Для чего служит глюкоза. Глюкоза – основное топливо организма

Строение молекулы.

При изучении состава глюкозы выяснили, что её простейшая формула СН 2 О, а молярная масса 180 г/моль. Отсюда можно сделать вывод, что молекулярная формула глюкозы С 6 Н 12 О 6 .

Для установления структурной формулы молекулы глюкозы необходимо знать её химические свойства. Экспериментально доказали, что один моль глюкозы реагирует с пятью молями уксусной кислоты с образованием сложного эфира. Это означает, что в молекуле глюкозы имеется пять гидроксильных групп. Так как глюкоза с аммиачным раствором оксида серебра даёт реакцию "серебряного зеркала", то в её молекуле должна быть также альдегидная группа.

Опытным путём также доказали, что глюкоза имеет неразветвлённую углеродную цепь.

На основании этих данных строение молекулы глюкозы можно выразить следующим образом:

Биологическое значение глюкозы, её применение.

Глюкоза - необходимый компонент пищи, один из главных участников обме-на веществ в организме, очень питательна и легко усваивается. При её окис-лении выделяется больше трети используемой в организме энергий ресурс - жиры, но роль жиров и глюкозы в энергетике разных органов различна. Сердце в качестве топлива используется жирные кислоты. Скелетным мыш-цам глюкоза нужна для “запуска”, а вот нервные клетки, в том числе и клетки головного мозга работают только на глюкозе. Их потребность составляет 20-30% вырабатываемой энергии. Нервным клеткам энергия нужна каждую се-кунду, а глюкозу организм получает при приёме пищи. Глюкоза легко усваивается организмом, поэтому ее используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства. Специфические олигосахариды определяют группу крови. В кондитерском деле для изготовления мармелада, карамели, пряников и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глю-козы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, также как и при силосовании кормов. На практике используется и спиртовое брожение глюкозы, например, при про-изводстве пива. Целлюлоза – исходное вещество для получения шелка, ваты, бумаги.
Углеводы действительно самые распространенные органические вещества на Земле, без которых невозможно существование живых организмов.
В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:

Применение.

Глюкоза относится к углеводам и представляет собой один из продуктов обмена веществ организма человека и животных. В обмене веществ глюкоза имеет главным образом энергетическое значение. При полном распаде 1 г глюкозы выделяется 17,15 кДж (4,1 ккал) тепла. Выделяемая при этом энергия обеспечивает деятельность клеток организма. Особенно велико энергетическое значение глюкозы для таких интенсивно функционирующих органов, как ЦНС, сердце, мышцы. В связи с этим глюкоза широко применяется как общеукрепляющее средство при многих хронических заболеваниях, сопровождающихся физическим истощением.

Глюкоза повышает способность печени к обезвреживанию различных ядов, чем в значительной мере объясняются антитоксические свойства глюкозы. Кроме того, при отравлениях применение больших количеств растворов глюкозы сопровождается уменьшением концентрации ядов в крови за счет увеличения массы циркулирующей в сосудах жидкости и усиления мочеотделения.

1.Полисахариды (гликаны ) – это молекулы полимерных углеводов, соединенных длинной цепочкой, объединённые вместе гликозидной связью, а при гидролизе становятся составной частью моносахаридов илиолигосахаридов

2.Физические св-ва крахмала.это белый порошок,нерастворимый в холодной воде.В горячей воде набухает образуя клейстр.

. Нахождение в природе

Крахмал – основной источник резервной энергии в растительных клетках – образуется в растениях в процессе фотосинтеза и накапливается в клубнях, корнях, семенах: 6CO 2 + 6H 2 O свет, хлорофилл → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

nC 6 H 12 O 6 → (C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O

глюкоза крахмал

Содержится в клубнях картофеля, зёрнах пшеницы, риса, кукурузы.Гликоген (животный крахмал), образуется в печени и мышцах животных.

. Биологическая роль.

Крахмал – один из продуктов фотосинтеза, главное питательное запасное вещество растений. Крахмал – основной углевод в пище человека.

