U divljini su rasprostranjene mnoge supstance, čiji je značaj 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.
Šta je ovo?
To su sve supstance čija se struktura može opisati formulom Cn(H2O)m. Oni su od velike biološke važnosti, igraju ključnu ulogu u životima mnogih živih bića.
Naučnici su došli do imena ove grupe nakon što je napravljena inicijalna analiza supstanci uključenih u nju. Tada je otkriveno da su njihove glavne komponente ugljik i voda. Kasnije se ispostavilo da se ime pokazalo izuzetno preciznim, jer 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 kiseonik. Po prvi put, rusku verziju imena predložio je 1844. godine profesor K. Schmidt.
Nekidodaci
Ako malo izmijenimo gornju formulu, izuzimajući "n" iz zagrada, tada će izraz postati nešto drugačiji: Sm(N2O)n. Možda je to ono što savršeno odražava samu suštinu naziva "ugalj - voda".
Do danas su naučnici tačno utvrdili da postoji niz supstanci koje imaju svojstva ugljenih hidrata, ali ne odgovaraju u potpunosti formuli koju smo opisali. Stoga se u stranoj literaturi često može naići na riječ „glicidi“, koja je savremeni sinonim za pojam iz 1844. godine, što se pokazalo neu potpunosti tačnim.
Jednostavna klasifikacija
Cijela ogromna klasa supstanci može se podijeliti u dvije velike grupe: jednostavne i složene glicide. Koja su svojstva ugljikohidrata koje oni sadrže? Zapravo, ni oni se ne razlikuju po velikoj složenosti:
- Jednostavne su one supstance iz grupe koje nisu podložne hidrolizi sa naknadnim stvaranjem drugih ugljenih hidrata. 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 "kompleksa" uključuje sve one glicide koji se razlažu tokom hidrolize u nekoliko jednostavnih ugljenih hidrata. Naravno, imaju drugačiji omjer atoma kisika i ugljika. Zovu se disaharidi. Upravo složeni ugljikohidrati igraju veoma važnu ulogu u prirodi, čiju listu djelimično donosimo u članku.
Pored toga, postoji još jedna klasifikacija prema kojoj se ugljikohidrati dijele na tri vrste. Evo ih:
- Monosaharidi.
- Oligosaharidi.
- Polisaharidi.
Tabela ugljenih hidrata ispod će vam sigurno pomoći da shvatite ključne razlike.
|
Mono- (1 molekul) |
Oligo- (< 10 molekula) |
Poly- (>10 molekula) |
| Aldoze, ketoze | Ovo uključuje samo disaharide, trisaharide, itd. |
Postoje dvije vrste:
Iz naziva možete shvatiti da je unutrašnja molekularna struktura ove dvije varijante potpuno drugačija |
Naravno, dali smo kratku tabelu ugljenih hidrata, ali je jednostavno nemoguće u njen okvir uklopiti sve specifičnosti koje su karakteristične za neke predstavnike ove ogromne klase. Stoga ćemo analizirati glavne grupe svaku posebno, detaljnije se osvrćući na svojstva nekih pojedinačnih, najčešćih supstanci. Dakle, koje su klase ugljikohidrata?
Monosaharidi
Treba imati na umu da svi oni pripadaju kategoriji čvrstih materija, lako sposobnih da pređu u kristalno stanje. Izuzetno su higroskopni, rastvorljivi u vodi, formirajući sirup. Može biti vrlo teško odatle ih izolovati u obliku kristala. Njihovi rastvori imaju neutralnu reakciju, najčešće slatkastog ukusa. Intenzitet okusa varira: na primjer, fruktoza je otprilike 3-3,5 puta slađa od uobičajene glukoze.
O strukturnom obliku
Sve ove supstance su jedinjenja bifunkcionalne strukture, koja nužno uključuje ugljenični kostur, jednu karbonilnu grupu i nekoliko hidroksilnih grupa. Ako aldehidna grupa djeluje kao karbonilna grupa, tvar se naziva aldoza. Shodno tome, u slučaju prisustva ketonskog "repa", oni se nazivaju ketoze.
Pošto su ove supstance izuzetno česte u prirodi, mogu se naći i u slobodnom stanju i u obliku anhidridnih oblika. Uopšteno govoreći, skoro svi složeni ugljeni hidrati, u jednom ili drugom stepenu, su anhidridi jednostavnih šećera, koji se jednostavno dobijaju oduzimanjem nekoliko (ili jednog) molekula vode (prefiks "an" - odsustvo).
