План:
1.Определение понятия: углеводы. Классификация.
2. Состав, физические и химические свойства углеводов.
3.Рспространение в природе. Получение. Применение.
Углеводы – органические соединения, содержащие карбонильные и гидроксильные группировки атомов, имеющие общую формулу C n (H 2 O) m , (где n и m>3).
Углеводы – вещества, имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека. Название углеводы возникло на основании данных анализа первых известных представителей этой группы соединения. Вещества этой группы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение чисел атомов водорода и кислорода в них такое же, как и в воде, т.е. на каждые 2 атома водорода приходится один атом кислорода. В прошлом столетии их рассматривали как гидраты углерода. Отсюда и возникло русское название углеводы, предложенное в 1844г. К.Шмидтом. Общая формула углеводов, согласно сказанному, С м Н 2п О п. При вынесении «n» за скобки получается формула С м (Н 2 О) n , которая очень наглядно отражает название «угле - воды». Изучение углеводов показало, что существуют соединения, которые по всем свойствам нужно отнести в группу углеводов, хотя они имеют состав, не точно соответствующий формуле С м H 2п О п. Тем не менее старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название – глициды.
Углеводы можно разделить на три группы : 1) Моносахариды – углеводы, способные гидролизоваться с образованием более простых углеводов. К данной группе относятся гексозы (глюкоза и фруктоза), а также пентоза (рибоза). 2) Олигосахариды – продукты конденсации нескольких моносахаридов (например, сахароза). 3) Полисахариды – полимерные соединения, содержащие большое число молекул моносахаридов.
Моносахариды . Моносахариды являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько гидроксильных групп, т.е. моносахариды представляют собой полигидроксикарбонильные соединения - полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны. В зависимости от этого моносахариды подразделяются на альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а фруктоза – это кетоза.
Получение. В свободном виде в природе встречается преимущественно глюкоза. Она же является структурной единицей многих полисахаридов. Другие моносахариды в свободном состоянии встречаются редко и в основном известны как компоненты олиго- и полисахаридов. В природе глюкоза получается в результате реакции фотосинтеза: 6CO 2 + 6H 2 O ® C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6O 2 Впервые глюкоза получена в 1811 году русским химиком Г.Э.Кирхгофом при гидролизе крахмала. Позже синтез моносахаридов из формальдегида в щелочной среде предложен А.М.Бутлеровым
Тема урока: « Углеводы» для 11 класса гуманитарного направленияЦели:
образовательные:
Сформировать у учащихся знания об углеводах, их составе и классификации. Рассмотреть зависимость химических свойств углеводов от строения молекул. Качественные реакции на глюкозу и крахмал. Дать представление о биологической роли углеводов, их значении в жизни человека.
развивающие:
Продолжить развивать у учащихся мыслительные операции: умение связывать уже имеющиеся знания с вновь приобретенными, умение выделять главное в изученном материале, обобщать изученный материал и делать выводы.
воспитательные:
Воспитание ответственного отношения к учебе, стремления к творческой, познавательной деятельности.
Тип: изучение нового материала
Вид: лекция
Метод : объяснительно-иллюстративный с компьютерным сопровождением
План проведения занятия
1. Организационный момент
2. Мотивация занятия
Углеводы служат важным источником питания: мы потребляем зерно, или скармливаем его животным, в организме которых крахмал превращается в белки и жиры. Самая гигиеничная одежда сделана из целлюлозы или продуктов на её основе: хлопка и льна, вискозного волокна или ацетатного шелка. Деревянные дома и мебель построены из той же целлюлозы, образующей древесину. В основе производства фото- и кинопленки все та же целлюлоза. Книги, газеты, денежные банкноты – всё это продукция целлюлозно-бумажной промышленности. Значит, углеводы обеспечивают нас всем необходимым.
Кроме того, углеводы участвуют в построении сложных белков, ферментов, гормонов. Углеводами являются и такие жизненно необходимые вещества, как гепарин (он играет важнейшую роль - предотвращает свертывание крови), агар-агар (его получают из морских водорослей и применяют в микробиологической и кондитерской промышленности).
Единственным источником энергии на Земле (помимо ядерной) является энергия Солнца, а единственным способом его аккумулирования для обеспечения жизнедеятельности всех живых организмом является процесс фотосинтеза, протекающий в клетках растений и приводящий к синтезу углеводов из воды и углекислого газа. Кстати, именно при этом превращении образуется кислород, без которого жизнь на нашей планете была бы невозможно.
План лекции
1. Понятие об углеводах. Классификация углеводов.
2. Моносахариды
3. Дисахариды
4. Полисахариды
1. Понятие об углеводах. Классификация углеводов.
Углеводы - обширный класс природных соединений, которые играют важную роль в жизни человека, животных и растений.
Название «углеводы» эти соединения получили потому, что состав многих из них выражается общей формулой Сn (H 2 O ) m , т.е. формально являются соединениями углерода и воды. С развитием химии углеводов обнаружены соединения, состав которых не отвечает приведенной формуле, но обладающие свойствами веществ своего класса (например, дезоксирибоза С 5 Н 10 О 4). В то же время есть вещества, соответствующие общей формуле углеводов, но не проявляющие их свойства (например, спирт инозит С 6 Н 12 О 6).
Классификация углеводов
Все углеводы можно разделить на две группы: простые углеводы (моносахариды) и сложные углеводы.
Простые углеводы (моносахариды) – это простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов.
Сложные углеводы – это углеводы, молекулы которых состоят их двух или более числа остатков моносахаридов и разлагаются на эти моносахариды при гидролизе.
2. Моносахариды
Моносахариды представляют собой соединения со смешанными функциями. Они содержат альдегидную или кетогруппу и несколько гидроксильных групп, т.е. являются альдегидоспиртами или кетоноспиртами .
Моносахариды с альдегидной группой называются альдозами, а с кетогруппой – кетозами.
По числу углеродных атомов в молекуле моносахариды делятся на тетрозы, пентозы, гексозы и т.д.
Наибольшее значение среди моносахаридов имеют гексозы и пентозы.
Структура моносахаридов
Для изображения строения моносахаридов используют проекционные формулы Фишера. В формулах Фишера цепь углеродных атомов располагается в одну цепь. Нумерация цепи начинается с атома альдегидной группы (в случае альдоз) или с крайнего атома углерода, к которому ближе расположена кетогруппа (в случае кетоз).