3. 1) При действии ферментов или при нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором) крахмал, как и все сложные углеводы, подвергается гидролизу. При этом сначала образуется растворимый крахмал, затем менее сложные вещества - декстрины. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Можно выразить суммарное уравнение реакции следующим образом:

Происходит постепенное расщепление макромолекул. Гидролиз крахмала - его важное химическое свойство.
-глюкозы. Процесс образования крахмала можно выразить так (реакция поликонденсации):a2) Крахмал не дает реакции «серебряного зеркала», но ее дают продукты его гидролиза. Макромолекулы крахмала состоят из многих молекул циклической

3) Характерной реакцией является взаимодействие крахмала с растворами иода. Если к охлажденному крахмальному клейстеру добавить раствор иода, то появляется синее окрашивание. При нагревании клейстера оно исчезает, а при охлаждении появляется вновь. Этим свойством пользуются при определении крахмала в пищевых продуктах. Так, например, если каплю иода нанести на срез картофеля или ломтик белого хлеба, то появляется синее окрашивание.

4.строение целлюлозы

Целлюлоза является веществом, широко распространенным в растительном

мире. Она входит в состав как однолетних растений, так и многолетних, в частности - в состав древесных пород.

Современная теория строения целлюлозы отвечает на следующие основные вопросы :

Строение макромолекул целлюлозы: химическое строение элементарного звена и макромолекулы в целом; конформация макромолекулы и ее звеньев.

Молекулярная масса целлюлозы и ее полидисперсность.

Структура целлюлозы: равновесное фазовое состояние целлюлозы (аморфное или кристаллическое); типы связей между макромолекулами; надмолекулярная структура; структурная неоднородность целлюлозы; структурные модификации целлюлозы.

2) Строение макромолекулы целлюлозы может быть представлено формулой

5.гидролиз целлюлозы

С6Н10О5)n +nH2O=nC6H12O6 бета-глюкоза

Ацетатные волокна - один из основных видов искусственных волокон; получают из ацетилцеллюлозы. В зависимости от типа исходного сырья различают триацетатное волокно (из триацетилцеллюлозы) и собственно ацетатные волокна

Виско́за - (от позднелат. viscosus - зябкий) высоковязкий концентрированный раствор ксантогената целлюлозы в разбавленном растворе NaOH.

7. ЦЕЛЛЮЛОЗА является основной частью стенок растений. (рисунок «Природные материалы, содержащие целлюлозу» - слайд 7, урок 21). Относительно чистой целлюлозой являются волокна хлопчатника, джута и конопли. Древесина содержит от 40 до 50% целлюлозы, солома - 30%. Целлюлоза растений служит питательным веществом для травоядных животных, в организме которых имеются расщепляющие клетчатку ферменты.
Из целлюлозы (изготавливают многочисленные искусственные волокна, полимерные пленки, пластмассы, бездымный порох, лаки. Большое количество целлюлозы идет на производство бумаги. Осахариванием целлюлозы получают глюкозу; идущую на изготовление этилового спирта. Этанол, п

Организм человека – сложный механизм, в котором все подчинено правильному взаимодействию органов и систем, а также поддержанию на должном уровне важных биологических показателей. Одним из таких показателей является уровень сахара в крови.

Что такое глюкоза и каковы ее функции

Сахар, или, по-научному, глюкоза – ценное органическое соединение, отвечающее за обеспечение клеток организма энергией. По сути, это сложный углевод, который попадает в наш организм с пищей.

Далеким от медицины людям может показаться, что глюкоза приносит лишь вред организму, так как она вызывает увеличение массы тела и провоцирует ожирение. Тем не менее, глюкоза – вещество незаменимое для человека и вот почему.

Попадая в организм сложный углевод, глюкоза, расщепляется до двух простейших углеводов – фруктозы и галактозы. Далее сахар попадает в кровоток, который разносит его по всему организму. Часть простых углеводов идет на восполнение затраченной человеком энергии, а другая часть откладывается про запас в мышцах, жировой ткани и печени, в виде гликогена. После завершения процесса переваривания пищи в организме начинаются обратные реакции, а значит, вырабатываются гормоны, которые преобразовывают гликоген обратно в глюкозу. Это позволяет поддерживать должный уровень сахара в крови, а значит, сохранять работоспособность организма и его высокий тонус.

