Glucoza (C₆H₁₂O₆)

I. Istoric

Glucoza a fost izolată pentru prima dată în 1747 din răşini de Andreas Marggraf. Numele glucoză a fost dat în 1838 de Jean Dumas. Etimologia acestui cuvânt este "glycos" (gracă) şi înseamnă dulce, zahăr. Structura acesteia a fost însă descoperită de Emil Fischer. Glucoza este o substanţă care face parte din clasa glucidelor sau zaharidelor. Denumirea de zaharuri sau de zaharide provine de la numele zahărului (sakkharon, în limba greacă), adus în Europa în anul 1492 şi descoperit mai târziu, în 1747 în sfecla de zahăr.

Fig.1: Rodii (fructele dulci contin glucoza)

II. Surse de glucoza

Glucoza este monozaharida care apare în compoziţia multor oligozaharide (zaharoză, maltoză, lactoză) şi polizaharide (amidon, celuloză). În stare liberă se găseşte în fructe dulci, în mierea (amestec de fructoză şi glucoză) de albine, în sânge.

Este prezentă în organismul uman datorită alimentelor, dar şi faptului că acesta îşi produce singur această substanţă. Alimentele bogate în glucoză sunt dulciurile (zahărul, produsele zaharoase, mierea), precum şi alimentele care conţin amidon (cartofii, făina de cereale). Ajunge în sânge prin peretele intestinal. Doar monozaharidele precum (glucoza, fructoza) sunt absorbite de oameni. Acestea sunt produsele finite ale digestiei carbohidraţilor. Glucoza este absorbită cu ajutorul ionilor de Na+ în peretele celular ducându-se direct la celulele nervoase, iar restul la ficat, muşchi unde e înmagazinat ca glicogen şi transformat în glucoză când e nevoie de energie. Un adult are în sânge 5-6 g (aproximativ o linguriţă) care vor da o energie sufucientă pentru 15 minute.

III. Otinerea glucozei

Sinteza glucozei are loc şi în ficat şi rinichi prin procesul numit gluconeogeneză. Poate fi obţinută din acidul piruvic, din grăsimi, acizi carboxilici şi aminoacizi transformându-i în primul rând în acetaţi.

Pe cale artificaială se obţine prin sintetizare din amidon în urma recoltării cartofului, porumbului, grâului. Acestea sunt principalele surse de glucoză în diferite tări, dar unele folosesc exclusiv porumbul precum SUA. Este un proces enzimatic şi are două etape: prima este hidrolizarea enzimelor timp de 1 - 2 ore la o temperatură de 1000C transformând amidonul în carbohidraţi care conţin 5-10 unităţi de glucoză fiecare. A doua etapă constă în zaharificare. Amidomul parţial hidrolizat se transformă complet în glucoză folosind glicoamilaza (o enzimă provenită din fungi - Aspergillus niger). Reacţia are loc la 600C, ph = 4 şi o cancentraţie de carbohidrat de 30 - 35%. Amidonul se transformă în glucoză în 1 - 4 zile în procent de 96% apoi este filtrat pentru a se purifica.

IV. Structura glucozei

Glucoza este monozaharida (din punct de vedere chimic monozaharidele sunt polihidroxialdehide, numite aldoze sau polihidroxicetone) cea mai importantă, este o aldohexoză cu formula moleculară C₆H₁₂O₆ care conţine în molecula ei o grupare carbonil de tip aldehidă, o grupare alcool primar (-CH₂ - OH) şi patru grupări alcool secundar.

Fig.2: Structura glucozei (formulă de proiecţii Fischer).

Locul atomilor de hidrogen şi hidroxil (OH) este important astfel formula se va scrie vertical cu grupul aldehidă în vârf deoarece este mai uşor de recunoscut dacă este alfa- sau beta-glucoză. Studiul proprietăţilor glucozei arată că glucoza adoptă o structură ciclică rezultată din adiţia grupării hidroxil din poziţia 5 la gruparea carbonil. Se formează astfel o heterocatenă ciclică cu şase atomi, dintre care unul este de oxigen. În urma ciclizării apare o grupare hidroxil, numită hidroxil glicozidic, care prezintă o reactivitate deosebită. Această grupare poate fi orientată la închiderea ciclului de aceeaşi parte a catenei faţă de gruparea hidroxil din poziţia 4, în izomerul beta-glucoză.

