Одну из важнейших функций в живых организмах выполняют углеводы. Они являются источником энергии и участвуют в обмене веществ.

Общее описание

Другое название углеводов – сахар. У углеводов есть два определения:

  • с биологической точки зрения биологически активные вещества, являющиеся источником энергии для живых организмов, в том числе человека;
  • с химической точки зрения они представляют собой 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 составляет 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 – это большая группа органических веществ. Их классифицируют по двум критериям:

  • количество атомов углерода;
  • количество структурных подразделений.

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

  • триозы;
  • чайные розы;
  • пентозы;
  • гексозы;
  • гептоз.

Молекула может содержать до девяти атомов углерода. Наиболее значимыми являются пентозы (C5H10O5) и гексозы (C6H12O6). Пентозы являются компонентами нуклеиновых кислот. Гексозы входят в состав полисахаридов.

Углеводы

Рис. 1. Строение моносахарида.

По второму классификационному критерию углеводы бывают:

  • простые, состоящие из одной молекулы или структурной единицы (моносахариды);
  • сложные, включающие множество молекул (олигосахариды, полисахариды).

Особенности сложных структур описаны в таблице углеводов.

Добрый

Формула

Характеристика

Примеры

Моносахариды

Cn(H2O)n

Состоят из структурного подразделения. Содержит ДНК, РНК и АТФ. В зависимости от открытой группы различают кетозы (R1-CO-R2) и альдозы (R-CHO)

Глюкоза, фруктоза, рибоза

Олигосахариды

CmH2nOn

Состоит из 2-10 моносахаридов. Могут содержать одинаковые моносахаридные остатки (гомоолигосахариды) или разные (гетероолигосахариды)

Сахароза, лактоза, мальтоза

Полисахариды

CnH2mOm

Состоит из множества моносахаридов (от 10 до нескольких тысяч)

Целлюлоза, хитин, крахмал

Углеводы

Рис. 2. Строение 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:

  • кристальная структура;
  • сладкий вкус;
  • растворимость в воде;
  • прозрачность;
  • нейтральный pH раствора;
  • низкая температура плавления и кипения.

Полисахариды – более сложные вещества. Они нерастворимы и не имеют сладкого вкуса. Целлюлоза — это тип полисахарида, который входит в состав клеточных стенок растений. Хитин, похожий на целлюлозу, содержится в панцирях грибов и членистоногих. Крахмал накапливается в растениях и расщепляется до простых углеводов, которые являются источником энергии. В животных клетках гликоген выполняет резервную функцию.

Химические свойства

В зависимости от своей структуры каждый углевод обладает особыми химическими свойствами. Моносахариды, особенно глюкоза, подвергаются многоступенчатому окислению (в отсутствие и в присутствии кислорода). В результате полного окисления образуются углекислый газ и вода:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 +6H2O.

При отсутствии кислорода брожение происходит под действием ферментов:

  • алкоголь –
    C6H12O6 → 2C2H5OH (этанол) + 2CO2;
  • молочная кислота –
    C6H12O6 → 2CH3-CH(OH)-COOH (молочная кислота).

В противном случае полисахариды взаимодействуют с кислородом, сгорая до углекислого газа и воды:

(C6H10O5)n + 6O2 → 6nCO2 + 5nH2O.

Олигосахариды и полисахариды при гидролизе распадаются на моносахариды:

  • С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 + С6Н12О6;
  • (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.

Углеводы

Рис. 3. Реакция серебряного зеркала.

Что мы узнали?

Из предмета «Химия» в 10 классе мы узнали об углеводах. Это биоорганические соединения, состоящие из одной или нескольких структурных единиц. Единица или молекула состоит из карбонильных и гидроксильных групп. Различают моносахариды, состоящие из одной молекулы, олигосахариды, включающие 2-10 молекул, и полисахариды — длинные цепи из множества моносахаридов. Углеводы сладкие на вкус и хорошо растворяются в воде (за исключением полисахаридов). Моносахариды растворяются в воде, окисляются и взаимодействуют с гидроксидом меди и оксидом аммиака серебра. Полисахариды и олигосахариды подвергаются гидролизу. Полисахариды горят.