Γλυκόζη 500g ένυδρη

Η γλυκόζη είναι απλός μονοσακχαρίτης που βρίσκεται στα φυτά. Είναι ένας από τους τρεις διατροφικούς μονοσακχαρίτες, μαζί με τη φρουκτόζη και τη γαλακτόζη, οι οποίοι απορροφώνται άμεσα στην κυκλοφορία του αίματος κατά τη διάρκεια της πέψης. Αποτελεί τον σημαντικότερο υδατάνθρακα στη βιολογία, αφού τα κύτταρα την χρησιμοποιούν ως την πρωταρχική πηγή ενέργειας και ως μέσο μεταβολισμού. Η γλυκόζη είναι ένα από τα κύρια προϊόντα της φωτοσύνθεσης και χρησιμοποιείται ως καύσιμο για την κυτταρική αναπνοή.

Ονοματολογία

Η γλυκόζη υπάρχει σε πολλές διαφορετικές μοριακές δομές, αλλά όλες αυτές οι δομές μπορούν να χωριστούν σε δύο οικογένειες στερεοϊσομερών. Μόνο ένα ζεύγος ισομερών από αυτά υπάρχει στη φύση, εκείνο που προέρχεται από την «δεξιόστροφη μορφής» της γλυκόζης, που υποδηλώνεται ως D-γλυκόζη. Η D-γλυκόζη μερικές φορές αναφέρεται ως δεξτρόζη. Ο όρος δεξτρόζη προέρχεται από την «δεξιόστροφη» γλυκόζη. Η ονομασία επομένως προκαλεί σύγχυση αφού το εναντιομερές περιστρέφει το φως προς την αντίθετη κατεύθυνση. Το άμυλο και η κυτταρίνη είναι πολυμερή που προέρχονται από την αφυδάτωση της D-γλυκόζης. Το άλλο στερεοϊσομερές που ονομάζονται L-γλυκόζη, απαντά ελάχιστα στη φύση. Επίσης, το όνομα «γλυκόζη» προέρχεται από την ελληνική λέξη γλυκύς, που σημαίνει «γλυκό». Η κατάληξη «-όζη» υποδηλώνει τη ζάχαρη.

Ιστορία

Επειδή η γλυκόζη είναι μια βασική ανάγκη πολλών οργανισμών, η σωστή κατανόηση της χημικής δομής της συνέβαλε σημαντικά στην γενική πρόοδο στην οργανική χημεία. Αυτή η κατανόηση οφείλεται στις έρευνες του Emil Fischer, Γερμανού χημικού που έλαβε το 1902 το Νόμπελ Χημείας. Η σύνθεση της γλυκόζης καθιέρωσε την δομή του οργανικού υλικού και, κατά συνέπεια, επικυρώθηκαν οι θεωρίες του Jacobus Henricus van’t Hoff, της χημικής κινητικής και των ρυθμίσεων των χημικών δεσμών των μορίων του άνθρακα. Μεταξύ 1891 και 1894, ο Εμίλ Φίσερ καθιέρωσε τη στερεοχημική διάταξη όλων των γνωστών σακχάρων και σωστά προέβλεψε τα πιθανά ισομερή, εφαρμόζοντας τη θεωρία van’t Hoff των ασύμμετρων ατόμων άνθρακα.

Λειτουργία

Ο λόγος που η γλυκόζη, και όχι κάποιος άλλος μονοσακχαρίτης όπως η φρουκτόζη, χρησιμοποιείται τόσο ευρέως από τους οργανισμούς δεν είναι κατανοητός. Ένας λόγος μπορεί να είναι ότι η γλυκόζη έχει μικρότερη τάση, σε σχέση με άλλα σάκχαρα εξόζης, να αντιδρά μη επιλεκτικά με τις αμινομάδες των πρωτεϊνών. Η αντίδραση αυτή (glycation) μειώνει ή καταστρέφει την λειτουργία πολλών ενζύμων. Το χαμηλό ποσοστό της γλυκοζυλίωσηςοφείλεται στην προτίμηση της γλυκόζης για το λιγότερο αντιδραστικό κυκλικό ισομερές. Παρ’ όλα αυτά, πολλές από τις μακροχρόνιες επιπλοκές του διαβήτη (πχ, τύφλωση, νεφρική ανεπάρκεια, περιφερική νευροπάθεια) είναι πιθανόν να οφείλονται στην γλυκοζυλίωση των πρωτεϊνών ή των λιπιδίων. Αντίθετα, το ρυθμιστικό ένζυμο για την προσθήκη γλυκόζης σε πρωτεΐνες με γλυκοζυλίωση είναι συχνά απαραίτητη για τη λειτουργία τους.

