Жабайы табиғатта көптеген заттар кең таралған, олардың маңыздылығын асыра бағалау қиын. Мысалы, оларға көмірсулар жатады. Олар жануарлар мен адамдар үшін энергия көзі ретінде өте маңызды, ал көмірсулардың кейбір қасиеттері оларды өнеркәсіп үшін таптырмас шикізатқа айналдырады.
Бұл не?
Бұлардың барлығы құрылымын Cn(H2O)m формуласымен сипаттауға болатын заттар. Олардың биологиялық маңызы зор, олар көптеген тірі тіршілік иелерінің өмірінде шешуші рөл атқарады.
Бұл топтың атауын ғалымдар оның құрамына кіретін заттардың алғашқы талдауын жасағаннан кейін ойлап тапты. Содан кейін олардың негізгі компоненттері көміртегі мен су екені анықталды. Кейінірек бұл атау өте дәл болып шықты, өйткені көмірсулардың қасиеттері олардағы сутегі мен оттегі атомдарының қатынасы судағымен толығымен бірдей. Қарапайым тілмен айтқанда, әрбір екі сутегі атомына бір оттегі келеді. Атаудың орысша нұсқасын алғаш рет 1844 жылы профессор К. Шмидт ұсынған.
Кейбіртолықтырулар
Егер жоғарыдағы формуланы жақшаның ішінен «n» алып, сәл өзгертсек, онда өрнек біршама басқаша болады: Сm(Н2О)n. Бәлкім, «көмір – су» атауының мәнін тамаша көрсететін де осы шығар.
Бүгінгі күнге дейін ғалымдар көмірсуларға тән қасиеттерге ие, бірақ біз сипаттаған формулаға мүлдем сәйкес келмейтін бірқатар заттардың бар екенін нақты анықтады. Сондықтан шетел әдебиетінде 1844 жылғы терминнің қазіргі синонимі болып табылатын «глицидтер» сөзін жиі кездестіруге болады, бұл мүлдем дәл емес болып шықты.
Қарапайым классификация
Заттардың барлық үлкен класын екі үлкен топқа бөлуге болады: қарапайым және күрделі глицидтер. Олардың құрамына кіретін көмірсулардың қасиеттері қандай? Шындығында, олар күрделілікте де ерекшеленбейді:
- Қарапайым деп топтағы, кейіннен басқа көмірсулардың түзілуімен гидролизге ұшырамайтын заттар жатады. Бірақ негізгі айырмашылығы олардың құрылымындағы оттегі атомдарының саны көміртегі атомдарының бірдей санына тең. Олар моносахаридтер деп аталады.
- Сәйкесінше, «күрделі» анықтамасы бірнеше қарапайым көмірсулар түзу үшін гидролиз кезінде ыдырайтын барлық глицидтерді қамтиды. Әрине, оларда оттегі мен көміртегі атомдарының әртүрлі қатынасы бар. Оларды дисахаридтер деп атайды. Бұл табиғатта өте маңызды рөл атқаратын күрделі көмірсулар, олардың тізімін біз мақалада ішінара береміз.
Сонымен қатар көмірсулар үш түрге бөлінетін тағы бір классификация бар. Міне, олар:
- Моносахаридтер.
- Олигосахаридтер.
- Полисахаридтер.
Төмендегі көмірсулар кестесі негізгі айырмашылықтарды түсінуге көмектесетіні сөзсіз.
|
Моно- (1 молекула) |
Олиго- (< 10 молекула) |
Поли- (>10 молекула) |
| Альдозалар, кетоздар | Бұл жай ғана дисахаридтерді, трисахаридтерді және т.б. кіреді. |
Екі түрі бар:
Атауынан сіз бұл екі сорттың ішкі молекулалық құрылымы мүлдем басқа екенін түсінуге болады |
Әрине, біз көмірсулардың қысқаша кестесін бердік, бірақ оның шеңберіне осы үлкен сыныптың кейбір өкілдеріне тән барлық ерекше белгілерді сыйғызу мүмкін емес. Сондықтан біз негізгі топтардың әрқайсысын бөлек талдаймыз, кейбір жеке, ең көп таралған заттардың қасиеттеріне толығырақ тоқталамыз. Сонымен, көмірсулардың қандай кластары бар?
Моносахаридтер
Олардың барлығы кристалдық күйге оңай өтетін қатты заттар санатына жататынын есте ұстаған жөн. Олар өте гигроскопиялық, суда ериді, сироп түзеді. Ол жерден оларды кристалдар түрінде оқшаулау өте қиын болуы мүмкін. Олардың ерітінділері бейтарап реакцияға ие, көбінесе дәмі тәтті. Дәмінің қарқындылығы әртүрлі: мысалы, фруктоза ең қарапайым глюкозаға қарағанда шамамен 3-3,5 есе тәтті.
