Химические свойства углеводов. Биологическая роль углеводов Дать определение понятию углеводы

Одну из наиболее важных функций в живых организмах выполняют углеводы. Они являются источником энергии и участвуют в метаболизме.

Общее описание

Другое название углеводов - сахара. Углеводы имеют два определения:

• с точки зрения биологии - биологически активные вещества, являющиеся источником энергии для живых организмов, в том числе человека;
• с точки зрения химии - органические соединения, состоящие из нескольких карбонильных (-СО) и гидроксильных (-ОН) групп.

Элементы, образующие углевод:

• углерод;
• водород;
• кислород.

Общая формула углеводов - C n (H 2 O) m . Минимальное количество атомов углерода и кислорода - три. Соотношение водорода и кислорода всегда 2:1, как в молекуле воды.

Источником углеводов является процесс фотосинтеза. Углеводы составляют 80 % сухой растительной массы и 2-3 % - животной. Углеводы входят в состав АТФ - универсального источника энергии.

Виды

Углеводы - многочисленная группа органических веществ. Они классифицируются по двум признакам:

• количеству атомов углерода;
• количеству структурных единиц.

В зависимости от количества атомов углерода в одной молекуле (структурной единице) выделяют:

• триозы;
• тетрозы;

• пентозы;
• гексозы;
• гептозы.

Молекула может включать до девяти атомов углерода. Наиболее значимыми являются пентозы (C 5 H 10 O 5) и гексозы (C 6 H 12 O 6). Пентозы являются компонентами нуклеиновых кислот. Гексозы входят в состав полисахаридов.

Рис. 1. Структура моносахарида.

По второму признаку классификации углеводы бывают:

• простыми , состоящими из одной молекулы или структурной единицы (моносахариды);
• сложными , включающими множество молекул (олигосахариды, полисахариды).

  Особенности сложных структур описаны в таблице углеводов.

  

  Рис. 2. Структура полисахарида.

  Одна из наиболее значимых разновидностей олигосахаридов - дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Они служат источником глюкозы и выполняют строительную функцию в растениях.

  Физические свойства

  Моносахариды и олигосахариды имеют схожие физические свойства:

  • кристаллическое строение;
  • сладкий вкус;
  • растворимость в воде;
  • прозрачность;
  • нейтральная pH в растворе;
  • низкие температуры плавления и кипения.

  Полисахариды - более сложные вещества. Они нерастворимы и не имеют сладкого привкуса. Целлюлоза - разновидность полисахарида, входящая в состав клеточных стенок растений. Аналогичный целлюлозе хитин входит в состав грибов и панцирей членистоногих. Крахмал накапливается в растениях и распадается на простые углеводы, которые являются источником энергии. В животных клетках резервную функцию выполняет гликоген.

  Химические свойства

  В зависимости от структуры каждому углеводу характерны особые химические свойства. Моносахариды, в частности глюкоза, подвергаются многоступенчатому окислению (в отсутствии и присутствии кислорода). В результате полного окисления образуется углекислый газ и вода:

  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 +6H 2 O.

  В отсутствии кислорода под действием ферментов происходит брожение:

  • спиртовое -

    C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH (этанол) + 2CO 2 ;

  • молочнокислое -

    C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 -CH(OH)-COOH (молочная кислота).

  Иначе с кислородом взаимодействуют полисахариды, сгорая до углекислого газа и воды:

  (C 6 H 10 O 5)n + 6O 2 → 6nCO 2 + 5nH 2 O.

  Олигосахариды и полисахариды разлагаются до моносахаридов при гидролизе:

  • C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 ;
  • (C 6 H 10 O 5)n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 .

  Глюкоза реагирует с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала):

  • CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH=O + 2Cu(OH) 2 → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O;
  • CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH=O + 2OH → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COONH 4 + 2Ag↓ +3NH 3 + H 2 O.

  

  Рис. 3. Реакция серебряного зеркала.

  Что мы узнали?

  Из темы химии 10 класса узнали об углеводах. Это биоорганические соединения, состоящие из одной или нескольких структурных единиц. Одна единица или молекула состоит из карбонильных и гидроксильных групп. Различают моносахариды, состоящие из одной молекулы, олигосахариды, включающие 2-10 молекул, и полисахариды - длинные цепочки из множества моносахаридов. Углеводы сладкие на вкус и хорошо растворимы в воде (исключение - полисахариды). Моносахариды растворяются в воде, окисляются, взаимодействуют с гидроксидом меди и аммиачным оксидом серебра. Полисахариды и олигосахариды подвергаются гидролизу. Полисахариды горят.

  Тест по теме

  Оценка доклада

  Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 225.

Углеводы – это органические вещества, которые входят в состав тканей человеческого и животного организма и способствуют выработке энергии для полноценной работы всех органов. Они делятся на моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Являются неотъемлемыми компонентами тканей и клеток всех живых организмов и выполняют важные функции для их жизнедеятельности.

Почему углеводы так важны? Учеными доказано, что употребление достаточного количества веществ способствует быстроте реакции, стабильному бесперебойному функционированию мозговой деятельности. Это незаменимый источник энергии для людей, ведущих активный образ жизни.

Если вы придерживаетесь , то соблюдаете суточную норму белков, жиров и углеводов. Выясним, как это эффективнее сделать и зачем это необходимо для здоровья. В последние годы диетологи нивелируют пользу углеводов, призывая к и для похудения. Но какие проблемы стоят за отказом от употребления углеводов? И какие приносят максимальную пользу? Давайте выясним особенности и определим, какую пищу следует оставить в рационе, а от какой отказаться.

Углеводы – необходимый компонент для выработки энергии в организме любого живого существа. Но кроме этого, они выполняют целый ряд полезных функций, которые улучшают функции жизнедеятельности.