В зависимости от пространственного расположения атомов Н и ОН-групп у 4-ого атома углерода у пентоз и 5-ого атома углерода у гексоз моносахариды относят к D – или L – ряду.
Моносахарид относят к D – ряду, если ОН-группа у этих атомов располагается справа от цепи.
Почти все встречающиеся в природе моносахариды относятся к D – ряду.
Однако моносахариды могут существовать также в циклических формах. Циклические формы гексоз и пентоз называют соответственно пиранозными и фуранозными.
В растворах моносахаридов устанавливается подвижное равновесие между ациклической и циклической формами – таутомерия.
Циклические формы принято изображать перспективными формулами Хеуорса.
В циклических формах моносахаридов появляется асимметрический атом углерода (С-1 у альдоз, С-2 у кетоз). Этот атом углерода называется аномерным. Если группа ОН у аномерного атома располагается под плоскостью, то образуется α–аномер, противоположное расположение приводит к образованию β-аномера.
Физические свойства
Бесцветные кристаллические вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые воде, плохо растворимые в спирте. Сладость моносахаридов различна. Например, фруктоза слаще глюкозы в 3 раза.
(слайд 8 – 12.)
Химические свойства
Химические свойства моносахаридов обусловлены особенностями их строения.
Рассмотрим химические свойства на примере глюкозы.
1. Реакции с участием альдегидной группы глюкозы
а) восстановление (гидрирование) с образованием многоатомного спирта сорбита
СН=О СН 2 ОН
│ kat , t 0 │
(СНОН) 4 + Н 2 → (СНОН) 4
СН 2 ОН СН 2 ОН
б) окисление
реакция «серебряного зеркала»(с аммиачным раствором оксида серебра, t 0 ),
реакция с гидроксидом меди (II ) Cu (OH ) 2 в щелочной среде, t 0 )
CH=O COOH
│ NH 4 OH, t 0 │
(CHOH ) 4 + Ag 2 O → (CHOH ) 4
CH 2 OH CH 2 OH
Продуктом окисления является глюконовая кислота (соль этой кислоты – глюконат кальция – известное лекарственное средство).
CH =O COOH
│ t 0 │
(CHOH) 4 + 2Cu(OH) 2 → (CHOH) 4 + Cu 2 O↓ + 2H 2 O
│ голубой │ кирпично-красный
CH 2 OH CH 2 OH
Эти реакции являются качественными на глюкозу как альдегид.
Под действием сильных окислителей (например, азотной кислоты) образуется двухосновная глюкаровая кислота.
CH =O COOH
│ t 0 │
(CHOH ) 4 + HNO 3 → (CHOH ) 4
CH 2 OH COOH
2. Реакция глюкозы с участием гидроксильных групп (т.е. свойства глюкозы как многоатомного спирта)
а) взаимодействие с Cu (OH ) 2 на холоду с образованием глюконата меди (II ) – качественная реакция на глюкозу как многоатомный спирт.
3. Брожение (ферментация) моносахаридов
а) спиртовое брожение
С 6 Н 12 О 6 → 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2
б) маслянокислое брожение
С 6 Н 12 О 6 → СН 3 ─СН 2 ─СН 2 ─СООН + 2Н 2 + 2СО 2
в) молочнокислое брожение
С 6 Н 12 О 6 → 2СН 3 ─ СН ─ СООН
ОН
Биологическая роль глюкозы
D -глюкоза (виноградный сахар) широко распространена в природе: содержится в винограде и других плодах, в меде. Она является обязательным компонентом крови и тканей животных и непосредственным источником энергии для клеточных реакций. Уровень глюкозы в крови человека постоянен и находится в пределах 0,08-0,11%. Во всем объеме крови взрослого человека содержится 5-6 г. глюкозы. Такого количества достаточно для покрытия энергетических затрат организма в течение 15 мин. его жизнедеятельности. При некоторых патологиях, например, при заболевании сахарным диабетом, содержание глюкозы в крови повышается, и избыток её выводится с мочой. При этом количество глюкозы в моче может возрасти до 12% против обычного – 0,1%.
3. Дисахариды
(слайд 13.)
Дисахариды – продукты конденсации двух моносахаридов.
Важнейшие природные представители: сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар), целлобиоза. Все они имеют ту же эмпирическую формулу С 12 Н 22 О 11 , т.е. являются изомерами.
Дисахариды – типичные сахароподобные углеводы; это твердые кристаллические вещества, имеющие сладкие вкус.
(слайд 14-15.)
Строение
1. Молекулы дисахаридов могут содержать два остатка одного моносахарида или два остатка разных моносахаридов;
2. Связи, образующиеся между остатками моносахаридов, могут быть двух типов:
а) в образовании связи принимают участие полуацетальные гидроксилы обеих молекул моносахаридов. Например, образование молекулы сахарозы;
б) в образовании связи принимают участие полуацетальный гидроксил одного моносахарида и спиртовый гидроксил другого моносахарида. Например, образование молекул мальтозы, лактозы и целлобиозы.
(слайд 16-17.)
Химические свойства дисахаридов
1. Дисахариды, в молекулах которых сохраняется полуацетальный гидроксил (мальтоза, лактоза, целлобиоза), в растворах частично превращаются в открытые альдегидные формы и вступают в реакции, характерные для альдегидов, в частности в реакцию «серебряного зеркала» и с гидрокисдом меди (II ). Такие дисахариды называют восстанавливающими.
Дисахариды, в молекулах которых нет полуацетального гидроксила (сахароза) не могут переходить в открытые карбонильные группы. Такие дисахариды называются невосстанавливающими (не восстанавливают Cu (OH ) 2 и Ag 2 O ).
2. Все дисахариды являются многоатомными спиртами, для них характерны свойства многоатомных спиртов, они дают качественную реакции на многоатомные спирты – реакция с Cu (OH ) 2 на холоду.
3. Все дисахариды гидролизуются с образованием моносахаридов:
Н + , t 0
С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О → С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6
сахароза глюкоза фруктоза
В живых организмах гидролиз идет под действием ферментов.
4. Полисахариды
(слайд 18 - 20.)
Полисахариды – высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от десяти до сотен тысяч остатков моносахаридов (обычно гексоз), связанных гликозидными связями.
