Глюкоза

Глюкоза в организме как основной источник энергии

Глюкоза относится к простым углеводам и представляет собой основной источник энергии для человека. Около 60% всей энергии, которую мы получаем с пищей, приходится именно на углеводы. Они поступают в организм в виде сложных соединений, среди которых – растительные полисахариды крахмал и сахароза, небольшие количества гликогена (полисахарид животного происхождения). Попадая в желудочно-кишечный тракт, углеводы расщепляются до более простых соединений: в процессе ферментации они превращаются в моносахариды глюкозы, фруктозы и галактозы. Около 80% моносахаридов в организме составляет глюкоза — единственный источник энергии, который обеспечивает работу мышечных клеток, эритроцитов крови и клеток головного мозга. Для мозга глюкоза особенно важна, ведь его клетки не могут самостоятельно ее синтезировать. Поэтому для того, чтобы центральная нервная система полноценно функционировала, необходимо поддерживать уровень глюкозы в крови не ниже 3 ммоль/л. Нормальное содержание глюкозы в крови – от 3,3 до 5,5 ммоль/л.

Что происходит при высоком уровне глюкозы? Глюкоза – осмотически активное вещество. Это означает, что при ее избытке в крови жидкость из тканей тела поступает в кровь, почки усиленно работают, чтобы вывести эту воду, что в итоге приводит к чувству жажды и обезвоживанию (одни из симптомов сахарного диабета). Когда уровень глюкозы в крови становится выше 10 ммоль/л, она начинает выводиться с мочой и обнаруживается в анализе мочи. При падении уровня глюкозы в крови возникает чувство сильного голода, требующее срочного приема пищи. Низкий уровень глюкозы в норме говорит о нехватке энергии, которую восполняет еда. Систематический недостаток глюкозы истощает силы, развиваются слабость и апатия, становится трудно выполнять как умственную, так и физическую работу.

Глюко́за

(от др.-греч. γλυκύςсладкий ) (C 6H 12O 6), иливиноградный сахар , илидекстроза встречается в сокемногих фруктов и ягод, в том числе и винограда, от чего и произошло название этого вида сахара. Является моносахаридом и шестиатомным сахаром (гексозой). Глюкозное звено входит в состав полисахаридов (целлюлоза, крахмал, гликоген) и ряда дисахаридов (мальтозы, лактозы и сахарозы), которые к примеру, в пищеварительном тракте быстро расщепляются на глюкозу и фруктозу. Открыта в 1802 году лондонским врачом Уильямом Праутом. В 1819 году Анри Бракконо получил глюкозу из древесных опилок.

Глюкоза — основной продукт фотосинтеза, образуется в цикле Кальвина. В организме человека и животных глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов. Глюкоза является субстратом гликолиза, в ходе которого она может окислиться либо до пирувата в аэробных условиях, либо до лактата в случае анаэробных условий. Пируват, полученный таким образом в гликолизе, далее декарбоксилируется, превращаясь в АцетилКоА (ацетилкоэнзим А). Также в ходе окислительного декарбоксилирования пирувата восстанавливается кофермент НАД+. АцетилКоА далее используется вцикле Кребса, а восстановленный кофермент используется в дыхательной цепи.

Глюкоза депонируется у животных в виде гликогена, у растений — в виде крахмала, полимер глюкозы — целлюлозаявляется основной составляющей клеточных оболочек всех высших растений. У животных глюкоза помогает пережить заморозки. Так у некоторых видов лягушек перед зимой повышается уровень глюкозы в крови, за счет чего их тела способны выдержать заморозку во льду.

Глюкоза — это белое или бесцветное вещество без запаха, имеющее сладкий вкус, растворимое в воде. Тростниковый сахар приблизительно на 25% слаще глюкозы. Глюкоза является самым важным для человека углеводом. Ученые до сих пор гадают, почему именно глюкоза, а не какой-нибудь другой моносахарид, например, фруктоза, так широко распространен в живых организмах.

Глюкоза является ключевым источником энергии для человека, а также для растений и животных. Она, кроме того — основная пища для мозга и во многом именно этот сахар влияет на многие психический процессы. При низком уровне глюкозы процессы, требующие ментальных усилий (например, самоконтроль, принятие трудных решений, и так далее) могут быть нарушены.

