4.8 Sljedeća jedinica Disaharidi
4.7

Monosaharidi

Moći ću:
  • opisati i objasniti fizikalna i kemijska svojstva glukoze i fruktoze
  • objasniti razliku između glukoze i fruktoze koristeći molekulsku i strukturnu formulu
  • pokusom dokazati reducirajući šećer u tvarima prirodnog podrijetla.

Uvod

Kukuruzni sirup

Kukuruzni sirup koristi se u proizvodnji velikog broja prehrambenih proizvoda jer je slađi i jeftiniji od običnog šećera.

Dobiva se od kukuruznog škroba, a u svojem sastavu sadrži glukozu i fruktozu.

Za proizvodnju ovog sirupa koriste se još i krumpir, pšenica i riža.

Pročitajte etiketu s boce Coca-Cole.

U 100 g toga popularnog pića nalazi se 11,2 g šećera (glukoza i fruktoza).

Koliko se šećera nalazi u jednoj litri Coca-Cole? Razgovarajte o tome s prijateljima u razredu.

Uvod

Kukuruzni sirup koristi se u proizvodnji velikog broja raznih prehrambenih proizvoda jer je slađi i jeftiniji od običnog šećera. Dobiva se od kukuruznog škroba, a u svojem sastavu sadrži glukozu i fruktozu. Za proizvodnju ovog sirupa koriste se još i krumpir, pšenica i riža.

Pročitajte etiketu s boce Coca-Cole. U 100 g toga popularnog pića nalazi se 11,2 g šećera (glukoza i fruktoza). Koliko se šećera
nalazi u 2 L Coca-Cole? Razgovarajte o tome s prijateljima u razredu.

Fotografija prikazuje kukuruzni sirup, gustu tekućinu zlatnožute boje.
Kukuruzni sirup

Otkriće glukoznog sirupa pripisuje se ruskom kemičaru Gottliebu Kirchhoffu početkom 19. stoljeća. On je opazio da se krumpirov škrob pretvara u slatke kristale i viskozni sirup ako se izloži povišenoj temperaturi i djelovanju sumporne kiseline.

Što su ugljikohidrati?

Ugljikohidrati su organski spojevi sastavljeni od ugljika, vodika i kisika.

U njima je omjer vodika i kisika isti kao u vodi.

Jednostavne ugljikohidrate često još nazivamo šećeri ili saharidi (lat. saccharum = sladak).

Mnogi ugljikohidrati u imenu imaju nastavak -oza.

Molekula najmanjeg ugljikohidrata ima tri ugljikova atoma.

Složene molekule imaju u svojem sastavu više tisuća ugljikovih atoma.

Prema broju ugljikovih atoma u molekuli općenito ime ugljikohidrata jest: trioza (3), tetroza (4), pentoza (5), heksoza (6), itd.

Što su ugljikohidrati?

Ugljikohidrati su organski spojevi sastavljeni od ugljika, vodika i kisika, u kojima je omjer vodika i kisika isti kao u vodi. Naziv ove skupine spojeva potječe iz 19. stoljeća i premda danas znamo više o strukturi i svojstvima tih spojeva, naziv se održao.

Jednostavne ugljikohidrate često još nazivamo šećeri ili saharidi (lat. saccharum = sladak). Mnogi ugljikohidrati imaju trivijalna imena, ali većina ih u nazivu ima nastavak -oza.

Molekula najmanjeg ugljikohidrata ima tri ugljikova atoma, a složene molekule imaju u svojem sastavu više tisuća ugljikovih atoma. Prema broju ugljikovih atoma u molekuli, koristeći grčke riječi za brojeve 3, 4, 5, 6 itd., općenito ime ugljikohidrata monosaharida jest: trioza, tetroza, pentoza, heksoza itd.