• Структурная и опорная. Вещества способствуют построению клеток и тканей всех живых существ и даже растений.
• Запасающая. Благодаря углеводам в органах удерживаются питательные компоненты, которые без них быстро выводятся и не приносят пользу.
• Защитная. Оберегает от неблагоприятных воздействий факторов внешней и внутренней среды.
• Пластическая. Углеводы участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК, потому что входят в состав сложных молекул, например, пентозы.
• Регулирующая. Углеводы активируют процессы пищеварения в желудочно-кишечном тракте.
• Антикоагулирующая. Воздействуют на свертываемость крови и эффективны в борьбе с опухолями.
• Осмотическая. Компоненты принимают участие в контроле осмотического давления.

Вместе с углеводами поступает много полезных веществ: крахмал, глюкоза, гепарин, фруктоза, дезоксирибоза и хитин. Но следует соблюдать уровень поступаемых углеводов, потому что при избыточном количестве они накапливаются в мечении и мышцах в виде гликогена.

Обратите внимание на то, что окисление 1 г. веществ способствует выделению 20 кДж чистой энергии, поэтому организм человека усиленно работает на протяжении целого дня. Если ограничить количество поступившего вещества, иммунитет ослабится, и сил станет намного меньше.

Важно! При дефиците углеводов самочувствие человека значительно ухудшается. Замедляется , нарушается работа сердечно-сосудистой системы, ухудшается состояние нервной системы.

Обмен углеводов состоит из нескольких этапов. Сначала они расщепляются в ЖКТ до состояния моносахаридов. Затем всасываются в кровеносное русло. Синтезируются и распадаются в тканях, расщепляют сахар и превращаются в гескоз. Завершающая стадия углеводного обмена – аэробное окисление гликолиза.

Мнение эксперта

Егорова Наталья Сергеевна
Врач-диетолог, г. Нижний Новгород

Да, углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток человеческого организма, а также играют незаменимую роль в метаболизме. Но самая главная их функция - это ежедневное обеспечение энергией внутренних органов, мышечной ткани и нервных клеток. Отмечу, что головной мозг и нервная система «питаются» исключительно за счет углеводов, поэтому их нехватка критична для людей, чья работа связана с активной умственной деятельностью.

Я крайне негативно отношусь к диетам, которые полностью исключают или значительно ограничивают употребление углеводов. Ведь в рационе здорового человека должны в нормальных количествах присутствовать все необходимые нутриенты, клетчатка, витамины и минералы.

Но отмечу, что не все углеводы одинаково полезны. Если говорить о «быстрых» углеводах, которые содержатся в белом хлебе, сладостях и сдобной выпечке, то они являются довольно «сомнительным» источником энергии. Они откладываются в организме в виде жировых отложений, способствуя быстрому набору веса.

Так что употреблять углеводы нужно с умом, отдавая предпочтение тем, которые имеют низкий гликемический индекс (ГИ).

Вред и польза углеводов

Чтобы правильно составить свой рацион питания, нужно сначала убедиться в пользе пищи, которая поступает в организм.

Рассмотрим преимущества компонентов:

• Обеспечение энергией. Для любой деятельности, даже чистки зубов, нужны определенные усилия. Так как в углеводах содержится сахар, который содержит инсулин, при правильных подсчетах можно регулировать его уровень. Это полезное свойство при сахарном диабете и контроле веса.
• Борьба с болезнями, спровоцированными нарушением обмена веществ. Углеводные волокна защищают больных сахарным диабетом 2-го типа, с повышенным холестерином и ожирением. Благодаря углеводной диете стабилизируется ритм сердца и кровяное давление.
• Контроль массы тела. Если изменить список употребляемых продуктов, можно избавиться от избыточного веса. Полностью отказывать от пищи не нужно, иначе возможны нарушения. Например, цельнозерновая еда способствует уменьшению удельного веса.
• Повышение настроения. Продукты, содержащие углеводы, способствуют увеличенной выработке серотонина. Если от них отказаться, со временем развивается тревожность, депрессия и неоправданный гнев.

Как мы видим, положительных свойств предостаточно, но следует также сказать о вреде. В результате они оказывают негативное влияние на фигуру мужчины или женщины.

После того, как восполняется дефицит, остаточные вещества преобразовываются в жиры и откладываются на проблемных участках тела (животе, бедрах, ягодицах).

Интересно! Особую опасность для здоровья представляют рафинированные углеводы. Они используют энергетические запасы, истощая организм. Из-за синтетического производства легко усваиваются, но не приносят ничего хорошего. В большом количестве есть в лимонадах, шоколаде, чипсах.

Особенность углеводов в том, что их переесть легче, чем жиров и белков. Это обосновано тем, что много углеводов содержится в сладостях, выпечке, газированных напитках. Если бесконтрольно употреблять эту пищу, то очень легко превысить суточную дозу.

Виды углеводов

Все углеводы делятся на две группы: и . Они отличаются друг от друга химическим составом, воздействием на клетки и отвечают на вопрос, что такое углеводы в продуктах питания. Процесс расщепления простых углеводов заканчивается на образовании 1 – 2 моносахаридов. Медленные (или сложные), в свою очередь, состоят из 3-х и больше моносахаридов, которые долго перевариваются и быстро проникают в клетки.

