Svojstva ugljikohidrata. Funkcije i svojstva ugljikohidrata: tablica

U živoj prirodi mnoge tvari su široko rasprostranjene, čija je važnost teško predvidjeti. Na primjer, to uključuje ugljikohidrate. Oni su iznimno važni kao izvor energije za životinje i ljude, a neka svojstva ugljikohidrata čine ih neophodnom sirovinom za industriju.

Što je to?

Sve je to tvari, struktura koji se može opisati formulom Cn (H₂O) m. Oni imaju ogroman biološki značaj, igraju vitalnu ulogu u životima mnogih živih bića.

Ime ove skupine znanstvenika došlo je nakon primarne analize tvari koje su uključivale njezinu izradu. Tada je otkriveno da su njihove glavne komponente ugljik i voda. Kasnije se ispostavilo da se ime pokazalo iznimno točnim, jer su svojstva ugljikohidrata takva da je omjer vodika i atoma kisika u njima u potpunosti identičan onome u vodi. Jednostavno rečeno, dva atoma vodika imaju jedan kisik. Rusku verziju imena prvo je 1844. predložio profesor K. Schmidt.

Neke dodatke

Ako malo promijenite gornju formulu, stavljajući "n" u zagrade, izraz će postati nešto drugačiji: Sm (H₂O) n. Možda, onako kako je moguće, odražava samu bit imena "ugljena voda".

Do danas znanstvenici su točno utvrdili da postoji niz tvari koje imaju svojstva ugljikohidrata, ali ne odgovaraju točno onoj formula koju smo opisali. Zato se u stranoj literaturi često susreće riječ "glicididi", što je suvremeni sinonim za razdoblje 1844. godine, što se pokazalo ne sasvim točnim.

Jednostavna klasifikacija

Cijela ogromna klasa tvari može se podijeliti u dvije velike skupine: jednostavne i složene glicide. Koje su svojstva ugljikohidrata koje uključuju? Zapravo, oni također nisu vrlo složeni:

• Jednostavne su one tvari iz skupine koja se ne posuđuju na hidrolizu, nakon čega nastaju ostali ugljikohidrati. Ali glavna je razlika u tome što broj atoma kisika u njihovoj strukturi je jednak broju ugljikovih atoma. Zovu se monosaharidi.
• Prema tome, svi ti glicidi spadaju u definiciju "kompleksa", koja se, kada se hidrolizira, razgrađuje da bi formirala nekoliko jednostavnih ugljikohidrata. Naravno, oni imaju različiti omjer kisika i atoma ugljika. Oni se nazivaju disaharidi. Vrlo veliku ulogu u prirodi igraju složeni ugljikohidrati, popis kojih djelomično spominjemo u članku.

Osim toga, postoji još jedna klasifikacija prema kojoj su ugljikohidrati podijeljeni u tri vrste. Ovdje su:

• Monosaharidi.
• Oligosaharidi.
• Polisaharidi.

Sljedeća tabela ugljikohidrata sigurno će vam pomoći da razumijete njihove najvažnije razlike.

Naravno, dali smo kratku tablicu ugljikohidrata, ali je jednostavno nemoguće uklopiti sve specifične osobine koje su karakteristične za neke predstavnike ove ogromne klase. Zato ćemo analizirati glavne skupine svaka zasebno, s pojedinostima o svojstvima pojedinih najčešćih tvari. Dakle, koje su klase ugljikohidrata?

monosaharidi

Treba imati na umu da svi pripadaju kategoriji krutih tvari, lako su sposobni za prelazak u kristalnu državu. Oni su izuzetno higroskopni, savršeno topljivi u vodi, tvoreći sirup. Vrlo je teško razlikovati ih u obliku kristala odande. Njihova rješenja imaju neutralnu reakciju, najčešće slatko na okus. Intenzitet okusa je različit: na taj način, fruktoza je oko 3-3,5 puta slađa od najčešće pronađene glukoze.

O strukturnom obliku

Sve te tvari su spojevi bifunkcionalne strukture, koje nužno uključuju ugljikov skelet, jednu karbonilnu skupinu i nekoliko hidroksilnih skupina. Ako je uloga karbonilne skupine aldehidna skupina, tvar se naziva aldoza. Prema tome, u slučaju prisutnosti ketona "rep", oni se nazivaju ketoze.

Budući da su prirode te tvari izuzetno raspoređene, mogu se naći i u slobodnom stanju i obliku anhidrida. U principu, gotovo svi složeni ugljikohidrati u različitim stupnjevima, su anhidrid jednostavne šećere, koji se vrlo jednostavno dobivene oduzimanjem nekoliko (ili jedan) molekula vode (prefiksa „en” - nema).

Glukoza kao najtipičniji predstavnik

Formula ovog tipičnog predstavnika njegove skupine je C₆H₁₂oh₆. Vrlo često se ti ugljikohidrati nalaze u biljnoj stanici. Nije samo rasprostranjen, već i vrlo važan za organizam, jer je to glavni izvor energije za to (naravno o životinjama i čovjeku). U načelu, to su zajednička svojstva proteina, ugljikohidrata i masti za sve životinjske organizme. Osim toga, to se široko koristi u medicini, veterinarskoj medicini, industriji (uključujući hranu).