Главным гормоном, который синтезируется поджелудочной для поддержания нормального уровня глюкозы в крови, является инсулин.

Основные функции глюкозы:

• участвует в обменных процессах, обеспечивая правильную работу всех органов и систем;
• обеспечивает тело энергией, позволяя человеку на протяжении дня чувствовать себя в тонусе;
• питает энергией головной мозг, сохраняя ясность ума, поддерживая память, внимание и другие когнитивные функции;
• поддерживает эмоциональное состояние человека, укрепляя нервную систему и помогая организму противостоять стрессам;
• обеспечивает быстрое насыщение организма;
• стимулирует работу сердечной мышцы;
• помогает печени выводить токсичные вещества и шлаки;
• запускает процессы регенерации в мышцах.

Тем не менее, при всем многообразии полезных свойств глюкозы, нужно понимать, что пользу организму она приносит лишь в случае, когда ее уровень в крови не выходит за границы нормы. В противном случае сахар начинает приносить организму серьезный вред.

Вредное влияние глюкозы на организм:

• способствует набору массы тела и вызывает ожирение;
• провоцирует возникновение аллергических реакций;
• повышает показатели холестерина в крови;
• вызывает проблемы с кровообращением;
• повышает артериальное давление;
• ухудшает состояние сердечной мышцы;
• изменяет состояние глазного дна.

Признаки нарушения уровня сахара в крови

Знание показателей уровня глюкозы и регулярный контроль этих показателей позволяет своевременно выявлять и предотвращать тяжелые заболевания. К слову, человек по собственному самочувствию может определить, что уровень глюкозы вышел за пределы нормы.

Состояние, при котором в крови наблюдается повышенный уровень глюкозы, называется гипергликемией. Это наиболее опасное состояние, которое грозит человеку массой проблем со здоровьем, в частности, развитием сахарного диабета.

Признаки гипергликемии:

• вялость, апатия и постоянная усталость;
• жажда и сухость во рту;
• частые позывы к мочеиспусканию;
• проблемы со зрением;
• запах ацетона изо рта;
• аллергические проявления;
• повышение давления;
• снижение веса;
• появление проблем с сердцем и кровообращением;
• покалывание в ногах.

Кроме того, при длительном нарушении уровня глюкозы в крови, диагностические исследования показывают изменения глазного дна, которые способны привести к катаракте и глаукоме, а также увеличение показателей холестерина в крови, намекающее на развитие гиперхолестеринемии и атеросклероза.

Состояние, при котором у человека наблюдаются низкие показатели глюкозы в крови, называется гипогликемией. Оно угрожает здоровью в меньшей степени, однако оставлять без внимания такое состояние нельзя.

Признаки гипогликемии:

• тахикардия;
• частая раздражительность;
• ночные кошмары;
• резкая потеря сил;
• хождение во сне;
• утренние головные боли;
• избыточное выделение пота;
• помутнение в глазах;
• обморок и потеря сознания;
• проблемы с эрекцией;
• набор массы тела.

Как сдается анализ на уровень сахара

Вышеперечисленные симптомы могут указывать на развитие различных заболеваний, а потому человеку с подобной симптоматикой следует посетить врача и сдать анализ крови на определение гликемического уровня.

Для определения уровня глюкозы в крови, анализ необходимо сдавать с утра, в период с 8 до 11 часов, и обязательно натощак. Здесь важно подготовиться к данной процедуре, для чего нужно:

• не принимать пищу за 8–10 часов до сдачи анализа (разрешается пить лишь чистую воду);
• за 24 часа до сдачи анализа нельзя употреблять алкогольные напитки;
• нельзя жевать жевательную резинку перед забором крови;
• не следует чистить зубы перед сдачей анализа;
• нельзя сдавать анализ, если вы провели ночь без сна, если вы расстроены или перевозбуждены;
• перед забором крови следует 15–20 минут провести в спокойной обстановке, желательно сидя, чтобы пришел в норму сердечный ритм и нормализовалось давление.