Тип углевода	Название	Где встречается
Моносахарид	Глюкоза	Мед, виноград
	Фруктоза (фруктовый)	Цитрусовые, персики, арбуз, яблоки, варенья, компоты, сухофрукты, соки, джемы
Дисахарид	Сахароза (пищевой)	Мучные кондитерские изделия, сахар, варенье, компот, сок
	Лактоза (молочный)	Кефир, молоко, сливки
	Мальтоза (солодовый)	Квас, пиво
Полисахарид	Крахмал	Картофель, крупы, макароны и другие мучные изделия
	Животный крахмал (гликоген)	Запас энергии, который содержится в мышцах и печени
	Клетчатка	Свежие фрукты и овощи, крупы (овсяная, перловая, гречневая), отруби из ржи и пшеницы, хлеб из муки грубого помола

Простые углеводы вырабатывают энергию, которой не хватает надолго. Поэтому быстрее возникает чувство голода после приема пищи. Кроме этого они включают быстроусвояемый сахар, который повышает уровень глюкозы в крови. За счет этого существует риск возникновения диабета или ожирения.

Чтобы ограничить простые углеводы, не употребляйте пакетированные соки, крахмалистые фрукты, картофельный и кукурузный крахмал. Воздержитесь от любых снэков, макаронов из мягких сортов пшеницы, каш быстрого приготовления и хлебобулочных изделий из пшеничной привычной муки.

Это важно! Чтобы не отказываться полностью от сладостей и вредных продуктов, замените их полезными. Пшеничную муку замените овсяной, а сахар медом.

Сложные или медленные углеводы защищают от неконтролируемого переедания, так как обеспечивают энергией на долгое время. Именно их следует употреблять во время диеты. У сложных веществ низкий гликемический индекс, поэтому их можно употреблять людям, страдающим диабетом. Они содержатся в злаковых, бобовых, овощах, фруктах и зелени.

В чем содержатся углеводы?

Если вы беспокоитесь о своем здоровье и качестве фигуры, то должны изучить принципы правильного питания. Придерживаясь их, вы не только избавитесь от лишнего веса, но и очиститесь от токсинов и других вредных веществ, заметите улучшение состояния кожи, волос, ногтей и функционирования внутренних органов. Опасными продуктами, с высоким содержанием простых углеводов являются все, которые изготовлены производственным путем. На это указывает наличие органического состава без ГМО, усилителей вкуса, красителей, продолжительных сроков хранения. Чтобы обезопасить себя от вредных продуктов, возьмите за привычку самостоятельное приготовление еды. Тогда вы точно будете знать энергетическую ценность каждого блюда и обезопасите себя от переедания.

Изучите предложенную таблицу и список продуктов с высоким содержанием углеводов, и определите для себя основные составляющие вашего меню.

Продукты питания	Содержание углеводов в 100 граммах	Калорийность (на 100 г)
Хлебо-булочные и кондитерские изделия
Вареные макаронные изделия из твердых сортов пшеницы	25	118
Пшеничный хлеб	50	240
Хлеб из муки грубого помола	42	210
Отруби	27	206
Мука высшего сорта	80	350
Сдобная выпечка	55	530
Пирожное с кремом	68	450
Бисквит	55	320
Крупы
Гречка	62	313
Рис	87	372
Овсянка	15	88
Пшено	69	348
Молочные продукты
Цельное молоко	12	158
Кефир	5	52
Мясные продукты
Говяжья колбаса	15	260
Свиная колбаса	12	318
Фрукты
Бананы	20	78
Апельсины	8	35
Виноград	15	72
Груши	10	42
Дыни	5	24
Изюм	65	245
Инжир	10	45
Чернослив	40	160
Овощи
Картофель отварной/жареный	17/38	80/253
Морковь	5	25
Болгарский перец	15	20
Кукуруза	15	80
Свекла	10	45
Сладости
Шоколадные конфеты	55	570
Молочный ирис	72	440
Молочный шоколад	62	530
Леденцы	88	330
Сахар (песок)	105	395
Клубничное варенье	72	272
Абрикосовый джем	53	208
Маринады и соусы
Майонез (Провансаль)	2,6	624
Кетчуп	26	99
Напитки
Кока-кола	11	58
Лимонад	5	21
Кофе с молоком	11	58
Какао	17	102
Алкогольные напитки
Водка	0,4	235
Красное сухое вино	20	68
Белое сухое вино	20	66
Пиво	10	32

Не стоит полностью отказываться от сложных углеводов. Из предложенного перечня видно, что даже некоторые фрукты и овощи насыщены веществами.

Не думайте, что относится к углеводам только вредная пища, в некоторых продуктах содержатся медленные (сложные), поэтому приносят пользу. Необходимыми также считается цельное зерно, бобовые культуры, нежирные молочные продукты.

Интересно! Потребность суточной энергии зависит от каждого человека индивидуально и от способа его жизни. Для спортсменов и людей, ведущих активный образ жизни, норма разная. Диетологи рекомендуют составлять меню из расчета 45 – 65% еды из сложных углеводов.

Для набора мышечной массы часто рекомендуют употреблять большое количество белков и отказаться от углеводов. Но это не совсем правильное решение. Нужно только немного сократить простые и увеличить сложные. Иначе после расходования углеводной энергии примется за белковую. Как мы видим, сложные углеводы обладают высокой ценностью для человека. Они выполняют необходимые функции для полноценной жизни. Но избыточное количество провоцирует отложение нежелательных жиров. Сбалансируйте свой рацион, чтобы получать все необходимые компоненты. Тогда вы заметите улучшение состояния здоровья и фигуры.

990 руб.

Углеводы — органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Причем, водород и кислород в них стоит в тех соотношениях, что и в молекулах воды (1:2)
Общая формула углеводов C n (H 2 O) m , т. е. они как бы состоят из углерода и воды, отсюда и название класса, которое имеет исторические корни. Оно появилось на основе анализа первых известных углеводородов. В дальнейшем было установлено, что имеются углеводы, в молекулах которых нет соотношения 1H: 2O, например, дезоксирибоза — C 5 H 10 O 4 . Известны так же органические соединения, состав которых подходит к приведенной общей формуле, но которые не принадлежат к классу углеводов. К ним относятся, например формальдегид CH 2 O и уксусная кислота CH 3 COOH.
Однако, название «углеводороды» укоренилось и является общепризнанным для этих веществ.
Углеводороды по их способности гидролизоваться можно разделить на три основные группы: моно-, ди- и полисахариды.

