Углеводы глюкоза крахмал целлюлоза и сахароза. Глюкоза - самый важный простой углевод

Одной из разновидностей органических соединений, необходимых для полноценного функционирования человеческого организма, являются углеводы.

Они разделяются на несколько типов согласно своему строению — моносахариды, дисахариды и полисахариды. Следует разобраться, для чего они нужны и каковы их химические и физические свойства.

Углеводами называют соединения, в составе которых находятся углерод, водород и кислород. Чаще всего они имеют природное происхождение, хотя некоторые создаются промышленным путем. Их роль в жизнедеятельности живых организмов огромна.

Основными их функциями называют следующие:

Энергетическая . Эти соединения – главный источник энергии. Большая часть органов может полноценно работать за счет энергии, полученной при окислении глюкозы.
Структурная . Углеводы необходимы для формирования почти всех клеток организма. Клетчатка играет роль опорного материала, а в костях и хрящевой ткани находятся углеводы сложного типа. Одним из компонентов клеточных мембран является гиалуроновая кислота. Также углеводистые соединения требуются в процессе выработки ферментов.
Защитная . При функционировании организма осуществляется работа желез, выделяющих секреторные жидкости, нужные для защиты внутренних органов от патогенного воздействия. Значительная часть этих жидкостей представлена углеводами.
Регуляторная . Эта функция проявляется во влиянии на человеческий организм глюкозы (поддерживает гомеостаз, контролирует осмотическое давление) и клетчатки (воздействует на желудочно-кишечную перистальтику).
Особые функции . Они свойственны отдельным видам углеводов. К таким особым функциям относятся: участие в процессе передачи нервных импульсов, формирование разных групп крови и пр.

Исходя из того, что функции углеводов достаточно разнообразны, можно предположить, что эти соединения должны различаться по своему строению и особенностям.

Это действительно так, и основная классификация их включает в себя такие разновидности, как:

. Они считаются наиболее простыми. Остальные типы углеводов вступают в процесс гидролиза и распадаются на более мелкие составляющие. У моносахаридов такой способности нет, они являются конечным продуктом.
Дисахариды . В некоторых классификациях их относят к олигосахаридам. В их составе находится две молекулы моносахарида. Именно на них делится дисахарид при гидролизе.
Олигосахариды . В составе этого соединения находится от 2 до 10 молекул моносахаридов.
Полисахариды . Эти соединения являются самой крупной разновидностью. В их состав входит больше 10 молекул моносахаридов.

У каждого вида углеводов есть свои особенности. Нужно рассмотреть их, чтобы понять, как каждый из них влияет на человеческий организм и в чем его польза.

Эти соединения являются самой простой формой углеводов. В их составе находится одна молекула, поэтому в ходе гидролиза не происходит их деление на мелкие блоки. При объединении моносахаридов формируются дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Они отличаются твердым агрегатным состоянием и сладким вкусом. У них есть способность растворяться в воде. Также они могут растворяться в спиртах (реакция слабее, чем с водой). Моносахариды почти не реагируют на смешение с эфирами.

Чаще всего упоминают природные моносахариды. Некоторые из них люди потребляют вместе с продуктами питания. К ним относят глюкозу, фруктозу и галактозу.

шоколад;
фрукты;
некоторые виды вина;
сиропы и пр.

Основной функцией углеводов такого типа является энергетическая. Нельзя сказать, что организм не может без них обойтись, но у них есть свойства, важные для полноценной работы организма, например, участие в обменных процессах.

Моносахариды организм усваивает быстрее всего, что происходит в ЖКТ. Процесс усвоения сложных углеводов, в отличие от простых соединений, не так прост. Сначала сложные соединения должны разделиться до моносахаридов, лишь после этого они усваиваются.

Это один из распространенных видов моносахаридов. Он представляет собой белое кристаллическое вещество, которое формируется естественным путем – в ходе фотосинтеза либо при гидролизе. Формула соединения — С6Н12О6. Вещество хорошо растворимо в воде, обладает сладким вкусом.

Глюкоза обеспечивает клетки мышечной и мозговой тканей энергией. При попадании в организм вещество усваивается, попадает в кровь и распространяется по всему телу. Там происходит ее окисление с высвобождением энергии. Это основной источник энергетической подпитки для мозга.

При нехватке глюкозы в организме развивается гипогликемия, которая в первую очередь отражается на функционировании мозговых структур. Однако чрезмерное ее содержание в крови тоже опасно, поскольку ведет к развитию сахарного диабета. Также при употреблении большого количества глюкозы начинает увеличиваться масса тела.

Фруктоза

Она относится к числу моносахаридов и очень похожа на глюкозу. Отличается более медленными темпами усвоения. Это объясняется тем, что для усвоения необходимо, чтобы фруктоза сначала преобразовалась в глюкозу.

Поэтому данное соединение считается неопасным для диабетиков, поскольку его потребление не ведет к резкому изменению количества сахара в крови. Тем не менее при таком диагнозе осторожность все же необходима.