Fizička svojstva

Koje su opće fizička svojstva ugljikohidrata ove grupe? Izgled - mali kristali bijele boje, slatki okus, dobro se rastopiti u vodi. Rastvorljivost se naglo povećava ako se otopina grije: na ovaj način, glukozni sirup.

Kratke informacije o kemijskoj strukturi

Ako pogledamo linearnu formulu, u ovom ugljikohidratu jasno je vidljivo jedan aldehid i pet hidroksilnih skupina. Kada je tvar u kristalnom stanju, njegove molekule mogu biti u jednom od dva moguća oblika (alfa- ili beta - glukoza). Činjenica je da hidroksilna skupina povezana s petom ugljikovom atomu može stupiti u interakciju s karbonilnim ostatkom.

Prevalencija u prirodnim uvjetima

Budući da je izuzetno bogato sokom od grožđa, glukoza se često naziva "šećerom od grožđa". Pod tim nazivom, poznavali su i naši daleki preci. Međutim, može se naći u bilo kojem slatkom povrću ili voću, u mekim tkivima biljke. U životinjskom svijetu njegova učestalost nije niža: oko 0,1% naše krvi je glukoza. Osim toga, te ugljikohidrate možete pronaći u kavezu gotovo svakog unutarnjeg organa. Ali osobito ih ima puno u jetri, budući da se glukoza obrađuje u glikogen.

To je (kao što smo već rekli) vrijedan izvor energije za naše tijelo, dio je gotovo svih složenih ugljikohidrata. Poput drugih jednostavnih ugljikohidrata, u prirodi se pojavljuje nakon reakcije fotosinteze koja se odvija isključivo u stanicama biljnih organizama:

6SO₂ + 6H₂O klorofil C₆H₁₂oh₆ + 6D₂ - P

Biljke u isto vrijeme obavljaju nevjerojatno važnu ulogu za funkciju biosfere, akumulirajući energiju koju dobivaju od sunca. Što se tiče industrijskih uvjeta, šećer od grožđa su dobiveni od škroba s vremena na vrijeme, stvarajući njegovu hidrolizu, a reakcijski katalizator je koncentrirana sumporna kiselina:

(Ci₆H₁₀oh₅) n + nH₂O H₂SO₄, t nC₆H₁₂oh₆

Kemijska svojstva

Koja su kemijska svojstva ugljikohidrata ove vrste? Imaju sve iste značajke koje su svojstvene čisto alkoholu i aldehidu. Osim toga, oni također imaju neke specifične značajke. Prvi Sinteza jednostavnih ugljikohidrata (uključujući glukozu), proizveden je najtalentiraniji kemičara AM Butlerova u 1861 godini, a kao polazni materijal koristi se formaldehid, dijeleći u prisutnosti kalcijevog hidroksida. Evo formule za ovaj proces:

6SONS -------> C6H₁₂oh₆

A sada ćemo razmotriti i neka svojstva dvojice drugih predstavnika skupine čija prirodna vrijednost nije ništa manje velika i stoga ih proučava biologija. Ugljikohidrati ove vrste igraju vrlo važnu ulogu u našem svakodnevnom životu.

fruktoza

Formula za ovaj izomer glukoze je CeH₁₂oh_b. Kao što je "progenitor" može postojati u linearnom i cikličkom obliku. Unesite sve reakcije koje su karakteristične za polihidronske alkohole, ali se, dakle, razlikuju od glukoze, ne utječu na amonijsku otopinu srebrnog oksida.

riboza

Izuzetno visok interes zastupa riboza i deoksiriboza. Ako malo sjetite program biologije, znate vrlo dobro da su ti ugljikohidrati u tijelu dio DNK i RNA, bez kojih je samo postojanje života na planeti nemoguće. Ime "deoksiriboza" znači da je u molekuli jedan atom kisika manji (ako se uspoređuje s običnom ribozom). Slični su u tom pogledu na glukozu, oni također mogu imati linearnu i cikličku strukturu.

disaharidi

U načelu, ove tvari u svojoj strukturi i funkcijama na mnogo načina ponavljaju prethodnu klasu, pa stoga nema razloga da se to više pita. Koje su kemijske osobine ugljikohidrata koji pripadaju ovoj skupini? Najvažniji predstavnici obitelji su saharoza, maltoza i laktoza. Svi oni mogu biti opisani formulom C₁₂H₂₂oh₁₁, budući da su izomeri, ali to ne otkazuje ogromne razlike u njihovoj strukturi. Pa što su složeni ugljikohidrati, popis i opis koji možete vidjeti u nastavku?

saharoza

Njegova molekula ima u sastavu samo dva ciklusa: jedan od njih je šesteročlana (ostatak alfa - glukoza), a druga - peteročlana (ostatak beta - fruktoze). Cijelu konstrukciju povezuje glikozidna hidroksil glukoza.