Моносахариды — углеводы, которые не гидролизуются (не разлагаются водой). В свою очередь, в зависимости от числа атомов углерода. Моносахариды подразделяются на триозы (молекулы которых содержат три атома углерода), тетрозы (четыре атома), пентозы (пять), гексозы (шесть) и т. д.
В природе моносахариды предоставлены преимущественно пентозами и гексозами . К пентозам относятся, например, рибоза C 5 H 10 O 5 и дезоксирибоза (рибоза, у которой «отняли» атом кислорода) C 5 H 10 O 4 . Они входят в состав РНК и ДНК и определяют первую часть названий нуклеиновых кислот.
К гексозам, имеющим общую молекулярную формулу C 6 H 12 O 6 , относятся, например, глюкоза, фруктоза, галактоза.
Дисахариды – углеводы, которые гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов, например гексоз. Общую формулу подавляющего большинства дисахаридов вывести несложно: нужно «сложить» две формулы гексоз и «вычесть» из получившейся формулы молекулу воды – C 12 H 22 O 10 . Соответственно, можно записать и общее уравнение гидролиза:

C 12 H 22 O 10 + H 2 O → 2C 6 H 12 O 6
К дисахаридам относятся:
1) Сахароза (обычный пищевой сахар), которая при гидролизе образует одну молекулы глюкозы и молекулу фруктозы. Она содержится в большом количестве в сахарной свекле, сахарном тростнике (отсюда и названия – свекловичный и тростниковый сахар), клене (канадские первопроходцы добывали кленовый сахар), сахарной пальме, кукурузе и т. д.

2) Мальтоза (солодовый сахар), которая гидролизуется с образованием двух молекул глюкозы. Мальтозу можно получить при гидролизе крахмала под действием ферментов, содержащихся в солоде, — пророщенных, высушенных и размолотых зернах ячменя.
3) Лактоза (молочный сахар), которая гидролизуется с образованием молекул глюкозы и галактозы. Она содержится в молоке млекопитающих, обладает невысокой сладостью, и используется, как наполнитель в драже и аптечных таблеток.

Сладкий вкус разных моно- и дисахаридов различен. Так, самый сладкий моносахарид – фруктоза — в 1,5 раза слаще глюкозы, которую принимают за эталон. Сахароза (дисахарид), в свою очередь в 2 раза слаще глюкозы, и в 4-5 раз лактозы, которая почти безвкусна.

Полисахариды – крахмал, гликоген, декстрины, целлюлоза и т.д. – углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов, чаще всего глюкозы.
Чтобы вывести формулу полисахаридов, надо от молекулы глюкозы «отнять» молекулу воды и записать выражение с индексом n: (C 6 H 10 O 5)n . Ведь именно за счет отщепления молекул воды в природе образуются ди- и полисахариды.
Роль углеводов в природе и их цена в жизни человека крайне важна. Образуясь в клетках растений в результате фотосинтеза, они выступают источником энергии для клеток животных. В первую очередь это относится к глюкозе.
Многие углеводы (крахмал, гликоген, сахароза) выполняют запасающую функцию, роль резерва питательных веществ.
Кислоты ДНК и РНК, в состав которых входят некоторые углеводы (пентозы-рибозы и дезоксирибоза), выполняют функции передачи наследственной информации.
Целлюлоза – строительный материал растительных клеток — играет роль каркаса для оболочек этих клеток. Другой полисахарид – хитин — выполняет аналогичную роль в клетках некоторых животных: образуется наружный скелет членистоногих (ракообразных), насекомых, паукообразных.
Углеводы в конечном итоге служат источником нашего питания: мы потребляет зерно, содержащее крахмал, или скармливаем его животным, в организме которых крахмал превращается в жиры и белки. Самая гигиеническая одежда изготовлена из целлюлозы или продуктов на ее основе: хлопка и льна, вискозного волокна, ацетатного шелка. Деревянные дома и мебель построены из той же целлюлозы, образующей древесину. В основе производства кино- и фотопленки все та же целлюлоза. Книги, газеты, письма, денежные банкноты – все это продукция целлюлозно-бумажной промышленности. Значит, углеводы обеспечивают нас самым необходимым для жизни: пищей, одеждой, кровом.
Кроме того, углеводы участвуют в построении сложных белок, ферментов, гормонов. Углеводами являются и такие жизненно необходимые вещества, как гепарин (он играет важнейшую роль – предотвращает свертываемость крови), агар-агар (его получают из морских водорослей и применяют в микробиологической и кондитерской промышленности – вспомните знаменитый торт «Птичье молоко»).
Необходимо подчеркнуть, что единственным видом энергии на Земле (помимо ядерной, разумеется) является энергия Солнца, а единственным способом ее аккумулирования для обеспечения жизнедеятельности всех живых организмов является процесс фотосинтеза, протекающий в клетках и приводящий к синтезу углеводов из воды и углекислого газа. Именно при этом превращении образуется кислород, без которого жизнь на нашей планете была бы невозможна:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Физические свойства и нахождение в природе

Глюкоза и фруктоза – твердые и бесцветные вещества кристаллические вещества. Глюкоза содержится в соке винограда (отсюда и название «виноградный сахар») вместе с фруктозой, которая содержится в некоторых фруктах и плодах (отсюда и название «фруктовый сахар»), составляет значительную часть меда. В крови человека и животных постоянно содержится около 0,1% глюкозы (80-120 мг в 100 мл крови). Наибольшая ее часть (около 70%) подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов – воды и углекислого газа (процесс гликолиза):
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 2920 кДж
Энергия, выделяемая при гликолизе, в значительной степени обеспечивает энергетические потребности живых организмов.
Повышение содержания глюкозы в крови уровня 180 мг на 100 мл свидетельствует о нарушении углеводного обмена и развитии опасного заболевания – сахарного диабета.