Если анализ показал отклонение от нормальных параметров, спустя 3-4 дня его рекомендуют сдать повторно. Наиболее точный результат можно получить, сдав на анализ венозную кровь, однако к этому методу исследования прибегают в крайних случаях, когда у пациента имеется подозрение на нарушение уровня глюкозы.

К тому же, каждый человек, проверяющий уровень сахара в крови, должен понимать, что на результаты диагностики могут влиять следующие факторы:

• употребление сладких продуктов (к примеру, сладкого чая);
• сильная утомляемость;
• нервное перенапряжение;
• предменструальный синдром;
• беременность.

Кроме того, у людей, страдающих от сахарного диабета, или имеющих предрасположенность к этому заболеванию, под рукой всегда должен находиться специальный портативный прибор – глюкометр. Этот медицинский прибор в считанные секунды показывает уровень сахара в крови, а значит, дает человеку информацию относительно возможных дальнейших действий по поддержанию собственного здоровья.

Нормы сахара в крови

В идеале уровень сахара в крови у представителей обоих полов должен варьироваться в пределах 3,3–5,5 ммоль/л. Это показатель крови, сданной натощак, с учетом того, что человек не кушал в течение 8 часов и не употреблял сладкие продукты накануне вечером. В течение дня, после обеда или ужина, показатели сахара будут возрастать.

Если же у взрослого человека с утра натощак провести забор венозной крови, ее нормальные показатели должны находиться в пределах 6,1–7 ммоль/л.

Пред диабетическое состояние. Специалисты ставят такой вердикт в том случае, если два анализа крови показывают уровень сахара на уровне 6,9–7,7 ммоль/л.

Сахарный диабет. Этот диагноз может быть поставлен в том случае, если в течение продолжительного времени уровень сахара в крови у пациента превышает показатель 7,7 ммоль/л.

Норма сахара в крови у мужчин

Нужно заметить, что рассматриваемый показатель серьезно зависит от возраста, а потому говоря о норме сахара, нужно учитывать возраст мужчины. Рассмотрим нормальные показатели в зависимости от возраста:

• для мужчин 14–50 лет – 3,9–5,8 ммоль/л;
• для мужчин 50–60 лет – 4,4–6,2 ммоль/л;
• для мужчин 60–90 лет – 4,6–6,4 ммоль/л;
• для мужчин от 90 лет – 4,6–6,7 ммоль/л.

Как можно заметить, у мужчин, достигших 50-летнего возраста, показатель глюкозы в крови существенно возрастает. Это говорит о том, что мужчинам старше 50 лет следить за уровнем сахара в крови нужно особенно тщательно.

Норма сахара в крови у женщин

Нормальные показатели уровня глюкозы в крови для представительниц слабого пола такие:

• для девушек 16–19 лет – 3,2–5,3 ммоль/л;
• для женщин 20–30 лет – 3,3–5,5 ммоль/л;
• для женщин 30–39 лет – 3,3–5,6 ммоль/л;
• для женщин 40–49 лет – 3,3–5,7 ммоль/л;
• для женщин 50–59 лет – 3,5–6,5 ммоль/л;
• для женщин 60–69 лет – 3,8–6,8 ммоль/л;
• для женщин 70–79 лет – 3,9–6,9 ммоль/л;
• для женщин 80–89 лет – 4,1–7,1 ммоль/л.

Как и у мужчин, у представительниц прекрасного пола после 60 лет, норма глюкозы в крови серьезно возрастает. Это говорит о том, что с после 60-летнего возраста данный показатель особенно важно контролировать.

Норма сахара в крови у детей

Отдельно рассмотрим данный показатель у детей, так как с появления на свет и до совершеннолетия, показатели уровня сахара в крови серьезно варьируются.