У фруктозы есть способность к быстрому преобразованию в жирные кислоты, что становится причиной развития ожирения. Также из-за этого соединения снижается чувствительность к инсулину, что вызывает диабет 2 типа.

Это вещество можно получить из ягод и фруктов, а еще – из меда. Обычно оно там находится в сочетании с глюкозой. Соединению тоже присущ белый цвет. Вкус сладкий, причем эта особенность проявляется интенсивнее, чем в случае с глюкозой.

Другие соединения

Существуют и другие моносахаридные соединения. Они могут быть природными и полуискусственными.

К природным относится галактоза. Она тоже содержится в пищевых продуктах, но не встречается в чистом виде. Галактоза является результатом гидролиза лактозы. Основным ее источником называют молоко.

Другими природными моносахаридами являются рибоза, дезоксирибоза и манноза.

Также есть разновидности таких углеводов, для получения которых используются промышленные технологии.

Эти вещества тоже находятся в продуктах питания и попадают в человеческий организм:

рамноза;
эритрулоза;
рибулоза;
D-ксилоза;
L-аллоза;
D-сорбоза и пр.

Каждое из этих соединений отличается своими особенностями и функциями.

Дисахариды и их применение

Следующий тип углеводных соединений – дисахариды. Они считаются сложными веществами. В результате гидролиза из них образуется две молекулы моносахаридов.

Этот тип углеводов отличается следующими особенностями:

твердость;
растворимость в воде;
слабая растворимость в концентрированных спиртах;
сладкий вкус;
цвет – от белого до коричневого.

Основные химические свойства дисахаридов заключаются в реакциях гидролиза (происходит разрыв гликозидных связей и образование моносахаридов) и конденсации (формируются полисахариды).

Встречается 2 типа таких соединений:

Восстанавливающие . Их особенностью является наличие свободной полуацетальной гидроксильной группы. За счет нее у таких веществ присутствуют восстановительные свойства. К данной группе углеводов относятся целлобиоза, мальтоза и лактоза.
Невосстанавливающие . У этих соединений нет возможности к восстановлению, поскольку у них отсутствует полуацетальная гидроксильная группа. Наиболее известными веществами этого типа являются сахароза и трегалоза.

Эти соединения широко распространены в природе. Они могут встречаться как в свободном виде, так и в составе других соединений. Дисахариды являются источником энергии, поскольку при гидролизе из них образуется глюкоза.

Лактоза очень важна для детей, поскольку является основным из компонентов детского питания. Еще одной функцией углеводов этого типа является структурная, поскольку они входят в состав целлюлозы, которая нужна для формирования растительных клеток.

Характеристика и особенности полисахаридов

Еще одной разновидностью углеводов являются полисахариды. Это наиболее сложный тип соединений. Состоят они из большого количества моносахаридов (основной их компонент — глюкоза). В ЖКТ полисахариды не усваиваются – предварительно осуществляется их расщепление.

Особенности этих веществ таковы:

нерастворимость (либо слабая растворимость) в воде;
цвет желтоватый (или окраска отсутствует);
у них нет запаха;
почти все они безвкусны (некоторые имеют сладковатый вкус).

К химическим свойствам этих веществ относится гидролиз, который осуществляется под влиянием катализаторов. Результатом реакции становится распад соединения на структурные элементы – моносахариды.

Еще одно свойство – образование производных. Полисахариды могут вступать в реакцию с кислотами.

Продукты, образующиеся в ходе этих процессов, очень разнообразны. Это ацетаты, сульфаты, сложные эфиры, фосфаты и пр.

Примеры полисахаридов:

крахмал;
целлюлоза;
гликоген;
хитин.

Образовательный видео-материал о функциях и классификации углеводов:

Эти вещества важны для полноценного функционирования организма целиком и клеток по отдельности. Они снабжают организм энергией, участвуют в образовании клеток, оберегают внутренние органы от повреждений и неблагоприятного воздействия. Также они играют роль запасных веществ, которые нужны животным и растениям на случай сложного периода.

Для нашего организма углеводы являются одним из ключевых источников энергии. Сегодня мы рассмотрим виды и а также узнаем, в каких продуктах питания они содержатся.

Зачем человеку нужны углеводы?

Прежде чем рассмотреть виды углеводов, разберемся с их функциями. В организме человека всегда есть углеводный запас в виде гликогена. Он составляет порядка 0,5 кг. 2/3 этого вещества находится в мышечных тканях, а еще треть - в печени. В промежутках между едой гликоген распадется на глюкозу, нивелируя тем самым колебания содержания сахара в крови.

Без поступления в организм углеводов запасы гликогена заканчиваются через 12-18 часов. Если это происходит, углеводы начинают образовываться из промежуточных продуктов белкового обмена. Эти вещества жизненно необходимы человеку, так как они, в основном за счет образуют в наших тканях энергию.

Дефицит

При хроническом дефиците углеводов запас гликогена в печени истощается, и в ее клетках начинают откладываться жиры. Это приводит к перерождению печени и нарушению ее функций. Когда человек потребляет с пищей недостаточное количество углеводов, его органы и ткани начинают использовать для синтеза энергии не только белок, но и жир. Усиленный распад жиров приводит к нарушению обменных процессов. Причина тому - ускоренное образование кетонов (самый известный из них - ацетон) и скапливание их в организме. Когда кетоны образуются в избытке, внутренняя среда организма «закисляется», а ткани головного мозга постепенно начинают отравляться.