Важнейшие природные представители: крахмал, гликоген, целлюлоза. Это природные полимеры (ВМС), мономером которого является глюкоза. Их общая эмпирическая формула (С 6 Н 10 О 5) n .
Крахмал – аморфный порошок белого цвета, без вкуса и запаха, плохо растворим в воде, в горячей воде образует коллоидный раствор. Макромолекулы крахмала построены из большого числа остатков α-глюкозы, связанных α-1,4-гликозидными связями.
Крахмал состоит из двух фракций: амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%).
Молекулы амилозы – очень длинные неразветвленные цепи, состоящие из остатков α-глюкозы. Молекулы амилопектина в отличие от амилозы сильно разветвлены.
Химические свойства крахмала:
(слайд 21.)
1. гидролиз
Н 2 О, ферменты
(С 6 Н 10 О 5) n → (С 6 Н 10 О 5) m → С 12 Н 22 О 11 → n C 6 H 12 O 6
крахмал декстрины мальтоза глюкоза
Реакцию превращения крахмала в глюкозу при каталитическом действии серной кислоты открыл в 1811 г. русский ученый К. Кирхгоф.
2. Качественная реакция на крахмал
(С 6 Н 10 О 5) n + I 2 → комплексное соединение сине-фиолетового цвета.
При нагревании окрашивание исчезает (комплекс разрушается), при охлаждении появляется вновь.
Крахмал – один из продуктов фотосинтеза, главное запасное питательное вещество растений. Остатки глюкозы в молекулах крахмала соединены достаточно прочно и в тоже время под действием ферментов легко могут отщепляться. Как только возникнет потребность в источнике энергии.
Гликоген – это эквивалент крахмала, синтезируемый в животном организме, т.е. это тоже резервный полисахарид, молекулы которого построены из большого числа остатков α-глюкозы. Содержится гликоген главным образом в печении мышцах.
Целлюлоза или клетчатка
Главная составная часть растительной клетки, синтезируется в растениях (в древесине до 60% целлюлозы). Чистая целлюлоза – белое волокнистое вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде.
Молекулы целлюлозы – это длинные цепи, состоящие из остатков β-глюкозы, которые соединяются за счет образования β-1,4-гликозидных связей.
В отличие от молекул крахмала целлюлоза состоит только из неразветвленных молекул в виде нитей, т.к. форма остатков β-глюкозы исключает спирализацию.
Целлюлоза не является продуктом питания человека и большинства животных, т.к. в их организмах нет ферментов, расщепляющих более прочные β-1,4-гликозидные связи.
(слайд 22- 23.)
Химические свойства целлюлозы:
1. гидролиз
При длительном нагревании с минеральными кислотами или под действием ферментов (у жвачных животных и кроликов) идет ступенчатый гидролиз:
Н 2 О
(С 6 Н 10 О 5) n → y (С 6 Н 10 О 5) x → n /2 С 12 Н 22 О 11 → n C 6 H 12 O 6
целлюлоза целлобиоза β-глюкоза
2. образование сложных эфиров
а) взаимодействие с неорганическими кислотами
б) взаимодействие с органическими кислотами
3. горение
(С 6 Н 10 О 5) n +6nO 2 → 6nCO 2 +5nH 2 O
4. термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха:
t 0
(С 6 Н 10 О 5) n → древесный уголь +Н 2 О +летучие органические вещества
Являясь составной часть древесины, целлюлоза используется в строительном и столярном деле; как топливо; из древесины получают бумагу, картон, этиловый спирт. В виде волокнистых материалов (хлопок, лен) целлюлоза используется для изготовления тканей, нитей. Эфиры целлюлозы идут на изготовление нитролаков, пластмасс, медицинского коллодия, искусственного волокна.
Светлана Панченко
Интегрированный урок химии и биологии по теме «Углеводы. Значение углеводов в жизни человека»
Цели :
Продолжить формирование системы знаний о классах органических соединений и генетической связи между ними; способствовать закреплению понимания взаимосвязи применения, свойств и химического строения веществ .
Систематизировать знания об углеводах , их строении, нахождении в природе и свойствах, а также значении в жизни человека .
Продолжить формирование навыков работы с реактивами, химической посудой , учебной и научно-популярной литературой, Интернет ресурсами .
Развивать познавательный интерес , творческие способности, уверенность в своих силах, чувство ответственности за порученное дело, умение анализировать, сравнивать, делать выводы.
Формируемые общие компетенции :
ОК1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес .
ОК3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
Вид занятия : урок
Тип урока : изучение нового материала
Техническое оснащение занятия : компьютер, мультимедийный проектор, презентация, таблицы
Ход урока:
1. Организационный момент
2. Основная часть
Сегодня у нас необычный урок . Мы совершим с вами экскурс одновременно в мир биологии и химии .
Все мы знаем очень точно : ЭТО энергии источник. В организм с растительной пищей поступает И энергией его снабжает, Мозг головной и сердце питает. В сахаре ЭТОГО не счесть, В овощах и фруктах ЭТО есть.
Изучив материал урока , вы скажете, что за вещество находится в ящике. Вернемся к этому вопросу в конце нашего занятия. Для того, чтобы любой живой организм нормально функционировал, ему необходима энергия. Человеческий организм не может использовать готовую солнечную энергию, как это делают зелёные растения. В результате фотосинтеза , как вы знаете, из углекислого газа и воды в зеленых растениях образуется глюкоза.
