Cukry są ważnymi związkami organicznymi, bardzo szeroko rozpowszechnionymi w przyrodzie. Składają się z węgla, wodoru i tlenu. Związki te zawierają w swych cząsteczkach liczne grupy hydroksylowe, a także grupy karbonylowe. Mogą także występować w formie pierścieniowej. Ogólnie wszystkie cukry można podzielić na:

  1. Cukry proste – monosacharydy (np. glukoza, fruktoza)
  2. Dwucukry – disacharydy (np. sacharoza, laktoza)
  3. Wielocukry, – spośród których niektórzy wydzielają jeszcze oligosacharydy i polisacharydy (np. skrobia, celuloza)

Cukry proste

Cukry proste, nazywane również monosacharydami, można podzielić ze względu na ilość atomów węgla zawartych w cząsteczce. Wyróżnia się wówczas

  •   Triozy – zawierające 3 atomy węgla w cząsteczce
  •   Tetrozy – zawierające 4 atomy węgla w cząsteczce,
  •   Pentozy – zawierające 5 atomów węgla w cząsteczce, (np. ryboza,),
  •   Heksozy – zawierające 6 atomów węgla w cząsteczce, (np. glukoza i fruktoza).

Największe znaczenie mając monosacharydy zawierające 5 lub 6 atomów węgla w cząsteczce.

W zależności od tego, jaką grupę karbonylową zawierają monosacharydy w swojej cząsteczce (aldehydową, czy ketonową) można je podzielić na:

  •   Aldozy, w których obecna jest grupa aldehydowa (-CHO), np. ryboza, glukoza,
  •   Ketozy, w których obecna jest grupa ketonowa (=C=O), np. fruktoza, rybuloza.

Wszystkie monosacharydy charakteryzują się właściwościami redukującymi.

Glukoza

Glukoza jest monosacharydem należącym do aldoheksoz. Jej wzór sumaryczny to C6H12O6. Może występować w formie łańcuchowej lub pierścieniowej (tzw. glukopiranozy).

Glukoza jest podstawowym związkiem energetycznym dla ogromnej większości organizmów żywych. Wytwarzana jest przez rośliny zielone z dwutlenku węgla i wody przy znacznym udziale światła słonecznego w procesie zwanym fotosyntezą. W procesach oddychania w komórkach, wiązania chemiczne w cząsteczkach glukozy ulegają rozrywaniu, a magazynowana energia jest uwalniana i wykorzystana w rozmaitych procesach życiowych. Glukoza jest również ważnym substratem w wielu innych procesach biochemicznych. Czysta glukoza występuje w formie bezbarwnych kryształów, bardzo dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Roztwór wodny glukozy ma odczyn obojętny. Jest związkiem palnym, wykazuje właściwości redukujące.

Fruktoza

Fruktoza jest monosacharydem należącym do ketoheksoz. Czasami nazywana jest również cukrem owocowym. Fruktoza jest izomerem glukozy (ma taki sam wzór sumaryczny, lecz różni się wzorem strukturalnym). Jest gorzej przyswajana przez organizm, niż glukoza, a w wątrobie jest zwykle przetwarzana w glukozę i właśnie tej postaci wykorzystywana jest przez organizm. Podobnie jak glukoza, tworzy bezbarwne kryształy i dobrze rozpuszcza się w wodzie. W procesie fermentacji alkoholowej, ulega przemianie do alkoholu etylowego.

Galaktoza

Galaktoza, jest aldoheksozą, różniącą się od glukozy sposobem rozmieszczenia grup hydroksylowych przy poszczególnych atomach węgla. Może występować w formie łańcuchowej i pierścieniowej. Posiada właściwości redukujące. Wchodzi w skład dwucukru, laktozy.

Mannoza

Mannoza, jest także aldoheksozą wykazującą właściwości redukujące. Tworzy bezbarwne kryształy, rozpuszczalne w wodzie. Rzadko występuje w przyrodzie w stanie wolnym.

