Углеводы.

uglevody

Углеводы

Углеводы вещества, представленные многочисленной группой природных органических соединений, состоящие из атомов углерода, водорода и кислорода. Некоторое время ученые предполагали, что углеводороды состоят из углерода и воды. Отсюда вытекает и само название этих веществ, основанное на том, что представители данного класса имеют соотношение атомов водорода и кислорода в молекуле такое же, как в воде. Но позже, в ходе развития химической науки, выяснилось, что из общепринятого правила, касающегося структуры углеводов, тоже имеются исключения.

Огромный вклад в исследования углеводов внес французский ученый Пьер Эжен Бертло. Проводя в своей лаборатории химические опыты, он смог доказать, что белки, жиры и углеводы, из которых состоят живые организмы, можно синтезировать в искусственных условиях. Бертло изучал состав и свойства углеводов в течение 50 лет.

Множество углеводов, известных науке на сегодняшний день имеют соотношение кислорода и водорода отличное от соотношения этих химических элементов в воде.

Углеводы в большом количестве содержатся в растительных и животных организмах и играют очень важную роль в процессе их жизнедеятельности.

Соединения, принадлежащие к классу углеводов, как правило, содержат несколько различных функциональных групп, а именно гидроксильную группу ОН и карбонильную группу СО. Следовательно углеводы можно отнести альдегидоспиртам и кетоноспиртам. 

Углеводы делят на две большие группы: простые углеводы (моносахариды и монозы), не способные к гидролизу и сложные (полисахариды или полиозы), которые в результате реакций гидролиза (взаимодействия с водой) разлагаются на простые углеводы. Сложные углеводы в свою очередь делятся на олигосахариды (от греческого слова «oligos» - немногий), чаще всего состоящих из двух, максимум десяти моносахаридов и высшие полисахариды, в состав которых входит большое количество моносахаридов.

Наряду с жирами и белками углеводы являются чрезвычайно важным классом органических веществ. Сахара, жиры и белки входят в состав как животных, так и растительных организмов. Некоторые из углеводов являются полимерами (крахмал, целюлоза) и имеют специфическое строение, что обуславливает наличие у них особых свойств. Целлюлоза составляет основу растительного мира.

По степени сложности класс углеводов разделяют на три группы:

-        моносахариды, или монозы (глюкоза, фруктоза);

-        дисахариды, или диозы (сахароза, мальтоза, лактоза);

-        полисахариды, или полиозы (крахмал, клетчатка).

Моносахариды принадлежат к альдегидо –  и кетоспиртам. Глюкоза – альдегидоспирт; фруктоза – кетоспирт.

glyukoza

Глюкоза

Молекула глюкозы содержит пять гидроксильных  и одну альдегидную группу. Эти функциональные группы определяют химические свойства глюкозы. Ученые установили, что наряду с молекулами линейного строения у глюкозы существуют молекулы циклического строения. Объясняется это тем, что каждый моносахарид может существовать в виде нескольких изомерных форм. Между обеими структурами – линейной и циклической существует равновесие.

Монозы делятся по количеству содержащихся в них атомов углерода: триозы (3 атома); тетрозы (4 атома); пентозы (5 атомов); гексозы (6 атомов). Наибольшее биологическое значение для  организма животных  имеют пентозы и гексозы. В растительном мире чаще всего встречаются глюкоза, фруктоза и галактоза. Например, пчелиный мед на три четверти состоит из углеводов – глюкозы и фруктозы. Являясь важным компонентом продуктов питания и исходным материалом при брожении, эти углеводы очень широко применяются в пищевой промышленности.

Из олигосахаридов, имеющих важное значение для живого организма, необходимо отметить дисахариды, состоящие из двух моносахаридов: сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза.

Чаще всего дисахариды называют сахарами (тростниковый сахар, свекловичный сахар, молочный сахар и т. п.), тем самым подчеркивая их вкусовую особенность – сладость.

Полисахариды – это сложные высокомолекулярные вещества (полимеры), молекулы которых состоят из множества повторяющихся элементарных звеньев химических веществ с одинаковой структурой (структурних фрагментов), в данном случае – сотен и тысяч остатков моносахаридов. В растениях полисахариды – целюлоза и  пектиновые веществаиграют опорную роль. По своему химическому составу полисахариды делятся на две группы: гомополисахариды, состоящие из остатков какого - то одного моносахарида (глюкозы, фруктозы, ксилозы) и гетерополисахариды, содержащие в своем составе остатки различных сахаров (крахмал, целлюлоза, гликоген, инулин).

rasteniya - istochnik uglevodov

Растения - источник углеводов

Углеводы очень широко распространены в растительном мире и составляют 70 – 80 % от массы растений в пересчете на сухое вещество. Они являются главной составной частью оболочек растительных клеток, составляя основу скелета для всего растительного организма, и принимают непосредственное участие в фотосинтезе – важнейшем процессе жизнедеятельности растений. Оболочка растительных клеток состоит преимущественно из полисахарида – целлюлозы (клетчатки). Кроме того в клубнях и семенах растений углеводы откладываются в виде запаса, выполняя роль дополнительного энергетического источника.