Napomena: Treba imati na umu da se nazivi “ugljikohidrati” i “ugljikovodici” ne odnose na iste organske spojeve. Iako su to sasvim različiti spojevi, sličnost riječi koje ih opisuju na našem jeziku kod nepažljivih učenika mogu dovesti do zabune. Za usporedbu, u engleskom se jeziku za ugljikohidrate koriste riječ carbohydrates, a hydrocarbons za ugljikovodike.

Fotografija prikazuje model molekule gliceraldehida (trioza), najmanje molekule ugljikohidrata načinjene od kuglica štapića. Tri atoma ugljika prikazana su kuglicama sive boje. Na njih se nadovezuje šest atoma vodika koji su prikazani kuglicama bijele boje i tri atoma kisika koji su prikazani kuglicama crvene boje.
Model molekule gliceraldehida (trioza) – najmanja molekula ugljikohidrata načinjena od kuglica i štapića

Na temelju razlike u građi ugljikohidate možemo podijeliti u tri skupine.

Tablica 1. Podjela ugljikohidrata
ime skupine MONOSAHARIDI DISAHARIDI POLISAHARIDI
opis Jednostavni spojevi s 3 do 9 ugljikovih atoma; glavna funkcijska skupina jest aldehidna ili keto skupina; ostali ugljikovi atomi nose jednu hidroksilnu skupinu. Složeniji ugljikohidrati, sastavljeni od 2 monosaharida; možemo ih rastaviti na monosaharide. Makromolekule koje u svojemu sastavu imaju tisuće monosaharida povezanih u lančanu ili neku drugu posebnu strukturu.
opća formula \ce{C_{n}H_{2n}O_{n}} \ce{C_{n}H_{2n}O_{n}} \ce{(C6H10O5)_n}
primjeri gliceraldehid
riboza, deoksiriboza
glukoza, fruktoza		 laktoza
maltoza
saharoza		 glikogen
škrob, celuloza
inulin

U imenovanju ugljikohidrata predmetak (prefiks) “mono-” znači jedan, što govori da su monosaharidi ugljikohidrati čije se molekule ne mogu rastaviti na jednostavnije ugljikohidrate.

Predmetak “di-” znači dva pa su prema tome disaharidi građeni od dviju molekula monosaharida.

Predmetak “poli-” znači mnogo, stoga su polisaharidi ugljikohidrati sastavljeni od mnogo molekula monosaharida.

Monosaharidi

Monosaharidi su jednostavni ugljikohidrati koji u svojoj građi imaju od tri do devet ugljikovih atoma. Molekula monosaharida u svojoj strukturi sadrži aldehidnu ili keto skupinu, te hidroksilne skupine.

U prirodi su najzastupljeniji monosaharidi sa šest ugljikovih atoma (heksoze): glukoza i fruktoza.

Glukoza, \ce{C6H12O6}

Glukoza je najpoznatiji je monosahrid. U molekuli glukoze nalazi se jedna adehidna skupina i još pet hidroksilnih skupina.

Model prikazuje molekulu glukoze u lančanom obliku. Crnim kuglicama prikazano je 6 atoma ugljika, crvenom 6 atoma kisika, a bijelom 12 atoma vodika.
Model lančaste strukture molekule glukoze načinjen od kuglica i štapića

Glukoza, ( \ce{C6H12O6 } ), čvrsta je kristalna bijela tvar, slatkog okusa, topljiva je u vodi.

Glukoza je izvor energije za organizam.

Ona se nalazi u: voću, nektaru cvijeća, medu i u krvi sisavaca.

Zato je nazivamo još i grožđani šećer i krvni šećer.

Pri otapanju glukoze u vodi dolazi do promjena u lančanoj strukturi molekule.

Od glukoze koja ima lančanu strukturu nastaje glukoza prstenaste strukture.

U vodenoj otopini glukoze može biti i lančanih i prstenastih molekula koje se stalno izmjenjuju.

Glukoza je čvrsta kristalna bijela tvar, slatkog okusa i topljiva je u vodi. Izvor je energije za organizam. Nalazi se u voću, nektaru cvijeća, medu i u krvi sisavaca. Zato se još zove i grožđani šećer te krvni šećer.

