیش از 50 درصد کشورهای دنیا برنج، گندم، ذرت، سیب زمینی و نان، را به عنوان غذای اصلی استفاده میکنند. مشتقات تک قندیها، سوریبتول است که از احیای گلوکز به دست می‌‌آید. ویژگی آن سرعت جذب خیلی کند است. بنابراین به طور کامل جذب نمی‌شود. سرعت کند جذب سوریبتول در چند زمینه مورد استفاده تغذیه‌ای قرار می‌‌گیرد: در افراد مبتلا به مرض قند که تمایل به خوردن مربا یا شربت شیرین دارند می‌‌توان از سوریبتول استفاده کرد. زیرا به علت جذب کند سوریبتول مقداری از این مواد وارد روده شده و توسط فلور روده تخمیر میشود و گاز ایجاد میکند .بنابراین فرد مبتلا به مرض قند میتواند دو قاشق مرباخوری سوربیتول بخورد و اگر مقدار زیادتری استفاده کند دچار نفخ میشود و اگر مقدار بیشتری استفاده کند دچار اسهال میشود. یکی از مشکلات افرادی که رژیم لاغری میگیرند، پائین آمدن قند خون و احساس گرسنگی است. بنابراین سوریبتول درست است که کربوهیدرات است اما به دلیل جذب کُند، مصرف مقدار کمی از آن میتواند قند خون را در حد طبیعی نگه دارد و یا در افرادی که در ذخیره سازی گلیکوژن کبدی مشکل دارند، می‌‌توان از این ویژگی بهره جست. مشتقات تک قندی به نام اینوزیتول، که یک هکزوز حلقوی است، معمولاً در سبوس غلات مثل نان به صورت ترکیب با شش مولکول اسید فسفوریک است که اصطلاحاً به آن اسید فیتیک می‌‌گویند. وقتی اسید فیتیک بدین صورت است، ارزش تغذیه‌ای ندارد زیرا قند و فسفر آن قابل استفاده نیست و در ضمن مانع جذب کلسیم و آهن غذا نیز میشود، اما اگر نانی مثل نان سنگک را تخمیر کنیم به وسیله خمیر ترش اسید فیتیک تجزیه میشود، قند و فسفر آن قابل استفاده میگردد و مانع از جذب کلسیم و فسفر هم نمی‌شود
پروتئین
نقش پروتئین ها در رژیم غذایی
پروتئین ها مواد مغذی اصلی هر سلول زنده هستند. در ساختمان آنها نه تنها کربن
، هیدروژن و اکسیژن وجود دارد، بلکه ازت و گاهی گوگرد نیز موجود می باشد.
پروتئینها مسئول انجام اعمال گوناگونی هستند. نقش آنها از تشکیل ماده انقباضی عضلات گرفته تا ساختن بعضی از هورمون ها، آنزیم ها و آنتی کورها، تبدیل انرژی شیمیایی به کار و انتقال اکسیژن و هیدروژن متنوع می باشد.
یادآوری ویژگیهای فیزیکو– شیمیایی پروتئین ها
الف) از هیدرولیز پروتئین ها اسیدهای آمینه بدست می آید.
تعداد اسیدهای آمینه بیست عدد می باشد که بعضی از آنها «اساسی» هستند که عبارتند از : لیزین, تریپتوفان فینل آلائین, متیونین, ترئونین, لوسین و والین و چون بدن انسان قادر نیست آنها را بسازد، حتماً باید توسط غذا تأمین گردند.