Учебник для 11 класса

ХИМИЯ

§ 27.7. Углеводы

Углеводы — главные поставщики энергии организму человека. Эта энергия накопилась в процессе их фотосинтеза из углекислого газа и воды на свету в зеленых клетках растений. Мы получаем углеводы из зерновых, бобовых культур, картофеля, фруктов и овощей. В мясе их мало.

Специалисты в области питания считают, что 60% потребности человека в энергии должны обеспечиваться углеводами. Ведь при их недостатке начинают «сгорать» жиры, а затем белки.

Человек в день должен получать не менее 500 г углеводов.

Остановим внимание на самых важных углеводах. Рассмотрим, как они попадают в наш организм и что с ними там происходит.

Глюкоза С₆Н₁₂O₆ — моносахарид.

В водном растворе в равновесии находятся три формы молекул глюкозы (см. также § 9):

Глюкоза легко проникает в кровь и транспортируется внутри организма. В клетках происходит окисление глюкозы, этот процесс сопровождается выделением энергии:

По отношению к фотосинтезу окисление глюкозы — обратный процесс.

Глюкоза легко усваивается организмом, ведь в ее молекуле атомы углерода и водорода частично окислены — соединены с кислородом.

Глюкоза поддерживает ослабленный организм, нормализует пищеварение. Большие таблетки глюкозы с витамином С вам должны быть знакомы с детства. Это медицинский препарат. В природе глюкоза встречается в спелых фруктах, ягодах. Особенно много ее в винограде, поэтому ее называют также виноградным сахаром. В крови человека содержится примерно 0,1% глюкозы. Анализ крови на сахар связан с определением ее содержания. Как избыток, так и недостаток глюкозы вредны для организма.

Фруктоза С₆Н₁₂О₆ — это тоже моносахарид, изомер глюкозы.

У фруктозы есть иное название — плодовый, или фруктовый, сахар. Ее можно назвать и цветочным сахаром: из нектара пчелы переносят углевод в мед. Фруктоза удерживает воду лучше, чем обычный сахар, поэтому ее добавляют в джемы и конфеты, чтобы предотвратить кристаллизацию (засахаривание).

Фруктоза определяет и лекарственные свойства меда.

Сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁ — дисахарид. В обычной жизни просто сахар.

Сахароза содержится в большинстве растений, но особенно ее много в сахарном тростнике и сахарной свекле. В нашем организме в результате гидролиза из сахарозы образуются два моносахарида в равных количествах:

Эту смесь называют инвертным сахаром. Гидролиз сахарозы происходит и при длительном нагревании. Поэтому, когда сиропы кипятят, они становятся слаще — образуется фруктоза.

При нагревании сахара происходит ряд сложных реакций разложения, при этом самые легкие из продуктов расщепления (в том числе акролеин) или улетучиваются, или растворяются и остаются в твердой смеси сложного состава, называемой карамелью, придавая ей особые вкусовые качества.

Лактоза С₁₂Н₁₂O₁₁ — дисахарид. Этот углевод еще называют молочным сахаром, так как он преимущественно содержится в молоке животных. Человек знакомится с лактозой с первых дней жизни, ведь в материнском молоке нет других углеводов, кроме лактозы.

Лактоза, как и глюкоза, подвергается брожению под действием особых ферментов. В результате этих процессов образуются вещества, которые придают молочным продуктам своеобразный вкус.

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)n — полисахарид, состоящий из множества звеньев, которые представляют собой остатки молекул α-глюкозы (см. также § 9). В наш организм он поступает с картофелем (массовая доля крахмала до 20%), зерновыми (пшеница и кукуруза содержат до 70%, а рис — до 80% крахмала).

Крахмал — основной углевод пищи.

Одной из причин применения крахмала в кулинарии является способность его молекул образовывать водородные связи с молекулами воды. Когда суспензию крахмала в воде нагревают, молекулы воды проникают между молекулами крахмала, при этом разрушаются водородные связи между молекулами крахмала и образуются новые водородные связи молекул воды с огромным количеством гидроксогрупп —ОН молекул крахмала. В результате крахмал сильно набухает, резко повышается его вязкость. На этом свойстве основано приготовление различных подливок и соусов.

Подобно жирам, крахмал в организме подвергается гидролизу. Этот процесс начинается уже при пережевывании пищи во рту под действием фермента, содержащегося в слюне. Если подольше пожевать хлеб (продукт, содержащий крахмал), то можно ощутить сладкий вкус. Гидролиз крахмала продолжается в желудке и кишечнике. Конечный продукт этого процесса — глюкоза. Избыток ее откладывается в печени в виде высокомолекулярного углевода — гликогена.

Гликоген («животный крахмал») по строению похож на крахмал, но отличается от него большей разветвлен-ностью молекул. Запасенный организмом, он используется между приемами пищи, особенно при больших физических нагрузках (в частности, у спортсменов). Гликоген гидролизуется до глюкозы по мере расходования ее в клетках организма. При этом у человека часто появляется жажда, так как вода теряется не только в виде пота, но и из-за ее расходования на гидролиз гликогена. В такой ситуации предпочтительнее всех напитков будет виноградный сок, который и жажду утолит, и восполнит расход глюкозы.

Целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)n — растительный полисахарид, состоящий из множества звеньев, которые представляют собой остатки молекул β-глюкозы (см. также § 9).

Гигантские молекулы целлюлозы линейны, в отличие от крахмала, имеющего в основном молекулы разветвленного строения.

Целлюлозу еще называют клетчаткой, так как это основной строительный материал для оболочек клеток (от лат. cellula — клетка). Примером чистой целлюлозы может служить промокательная бумага и вата, полученная из хлопка.

Клетчатка поступает к нам в организм с растительной пищей. Она проходит желудок, практически не изменяясь. Только травоядные животные и такие насекомые, как термиты, способны активно усваивать этот полимер, потому что в их желудках обитают бактерии-симбионты, вырабатывающие особый фермент, который расщепляет целлюлозу до глюкозы. Из организма человека клетчатка практически полностью выводится непереваренной, но при этом она способствует повышению выделения пищеварительных соков на всем своем пути, нормализуя работу кишечника.