В каких продуктах содержится?

В натуральных продуктах питания глюкоза всегда содержится вместе с фруктозой и сахарозой (прежде всего, речь идёт о плодах и сладких фруктах — винограде, арбузе, дыне и тп).Чем больше глюкозы содержится в составе плода, тем более сладким вкусом он обладает.

Впервые глюкоза была получена из виноградного сока в 1747 году. В 100 г винограда содержится 18 г углеводов, из них — 15.5 г сахаров (8.1 г фруктозы, 7.2 г глюкозы и 0.2 г сахарозы) и 2.5 г клетчатки. При этом столовый сахар — это равнозначная смесь глюкозы и фруктозы, а в составе мёда содержится порядка 40% фруктозы и 30% глюкозы.

// Читать дальше:

• фрукты с низким ГИ (и низким содержанием глюкозы)
• овощи — содержание углеводов и клетчатки
• сколько сахара в газировке и в соке?

Как образуется в природе?

Растения формируют глюкозу из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза (то есть, под действием солнечных лучей) с образованием кислорода. Вид и структура растения оказывают влияние на то, сколько именно глюкозы, фруктозы, крахмала и клетчатки образуется.

Однако даже сложные углеводы в процессе пищеварения превращаются преимущественно в глюкозу — именно таким образом организм человека перерабатывает и усваивает крахмал. Если же углеводы имеют максимально сложную структуру, они вообще не перевариваются — речь идёт о клетчатке.

Чем больше простых углеводов (то есть, глюкозы и фруктозы) содержит продукт, тем выше его гликемический индекс — и тем быстрее энергия трансформируется в сахар в крови.

// Гликемический индекс — что это? Полные таблицы продуктов

Химические свойства глюкозы. Химические реакции (уравнения) глюкозы:

Основные химические реакции глюкозы следующие:

1. реакции ферментативного брожения глюкозы:

Важнейшим химическим свойством моносахаридов является их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под действием различных ферментов. Брожение происходит в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы действующего фермента соответственно различают реакции следующих видов:

1.1. реакцию спиртового брожения глюкозы:

С6Н12О6 → 2С2Н5-OН6 + 2СО2.

В результате данной реакции образуются этиловый спирт (этанол) и углекислый газ.

Реакция происходит под действием дрожжевых грибков.

1.2. реакцию молочнокислого брожения глюкозы:

С6Н12О6 → CH3CH(OH)COOH.

В результате данной реакции образуется молочная кислота.

Реакция происходит под действием бактерий.

1.3. реакцию маслянокислого брожения глюкозы:

C6H12O6 → C3H7COOH + 2H2 + 2CO2.

В результате данной реакции образуются масляная кислота, водород и углекислый газ.

Реакция происходит под действием бактерий.

Благодаря брожению получают продукты питания – кефир, сыр, алкоголь.

2. реакция глюкозы с водородом:

CH2OH(CHOH)4-COH + H2 → CH2OH(CHOH)4-CH2OH (tо, kat = Ni).

Глюкоза вступает в реакцию с водородом в присутствии катализатора (в качестве которого используется никель) при высокой температуре. В результате реакции образуется шестиатомный спирт (сорбит).

3. качественная реакция на глюкозу (реакция глюкозы с гидроксидом меди):

CH2OH(CHOH)4-COH + 2Cu(OH)2 → CH2OH(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O.

В молекуле глюкозы имеется несколько гидроксильных групп. Для подтверждения их наличия используют реакцию с гидроксидами металлов, например, с гидроксидом меди, имеющим голубой цвет. Для этого к раствору глюкозы добавляют гидроксид меди. В результате образуются глюконовая кислота, оксид меди (I) и вода, а раствор окрашивается из голубого цвета в красный цвет, т.к. оксид меди (I) обладает красным цветом.

4. качественная реакция «серебряного зеркала» – реакция глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра (I):

C6H12O6 + Ag2O (в аммиачном растворе (NH3)) → CH2OH(CHOH)4-COOH + 2Ag.

В молекуле глюкозы имеется альдегидная группа. Поэтому она при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра окисляется и дает реакцию «серебряного зеркала».

