Глюкоза - удивительное вещество, которое играет важнейшую роль в организме человека и животных. Давайте поговорим о ее уникальных свойствах.
Строение и свойства глюкозы
Глюкоза имеет молекулярную формулу C6H12O6. В свободном состоянии она может находиться в линейной и двух циклических формах - α и β модификациях. Циклические формы образуются за счет замыкания углеродного скелета в шестичленное кольцо.
Глюкоза обладает сладким вкусом, хорошо растворима в воде, имеет оптическую активность и способность к мутаротации в растворах.
При растворении кристаллической глюкозы в воде происходит постепенное установление равновесия между α и β формами с вращением плоскости поляризованного света. Это явление называется мутаротацией. В итоге удельное вращение раствора глюкозы составляет +52,7°:
- Глюкоза не имеет запаха
- Бесцветные кристаллы или порошок
- Плотность 1,562 г/см3
- Хорошо растворяется в воде и спиртах
- Температура плавления от 83°C до 150°C в зависимости от формы
- Вступает в реакции этерификации и окисления
- Является восстановителем в реакциях с солями металлов
- Образует сложные эфиры и гликозиды
- При гидролизе распадается до глюкозы и фруктозы (для дисахаридов)
- Входит в состав полисахаридов: крахмала, гликогена, целлюлозы
Получение и применение
Молярная масса глюкозы равна 180 г/моль. Это означает, что 180 грамм глюкозы содержит 1 моль молекул C6H12O6.
В промышленных масштабах глюкоза получается путем кислотного или ферментативного гидролиза крахмала, содержащегося в злаках, картофеле, кукурузе. При этом происходит расщепление полисахаридов крахмала до глюкозы с образованием раствора - глюкозного сиропа.
| Способ гидролиза крахмала | Преимущества | Недостатки |
| Кислотный |
|
|
| Ферментативный |
|
|
Конечный продукт гидролиза представляет собой глюкозные сиропы и твердые кристаллы глюкозы, которые находят широкое применение.
В медицине применяют растворы глюкозы для восполнения потерь жидкости и энергии. Она используется при сердечной недостаточности, шоке, отравлениях. Также глюкоза - исходное сырье для получения витамина C.
В пищевой промышленности глюкозные сиропы служат подсластителями и заменителями сахарозы в производстве кондитерских изделий, напитков.
Брожение глюкозы микроорганизмами используется в биотехнологии для получения этанола, кислот и других ценных метаболитов.
Метаболизм глюкозы
Основная функция глюкозы в живых организмах - источник энергии для клеток. При расщеплении одной молекулы глюкозы с молярной массой 180 г/моль выделяется 2870 кДж энергии в виде АТФ.
В процессе гликолиза глюкоза превращается в пируват с образованием 2 молекул АТФ на 1 молекулу. Далее пируват окисляется в цикле Кребса с выделением еще 30 молекул АТФ. Таким образом, полное окисление глюкозы дает 32 молекулы АТФ.
Биосинтез глюкозы
У растений глюкоза образуется в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды под действием солнечного света. У животных и человека синтез глюкозы происходит в печени в ходе глюконеогенеза из неуглеводных предшественников - пирувата, лактата, глицерина и некоторых аминокислот.
Накопление глюкозы
Избыток глюкозы запасается животными и человеком в виде гликогена в печени и мышцах. У растений функцию депо выполняет крахмал. В свободном виде глюкоза содержится в соке растений, фруктах, меде (до 40%), а также в крови человека и животных (0,1%).
Производные глюкозы
На основе глюкозы биосинтезируется множество важнейших соединений и биополимеров. Например, пентозы для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот, аминокислоты, жирные кислоты, гликопротеины и гликозаминогликаны.
Перспективы использования глюкозы
Глубокое понимание роли глюкозы в обменных процессах позволяет расширить области ее применения. В числе перспектив: создание биоразлагаемых полимеров на основе производных глюкозы, использование в качестве альтернативного источника энергии.