Избыток

Как и дефицит, избыток углеводов не сулит пользы организму. Если человек принимает с пищей слишком много углеводов, уровень инсулина и глюкозы в крови повышается. В результате образуются жировые отложения. Происходит это следующим образом. Когда человек после завтрака целый день не ест, а вечером, придя с работы, решает принять обед, полдник и ужин одновременно, организм пытается бороться с избытком углеводов. Так и происходит повышение уровня сахара в крови. Чтобы глюкоза из крови перешла в клетки тканей, нужен инсулин. Он, в свою очередь, попадая в кровь, дает стимул синтезу жиров.

Кроме инсулина, обмен углеводов регулируют и другие гормоны. Глюкокортикоиды - гормоны коры надпочечников, которые стимулируют синтез глюкозы из аминокислот в печени. Этот же процесс усиливается По функциям глюкокортикоиды и глюкагон противоположны инсулину.

Норма

Согласно нормам, углеводы должны составлять 50-60 % от калорийности пищи. Исключать их из рациона нельзя, несмотря на то что они отчасти «виновны» в образовании лишних килограммов.

Углеводы: виды, свойства

По своей химической структуре углеводы делятся на простые и сложные. К первым относятся моно- и дисахариды, а ко вторым - полисахариды. Разберем оба класса веществ подробнее.

Простые углеводы

Глюкоза . Начинаем рассматривать простые виды углеводов с самого главного из них. Глюкоза выступает структурной единицей основного количества поли- и дисахаридов. При обмене веществ она распадается на молекулы моносахаридов. Они, в свою очередь, в ходе сложной реакции превращаются в вещества, окисляемые до воды и углекислого газа, которые являются топливом для клеток.

Глюкоза является важным компонентом в углеводном обмене. Когда его уровень в крови падает или высокая концентрация делает нормальное функционирование организма невозможным (как в случае с диабетом), человек испытывает сонливость и может потерять сознание (гипогликемическая кома).

В чистом (как моносахарид) содержится в большом количестве овощей и фруктов. Особенно этим веществом богаты такие фрукты:

виноград - 7,8 %;
вишня и черешня - 5,5 %;
малина - 3,9 %;
земляника - 2,7 %;
арбуз и слива - 2,5 %.

Среди овощей, богатых глюкозой, можно отметить: тыкву, белокочанную капусту и морковь. В них содержится около 2,5 % этого компонента.

Фруктоза . Это один из наиболее распространенных фруктовых углеводов. Он, в отличие от глюкозы, может проникать из крови в ткани без участия инсулина. Поэтому фруктоза считается оптимальным для людей, страдающих диабетом. Ее часть попадает в печень, где она превращается в глюкозу - более универсальное «топливо». Такое вещество также может повысить уровень сахара в крови, но не настолько, как другие простые углеводы. Фруктоза превращается в жиры легче, чем глюкоза. Но ее главное преимущество состоит в том, что она слаще глюкозы и сахарозы в 2,5 и 1,7 раз соответственно. Поэтому данный углевод применяют вместо сахара с целью понижения калорийности пищи.

Больше всего фруктозы содержится во фруктах, а именно:

винограде - 7,7 %;
яблоках - 5,5 %;
грушах - 5,2 %;
вишне и черешне - 4,5 %;
арбузах - 4,3 %;
черной смородине - 4,2 %;
малине - 3,9 %;
землянике - 2,4 %;
дыне - 2,0 %.

В овощах фруктозы содержится меньше. Больше всего ее можно встретить в белокочанной капусте. Кроме того, фруктоза присутствует в меде - порядка 3,7 %. Достоверно известно, что она не вызывает кариеса.

Галактоза . Рассматривая виды углеводов, мы уже познакомились с некоторыми простыми веществами, которые можно встретить в продуктах в свободном виде. Галактоза таковой не является. Она образует дисахарид с глюкозой, который называется лактозой (она же молочный сахар) - основной углевод молока и продуктов, полученных из него.

В желудочно-кишечном тракте лактоза под действием фермента лактазы расщепляется на глюкозу и галактозу. У некоторых людей наблюдается непереносимость молока, связанная с нехваткой в организме лактазы. В нерасщепленном виде лактоза является хорошим питательным веществом для микрофлоры кишечника. В кисломолочных продуктах львиная доля этого вещества сбраживается до молочной кислоты. Благодаря этому люди, у которых наблюдается лактазная недостаточность, могут без неприятных последствий употреблять кисломолочные продукты. Кроме того, в них есть молочнокислые бактерии, которые подавляют деятельность микрофлоры кишечника и нивелируют последствия действия лактозы.