В результате образуются глюконовая кислота и серебро, которое выпадает в осадок. Если реакция проводится в сосуде с чистыми и гладкими стенками, то серебро осаждается на них в виде тонкой плёнки, образуя зеркальную поверхность. При наличии малейших загрязнений серебро выделяется в виде серого рыхлого осадка.

Таким образом, глюкоза обладает восстанавливающими свойствами, т.к. она восстанавливает Ag2O и Cu(OH)2.

5. в организме человека глюкоза подвергается сложным биохимическим превращениям:

C6H12O6 + 6O2 → 6H2O + 6CO2 + 2800 кДж.

В результате сложных биохимических превращений образуется углекислый газ и вода, при это выделяется энергия 2800 кДж на 1 моль глюкозы.

6. глюкоза не вступает в некоторые реакции, характерные для альдегидов, например, в реакцию с гидросульфитом натрия.

Нормы глюкозы в крови

Важно! Нормы различаются в зависимости от реактивов и оборудования, используемого в каждой конкретной лаборатории. Поэтому при интерпретации результатов необходимо пользоваться стандартами, принятыми именно в той лаборатории, где сдавался анализ

Также необходимо обращать внимание на единицы измерения.

Нормы лаборатории Инвитро

Возраст	Уровень глюкозы
2 дня — 4,3 недели	2,8 — 4,4 ммоль/л
4,3 недели — 14 лет	3,3 — 5,6 ммоль/л
14 — 60 лет	4,1 — 5,9 ммоль/л
60 — 90 лет	4,6 — 6,4 ммоль/л
старше 90 лет	4,2 — 6,7 ммоль/л

Нормы в лаборатории Хеликс

Возраст	Референсные значения
меньше 14 лет	3,3 — 5,6 ммоль/л
дети старше 14 лет, мужчины, небеременные женщины	4,1 — 6,1 ммоль/л
беременные женщины	4,1 — 5,1 ммоль/л

Нормы глюкозы, согласно справочнику Л.Даниловой, 2014

Возраст	Величины натощак
пуповинная кровь:	2,5—5,3 ммоль/л
недоношенные:	1,1—3,3 ммоль/л
новорожденные 1 день:	1,7—3,3 ммоль/л
дети 1 мес.:	2,7—4,4 ммоль/л
дети старше 5 лет:	3,3—5,6 ммоль/л
взрослые:
до 60 лет:	3,5—5,5 ммоль/л
старше 60 лет:	4,6—6,4 ммоль/л

Референсные значения, взятые из справочника А.Кишкуна, 2007

Возраст	Концентрация глюкозы в плазме крови
ммоль/л	мг/дл
Новорождённые	2,8-4,4	50-115
Дети	3,9-5,8	70-105
Взрослые	3,9-6,1	70-110

Важно! Интерпретация результатов всегда проводится комплексно. Поставить точный диагноз на основании только одного анализа невозможно.

Какими качествами обладает сахар

Как уже сказано, декстроза не имеет цвета, запаха и внешне напоминает кристаллики. В воде растворяются они быстро. Встречается сахароза практически во всех растительных культурах:

• Листья
• Стебли
• Плоды
• Цветки
• Корневая система

В ягодах и фруктах сахароза содержится в форме фруктозы. Очень много полезного вещества — фруктозы, в спелой ягодной и фруктовой продукции, а также в соке из винограда. Сахар содержится в таких продуктах, как мясо, птица, рыба. Число элемента в крови организма приблизительно 0,1%. Элемент относится к многоатомным спиртам. Структурная формула – C6H12O6. Если растворенную декстрозу добавить в только что осажденный гидроксид меди, получится синий насыщенный оттенок.Для того чтобы хорошо представлять, какого строения элементы, надо знать, как выглядит молекула декстрозы (рис.1).
Рис. 1. Молекула декстрозыТак как 6 атомов кислорода входят в действующие группы, углеродные атомы, которые формируют фундамент молекулы, скрепляются вместе. Раствор глюкозы состоит из открытой молекулярной цепи атомов. Элемент обладает 2-ственной химией. Декстроза поддается окислению, выделяет сложные эфиры.