Строение молекулы глюкозы

О строении молекулы глюкоз можно судить на основании опытных данных. Она реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры, содержащие от 1 до 5 остатков кислоты. Если раствор глюкозы прилить к свежеполученному гидроксиду меди(||), то осадок растворяется и получается ярко-синий раствор соединения меди, т. е. происходит качественная реакция на многоатомные спирты. Следовательно, глюкоза является многоатомным спиртом. Если же подогреть полученный раствор, то вновь выпадает осадок, то уже красноватого цвета, т.е. произойдет качественная реакция на альдегиды. Аналогично, если раствор глюкозы разогреть с аммиачным раствором оксида серебра, то произойдет реакция «серебряного зеркала». Следовательно, глюкоза является одновременно многоатомным спиртом и альдегидом — альдегидоспиртом . Попробуем вывести структурную формулу глюкозы. Всего атомов углерода в молекуле C 6 H 12 O 6 шесть. Один атом входит в состав альдегидной группы:
Остальные пять атомов связываются с гидроксигруппами. И наконец с учетом того, что углерод четырехвалентен, расположим атомы водорода:
или:
Однако установлено, что в растворе глюкозы помимо линейных(альдегидных) молекул существуют молекулы циклического строения, из которых состоит кристаллическая глюкоза. Превращение молекул линейной формы в циклическую можно объяснить, если вспомнить, что атомы углерода могут свободно вращаться вокруг σ- связей, расположенных под углом 109 о 28 / при этом альдегидная группа (1-й атом углерода) может приблизиться к гидроксильной группе пятого атома углерода. В первой, под влиянием гидроксигруппы разрывается π – связь: к атому кислорода присоединяется атом водорода, и «потерявший» этот атом кислород гидроксигруппы замыкает цикл.
В результате такой перегруппировки атомов образуется циклическая молекула. Циклическая формула показывает не только порядок связи атомов, но и их пространственное расположение. В результате взаимодействия первого и пятого атомов углерода, появляется новая гидроксигруппа у первого атома, которая может занять в пространстве два положения: над и под плоскостью цикла, а потому возможны две циклические формы глюкозы:
1) α- форма глюкозы – гидроксильные группы при первом и втором атомах углерода расположены по одну сторону кольца молекулы;
2) β- формы глюкозы – гидроксильные группы находятся по разные стороны кольца молекулы:
В водном растворе глюкозы в динамическом равновесии находятся три ее изомерные формы: циклическая α- форма, линейная (альдегидная) форма и циклическая β- форма.
В установившемся динамическом равновесии преобладает β-форма (около 63%), так как она энергетически предпочтительнее — у нее ОН- группы у первого и второго углеродных атомов по разные стороны цикла. У α-формы (около 37%) ОН-группы у тех же углеродных атомов расположены по одну сторону плоскости, поэтому она энергетически меньше устойчива, чем β-форма. Доля же линейной формы в равновесии очень мала (всего около 0,0026%).
Динамическое равновесие можно сместить. Например, при действии на глюкозу аммиачного раствора оксида серебра количество ее линейной (альдегидной) формы, которой в растворе очень мало, пополняется все время за счет циклических форм, и глюкоза полностью подвергается окислению до глюконовой кислоты.
Изомером альдегидспирта глюкозы является кетоноспирт – фруктоза.

Химические свойства глюкозы

Химические свойства глюкозы, как и любого органического вещества, определяются ее строением. Глюкоза обладает двойственной функцией, являясь и альдегидом, и многоатомным спиртом, поэтому для нее характерны свойства и многоатомных спиртов и альдегидов.
Реакции глюкозы, как многоатомного спирта
Глюкоза дает качественную реакцию многоатомных спиртов (вспомните глицерин) со свежеполученным гидроксидом меди (ǀǀ), образуя ярко-синий раствор соединения меди (ǀǀ).
Глюкоза, подобно спиртам, может образовывать сложные эфиры.
Реакции глюкозы, как альдегида
1. Окисление альдегидной группы. Глюкоза, как альдегид, способна окисляться к соответствующую (глюконовую) кислоту и давать качественные реакции на альдегиды. Реакция «Серебряного зеркала» (при нагревании):
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + Ag 2 O → CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH + 2Ag↓
Реакция со свежеполученным Cu(OH) 2 при нагревании:
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + 2 Cu(OH) 2 → CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COOH + Cu 2 O↓ +H 2 O

2. Восстановление альдегидной группы. Глюкоза может восстанавливаться в соответствующий спирт (сорбит):
CH 2 -OH-(CHOH) 4 -COH + H 2 → CH 2 -OH-(CHOH) 4 — CH 2 -OH
Реакции брожения
Эти реакции протекают под действием особых биологических катализаторов белковой природы — ферментов.