Πηγή ενέργειας

Η γλυκόζη είναι ένα ευρέως διαδεδομένο «καύσιμο» στη βιολογία. Χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας από τους περισσότερους οργανισμούς, από τα βακτήρια μέχρι και τον άνθρωπο. Η κατανάλωση της γλυκόζης μπορεί να γίνεται είτε με αερόβια αναπνοή, αναερόβια αναπνοή ή ζύμωση. Η γλυκόζη είναι η βασική πηγή ενέργειας του ανθρώπινου σώματος, μέσω της αερόβιας αναπνοής, προσφέροντας περίπου 16 θερμίδες ανά γραμμάριο. Μέσω της γλυκόλυσης και αργότερα στις αντιδράσεις του κύκλου του κιτρικού οξέος (TCAC), η γλυκόζη οξειδώνεται για να σχηματίσει τελικά διοξείδιο του άνθρακα και νερό, αποδίδοντας ενέργεια, κυρίως με τη μορφή ΑΤΡ. Η αντίδραση της ινσουλίνης, καθώς και άλλοι μηχανισμοί, ρυθμίζουν τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα.

Η γλυκόζη είναι μια πρωταρχική πηγή ενέργειας για τον εγκέφαλο, και επομένως η διαθεσιμότητά της επηρεάζει ψυχολογικές διεργασίες. Όταν η γλυκόζη είναι χαμηλή, οι ψυχολογικές διεργασίες που απαιτούν πνευματική προσπάθεια (π.χ. αυτοέλεγχος, λήψη αποφάσεων) είναι μειωμένες.

Γλυκόλυση

Η χρήση της γλυκόζης ως μια πηγή ενέργειας στα κύτταρα γίνεται μέσω αερόβιας ή αναερόβιας αναπνοής. Και οι δύο αρχίζουν με τα πρώτα στάδια της μεταβολικής οδού γλυκολύσεως. Το πρώτο βήμα της είναι η φωσφορυλίωση της γλυκόζης από εξοκινάση για να προετοιμαστεί για μεταγενέστερη κατανομή ώστε να παρέχει ενέργεια. Ο κύριος λόγος για την άμεση φωσφορυλίωση της γλυκόζης από εξοκινάση είναι να αποτραπεί η διάχυση έξω από το κύτταρο. Η φωσφορυλίωση προσθέτει μια φορτισμένη φωσφορική ομάδα έτσι ώστε η 6-φωσφορική γλυκόζη να μην μπορεί εύκολα να διασχίσει την κυτταρική μεμβράνη. Τα πρώτα βήματα της μεταβολικής οδού είναι κοινά και μη αναστρέψιμα.

Στην αναερόβια αναπνοή ένα μόριο γλυκόζης παράγει ως καθαρό κέρδος δύο μόρια ΑΤΡ (τέσσερα μόρια ΑΤΡ παράγονται κατά τη διάρκεια της γλυκόλυσης, αλλά δύο απαιτούνται από τα ένζυμα που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας). Στην αερόβια αναπνοή ένα μόριο της γλυκόζης είναι πολύ πιο επικερδής επειδή το καθαρό κέρδος από 32 μόρια ΑΤΡ που παράγονται κατά την διάρκεια της γλυκόλυσης, (34 μικτά) αλλά δύο απαιτούνται από τα ένζυμα στη διαδικασία.