Disacharydy

Disacharydy składają się z dwóch cząsteczek monosacharydów, połączonych ze sobą przy pomocy wiązania glikozydowego.

Sacharoza

Sacharoza zbudowana jest z jednej cząsteczki glukozy i jednej cząsteczki fruktozy. Jest głównym składnikiem trzciny cukrowej oraz buraków cukrowych. Powszechnie się ją stosuje jako środek słodzący. W czystej postaci sacharoza tworzy bezbarwne kryształy, bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Nie wykazuje właściwości redukujących. W środowisku kwaśnym ulega hydrolizie, której produktami są glukoza i fruktoza.

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

Laktoza

Laktoza jest cukrem, który powszechnie występuje w mleku ssaków. Jest disacharydem, złożonym z cząsteczki galaktozy połączonej z cząsteczką glukozy. Czysta laktoza to bezbarwne ciało stałe, dobrze rozpuszczalne w wodzie. W układzie pokarmowym młodych ssaków rozkładana jest przy użyciu odpowiedniego enzymu na cukry proste, które są wchłaniane do organizmu.

Maltoza

Maltoza, zwana również cukrem słodowym, jest dwucukrem złożonym z dwóch cząsteczek glukozy, połączonych ze sobą wiązaniem α-1,4 glikozydowym. Stosowana jest jako środek słodzący. Występuje między innymi w słodzie i produktach pośrednich procesów fermentacji.

Celobioza

Celobioza jest disacharydem, zbudowanym z dwóch cząsteczek glukozy, połączonych ze sobą wiązaniem β-1,4 glikozydowym. Jest jednostką strukturalną celulozy, a także produktem jej hydrolizy. Wykazuje właściwości redukujące. Celobioza nie występuje powszechnie w stanie wolnym. Nie jest przyswajana przez organizm człowieka.

Polisacharydy

Do tej grupy cukrów należą przede wszystkim skrobia, celuloza oraz glikogen. Występują one w postaci łańcuchów zbudowanych z cząsteczek monosacharydów połączonych ze sobą wiązaniami glikozydowymi. Nie wykazują właściwości redukujących.

Skrobia

Skrobia jest polisacharydem zbudowanym wyłącznie z cząsteczek glukozy, występującym w organizmach roślinnych. Nie jest jednak całkowicie jednorodnym związkiem chemicznym. Składa się z amylozy, występującej w postaci nierozgałęzionych łańcuchów, łatwo rozpuszczalnych w wodzie, w której cząsteczki glukozy połączone są ze sobą wiązaniami α-1,4-glikozydowymi, oraz z amylopektyny, która występuje w formie łańcuchów o silnych rozgałęzieniach. Rozgałęzienia te powstają w wyniku obecności obok wiązań α-1,4-glikozydowych także wiązań α-1,6-glikozydowych. Jednoprocentowy roztwór wodny skrobi wykorzystuje się między innymi do wykrywania jodu cząsteczkowego (jod tworzy ze skrobią zabarwione na niebiesko kompleksy). W środowisku kwaśnym, skrobia ulega reakcji hydrolizy. Pośrednimi produktami tej hydrolizy są różnego rodzaju związki zwane dekstrynami. Końcowymi produktami hydrolizy skrobi są cząsteczki maltozy (dwucukru) a w ostateczności, cząsteczki glukozy. Obecność skrobi wykrywa się zazwyczaj przy pomocy jodu, najczęściej w formie jodyny lub roztworu jodu w jodku potasu. Skrobia jest przede wszystkim najważniejszym polisacharydem zapasowym, który magazynowany jest przez rośliny, między innymi w nasionach, korzeniach, owocach, liściach, bulwach, łodygach i kłączach. Szczególnie bogate w skrobię są bulwy ziemniaków oraz ziarna zbóż. Rośliny odkładają ją w formie ziaren lub granulek o różnej wielkości i kształcie, zależnym między innymi od gatunku samej rośliny. Czysta skrobia to bezpostaciowy proszek, zabarwiony na biało. Nie ma żadnego smaku, ani zapachu. Nie rozpuszcza się w zimnej wodzie. Skrobia i jej niektóre pochodne, znajdują szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu (farmaceutycznym, kosmetycznym, włókienniczym, papierniczym). Stosuje się je również do produkcji różnego rodzaju klejów.