• для ребенка до 1 месяца – 2,7–3,2 ммоль/л;
• для грудничков 1–5 месяцев – 2,8–3,8 ммоль/л;
• для малюток 6–9 месяцев – 2,9–4,1 ммоль/л;
• для малышей до 1 года – 2,9–4,4 ммоль/л;
• для малышей 1–3 лет – 3,0–4,5 ммоль/л;
• для детишек 3–4 лет – 3,2–4,7 ммоль/л;
• для детишек 4–6 лет – 3,3–5,0 ммоль/л;
• для детей 6–9 лет – 3,3–5,3 ммоль/л;
• для подростков 9–18 лет – 3,3–5,5 ммоль/л.

Норма сахара в крови при беременности

Если говорить о женщинах «в положении», то их показатель глюкозы должен находиться в пределах 4,6–6,0 ммоль/л. Превышение этого значения – отклонение, о котором должны знать специалисты. Дело в том, что превышение допустимого предела может сигнализировать об избыточном весе у будущей мамочки, нестабильном уровне гормонов или многоводии.

Практика показывает, что уровень сахара может повыситься у первородящих женщин, но чаще этот наблюдается у представительниц слабого пола, чьи предыдущие роды заканчивались выкидышем или мертворождением.

Что делать, если уровень сахара понижен

В случае если диагностика показала низкий уровень сахара, есть смысл задуматься о причинах гипогликемии. В большинстве случаев это:

• обезвоживание;
• алкоголизм;
• общее истощение организма;
• сильное переутомление;
• гормональная недостаточность (угнетение синтеза кортизола, глюкагона и других);
• высокие дозировки инсулина и сахароснижающих лекарств (у «диабетиков»);
• скудное и нерациональное питание;
• сердечная, почечная или печеночная недостаточность;
• менструация;
• врожденные аномалии аутоиммунного характера.

В каждом из этих случаев специалист назначит свое лечение. Тем не менее, пациенту с такой проблемой врач назначает прием моносахарида декстрозы. В тяжелых случаях может потребоваться внутривенное ведение глюкозы при помощи капельницы.

Диета при гипогликемии

Отдельно скажем о диете, без которой невозможно справиться с гипогликемией. Чтобы следовать такой диете:

• разнообразьте рацион сложными углеводами (макаронами из грубых сортов пшеницы и цельнозерновым хлебом);
• чаще употребляйте продукты с клетчаткой (картофель, кукурузу и горох);
• выбирайте нежирные источники белка (бобы, рыбу и кроличье мясо);
• обязательно включайте в ежедневный рацион сладкие фрукты;
• исключите из рациона манную кашу, макароны из высших сортов пшеницы, жирные и сдобные продукты, крепкие бульоны, жирное мясо, копчености, перец и горчицу;
• ограничение употребление кофе и газированных напитков (особенно сладкой газировки);
• старайтесь как можно реже употреблять конфеты, печенье, покупные соки и мед;
• питайтесь дробно (примерно 5-6 р/день), употребляя пищу малыми порциями.

Что делать, если уровень сахара повышен

Данное состояние более опасно для здоровья, так как в большинстве случаев говорит о развитии тяжелейшего заболевания под названием сахарный диабет. Повышенный уровень сахара в крови как раз и является важнейшей характеристикой этого заболевания.

Из других причин, которые могут повлиять на повышение уровня глюкозы можно выделить:

• неправильное питание (присутствие в ежедневном рационе большого количества высококалорийной пищи);
• стрессы (чаще всего данное состояние наблюдается, когда стресс сочетается с ослабленным иммунитетом и локальным воспалительным процессом);
• наличие в организме тяжелого инфекционного заболевания;
• прием некоторых лекарств (Фентимидина, Ритуксимаба, ниацина, кортикостероидов, антидепрессантов и бета-блокаторов);
• хронический дефицит витаминов группы B в организме.

Как и в случае с гипогликемией, действовать в этом случае необходимо отталкиваясь от причины аномалии. Тем не менее, в 90% случаев наличие у пациента гипергликемии говорит о развитии сахарного диабета 2-го типа.