1. Спиртовое брожение:
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
Издавна применяемое человеком для получения этилового спирта и алкогольных напитков.
2. Молочнокислое брожение:
которое составляет основу жизнедеятельности молочнокислых бактерий и происходит при скисании молока, квашении капусты и огурцов, силосовании зеленых кормов

Вы делаете это несколько раз в день, каждый день в течении всей вашей жизни. Каждый из нас, по своему, диетолог. Когда вы готовите себе кашу или отбивную Но как мы не становимся врачами, приклеивая пластырь Так и не становимся настоящими диетологами, открывая холодильник. Диетология или нутрициология - это целая наука. Диетология - мультидисциплинарная, это значит что она объединяет в себе множество наук. Это физиология, химия, биология и даже социальные науки. Основной инструмент диетологии - диеты. Это организованные системы питания. Набор продуктов, подходящих для решения конкретной задачи, для конкретного человека Цели и задачи, как правило, разные Поэтому схемы, вроде самые здоровые и правильное питание Одному человеку могут подойти, а другому могут навредить. Ведь понятие правильное питание для одного и того же человека весом в 100 кг и человека весом в 50 кг, будут поразительно отличаться Точно выяснить влияние конкретного продукта На здоровье зачастую очень сложно и дорого. Переменных много. Продукты, даже самые простые Отличаются друг от друга по макро- и микронутриентам Плюс у каждого человека свои особенности питания и предпочтения. Если мы помещаем людей в условия двойного плацебо контролируемого эскперемента И годами полностью контролируем диету до грамма Такое представить довольно сложно Все потому что исследования такого формата дорогие. У пищевой индустрии таких денег особенно нет. А у фарминдустрии они есть Поэтому, плацебо-контролируемые исследования золотой стандарт именно в исследованиях лекарств А на пищевые добавки или на пищу не получить патент. Поэтому сейчас почти все исследования о здоровом питании Это эпидемиологические исследования Ученые изучают рацион и образ жизни определенных людей. И делают выводы на основании корреляции. Чем они питались и как это повлияло на их здоровье. Но если детально изучать слишком дорого и сложно. А другие исследования это статистические корреляции, Тогда зачем инвестировать в исследования питания? Ведь люди и без науки едят и некоторые даже очень много. Производителям сладостей или алкоголя, например, Доказывать вредность или полезность своих продуктов В сравнении с фарминдустрией, чаще всего не требуется. На продукты всегда есть спрос. Их и так уже покупают Но основные, научно-обоснованные столбы правильного питания, все таки наукой установлены. Эти исследования финансировались в основном государствами, которые хотят, чтобы граждане Которые приводят в движение экономику были здоровыми и продуктивными. И мы говорим об эпидемии ожирения. Эволюционно человек склонен набирать вес Ведь хомо, на протяжении сотен тысяч лет, жили в условиях жесточайшего дифицита Пищу нужно было добывать. Пищу нужно было запасать. И тот, кто это делал Хорошо имел преимущество. Проще говоря, Лишний вес, гарантия выживания и показатель здоровья. Но сейчас все изменилось. 21 век. Малоподвижный образ жизни. Гиподинамия, доступность высококалорийных продуктов. Мы просто набираем телефон и к нам приезжает пицца. И все больше тучных людей самого разного возраста С хроническими заболеваниями, которые связаны с Высоким индексом массы тела. Все это современная наука называет - метаболическим ожирением или метаболическим синдромом. Основные последствия избыточного лишнего веса это Это повышение риска развития диабета и сердечно сосудистых заболеваний. Заболевания опорно-двигатального аппарата И кто знает синдром ночного апноэ или "храпа" И другие ассоциируемые с ожирением заболевания. Главным критерием оценки рисков для здоровья, согласно ВОЗ Служит индекс массы тела или ИМТ ИМТ позволяет оценить отклонение веса человека от нормы, И выяснить, является ли масса нормальной, избыточной или недостаточной. Данный критерий является косвенным, поскольку композиция тела Т.е. пропорция мышечной массы и жировой массы у разных людей различны. Процент жира может изменятся от пола, расы и гинетики. К примеру: Азиаты имеют более высокое содержание массы жира в теле При более низких значениях индекса массы тела, Особенно в молодом возрасте. Более того, процент жира в теле увеличивается с возрастом А процент мышечной массы снижается. Вроде как индекс массы тела остается одинаковым, но уже совсем не так. Так же для оценки рисков для здоровья нужно учитывать другие метаболические показатели. Это инсулин, гликированный гемоглобин, липидный профиль крови и другие показатели. Тем не менее, диабет второго типа И сердечно сосудистые заболевания Это спутники избыточной массы тела И с возрастом риски увеличиваются Ученые попытались проследить связь между общей смертностью и ИМТ Ряд данных показывает, чем ближе мы к норме ИМТ, Тем выше вероятность прожить дольше. Особенно если человек не увлекается алкоголем или курением Международная коллаборация научных центрах, в разных странах мира Провели мета-анализ в 239 Качественных перспективных исследований. С участием, почти более 10 миллионов человек, в возрасте от 20 до 90 лет И они выяснили, что быть даже слишком худым Т.е. иметь низкий ИМТ Ниже 18,5, тоже вредно. Как избыточная масса тела, так и недостаток массы тела Повышает риски смертности от всех причин. Проблема ясна, эту проблему нужно решить. Инструментом служить диетический паттерн, т.е. диета. Которой стоит придерживаться. Тут мы сталкиваемся с колоссальным разнообразием схем, диеты различных решений. Каждый имеет свои плюсы и минусы. Низкоуглеводные диеты, кето диеты. Диеты в которых исключается или сводится к минимуму из макронутриентов. Это углеводы. Либо низкожировые диеты, где исключаются жиры Низкобелковые диеты с исключением белковой пищи. Периодическое голодание, белково-углеводное чередование, раздельное питание Их множество и можно продолжать так далее Исследование пищевых протоколов, показывает Что, на самом деле, нету разницы в достижении основного результата Снижения веса или сброса веса, или набора веса Какой диеты вы не придерживались. По скольку все диеты, как бы их не называли, все таки строятся на одном принципе. Количество энергии, которое человек получает с пищей И расход энергии. Например низкожировые диеты исключают из рациона Самый высококалорийный нутриент - жиры И в таком случае, если у вас нет жиров в питании Очень сложно получить энергии больше, чем вы тратите Как бы вы не ели Если совсем просто, если вы едите меньше, чем вы тратите вы худеете. Если больше чем тратите, вы потолостеете. Инструментом в этом случае служит простой принцип подсчета калорий. И контроль потребляемой вами пищей. Но, к сожалению, такой простой принцип слишком труден на практике От 60 до 90 процентов людей По разным оценкам, которые похудели, не в силах сохранить результат снижения веса. И это все связано с непониманием работы всех диет. В их основе лежит профицит или дефицит калорийности Людям же проще применить какие-то экстремальные подходы Жесткие ограничения, вроде "исключаем все мучное" Либо исключаем полностью жиры, либо только фрукты в течении месяца. Либо не едим совсем мяса и, конечно, в таком режиме люди получают результат. А когда получают результат возвращаются к старому протоколу питания и набирают вес опять. Такие готовые схемы диеты - работают, однако они оказывают больше негативных последствий для здоровья и психики. Несмотря на очевидные результаты по снижению веса. В этом и есть проблема готовых диет. Легко запомнить короткий список, того, что можно есть. Но с этим трудно жить. Мы все любим простые решения, они всего лучше укладываются в голове. Но категоричный и жесткий подход, очень трудно превратить в образ жизни и трудно придерживаться его в долгосрочной перспективе. Более того, исследования в области контроля калорийности питания демонстрируют, что без системы, а по субъективным ощущениям, добровольцы, как правило, недооценивают количество съеденных калорий. По заявлениям добровольцев они потребляли 1500 калорий в день, а по оценкам исследователей, которые следили за добровольцами, на самом деле они наедали 3000 калорий. И если вы хотите держать свой вес под контролем, первое, что нужно сделать это научится оценивать калорийность и состав продукта. Т.