U divljini su rasprostranjene mnoge tvari čiju je važnost teško precijeniti. Na primjer, to uključuje ugljikohidrate. Izuzetno su važni kao izvor energije za životinje i ljude, a neka svojstva ugljikohidrata čine ih nezamjenjivom sirovinom za industriju.
Što je ovo?
To su sve tvari čija se struktura može opisati formulom Cn(H2O)m. Oni su od velike biološke važnosti, igraju ključnu ulogu u životima mnogih živih bića.
Znanstvenici su došli do imena ove skupine nakon što je napravljena početna analiza tvari koje su u njoj uključene. Tada se pokazalo da su njihove glavne komponente ugljik i voda. Kasnije se pokazalo da se naziv pokazao iznimno točnim, budući da su svojstva ugljikohidrata takva da je omjer atoma vodika i kisika u njima potpuno identičan onom u vodi. Jednostavno rečeno, na svaka dva atoma vodika dolazi jedan kisik. Po prvi put, rusku verziju imena predložio je 1844. profesor K. Schmidt.
Nekidodaci
Ako malo izmijenimo gornju formulu, uzimajući "n" iz zagrada, tada će izraz postati nešto drugačiji: Sm(N2O)n. Možda je to ono što savršeno odražava samu bit naziva "ugljen - voda".
Do danas su znanstvenici točno utvrdili da postoji niz tvari koje imaju svojstva ugljikohidrata, ali ne odgovaraju u potpunosti formuli koju smo opisali. Stoga se u stranoj literaturi često može naletjeti na riječ "glicidi", koja je suvremeni sinonim za pojam iz 1844. godine, što se pokazalo neu potpunosti točnim.
Jednostavna klasifikacija
Cijela ogromna klasa tvari može se podijeliti u dvije velike skupine: jednostavne i složene glicide. Koja su svojstva ugljikohidrata koje oni uključuju? Zapravo, oni se također ne razlikuju po velikoj složenosti:
- Jednostavne su one tvari iz skupine koje nisu podložne hidrolizi s naknadnim stvaranjem drugih ugljikohidrata. Ali glavna razlika je u tome što je broj atoma kisika u njihovoj strukturi jednak istom broju atoma ugljika. Zovu se monosaharidi.
- Prema tome, definicija "složenog" uključuje sve one glicide koji se razgrađuju tijekom hidrolize u nekoliko jednostavnih ugljikohidrata. Naravno, imaju drugačiji omjer atoma kisika i ugljika. Zovu se disaharidi. Vrlo važnu ulogu u prirodi imaju složeni ugljikohidrati, čiji popis djelomično donosimo u članku.
Osim toga, postoji još jedna klasifikacija prema kojoj se ugljikohidrati dijele u tri vrste. Evo ih:
- Monosaharidi.
- Oligosaharidi.
- Polisaharidi.
Tabela ugljikohidrata u nastavku sigurno će vam pomoći da shvatite ključne razlike.
|
Mono- (1 molekula) |
Oligo- (< 10 molekula) |
Poly- (>10 molekula) |
| Aldoze, ketoze | Ovo uključuje samo disaharide, trisaharide, itd. |
Postoje dvije vrste:
Iz naziva možete razumjeti da je unutarnja molekularna struktura ove dvije varijante potpuno drugačija |
Naravno, dali smo kratku tablicu ugljikohidrata, ali jednostavno je nemoguće u njen okvir uklopiti sve specifičnosti koje su karakteristične za neke predstavnike ove ogromne klase. Stoga ćemo analizirati glavne skupine svaku zasebno, detaljnije se osvrnuvši na svojstva nekih pojedinačnih, najčešćih tvari. Dakle, koje su klase ugljikohidrata?
monosaharidi
Treba imati na umu da svi oni pripadaju kategoriji krutih tvari, lako sposobnih prijeći u kristalno stanje. Izuzetno su higroskopni, topljivi u vodi, tvoreći sirup. Odatle ih može biti vrlo teško izolirati u obliku kristala. Njihove otopine imaju neutralnu reakciju, najčešće slatkastog okusa. Intenzitet okusa varira: na primjer, fruktoza je otprilike 3-3,5 puta slađa od uobičajene glukoze.
