CUKRY
Z cukrami spotykamy się ciągle w życiu codziennym, czasem nawet nie zdając sobie
z tego sprawy. Nie zastanawiamy się, czym są, z czego są zbudowane i jaka jest ich funkcja w naszym organizmie. Słysząc słowo „cukry” myślimy tylko o białych kryształkach w cukiernicy.
Nie zdajemy sobie nawet sprawy, że to wszystko jest tylko malutką częścią związków
o podobnej strukturze i niezwykle istotnych właściwościach biologicznych. Cukry inaczej nazywamy sacharydami bądź cukrowcami, a czasem węglowodanami, lecz jest to jednak określenie mylące, ponieważ w toku dalszych badań poznano wiele związków należących niewątpliwie do cukrów, a mających inne wzory sumaryczne (deoksycukry, aminocukry). Tak, więc „sacharydy” są związkami organicznymi w skład, których wchodzą związki węgla, wodoru i tlenu.
Ich skład chemiczny w większości przypadków można ująć ogólnym wzorem CnH2nOm. Pochodnymi węglowodanów nazywamy cukry, których grupy hydroksylowe monomerów zostały zastąpione przez inne grupy funkcyjne, np: chityna, pektyny i heparyna.
Ze względu na budowę cząsteczki dzieli się je na:
cukry proste (monosacharydy):
glukoza
fruktoza
mannoza
galaktoza
cukry złożone
dwucukry (disacharydy):
maltoza
laktoza
sacharoza
wielocukry (polisacharydy):
skrobię
celulozę
glikogen
Cukry powstają w przyrodzie w zielonych częściach roślin z dwutlenku węgla i wody w procesie fotosyntezy. Wytwarzane w ten sposób związki są głównym materiałem budulcowym i zapasowym organizmów roślinnych, stanowią ok. 80% suchej masy roślin. Zawartość cukrów w organizmach zwierzęcych jest znacznie mniejsza i wynosi ok. 2% ich suchej masy. Z tego względu syntezowane przez rośliny cukry są ważnymi substancjami pokarmowymi dla organizmów zwierzęcych.
Nazwa cukry obejmuje wiele związków nie zawsze słodkich. Cukry proste to np. glukoza i fruktoza, mające wzór: C6H12O6. Cukry to alkohole wielowodorotlenowe. W strukturze związku przeważa forma pierścieniowa.
Rodzaje cukrów:
- Glukoza to cukier gronowy. Znajduje się w sokach roślinnych, miodzie, owocach, kwiatach. U zwierząt i ludzi gromadzona jest w postaci formy zapasowej (glikogenu) w mięśniach i wątrobie. We krwi człowieka stanowi ok. 0,1%. Jest związkiem szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie. Powstaje w roślinach zielonych w procesie fotosyntezy: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2◊
-Fruktoza, zwana także cukrem owocowym, to inny bardzo rozpowszechniony cukier prosty. Fruktoza jest ketozą. Ma taki sam wzór sumaryczny jak glukoza, ale inne wzajemne ułożenie atomów w cząsteczce. Fruktoza jest, zatem izomerem 6 glukozy.
W stanie wolnym występuje w wielu owocach i miodzie. Fruktoza stanowi łatwo przyswajalny składnik pożywienia. Stosuje się je jako środek słodzący w cukrzycy oraz w leczeniu niedomogi mięśnia sercowego. Fruktoza jest najsłodsza z cukrów. W rzeczywistości jest tak, że nie wszystkie cukry są jednakowo słodkie. Aby osłodzić określoną porcję pożywienia fruktozą, wystarczy wziąć jej prawie dwukrotnie mniej niż sacharozy. W organizmie człowieka jest szybko metabolizowana lub zamieniana na glukozę.
- Galaktoza - składnik cukru mlekowego - laktozy, rzadko występuje w stanie wolnym.
- Mannoza - składnik cukrowców połączonych z białkami.
- Sacharoza - (glukoza + fruktoza) W jej skład wchodzą reszty cząsteczek α-glukozy i β-fruktozy, połączone wiązaniem 1,2-glikozydowym
Sacharoza nazywana jest także cukrem trzcinowym lub buraczanym, a w życiu codziennym potocznie cukrem. Zbudowana jest z cząstek D- glukozy i D- fruktozy połączonych wiązaniem. 1-2 glikozydowym.
Występowanie: Występuje w większych ilościach trzcinie cukrowej, burakach cukrowych, a także w niektórych owocach (ananasy) i warzywach (marchew). Doskonale rozpuszcza się w wodzie, nie ma właściwości redukujących. Jest powszechnie używana do słodzenia napojów i potraw.
- Laktoza zwana też cukrem mlekowym, występuje w mleku wszystkich ssaków. Cukier mlekowy ma mało słodki smak. Ulega on łatwo fermentacji do kwasu mlekowego, co umożliwia otrzymywanie napojów mlecznych. Laktozę otrzymuje się z serwatki mleka przez wykrystalizowanie.
- Maltoza- cukier słodowy (słód zawarty jest w ziarnach zbóż jęczmienia) b) LAKTOZA - (glukoza + galaktoza) cukier mlekowy złożony z reszty α-D-glukozy i β-D- galaktozy. Ma wiązanie typu β-1,4-glikozydowe.