Құрылымдық пішін туралы
Бұл заттардың барлығы міндетті түрде көміртек қаңқасын, бір карбонил тобын және бірнеше гидроксил тобын қамтитын екі функционалды құрылымның қосылыстары. Егер альдегид тобы карбонил тобының рөлін атқарса, зат альдоза деп аталады. Тиісінше, кетондық «құйрық» болған жағдайда, олар кетоздар деп аталады.
Бұл заттар табиғатта өте кең таралғандықтан, олар бос күйінде де, ангидридті түрінде де кездеседі. Жалпы, күрделі көмірсулардың барлығы дерлік белгілі бір дәрежеде қарапайым қанттардың ангидридтері болып табылады, олар судың бірнеше (немесе бір) молекуласын алып тастау арқылы оңай алынады («ан» префиксі - жоқ).
Глюкоза ең типтік өкілі ретінде
Оның тобының ең типтік өкілінің формуласы: C6H12O6. Бұл көмірсулар өсімдік жасушаларында жиі кездеседі. Ол тек қана кең тараған жоқ, сонымен қатар организм үшін өте маңызды, өйткені ол оған энергияның негізгі көзі (әрине, жануарлар мен адамдар туралы айтып отырмыз). Негізінде бұл барлық жануарлар ағзалары үшін белоктардың, көмірсулардың және майлардың жалпы қасиеттері. Сонымен қатар, ол медицинада, ветеринарияда, өнеркәсіпте (соның ішінде тамақ өнімдерінде) кеңінен қолданылады.
Физикалық қасиеттері
Бұл топтағы көмірсулардың жалпы физикалық қасиеттері қандай? Сыртқы түрі – ақ түсті ұсақ кристалдар, дәмі тәтті, суда жақсы ериді. Ерітінді болса, ерігіштік күрт артадыжылу: осылайша глюкоза шәрбаты алынады.
Химиялық құрылым туралы қысқаша ақпарат
Сызықтық формулаға қарасақ, онда бұл көмірсудың құрамында бір альдегид пен бес гидроксил тобы анық көрінеді. Зат кристалдық күйде болғанда, оның молекулалары екі мүмкін форманың (α- немесе β-глюкоза) бірінде болуы мүмкін. Бесінші көміртегі атомымен байланысқан гидроксил тобы карбонил қалдығымен әрекеттесе алады.
Табиғи таралу
Жүзім шырынында өте көп болғандықтан, глюкоза жиі «жүзім қанты» деп аталады. Бұл есіммен алыстағы ата-бабаларымыз оны білген. Дегенмен, сіз оны кез келген басқа тәтті көкөніс немесе жемісте, өсімдіктің жұмсақ тіндерінде таба аласыз. Жануарлар әлемінде оның таралуы кем емес: біздің қанымыздың шамамен 0,1% -ы дәл глюкоза. Сонымен қатар, бұл көмірсулар кез келген дерлік ішкі органның жасушасында болуы мүмкін. Бірақ олар әсіресе бауырда көп, өйткені глюкоза гликогенге айналады.
Ол (жоғарыда айтқанымыздай) біздің денеміз үшін құнды энергия көзі, барлық дерлік күрделі көмірсулардың бөлігі болып табылады. Басқа қарапайым көмірсулар сияқты табиғатта ол тек өсімдік ағзаларының жасушаларында болатын фотосинтез реакциясынан кейін пайда болады:
6CO2 + 6H2O хлорофилл C6H 12 O6 + 6O2 - Q
Өсімдіктер бір уақытта керемет жұмыс істейдіКүннен алатын энергияны жинақтай отырып, биосфера үшін маңызды функция. Өндірістік жағдайларға келетін болсақ, ежелгі уақыттан бері жүзім қанты крахмалдан гидролиз арқылы алынған, ал реакция концентрлі күкірт қышқылымен катализделген:
(C6H10O5)n + nH2O H2SO4, t nC6H12O6
Химиялық қасиеттері
Көмірсулардың бұл түрінің химиялық қасиеттері қандай? Олардың барлығы таза спирттер мен альдегидтерге тән сипаттамаларға ие. Сонымен қатар, олардың кейбір ерекшеліктері бар. Алғаш рет қарапайым көмірсулардың (оның ішінде глюкозаның) синтезін 1861 жылы аса дарынды химик А. М. Бутлеров жүзеге асырды және ол формальдегидті кальций гидроксидінің қатысуымен бөлшектеп, шикізат ретінде пайдаланды. Бұл процестің формуласы:
6НSON -----С6Н12O6
Ал енді топтың басқа екі өкілінің кейбір қасиеттеріне тоқталайық, олардың табиғи мәні де үлкен емес, сондықтан оларды биология зерттейді. Көмірсулардың бұл түрлері біздің күнделікті өмірімізде өте маңызды рөл атқарады.
