Glükóz

Glükóz
IUPAC-név	6-(hidroximetil)oxán -2,3,4,5-tetrol VAGY (2R,3R,4S,5R,6R)-6-(hidroximetil) tetrahidro-2H-pirán-2,3,4,5-tetraol
Más nevek	szőlőcukor, dextróz
Kémiai azonosítók
CAS-szám	50-99-7 (D-glükóz) 921-60-8 (L-glükóz)
PubChem	5793
ChemSpider	5589
KEGG	C00031
MeSH	Glucose
ChEBI	4167
RTECS szám	LZ6600000
ATC kód	B05CX01, V04CA02, V06DC01
Gyógyszer szabadnév	glucose
SMILES C(C1C(C(C(C(O1)O)O)O)O)O
UNII	5SL0G7R0OK
ChEMBL	1222250
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet	C6H12O6
Moláris tömeg	180,16 g mol^−1
Sűrűség	1,54 g cm^−3
Olvadáspont	α-D-glükóz: 146 °C β-D-glükóz: 150 °C
Veszélyek
EU osztályozás	nincsenek veszélyességi szimbólumok[1]
R mondatok	(nincs)[1]
S mondatok	(nincs)[1]
LD50	25 800 mg/kg (patkány, szájon át)[1]
Rokon vegyületek
Rokon vegyületek	fruktóz mannóz galaktóz
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A glükóz – köznapi nevén szőlőcukor – (C₆H₁₂O₆, rövidítése: Glc) egy monoszacharid, ezen belül 6 szénatomot és aldehidcsoportot tartalmazó aldohexóz. Fontossága a biológiai folyamatokban alapvető: a sejtek energia- és metabolitforrásként hasznosítják. Bioszintézise szén-dioxidból és vízből kiindulva fotonenergia felhasználásával történik a zöld növényekben a fotoszintézis során. Élő szervezetben a glükóznak csak a D enantiomerje fordul elő, melyet dextróznak neveznek. Az L-glükóz biológiailag inaktív, a sejtek nem tudják hasznosítani.

A szó a görög glykysz (γλυκύς = édes) szóból származik.^[2]

A VIII. Magyar Gyógyszerkönyvben négy néven hivatalos:

Glükóz, vízmentes	Glucosum anhydricum
Glükóz-szirup	Glucosum liquidum
Glükóz-szirup, porlasztva szárított	Glucosum liquidum dispersione desiccatum
Glükóz-monohidrát	Glucosum monohydricum

Történet

A glükózt mazsolából izolálta 1747-ben a német Andreas Sigismund Marggraf.^[3][4] A glükózt szőlőben Johann Tobias Lowitz fedezte fel 1792-ben, és megkülönböztette a szacharóztól. Glükóznak Jean Baptiste Dumas nevezte el 1838-ban, ez a kémiai irodalomban terjedt el. Friedrich August Kekulé a dextróz nevet javasolta a latin dexter, „jobb” szóból, mivel a glükóz vizes oldalban a lineárisan polarizált fény síkja jobbra fordul. Ezzel szemben a l-fruktóz (d-fruktóz) és -glükóz (l-glükóz) a lineárisan polarizált fényt balra forgatja. A korábbi d és l betűket használó nevezéktan a lineárisan polarizált fény síkjának forgatásától függ, melyet később felváltott az optikai rotáción alapuló d- és l előtagot használó, mely a karbonilcsoporttól legtávolabb található királis központ konfigurációjától függ, és a d- és l-glicerinaldehidnek felel meg.^[5][6]

Mivel a glükóz sok élőlénynek alapvető szükséglet, kémiai szerkezetének megfelelő ismerete a szerves kémia általános fejlődéséhez hozzájárult. Ez nagyrészt Hermann Emil Fischer vizsgálatainak eredménye, aki felfedezéseiért megkapta az 1902-es kémiai Nobel-díjat.^[7]

A glükózszintézis a szerves anyag szerkezetét is meghatározta, és Jacobus Henricus van 't Hoff kémiai kinetikai és kötéselrendeződési elméletét igazolta a szénvegyületekről.^[8] 1891 és 1894 közt Fischer leírta az ismert cukrok sztereokémiai elrendeződését, és helyesen jelezte előre a lehetséges izomereket van 't Hoff aszimmetrikusszénatom-elmélete alapján. A nevek kezdetben a természetes anyagokra utaltak. Enantiomerjeik azonos nevet kaptak a szabályos nevezéktanok bevezetésekor az abszolút sztereokémia figyelembevételével (például: Fischer-nevezéktan, d/l-nevezéktan).