6 Н2О + 6 СО2 +2920 кДж С6Н12О6 + 6 О2
Основные исследования Климента Аркадьевича Тимирязева члена-корреспондента Петербургской АН по физиологии растений посвящены изучению процесса фотосинтеза , для чего им были разработаны специальные методики и аппаратура. Он установил, что ассимиляция растениями углерода из углекислоты воздуха происходит за счёт энергии солнечного света, главным образом в красных и синих лучах, наиболее полно поглощаемых хлорофиллом. Человек получает энергию в виде пищи, а затем уже в клетках тела в результате химических превращений энергия солнечного света высвобождается и используется на нужды организма. Считается, что на 60% потребности человека в энергии должны обеспечиваться углеводами . Ежедневно человеку необходимо до 500 граммов углеводов . Тема нашего занятия «Углеводы . Значение углеводов в жизни человека ». Углеводы есть в клетках всех живых организмов. В животной клетке содержание углеводов составляет 1-2% , а в растительной достигает в некоторых случаях 85-90% от массы сухого вещества клетки. Как вы уже заметили основная биологическая функция углеводов – энергетическая . При их ферметативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия , которая обеспечивает жизнедеятельность организма . При полном расщеплении 1 грамма углеводов освобождается 17 ,6 кДж. Усиленное расщепление углеводов происходит , например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе , длительном голодании. Углеводы выполняют также запасающую функцию. При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом как источник энергии. Также важна структурная, или строительная функция углеводов . Они используются в качестве строительного материала. Так целлюлоза благодаря особому строению нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 20-50% материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза. Хитин входит в состав клеточных стенок некоторых простейших и грибов. В качестве важного компонента наружного скелета хитин встречается у отдельных групп животных, например у членистоногих. Углеводы выполняют защитную функцию. Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении стволов и веток растений, например слив, вишен, препятствующие проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов, являются производными моносахаридов. Человек получает углеводы в основном из продуктов растительного происхождения (зерновые и бобовые культуры, картофель, фрукты и овощи) . Углеводы – полифункциональные соединения. Это органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода , водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся в них, как правило, в таком же соотношении, как и в молекуле воды (2 :1) . «Фруктовые воды несут нам углеводы » - это шуточное изречение И. Ильфа и Е. Петрова недалеко от истины. Действительно, во фруктовых водах можно обнаружить органические соединения, состав которых отвечает общей формуле Cn (H2O) m, поэтому они получили название углеводы . Русский химик Карл Генрихович (Карл Эрнст Генрих) Шмидт, профессор Дерптского университета (Тарту) в 1844 году предложил термин «углеводы » для обозначения класса природных соединений, называемых сахарами. К углеводам относятся сахара и вещества, превращающиеся в них при гидролизе. Преподаватель : вспомните, что такое гидролиз? Ребята отвечают : гидролиз – это взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды. Существуют : моносахариды, дисахариды и полисахариды. Примеры моносахаридов : глюкоза, галактоза, фруктоза; дисахаридов – мальтоза, лактоза, сахароза; полисахаридов – гликоген, крахмал, целлюлоза. Моносахариды – это углеводы , которые не гидролизуются, т. е. не разлагаются водой. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле их делят на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и другие. Они представляют собой своеобразные «кирпичики» , из которых построены молекулы ди – и полисахаридов. К важнейшим гексозам относятся глюкоза и фруктоза. Фруктоза в свободном виде содержится в клетках растений. Глюкоза есть в клетках всех организмов. Особенно много глюкозы в соке винограда, поэтому её называют еще виноградным сахаром. Смотрим видеоопыт : определить наличие глюкозы можно с помощью гидроксида меди (II) . Из ягоды винограда выжмем сок. Прильем к соку несколько капель раствора сульфата меди (II) и раствор щелочи. Нагреем раствор. Цвет раствора начинает изменяться. При кипячении раствора образуется красный осадок Си2О. Это доказывает наличие глюкозы в виноградном соке. Глюкоза имеет слабо сладкий вкус, а фруктоза самая сладкая из всех сахаров. Мёд в основном состоит из смеси глюкозы и фруктозы, которая слаще глюкозы, вот почему он очень сладкий. Мёд называют “эликсиром молодости, диетой долголетия” так как придаёт бодрость, способствует пищеварению, восстанавливает память, оказывает легкое успокаивающее влияние на центральную нервную систему. Фруктозу еще называют плодовым, цветочным сахаром. Фруктоза слаще сахарозы в 10 раз. Ее использование в пищу желательно тем людям, у кого обмен веществ несколько нарушен. Глюкоза и фруктоза являются изомерами. Преподаватель задает вопрос : какие вещества являются изомерами? Ребята отвечают : изомеры – это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав, но разное строение молекул и, следовательно, разные свойства. Глюкоза в природе существует в виде двух таутомерных форм : альдегидной и циклической, находящихся в отличии от изомеров в равновесии друг с другом. Физические свойства глюкозы : белые кристаллы, слабо сладкие на вкус, растворимые в воде. Химические свойства : глюкоза, как и многоатомный спирт, как вы знаете, взаимодействует со свежеприготовленным гидроксидом меди (II) . При этом осадок растворяется и образуется ярко-синий раствор сахарата меди (II) . Проведем демонстрационный эксперимент : в пробирке раствор глюкозы, добавим немного раствора медного купороса и раствор щелочи, затем еще немного глюкозы. Вы наблюдаете образование ярко – синего раствора. Глюкоза растворяет гидроксид меди (II) . Затем смесь нагреем. При нагревании сначала образуется желтый гидроксид меди(I, затем красный осадок оксида меди(I) . Глюкоза окисляется до глюконовой кислоты. Восстановительная способность присуща альдегидам. Глюкоза также дает одну из красивейших реакций в химии – реакцию «серебряного зеркала» с аммиачным раствором оксида серебра (смотрим видеоопыт) . Как вы знаете, эта реакция является качественной на альдегиды. Вещества, проявляющие характерные свойства двух разных классов органических соединений, имеют двойственную функцию. Глюкоза является одновременно и многоатомным спиртом, и альдегидом, то есть альдегидоспиртом. В результате реакции гидрирования глюкозы образуется шестиатомный спирт сорбит С6Н12О6 + Н2 ® С6Н8 (ОН) 6
Наибольшее значение имеют реакции - брожение глюкозы под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами :
спиртовое С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2
молочнокислое С6Н12О6 ® 2СН3СНОНСООН