Modelul standard al monozaharidelor - fructoza - arată că 5 molecule de carbon plus un atom de O2 formează un inel foarte puternic şi stabil. În acest inel fiecare carbon este legat de un hidroxil. În glucoză acesta este mai reactiv cu un ph=7. Conţine un grup aldehidă (CHO). Alfa şi beta-glucoză sunt cei doi anomeri ai glucozei, izomeri de un tip special. Formulele de mai jos indică orientarea în spaţiu a atomilor din molecula glucozei. Structura glucozei poate fi reprezentată mai corect de formulele Haworth. În aceste formule catena ciclică este reprezentată printr-un hexagon orientat perpendicular pe planul foii, cu atomul de oxigen în poziţie opusă privitorului. Celelalte două valenţe ale fiecărui atom de carbon sunt orientate perpendicular pe acest plan, de o parte şi de alta a lui.

Fig.3: Molecula de glucoza (in stanga forma compacta)

În aceste formule hidroxilul glicozidic şi hidroxilul din poziţia 4 se află de aceeaşi parte a planului în alfa-glucoză şi de o parte şi de alta a planului în beta-glucoză. La scrierea formulelor Haworth se ţine seama ca substituenţii atomilor de carbon care se află în formula Fischer de aceeaşi parte a catenei (spre dreapta) să fie dispuşi în formula Haworth de aceeaşi parte a planului (în partea de jos), cu excepţia substituenţilor atomului de carbon din poziţia 5 a căror poziţie este inversată.

Cei 5 atomi de carbon explică faptul că glucoza este o sursă de energie deoarece sunt uşor oxidaţi rezultând dioxid de carbon şi eliminând energie. Grupările de OH fac glucoza solubilă în apă permiţând transportul energiei cu uşurinţă în organism. De asemeni moleculele de glucoză se pot uni pentru a forma un lanţ. Două monozaharide unite se numesc dizaharide, de exemplu lactoza (zahărul din lapte). La dizolvarea glucozei în apă, în soluţie se stabileşte un echilibru între formele alfa şi beta ale glucozei prin intermediul formei aciclice. Compoziţia soluţiei de glucoză este de 36% alfa-glucoză şi 64% beta-glucoză. Procesul se numeşte mutarotaţie. Poate fi transformată în galactoză prin schimbarea locului grupării de hidroxil sau oxidând un carbon şi reducând altul prin schimbarea locaţiei atomilor de H2 formând fructoza.

V. Proprietati fizice si chimice

Cea mai importantă reacţie chimică a glucozei este fermentaţia alcoolică. Prin fermentaţia alcoolică glucoza se transformă în alcool acetic şi dioxid de carbon.

C₆H₁₂O₆ = 2CH₃-CH₂-OH (alcool etilic) + CO₂

În organismele vii glucoza participă la diferite procese de biosinteză a oligozaharidelor şi a polizaharidelor, de degregare şi constituie sursa de energie a acestor organisme. Glucoza are 75% din puterea de îndulcire a fructozei, considerată ca unitate.

Zaharidele sunt componente esenţiale ale hranei alături de grăsimi, proteine, vitamine şi săruri minerale. Organismele vii utilizează zaharidele în special pentru obţinerea energiei necesară proceselor vitale. Ele îşi fac rezerve de substanţă energetică sub formă de polizaharide (glicogenul în regnul animal şi amidinul în regnul vegetal). Procesele de sinteză a zaharidelor şi de oxidare a lor cu eliberare de energie, care au loc în organismele vii, sunt foarte complexe. Se poate spune că zaharidele sunt sintetizate de plante din dioxid de carbon şi apă, în procesul de fotosinteză, folosind energia furnizată de soare:

nCO₂ + nH₂O + energie = C_nH_2nO_n + nO₂

şi degradate oxidativ de dioxid de carbon şi apă, cu eliberare de energie, în organismele animale:

C_nH_2nO₂ + nO₂ = nCO₂ + nH₂O + energie

Unul din procesele chimice la care participă glucoza este gluconeogeneza care constă în transformarea oricărui nutriment (proteine, grăsimi) în glucoză de către organismul uman. Din arderea unui gram de glucoză rezultă 4 calorii.

Prin glicoliză se formează apă şi CO₂ sub formă de ATP.

