úvod
Kocka cukru sa rozpustí v čaji a osladí ho. Zemiak ani list papiera sladké nie sú a vo vode sa nerozpustia. A predsa sú všetky tri zo sacharidov. Cukor je sacharóza, v zemiaku je škrob a papier je z celulózy. Starší názov sacharidov je uhľohydráty (cukry): ich vzorec sa dá zapísať ako uhlík a voda, napríklad glukóza C₆H₁₂O₆ ako C₆(H₂O)₆. Vodu však v sebe nemajú, vodík a kyslík sú v molekule viazané v skupinách −OH a v karbonylovej skupine.
teória
Fotosyntéza
Takmer všetky sacharidy na Zemi vyrobili rastliny. Zelené listy prijímajú zo vzduchu oxid uhličitý a z koreňov vodu a pomocou energie svetla z nich vyrábajú glukózu. Pri tom uvoľňujú kyslík. Tomuto deju sa hovorí fotosyntéza:
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ (svetlo, chlorofyl)
Svetlo zachytáva zelené farbivo chlorofyl. Energia svetla sa tak uloží do chemických väzieb glukózy. Z glukózy si rastlina potom vyrába škrob, celulózu aj ďalšie látky. Opačný dej, pri ktorom bunky glukózu s kyslíkom spaľujú na oxid uhličitý a vodu a získavajú z nej energiu, je bunkové dýchanie. Prebieha v rastlinách aj v tvojom tele.
Koeficienty v rovnici udávajú pomer látkových množstiev: na jednu molekulu glukózy rastlina spotrebuje šesť molekúl CO₂ a šesť molekúl vody a uvoľní šesť molekúl kyslíka. Ako sa z rovnice počíta, ukazuje lekcia Výpočty z chemickej rovnice.
teória
Monosacharidy
Najjednoduchšie sacharidy sa volajú monosacharidy. Sú to biele kryštalické látky, ktoré sa dobre rozpúšťajú vo vode a sú sladké.
- Glukóza (hroznový cukor) C₆H₁₂O₆ je najdôležitejší sacharid. Je v sladkom ovocí a v mede a krv ju rozváža do všetkých buniek ako palivo. V litri krvi zdravého človeka je necelý gram glukózy, hladinu udržiava hormón inzulín.
- Fruktóza (ovocný cukor) C₆H₁₂O₆ je v ovocí a v mede a je najsladší prírodný cukor.
Glukóza aj fruktóza majú rovnaký molekulový vzorec, no inak usporiadané atómy. Sú to izoméry.
teória
Disacharidy
Dva monosacharidy sa môžu spojiť do disacharidu. Pri spojení sa uvoľní molekula vody:
- sacharóza (repný alebo trstinový cukor) z glukózy a fruktózy je bežný kryštálový cukor. Na Slovensku sa vyrába z cukrovej repy,
- laktóza (mliečny cukor) z glukózy a galaktózy je len v mlieku a mliečnych výrobkoch,
- maltóza (sladový cukor) z dvoch glukóz vzniká pri klíčení obilia a pri trávení škrobu.
Disacharidy sú tiež sladké a rozpustné vo vode. V tele sa najprv rozštiepia na monosacharidy a až tie prejdú do krvi.
vyskúšaj si
Sacharid a kde ho nájdeš
Ku každému sacharidu priraď, kde ho nájdeš.
0 / 0sacharid
kde ho nájdeš
teória
Polysacharidy
Polysacharidy sú dlhé reťazce zo stoviek až tisícok molekúl glukózy. Nie sú sladké a vo vode sa takmer nerozpúšťajú.
- Škrob je zásoba energie rastlín. Je v zemiakoch, obilí, ryži a strukovinách. V horúcej vode napučí, preto zahustí puding a vyrába sa z neho škrobové lepidlo.
- Celulóza tvorí steny rastlinných buniek. Drevo je zhruba z polovice celulóza, bavlna takmer celá. Človek celulózu nestrávi, v potrave je to vláknina, ktorá pomáha tráveniu.
- Glykogén je zásobný polysacharid živočíchov aj človeka. Je uložený v pečeni a vo svaloch. Keď glukózy v krvi ubudne, pečeň ju z glykogénu rýchlo uvoľní.
Z celulózy sa vyrábajú aj ďalšie látky. Keď sa celulóza nechá zreagovať s kyselinou dusičnou, vznikne nitrocelulóza, ktorá horí v jedinom záblesku. Ukazuje to pokus Horenie nitrocelulózy.
teória
Dôkaz sacharidov
Sacharidy sa v potravinách dajú dokázať dvoma jednoduchými skúškami:
- Jódová skúška dokazuje škrob. Po kvapke roztoku jódu sa škrob zafarbí tmavomodro až čierno. Z rozkrojeného zemiaka sa stane modročierny, jablko zostane hnedožlté. Škrob ako ukazovateľ jódu využíva aj pokus Jódové hodiny.