е. то количество еды, которое вы употребляете в день. На первых парах это довольно сложно, но в долговременной перспективе это себя оправдывает. Это и есть гигиена питания, мы едим каждый день, как и чистим зубы. Почему мы так мало знаем о том, что мы едим? Быстрое снижение веса имеет право на существование, например для шоу или для фотосессии. Но надо понимать, что результат будет короткосрочным. Если у вас 25 лишних киллограмм, настраивайтесь на год снижения веса и изменения образа жизни в последующем. И мы переходим к третьему пункту, что же такое правильное питание? ГМО, сахар, жиры, соли, глютен, е-добавки, глютомат, консерванты, мясо, дрожи, молочный сахар, лактоза или пальмовое масло, фаст-фуд В общественном сознании все эти вещи считаются вредными для здоровья. Не есть после 6, больше овощей и молочных продуктов, веганство, отказ от сахара, осознанное питание, палио-диеты, несколько стаканов воды в день. Фрукты на завтрак или перед сном. Такие схемы считаются полезными для здоровья. Но увы, что первое утверждение, что второе, являются диетическими мифами. И вот почему. В сфере диетологии принято разделять продукты на полезные/здоровые и вредные/опасные. Такая дихотомия - деление на черное и белое, зачастую приводит к серьезным проблемам. Например глютен,. В СМИ, в профессиональной сфере, активно демонизируют клейковину, это белок пшеницы. И это яркий пример склонности людей, увлеченных идеями здорового образа жизни, перегибать палку. Целиакия или непереносимость глютена, это проблема максимум 1% населения. Т.е. конкретно у вас, скорее всего, ее нет. И вот люди берут и проецируют проблему маленькой категории населения На всю популяцию в целом. Это так же странно, если бы мы решили, что у какой-то конкретной группы людей есть аллергия на морепродукты. Давайте объявим всем репродукты опасные и скажем что это источники всех бед. Это и есть идеи безглютеновой диеты. Но часто такие идеи работают, потому что исключая глютен, убирают из своего питания массу фаст-фуда и других высоко рафинированных продуктов. И потом говорят об опасности глютена. И вообще положительный результат от многих диет это, как правило, случайные совпадения. Такая же история и с конкретными веществами. Вроде лактозы, молочного сахара, соли, пищевых добавок, белков и конечно сахара. Массовом сознании какими только ужасными чертами только не наделяют сахар и набирают вес от него, и зависимость вызывает, чуть ли не как наркотики. И считается, что сахар связан с риском развития диабета второго типа и эпидемии ожирения. Последние исследования наглядно демонстрируют потребление сахара в Китае в 10 раз ниже, чем в США. Но при этом распространённость диабета, на сравниваемом участке после 50 лет - выше и даже растет. Примерно похожая картина при сравнении в Англии и США. В Англии потребление сахара, за последние 50 лет целенаправленно снижается, но при этом распространённость диабета не ниже американских показателей и так же наблюдается продолжение роста диабета. КНДР с ростом благосостояния граждан, активной урбанизации, увеличением доступности высококалорийных продуктов питания. При одновременном снижении двигательной активности мы имеем нарушение энергетического баланса в теле и следствием которой накопление избыточной массы тела, за счет жировых отложений. И сахар тут, в общем то, не при чем. Так же история и у пищевой зависимости от сахара, проверяли почти 1500 студентов, прогнали на предмет признаков пищевой зависимости к определенным категориям продуктов. А так же им замеряли ИМТ, текущие данные показывают, что сладкие продукты вносят минимальный вклад в пищевую зависимость и в увеличение риска лишнего веса. Вместо этого, данные согласуются с уже известными представлениями о том, что плотность энергии пищи, т.е. калорийность и индивидуальный опыт приема пищи играют решающую роль в проблеме эпидемии ожирения. Если говорить проще и своими словами, то беда не в сахаре, а в сочетании факторов, которые делают какой-то конкретный продукт или категорию продуктов. Одновременно желанными и очень калорийными. И это есть фаст-фуд, сахар тут не при чем. Так что же такое правильное питание? Исследуя воздействие пищи на человека ученые исследуют не сам продукт, а то, что содержится в пище. Состав. Что влияет на здоровье. Пища состоит из макро- и микронутриентов. Макронутриенты это белки, жиры, углеводы. То, что вы можете найти на пачке любого продукта, познакомившись с ним. Микронутриенты это витамины и минералы. Микронутриенты в отличие от макронутриентов не несут энергетической ценности, они не имеют калорий. Но тем не менее являются необходимыми или ветальными веществами для здоровья и протекания различных биохимических процессах в теле. Чтобы понять, сколько требуется лично вам, вы можете воспользоваться готовыми калькуляторами калорий. Или посчитать свою норму потребления энергии. Вы так же можете узнать, какое количество белков, жиров, углеводов, необходимо лично вам. С этим вы можете познакомится на различных сайтах здравоохранения. Где создаются таблицы и выделяются нормы потребления для конкретных лиц, для конкретных возрастных категорий, женщин, мужчин и т.д. Ссылки на данные таблицы и на сайты организации здравоохранения будут в описании к видео на YouTube. Правильное питание должно соответствовать потребностям организма в энергии и обеспечивать необходимый уровень углеводов, белков и жиров. И от человека к человеку разные группы, индивидуальные особенности, пищевые предпочтения, непереносимость конкретных продуктов, правильное питание для всех этих людей будет разное. Поэтому нет четко-установленного эталона правильного питания. Приблизительные нормы потребления макро, микронутриентов установлены ВОЗ и организациями здравоохранения. Для специфических задач требуется выходить за нормы потребления. Если вы занимаетесь тяжелым трудом или спортом. Минералы, микроэлементы, витамины, а так же достаточное количество воды в день необходимо телу. В итоге, учитывая индивидуальные особенности каждого человека, необходимо рассчитать количество энергии, которое требуется лично для вас. Учитывать все макронутриенты: белки, жиры, углеводы. Схемы, которые подозревают удаление одного из макронутриентов из диеты как правило приводит к проблемам со здоровьем. И не дает долгосрочных результатов. Если вы хотите сокращать количество калорий, сокращайте общее объемы пищи. А не конкретные элементы. Следите за ИМТ. С возрастом ИМТ меняется и это является предиктором заболеваний сердечно-сосудистой системы. Если хотите сохранить свое здоровье и снизить риски развития диабета второго типа, контролируйте свой вес. Сделать это можно с помощью простых схем. Контроля калорий и потребляемой пищей. И так друзья, спасибо большое за внимание. С вами был Сацулин Борис. Подписывайтесь на SciOne и ссылки для ознакомления с вопросом есть в описании к видео на YouTube. Ну что ж, спасибо и да прибудет с вами наука.