маслянокислое С6Н12О6 ® С3Н7СООН + 2СО2 + 2Н2
полное окисление глюкозы С6Н12О6 + 6О2 ® 6СО2 + 6Н2О
Преподаватель просит собрать модели молекул продуктов брожения глюкозы – этилового спирта, молочной кислоты, масляной кислоты. Пока ребята собирают модели молекул обучающиеся отвечают на вопросы : к какому классу соединений относится этиловый спирт? К какому классу соединений относится масляная кислота? Назовите функциональную группу спиртов, карбоновых кислот. Дайте название молочной кислоты по международной номенклатуре. Дисахариды – это углеводы , молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп. Это всем хорошо известные лактоза (молочный сахар, присутствующий в молоке млекопитающих, в том числе и человека ) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) . Сам термин дисахарид красноречиво говорит о том, что в молекулах этих веществ между собой связаны два остатка моносахаридов. Так в сахаре – глюкоза и фруктоза, а в лактозе – глюкоза и галактоза. Послушаем историческую справку (сообщение обучающегося) : тростниковый сахар был известен людям достаточно давно. Родиной сахарного тростника считается Индия. В соке этого растения содержится углевод сахароза , который мы привычно называем сахаром. Сейчас сахар – постоянный спутник нашего стола, без которого гостей не накормишь, да и самим чашки чая не выпить. Было время, когда сахар считали дорогим лекарством и покупали в аптеках по той же цене, что и серебро. В двенадцатом веке сахарный тростник стали возделывать на Сицилии, а в шестнадцатом веке он был завезен на Кубу и другие острова Карибского моря. Примерно в то же время сахарозу стали завозить в Европу. В России сахар появился в 1273 году (первое упоминание о кристаллическом сахаре, ввозимом с заморскими товарами, относится ко времени правления великого князя Василия Ярославича, а в Европе – в 1747 году. Производство сахара из свеклы связано с именем Андреаса Сигизмунда Марграффа, немецкого химика и металлурга . Марграфф одним из первых применил в химических исследованиях микроскоп, с помощью которого и обнаружил в 1747 году кристаллы сахара в свекольном соке. В России спрос на сахар сильно возрос с середины XVII века, когда начали употреблять чай, быстро ставший национальным напитком. В 1718 году указом Петра I купцу Верстову было поручено строительство первой в России “сахарной мануфактуры. Массовое производство сахарозы из свеклы началось более полтора века тому назад во Франции. Как заменитель сахара, не отличающегося от него по вкусу, для людей, страдающих сахарным диабетом, используют вещество, которое вы узнаете, разгадав шараду :
Слог мой первый метлой выметают.
Слогом вторым информатик считает.
В целом скажу, дорогие друзья,
Для многих больных вместо сахара я. (Сорбит)
Уравнение гидролиза сахарозы : С12Н22О11 + Н2О -> С6Н12О6 + С6Н12О6
глюкоза фруктоза
инвертный сахар
Преподаватель ставит проблему : если взять стакан воды и растворить ложку сахара, предварительно попробовав на вкус, затем прокипятить этот раствор и снова попробовать на вкус, то прокипяченный раствор будет слаще. Почему? Ребята отвечают : при гидролизе сахарозы образуется кроме глюкозы фруктоза, которая в 10 раз слаще сахарозы. Преподаватель просит обучающихся вспомнить что это за вещества электролиты? Ребята отвечают : водные растворы некоторых веществ являются проводниками электрического тока. Электролитами являются кислоты, основания и соли. Преподаватель : водный раствор сахара является электролитом? Ребята отвечают : нет, так как он не проводит электрический ток.
Лактоза – единственный углевод животного происхождения, находится в молоке животных – 4% и, несмотря на это, молоко не отличается особой сладостью, так как она менее сладкая, чем глюкоза. Полисахариды – это углеводы , которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов. Их относят к биополимерам. Крахмал – белый порошок нерастворимый в холодной воде, а в горячей воде он набухает. Он совершено безвкусен. Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов одинакового состава – амилозы и амилопектина. Амилоза – линейный полимер, массовая доля обычно составляет 10-20%. Амилопектин имеет разветвленную структуру, массовая доля обычно составляет 80-90%. Крахмал уже усваивается не так быстро, как сахар. Чтобы облегчить его усвоение, содержащие крахмал продукты подвергают тепловой обработке, то есть картофель, рис варят, хлеб пекут. В этих условиях идет частичный гидролиз крахмала, то есть образуются полимеры поменьше – декстрины, а в пищеварительном тракте образуется конечный продукт гидролиза глюкоза. При взаимодействии с йодом крахмал дает синее окрашивание. Это качественная реакция на крахмал. Крахмал считают основным углеводом пищи . Излишки глюкозы соединяются в особый вид крахмала – гликоген или животный крахмал. Он запасается в мышцах, а больше всего в печени. Целлюлоза – тоже растительный полисахарид, образованный глюкозой. Её еще называют клетчаткой. Она содержится в овощах, фруктах, злаках. Это волокнистое вещество нерастворимое в воде. У целлюлозы есть один недостаток – она непитательна. Конечно, мы её едим, потому что она содержится в растениях. Но она не переваривается в желудочно-кишечном тракте. Так как нет ферментов, которые расщепляют её. А зачем тогда она нам нужна? Оказывается она необходима! Одно из самых замечательных свойств пищевых волокон – их способность удерживать воду, например, сырые морковь, яблоко, капуста в желудке и кишечнике разбухают вдвое и создают иллюзию сытости. Еще один плюс пищевых волокон – они поглощают холестерин и желчные кислоты, что тормозит камнеобразование. Поэтому ешьте побольше капусты, моркови, свёклы, постарайтесь есть яблоки, смородину, малину. Из крупяных – пшено, перловка, овес и из бобовых – горох, фасоль, а так же дары леса – грибы, орехи. Сообщение обучающегося : Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца. В той или иной форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы… Он приводит нас в движение. Быть может в эту минуту он играет в нашем мозгу…” Единственные живые организмы, которые способны самостоятельно синтезировать сахара из неорганических веществ – зелёные растения. В начале XIX века ученые, такие как профессор Тюбингенского университета фон Моль, раздраженно критиковали книгу Юстуса Либиха : “Оказывается уже не земле растительный мир обязан своим питанием, нет, растения питаются воздухом, водой и так называемыми питательными солями, которые они разыскивают в почве!”
Крахмал и целлюлоза являются изомерами, их формула (С6Н10О5) n. В настоящее время мы точно знаем, что зеленые растения из углекислого газа и воды на свету в присутствии хлорофилла синтезируют органические вещества (глюкозу) .
Общая схема гидролиза полисахаридов упрощенно может быть представлена так :
(С6Н10О5) n + n Н2О n С6Н12О6
Решите задачу : гидролизом 250 г древесных опилок, содержание целлюлозы в которых составляет 45%, было получено 62 г глюкозы. Определите массовую долю выхода глюкозы от теоретически возможного.