Больному с таким заболеванием необходим прием сахароснижающих препаратов, а также специальное питание, в котором продукты делятся на запрещенные и разрешенные к употреблению.

Запрещенные при гипергликемии продукты:

• выпечка из сдобного и слоеного теста;
• конфеты, торты и прочие сладости;
• жирное мясо и рыба (в т.ч. рыбные и мясные бульоны);
• консервированные продукты и копченая пища;
• творожная масса с сахаром и сливки;
• соленья и маринады;
• молочные супы с манной и рисовой крупой;
• жирные и острые соусы;
• макароны;
• сало;
• сыры;
• сладкие фрукты (бананы, виноград, изюм, инжир и финики);
• напитки с высоким содержанием сахара.

Разрешенные при гипергликемии продукты:

• нежирное мясо (курица, крольчатина, телятина);
• печень, говяжий язык;
• нежирная рыба и морепродукты;
• бобы, фасоль и чечевица;
• нежирное молоко и молочные продукты;
• кисломолочные продукты;
• яйца (не более 2 в день);
• каши на молоке и воде (гречневая, перловая, ячневая, геркулесовая и пшенная);
• овощи (капуста, кабачки, тыква, листья салата);
• несладкие фрукты и ягоды;
• орехи (грецкие, кешью, миндаль);
• овощные соки, морсы и несладкий чай;
• некоторые сладости (пастила, зефир, изредка мед);
• растительное и сливочное масло;
• грибы.

Теперь вы знаете, зачем нужно проверять норму сахара в крови, и что может сказать о здоровье этот показатель. Такие знания позволят вам тщательнее контролировать состояние своего организма и правильно реагировать на появившиеся отклонения.
Крепкого вам здоровья!

Название «углеводы» сохранилось с тех времен, когда строение этих соединений еще не было известно, но был установлен их состав, которому соответствует формула Cn(H 2 O) m . Поэтому углеводы относили к гидратам углерода, т.е. к соединениям углерода и воды – «углеводам». В наше время большинство углеводов выражают формулой C n H 2n O n .
1. Углеводы используются с глубокой древности - самым первым углеводом (точнее смесью углеводов), с которой познакомился человек, был мёд.
2. Родиной сахарного тростника является северо-западная Индия-Бенгалия. Европейцы познакомились с тростниковым сахаром благодаря походам Александра Македонского в 327 г. до н.э.
3. Свекловичный сахар в чистом виде был открыт лишь в 1747 г. немецким химиком А. Маргграфом.
4. Крахмал был известен ещё древним грекам.
5. Целлюлоза, как составная часть древесины, используется с глубокой древности.
6. Термин слова “сладкий” и окончание - оза- для сахаристых веществ было предложено французским химиком Ж. Дюла в 1838 г. Исторически сладость была главным признаком, по которому то или иное вещество относили к углеводам.
7. В 1811 г. русский химик Кирхгоф впервые получил глюкозу гидролизом крахмала, а впервые правильную эмпирическую формулу глюкозы предложил шведский химик Я. Берцемус в 1837 г. С 6 Н 12 О 6
8. Синтез углеводов из формальдегида в присутствии Са(ОН) 2 был произведён А.М. Бутлеровым в 1861 г.
Глюкоза является бифункциональным соединением, т.к. содержит функциональные группы – одну альдегидную и 5 гидроксильных. Таким образом, глюкоза - многоатомный альдегидоспирт.

Структурная формула глюкозы имеет вид:

Сокращённая формула имеет вид:

Молекула глюкозы может существовать в трех изомерных формах, причем две из них являются циклическими, одна – линейной.

Все три изомерных формы находятся в динамическом равновесии между собой:
циклическая [(альфа-форма) (37%)] <--> линейная (0,0026%) <--> циклическая [(бета-форма) (63%)]
Циклические альфа- и бета- формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца. В альфа-глюкозе этот гидроксил находится в транс-положении к гидроксиметильной группе -СН 2 ОН, в бета-глюкозе – в цис-положении.