Реакции глюкозы по спиртовым группам

Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами или их ангидридами с образованием сложных эфиров. Например, с ангидридом уксусной кислоты:

Как многоатомный спирт глюкоза реагирует с гидроксидом меди(II) с образованием ярко-синего раствора гликозида меди(II):

Реакции глюкозы по альдегидной группе

Реакция «cеребряного зеркала»:

Окисление глюкозы гидроксидом меди(II) при нагревании в щелочной среде:

При действии бромной водой глюкоза также окисляется в глюконовую кислоту.

Окисление глюкозы азотной кислотой приводит к двухосновной сахарной кислоте:

Восстановление глюкозы в шестиатомный спирт сорбит:

Cорбит содержится во многих ягодах и фруктах.

Три вида брожения глюкозы
под действием различных ферментов

Спиртовое брожение:

Молочнокислое брожение:

Маслянокислое брожение:

Реакции дисахаридов

Гидролиз сахарозы в присутствии минеральных кислот (Н 2 SO 4 , НСl, Н 2 СО 3):

Окисление мальтозы (восстанавливающего дисахарида), например реакция «серебряного зеркала»:

Реакции полисахаридов

Гидролиз крахмала в присутствии кислот или ферментов может протекать ступенчато. В разных условиях можно выделить различные продукты – декстрины, мальтозу или глюкозу:

Крахмал дает синее окрашивание с водным раствором йода. При нагревании окраска исчезает, а при охлаждении появляется снова. Йодкрахмальная реакция является качественной реакцией крахмала. Считают, что йодистый крахмал представляет собой соединения включения-внедрения йода во внутренние канальцы молекул крахмала.

Гидролиз целлюлозы в присутствии кислот:

Нитрование целлюлозы концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты. Из трех возможных нитроэфиров (моно-, ди- и тринитроэфиров) целлюлозы в зависимости от количества азотной кислоты и температуры проведения реакции образуется преимущественно один из них. Например, образование тринитроцеллюлозы:

Тринитроцеллюлозу, называемую пироксилином , применяют в производстве бездымного пороха.

Ацетилирование целлюлозы реакцией с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот:

Из триацетилцеллюлозы получают искусственное волокно – ацетатное.

Целлюлоза растворяется в медноаммиачном реактиве – растворе (OH) 2 в концентрированном аммиаке. При подкислении такого раствора в специальных условиях получают целлюлозу в виде нитей.
Это – медноаммиачное волокно.

При действии на целлюлозу щелочи и затем сероуглерода образуется ксантогенат целлюлозы:

Из щелочного раствора такого ксантогената получают целлюлозное волокно – вискозное.