Галактоза, образование которой происходит при распаде лактозы, в печени превращается в глюкозу. Если у человека недостает фермента, который отвечает за данный процесс, у него может развиться такое заболевание, как галактоземия. В коровьем молоке содержится 4,7 % лактозы, в твороге - 1,8-2,8 %, в сметане - 2,6-3,1 %, в кефире - 3,8-5,1 %, в йогуртах - порядка 3 %.

Сахароза. На этом веществе мы закончим рассматривать простые виды углеводов. Сахароза - это дисахарид, который состоит из глюкозы и фруктозы. В сахаре содержится 99,5 % сахарозы. Сахар стремительно расщепляется желудочно-кишечным трактом. Глюкоза с фруктозой всасываются в кровь человека и служат не только источником энергии, но и самым важным предшественником гликогена в жире. Так как сахар представляет собой углеводы в чистом виде, не содержащие питательных веществ, многие его называют источником «пустых калорий».

Свекла - самый богатый сахарозой продукт (8,6 %). Среди других растительных плодов можно выделить персик - 6 %, дыню - 5,9 %, сливу - 4,8 %, мандарин - 4,5 %, морковь - 3,5 %. В других овощах и фруктах содержание сахарозы колеблется в приделах 0,4-0,7 %.

Пару слов стоит сказать также о мальтозе . Этот углевод состоит из двух молекул глюкозы. содержится в меде, патоке, кондитерских изделиях, солоде и пиве.

Сложные углеводы

Теперь обсудим виды сложных углеводов. Таковыми называются все полисахариды, которые встречаются в рационе человека. За редким исключением среди них можно встретить полимеры глюкозы.

Крахмал . Это основной углевод, перевариваемый человеком. На него приходится 80 % потребляемых с пищей углеводов. Крахмал содержится в картофеле и злаковых продуктах, а именно: крупе, муке, хлебе. Больше всего этого вещества можно встретить в рисе - 70 % и гречке - 60 %. Среди злаков самое меньшее содержание крахмала наблюдается в овсяной крупе - 49 %. В макаронных изделиях содержится до 68 % этого углевода. В пшеничном хлебе крахмала 30-50 %, а в ржаном - 33-49 %. Данный углевод также встречается в бобовых - 40-44 %. В картофеле содержится до 18 % крахмала, поэтому диетологи иногда относят его не к овощам, а к крахмалистым продуктам, как и зерновые с бобовыми.

Инулин . Данный полисахарид является полимером фруктозы, который содержится в топинамбуре и в меньшей мере в других растениях. Продукты, содержащие инулин, назначают при диабете и его профилактике.

Гликоген . Его часто называют «животным крахмалом». Он состоит из разветвленных молекул глюкозы и содержится в животных продуктах, а именно: печени - до 10 % и мясе - до 1 %.

Заключение

Сегодня мы рассмотрели основные виды углеводов и узнали, какие функции они выполняют. Теперь наш подход к питанию будет более осмысленным. Краткое резюме вышесказанного:

Углеводы - важный источник энергии для человека.
Их избыток так же плох, как и недостаток.
К простым относятся моно- и дисахариды, а к сложным - полисахариды.

КУРСОВАЯ РАБОТА

Углеводы и их свойства . Глюкоза

Введение

СПИД, сахарный диабет, бронхиальная астма, рак – это неполный перечень заболеваний для которых так и не найдены альтернативные препараты, помогающие полностью излечить их. Задачей здравоохранения является найти лекарственные препараты для излечения этих болезней.

Фармацевтическая химия – наука, изучающая способы получения, физические и химические свойства, методы контроля качества лекарственных веществ, влияние отдельных особенностей строения молекул лекарственных веществ на характер действия их на организм, изменения, происходящие при их хранении.

Решение задач, стоящих перед фармацевтической химией поможет выявить новые свойства уже имеющихся лекарственных препаратов и открыть новые.

1. Углеводы

Углеводы - обширная группа полигидроксикарбонильных соединений, входящих в состав всех живых организмов. Особенно широко они распространены в растительном мире: 80% сухой массы растений составляют углеводы; к углеводам относят также многие производные, получаемые при химической модификации этих соединений путем окисления, восстановления или введения различных заместителей.

Углеводы участвуют в обмене веществ и энергии в организме человека и животных. Являясь основным компонентом пищи, углеводы поставляют большую часть энергии, необходимой для жизнедеятельности (более половины энергии у человека образуется за счет углеводов). Некоторые углеводы входят в состав нуклеиновых кислот, осуществляющих биосинтез белка и передачу наследственных признаков.

К углеводам относят глюкозу, фруктозу, сахар (сахарозу), крахмал, целлюлозу (клетчатку) и др. Одни из них являются основными продуктами питания, другие (целлюлоза) используются для получения бумаги, пластмасс, волокон и т.д.

Термин "углеводы" возник потому, что первые известные представители углеводы по составу отвечали формуле CmH2nOn (углерод + вода); впоследствии были обнаружены природные углеводы с другим элементным составом.