O strukturnom obliku
Sve ove tvari su spojevi bifunkcionalne strukture, koji nužno uključuju ugljični kostur, jednu karbonilnu skupinu i nekoliko hidroksilnih skupina. Ako aldehidna skupina djeluje kao karbonilna skupina, tvar se naziva aldoza. Prema tome, u slučaju prisutnosti ketonskog "repa", oni se nazivaju ketoze.
Budući da su ove tvari iznimno česte u prirodi, mogu se naći i u slobodnom stanju i u obliku anhidridnih oblika. Općenito, gotovo svi složeni ugljikohidrati, u jednom ili drugom stupnju, su anhidridi jednostavnih šećera, koji se vrlo jednostavno dobivaju oduzimanjem nekoliko (ili jedne) molekule vode (prefiks "an" - odsutnost).
Glukoza kao najtipičniji predstavnik
Formula ovog najtipičnijeg predstavnika njegove grupe je C6H12O6. Ovi ugljikohidrati su vrlo česti u biljnim stanicama. Ne samo da je raširen, već je i vrlo važan za tijelo, jer mu je glavni izvor energije (govorimo o životinjama i ljudima, naravno). U principu, to su opća svojstva bjelančevina, ugljikohidrata i masti za sve životinjske organizme. Osim toga, naširoko se koristi u medicini, veterini, industriji (uključujući hranu).
Fizička svojstva
Koja su opća fizička svojstva ugljikohidrata u ovoj skupini? Izgled - mali kristali bijele boje, slatkastog okusa, dobro se otapaju u vodi. Topljivost se naglo povećava ako otopinatoplina: na taj se način dobiva glukozni sirup.
Kratke informacije o kemijskoj strukturi
Ako pogledate linearnu formulu, tada su u sastavu ovog ugljikohidrata jasno vidljivi jedan aldehid i pet hidroksilnih skupina. Kada je tvar u kristalnom stanju, tada njezine molekule mogu biti u jednom od dva moguća oblika (α- ili β-glukoza). Činjenica je da hidroksilna skupina povezana s petim atomom ugljika može komunicirati s karbonilnim ostatkom.
Prirodna prevalencija
Budući da je izuzetno bogata sokom od grožđa, glukoza se često naziva "šećerom od grožđa". Pod ovim imenom poznavali su je naši daleki preci. Međutim, možete ga pronaći u bilo kojem drugom slatkom povrću ili voću, u mekim tkivima biljke. U životinjskom carstvu njegova prevalencija nije ništa manja: otprilike 0,1% naše krvi je upravo glukoza. Osim toga, ovi se ugljikohidrati mogu naći u stanici gotovo svakog unutarnjeg organa. Ali posebno ih ima u jetri, jer se tamo glukoza prerađuje u glikogen.
Ona (kao što smo već rekli) je vrijedan izvor energije za naše tijelo, dio je gotovo svih složenih ugljikohidrata. Poput ostalih jednostavnih ugljikohidrata, u prirodi nastaje nakon reakcije fotosinteze, koja se događa isključivo u stanicama biljnih organizama:
6CO2 + 6H2O klorofil C6H 12 O6 + 6O2 - Q
Biljke u isto vrijeme rade nevjerojatnovažnu funkciju za biosferu, akumulirajući energiju koju primaju od sunca. Što se tiče industrijskih uvjeta, od davnina se šećer od grožđa dobiva iz škroba hidrolizom, a reakciju katalizira koncentrirana sumporna kiselina:
(C6H10O5)n + nH2O H2SO4, t nC6H12O6
Kemijska svojstva
Koja su kemijska svojstva ove vrste ugljikohidrata? Imaju sve iste karakteristike koje su karakteristične za isključivo alkohole i aldehide. Osim toga, imaju i neke specifične značajke. Po prvi put sintezu jednostavnih ugljikohidrata (uključujući glukozu) proveo je najtalentiraniji kemičar A. M. Butlerov 1861. godine, a koristio je formaldehid kao sirovinu, cijepajući ga u prisutnosti kalcijevog hidroksida. Evo formule za ovaj proces:
6NSON -----S6N12O6
A sada razmotrimo neka svojstva druga dva predstavnika skupine, čiji prirodni značaj nije ništa manje velik, pa ih stoga proučava biologija. Ove vrste ugljikohidrata igraju vrlo važnu ulogu u našem svakodnevnom životu.
