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. Moim zadaniem jest uświadomienie tego wszystkiego. Oto wszystkie ważne i mniej ważne informacje o cukrach.
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 1). Natomiast pewne popularne związki nie będące cukrami, jak na przykład kwas octowy 2 czy kwas mlekowy 3, mają wzory sumaryczne odpowiadające wzorowi węglowodanu. Lepiej więc pozostać przy nazwie cukry lub sacharydy. Tak więc „sacharydy” są związkami organicznymi w skład których wchodzą związki węgla, wodoru i tlenu, których 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.
Cukry powstają w przyrodzie w zielonych częściach roślin z dwutlenku węgla i wody w procesie fotosyntezy. Wytwarzane w ten sposób związki stanowią główny materiał budulcowy i zapasowy organizmów roślinnych, stanowią ok 80% suchej masy roślin. Zawartość cukrów w organizmach zwierzęcych jest znacznie mniejsza i wynosi ok. 2% ich suchek masy. Z tego względu syntezowane przez rośliny cukry są ważnymi substancjami pokarmowymi dla organizmów zwierzęcych.
Ze względu na budowę wyróżniamy: Cukry proste - monosacharydy (jednocukry: glukoza, fruktoza, galaktoza i mannoza.) - są proste w budowie i stanowią podstawowy składnik węglowodanów. Cukry złożone które dzielą się jeszcze na: Dwucukry - disacharydy (dwucukry) - Składają się z dwóch jednocukrów. Przykładami dwucukrów są cukier kuchenny (sacharoza), który zbudowany jest z fruktozy i glukozy cukier mleczny (laktoza), która składa się z galaktozy i glukozy, a także maltoza składająca się z dwóch cząsteczek glukozy, oraz celobioza składająca się z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem b-glikozydowym.. Wielocukry - polisacharydy - W skład wielocukrów wchodzi wiele jednocukrów. Przykładem może tu być skrobia (chleb, owoce, ziarno, makaron, ryż) także celuloza.
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. Niewielka różnica w strukturze sprawia, że tworzą inne reakcje chemiczne. Dwucukier, np. sacharoza (dwa cukry połączone ze sobą wiązaniem glikozydowym, glukoza + fruktoza = sacharoza). W białkach - wiązanie peptydowe, w cukrach - glikozydowe. Trawienie cukrów prostych: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + energia. Trawienie dwucukrów - hydroliza przy użyciu enzymów do cukrów prostych: C12H22O11 (sacharoza) + H2O (pod wpływem enzymów) = C6H12O6 + C6H12O6 (glukoza + fruktoza).

- 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
Jest podstawowym źródłem energii w organizmach zwierzęcych. Jest rozprowadzana prze krew do komórek, gdzie ulega wieloetapowym przemianom. W końcowym etapie, wskutek doprowadzania dostatecznie dużej ilości tlenu, nastepuje jej całkowite utlenianie i wydzielanie bardzo dużej ilości energii. Dzięki tej energii komórki wykonują pracę i organizm prawidłowo funkcjonuje. Jeśli organizm jest niedotleniony, nie następuje utlenienie glukozy, nie wydziela się energia komórki i nie wykonuje pracy- organizm odczuwa zmęczenie.
Równanie reakcji biologicznego utleniania glukozy jest następujące:
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + energia
- Fruktoza to cukier owocowy. Zawarta jest w miodzie i owocach. 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 - cukier trzcinowy lub buraczany. Jest powszechnie używany do słodzenia napojów i potraw.
- Laktoza- cukier zawarty w mleku.
- Maltoza- cukier słodowy (słód zawarty jest w ziarnach zbóż jęczmienia)
- 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. Ludzie nie mają enzymów umożliwiających trawienie celulozy, jest ona jednak niezbędnym elementem pożywienia, jako tzw. składnik włókna w diecie, ułatwiającego właściwe funkcjonowanie przewodu pokarmowego. Celuloza stosuje się w papiernictwie, jedwabie sztucznym, lakierach.
Celuloza, pektyny, hemicelulozy, lignina, gumy i śluzy stanowią tzw. błonnik. Nie jest on trawiony w przewodzie pokarmowym człowieka ze względu na brak odpowiednich enzymów. Ma bardzo duże znaczenie, choć nie pełni funkcji odżywczej. Usprawnia perystaltykę jelit, dzięki czemu zapobiega zaleganiu pokarmu i jego gniciu. Ma także zdolność wiązania wody, zwiększa więc objętość kału zapobiegając nowotworom jelita grubego. Absorbuje na swojej powierzchni cholesterol, działając przeciw-miażdżycowo. Błonnik jest też pożywką dla bakterii symbiotycznych żyjących głównie w jelicie grubym. Bakterie te są źródłem cennych witamin, aminokwasów i hormonów.
Funkcje węglowodanów: węglowodany spełniają w organizmach następujące funkcje:
zapasowe – podczas wieloetapowego spalania 1 g glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kJ energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt glikogen.
transportowa – u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt glukoza.
budulcowe. Wchodzą w skład DNA i RNA.
Ważne funkcje w funkcjonowaniu organizmów spełniają także pochodne węglowodanów.
Właściowści cukrów:
- są to substancie stałe o budowie krystalicznej np. sacharoza lub bezpostaciowej np. celuloza
- słodki smak np. glukoza lub bez samku np. celuloza
- dobrze rozpuszczalne w wodzie
- nierozpuszczalne w węglowodorach
- ulegają rozkładowitermicznemu dając węgiel i wodę stąd nazwa węglowodany
- ulegają fermentacji alkoholowej, która polega na powstawaniu z monocukru przy udziale drożdży alkoholu etylowego.
Węglowodany powinny stanowić w przybliżeniu 60% zapotrzebowania kalorycznego. Dlatego, przeliczając to na 3000 kalorii dziennego zapotrzebowania równa się to 1800 kaloriom otrzymanym z węglowodanów.
Jeśli ilość dostarczanych węglowodanów jest niewystarczająca, organizm zaczyna zużywać białko jako substrat energetyczny, nawet do tego stopnia, że spalane są tkanki mięśni w tym celu.
Cukier jest wchłaniany do krwiobiegu w przeciągu minut. Spożycie dużej ilości cukru zaraz przed wysiłkiem może nawet uniemożliwić jego wykonanie. Dochodzi wtedy do ogromnego wzrost stężenia cukru we krwi. To z kolei zmusza trzustkę do wydzielenia dużych ilości insuliny, która jest potrzebna do metabolizmu cukru. Cała ta insulina hamuje metabolizm tłuszczu w mięśniach. Dlatego mięśnie zaczynają wykorzystywać glikogen, który jest w ograniczonym zapasie. Insulina prowadzi do zmniejszenia poziomu cukru we krwi, który i tak został już obniżony poprzez mięśnie wykorzystujące glikogen do produkcji energii. W końcu dochodzi do sytuacji, kiedy stężenie cukru we krwi jest na tyle niskie, że powoduje nie tylko zmęczenie, ale nawet zawroty głowy.
Cukrzyca, przewlekła choroba przemiany materii (moczówka cukrowa) dotycząca pierwotnie metabolizmu węglowodanów, a wtórnie tłuszczów i białek. Zaburzenie przemiany węglowodanowej wskutek upośledzenia czynności wydzielniczej wysp trzustkowych wytwarzających insulinę; leczenie gł. przez odpowiednią dietę i podawanie insuliny lub doustnych środków przeciwcukrzycowych.
Zawartość węglowodanów w pożywieniu jest konieczna do prawidłowego przetwarzania tłuszczów, lecz ich nadmiar prowadzi do otyłości.