Для организма человека крахмал , наряду с сахарозой, служит основным поставщиком углеводов – одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется и выделяется большое количество энергии, необходимое для функционирования клетки. Именно поэтому ее широко используют в лечебных целях (применяют внутрь или вводят внутривенно ослабленным больным) . При добавлении глюкозы к сахарозе она препятствует ее кристаллизации и потому используется в кондитерском производстве для получения карамели, мармелада и т. д. Из целлюлозы изготавливают искусственные волокна, полимерные пленки, пластмассы, бездымный порох, лаки.
3. Закрепление изученного материала.
Тест :
1. Какое из названных химических соединений не является биополимером?
А) белок Б) глюкоза В) дезоксирибонуклеиновая кислота Г) целлюлоза
2. Из каких соединений синтезируются углеводы при фотосинтезе ?
А) из О2 и Н2О Б) из СО2 и Н2 В) из СО2 и Н2О Г) из СО2 и Н2СО3
3. Какой из продуктов целесообразнее давать уставшему марафонцу на дистанции для поддержания сил?
А) виноградный сок Б) немного сливочного масла В) кусок мяса Г) немного минеральной воды
4. В клетках животных запасным углеводом является :
А) целлюлоза Б) крахмал В) глюкоза Г) гликоген
5. Реакцию серебряного зеркала дает :
А) глюкоза Б) этанол В) бутан Г) крахмал
6. Пара изомеров :
А) метанол и этанол Б) метан и этан В) глюкоза и фруктоза Г) ацетон и этаналь
7. Синее окрашивание с раствором йода дает :
А) глюкоза Б) крахмал В) целлюлоза Г) сахароза
А теперь вернемся к нашему ящику. Напомню вам
Все мы знаем очень точно : ЭТО энергии источник. В организм с растительной пищей поступает И энергией его снабжает, Мозг головной и сердце питает. В сахаре ЭТОГО не счесть, В овощах и фруктах ЭТО есть. А больше всего его в соке винограда. Что это за вещество? Конечно это глюкоза.
4. Подведение итогов урока : углеводы по составу можно разделить на простые (глюкоза, фруктоза и другие) и сложные (крахмал, гликоген, целлюлоза и другие) . Глюкоза окисляется в организме до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности живого организма . Они содержат две функциональные группы :
1) гидроксогруппу, структурная формула которой -ОН
2) альдегидную, структурная формула которой -НС=О
Углеводы в организме человека могут запасаться ! Недостаток углеводов в пище вреден и приводит к тому, что в организме начинается усиленное использование энергетических возможностей белков и жиров. В этом случае резко увеличивает количество продуктов их расщепления, вредных для человека . Избыток углеводов в пище вреден и приводит к ожирению. Обильное потребление сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры, приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Углеводы представляют собой конечные продукты фотосинтеза и являются исходными веществами для биосинтеза других органических соединений. “Белки, жиры и углеводы ,
Пройдут века, эпохи, годы,
К вам мы прикованы на век,
Без вас немыслим человек” . 5. Домашнее задание : Пользуясь опорным конспектом, подготовиться дать характеристику классу углеводов .
Решите задачу : Какова масса молочной кислоты, образующейся при брожении глюкозы массой 400 г, содержащей 10% примесей?
Домашние опыты :
1) Попробуйте долго разжевывать кусочек белого хлеба. Вы заметите, что вкус его становится сладковатым. Это работает фермент амилаза, превращая в мальтозу крахмал, содержащийся в хлебе.
2) Вы, конечно, знаете, что в присутствии свободного йода крахмал синеет (заметьте только, что раствор йода должен быть очень слабым) . Кстати, пользуясь таким раствором (а чтобы приготовить его, достаточно разбавить аптечный раствор водой, можно исследовать на содержание крахмала различные пищевые продукты. Проведите исследование. Результаты оформите в виде таблицы : продукт, наличие крахмала.
Литература.
1) Габриелян О. С. “Химия-10” М .: “Дрофа”, 2011.
2) Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов. Химия , 10 класс.
3) Видеофрагмент : “Определение глюкозы в виноградном соке”.
4) ru.wikipedia.org/wiki/Углевод
Углеводы классифицируют по величине молекул на 3 группы:
Моносахариды – содержат 1 молекулу углевода (альдозы или кетозы).
Триозы (глицериновый альдегид, диоксиацетон).
Тетрозы (эритроза).
Пентозы (рибоза и дезоксирибоза).
Гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).
Олигосахариды - содержат 2-10 моносахаридов.
Дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза).
Трисахариды и т.д.
Полисахариды - содержат более 10 моносахаридов.
Гомополисахариды – содержат одинаковые моносахариды (крахмал, клетчатка, целлюлоза состоят только из глюкозы).
Гетерополисахариды- содержат моносахариды разного вида, их пароизводные и неуглеводные компоненты (гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты).
Схема № 1. Классификация углеводов.
Углеводы Моносахариды Олигосахариды Полисахариды
1. Триозы 1. Дисахариды 1. Гомополисахариды
2. Тетрозы 2. Трисахариды 2. Гетерополисахариды
3. Пентозы 3. Тетрасахариды
4. Гексозы
3. 4. Свойства углеводов.
Углеводы – твердые кристаллические белые вещества, практические все сладкие на вкус.
Почти все углеводы хорошо растворимы в воде, при этом образуются истинные растворы. Растворимость углеводов зависит от массы (чем больше масса, тем менее растворимо вещество, например, сахароза и крахмал) и строения (чем разветвленнее структура углевода, тем хуже растворимость в воде, например крахмал и клетчатка).
Моносахариды могут находится в двух стереоизомерных формах : L–форма (leavus – левый) и D- форма (dexter – правый). Эти формы обладают одинаковыми химическими свойствами, но отличаются, расположением гидроксидных групп относительно оси молекулы и оптической активностью, т.е. вращают на определенный угол плоскость поляризованного света, который проходит через их раствор. Причем плоскость поляризованного света вращается на одну величину, но в противоположных направлении. Рассмотрим образование стереоизомеров на примере глицеринового альдегида:
Сно сно
НО -С-Н Н-С-ОН
СН2ОН СН2ОН
L – форма D – форма
При получении моносахаридов в лабораторных условиях, стереоизомеры образуются в соотношении 1:1, в организме синтез происходит под действием ферментов, которые строго отличают L– форму иD– форму. Поскольку синтезу и распаду в организме подвергаются исключительноD-сахара, в эволюции постепенно исчезлиL-стереоизомеры (на этом основано определение сахаров в биологических жидкостях с помощью поляриметра).