1.1 Классификация и распространение

Углеводы принято делить на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

К наиболее обычным и распространенным в природе моносахаридам относят D-глюкозу, D-галактозу, D-маннозу, D-фрук-тозу, D-ксилозу, L-арабинозу и D-рибозуглеводы. Из представителей других классов моносахаридов часто встречаются:

1) дезоксисахара, в молекулах которых одна или несколько групп ОН заменены атомами H (напр., L-рамноза, L-фукоза, 2-дезокси-D-рибоза);

2) аминосахара, где одна или несколько групп ОН заменены на аминогруппы (напр., 2-амино-2-дезокси-D-глюкоза, или D-глюкозамин);

3) многоатомные спирты (полиолы, альдиты), образующиеся при восстановлении карбонильной группы моносахаридов (D-сорбит из D-глюкозы, D-маннит из D-маннозы);

4) уроновые кислоты - альдозы, у которых группа CH2OH окислена в карбоксильную (напр., D-глюкуроновая кислота);

5) разветвленные сахара, содержащие нелинейную цепь углеродных атомов (апиоза, или 3-С- гидроксиметил-D-глицеро-тетроза);

6) высшие сахара с длиной цепи более шести атомов С (напр., D-седогеп-тулоза и сиаловые кислоты.

За исключением D-глюкозы и D-фруктозы свободные моносахариды встречаются в природе редко. Обычно они входят в состав разнообразных гликозидов, олиго - и полисахаридов и м. б. получены из них после кислотного гидролиза. Разработаны многочисленные методы химического синтеза редких моносахаридов исходя из более доступных.

Олигосахариды содержат в своем составе от 2 до 10-20 моносахаридных остатков, связанных гликозидными связями. Наиболее распространены дисахариды, выполняющие функцию запасных B-B: сахароза в растениях, трегалоза в насекомых и грибах, лактоза в молоке млекопитающих. Известны многочисленные гликозиды олигосахаридов, к которым относят различные физиологически активные вещества некоторые сапонины (в растениях), мн. антибиотики (в грибах и бактериях), гликолипиды.

Полисахариды - высокомолекулярные соединения линейные или разветвленные молекулы которых построены из остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями. В состав полисахаридов могут входить также заместители неуглеводной природы. В свою очередь цепи высших олигосахаридов и полисахаридов могут присоединяться к полипептидным цепям с образованием гликопротеинов.

Особую группу составляют биополимеры, в молекулах которых остатки полиолов, гликозилполиолов, нуклеозидов или моно - и олигосахаридов соединены не гликозидными, а фосфодиэфирными связями. К этой группе относят тейхоевые кислоты бактерий, компоненты клеточных стенок некоторых дрожжей, а также нуклеиновые кислоты, в основе которых лежит поли-D-рибозофосфатная (РНК) или поли-2-дезок-си-D-рибозофосфатная (ДНК) цепь.

Физико-химические свойства. Обилие полярных функциональных групп в молекулах моносахаридов приводит к тому, что эти вещества легко растворимы в воде и не растворимы в малополярных органических растворителях. Способность к таутомерным превращениям обычно затрудняет кристаллизацию моно – и олигосахаридов, однако если такие превращения невозможны (напр., как в гликозидах и невосстанавливающих олигосахаридах типа сахарозы), то вещества кристаллизуются легко. Многие гликозиды с малополярными агликонами (сапонины) проявляют свойства ПАВ.

Полисахариды - гидрофильные полимеры, многие из них образуют высоковязкие водные растворы, а в ряде случаев прочные гели.

Некоторые полисахариды образуют высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, препятствующие гидратации отдельных молекул; такие полисахариды (хитин, целлюлоза) не растворимы в воде.

Биологическая роль. Функции углеводов в живых организмах чрезвычайно многообразны. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и служат исходными соединениями для биосинтеза гликозидов и полисахаридов, а также др. классов B-B (аминокислот, жирных K-T, фенолов и др.). Эти превращения осуществляются ферментами, субстратами для которых служат, как правило, богатые энергией производные сахаров, главным образом нуклеозиддифосфат-сахара.

Углеводы запасаются в растениях (в виде крахмала), животных, бактериях и грибах (в виде гликогена), где служат энергетическим резервом. Источником энергии являются реакции расщепления глюкозы, образующейся из этих полисахаридов. В виде гликозидов в растениях и животных осуществляется транспорт различных метаболитов. Полисахариды и более сложные углеводсодержащие полимеры выполняют в живых организмах опорные функции. Жесткая клеточная стенка у высших растений представляет собой сложный комплекс из целлюлозы, гемицеллюлоз и пектинов. Армирующим полимером в клеточной стенке бактерий служат пептидогликаны (муреины), а в клеточной стенке грибов и наружных покровах членистоногих – хитин. В организме животных опорные функции выполняют протео-гликаны соединительные ткани. Эти вещества участвуют в обеспечении специфических физико-химических свойств таких тканей, как кости, хрящи, сухожилия, кожа. Будучи гидрофильными полианионами, эти полисахариды способствуют также поддержанию водного баланса и избирательной ионной проницаемости клеток.