- Fehlingova skúška dokazuje redukujúce cukry, napríklad glukózu, fruktózu, maltózu a laktózu. Modrý Fehlingov roztok sa s nimi po zahriatí zmení na tehlovočervenú zrazeninu oxidu meďného Cu₂O. Sacharóza nereaguje. Pozri si pokusy Fehlingova skúška a Benediktovo činidlo, v ktorom farba prezradí aj to, koľko cukru roztok obsahuje.
Prečo glukóza Fehlingov roztok zredukuje, vysvetľuje lekcia Aldehydy a ketóny: glukóza má aldehydovú skupinu. Obe skúšky si teraz vyskúšaj na potravinách.
vyskúšaj si
Laboratórium potravín
Skúška
Potravina
jódová skúška: zemiakový škrob
Zemiakový škrob: tmavomodrá až čierna. Skúška je kladná, vzorka obsahuje škrob. Obsahuje škrob.
| potravina | škrob | redukujúce cukry |
|---|---|---|
| zemiakový škrob | ? | ? |
| želatína | ? | ? |
| jablkový džús | ? | ? |
| med | ? | ? |
| kryštálový cukor | ? | ? |
| vaječný bielok | ? | ? |
| mlieko | ? | ? |
| slnečnicový olej | ? | ? |
Neznáma vzorka: sprav na nej skúšky a urči, čo to je.
0 / 0Najprv urob na neznámej vzorke obe skúšky a výsledky porovnaj s tabuľkou potravín. Pozor na med a jablkový džús: obe dávajú rovnaké výsledky, lebo obsahujú glukózu aj fruktózu. Kryštálový cukor neprejde ani jednou skúškou, hoci je to sacharid.
teória
Sacharidy ako zdroj energie
Sacharidy sú pre telo hlavným zdrojom energie. Jeden gram sacharidov dodá asi 17 kJ. Škrob z chleba, zemiakov a cestovín telo rozloží na glukózu postupne, a tak dodáva energiu dlhšie. Sladkosti a sladené nápoje zvýšia hladinu glukózy v krvi rýchlo. Čo telo hneď nespotrebuje, uloží do glykogénu a nadbytok premení na tuk.
Cukry škodia aj zubom. Baktérie v ústach ich premieňajú na kyseliny a tie rozpúšťajú zubnú sklovinu. Ako kyselina sírová dokáže z cukru vytrhnúť vodík a kyslík a nechať po ňom čierny uhlík, ukazuje pokus Cukor a kyselina sírová.
Aldózy a ketózy
Z chemického hľadiska sú monosacharidy polyhydroxyaldehydy alebo polyhydroxyketóny: majú viac skupín −OH a jednu karbonylovú skupinu. Ak je karbonyl na konci reťazca ako aldehydová skupina −CHO, ide o aldózu, ak je vnútri reťazca, o ketózu. Podľa počtu uhlíkov sa monosacharidy volajú triózy (3 C), pentózy (5 C) a hexózy (6 C):
| monosacharid | počet uhlíkov | aldóza alebo ketóza | kde je |
|---|---|---|---|
| glyceraldehyd | 3 | aldotrióza | medziprodukt rozkladu glukózy |
| ribóza | 5 | aldopentóza | RNA, ATP |
| deoxyribóza | 5 | aldopentóza | DNA |
| glukóza | 6 | aldohexóza | krv, škrob, celulóza |
| fruktóza | 6 | ketohexóza | ovocie, med, sacharóza |
| galaktóza | 6 | aldohexóza | laktóza |
Fischerove vzorce a chirálny uhlík
Uhlík, na ktorý sú naviazané štyri rôzne skupiny, sa volá chirálny uhlík. Molekula s ním má dve podoby, ktoré sú svojimi zrkadlovými obrazmi ako ľavá a pravá ruka, ako ukazuje lekcia Izoméria. Monosacharidy sa kreslia Fischerovým vzorcom: reťazec zvislo, karbonylová skupina hore, skupiny −OH a −H vodorovne doľava alebo doprava.
D-glyceraldehyd D-glukóza D-fruktóza
CHO CHO CH₂OH
| | |
H − C − OH H − C − OH C = O
| | |
CH₂OH HO − C − H HO − C − H
| |
H − C − OH H − C − OH
| |
H − C − OH H − C − OH
| |
CH₂OH CH₂OHGlukóza má v otvorenom reťazci štyri chirálne uhlíky (C2 až C5), a preto existuje 2⁴ = 16 aldohexóz. O tom, či je cukor D alebo L, rozhoduje chirálny uhlík najďalej od karbonylovej skupiny: ak má skupinu −OH vpravo, je to D-cukor. V prírode prevažujú D-cukry.