Виды углеводов

Углеводы — это полиатомные альдегидо- или кетоспирты, которые подразделяются в зависимости от количества мономеров на моно-, олиго- и полисахариды. Основные представители углеводов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные представители углеводов

Углеводы	Основные представители
Моносахариды	Гексозы (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза), триозы, тетрозы, пентозы
Производные моносахаридов	Сахарные кислоты, дезоксисахара, аминосахара, сиаловые кислоты
Дисахариды	Мальтоза, лактоза, сахароза
Олигосахариды	Мальтодекстрин
Полисахариды: гомополисахариды гетерополисахариды	Крахмал, гликоген, целлюлоза Гликозаминогликаны

Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза и др.), олигосахариды (сахароза, мальтоза, лактоза) и перевариваемые полисахариды (крахмал, гликоген) являются основными источниками энергии, а также выполняют пластическую функцию.

Неперевариваемые полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза и др.), или пищевые волокна, играют в питании важнейшую роль, участвуя в формировании каловых масс, регулируя моторную функцию кишечника, выступая в качестве сорбентов (см. табл. 2). Пектины (коллоидные полисахариды) и пропектины (комплексы пектинов с целлюлозой), камеди, слизи используются в диетотерапии в связи с их детоксицирующим эффектом. К пищевым волокнам относят и не являющийся углеводом лигнин.

Перевариваемые углеводы в тонкой кишке расщепляются до дисахаридов, а далее, путем пристеночного пищеварения, до моносахаридов.

Таблица 2. Роль неперевариваемых полисахаридов (пищевых волокон) в питании

	Основные эффекты
Прием пищи	увеличение объема пищи и периода ее приема; снижение энергетической плотности пищи; усиление чувства насыщения
Влияние на верхние отделы желудочно-кишечного тракта	торможение опорожнения желудка; стимуляция процессов желчеотделения
Влияние на тонкую кишку	связывание нутриентов, торможение абсорбции глюкозы, аминокислот и холестерина, токсических веществ; торможение гидролиза крахмала
Влияние на толстую кишку	нормализация состава кишечной микрофлоры; формирование каловых масс и повышение скорости их транзита

Метаболизм глюкозы

Всасывание моносахаров происходит путем облегченной диффузии и активного транспорта, что обеспечивает высокую их абсорбцию даже при низкой концентрации в кишечнике. Основным углеводным мономером является глюкоза, которая изначально по системе воротной вены доставляется в печень, а далее или метаболизируется в ней, или поступает в общий кровоток и доставляется в органы и ткани.

Метаболизм глюкозы в тканях начинается с образования глюкозо- 6-фосфата, который, в отличие от свободной глюкозы, не способен покидать клетку. Дальнейшие превращения этого соединения идут в следующих направлениях:

• расщепление вновь до глюкозы в печени, почках и эпителии кишечника, что позволяет поддерживать постоянный уровень сахара в крови;
• синтез депонируемой формы глюкозы — гликогена — в печени, мышцах и почках;
• окисление по основному (аэробному) пути катаболизма;
• окисление по пути гликолиза (анаэробного катаболизма), обеспечивающего энергией интенсивно работающие (мышечная ткань) или лишенные митохондрий (эритроциты) ткани и клетки;
• по пентозофосфатному пути превращений, происходящему под действием коферментной формы витамина B1, в ходе которого генерируются продукты, используемые в синтезе биологически значимых молекул (НАДФ∙Н2, нуклеиновых кислот).

Таким образом, метаболизм глюкозы может происходить по различным направлениям, использующим ее энергетический потенциал, пластические возможности или способность депонироваться.

Примечания и ссылки

1. ↑ и
2. рассчитывается молекулярная масса от .
3. (in) JG Speight, Norbert Adolph Lange, Lange’s Handbook of Chemistry , McGraw-Hill,2005 г., 16- е  изд. , 1623  с. ( ISBN  0-07-143220-5 ) , стр.  2,289
4. Луи Жак Тенар, Луи Жозеф Гей-Люссак, Жан-Батист Био и Жан-Батист Дюма , «  Отчет о диссертации М. Пелиджио, озаглавленной: Исследование природы и химических свойств сахаров  », Еженедельные отчеты о сессиях Академия наук ,
   2 июля 1838 г., стр.  106-113  :

   — п. 109

5. (in) (по состоянию на 12 февраля 2016 г. )  : «  в знак признания выдающихся заслуг, оказанных He Has His, работа — синтез сахара и пуринов .