Фруктоза
Бұл глюкоза изомерінің формуласы CeH12Ob. «Текті» сияқты ол сызықтық және циклдік түрде болуы мүмкін. Ол көп атомды спирттерге тән барлық реакцияларға түседі, бірақ сол арқылы глюкозадан ерекшеленеді, күміс оксидінің аммиак ерітіндісімен ешқандай әрекеттеспейді.
Рибоза
Рибоза мен дезоксирибоза өте үлкен қызығушылық тудырады. Егер сіз кем дегенде биология бағдарламасын еске түсірсеңіз, онда сіз ДНҚ мен РНҚ-ның бөлігі болып табылатын ағзадағы көмірсулар екенін жақсы білесіз, оларсыз планетада өмірдің болуы мүмкін емес. «Дезоксирибоза» атауы оның молекуласында оттегі атомының бір кем екендігін білдіреді (қарапайым рибозамен салыстырғанда). Бұл жағынан глюкозаға ұқсас болғандықтан, олар сызықтық және циклдік құрылымға ие болуы мүмкін.
Дисахаридтер
Негізінде бұл заттар құрылымы мен функциялары бойынша алдыңғы сыныпты қайталайды, сондықтан бұл туралы толығырақ тоқталудың қажеті жоқ. Осы топқа жататын көмірсулардың химиялық қасиеттері қандай? Отбасының ең маңызды мүшелері - сахароза, мальтоза және лактоза. Олардың барлығын C12H22O11 формуласымен сипаттауға болады, өйткені олар изомерлер, бірақ бұл олардың құрылымындағы үлкен айырмашылықтарды жоққа шығармайды. Сонымен, күрделі көмірсулардың қандай сипаттамалары бар, олардың тізімі мен сипаттамасын төменде көруге болады?
сахароза
Оның молекуласында бірден екі цикл бар: олардың бірі алты мүшелі (α-глюкоза қалдығы), екіншісі бес мүшелі (β-фруктоза қалдығы). Бұл құрылыстың барлығы глюкозаның гликозидтік гидроксиліне байланысты.
Алу және жалпы мән
Бізге жеткен тарихи мәліметтерге сәйкес, Мәсіхтің туылуынан үш ғасыр бұрын Ежелгі Үндістанда адамдар қант қамысынан қант алуды үйренген. Тек 19 ғасырдың ортасында бұл үшін азырақ сахароза әлдеқайда көп болдыкүш қант қызылшасынан алуға болады. Оның кейбір сорттарында бұл көмірсулардың 22%-ға дейіні бар, ал қамыс құрамында 26% болуы мүмкін, бірақ бұл тек тамаша өсіру жағдайлары мен қолайлы климат жағдайында мүмкін болады.
Көмірсулардың суда жақсы еритінін жоғарыда айттық. Осы мақсатта диффузорлар пайдаланылған кезде сахароза өндірісі осы принципке негізделген. Ықтимал қоспаларды тұндыру үшін ерітінді әкті қамтитын сүзгілер арқылы сүзіледі. Алынған ерітіндіден кальций гидроксидін жою үшін ол арқылы қарапайым көмірқышқыл газын өткізеді. Тұнба сүзгіден өткізіліп, қант шәрбаты арнайы пештерде буланып, бізге бұрыннан таныс қант алынады.
Лактоза
Бұл көмірсутек құрамында майлар мен көмірсулар көп болатын кәдімгі сүттен өнеркәсіптік түрде оқшауланған. Оның құрамында бұл зат өте көп: мысалы, сиыр сүтінде шамамен 4-5,5% лактоза бар, ал әйелдер сүтінде оның көлемдік үлесі 5,5-8,4% жетеді.
Бұл глицидтің әрбір молекуласы бірінші және төртінші көміртек атомы арқылы байланыс түзетін пираноза түріндегі 3-галактоза және а-глюкоза қалдықтарынан тұрады.