Laktoza metabolizowana jest przez bakterie LACTOBACILLUS CASEI do kwasu mlekowego, który powoduje kwaśnienie mleka. Może pojawić się w moczu w czasie ciąży. Niedobór enzymu laktozy wywołuje zaburzenia wchłaniania laktozy objawiające się wzdęciami i biegunką.
Występowanie: laktoza występuje w mleku wszystkich zwierząt ssących np. mleko kobiece zawiera jej około 7%, a mleko krowie około 5%.
- Skrobia- zawarta jest w ziarnach zbóż, ziemniakach, nasionach roślin strączkowych (grochu, fasoli). Jest substancją zapasową roślin, zbudowana z jednostek α - glukozy. Skrobia magazynowana jest u roślin w postaci ziaren w organellach zwanych plastydami. Hydroliza skrobi i uwalnianie glukozy zaspokaja zapotrzebowanie komórki na energię niezbędną do aktywności metabolicznej.
- Celuloza - Jest elementem strukturalnym ścian komórkowych, otaczających komórkę roślinną. Nie rozpuszcza się w wodzie i zbudowana jest z cząsteczek glukozy, ale połączonych innym typem wiązań niż skrobia.
Właściwości cukrów:
- są to substancje stałe o budowie krystalicznej Np. sacharoza lub bezpostaciowej Np. celuloza
- słodki smak Np. glukoza lub bez smaku Np. celuloza
- dobrze rozpuszczalne w wodzie
- nierozpuszczalne w węglowodorach
- ulegają rozkładowi termicznemu dając węgiel i wodę stąd nazwa węglowodany
- ulegają fermentacji alkoholowej, która polega na powstawaniu z monocukru przy udziale drożdży alkoholu etylowego.
Cukier spożywczy - nazwa handlowa cukru otrzymywanego z buraków cukrowych (zarówno krajowej produkcji, jak i importowanego). Składa się niemal w całości z sacharozy.
Czysty cukier spożywczy konfekcjonowany jest w następujących postaciach:
· cukier biały
· cukier kryształ
· cukier rafinowany
· cukier puder
Cukier spożywczy może być również wzbogacany o dodatki:
· cukier wanilinowy
· cukier z pektyną
Aminocukry - są to pochodne sacharydów (cukrów) powstające przez podstawienie grupy hydroksylowej przy drugim węglu łańcucha sacharydu grupą aminową; najbardziej rozpowszechnione aminocukry (u zwierząt) to: glukozamina - występująca w chitynie, glikolipidach i mukopolisacharydach oraz galaktozamina i kwas neuraminowy - występujące w mukopolisacharydach i glikolipidach.
Aldehydy - związki organiczne zawierające grupę aldehydową; są cieczami lub ciałami stałymi (z wyjątkiem najprostszego aldehydu mrówkowego - formaldehydu HCHO będącego gazem); bardzo aktywne chemicznie; mają silne właściwości redukujące; łatwo utleniają się do kwasów; przyłączają m.in. cyjanowodór (powstają cyjanohydryny); reagują z hydrazyną i jej pochodnymi, hydroksyloaminą, semikarbazydem, dając charakterystyczne pochodne (hydrazony, oksymy, semikarbazony); wykazują zdolność do polimeryzacji i polikondensacji; aldehydy, których cząsteczki nie zawierają atomów wodoru w położeniu a, w środowisku zasadowym ulegają dysproporcjonowaniu do alkoholi i kwasów - tzw. reakcja Cannizzaro; odznaczające się przyjemnym zapachem aldehydy aromatyczne (np. benzoesowy, anyżowy, wanilina) oraz nienasycone aldehydy terpenowe (np. cytronelal) występują w świecie roślinnym, nasycone aldehydy alifatyczne są spotykane bardzo rzadko; aldehydy otrzymuje się głównie przez utlenianie alkoholi; stosowane do syntez org. (tworzywa sztuczne, barwniki), w przemyśle spożywczym i kosmetycznym (składniki kompozycji zapachowych i aromatów spożywczych), garbarstwie (aldehyd glutarowy); do najważniejszych należą m.in. aldehyd mrówkowy, octowy, benzoesowy, akrylowy (akroleina).
Ketony - związki organiczne, których cząsteczki zawierają grupę karbonylową połączoną z 2 jednakowymi lub różnymi grupami organicznymi (alifatycznymi lub aromatycznymi). Najprostszym ketonem alifatycznym jest aceton, ketonem aromatycznym - benzofenon, aromatyczno-alifatycznym - acetofenon; najprostszym diketonem jest biacetyl: butanodion.
Izomery - związki mające ten sam wzór sumaryczny, ale różniące się wzorem strukturalnym. Izomery mają zatem w cząsteczce identyczną liczbę każdego rodzaju atomów, ale inne ich wzajemne rozmieszczenie.
Amyloza - nierozgałęziony składnik skrobi. Składa się z cząsteczek glukozy w liczbie od kilkuset do kilku tysięcy. Cząsteczki amylozy, choć nierozgałęzione, nie tworzą długiego łańcucha, lecz mają kształt śrubowy. Na jeden śrub przypada 6 jednostek glukozy.
Amylopektyna - rozgałęziony składnik skrobi. Proste łańcuchy o długości od kilkudziesięciu do kilkuset reszt glukozowych są połączone ze sobą, tworząc rozgałęzioną strukturę. Rozgałęzienia w cząsteczce amylopektyny pojawiają się średnio, co 8 - 10 reszt glukozy.