گلوکز ، یکی از قندهای مونوساکارید (تک قندی) است که به نامهای D- گلوکز ، D- گلوکوپیرانوز ، قند انگور ( grape Suger )، قند ذرت ( Corn Suger )، دکستروز و سرلوز (Cerelose) نیز نامیده می‌شود. دارای فرمول عمومی C6H12O6 است و با داشتن عاملOH بخوبی در آب محلول است. واکنش اکسیداسیون آن در سیستم حیاتی جانوران اتفاق می‌افتد و به همراه تولید آب و CO2 مقدار زیادی انرژی پدید می‌آورد.

ساختمان گلوکز

منابع گلوکز

گلوکز که در طبیعت به حالت آزاد و یا در ترکیب یافت می‌شود، نه تنها متداولترین قند است، بلکه فراوان‌ترین ترکیب شیمیایی طبیعت نیز محسوب می‌شود. گلوکز در حالت آزاد در اکثر گیاهان عالی‌تر ملاحظه می‌گردد. این قند ، همراه با D- فروکتوز در غلظتهای قابل ملاحظه در انگور ، انجیر و سایر میوه‌های شیرین و در عسل وجود دارد. همچنین در غلظتهای کمتر ، می‌توان آن را در خون و در لنف ملاحظه نمود.

سلولز ، نشاسته و گلیکوژن ، تماما از واحدهای گلوکز تشکیل شده‌اند. همچنین گلوکز بزرگترین جزء ساختمانی بسیاری از الیگوساریدها بویژه ساکاروز و بسیاری از گلیکوزیدها را تشکیل می‌دهد. این قند را می‌توان بروش تجارتی از هیدرولیز نشاسته ذرت به توسط یک اسید معدنی رقیق تهیه کرد. گلوکز تجاری حاصله ، در حد زیادی در کارخانجات شیرینی و مربا و الکل و کمپوت سازی مورد استفاده واقع می‌شود.

اثبات حلقوی بودن فرمول گلوکز

گلوکز به صورت زنجیری دارای پنج عامل الکلی آلدئیدی است. هر چند که گلوکز مانند آلدئیدها خاصیت احیاکنندگی دارد، یعنی مثلا در واکنش تشکیل آیینه نقره (احیای محلول آمونیاکی نیترات نقره) شرکت می‌کند، ولی مطالعات دقیق‌تر نشان می‌دهند که گلوکز تمام خواص آلدئیدها را ندارد، مثلا معرف شیف (Schiff) را ارغوانی نمی‌کند. (معرف شیف عبارت از فوشین بی‌رنگ شده بوسیله اسیدسولفورو است که با آلدئیدها مجددا رنگین و قرمز می‌شود) و همچنین با سولفیت سدیم رسوب نمی‌دهد.

از این رو ، امروز معتقدند که در گلوکز و سایر قندهای ساده ، در اثر واکنش درون مولکولی بین گروه الکلی و گروه کربنیل آلدئیدی یا کتنی ، یک سیستم حلقوی بوجود می‌آید. بدین ترتیب که در مورد گلوکز ، هیدروژن متصل به کربن شماره 5 ، به اکسیژن عامل آلدئیدی منتقل می‌شود و یک عامل الکلی تشکیل می‌شود و اتم‌های کربن شماره 1 و شماره 5 ، از طریق اتم اکسیژن متصل به اتم شماره 5 ، بهم ارتباط برقرار کرده و یک حلقه شش ضلعی بوجود می‌آید که در آن ،‌ مولکول گلوکز دارای 5 کربن نامتقارن ایزومر نوری خواهد بود.

گلوکز حلقوی

فرم آلفا و بتای گلوکز

گلوکز در طبیعت ، قندی راست‌بر و دارای ساختار D و قدرت چرخشی 52,7+ می‌باشد. با تشکیل ساختمان حلقوی ، یک مرکز نامتقارن به تعداد مراکز قبلی افزوده می‌شود و دو ایزومر فضایی جدید که از نظر توان چرخش نور پلاریزه با هم تفاوت دارند، قابل تشخیص خواهند بود. این دو ایزومر ، بنامهای آلفا و بتا خوانده می‌شوند و از نظر خواص فیزیکوشیمیایی ، با همدیگر تفاوتهایی نشان می‌دهند.