Моносахариды в водных растворах могут взаимопревращаться, такое свойство называют муторатацией.
НО-СН2 О=С-Н
С О НО-С-Н
Н Н Н Н-С-ОН
С С НО-С-Н
НО ОН Н ОН НО-С-Н
С С СН2-ОН
Альфа-форма Открытая форма гексозы
Н Н ОН
НО ОН Н Н
Бетта-форма.
В водных растворах мономеры, состоящие из 5 и более атомов, могут находится в циклической (кольцевой) альфа- или бетта-формах и незамкнутой (открытой) формах, причем их соотношение 1:1. Олиго- и полисахариды состоят из мономеров в циклической форме. В циклической форме углеводы устойчивы и молоактивны, а в открытой обладают высокой реакционной способностью.
Моносахариды могут восстанавливаться до спиртов.
В открытой форме могут взаимодействовать с белками, липидами, нуклеотидами без участия ферментов. Эти реакции получили название - гликирования. В клинике применяют исследование уровня гликозилированного гемоглобина или фруктозамина для постановки диагноза сахарный диабет.
Моносахариды могут образовывать эфиры. Наибольшее значение имеет свойство углеводов образовывать эфиры с фосфорной кислотой, т.к. чтобы включиться в обмен углевод должен стать фосфорным эфиром, например, глюкоза перед окислением превращается в глюкозо-1-фосфат или глюкозо-6-фосфат.
Альдолазы обладают способностью восстанавливать в щелочной среде металлы из их окислов в закиси или в свободное состояние. Это свойство используют в лабораторной практике для обнаружения альдолоз (глюкозы) в биологических жидкостях. Чаще всего используют реакцию Троммера при которой альдолоза восстанавливает окись меди в закись, а сама окисляется в глюконовую кислоту (окисляется 1 атом углерода).
CuSO4 + NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4
Голубой цвет
C5H11COH + 2Cu(OH)2 C5H11COOH + H2O + 2CuOH
Кирпично-красный цвет
Моносахариды могут окисляться до кислот не только в реакции Троммера. Например, при окислении 6 углеродного атома глюкозы в организме образуется глюкуроновая кислота, которая соединяется с ядовитыми и плохо растворимыми веществами, обезвреживает их и переводит в растворимые, в таком виде эти вещества выводятся из организма с мочой.
Моносахариды могут соединяться между собой и образовывать полимеры. Связь, которая при этом возникает называется гликозидной , она образуется за счет ОН-группы первого углеродного атома одного моносахарида и ОН-группой четвертого (1,4-гликозидная связь) или шестого углеродного атома (1,6-гликозидная связь) другого моносахарида. Кроме этого могут образовываться альфа-гликозидная связь (между двумя альфа-формами углевода) или бетта-гликозидная связь (между альфа- и бетта- формами углевода).
Олиго- и полисахариды могут подвергаться гидролизу с образованием мономеров. Реакция идет по месту гликозидной связи, причем этот процесс ускоряется в кислой среде. Ферменты в организме человека могут различать альфа- и беттагликозидные связи, поэтому крахмал (имеет альфагликозидные связи) переваривается в кишечнике, а клетчатка (имеет беттагликозидные связи) нет.
Моно- и олигосахариды могут подвергаться брожению: спиртовому, молочнокислому, лимоннокислому, маслянокислому.
Углеводы – главный источник энергии в организме человека.
Общая формула углеводов Сn(H2O)m
Углеводы - вещества состава См Н2п Оп, имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека. Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растительных и животных организмов и по массе составляют основную часть органического вещества на Земле. На долю углеводов приходится около 80 % сухого вещества растений и около 20 % животных. Растения синтезируют углеводы из неорганических соединений - углекислого газа и воды (СО2 и Н2 О).
Запасы углеводов в виде гликогена в организме человека составляют примерно 500 г. Основная масса его (2/3) находится в мышцах, 1/3 – в печени. В промежутках между приемами пищи гликоген распадается на молекулы глюкозы, что смягчает колебания уровня сахара в крови. Запасы гликогена без поступления углеводов истощаются примерно за 12-18 часов. В этом случае включается механизм образования углеводов из промежуточных продуктов обмена белков. Это обусловлено тем, что углеводы жизненно необходимы для образования энергии в тканях, особенно мозга. Клетки мозга получают энергию преимущественно за счет окисления глюкозы.
Виды углеводов
Углеводы по своей химической структуре можно разделить на простые углеводы (моносахариды и дисахариды) и сложные углеводы (полисахариды).
Простые углеводы (сахара)
Глюкоза – наиболее важный из всех моносахаридов, так как она является структурной единицей большинства пищевых ди- и полисахаридов. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических реакций превращаются в другие вещества и в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды – используются как «топливо» для клеток. Глюкоза – необходимый компонент обмена углеводов. При снижении ее уровня в крови или высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания (гипогликемическая кома).
Глюкоза «в чистом виде», как моносахарид, содержится в овощах и фруктах. Особенно богаты глюкозой виноград – 7,8%, черешня, вишня – 5,5%, малина – 3,9%, земляника – 2,7%, слива – 2,5%, арбуз – 2,4%. Из овощей больше всего глюкозы содержится в тыкве – 2,6%, в белокочанной капусте – 2,6%, в моркови – 2,5%.
Глюкоза обладает меньшей сладостью, чем самый известный дисахарид – сахароза. Если принять сладость сахарозы за 100 единиц, то сладость глюкозы составит 74 единицы.
Фруктоза является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» - глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 – сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов.
Основными источниками фруктозы в пище являются виноград – 7,7%, яблоки – 5,5%, груши – 5,2%, вишня, черешня – 4,5%, арбузы – 4,3%, черная смородина – 4,2%, малина – 3,9%, земляника – 2,4%, дыни – 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико – от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде – около 3,7%. Достоверно доказано, что фруктоза, обладающая значительно более высокой сладостью, чем сахароза, не вызывает кариеса, которому способствует потребление сахара.