6. (in) Карл Н. Киршнер и Роберт Дж. Вудс , Взаимодействие с растворителями определяет конформацию углеводов , Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States , vol.  98, п о  19,
   11 сентября 2001 г., стр.  10541-10545
7. (in) Хусам Нассиф, Хасан Аль-Али и Валид Хури Савсан Кейруз , Прогнозирование сайта связывания белок-глюкоза с использованием опорных векторных машин , Proteins , Vol.  77, п о  1,
   октябрь 2009 г., стр.  121-132
8. ↑ и (ru) Фред В. Шенк , Глюкоза и глюкозосодержащие сиропы , Энциклопедия промышленной химии Ульмана ,
   2002 г.
9. (in) Питер М. Коллинз , Словарь углеводов , Бока-Ратон, CRC Press,2005 г., 1282  с. ( ISBN  0-8493-3829-8 )
10. (in) Х. Ф. Банн и П. Дж. Хиггинс , »  Реакция моносахаридов с белками: возможное эволюционное значение  « , Science , vol.  213, п о  4504,
    10 июля 1981 г., стр.  222-224
11. (in) Роналдо П. Феррарис , »  Диетическая регуляция и регуляция развития кишечного транспорта сахара  « , Биохимический журнал , вып.  360, п о  2
    декабрь 2001, стр.  265-276
12. (in) Джордж Л. Келлетт , Облегченный компонент всасывания глюкозы в кишечнике , The Journal of Physiology , Vol.  531, п о  3,
    Март 2001 г., стр.  585-595
13. (in) Стивен Х. Фэйрклаф и Ким Хьюстон , Метаболическая мера умственного усилия , Биологическая психология , том.  66, п о  2
    Апрель 2004 г., стр.  177-190
14. (in) Мэтью Т. Гайллиот, Рой Ф. Баумейстер, К. Натан ДеУолл, Джон К. Манер, Плант, Э. Эшби; Тайс, Дайан М .; Брюэр, Лорен Э .; Шмейхель, Брэндон Дж. , Самоконтроль полагается на глюкозу как на ограниченный источник энергии: сила воли — это больше, чем метафора.  ” , Журнал личности и социальной психологии , т.  92, п о  2
    февраль 2007 г., стр.  325-336
15. (in) Мэтью Т. Рой Ф. Баумейстер и Гайлиот , Физиология силы воли: связь глюкозы в крови с самоконтролем , Обзор личности и социальной психологии , том.  11, п о  4,
    ноябрь 2007 г., стр.  303-327
16. (in) Э. Дж. Рой Ф. Баумейстер и Масикампо , К физиологии двойственного процесса рассуждений и суждений: лимонад, сила воли и дорогостоящий анализ на основе правил , Психологическая наука , т.  19, п о  3,
    Март 2008 г., стр.  255-260

Это любопытно

Впервые глюкозу открыли в начале позапрошлого столетия, честь быть первым принадлежит английскому химику Уильяму Прауту. Обнаруженный углевод вызвал интерес научного сообщества, было поставлено немало экспериментов, показавших, что именно из него в организме добывается энергия. Кроме растительного крахмала глюкозой богат гликоген мышечных тканей.

Чтобы высчитать точно, сколько в день глюкозы должно поступать в организм, можно обратиться к диетологу. Для расчета учитывают вес человека: например, для 75 кг в среднем нужно 190 г глюкозы, из которых две трети расходуются мозгом. Если наблюдаются проблемы с работой желудка или кишечника, концентрацию глюкозы в пище рекомендуют повысить, так как ее усвояемость ухудшается. Корректировка требуется, если есть основания для причисления к группе риска по диабету.

Глюкоза в медицине: форма выпуска

Препараты глюкозы относят к дезинтоксикационным и метаболическим средствам. Их спектр действия направлен на улучшение обменных и окислительно–восстановительных процессов в организме. Действующим веществом данных медикаментов является декстрозы моногидрат (сублимированная глюкоза в комбинации со вспомогательными веществами).