درجه چرخش نور پلاریزه توسط ?-D- گلوکز و ?-D- گلوکز به ترتیب 112,2+ و 18,7+ است. دو شکل ایزومری آلفا و بتای قندها را آنومر (Anomere) می‌نامند. بر اساس قاعده هادسن (Hudsen) ، اگر عامل OH متصل به کربن شماره یک با عامل CH₂OH متصل به کربن شماره پنج ، موقعیت ترانس داشته باشد، آنومر از نوع آلفا و توان چرخش بیشتری را نشان می‌دهد. اما اگر دو فرم ذکر شده نسبت به هم در آرایش سیس باشند، مولکول دارای آنومری بتا خواهد بود.

پدیده موتاروتاسیون

هرگاه ایزومرهای آلفا و بتای گلوکز را که به صورت خالص تهیه شده‌اند، بطور جداگانه در آب حل کنیم، مشاهده خواهد شد که قدرت چرخشی در طی زمان تغییر کرده و به یک حالت تعادل 52,7+ می‌رسد. این نوع تغییر قدرت چرخشی را موتاروتاسیون (Mutarotation) می‌نامند. در حالت تعادل دریک محلول گلوکز ، همیشه یک‌سوم مولکول‌ها به شکل آلفا و دوسوم آنها به شکل بتا است.

واکنشهای گلوکز

اثر اسیدها

مونوساکاریدها در اسیدهای معدنی رقیق و گرم پایدارند، اما تحت اثر اسیدهای غلیظ مانند اسید سولفوریک ، ساختمان خود را از دست داده، تولید ماده حلقوی به نام فورفورال و مشتقات آن‌را می‌کنند. بعنوان مثال زمانی که گلوکز در اسیدکلریدریک قوی حرارت داده می‌شود، به 5- هیدروکسی متیل فورفورال تبدیل می‌شود. فوفورال‌ها در مجاورت فنل‌ها متراکم می‌شوند و ترکیبات رنگی بوجود می‌آورند که از آنها در رنگ سنجی قندها استفاده می‌شود.

اثر بازها

محلول غلیظ قلیایی‌ها مانند سود یا پتاس ، باعث پلیمری‌شدن و یا تجزیه قندها می‌گردد، ولی قلیایی های رقیق باعث توتومری قندها و تبدیل آنها به یکدیگر می‌شوند. بدین ترتیب ، فروکتوز و گلوکز و مانوزدر محیط قلیایی رقیق می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند و این تبدیل‌ها با تشکیل شکلهای حد واسط انولی ، که ان‌دیول‌ها (Enediols) نامیده می‌شوند، همراه است.

اکسیداسیون

اگر قندها بوسیله اکسید کننده‌های ضعیفی نظیر هیپویدیدسدیم و با توسط آنزیم‌ها بویژه در محل کربن آلدئیدی اکسید شوند، اسیدهای کربوکسیلیک هم ارز بوجود می‌آورند که به نام اسیدهای آلدونیک شناخته می‌شوند. به عنوان مثال ، D- گلوکز به اسید D- گلوکونیک به فرمول CH₂OH.(CHOH)₄.COOH تبدیل می‌شود. اگر از یک ماده اکسید کننده قوی‌تر نظیر اسید نیتریک استفاده شود، علاوه بر کربن آلدئیدی ، کربن دارای عامل هیدروکسیلی نوع اول نیز اکسید می‌شود.

این دسته از اسیدها با دو عامل کربوکسیل ، اسیدهای آلداریک یا ساکاریک نامیده می‌شوند. اسید D- گلوکاریک به همین ترتیب از D- گلوکز بوجود می‌آید.

اگر در منوساکاریدی عامل الکلی نوع اول اکسید و تبدیل به کربوکسیل گردد بدون آنکه عامل آلدئیدی اکسید شود، اسیدهای اورونیک حاصل می‌شوند. این نوع اکسیداسیون در آزمایشگاه بسادگی عملی نیست ولی در موجود زنده انجام می‌گیرد و این خود وسیله ای است که مقداری از مواد سمی بدن به شکل ترکیب با اسیدهای اورونیک به خارج دفع می‌شوند. اسید گلوکورونیک که از اکسیداسیون گلوکز بدست می‌آید، نمونه ای از این اسیدها می‌باشد.

احیا

آلدوزها در حضور آنزیم‌ها و یا در مجاورت هیدروژن و کاتالیزورهای معدنی ، احیا شده به الکل مربوط تبدیل می‌شوند. مثلا فروکتوز و گلوکز در اثر احیا به سوربیتول (الکل هگزا هیدریک ، D- گلوسیتول) تبدیل می‌شوند.