Pri otapanju glukoze u vodi dolazi do promjena u lančanoj strukturi molekule. Od glukoze s lančanom strukturom nastaje glukoza prstenaste strukture. U vodenoj otopini molekula glukoze može mijenjati svoj oblik iz lančane u prstenastu strukturu i obratno.

Slika prikazuje model molekule glukoze u prstenastoj formi. U sastavu prstena nalaze se pet atoma ugljika i jedan atom kisika.
Model molekule glukoze u prstenastoj strukturi načinjen od kuglica i štapića

U prirodi glukoza nastaje procesom fotosinteze.

Fotosinteza je proces proizvodnje hrane.

Da bi organizam mogao obavljati fotosintezu, u svojim stanicama mora imati kloroplaste.

Prvi organizmi koji su obavljali fotosintezu bile su cijanobakterije, a u evoluciji živoga svijeta kloroplaste nalazimo i u sastavu mnogih drugih organizama, većinom iz carstva protista i carstva biljaka.

Fotosinteza je vrlo složen biokemijski proces, ali jednostavno kažemo da fotozintezom iz vode i ugljikova dioksida nastaju glukoza i kisik.

\ce{6CO2(g)} + \ce{6H2O(l)} → \ce{C6H12O6(aq)} + \ce{6O2(g)}
↓ ↓ ↓      ↓
ugljikov dioksid + voda → glukoza + kisik

U prirodi glukoza nastaje procesom fotosinteze. Fotosinteza je drevni evolucijski proces proizvodnje hrane. Među prvim organizmima koji su obavljali fotosintezu su cijanobakterije, a u evoluciji živoga svijeta kloroplaste nalazimo još i u sastavu mnogih drugih organizama, većinom iz carstva protista i carstva biljaka.

Da bi organizam mogao obavljati fotosintezu, treba u svojim stanicama imati kloroplaste. Fotosinteza je vrlo složen biokemijski proces, a najjednostavnije kažemo da od vode i ugljikova dioksida nastaju glukoza i kisik.

\ce{6CO2(g) + 6H2O(l) ->[\textrm{Sunčeva energija}][\textrm{klorofil}] C6H12O6(aq) + 6O2(g)}
Slika prikazuje ilustraciju procesa fotosinteze u zelenom listu. Na početku lanca vidimo presjek zelenog lista s mnoštvom zelenih tjelešaca okruglog ili izduženog oblika. Među njima je i kloroplast u kojem se odvija fotosinteza. U nastavku su prikazane molekule klorofila, vode, kisika, vodika, ugljikova dioksida i glukoze., odnosno tvari koje sudjeluju u procesu fotosinteze. Središnja fotografija prikazuje grančicu trešnje s listovima i plodovima. Tri žute strelice usmjerene na list prikazuju ulogu sunčeve svjetlosti koja je neophodna za odvijanje procesa fotosinteze. Plava strelica usmjerena na peteljku pokazuje smjer iz kojega dolazi voda, isto tako potrebna za fotosintezu. Siva strelica usmjerena na list prikazuje ugljikov dioksid koji biljka uzima tijekom fotosinteze. Crvena strelica usmjerena prema zraku prikazuje kisik koji se oslobađa u tom procesu.

Više informacija o ovoj temi možete pronaći u jedinici 6.6 Biljke sa sjemenkom – ponavljanje u DOS-u Biologija 8.

Fruktoza

Fruktoza također ima molekulsku formulu C6H12O6, isto kao i glukoza, ali postoji razlika u strukturi molekule. Zato su glukoza i fruktoza strukturni izomeri.

Fruktoza,  \ce{C6H12O6}

Molekulska formula fruktoze također je \ce{C6H12O6} , kao i kod glukoze, ali postoji razlika u strukturi molekule. Zato su glukoza i fruktoza strukturni izomeri.