Галактоза в продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой – лактозу (молочный сахар) – основной углевод молока и молочных продуктов.
Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы. Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. При этом возможно обильное газообразование, живот «пучит». В кисломолочных продуктах большая часть лактозы сброжена до молочной кислоты, поэтому люди с лактазной недостаточностью могут переносить кисломолочные продукты без неприятных последствий. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.
Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращается в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание - галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.
Сахароза - это дисахарид, образованный молекулами глюкозы и фруктозы. Содержание сахарозы в сахаре 99,5%. То, что сахар – это «белая смерть», любители сладкого знают так же хорошо, как курильщики то, что капля никотина убивает лошадь. К сожалению, обе эти прописные истины чаще служат поводом для шуток, чем для серьезных размышлений и практических выводов.
Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар – это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли. Из растительных продуктов больше всего сахарозы содержится в свекле – 8,6%, персиках – 6,0%, дынях – 5,9%, сливах – 4,8%, мандаринах – 4,5%. В овощах, кроме свеклы, значительное содержание сахарозы отмечается в моркови – 3,5%. В остальных овощах содержание сахарозы колеблется от 0,4 до 0,7%. Кроме собственно сахара, основными источниками сахарозы в пище являются варенье, мед, кондитерские изделия, сладкие напитки, мороженое.
При соединении двух молекул глюкозы образуется мальтоза - солодовый сахар. Ее содержат мед, солод, пиво, патока и хлебобулочные и кондитерские изделия, изготовленные с добавлением патоки.
Сложные углеводы
Все полисахариды, представленные в пище человека, за редкими исключениями, являются полимерами глюкозы.
Крахмал – основной из перевариваемых полисахаридов. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов.
Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) до 70% - в рисовой. Из злаков меньше всего крахмала содержится в овсяной крупе и продуктах ее переработки: толокне, овсяных хлопьях «Геркулес» - 49%. Макаронные изделия содержат от 62 до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта – от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки – от 35 до 51% крахмала, мука – от 56 (ржаная) до 68% (пшеничная высшего сорта). Крахмала много и в бобовых продуктах – от 40% в чечевице до 44% в горохе. По этой причине сухие горох, фасоль, чечевицу, нут относят к зернобобовым. Особняком стоят соя, которая содержит только 3,5% крахмала, и соевая мука (10-15,5%). По причине высокого содержания крахмала в картофеле (15-18%) в диетологии его относят не к овощам, где основные углеводы представлены моносахариды и дисахаридами, а к крахмалистым продуктам наравне со злаковыми и зернобобовыми.
В топинамбуре и некоторых других растениях углеводы запасаются в виде полимера фруктозы - инулина. Пищевые продукты с добавкой инулина рекомендуют при диабете и особенно – для его профилактики (напомним, что фруктоза дает меньшую нагрузку на поджелудочную железу, чем другие сахара).
Гликоген - «животный крахмал» - состоит из сильно разветвленных цепочек молекул глюкозы. Он в небольших количествах содержится в животных продуктах (в печени 2-10%, в мышечной ткани – 0,3-1%).
Продукты с высоким содержанием углеводов
Наиболее распространенными углеводами являются глюкоза, фруктоза и сахароза, входящие в состав овощей, фруктов и меда. Лактоза входит в состав молока. Сахар-рафинад представляет собой соединение фруктозы и глюкозы.
Глюкоза играет центральную роль в процессе обмена веществ. Она является поставщиком энергии для таких органов, как головной мозг, почки, и способствует выработке красных кровяных телец.
Человеческий организм не в состоянии делать слишком большие запасы глюкозы и потому нуждается в ее регулярном пополнении. Но это не значит, что нужно есть глюкозу в чистом виде. Гораздо полезнее употреблять ее в составе более сложных углеводных соединений, например, крахмала, который содержится в овощах, фруктах, зерновых. Все эти продукты, кроме того, являются настоящим кладезем витаминов, клетчатки, микроэлементов и других полезных веществ, помогающих организму бороться со многими болезнями. Полисахариды должны составлять большую часть всех поступающих в наш организм углеводов.
Важнейшие источники углеводов
Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70-80 % глюкозы и фруктозы.
Для обозначения количества углеводов в пище используется специальная хлебная единица.
К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.
Углеводы применяют в качестве:
Лекарственных средств,
Для производства бездымного пороха (пироксилина),
Взрывчатых веществ,
Искусственных волокон (вискоза).
Огромное значение имеет целлюлоза как источник для получения этилового спирта
1.Энергетическая
Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека, при расщеплении 1г углеводов освобождается 17,8 кДж энергии.
2. Структурная.
Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.
3. Запасающая.
Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных
Историческая справка
· Углеводы используются с глубокой древности - самым первым углеводом (точнее смесью углеводов), с которой познакомился человек, был мёд.
· Родиной сахарного тростника является северо-западная Индия-Бенгалия. Европейцы познакомились с тростниковым сахаром благодаря походам Александра Македонского в 327 г. до н.э.
· Крахмал был известен ещё древним грекам.
· Свекловичный сахар в чистом виде был открыт лишь в 1747 г. немецким химиком А. Маргграфом
· В 1811 г. русский химик Кирхгоф впервые получил глюкозу гидролизом крахмала
· Впервые правильную эмпирическую формулу глюкозы предложил шведский химик Я. Берцеллиус в 1837 г. С6Н12О6
· Синтез углеводов из формальдегида в присутствии Са(ОН)2 был произведён А.М. Бутлеровым в 1861 г.
Заключение
Значение углеводов трудно переоценить. Глюкоза является основным энергетическим источником в организме человека, идет на построение многих важных веществ в организме – гликогена (энергетический резерв), входит в состав клеточных мембран, ферментов, гликопротеидов, гликолипидов, участвует в большинстве реакций, происходящих в организме человека. В то же время именно сахароза является основным источником глюкозы, который поступает во внутреннюю среду. Содержащая практически во всех растительных продуктах питания, сахароза обеспечивает необходимый приток энергетического и незаменимого вещества – глюкозы.
Организму обязательно нужны углеводы (свыше 56% энергии мы получаем за счет углеводов)
Углеводы бывают простые и сложные(из-за строения молекул их так назвали)
Минимальное количество углеводов должно быть не меньше 50-60 г