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 – Cn(H2O)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 (C5H10O5) и гексозы (C6H12O6). 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.
|
Виды |
Формула |
Характеристика |
Примеры |
|
Моносахариды |
Cn(Н2О)n |
Состоят из одной структурной единицы. Входят в состав ДНК, РНК, АТФ. В зависимости от открытой группы выделяют кетозы (R1-CO-R2) и альдозы (R-CHO) |
Глюкоза, фруктоза, рибоза |
|
Олигосахариды |
CmH2nOn |
Состоят из 2-10 моносахаридов. Могут включать одинаковые моносахаридные остатки (гомоолигосахариды) или разные (гетероолигосахариды) |
Сахароза, лактоза, мальтоза |
|
Полисахариды |
CnH2mOm |
Состоят из множества моносахаридов (от 10 до нескольких тысяч) |
Целлюлоза, хитин, крахмал |
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:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 +6H2O.
В отсутствии кислорода под действием ферментов происходит брожение:
- спиртовое –
C6H12O6 → 2C2H5OH (этанол) + 2CO2; - молочнокислое –
C6H12O6 → 2CH3-CH(OH)-COOH (молочная кислота).
Иначе с кислородом взаимодействуют полисахариды, сгорая до углекислого газа и воды:
(C6H10O5)n + 6O2 → 6nCO2 + 5nH2O.
Олигосахариды и полисахариды разлагаются до моносахаридов при гидролизе:
- C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6;
- (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6.
Глюкоза реагирует с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала):
- CH2OH-(CHOH)4-CH=O + 2Cu(OH)2 → CH2OH-(CHOH)4-COOH + Cu2O↓ + 2H2O;
- CH2OH-(CHOH)4-CH=O + 2[Ag(NH3)2]OH → CH2OH-(CHOH)4-COONH4 + 2Ag↓ +3NH3 + H2O.
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.
Предыдущая