fruktoza
Formula ovog izomera glukoze je CeH12Ob. Poput "progenitora", može postojati u linearnom i cikličkom obliku. Ulazi u sve reakcije koje su karakteristične za polihidrične alkohole, ali, zbog toga se razlikuje od glukoze, ni na koji način ne stupa u interakciju s otopinom amonijaka srebrnog oksida.
ribose
Izuzetno veliki interes su riboza i deoksiriboza. Ako se barem malo prisjetite biološkog programa, onda ste i sami itekako svjesni da su upravo ti ugljikohidrati u tijelu dio DNK i RNK, bez kojih je samo postojanje života na planeti nemoguće. Naziv "deoksiriboza" znači da u njegovoj molekuli ima jedan atom kisika manje (u usporedbi s običnom ribozom). Budući da su u tom pogledu slični glukozi, također mogu imati linearnu i cikličku strukturu.
Disaharidi
U principu, ove tvari u svojoj strukturi i funkcijama u velikoj mjeri ponavljaju prethodnu klasu, pa stoga nema smisla o tome se detaljnije baviti. Koja su kemijska svojstva ugljikohidrata koji pripadaju ovoj skupini? Najvažniji članovi obitelji su saharoza, m altoza i laktoza. Svi se oni mogu opisati formulom C12H22O11, budući da su izomeri, ali to ne negira ogromne razlike u njihovoj strukturi. Dakle, koje su karakteristike složenih ugljikohidrata, čiji popis i opis možete vidjeti u nastavku?
saharoza
Njegova molekula ima dva ciklusa odjednom: jedan od njih je šesteročlani (ostatak α-glukoze), a drugi je peteročlani (ostatak β-fruktoze). Sva ova konstrukcija povezana je zahvaljujući glikozidnom hidroksilu glukoze.
Dobivanje i ukupne vrijednosti
Prema sačuvanim povijesnim podacima, tri stoljeća prije Kristova rođenja, ljudi su u staroj Indiji naučili dobivati šećer iz šećerne trske. Tek sredinom 19. stoljeća pokazalo se da je za ovo mnogo više saharoze s manjenapor se može dobiti od šećerne repe. Neke od njegovih sorti sadrže i do 22% ovog ugljikohidrata, dok sadržaj trske može biti u rasponu od 26%, ali to je moguće samo u idealnim uvjetima uzgoja i povoljnoj klimi.
Već smo rekli da se ugljikohidrati dobro otapaju u vodi. Na tom principu se temelji proizvodnja saharoze, kada se u tu svrhu koriste difuzori. Kako bi se istaložile moguće nečistoće, otopina se filtrira kroz filtere, koji uključuju vapno. Kako bi se uklonio kalcijev hidroksid iz dobivene otopine, kroz nju se propušta obični ugljični dioksid. Talog se odfiltrira, a šećerni sirup ispari u posebnim pećima, čime se dobije šećer koji nam je već poznat.
laktoza
Ovaj ugljikohidrat je industrijski izoliran iz običnog mlijeka koje sadrži višak masti i ugljikohidrata. Sadrži dosta ove tvari: na primjer, kravlje mlijeko sadrži otprilike 4-5,5% laktoze, au ženskom mlijeku njegov volumni udio doseže 5,5-8,4%.
Svaka molekula ovog glicida sastoji se od ostataka 3-galaktoze i a-glukoze u obliku piranoze, koji stvaraju veze kroz prvi i četvrti atom ugljika.