Басқа қанттардан айырмашылығы, лактозаның бірегей қасиеті бар. Біз гигроскопияның толық болмауы туралы айтып отырмыз, тіпті ылғалды бөлмеде де бұл глицид мүлдем дымқыл болмайды. Бұл қасиет фармацевтикада белсенді түрде қолданылады: егер ұнтақ түріндегі кейбір дәрілердің құрамына кіретін болсакәдімгі сахароза, содан кейін оған лактозаны қосу керек. Ол толығымен табиғи және адам ағзасына зиянсыз, көптеген жасанды қоспалардан айырмашылығы, тоқырау мен сулануды болдырмайды. Көмірсулардың бұл түрінің қызметі мен қасиеттері қандай?
Лактозаның биологиялық маңызы өте жоғары, өйткені лактоза барлық жануарлар мен адамдар сүтінің ең маңызды тағамдық құрамдас бөлігі болып табылады. Мальтозаға келетін болсақ, оның қасиеттері біршама ерекшеленеді.
мальтоза
Бұл крахмалдың гидролизі нәтижесінде алынған аралық өнім. «Мальтоза» атауы оның негізінен уыт әсерінен пайда болуына байланысты болды (латын тілінде уыт - малт). Ол тек өсімдіктерде ғана емес, жануарларда да кеңінен таралған. Ол күйіс қайыратын жануарлардың ас қорыту жолында көп мөлшерде өндіріледі.
Химиялық құрылымы мен қасиеттері
Бұл көмірсудың молекуласы бірінші және төртінші көміртек атомдары арқылы өзара байланысқан пираноза түріндегі α-глюкозаның екі бөлігінен тұрады. Сыртқы түрі түссіз, ақ кристалдар. Дәмі тәтті, суда жақсы ериді.
Полисахаридтер
Барлық полисахаридтерді моносахаридтердің поликонденсациялануының өнімдері екендігі тұрғысынан қарастыруға болатынын есте ұстаған жөн. Олардың жалпы химиялық формуласы (CbH10O5) б. Бұл мақалада біз крахмалды қарастырамыз, өйткені ол отбасының ең әдеттегі мүшесі.
Крахмал
Фотосинтез нәтижесінде өндірілген, өсімдік ағзаларының тамыры мен тұқымында көп мөлшерде шөгеді. Көмірсулардың бұл түрінің физикалық қасиеттері қандай? Сыртқы түрі - кристалдылығы нашар, суық суда ерімейтін ақ ұнтақ. Ыстық сұйықтықта коллоидты құрылым түзеді (паста, желе). Жануарлардың ас қорыту жолында глюкоза түзу үшін оның гидролизіне ықпал ететін көптеген ферменттер бар.
А-глюкозаның көптеген қалдықтарынан түзілетін ең көп таралған табиғи полимер. Табиғатта оның екі формасы бір мезгілде кездеседі: амилоза және амхопектин. Амилоза сызықты полимер болғандықтан суда ерітуге болады. Молекула бірінші және төртінші көміртегі атомдары арқылы байланысқан альфа-глюкоза қалдықтарынан тұрады.
Өсімдік фотосинтезінің алғашқы көрінетін өнімі крахмал екенін есте ұстаған жөн. Бидайда және басқа дәнді дақылдарда 60-80% дейін болса, картоп түйнектерінде 15-20% ғана болады. Айтпақшы, микроскоппен крахмал дәндерінің пайда болуы арқылы өсімдіктің түрін дәл анықтауға болады, өйткені олар әркімде әртүрлі.
Егер көмірсу тез қыздырылса, оның үлкен молекуласы декстриндер деп аталатын кішкентай полисахаридтерге тез ыдырайды. Олардың крахмалмен ортақ бір химиялық формуласы бар (C6H12O5)x, бірақ бар крахмалдағы "n" мәнінен кіші "x" айнымалы мәнінің айырмашылығы.
Соңындабіз көмірсулардың негізгі кластарын ғана емес, сонымен қатар олардың қасиеттерін көрсететін кестені береміз.
| Негізгі топтар | Молекулалық құрылымның ерекшеліктері | Көмірсулардың айырықша қасиеттері |
| Моносахаридтер |
Көміртек атомдарының саны бойынша әр түрлі:
|
Түссіз немесе ақ кристалдар, суда жақсы ериді, тәтті дәм |
| Олигосахаридтер | Күрделі құрылым. Түрлеріне байланысты олардың құрамында 2-10 қарапайым моносахарид қалдықтары бар | Сыртқы түрі бірдей, суда азырақ ериді, дәмі тәтті емес |
| Полисахаридтер | Өте көп мөлшердегі моносахарид қалдықтарынан тұрады | Ақ ұнтақ, кристалдық құрылымы әлсіз, олар суда ерімейді, бірақ ондағы ісінуге бейім. Дәмі бейтарап |
Негізгі кластардағы көмірсулардың қызметі мен қасиеттері мұнда берілген.