Особенно ответственна роль сложных углеводы в образовании клеточных поверхностей и мембран и придании им специфических свойств. Так, гликолипиды - важнейшие компоненты мембран нервных клеток и оболочек эритроцитов, а липополисахариды - наружной оболочки грамотрицательных бактерий. Углеводы клеточной поверхности часто определяют специфичность иммунологических реакций (групповые вещества крови, бактериальные антигены) и взаимодействие клеток с вирусами. Углеводные структуры принимают участие и в других высокоспецифических явлениях клеточного взаимодействия таких, как оплодотворение, узнавание клеток при тканевой дифференциации, отторжение чужеродных тканей и т. д.

Углеводы составляют главную часть пищевого рациона человека, в связи с чем широко используются в пищевой и кондитерской промышленности (крахмал, сахароза и др.). Кроме того, в пищевой технологии применяют структурированные вещества полисахаридной природы, не имеющие сами по себе пищевой ценности,- гелеобразователи, загустители, стабилизаторы суспензий и эмульсий (альгинаты, пектины, растительные галактоманнаны и др.).

Превращения моносахаридов при спиртовом брожении лежат в основе процессов получения этанола, пивоварения, хлебопечения; др. виды брожения позволяют получать из сахаров биотехнологическими методами глицерин, молочную, лимонную, глюконовую кислоты и многие другие вещества.

Глюкозу, аскорбиновую кислоту, углеводсодержащие антибиотики, гепарин широко применяют в медицине. Целлюлоза служит основой для получения вискозного волокна, бумаги, некоторых пластмасс, BB и др. Сахарозу и растит, полисахариды рассматривают как перспективное возобновляемое сырье, способное в будущем заменить нефть.

2. Глюкоза

Бесцветные кристаллы или белый мелкокристаллический порошок без запаха, сладкого вкуса. Растворим в воде (1:15) трудно- в спирте.

Растворы стерилизуют при 100° в течение 60 минут Ели при 119-121° в течение 5-7 минут. Для стабилизации прибавляют 0,1 н. раствор соляной кислоты и натрия хлорид; рН растворов 3,0-4,0.

Для медицинских целей применяют изотонический (4,5-5%) и гипертонические (10-40%) растворы.

Изотонический раствор применяют для пополнения организма жидкостью, вместе с тем он является источником легко усвояемого организмом ценного питательного материала. При сгорании глюкозы в тканях выделяется значительное количество энергии, которая служит для осуществления функций организма.

При введении в вену гипертонических растворов повышается осмотическое давление крови, усиливается ток жидкости из тканей в кровь, повышаются процессы обмена веществ, улучшается антитоксическая функция печени, усиливается сократительная деятельность сердечной мышцы, расширяются сосуды, увеличивается диурез. Растворы глюкозы широко применяют в медицинской практике при гипогликемии, инфекционных заболеваниях, заболеваниях печени (при гепатитах, дистрофии и атрофии печени), при декомпенсации сердечной деятельности, отеке легких, при геморрагических диатезах, при токсикоинфекциях, различных интоксикациях (отравлениях наркотиками, синильной кислотой и ее солями, окисью углерода, анилином, мышьяковистым водородом, фосгеном и другими веществами) и при различных других патологических состояниях.

служат основным источником энергии. Примерно 60% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть - за счет белков и жиров. Углеводы содержатся преимущественно в продуктах растительного происхождения.

В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов делятся на:

простые углеводы - моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза);

сложные углеводы - полисахариды (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, клетчатка).

Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам.

Простые углеводы. Моносахариды.
Моносахариды - самый быстрый и качественный источник энергии для процессов, происходящих в клетке.

Глюкоза - наиболее распространенный моносахарид. Она содержится во многих плодах и ягодах, а также образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе и сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии.

Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Однако она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70 - 80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщение крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности. Основными источниками фруктозы являются фрукты, ягоды, сладкие овощи.

Основными пищевыми источниками глюкозы и фруктозы служит мед: содержание глюкозы достигает 36.2%, фруктозы - 37.1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. В семечковых преобладает фруктоза, а в косточковых (абрикосы, персики, сливы) - глюкоза.

Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока - лактозы. Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается.

Простые углеводы. Дисахариды.
Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу.

Сахароза. Важнейший пищевой источник ее тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахаре-песке составляет 99.75%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты. Попадая в организм, она легко разлагается на моносахариды. Но это возможно, если мы потребляем сырой свекольный или тростниковый сок. Обыкновенный сахар имеет на много более сложный процесс усвоения.

Это важно! Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, пищи, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы.

Лактоза (молочный сахар) - основной углевод молока и молочных продуктов. Ее роль весьма значительна в раннем детском возрасте, когда молоко служит основным продуктом питания. При отсутствии или уменьшении фермента лактозы, расщепляющей лактозу до глюкозы и галактозы, в желудочно-кишечном тракте наступает непереносимость молока.

Сложные углеводы. Полисахариды.
Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка.

Мальтоза (солодовый сахар) - промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена в желудочно-кишечном тракте. В свободном виде в пищевых продуктах она встречается в меде, солоде, пиве, патоке и проросшем зерне.