Molekula fruktoze ima jednu funkcijsku skupinu ketona i pet hidroksilnih skupina.

Fotografija prikazuje model molekule fruktoze načinjen od kuglica štapića. Šest atoma ugljika prikazano je crnim kuglicama, pet atoma kisika crvenim, a 12 atoma vodika bijelom bojom.
Model molekule fruktoze u prstenastoj strukturi načinjen od kuglica i štapića

Fruktoza je bijela čvrsta tvar, topljiva u vodi.

Fruktoza se bolje topi u vodi od glukoze, što se koristi u proizvodnji čokolade i smeđeg šećera.

Fruktoza se nalazi u voću i medu, stoga se još naziva voćni šećer.

Po okusu je fruktoza slađa od glukoze i saharoze pa se koristi u izradi niskokaloričnih namirnica.

Osoba osjeća isti slatki okus, ali u hrani dobiva manju količinu ugljikohidrata.

Zato je fruktoza prikladna za prehranu dijabetičara.

Fruktoza je bijela čvrsta tvar, topljiva u vodi. Fruktoza se bolje topi u vodi od glukoze. Osobina bolje topljivosti fruktoze u vodi koristi se u proizvodnji čokolade i smeđeg šećera.

Fruktoza se nalazi u voću i medu, stoga se još naziva voćni šećer. Po okusu je fruktoza slađa od glukoze i saharoze pa se koristi u izradi niskokaloričnih prehrambenih namirnica. Osoba osjeća isti slatki okus, ali u hrani dobiva manju količinu ugljikohidrata. Zato je fruktoza prikladna za prehranu dijabetičara.

Kako dokazati prisutnost glukoze u uzorku tvari?

Za dokazivanje glukoze u laboratorijskim uvjetima koristimo se karakterističnim testnim reakcijama. Postoji više takvih reakcija, a su neke od njih Trommerova rekacija, Fehlingova reakcija i Tollensova reakcija. Sve te reakcije temelje se na sposobnosti glukoze da reducira kation metala iz karakterističnog reagensa. Pri tome se glukoza oksidira u kiselinu.

Prikazana je Fehlingova reakcija za dokazivanje glukoze. U prvoj epruveti je tekućina intenzivne plave boje, reakcijska smjesa uzorka koji sadrži glukozu i Fehlingov reagens. Plava boja reakcijske smjese potječe od bakrova dvovalentnog iona. Druga epruveta prikazuje istu reakcijsku smjesu, ali nakon kraćeg zagrijavanja. Reakcijska smjesa mijenja boju iz plave u crvenosmeđu. Crvenosmeđa boja reakcijske smjese u drugoj epruveti posljedica je redukcije bakrovih dvovalentnih iona, u bakrove jednovalentne ione.
Fehlingova reakcija za dokazivanje glukoze

Lijeva epruveta sadrži reakcijsku smjesu uzorka koji sadrži glukozu i Fehlingov reagens. Plava boja reakcijske smjese potječe od bakrova dvovalentnog iona. Nakon kraćeg zagrijavanja reakcijska smjesa mijenja boju iz plave u crvenu. Crvenosmeđa boja reakcijske smjese u drugoj epruveti posljedica je redukcije bakrovih dvovalentnih iona, \ce{Cu^{2+}(aq)} , u bakrove jednovalentne ione, \ce{Cu^+ (aq)} . Istovremeno se glukoza oksidira u kiselinu.

Fruktoza će također pokazati pozitivnu promjenu boje reagensa u navedenim testnim reakcijama, ali nešto kasnije od glukoze. Ugljikohidrate koji mogu reducirati kation metala u navedenim testnim reakcijama nazivamo reducirajući šećeri.

Pokus

Dokazivanje glukoze Trommerovim reagensom

Više

Zbog sve veće populacije ljudi koji boluju od dijabetesa (šećerne bolesti) postoje razne trake za testiranje i aparatići za brzo mjerenje glukoze u urinu ili krvi čovjeka. Ti jednostavni testovi vrlo su pogodni za kućnu ili ambulantnu upotrebu, a izuzetno su važni za bolesnike.