Glukoza kao najtipičniji predstavnik
Formula ovog najtipičnijeg predstavnika njegove grupe je C6H12O6. Ovi ugljikohidrati su vrlo česti u biljnim stanicama. Ne samo da je rasprostranjen, već je i veoma važan za organizam, jer mu je glavni izvor energije (govorimo o životinjama i ljudima, naravno). U principu, to su opća svojstva proteina, ugljikohidrata i masti za sve životinjske organizme. Osim toga, široko se koristi u medicini, veterini, industriji (uključujući hranu).
Fizička svojstva
Koja su opća fizička svojstva ugljikohidrata u ovoj grupi? Izgled - mali kristali bijele boje, slatkastog okusa, dobro se rastvaraju u vodi. Rastvorljivost se naglo povećava ako se otopinatoplota: na ovaj način se dobija glukozni sirup.
Kratke informacije o hemijskoj strukturi
Ako pogledate linearnu formulu, onda su u sastavu ovog ugljikohidrata jasno vidljivi jedan aldehid i pet hidroksilnih grupa. Kada je supstanca u kristalnom stanju, tada njeni molekuli mogu biti u jednom od dva moguća oblika (α- ili β-glukoza). Činjenica je da hidroksilna grupa vezana za peti atom ugljika može stupiti u interakciju sa 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 ugljikohidrati se mogu naći u ćeliji gotovo svakog unutrašnjeg 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. Kao i drugi jednostavni ugljikohidrati, u prirodi nastaje nakon reakcije fotosinteze, koja se odvija isključivo u ćelijama biljnih organizama:
6CO2 + 6H2O hlorofil C6H 12 O6 + 6O2 - Q
Biljke u isto vrijeme rade nevjerovatnovažna funkcija za biosferu, akumuliranje energije koju primaju od sunca. Što se tiče industrijskih uslova, od davnina se šećer od grožđa dobija iz škroba hidrolizom, a reakcija se katalizira koncentrovanom sumpornom kiselinom:
(C6H10O5)n + nH2O H2SO4, t nC6H12O6
Hemijska svojstva
Koja su hemijska svojstva ove vrste ugljikohidrata? Imaju sve iste karakteristike koje su karakteristične za čisto alkohole i aldehide. Osim toga, imaju i neke specifične karakteristike. Po prvi put sintezu jednostavnih ugljikohidrata (uključujući glukozu) izveo je najtalentovaniji hemičar A. M. Butlerov 1861. godine, a kao sirovinu je koristio formaldehid, cijepajući ga u prisustvu kalcijum hidroksida. Evo formule za ovaj proces:
6NSON -----S6N12O6
A sada razmotrimo neka svojstva druga dva predstavnika grupe, čiji prirodni značaj nije ništa manje velik, pa ih stoga proučava biologija. Ove vrste ugljenih hidrata igraju veoma važnu ulogu u našem svakodnevnom životu.
fruktoza
Formula ovog izomera glukoze je CeH12Ob. Kao "progenitor", može postojati u linearnom i cikličnom obliku. Ulazi u sve reakcije koje su karakteristične za polihidrične alkohole, ali, po tome se razlikuje od glukoze, ni na koji način ne stupa u interakciju s otopinom amonijaka srebrnog oksida.
ribose
Izuzetno veliko interesovanje 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 ima jedan atom kisika manje u njegovoj molekuli (u poređenju sa običnom ribozom). Budući da su u tom pogledu slični glukozi, oni takođe mogu imati linearnu i cikličku strukturu.
Disaharidi
U principu, ove supstance po svojoj strukturi i funkcijama u velikoj meri ponavljaju prethodnu klasu, pa stoga nema smisla da se na tome detaljnije zadržavamo. Koja su hemijska svojstva ugljikohidrata koji pripadaju ovoj grupi? Najvažniji članovi porodice su saharoza, m altoza i laktoza. Svi oni se mogu opisati formulom C12H22O11, pošto su izomeri, ali to ne negira ogromne razlike u njihovoj strukturi. Dakle, koje su karakteristike složenih ugljikohidrata, čiju listu i opis možete vidjeti u nastavku?