Za razliku od drugih šećera, laktoza ima jedno jedinstveno svojstvo. Govorimo o potpunom odsutnosti higroskopnosti, tako da čak i u vlažnoj prostoriji ovaj glicid uopće ne vlaži. Ovo svojstvo se aktivno koristi u farmaciji: ako sastav nekog lijeka u obliku praha uključujeobična saharoza, tada joj se mora dodati laktoza. Potpuno je prirodan i bezopasan za ljudski organizam, za razliku od mnogih umjetnih aditiva koji sprječavaju zgrušavanje i vlaženje. Koje su funkcije i svojstva ove vrste ugljikohidrata?
Biološki značaj laktoze je izuzetno velik, budući da je laktoza najvažnija nutritivna komponenta mlijeka svih životinja i ljudi. Što se tiče m altoze, njena svojstva su nešto drugačija.
m altoza
To je međuproizvod dobiven hidrolizom škroba. Naziv "m altoza" dobio je zbog činjenice da je nastala velikim dijelom pod utjecajem slada (na latinskom je slad m altum). Široko je rasprostranjen ne samo u biljkama, već iu životinjama. Proizvodi se u velikim količinama u probavnom traktu preživača.
Kemijska struktura i svojstva
Molekula ovog ugljikohidrata sastoji se od dva dijela α-glukoze u obliku piranoze, koji su međusobno povezani preko prvog i četvrtog atoma ugljika. Izgled je bezbojan, bijeli kristali. Okus je slatkast, savršeno se otapa u vodi.
polisaharidi
Treba imati na umu da se svi polisaharidi mogu smatrati sa stajališta da su produkti polikondenzacije monosaharida. Njihova opća kemijska formula je (CbH10O5)p. U ovom članku razmotrit ćemo škrob, budući da je on najtipičniji član obitelji.
škrob
Proizveden kao rezultat fotosinteze, taložen u velikim količinama u korijenu i sjemenu biljnih organizama. Koja su fizička svojstva ove vrste ugljikohidrata? Izgled je bijeli prah slabo izražene kristalnosti, netopiv u hladnoj vodi. U vrućoj tekućini tvori koloidnu strukturu (pasta, žele). Postoje mnogi enzimi u probavnom traktu životinja koji potiču njegovu hidrolizu u stvaranje glukoze.
Najčešći je prirodni polimer, koji nastaje od mnogih ostataka a-glukoze. U prirodi se istodobno nalaze dva njegova oblika: amiloza i amhopektin. Amiloza, kao linearni polimer, može se otopiti u vodi. Molekula se sastoji od ostataka alfa-glukoze koji su povezani preko prvog i četvrtog atoma ugljika.
Moramo imati na umu da je škrob prvi vidljivi proizvod fotosinteze biljaka. U pšenici i drugim žitaricama ima ga do 60-80%, dok ga je u gomoljima krumpira svega 15-20%. Inače, izgledom škrobnih zrnaca pod mikroskopom može se točno odrediti vrsta biljke, jer su za svakoga različite.
Ako se ugljikohidrat brzo zagrije, njegova ogromna molekula brzo će se razgraditi u male polisaharide poznate kao dekstrini. Imaju jednu uobičajenu kemijsku formulu sa škrobom (C6H12O5)x, ali postoji razlika u vrijednosti varijable "x", koja je manja od vrijednosti "n" u škrobu.
Napokondajemo tablicu koja odražava ne samo glavne klase ugljikohidrata, već i njihova svojstva.
| Glavne grupe | Obilježja molekularne strukture | Razlikovna svojstva ugljikohidrata |
| monosaharidi |
Razlikuje se po broju ugljikovih atoma:
|
Bezbojni ili bijeli kristali, vrlo topljivi u vodi, slatkog okusa |
| Oligosaharidi | Složena struktura. Ovisno o vrsti, sadrže 2-10 jednostavnih monosaharidnih ostataka | Izgled je isti, malo manje topiv u vodi, manje slatkog okusa |
| polisaharidi | Sastoji se od vrlo velike količine ostataka monosaharida | Bijeli prah, kristalna struktura je slabo izražena, ne otapaju se u vodi, ali imaju tendenciju bubrenja u njoj. Neutralnog okusa |
Ovdje su funkcije i svojstva ugljikohidrata glavnih klasa.
