گلوکز

گلوکز چیست:

گلوکز (به انگلیسی : Glucose) یک نمونه کربوهیدرات است که به وسیله یاخته های بدن مصرف میشود و انرژی تولید میکند.

گلوکز مونوساکاریدی است ک دارای فرمول C6H12O6 یا H-(C=O)-(CHOH)5-H که به صورت 5 گروه هیدروکسید است و به طریقه مشخصی در اطراف زنجیره ی کربنی ان تشکیل شده اند. در ادامه بیشتر در مورد ساختا گلوکز خواهیم نوشت:

ساختار گلوکز

فرم خطی
ساختار خطی گلوکز حاوی یک زنجیرهٔ کربنی با ۶ اتم کربن است (در مقایسه با ساختار حلقوی) . گلوکز ساختاری خطی و بدون انشعاب را تشکیل داده‌ است . در این زنجیره کربن ابتدا قسمتی از گروه آلدهید C=O است و بقیه کربن‌ها هر کدام حاوی یک گروه هیدروکسیل است. باقی ظرفیت‌های کربن به وسیله ی پیوند با اتم هیدروژن پر شده‌است. زیرا گلوکز یک آلدوز و هگزوز یا یک آلدوهگزوز می باشد.

ساختار خطی D-گلوکز

4 کربن از کربن‌های گلوکز (کربن ۲ تا ۵) مراکز ایزومری فضایی است و این به این معناست که با چهار قسمت متفاوت ربط پیدا کرده‌است . برای نمونه کربن شماره ۲ با H, OH, -(C=O)H و -(CHOH)4H پیوند بر قرار کرده‌اند. در ایزومری از گلوکز که به آن D-گلوکز میگوییم، گروه‌های هیدروکسیل وصل شده به این کربن‌ها باید جایگیری فضایی بخصوصی را داشته باشند به صورتی که  هنگامی که مدل فیشر آن را ترسیم می‌کنیم، باید هیدروکسیل‌های که مربوط به کربن‌ها ۲ و ۴ و ۵ در سمت راست باشند و هیدروکسیل مربوط به کربن ۳ در سمت چپ جایگزاری شود.

مکان این ۴ گروه هیدروکسیل در مدل فیشر که ارتباط دارد به L-گلوکز کاملاً برخلاف قبل خواهد شد. L-گلوکز و D-گلوکز دو تا از موارد است بین همهٔ ۱۶ مورد دیگر که آلدوهگزوزها هستند. و ان ۱۴ مورد دیگر  آلوز، آلتروز، مانوز، گلوز، ایدوز، گالاکتوز و تالوز هستند که هرکدام دارای دو فرم L و D هستند.

فرم حلقوی

در شکل محلولی، فرم خطی گلوکز، در تعادل با تعدادی ایزومر حلقوی قرار میگیرد. هر کدام از این فرم‌های حلقوی  از حلقه‌ای از اتم‌های کربن تشکیل شده اند که به وسیله یک اتم اکسیژن تکمیل خواهند شد (در هر حلقهٔ شش ضلعی، یک اتم اکسیژن و پنج اتم کربن وجود دارد). گلوکز داخل محلول‌ها ۹۹% به شکل حلقوی پیرانوز وجود دارد و در محلول ۰٫۲۵% به شکل خطی وجود دارد. گلوکز که  فرم حلقوی فورانوز (پنج ضلعی) دارد نادر است.

واکنش بین کربن ۱ و کربن ۵ گلوکز سبب شکل گرفتن حلقه‌ای شش ضلعی خواهد شد که به ان پیرانوز گفته می‌شود. به‌طور کم و محدودی، واکنش بین کربن ۱ و کربن ۴ ممکن است سبب شکل گرفتن گلوکز به فرم پنج ضلعی یافوران شود. بجز کربن آخر حلقه (کربن ۴ یا ۵) که به دیگر کربن‌های زنجیرهٔ کربنی وصل شده‌است و به گروه هیدروکسیل متصل نیست ، همه کربن‌های حلقه، حاوی یک اتم هیدروژن و یک گروه هیدروکسیل هستند.

