Углеводы и белки

Углеводы и белки вместе с жирами — главные вещества пищи и живых организмов. Углеводы дают энергию и служат строительным материалом растений, белки выполняют в клетке почти все функции. Их строение и свойства изучают на стыке химии и биологии.

Глюкоза

Глюкоза \(\ce{C6H12O6}\) — сладкое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Она образуется в зелёных листьях при фотосинтезе и служит главным источником энергии для клеток: при дыхании глюкоза окисляется до углекислого газа и воды. Раствор глюкозы с гидроксидом меди(II) даёт ярко-синее окрашивание.

\[ \ce{6CO2 + 6H2O ->[\text{свет, хлорофилл}] C6H12O6 + 6O2}, \qquad \ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O} \]

Сахароза

Сахароза \(\ce{C12H22O11}\) — обычный сахар, который получают из сахарной свёклы и сахарного тростника. В кислой среде или под действием ферментов сахароза распадается на глюкозу и фруктозу; такую реакцию с участием воды называют гидролизом.

Крахмал

Крахмал \((\ce{C6H10O5})_n\) — природный полимер, молекулы которого построены из остатков глюкозы. Это запасное вещество растений: его много в клубнях картофеля, в зёрнах пшеницы, риса, кукурузы. При переваривании крахмал гидролизуется до глюкозы. Крахмал узнают по синему окрашиванию с раствором иода: капля иода на срезе картофеля синеет.

Целлюлоза

Целлюлоза имеет ту же формулу \((\ce{C6H10O5})_n\), что и крахмал, но её цепи построены иначе, поэтому свойства у неё другие. Целлюлоза — основной материал клеточных стенок растений: вата и хлопок почти целиком состоят из неё, а древесина — наполовину. Из целлюлозы делают бумагу и ткани. Человек не может переварить целлюлозу, но растительная клетчатка нужна для работы кишечника.

Белки и аминокислоты

Аминокислоты — органические вещества, молекулы которых содержат две функциональные группы: аминогруппу \(\ce{-NH2}\) и карбоксильную группу \(\ce{-COOH}\). Простейшая из них — глицин \(\ce{NH2-CH2-COOH}\). Белки — природные полимеры, построенные из остатков двадцати видов аминокислот, соединённых в длинные цепи. Белки строят клетки и ткани, ускоряют реакции в организме (ферменты), переносят вещества (гемоглобин переносит кислород), защищают от инфекций (антитела), регулируют работу организма (гормон инсулин).

Денатурация белка

Молекула белка свёрнута в пространстве строго определённым образом, и от этого зависит его работа. При нагревании, под действием кислот, щелочей, спирта, солей тяжёлых металлов эта структура разрушается. Разрушение природной структуры белка называют денатурация белка. Так белок куриного яйца при варке становится белым и твёрдым. Соли тяжёлых металлов (свинца, ртути, меди) ядовиты именно потому, что денатурируют белки организма; при таком отравлении пострадавшему дают молоко или сырой яичный белок, которые связывают соли металла.

Качественные реакции на белки

Существует несколько качественных реакций на белки. Концентрированная азотная кислота окрашивает белки в жёлтый цвет; поэтому попавшая на кожу азотная кислота оставляет жёлтые пятна. В щелочной среде с солями меди(II) белок даёт фиолетовое окрашивание. А при горении белок пахнет жжёными перьями: так шерсть и натуральный шёлк отличают от хлопка и синтетики.