VI. Izomeri

Glucoza prezintă doi izomeri: α-glucoza şi β-glucoza, dar în organismele vii este prezentă doar α-glucoza.

VII. Utilizari

În industria alimentară la obţinerea produselor zaharoase, a siropurilor, ca înlocuitor al zahărului; În industria medicamentelor la obţinerea vitaminei C, a serului glucozat. Este cea mai folosită monozaharidă deoarece este principala sursă de energie şi poate fi numită "combustibilul biologiei". Se foloseşte la fabricarea proteinelor şi în metabolismul lipidelor. Este folosită ca precursor în sinteza substanţelor ca celuloza şi glicogenul.

VIII. Diabetul

Diabetul zaharat este o boală cronică de metabolism, care se moşteneşte sau se dobândeşte în cursul vieţii şi care afectează predominant metabolismul glucidic, manifestându-se prin hiperglicemie (creşterea peste limitele normale a nivelului zahărului din sânge) şi glicozurie (eliminarea zahărului prin urină). Glucoza reprezintă zahărul din sânge astfel diabetul înseamnă un nivel ridicat, peste normal, al acesteia în sânge.

Diabetul apare când transportul de glucoză către celule este distrus. Sângele are rolul de a duce glucoza la toate celulele şi acestea îl fofosesc drept combustibil. După ce ajunge în celulă este metabolizată sau "arsă" dând celulei energie. Pentru toate celulele este principalul combustibil şi singurul pentru celulele nervoase (neuroni). Dacă glucoza nu ajunge în celulă în cantităţi normale se acumulează în sânge ducând la hiperglicemie. Când ajunge la un nivel ridicat se numeşte diabet.

Cauzele care duc la deficitul de insulină sunt factorii ereditari, infecţie cu virusuri (virusul urlian, Coxackie), alimentaţie neraţională, traumele psihice. Există două forme principale de diabet: tipul 1, în care tratamentul cu insulină este obligatoriu şi tipul 2 în care nu este necesar tratamentul insulinic.

Simptomele hiperglicemiei sunt pierderea rapidă în greutate, vomă, leşin, iar ale hipoglicemiei foame, tremurat, dureri de cap, comportament schimbător, transpiraţii, paloare. Nivelul normal de glucoză în sânge este 60 - 120 mg/dL.

IX. Sanatatea

S-a dovedit că a mânca zahăr sau a consuma băuturi dulci cu o jumătate de oră înaintea efectuării exerciţiilor fizice stimulează secreţia de insulină, proces care determină scăderea bruscă a nivelului de glucoză dinsânge (şi deci a energiei necesare). Cercetări în domeniu au demonstrat că, la începerea exerciţiilor fizice, răspunsul insulinic este inhibat, ceea ce explică faptul că atleţii pot consuma băuturi dulci care conţin o anumită formă de glucoză.

Vitamina B17 (letril) este una dintre cele mai controversate "vitamine" ale acestui deceniu. Din punct de vedere chimic este o combinaţie a două molecule de glucoză (una de benzaldehidă şi una de acid cianhidric) numit amigdalină. În reţetele medicale e cunoscută sub numele de nitrilozidă şi se extrage din sâmburii de caisă. În majoritatea statelor americane nu este acceptată ca tratament pentru cazurile de cancer. A fost respinsă de Food and Drug Administration pe motiv că poate fi otrăvitoare din cauza conţinutului de acid cianhidric.

S-a demonstrat că usturoiul este eficient în reducerea nivelului de colesterol şi a excesului de glucoză din sânge.

X. Bibliogarfie

Medicina pentru familie, Editura Medicală, Bucureşti

Biblia vitaminelor de Earl Mindell, Editura Elit

Almanah Chimie, martie 1998;

Manual Biologie cl. a-XII-a, Editura All;

Manual chimie Cl. a - IX, X, XI - a, Editura Crepuscul;

Manual Biologie cl. a-X-a, Editura Corint.

Completează acest articol

Top | Chimie | Index

Daca doriti sa citati aceasta pagina in alte publicatii web sau reviste (nu mai mult de 10 randuri) trebuie sa mentionati sursa: "roEnciclopedia - prima enciclopedie romana online, Chimie, Glucoza, ©2002-2007, conceputa de Ioana Radu, http://www.roenciclopedia.ro" si sa trimiteti office@roenciclopedia.ro un e-mail care contine locul unde a fost publicat articolul dumneavoastra.