Cyklická forma a glykozidová väzba
Aldehydová skupina glukózy reaguje so skupinou −OH na uhlíku C5 tej istej molekuly a vznikne šesťčlenný kruh. Z karbonylovej skupiny sa stane poloacetálová skupina −OH na uhlíku C1, ktorá môže smerovať pod rovinu kruhu (α-glukóza) alebo nad ňu (β-glukóza). Vo vodnom roztoku je glukóza takmer celá v kruhovej forme, otvorenej je menej ako percento. Rovnako reaguje aldehyd s alkoholom v lekcii Aldehydy a ketóny.
Poloacetálová skupina −OH jedného monosacharidu sa spojí so skupinou −OH druhého a uvoľní sa voda. Vznikne glykozidová väzba cez atóm kyslíka. Ak v disacharide zostane jedna poloacetálová skupina voľná, kruh sa môže otvoriť a cukor zredukuje Fehlingov roztok: je redukujúci (maltóza, laktóza). V sacharóze je uhlík C1 glukózy spojený s uhlíkom C2 fruktózy, obe poloacetálové skupiny sú vo väzbe, a preto je sacharóza neredukujúca. Pozitívnu skúšku dá až po rozštiepení kyselinou na glukózu a fruktózu, takému roztoku sa hovorí invertný cukor.
Škrob, celulóza a glykogén
Škrob je zmes dvoch polysacharidov z α-glukózy. Amylóza je nerozvetvený reťazec stočený do špirály (väzby α-1,4), do ktorej sa vkladajú molekuly jódu a vznikne tmavomodré sfarbenie. Amylopektín je rozvetvený, vetvy sa pripájajú väzbami α-1,6. Glykogén je stavaný ako amylopektín, len je rozvetvený ešte viac, a tak z neho telo vie glukózu uvoľniť naraz z mnohých koncov.
Celulóza je nerozvetvený reťazec z β-glukózy (väzby β-1,4). Reťazce sú rovné, ležia tesne vedľa seba a spája ich množstvo vodíkových väzieb. Preto je celulóza pevná a nerozpustná. Enzým, ktorý by väzby β štiepil, človek nemá.
Laktózu štiepi v čreve enzým laktáza. Ľuďom, ktorým jej po detstve ubudne, prechádza laktóza do hrubého čreva, kde ju rozkladajú baktérie a vznikajú plyny. Hovorí sa tomu intolerancia laktózy.
Mliečne kvasenie
Bez prístupu kyslíka niektoré baktérie premieňajú glukózu na kyselinu mliečnu:
C₆H₁₂O₆ → 2 CH₃−CH(OH)−COOH
Mliečnym kvasením vzniká jogurt, kyslá smotana, kyslá kapusta aj siláž pre dobytok. Kyselina mliečna zabraňuje rastu baktérií, ktoré by potravinu pokazili. Kyselina mliečna vzniká aj vo svaloch pri veľkej námahe, keď nestíhajú dostávať kyslík. Druhý druh kvasenia, alkoholové kvasenie, ukazuje lekcia Alkoholy.
rozšírenie Prečo krava strávi trávu a my nie
Tráva je z veľkej časti celulóza. Krava, ovca aj koza ju dokážu zjesť a získať z nej energiu, človek nie. Prežúvavce však celulózu nestrávia samy. V ich prvom žalúdku, bachore, žijú miliardy baktérií a jednobunkových organizmov, ktoré enzým celulázu majú. Rozložia celulózu na glukózu a tú hneď premenia na mastné kyseliny, z ktorých krava žije. Pri tom vzniká aj metán, ktorý krava vypúšťa do vzduchu. Potravu prežúva znova a znova, aby baktérie mali čo najmenšie kúsky.
Podobných pomocníkov majú v čreve termity, preto dokážu jesť drevo. Človek celulózu nestrávi, no ako vláknina je potrebná: zväčšuje objem potravy, pomáha činnosti čriev a živí užitočné baktérie v hrubom čreve.
teória
Časté chyby
- „Všetky sacharidy sú sladké.“ Sladké sú monosacharidy a disacharidy. Škrob, celulóza a glykogén sladké nie sú, hoci sú tiež zo sacharidov.
- „Kryštálový cukor dáva pozitívnu Fehlingovu skúšku.“ Sacharóza je neredukujúci cukor a Fehlingov roztok zostane modrý. Pozitívnu skúšku dávajú glukóza, fruktóza, maltóza a laktóza.
- „Glukóza a fruktóza majú rôzne vzorce.“ Obe majú molekulový vzorec C₆H₁₂O₆. Líšia sa usporiadaním atómov, sú to izoméry.
- „Sacharidy obsahujú vodu.“ Názov uhľohydráty je historický. V molekule nie sú molekuly vody, vodík a kyslík sú viazané v skupinách −OH a v karbonylovej skupine.
- „Rastliny pri fotosyntéze vyrábajú kyslík z oxidu uhličitého.“ Uvoľnený kyslík pochádza z molekúl vody. Uhlík z CO₂ sa zabuduje do glukózy.
Druhou veľkou skupinou živín sú tuky a oleje, ktorým sa venuje ďalšia lekcia Lipidy.