В животном организме  содержание углеводов значительно меньше – всего лишь  около 2%. Основная масса этих веществ в виде полисахарида гликогена сосредоточена в мышцах, выполняя пластическую функцию и обеспечивая их эластичность.  Окисляясь, углеводы выделяют необходимую нашему организму энергию, принимая участие в синтезе целого ряда важных для человека веществ: нуклеопротеидов, мукополисахаридов, ферментов и др. Так, например, при окислении 1 г. углеводов образуется 17 кДж. энергии. Именно углеводы почти на 60% обеспечивают живой организм энергией. Суточная потребность человека в углеводах составляет в среднем 400 – 500 г. Она покрывается в основном за счет продуктов питания. При полноценном питании в печени может содержатся до 10% гликогена, а в мышцах около 2%. Углеводы чрезвычайно важны для жизнедеятельности. Установлено, что выделяемые различными железами вязкие секреты (слизи), которые предохраняют стенки человеческих органов от различных повреждений богаты мукополисахаридами.

Как известно, растительная клетчатка выполняет регуляторную функцию. Вызывая механическое раздражение желудка, она регулирует деятельность пищеварительного канала.

Углеводы участвуют в построении сложных белков, ферментов и гормонов, а некоторые из них выполняют в организме особые функции: обеспечивают специфичность групп крови и образование антител, а также участвуют в проведении нервных импульсов, регулируя деятельность центральной нервной системы. К классу углеводов относится всем известный антибиотик стрептомицин, а также  витамины С и В15. Углеводом является гепарин – вещество, которое препятствует свертыванию крови. 

В основе многочисленных технологических процессов заложены реакции превращения углеводов. На этом базируется химическая переработка древесины, изготовление тканей и бумаги из природного, растительного сырья.

med - kladez glyukozy i fruktozy

Мед - кладезь глюкозы и фруктозы

После того, как в результате химических анализов было установлено, что нити гусеницы тутового шелкопряда – это клетчатка – целлюлоза, химики попытались создать искусственный шелк. В результате обработки целлюлозы азотной кислотой им сначала удалось создать нитроцеллюлозу, которая применяется для изготовления бездымного пороха.Когда нитроцеллюлозу растворили в спирте, она стала вязкой и тягучей, пригодной для вытягивания нитей, которые по своему внешнему виду почти не отличались от натурального шелка. Эти волокна получили название нитрошелка. Когда   из него сделали ткань, то одежда получилась не только не практичной, но даже опасной.

При малейшем соприкосновении с огнем материя вспыхивала. Поиски аналога натурального шелка пришлось продолжить, и вскоре они увенчались успехом. Помогла в этом теория химического строения вещества великого русского ученого Александра Михайловича Бутлерова, которая послужила основой множества замечательных открытий. Именно, благодаря этой теории, химикам удалось искусственно преобразовать растительную клетчатку, создав из нее чудесную пряжу. Источником стали деревья. А новые ткани из искусственного волокна получили широкое распространение. С тех пор вискозный шелк, ацетатный шелк, целлулоид (пластик) – все эти производные целлюлозы прочно вошли в нашу жизнь. С целлюлозы было создано немало различных необычных изделий. Например, искусственный каракуль и шерсть.

Производные целлюлозы  сейчас используются в огромных масштабах не только для изделий легкой промышленности, но и для технических целей. Из них изготавливают специальные кордные ткани, которые служат основой для выпуска автопокрышек. приводных ремней и т. д. Ученым удалось создать сверхпрочную искусственную ткань, которая хорошо поддается окраске, не выцветает и не выгорает на солнце.

Большой интерес вызывают искусственные полимеры на углеводной основе. Сейчас все больше набирает популярность экологическое движение. Солидные компании, которые дорожат своей репутацией, предлагают различную продукцию, в том числе и безвредную бытовую химию, содержащую безопасные для здоровья потребителей компоненты. Не секрет, что моющие средства, созданные на основе крахмала легко разлагаются микроорганизмами и не загрязняют почву и водоемы в отличие от фосфатных.

Полисахарид – хитин, являющийся одним из наиболее распространённых в природе и составляющий основу панцирей ракообразных, а также входящий в состав грибов по химической стойкости заметно превосходит целлюлозу. Сейчас из него промышленным путем получают хитозан, который находит широкое применения в различных областях народного хозяйства (пищевой и косметической промышленности, сельском хозяйстве и медицине ). Хитозан часто используется в производстве биодобавок. Он укрепляет иммунитет, снижает кровяное давление и регулирует работу внутренних органов, улучшая обмен. Ученые, проводившие исследования считают, что хитозан активизирует клетки человеческого организма, а значит, способен препятствовать старению организма.

Специалисты  ИМЕТ РАН (Института металлургии и материаловедения) создали так называемые биополимерные матриксы (основные вещества) из вспененного хитозана с желатином. После клинических испытаний выяснилось, что их можно успешно применять в лечении травмированных костей. Такая пена получается пористой и упругой. Благодаря этому ее можно лучше заселить клетками костной ткани и плотнее прижать ко всей поверхности поврежденной кости. В такие матриксы помещаются клетки костной ткани, которые очень хорошо растут на пене из высокомолекулярного хитозана, а  желатин служит источником аминокислот для их развития.  Сами матриксы постепенно рассасываются, а на месте повреждений возникает новая кость.

Если статья Вам понравилась и оказалась для вас полезной, то поделитесь ей с другими:

Хочу себе плагин с такими кнопками

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Анти-спам: выполните заданиеWordPress CAPTCHA