مشتقات گلوکزی

مشتقات گلوکزی بسیاری در حالت طبیعی یافت می‌گردند که برخی از آنها عبارتند از:

D- گلوکز آمین

این قند در زمانهای پیش از این ، به نام "چتیوزامین" مشهور بود و در مولکول آن به جای گروه هیدروکسیل کربن شماره 2 ، یک گروه آمینی جایگزین شده است. D- گلوکز آمین در بسیاری از پلی ساکاریدهای بافتهای مهره داران وجود دارد و واحد سازنده کیتین می‌باشد که در اسکلت خارجی حشرات و سخت پوستان وجود دارد. همچنین این قند ، در قندهایی با وزن مولکولی بالاتر ، مثل شیر انسان و در گلیکوپروتئین ها یافت می‌شود.

گلوکز-1- فسفات

استر گلوکوپیرانوز است که در آن ، یک گروه فسفات به اتم کربن 1 قند گلوکز از سوی اتصال ? یا ? پیوسته است. این ترکیب برخلاف گلوکز 6- فسفات ، قادر به احیای فری سیانید نیست و به‌سهولت با اسید ، هیدرولیز می‌شود. یک ترکیب با اهمیت بیولوژیکی ، ?-D- گلوکوز پیرانوز-1- فسفات است که به آن استر کوری (Corister) نیز می‌گویند.

این ترکیب بصورت یک ماده حد واسط در گسستگی فسفرولزیی و سنتز پلی‌ساکاریدها (نشاسته و گلیکوژن) در گیاهان ، جانوران و میکروارگانیزمها و در سنتز ساکاروز در بعضی از باکتری‌ها دخالت دارد.

گلوکز-6- فسفات

گلوکز-6-فسفات ، یک ماده حد واسط کلیدی در متابولیزم کربوهیدراتها است. این ترکیب ، استر گلوکو پیرانوز با فسفات در وضعیت اتم کربن 6 است. این ترکیب را می‌توان از فسفریلاسیون گلوکز با آدنوزین تری فسفات ، بوسیله آنزیمهای هگزوکیناز (گلوکویناز) تهیه کرد. در مجاورت فسفوگلوکوموتاز ، گلوکز-6-فسفات با گلوکز-1-فسفات از مسیر گلوکز-1-6-دی فسفات که بعنوان یک کوآنزیم عمل می‌کند، دارای تبدیل متقابل است.

گلوکز

گلوکوروینک اسید

تنها اسید اوروتیکی است که اغلب در حیوانات می‌توان مشاهده نمود. این ماده دارای نقش بیولوژیکی است، یعنی تخمیر یک گلوکورونوزاید را از طریق ایجاد اتصال بین گروه احیا کننده و گروه SH₂ ، OH و یا NH₂ از دیگر ترکیبات ، انجام می‌دهد. بدین ترتیب ، مقداری از مواد سمی بدن به شکل ترکیب با اسیدهای اورونیک به خارج دفع می‌شوند.

گلوکز و متابولیسم

این گلوکز است که نقطه شروع "چرخه مایرهوف- رامبدن" می‌باشد، چرخه ای که کانال و مجرای اساسی تجزیه "مونوساکاریدها" در ماهیچه‌ها و در تخمیرهای میکروبی و تبدیل به پیرویک اسید می‌باشد. هگزوزهای دیگر به ناچار بایستی به گلوکز ایزومری تبدیل گردند، آنهم به شکل 1-فسفریک استر قبل از اینکه وارد این چرخه شوند.

D- گلوکز ، متابولیت عمده کربوهیدرات در غذای جانوری است. گلوکز به نحوی رضایت بخش ، تامین کننده حداقل 50% از کل انرژی مورد نیاز منازلها و انواع جانوران است. گلوکز بوسیله جذب از روده کوچک وارد جریان خون می‌شود. این قند از راه سیاهرگ کبدی وارد کبد شده و در آنجا بصورت گلیکوژن ذخیره می‌شود. مضافا قسمت دیگری از این قند وارد سیستم‌های بدن می‌گردد. چرخه گلوکز در بدن بوسیله کوری‌ها (GT. ، C.F. ، Cori) بصورت زیر می‌باشد:

گلوکز به سهولت بوسیله مخمر تجزیه شده و به الکل اتیلیک و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌گردد. همچنین این قند بوسیله باکتریها متالیز شده و موجب تشکیل انواع فراورده‌ها مانند هیدروژن ، اسیدهای استیک و بوتیریک ، الکل بوتیل ، استون و بسیاری از فراورده‌های دیگر می‌شود