واکنش حلقوی شدن سبب خواهد شد که کربن شماره ۱ گلوکز همکایرال بشود (به ۴ گروه مختلف متصل  باشد – کایرال = مرکز فضایی) ۴ گروه گوناگون وصل شده به کربن شماره ۱ در ساختار حلقوی (کربن آنومری) قدرت اینکه به دو فرم گوناگون آرایش بگیرند را دارند که آن دو فرم متفاوت را با نام‌های آلفا و بتا از هم متمایز میکند. آنومری آلفا به این مفهوم است که گروه هیدروکسیل بروی کربن ۱ و گروه کربن دار روی کربن ۵،  مخالف جهت هم قرار دارند و یک ساختار trans را دارا هستند.

گلوکز خطی که به فرم L-گلوکز است هم توانایی تبدیل به ۴ ایزومر حلقوی گوناگون را داردکه تمام تصاویر آینه‌ای ایزومرهای حلقوی D-گلوکز است.

صفحه‌ای و دو بعدی نیستند این ساختارهای حلقوی گلوکز و انها در اشکال گوناگون سه بعدی قرار دارند. این مولکول‌ها قابلیت اینکه در اشکال سه بعدی هم سان با ساختارهای قایق و صندلی درسیکلوهگزان ها باشند را هم دارند. همچنین ساختار سه بعدی گلوکوفورانوز هم می‌تواند همسان با ساختار پاکت در سیکلوپنتانها باشد.

فرم گلوکوپیرانوز، این فرم اکثرا در محلول‌های گلوکز هستند و این فرم است که فقط در شکل جامد است. این مولکول به ظاهر کریستالی و بی رنگ، جامد و شدیدا محلول در آب و اسید استیک است. حلالیت در اتانول و متانول جهت این فرم گلوکز خیلی محدود است. فرم آلفا در ۱۴۶ درجه سانتیگراد و فرم بتا در ۱۵۰ درجه سانتی گراد ذوب خواهند شد. در دماهای خیلی زیاد، در اثر اکسایش (سوختن) کربن و آب به وجود می ایند.

خواص فیزیکی گلوکز

محلول‌های گلوکز
همه فرم‌های گلوکز، بی رنگ هستند و به اسانی در آب، استیک اسید و دیگر حلال هایی حل خواهند شد. گلوکزها به شکل خیلی کمی در اتانول و متانول حل خواهد شد.

فرم باز و خطی گلوکز از جهت ترمودینامیک، ناپایدار است و سریعا به فرم حلقوی تبدیل میشود. گلوکزهای موجود در یک محلول گلوکز در دمای اتاق، با طی شدن مدتی ، میان فرم‌ها و ایزومرهای گوناگون حلقوی، تغییر شکل خواهند دادو به این  فرایند موتاروتاسیون میگویند.

فاز جامد
با توجه به شرایط، سه فرم از گلوکز قادرند از محلول‌ها به شکل کریستال در بیایند این سه فرم شامل: آلفا-گلوکوپیرانوز، بتا-گلوکوپیرانوز و بتا-گلوکو پیرانوز هیدراته هستند.

فعالیت نوری

در هر حالت محلول و جامد، D-گلوکز یک مادهٔ دکستراروتاتور است و این به این معنی است که نور پلاریزه را درسمت حرکت عقربه‌های ساعت می چرخاند. این عملکرد به خاطر کایرال بودن مولکول است. مولکول L-گلوکز نیز به همان اندازه، نور را در جهت مخالف حرکت عقربه‌های ساعت می چرخاند.