Формы выпуска и фармакологические свойства моносахарида:

1. Таблетки, содержащие 0,5 грамм сухой декстрозы. При пероральном приёме глюкоза оказывает сосудорасширяющее и седативное действие (умеренно выраженное). Кроме того, препарат восполняет запасы энергии, повышая интеллектуальную и физическую продуктивность.
2. Раствор для инфузий. В литре 5 % глюкозы присутствует 50 грамм безводной декстрозы, в 10 % составе – 100 грамм вещества, в 20 % смеси – 200 грамм углевода, в 40 % концентрате – 400 грамм сахарида. Учитывая, что 5 % раствор сахарида изотоничен относительно плазмы крови, введение препарата в кровоток помогает нормализовать кислотно–щелочное и водно–электролитное равновесия в организме.
3. Раствор для внутривенных инъекций. В миллилитре 5 % концентрата содержится 50 миллиграмм высушенной декстрозы, в 10 % – 100 миллиграмм, в 25 % – 250 миллиграмм, в 40 % – 400 миллиграмм. При внутривенном введении глюкоза повышает осмотическое кровяное давление, расширяет сосуды, увеличивает мочеобразование, усиливает отток жидкости из тканей, активизирует обменные процессы в печени, нормализует сократительную функцию миокарда.

Помимо этого, сахарид используют для искусственного лечебного питания, в том числе энтерального и парентерального.

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

В его состав входят:

• амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
• амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

  Амилопектин имеет разветвленное  строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

Гидролиз крахмала: при кипячении в кислой среде крахмал последовательно гидролизуется:

Запись полного гидролиза крахмала без промежуточных этапов:

Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Получение спирта

Технология получения спирта имеет две стадии: брожение и перегонку. Брожение, в свою очередь, осуществляется с помощью бактерий. В биотехнологии уже давно выведены культуры микроорганизмов, которые позволяют получить максимальный выход спирта при минимально затраченном времени. В быту же в качестве помощников реакции могут быть использованы обычные столовые дрожжи.

Прежде всего, глюкоза разводится в воде. В другой емкости разводятся используемые микроорганизмы. Далее, полученные жидкости перемешиваются, встряхиваются и помещаются в емкость с газоотводной трубкой. Данная трубка соединяется с еще одной (U-образной формы). В середину второй трубки наливается известковая вода. Конец трубки закрывается резиновой пробкой с полой стеклянной палочкой, имеющей оттянутый конец.

Данная емкость помещается в термостат при температуре 25-27 градусов на четверо суток. В трубке с известковой водой будет наблюдаться помутнение, что свидетельствует о вступлении в реакцию с ней углекислого газа. Как только углекислый газ перестанет выделяться, брожение можно считать оконченным. Далее следует стадия перегонки. В лаборатории для дистилляции спирта используют обратные холодильники – приборы, в которых по внешней стенке проходит холодная вода, тем самым охлаждая образовавшийся газ и переводя его обратно в жидкость.

На данном этапе жидкость, которая находится в нашей емкости, следует нагреть до 85-90 градусов. Таким образом испаряться будет спирт, вода же не будет доведена до кипения.

Получение и производство глюкозы:

В природе глюкоза образуется в результате реакции фотосинтеза и содержится в различных частях растений: листьях и плодах. У животных глюкоза образуется в результате расщепления гликогена.

Глюкоза образуется в ходе следующих химических реакций:

1. реакции сахарозы с водой (гидролиз сахарозы):

С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6 (tо, kat = H2SO4, HCl).

При гидролизе (при нагревании в присутствии ионов водорода) сахароза расщепляется на составляющие ее моносахариды – глюкозу и фруктозу за счёт разрыва гликозидных связей между ними. Данная реакция является обратной процессу образования сахарозы из моносахаридов.

Аналогичная реакция происходит в кишечнике у живых организмов при попадании в него сахарозы. В кишечнике сахароза под действием ферментов быстро гидролизуется на глюкозу и фруктозу.

2. реакции мальтозы с водой (гидролиз мальтозы):

С12Н22О11 + Н2О → 2С6Н12O6 (tо, kat = H2SO4, HCl).