Крахмал - важнейший поставщик углеводов. Он образуется и накапливается в хлоропластах зеленых частей растения в форме маленьких зернышек, откуда путем гидролизных процессов переходит в водорастворимые сахара, которые легко переносятся через клеточные мембраны и таким образом попадают в другие части растения, в семена, корни, клубни и другие. В организме человека крахмал сырых растений постепенно распадается в пищеварительном тракте, при этом распад начинается еще во рту. Слюна во рту частично превращает его в мальтозу. Вот почему хорошее пережевывание пищи и смачивание ее слюной имеет исключительно важное значение. Старайтесь в своем питании чаще использовать продукты, содержащие естественную глюкозу, фруктозу и сахарозу. Наибольшее количество сахара содержится в овощах, фруктах и сухофруктах, а также проросшем зерне.

Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.

Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы.

Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.

Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.

Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 - 500 г. в сутки. У спортсменов по мере увеличения интенсивности и тяжести физических нагрузок потребность в углеводах увеличивается и может возрастать до 800 г в сутки.

Это важно! Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 - 60г., чтобы избежать кетоза, кислого состояния крови, которое может развиться, если для образования энергии используются преимущественно запасы жира. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.

Если употреблять слишком много углеводов, больше, чем организм может преобразоваться в глюкозу или гликоген, то в результате, это ведет к ожирению. Когда телу нужно больше энергии, то жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).

При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.

В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 - 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.

Будет здорово, если вы напишете комментарий:

Яковлева О.А. Урок с использованием ЭОР

Место работы : муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 28» г. Балаково Саратовской области (МАОУ СОШ №28 г. Балаково Саратовской области»)

Предмет: химия

Тема: Классификация углеводов. Моносахариды. Глюкоза.

Продолжительность: 45 минут

Класс: 10

Тип урока: урок формирования знаний

Технологии : ЭОР Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (http://school-collection.edu.ru).

Технологические особенности : для просмотра ЭОР необходимо установить на компьютере следующие программы: Power Point-2007; проигрыватель Flash8-en; проигрыватель Java Runtime Environment 1.5 ; проигрыватель для просмотра видеофрагментов (например KMPlayer).

Цель урока: систематизировать знания об углеводах, как классе органических соединений; изучить строение, свойства, способы получения и применение моносахаридов на примере глюкозы.

Задачи урока:

Образовательные:

актуализировать знания о классификации углеводов;

исследовать химические свойства глюкозы и на основании этого сделать вывод о её строении;

изучить способы получения и применение глюкозы;

проконтролировать степень усвоения знаний с помощью теста.

Воспитательные:

формировать мировоззрение учащихся;

воспитывать самостоятельность, чувство собственного достоинства.

Развивающие:

совершенствовать умения и навыки при проведении химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности;

развивать память, речь, мышление, умение анализировать, сопоставлять, делать выводы;

совершенствовать навыки решения тестовых заданий;

развивать познавательный интерес, творческие способности, уверенность в своих силах, настойчивость.

Методы обучения: использование ЦОР, химический эксперимент, метод исследования, фронтальная беседа, фронтальный опрос.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, пробирки, держатель для пробирок, спиртовка.

Реактивы: растворы медного купороса CuSO4 ∙ 5H2O, гидроксида натрия NaOH, глюкозы C6H12O6.

Ход урока.

Организационный этап.

Актуализация знаний. Постановка цели.

Вступление учителя:

Человеческий организм не может не только расти и развиваться, но и просто существовать без притока органических веществ. В отличие от растений и подобно животным, он не может сам создавать органические соединения из неорганического сырья. Кроме того, организму требуется энергия - как для обеспечения соответствующей температуры тела, так и для совершения работы, следовательно, пища - жизнь.

Вопросы классу:

Из чего состоит наша пища?

Какие вещества являются главными поставщиками энергии организму человека?

Наша пища состоит из очень большого числа различных химических веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ. Среди них имеются соединения, которые определяют её энергетическую и биологическую ценность, участвуют в формировании структуры, вкуса, цвета и аромата пищевых продуктов.

Главными поставщиками энергии организму человека являются углеводы. Углеводами богаты зерновые и бобовые культуры, картофель, фрукты и овощи. Считается, что на 60% потребности человека в энергии должны обеспечиваться углеводами. В день человек должен получать не менее 500 г углеводов.

Сегодня на уроке мы должны систематизировать знания об углеводах, как о классе органических соединений, особенностях их строения и свойств. И начнём мы с определения и классификации.

Введение знаний.

Углеводы - кислородсодержащие органические вещества, большинство которых отвечает общей формулеС n (H 2 O ) m .

Т.е. углеводы как бы состоят из углерода и воды, отсюда и название класса. Это название появилось на основе элементного анализа первых известных углеводов. В дальнейшем было установлено, что существуют углеводы, в молекулах которых не соблюдается указанное соотношение, например дезоксирибоза C5H10O4. Известны также соединения, состав которых соответствует приведённой общей формуле, но они не принадлежат к классу углеводов (формальдегид, уксусная кислота). Однако название «углеводы» укоренилось и в настоящее время является общепризнанным.

Углеводы - это чрезвычайно разнообразный класс соединений, как по составу, так и по строению их молекул.