Celuloza

Celuloza, zwana również błonnikiem, jest polimerem o cząsteczkach złożonych z wielu (do kilkunastu tysięcy) jednostek glukozy, połączonych ze sobą wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Łańcuchy celulozowe nie są rozgałęzione. Celuloza jest podstawowym składnikiem ścian komórkowych u większości roślin. Nie ma większego znaczenia jako składnik pożywienia dla zwierząt i człowieka, gdyż nie posiadają one odpowiednich enzymów, umożliwiających rozkład celulozy na pojedyncze cząsteczki glukozy. Niektóre zwierzęta roślinożerne posługując się w tym celu różnego rodzaju bakteriami symbiotycznymi lub pierwotniakami. Celuloza jest również wykorzystywana przez człowieka. Jest przecież jednym z podstawowych składników drewna. Po odpowiednim przetworzeniu stanowi główny składnik papieru oraz tektury. Wchodzi również w skład wielu produktów chemicznych wytwarzanych na skalę przemysłową. Celuloza to substancja praktycznie nierozpuszczalna w większości rozpuszczalników. Można ją rozpuścić w stężonym roztworze kwasu octowego lub roztworze wodorotlenku sodu. W reakcji celulozy z kwasem octowym, powstaje rozpuszczalny w wodzie octan celulozy, który po wytrąceniu roztworem NaOH jest bardzo dobrym polimerem (tzw. sztuczny jedwab). W reakcji z kwasem azotowym powstaje azotan celulozy, znany powszechnie jako bawełna strzelnicza.

Glikogen

Glikogen jest polisacharydem zbudowanym z cząsteczek glukozy. Jest głównym cukrem złożonym występującym w komórkach organizmów zwierzęcych jako materiał zapasowy. Ma strukturę podobną do amylopektyny, lecz jego łańcuchy są bardziej rozgałęzione i krótsze. Występuje przede wszystkim w wątrobie i mięśniach. Może w miarę potrzeby być szybko rozkładany do glukozy, którą wykorzystuje się w procesach prowadzących do uzyskania energii. Glikogen obecny w wątrobie magazynuje glukozę wykorzystywaną przez organizm do utrzymania stałego, fizjologicznego stężenia tego cukru we krwi pomiędzy posiłkami.

Podsumowanie

Cukry (węglowodany) to związki organiczne zbudowane z węgla, wodoru i tlenu. Zawierają w swoich cząsteczkach grupy hydroksylowe, oraz grupę karbonylową w formie grupy aldehydowej (aldozy) lub ketonowej (ketozy). Znajdują się we wszystkich powszechnie występujących roślinach, owocach a także w organizmach zwierzęcych. Wyróżnia się cukry proste (monosacharydy), dwucukry (disacharydy), oraz wielocukry (polisacharydy). Spełniają one wiele ważnych funkcji w organizmach żywych, zarówno zwierzęcych jak i roślinnych. Są miedzy innymi zapasami energii magazynowanymi u roślin w postaci skrobi i inuliny, a u zwierząt w formie glikogenu. Pełnią także funkcje transportowe (sacharoza i glukoza) oraz budulcowe (np. celuloza). Cukry pięciowęglowe są wchodzą w skład bardzo ważnych związków - kwasów nukleinowych RNA i DNA. Wiele istotnych funkcji spełniają również różnego rodzaju pochodne węglowodanów, powstałe na skutek podstawienia poszczególnych atomów w cząsteczce cukru (zwłaszcza monosacharydu) inną grupą. Przykładowymi pochodnymi węglowodanów są aminocukry (powstałymi poprzez podstawienie grupy hydroksylowej przy drugim atomie węgla, grupą aminową), glikozydy, saponiny czy występujące w kawie i herbacie, taniny.