При гидролизе (при нагревании в присутствии ионов водорода) мальтоза расщепляется на составляющие ее моносахариды – две молекулы глюкозы за счёт разрыва гликозидных связей между ними. Данная реакция является обратной процессу образования мальтозы из моносахаридов.

Аналогичная реакция происходит в кишечнике у живых организмов при попадании в него мальтозы. В кишечнике сахароза под действием ферментов быстро гидролизуется на две молекулы глюкозы.

3. реакции крахмала с водой (гидролиз крахмала):

(C6H10O5)n + nН2О → nС6Н12O6 (tо, kat = H2SO4).

Важнейшее свойство крахмала – способность подвергаться гидролизу под действием ферментов или при нагревании с кислотами.

Гидролиз протекает ступенчато. Из крахмала сначала образуется декстрин ((C6H10O5)n), который гидролизуется до мальтозы (C12H22O11). Затем в результате гидролиза мальтозы образуется глюкоза (С6Н12O6).

Аналогичная реакция происходит во рту, желудке и кишечнике у живых организмов при попадании в него крахмала. В желудке и кишечнике крахмал под действием ферментов окончательно гидролизуется на глюкозу.

Данная реакция используется в качестве промышленного способа получения глюкозы.

4. реакции А.М. Бутлерова – альдольной конденсации формальдегида:

CH2O → С6Н12O6 (kat = Ca(OH)2).

Первый синтез углеводов из формальдегида в щелочной среде осуществил А.М. Бутлеров в 1861 году.

Формальдегид под действием гидроксидов щелочноземельных металлов вступает в реакцию самоконденсации, образуя при этом смесь углеводов («формозу»), в т.ч. глюкозу.

5. реакции фотосинтеза:

CO2 + H2O → С6Н12O6 + O2 (hv, kat = хлорофилл).

В природе глюкоза образуется в растениях в результате фотосинтеза из углекислого газа и воды под действием солнечного света в листьях растений. В ходе реакции помимо глюкозы образуется кислород.

6. реакции гидролиза гликогена в кислой среде:

(C6H10O5)n → (C6H10O5)y → C6H12O6 (H2O, Н+).

Важнейшее свойство гликогена – способность подвергаться гидролизу в водных растворах кислот.

Гидролиз протекает ступенчато. Из гликогена ((C6H10O5)n) сначала образуется декстрин ((C6H10O5)y, при этом y < n), который гидролизуется до глюкозы (С6Н12O6).

Мальтоза С12Н22О11

Это дисахарид, состоящий из двух остатков  α-глюкозы, она является промежуточным веществом при гидролизе крахмала.

Мальтоза является восстанавливающим дисахаридом (одно из циклических звеньев может раскрываться в альдегидную группу) и  вступает в реакции, характерные для альдегидов.

При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2C₆H₁₂O₆

Полисахариды

Полисахариды — это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.

Основные представители — крахмал и целлюлоза — построены из остатков одного моносахарида — глюкозы. 

Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C₆H₁₀O₅)_n, но совершенно различные свойства.

Это объясняется особенностями их пространственного строения.

Крахмал состоит из остатков α-глюкозы, а целлюлоза – из β-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы:

Получение вещества

В природе глюкоза образуется в растениях в результате фотосинтеза. Рассмотрим промышленные и лабораторные способы получения глюкозы. В лаборатории данное вещество является результатом альдольной конденсации. В промышленности же самым распространенным способом является получение глюкозы из крахмала.

Крахмал – это полисахарид, моночасти которого и являются молекулами глюкозы. То есть для ее получения надо разложить полисахарид на моночасти. Каким образом осуществляется данный процесс?

