Молекулярна структура на глюкоза

В това видео ще се запознаем с една от най-важните молекули в биологията – глюкозата. Понякога се нарича и декстроза. Названието декстроза е свързано с това, че формата на глюкоза, най-често срещана в природата, в разтвор леко се поляризира надясно. А "dextrа" означава дясно. По-често използваното название – глюкоза, означава сладък на гръцки. Ако помолиш някой твой приятел от Гърция да каже сладък, звучи като "лукос". Не го казвам перфектно, но прилича на глюкоза, защото думата идва от гръцки. Тя е изключително важна, защото по този начин енергията се съхранява и предава в биологичните системи. Когато се каже кръвна захар, се има предвид съдържанието на глюкоза. Когато хората говорят за кръвна захар, говорят за съдържанието на глюкоза. В процеса на фотосинтеза растенията използват слънчева енергия и я съхраняват под формата на глюкоза. Когато говорим за клетъчно дишане, говорим за използването на глюкоза при производството на АТФ. АТФ е молекулярната валута за енергия в тялото. Това е изключително важна молекула. Можем да създадем вериги от глюкоза, за да получим гликоген или скорбяла. Глюкозата и друга проста захар – фруктозата, образуват захарта, която използваме за готвене. Но дори и глюкозата сама по себе си е сладка. Да се запознаем с глюкозата като молекула. Тук е нарисувана като отворена верига. Имаме един, два, три, четири, пет, шест въглеродни атома. Затова химичната формула на глюкозата ще съдържа С с индекс 6. Колко водородни атома имаме? Имаме един, два, три, четири, пет, шест, седем, осем, девет, 10, 11, 12. Имаме 12 водородни атома. С6Н12. Колко кислородни атома имаме? Имаме един, два, три, четири, пет, шест кислородни атома. Може би забелязваш, че имаме шест въглеродни атома и 12 водородни. За всеки въглероден атом имаме два водородни. Това е същото отношение като това на водород към кислород във водата. Тук имаме 12 водородни атома и шест кислородни. Сега да разгледаме различните части на молекулата. Първият въглероден атом е част от карбонилна група. Когато въглеродът е свързан с двойна връзка към кислород, това е карбонилна група. Този въглерод е свързан с двойна връзка към кислород, но другата му връзка е с въглеродната верига тук. Четвъртата му връзка е с водород. Затова наричаме цялата група алдехидна. Наричаме това алдехидна група. Което прави цялата молекула алдехид. Ако една молекула съдържа алдехидна група, тя е алдехид. Когато глюкозата е в отворена форма, се счита за алдехид. И разбира се, тя има всички тези хидроксилни групи. Тези -ОН групи тук официално правят глюкозата и алкохол. Важно е да обърнем внимание на структурата. Имаме шест въглерода, един от тях е част от алдехидна група. Част от карбонилната група тук. А всеки от другите пет въглеродни атома е свързан с хидроксилна група. На структурната формула тук четири от хидроксилните групи са отдясно, а хидроксилната група при третия въглероден атом е отляво. Другите въглеродни връзки са с водород. Въглеродът обича да формира четири ковалентни връзки. Всеки от тези шест въглеродни атома е формирал четири ковалентни връзки. След като сме обяснили връзките в карбонилната група и с хидроксилните групи, всички останали връзки са с водород. Това е, когато сме нарисували глюкозата като отворена верига. Но често ще я видиш в цикличната ѝ форма. И трябва да помислим как се стига от тази до тази форма. Това, което съм нарисувал тук, е абсолютно същото като тази отворена верига, но съм започнал да я огъвам малко. За да можем да проследим процеса, ще номерираме въглеродните атоми. Това е въглеродният атом, част от карбонилната група Въглероден атом номер едно. Продължаваме да ги номерираме: две, три, четири, пет и това е въглероден атом номер шест. Причината да направя тази връзка тук толкова дебела, е за да покажа, че тя е по-близо до нас, сякаш излиза от екрана. Когато отиваме от втория към първия въглероден атом, връзката потъва в екрана. Когато отиваме от третия към четвъртия въглероден атом, връзката също потъва в екрана. Тази голяма дебела връзка е между въглероден атом три и две. Това е тази връзка тук. (показва на екрана отляво) А тази, която отива от втория към първия въглероден атом, е тази тук. Тази връзка (между три и четири), е тази връзка. Сега да спрем за малко, може да сложиш видеото на пауза, ако искаш, но се ориентирай. Представи си, че взимаме тази група и я завъртаме надясно, за да я сложим тук. Взимаме и този край и го огъваме назад, ето така, за да стигнем до тази форма. Сега С6 е завъртян ту отгоре, огънали сме веригата. Причината за всичко това е, че обикновено тази хидроксилна група ще реагира с друга част от молекулата. Това е най-типичната циклична форма на глюкоза, която ще видиш. Всъщност има и други форми. Кислородният атом, който образува хидроксилна група при петия въглероден атом, може да атакува С1, който е в карбонилна група. Говорили сме много за кислорода. Той е силно електроотрицателен. Обича да придърпва електрони. Този въглероден атом е частично положителен. А този кислороден атом тук ще има две неподелени електронни двойки. Една тук и една тук. Този кислород може да образува връзка с този въглерод. Ако учим органична химия по-задълбочено, бихме нарекли този процес нуклеофилна реакция. Звучи сложно, но означава просто, че тези два атома се привличат. Този атом (С1) има частичен положителен заряд, а този тук (О) има неподелена електронна двойка, която може да използва, за да образува връзки. Когато тези електрони образуват връзка с този въглероден атом, ще се получи тази връзка. (повтаря я в синьо отдясно) Тогава С1 може да се освободи от електроните в една от тези връзки – ще я оцветя с по-ярък цвят. Може да се освободи от електроните, образуващи една от двете връзки в двойната връзка тук. Тези електрони могат да се върнат при кислорода. Кислородът може да ги използва, за да улови водороден протон от разтвора. Водородният протон може да е част от хидроксониев йон. Нека го нарисуваме. Това ще се използва за улавянето на водороден протон. Това е водороден атом, без един електрон. Водороден йон, т.е. водороден протон. Така ще се получи тази връзка тук. Нека го направим по-ясно. Този въглероден атом е този атом тук. Този кислороден атом е този. Надявам се, че виждаш как се получава цикличната форма. Но може да попиташ, "Чакай малко," "нямаме ли водород, свързан с кислорода тук?" "Ако имаме водород тук, тогава няма ли този тук да стане с положителен заряд?" Можем да си представим, че тази молекула е във воден разтвор. Ако имаме водна молекула тук... Всички молекули се движат и си взаимодействат по различни начини. Кислородът в молекулата на водата може да използва една от своите неподелени електронни двойки, за да вземе само водородния протон. Това ще позволи на този кислороден атом да си вземе обратно електронната двойка и да се превърне в този неутрален кислороден атом тук. И така, има отдаден протон от молекулата на глюкозата, но в същото време има привлечен протон. Взели сме протон и сме дали протон. Накрая получаваме цикличната форма. Когато видиш тази молекула в часовете по химия или биология, не се стряскай. Би било много полезно да се запознаеш добре с нея, тък като ще виждаш глюкоза, както и други захари в много различни молекули по академичния си път.