Классификация углеводов.

По способности к гидролизу углеводы можно разделить на 3 основные группы: моносахариды, олигосахариды, полисахариды.

Учащиеся записывают в тетради схему и примеры.

Моносахариды - углеводы, являющиеся по строению альдегидоспиртами или кетоноспиртами, которые не подвергаются гидролизу. В зависимости от числа атомов углерода делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы.

Примеры: глюкоза (виноградный сахар) C6H12O6 - белое кристаллическое вещество, содержится в соке винограда и других фруктах.

Использование ЭОР (можно продемонстрировать некоторые структурные формулы в качестве примера, формулы глюкозы и фруктозы лучше показать в разделах «строение»):

Фруктоза (фруктовый сахар) C6H12O6 - белое кристаллическое вещество, составляет значительную часть мёда.

Рибоза C5H10O5 - входит в состав РНК.

Полисахариды - это высокомолекулярные углеводы, построенные из остатков моносахаридов. Могут иметь разветвлённое и линейное строение.

Примеры: крахмал (C6H10O5)n - полисахарид, построенный из звеньев α-глюкозы, белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде набухает и образует крахмальный клейстер. Содержится в растениях и является ценным питательным веществом. Под воздействием ферментов в организме гидролизуется до глюкозы.

Использование ЭОР:

Трехмерная химическая формула: Крахмал № 103817

Целлюлоза (C6H10O5)n - полисахарид, построенный из звеньев β-глюкозы, твёрдое волокнистое вещество, нерастворимое в воде. Служит «строительным материалом» для стенок растительной клетки, является самым распространённым органическим веществом на Земле. Применяется для изготовления хлопчатобумажных тканей и бумаги.

Изучение моносахаридов продолжим на примере глюкозы.

Нахождение в природе (проводится фронтальная беседа).

В свободном виде глюкоза содержится почти во всех органах зеленых растений. Особенно её много в соке винограда (отсюда название «виноградный сахар»). Мёд в основном состоит из смеси глюкозы и фруктозы. Также глюкоза содержится цветочном нектаре, некоторых фруктах и овощах.

В крови человека и животных содержится около 0,1% глюкозы (80 - 120 мг в 100 мл крови). Превышение содержания глюкозы в крови уровня 180 мг на 100 мл крови свидетельствует о нарушении углеводного обмена и развитии сахарного диабета.

Исследование строения глюкозы.

К демонстрационному столу вызывается 1 учащийся, которому будет предложено решить экспериментальную задачу:

Докажите опытным путем с помощью предложенных реактивов (растворы CuSO4, NaOH), что виноградный сок содержит глюкозу. Проведите соответствующие химические реакции, отметьте их признаки. Какое строение молекулы глюкозы доказывают проведенные реакции?

В это время остальные учащиеся смотрят видеофрагмент «Определение глюкозы в виноградном соке» (использование ЦОР: видеофрагмент № 54862)

В процессе выполнения эксперимента и просмотра видеофрагмента учащиеся должны сделать вывод о том, что в состав глюкозы входят функциональные группы многоатомных спиртов (гидроксогруппа -ОН) и альдегидов (альдегидная группа).

Строение глюкозы.

Простейшая формула глюкозы: СН2О

Молекулярная формула глюкозы: С6Н12О6

М(С6Н12О6)=180 г/моль

Трехмерные химические формулы:

Получение глюкозы:

В природе глюкоза образуется в результате фотосинтеза:

6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2-Q

(к доске вызывается 1 учащийся, который записывает уравнение реакции на доске, остальные делают это в тетради).

Первый синтез простейших углеводов из формальдегида был произведён А. М. Бутлеровым в 1861 г.: HCOH → C6H12O6

(уравнение демонстрируется учителем в презентации)

На производстве глюкозу получают гидролизом крахмала в присутствии серной кислоты:

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 (уравнение демонстрируется учителем в презентации).

Физические свойства глюкозы:

Вопрос классу: Какие физические свойства глюкозы вам известны?

Глюкоза - бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворяется в воде. Из водного раствора она выделяется в виде кристаллогидрата: С6H12O6 ∙ (H2O)n. По сравнению со свекловичным сахаром она менее сладкая.

Химические свойства глюкозы:

Гликолиз:

Вопрос классу:

Из курса биологии вы знаете, что глюкоза является своеобразным аккумулятором солнечной энергии. Поразмышляйте, что происходит с глюкозой в организме человека?

Около 70% глюкозы, содержащейся в крови человека, подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов - углекислого газа и воды.

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2920 кДж (уравнение записывается одним из учащихся на доске)

Энергия, выделяемая при гликолизе, в значительной степени обеспечивает энергетические потребности живых организмов.

Свойства глюкозы как многоатомного спирта:

Глюкоза даёт качественную реакцию многоатомных спиртов - со свежеполученным гидроксидом меди (II) образует ярко-синий раствор.

Проверка знаний (подведение итогов обучения).

(проводится фронтальный опрос).

Трехмерные химические формулы:

Глюкоза (линейная форма) (№104073)