Получение глюкозы из крахмала начинается с того, что крахмал помещают в емкость с водой и перемешивают (крахмальное молоко). Другую емкость с водой доводят до кипения. Стоит отметить, что кипящей воды должно быть в два раза больше, чем крахмального молока. Для того чтобы реакция получения глюкозы прошла до конца, необходим катализатор. В данном случае им выступает соляная или серная кислота. Рассчитанное количество добавляется в емкость с кипящей водой. Затем медленно заливается крахмальное молоко

В данном процессе очень важно не получить клейстер, если все же он образовался, следует продолжать кипячение до полного его исчезновения. В среднем кипячение занимает полтора часа

Для того чтобы быть уверенными, что крахмал полностью гидролизовался, надо провести качественную реакцию. В отобранную пробу добавляется йод. Если жидкость приобретает синюю окраску, значит, гидролиз не закончен, если же становится бурой или красно-бурой, значит, крахмала в растворе больше нет. Но в данном растворе находится не только глюкоза, получение ее было с помощью катализатора, а это значит, что и кислота имеет место быть. Как удалить кислоту? Ответ прост: при помощи нейтрализации чистым мелом и мелко раскрошенным фарфором.

Нейтрализация проверяется лакмусовой бумажкой. Далее происходит фильтрация полученного раствора. Дело за малым: полученную бесцветную жидкость следует выпарить. Образованные кристаллы и есть наш конечный результат. Теперь рассмотрим получение глюкозы из крахмала (реакция).

Строение молекулы и физические свойства

Глюкоза принадлежит к сложным моносахаридам (ряд полиоксиальдегидов). В чем состоит особенность таких сахаров: они содержат не один, а несколько асимметричных атомов углерода, причем у каждого из них возможны две разные конфигурации заместителей. Молекула может существовать в виде двух циклических форм (альфа и бета). Их различие состоит в пространственном нахождении одной из гидроксильных групп. Поэтому структурная формула соединения может быть записана таким образом:

• O = CH — CHOH — CHOH — CHOH — CHOH — CH2OH.
• CH2OH (CHOH)4 — COH.

Кроме того, соединение может находиться и в линейном виде (D-глюкоза). Именно в такой форме она наиболее часто существует в природе. А вот ее зеркальный антипод — L-глюкоза — встречается крайне редко.

Но в чистом виде она была получена впервые в XVIII веке — немецкий химик Маргграф выделил ее из виноградного сока. Позже, в начале XIX века, подобный опыт повторил и французский ученый Пруст: он осадил кристаллы альфа-глюкозы из винограда. Именно эти эксперименты и стали причиной того, что глюкоза получила дополнительное название «виноградный сахар» (декстроза).

По своим физическим свойствам глюкоза — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, не имеющее никакого специфического запаха, сладкое на вкус (однако ее сладость много слабее, чем у сахарозы). Молекулярная масса равна 180,16 г/моль.

https://youtube.com/watch?v=kru2Znx57dw

Функции и применение

Одна из наиболее важных функций глюкозы в живых организмах — обеспечение их энергией. Образование этого вещества в процессе фотосинтеза из углекислого газа (CO2) и воды (H2O) идет за счет солнечной активности, которая как бы «запасается впрок» в декстрозе.

При окислении декстрозы (протекает постепенно) «собранная» энергия высвобождается и используется для обеспечения процессов жизнедеятельности. Конечными продуктами этой реакции являются CO2 и H2O (как при горении):

C6H12O6 + O2 → 6CO2 + 6H2O.

Глюкоза, полученная фотосинтезом, служит исходным веществом для образования молекул большинства других важных для функционирования организмов соединений. Это ее вторая биохимическая функция.

Виноградный сахар используется во многих отраслях промышленности. Например, без него нельзя обойтись в пищевой отрасли: кондитерском деле, изготовлении сладких и алкогольных напитков (спиртовое брожение при производстве пива), при выпечке хлеба, и прочем. Другие варианты применения глюкозы:

• Медицина — в качестве общеукрепляющего лечебного средства при истощениях, интоксикации, сердечной слабости (моногидрат декстрозы нормализует сократительную функцию миокарда), для купирования шокового состояния, активизации работы печени, в качестве парентерального питания и так далее.
• Текстильная промышленность — при крашении и печатании изображений.
• Химическая и фармацевтическая отрасль — для консервирования крови, приготовления медикаментов (она входит в состав противошоковых и кровезаменяющих средств), при синтезе аскорбиновых и глюконовых кислот, а также ряда производных сахаров.
• При производстве зеркал, елочных украшений — серебрение.

https://youtube.com/watch?v=mgXQdevOLl4