Dobivanje i opća vrijednost

Prema preživjelim povijesnim informacijama, čak tri stoljeća prije rođenja Krista, šećer iz šećerne trske naučili primiti u drevnoj Indiji. Samo sredinom 19. stoljeća pokazalo se da se sa šećerne repe može izvući mnogo više saharoze s manje za taj trud. Neke od njegovih ocjena sadrže do 22% ovog ugljikohidrata, dok se u trbuhu sadržaj može nalaziti unutar 26%, ali to je moguće samo pod idealnim uvjetima uzgoja i povoljnoj klimi.

Već smo rekli da se ugljikohidrati dobro otapaju u vodi. Upravo na tom načelu se temelji proizvodnja saharoze, kada se za to koriste aparati za difuziju. Da se istaloži moguća nečistoća, otopina se filtrira kroz filtere koji sadrže vapno. Za uklanjanje kalcijevog hidroksida iz rezultirajuće otopine propušta se obični ugljični dioksid. Precipitat se odfiltrira, a sirup šećera isparava u posebnim pećima, dobivajući šećer koji već znamo.

laktoza

Taj ugljikohidrat u industrijskim uvjetima ekstrahira se iz običnog mlijeka, u kojem su masnoće i ugljikohidrati u izobilju. U njemu ova supstanca sadrži puno: na primjer, kravlje mlijeko sadrži oko 4-5,5% laktoze, au mlijeku žena njezina frakcija volumena doseže 5,5-8,4%.

Svaka molekula ovog glicida sastoji se od ostataka 3-galaktoze i -glukoze u obliku piranoze, koji tvore veze kroz prvo i četvrto ugljikove atome.

Za razliku od drugih šećera, laktoza ima jednu izvanrednu osobinu. Ovo je potpuni nedostatak higroskopnosti, tako da čak iu vlažnoj sobi, ovaj glicid uopće nije vlažan. Ova svojstva aktivno se koriste u farmaceutskim proizvodima: ako sastav lijeka u praškastom obliku uključuje uobičajenu saharozu, tada je nužno dodana laktoza. To je potpuno prirodno i bezopasno za ljudsko tijelo, za razliku od mnogih umjetnih dodataka koji sprečavaju stvaranje i vlaženje. Koje su funkcije i svojstva ugljikohidrata ove vrste?

Biološki značaj laktoze je iznimno visok, jer je laktoza najvažnija nutritivna komponenta mlijeka svih životinja i ljudi. Što se tiče maltoze, njegova svojstva su nešto drugačija.

maltoza

To je međuproizvod koji se dobiva hidrolizom škroba. Ime "maltoza" je dobivena zbog činjenice da je formirana u velikoj mjeri pod utjecajem slada (maltum u latinskom malumu). To je široko rasprostranjeno ne samo u biljkama nego iu životinjskim organizmima. U velikim količinama tvori se u probavnom traktu preživača.

Kemijska struktura i svojstva

Molekula ovog ugljikohidrata sastoji se od dva dijela alfa - glukoze u obliku piranoze, koji su međusobno povezani preko prvog i četvrtog ugljikovog atoma. U izgledu je bezbojan, bijeli kristali. Okus je slatko, savršeno topljiv u vodi.

polisaharide

Treba imati na umu da se svi polisaharidi mogu smatrati s gledišta da su proizvodi polikondenzacije monosaharida. Njihova opća kemijska formula je (C_bH₁₀oh₅) n. U okviru ovog članka razmotrit ćemo škrob jer je najtipičniji predstavnik obitelji.

škrob

Nastala je kao rezultat fotosinteze, u velikim količinama pohranjena je u korijenu i sjemenu biljnih organizama. Koje su fizičke osobine ugljikohidrata ove vrste? U izgledu je bijeli prah s lošom kristalinom, netopiv u hladnoj vodi. U vrućoj tekućini stvara koloidnu strukturu (paste, kissel). U probavnom traktu životinja postoje mnogi enzimi koji promiču njegovu hidrolizu formiranjem glukoze.

Najčešći je prirodni polimer, koji je formiran iz skupa a-glukoznih ostataka. U prirodi, istodobno postoje dva njegova oblika: amiloza i amshopektin. Amiloza, koja je linearni polimer, može se otopiti u vodi. Molekula se sastoji od ostataka alfa-glukoze, koji su povezani preko prvog i četvrtog ugljikovog atoma.

Treba imati na umu da je škrob prvi vidljiv proizvod biljne fotosinteze. U pšenici i ostalim žitaricama sadrži do 60-80%, dok je u gomolja krumpira samo 15-20%. Usput, po vrsti škroba žitarica pod mikroskopom, moguće je točno odrediti vrste koje pripadaju biljci, jer su sve različite u svim.

Ako je ugljikohidrata brzo da se zagrije, njegova ogromna molekula će se brzo raspasti formiranjem malih polisaharida, koji su poznati kao dekstrini. Oni imaju jednu zajedničku kemijsku formulu sa škrobom (C₆H₁₂oh₅) x, ali postoji razlika u vrijednosti varijable "x", koja je manja od vrijednosti "n" u škrobu.

Konačno, dajemo tablicu koja odražava ne samo glavne klase ugljikohidrata, već i njihova svojstva.

Ovdje su funkcije i svojstva ugljikohidrata glavnih klasa.