Химические свойства глюкозы:

Свойства, обусловленные наличием альдегидной группы:

1. Реакции окисления:
а) с Cu(OH) 2:
C 6 H 12 O 6 + Cu(OH) 2 ↓ ------> ярко-синий раствор

2.Реакция восстановления:
c водородом H 2:

В этой реакции может принимать участие лишь линейная форма глюкозы.

Свойства обусловленные наличием нескольких гидроксильных групп (ОН):

1. Реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров (пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами):

2. Как многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди (II) c образованием алкоголя-та меди (II):

Специфические свойства

Большое значение имеют процессы брожения глюкозы, происходящие под действием органических катализаторов-ферментов (они вырабатываются микроорганизмами).
а) спиртовое брожение (под действием дрожжей):

б) молочнокислое брожение (под действием молочнокислых бактерий):

г) лимоннокислое брожение:

д) ацетон-бутанольное брожение:

Получение глюкозы

1.Синтез глюкозы из формальдегида в присутствии гидроксида кальция (ре-акция Бутлерова):

2. Гидролиз крахмала (реакция Киргофа):

Биологическое значение глюкозы, её применение

Глюкоза - необходимый компонент пищи, один из главных участников обмена веществ в организме, очень питательна и легко усваивается. При её окислении выделяется больше трети используемой в организме энергий ресурс - жиры, но роль жиров и глюкозы в энергетике разных органов различна. Сердце в качестве топлива используется жирные кислоты. Скелетным мышцам глюкоза нужна для “запуска”, а вот нервные клетки, в том числе и клетки головного мозга работают только на глюкозе. Их потребность составляет 20-30% вырабатываемой энергии. Нервным клеткам энергия нужна каждую секунду, а глюкозу организм получает при приёме пищи. Глюкоза легко усваивается организмом, поэтому ее используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства. Специфические олигосахариды определяют группу крови. В кондитерском деле для изготовления мармелада, карамели, пряников и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, также как и при силосовании кормов. На практике используется и спиртовое брожение глюкозы, например, при производстве пива.
Углеводы действительно самые распространенные органические вещества на Земле, без которых невозможно существование живых организмов. В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:

Глюкоза в переводе с греческого языка обозначает "сладкий". В природе в больших количествах она встречается в соках ягод и фруктов, в том числе в виноградном соке, отчего и имеет в народе название "винный сахар".

История открытия

Глюкоза была открыта в начале XIX века английским врачом, химиком и философом Уильямом Праутом. Широкую известность данное вещество получило после того, как в 1819 году Анри Бракконо извлек его из древесных опилок.

Физические свойства

Глюкоза представляет собой бесцветный кристаллический порошок сладкого вкуса. Она хорошо растворима в воде, концентрированной серной кислоте, и реактиве Швейцера.

Строение молекулы

Как и все моносахариды, глюкоза является гетерофункциональным соединением (в состав молекулы входят несколько гидроксильных и одна карбоксильная группа). В случае глюкозы карбоксильной группой является альдегидная.

Общая формула глюкозы C6H12O6. Молекулы данного вещества имеют циклическое строение и два пространственных изомера альфа- и бета-формы. В твердом состоянии практически на 100% преобладает альфа форма. В растворе же более устойчива бета-форма (она занимает приблизительно 60%). Глюкоза является конечным продуктом гидролиза всех поли- и дисахаридов, то есть получение глюкозы происходит в подавляющем количестве случаев именно данным путем.

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 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 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).

Химическая суть процесса

Данное уравнение получения глюкозы представлено до промежуточного продукта - мальтозы. Мальтоза - дисахарид, состоящий из двух молекул глюкозы. Наглядно видно, что способы получения глюкозы из крахмала и из мальтозы одинаковые. То есть в продолжение реакции можем поставить следующее уравнение.

В завершение стоит подытожить необходимые условия для того, чтобы получение глюкозы из крахмала прошло успешно.

Необходимые условия

• катализатор (соляная или серная кислота);
• температура (не менее 100 градусов);
• давление (достаточно атмосферного, но увеличение давления ускоряет процесс).