Saharoza
Njegov molekul ima dva ciklusa odjednom: jedan od njih je šestočlani (ostatak α-glukoze), a drugi je petočlani (ostatak β-fruktoze). Sva ova konstrukcija je povezana zbog glikozidnog hidroksila glukoze.
Dobijanje i ukupne vrijednosti
Prema sačuvanim istorijskim podacima, tri veka pre Hristovog rođenja, ljudi su u staroj Indiji naučili da dobijaju šećer iz šećerne trske. Tek sredinom 19. vijeka pokazalo se da je za ovo mnogo više saharoze sa 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 uslovima uzgoja i povoljnoj klimi.
Već smo rekli da se ugljikohidrati dobro otapaju u vodi. Na ovom principu se zasniva proizvodnja saharoze, kada se u tu svrhu koriste difuzori. Da bi se istaložile moguće nečistoće, otopina se filtrira kroz filtere, koji uključuju vapno. Da bi se uklonio kalcijev hidroksid iz nastale 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 supstance: na primjer, kravlje mlijeko sadrži otprilike 4-5,5% laktoze, au ženskom mlijeku njegov volumenski udio dostiže 5,5-8,4%.
Svaki molekul ovog glicida sastoji se od ostataka 3-galaktoze i a-glukoze u obliku piranoze, koji formiraju veze kroz prvi i četvrti atom ugljika.
Za razliku od drugih šećera, laktoza ima jedno jedinstveno svojstvo. Govorimo o potpunom odsustvu 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 uključujeobičnu saharozu, onda 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 dobijen hidrolizom skroba. Naziv "m altoza" nastao je zbog činjenice da se formira uglavnom pod uticajem slada (na latinskom je slad m altum). Široko je rasprostranjen ne samo u biljkama, već i kod životinja. Proizvodi se u velikim količinama u probavnom traktu preživača.
Hemijska struktura i svojstva
Molekul 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 rastvara u vodi.
Polisaharidi
Treba imati na umu da se svi polisaharidi mogu smatrati sa stanovišta da su produkti polikondenzacije monosaharida. Njihova opšta hemijska formula je (CbH10O5)p. U ovom članku ćemo razmotriti skrob, jer je on najtipičniji član porodice.
Skrob
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, nerastvorljiv u hladnoj vodi. U vrućoj tečnosti formira koloidnu strukturu (pasta, žele). Postoje mnogi enzimi u probavnom traktu životinja koji pospješuju njegovu hidrolizu u stvaranje glukoze.
Najčešći prirodni polimer, koji se formira od mnogih ostataka a-glukoze. U prirodi se istovremeno nalaze dva njegova oblika: amiloza i amhopektin. Amiloza, kao linearni polimer, može se rastvoriti u vodi. Molekul se sastoji od ostataka alfa-glukoze koji su povezani preko prvog i četvrtog atoma ugljika.
Moramo imati na umu da je skrob prvi vidljivi proizvod fotosinteze biljaka. U pšenici i drugim žitaricama ima ga do 60-80%, dok je u krtolima krompira svega 15-20%. Inače, izgledom škrobnih zrnaca pod mikroskopom može se tačno odrediti vrsta biljke, jer su one za svakog različite.
Ako se ugljeni hidrat brzo zagreje, njegov ogromni molekul brzo će se razgraditi u male polisaharide poznate kao dekstrini. Imaju jednu uobičajenu hemijsku formulu sa škrobom (C6H12O5)x, ali postoji razlika u vrijednosti varijable "x", koja je manja od vrijednosti "n" u škrobu.
Konačnodajemo tabelu koja odražava ne samo glavne klase ugljikohidrata, već i njihova svojstva.
| Glavne grupe | Karakteristike molekularne strukture | Prepoznatljiva svojstva ugljikohidrata |
| Monosaharidi |
Razlikuje se po broju atoma ugljika:
|
Bezbojni ili beli kristali, visoko rastvorljivi u vodi, slatkog ukusa |
| Oligosaharidi | Složena struktura. Ovisno o vrsti, sadrže 2-10 jednostavnih ostataka monosaharida | Izgled je isti, malo manje rastvorljiv u vodi, manje slatkog ukusa |
| Polisaharidi | Sastoji se od veoma velike količine ostataka monosaharida | Beli prah, kristalna struktura je slabo izražena, ne rastvaraju se u vodi, ali imaju tendenciju da bubre u njoj. Neutralnog okusa |
Ovdje su funkcije i svojstva ugljikohidrata glavnih klasa.