گلوکز در بدن انسان

غلظت گلوکز خون
غلظت گلوکز خون در حدود اصولا بین ۹۰ – ۸۰ میلی‌گرم در دسی لیتر هر روز صبح در فرد ناشتا کنترل خواهد شد. این غلظت در حدود های  ساعت اول بعد از مصرف یک وعده غذا زیاد میشود و به حدود ۱۴۰ – ۱۲۰ میلی‌گرم در دسی‌لیتر خون میرسد. ولی سیستم‌های فیدبکی جهت کنترل گلوگز خون غلظت گلوکز را سریعا (اصولا در حدود ۲ ساعت بعد از آخرین جذب کربوهیدرات‌ها) به اندازه طبیعی برمیگردانند. و برعکس، در حالت بی‌غذایی، از طریق گلوکونئوژنزدرکبد گلوکز لازم جهت نگهداشتن غلظت گلوکز در حد ناشتا را تأمین می‌کند. این مقدار برای بیماران دیابتی مقداری زیادتر است.
ذخیره گلوکز

کبد به عنوان یک سیستم بافری حیاتی و مهم برای گلوکزخون عمل خواهد کرد و این به این معناست که زمانی که گلوکز خون بعد از مصرف یک وعده غذا تا غلظت زیادی افزایش میابد اندازه ترشح انسولین هم زیاد میشود و در حدود ۳/۲ گلوکز جذب شده از روده سریعا به گلیکوژن تبدیل میشود و درکبد ذخیره خواهد شد. در گذشت ساعات بعدی که غلظت گلوکز خون و نیز ترشح انسولین کم میشود،کبد گلیکوژن را تجزیه میکند و ان را به گلوکز تبدیل خواهد کرد.

اما همین تنظیم در بیمارانی که اختلالات کبدی دارند حدودا غیرممکن است.

با کم شدن غلظت گلوکز در خون غده هیپوتالاموس و سیستم عصبی سمپاتیک تحریک میشود و این باعث ترشح ابی نفرین از غدد فوق کلیوی می‌شود.ابی نفرین برروی کبد اثر میگذارد و باعث آزاد سازی گلوکز خواهد شد.

مقادیر زیاد گلوکز فشار اسمزی را در مایع خارج سلولی به وجود می اورد.

اگر مقدار گلوکز زیاد شود فشار اسمزی خارج سلول هم زیاد خواهد شد و همین باعث میشود  قدرت ترابری غشای سیتوپلاسمی به هم بخورد  و همین خود به نتایج نامطلوبی مانند از دست دادن آب سلول و… می‌شود.

زیاد شدن طولانی مدت سطح گلوکز خون، باعث آسیب زیادی از بافت ها و به خصوص رگهای خونی آن‌ها می‌شود و همین ممکن است به نتایجی مانند حمله قلبی، سکته مغزی، بیماری‌های کلیوی موجب شود و گلوکز اضافی از طریق ادرار دفع می‌شود.

رابطه گلوکز با دیگر ترکیبات بدن
مقدار انرژی مورد نیاز در زمان ۲۴ ساعت از ۱۶۰۰ کیلوکالری در حالت استراحت تا ۶۰۰۰ کیلوکالری بسته به شدت فعالیت تغییر می‌کند و ندازه ذخیره های سوختی یک فرد ۷۰ کیلویی، حدود ۱۶۰۰ کیلوکالری گلیکوژن ۲۴۰۰۰ کیلو کالری از پروتئین، ۳۵۰۰۰ کیلو کالری تری‌اسیل گلیسرول است.

پس اندازه مواد سوختی این فرد نیازهایش را برای حدود ۱ الی ۳ ماه گرسنگی تأمین خواهد کرد. ولی ذخیره های گلوسیدی بدن، در حدود یک روز مصرف میشود و و اندازه آن سریعا کم خواهد شد و دوباره باید تأمین شود.

اسیدهای چرب قابلیت اینکه به گلوکز تبدیل شوند را ندارند ولی البته قسمت گلیسرول ساختمان تری‌اسیل گلیسرول‌ها، می‌تواند به گلوکز تبدیل شود، اما مقدار گلیسرول پایین است. یک منبع زیاد دیگر برای گلوکز،اسیدهای امینه هستند که به وسیله تجزیه پروتئین ها تولید میشود.