Aparat i testna traka za određivanje količine glukoze u krvi. Kap krvi prisloni se uz testnu traku koja je upije. Za nekoliko sekunda na ekranu aparata može se očitati vrijednost količine glukoze u krvi. Aparat je iznimno važan za sve ljude koji boluju od dijabetesa.
Prikazani su aparat i testna traka za određivanje količine glukoze u krvi. Aparat je veličine polovice mobitela. Na vrhu ima utor u koji se umetne tanka i uska testna trakica koja je upila kapljicu krvi iz prsta. Nakon umetanja trakice u aparat, na zaslonu aparata očita se vrijednost količine glukoze u krvi.

Normalna količina glukoze u krvi jest od 3,8 do 6,9 mmol/L. Ako se kod osobe dva puta zaredom natašte utvrdi količina glukoze viša od 7,0 mmol/L, liječnik će dijagnosticirati dijabetes.

Za znatiželjne
Fotografija prikazuje čašu žutog voćnog soka.

Koliko ima šećera u jednoj čaši raznih sokova?

U današnjem načinu života i rada većina ljudi nema dovoljno vremena ili volje za kuhanje kvalitetne domaće hrane. Često se može vidjeti kako ljudi jedu na ulici putem do posla ili škole. Hrana koju se na taj način konzumira (“fast food”) bogata je ugljikohidratima i jedan je od značajnih uzroka poteškoća u zdravlju. Uz takvu hranu ljudi često piju različita bezalkoholna pića, vodu s različitim okusima i “voćne” sokove. Većina takvih napitka sadrži veliku količinu ugljikohidrata, a umjesto voća, okus daju umjetne arome.

Znatiželjni? Uzmite ambalažu raznih proizvoda koje ste navikli koristiti (jogurt, sokovi i sl.), pročitajte na etiketi proizvoda koliko ugljikohidrata ima u 100 g toga proizvoda. Izračunajte količinu ugljikohidrata u cijeloj boci proizvoda i pomnožite s brojem boca koje konzumirate. Iznenadit će vas količina šećera koju ste nesvjesno unijeli u svoj organizam.

Nekada je potrošnja šećera po osobi godišnje iznosila oko 20 čajnih žličica. Danas je to količina od 70 kg jer se kukuruzni sirup nalazi u mnogim proizvodima prehrambene industrije. Razgovarajte o tome s prijateljima u razredu. Kakve su vaše navike?

Potražite na mrežnim stranicama podatak o vremenu i brzini hodanja koji su potrebni da biste potrošili šećer iz jedne boce svog omiljenog napitka!

Na kraju…

Riješite interaktivni kviz i ponovite najvažnije spoznaje o glukozi i fruktozi.

Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.

Odaberite sve točne odgovore.

Označite monosaharide. Dva su odgovora točna.

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Koja je tvrdnja o glukozi točna?

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.

Odaberite sve točne odgovore.

Označite dvije točne tvrdnje o fotosintezi.

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Trommerov reagens kojim dokazujemo glukozu sastoji se od:

Netočno
Točno

Unesite odgovore na pripadajuća mjesta.

Dopunite rečenicu.

Šećer koji nalazimo u voću i medu nazivamo

šećer ili
.

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Izbacite uljeza.

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Prikazana je strukturna formula:

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Koja je tvrdnja o glukozi točna?

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Trommerov reagens kojim dokazujemo glukozu sastoji se od:

Netočno
Točno

Klikom odaberite jedan točan odgovor.

Odaberite točan odgovor.

Ako uzorak soka sadrži glukozu, u Trommerovoj testnoj reakciji pojavit će se crvenosmeđi talog zbog stvaranja:

Netočno
Točno
{{correctPercent}}%

Želite li pokušati ponovo?