Данный метод самый простой, с большим выходом конечного продукта и минимальными энергетическими затратами. Но он не единственный. Получение глюкозы осуществляется так же из целлюлозы.

Получение из целлюлозы

Суть процесса практически полностью соответствует предыдущей реакции.

Приведено получение глюкозы (формула) из целлюлозы. На деле же этот процесс намного сложнее и энергозатратнее. Итак, продуктом, вступающим в реакцию, являются отходы из деревоперерабатывающей промышленности, измельченные до фракции, размер частиц в которой 1,1 - 1,6 мм. Данный продукт обрабатывается сперва уксусной кислотой, затем перекисью водорода, затем серной кислотой при температуре не ниже 110 градусов и гидромодуле 5. Длительность этого процесса 3-5 часов. Затем, на протяжение двух часов проходит гидролиз серной кислотой при комнатной температуре и гидромодуле 4-5. Затем происходит разбавление водой и инверсия в течение приблизительно полутора часов.

Методы количественного определения

Рассмотрев все способы получения глюкозы, следует изучить методы ее количественного определения. Бывают ситуации, когда в технологическом процессе должен участвовать лишь раствор, содержащий глюкозу, то есть процесс выпаривания жидкости до получения кристаллов - лишний. Тогда возникает вопрос, как определить, какая концентрация данного вещества в растворе. Полученное количество глюкозы в растворе определяют спектрофотометрическим, поляриметрическим и хроматографическим методами. Существует и более специфический метод определения - ферментативный (с помощью фермента глюкозидазы). В данном случае подсчет идет уже продуктов действия этого фермента.

Применение глюкозы

В медицине глюкозу используют при интоксикации (это может быть как пищевое отравление, так и деятельность инфекции). В данном случае раствор глюкозы вводят внутривенно с помощью капельницы. Это значит, что в фармации глюкоза является универсальным антиоксидантом. Так же не малую роль данное вещество играет при обнаружении и диагностировании сахарного диабета. Здесь глюкоза выступает как стресс-тест.

В пищевой промышленности и кулинарии глюкоза занимает очень важное место. Отдельно же следует обозначить роль глюкозы в виноделии, пиво- и самогоноварении. Речь идет о таком методе как получение этанола Рассмотрим подробно данный процесс.

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 Данная трубка соединяется с еще одной (U-образной формы). В середину второй трубки наливается 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.

Механизм получения спирта

Рассмотрим получение спирта из глюкозы в уравнении реакции: С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2.

Итак, можно отметить, что механизм получения этанола из глюкозы весьма прост. Более того, он известен человечеству уже много веков, и доведен практически до совершенства.

Значение глюкозы в жизни человека

Итак, имея определенное представление о данном веществе, его физических и химических свойствах, использовании в разных сферах промышленности, можно сделать вывод, что такое глюкоза. Получение ее из полисахаридов, уже дает понимание того, что, являясь главной составляющей всех сахаров, глюкоза представляет собой незаменимый источник энергии для человека. В результате метаболизма, из данного вещества образуется аденозинтрифосфорная кислота, которая и преобразуется в единицу энергии.

Но не вся глюкоза, которая поступает в организм человека идет на восполнение энергии. В состоянии бодрствования человек превращает лишь 50 процентов полученной глюкозы в АТФ. Остальное преобразуется в гликоген и скапливается в печени. Гликоген с течением времени разрушается, тем самым регулируя уровень сахара в крови. Количественно содержание данного вещества в организме - прямой показатель его здоровья. От количества сахара в крови зависит гормональное функционирование всех систем. Поэтому стоит помнить, что чрезмерное употребление данного вещества может привести к тяжелым последствиям.

Глюкоза на первый взгляд простое и всем понятное вещество. Даже с точки зрения химии её молекулы имеют достаточно простое строение, а химические свойства понятны и знакомы в быту. Но, несмотря на это, глюкоза имеет большое значение как для самого человека, так и для всех сфер его жизнедеятельности.