A glükózmetabolizmus felfedezéséért Otto Meyerhof 1922-ben elnyerte a fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjat.^[9] Hans von Euler-Chelpin és Arthur Harden 1929-ben a cukor fermentációjáért és a folyamat során lévő enzimmegoszlásért kapták a kémiai Nobel-díjat.^[10][11] 1947-ben Bernardo Houssay a hipofízis glükóz- és glükózszármazék-metabolizmusban játszott szerepéért, Carl és Gerty Cori a glikogén és a glükóz átalakulásáért kapták a fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjat.^[12][13][14] 1970-ben Luis Leloir a kémiai Nobel-díjat glükózalapú cukornukleotidok felfedezéséért kapta a szénhidrátok bioszintézisében.^[15]

Szerkezet

Nyílt láncú alak

A glükóz nyílt láncú alakjának szerkezete

A glükóznak nyílt láncú és gyűrűs alakja is létezik. A nyílt láncú alakjának lánca hatszénatomos, elágazás nélküli lánc. Az 1-es szénatom egy aldehidcsoport (formilcsoport) része, a többi öt szénatomhoz egy-egy hidroxilcsoport kapcsolódik. A nyílt láncú alak 4 aszimmetriás szénatomot tartalmaz.

Gyűrűs alak

A glükóz gyűrűvé is záródhat. Legstabilabb a szék alakú, hattagú, piranózgyűrűs alakja. A piranózgyűrűs glükóz neve glükopiranóz. Gyűrűvé záródáskor az 5. szénatomon lévő hidroxilcsoport és a formilcsoport között intramolekuláris félacetál kötés jön létre, laktolgyűrű alakul ki. A gyűrűvé záródás következtében az eredetileg a formilcsoportot alkotó szénatom (1-es szénatom) is aszimmetriássá válik. Az ezen a szénatomon a gyűrűvé záródáskor kialakuló ún. glikozidos hidroxilcsoportnak kétféle térállása lehetséges. Éppen ezért a gyűrűs D-glükóznak kétféle anomer módosulata lehetséges: α-D-glükóz és β-D-glükóz (α-D-glükopiranóz és β-D-glükopiranóz) . Az α és a β alak átalakulhat egymásba. Az α-alak optikai forgatóképessége +112°, a β-alak optikai forgatóképessége +18,7°. A D-glükóz vizes oldatában egyensúlyi elegy alakul ki, ez körülbelül 62% β-D-glükózt, 38% α-D-glükózt és kevés nyílt láncú D-glükózt tartalmaz, az oldat forgatóképessége +52,7°. Az α módosulatban a glikozidos hidroxilcsoport a gyűrű tengelyével párhuzamos (axiális) helyzetű, a β módosulatban a tengelyre merőleges (ekvatoriális) helyzetű. A két módosulat közül a β a stabilabb.

A glükóz piranózgyűrűjének a ciklohexánszármazékokhoz hasonlóan kétféle székalkata lehetséges. A szénhidrátkémiában a kétféle székalkatú konformáció jelölése C1 illetve 1C. Az α-D glükóz és a β-D-glükóz esetében a C1 konformáció a stabilabb, mert így a hidroxilcsoportok (α-D-glükóz esetén a glikozidos hidroxilcsoportot kivéve) és a CH₂OH csoport a kedvezőbb, ekvatoriális helyzetbe kerülnek. Az α-L-glükóz és a β-L-glükóz esetén azonban az 1C konformáció a kedvezőbb.

• 
  α-D-
  glükopiranóz
• 
  β-D-
  glükopiranóz
• 
  α-D-
  glükopiranóz
• 
  β-D-
  glükopiranóz

Izomerjei

Az aldohexózok nyílt láncú alakja 4 kiralitáscentrumot tartalmaz. Ezek az kiralitáscentrumok nem azonos telítettségűek. Így 2⁴=16-féle aldohexóz lehetséges. Ezek közül 8 a D-sorozathoz, 8 az L-sorozathoz tartozik. Csak néhány található meg közülük az élő szervezetben, ezek többsége a D-módosulat. A legjelentősebbek a D-glükóz, a D-mannóz és a D-galaktóz. Ha az aldohexóz hattagú laktolgyűrűvé (piranózgyűrűvé) záródik, új kiralitáscentrum alakul ki, a glikozidos hidroxilcsoportnak kétféle térállása lehetséges. Tehát 2⁵=32 sztereoizomer lehetséges.

Mutarotáció

A D-glükóznak könnyen előállítható a két anomerje (α-D-glükóz, β-D-glükóz) külön-külön: vizes oldatból az α, piridinből a β módosulat kristályosodik ki. A tiszta α-módosulat optikai forgatóképessége +112°, a tiszta β-módosulaté +18,7°. A glükóz vizes oldatának optikai forgatóképessége +52,7°. Az optikai forgatóképességnek ez a változása a mutarotáció. Ennek az a magyarázata, hogy a glükóz két módosulata könnyen át tud alakulni egymásba, és az átalakulások következtében egy egyensúlyi elegy alakul ki.

Reakciói

Reakció savakkal és lúgokkal

A glükóz savakkal nem reagál. Lúgok hatására izomerizálódik, a D-glükóz D-fruktózzá és D-mannózzá alakul át. A háromféle cukor egyensúlyi keveréket alkot. Erélyesebb lúgos behatás hatására oxiredukciós folyamatok mennek végbe.

Redukció

Ha a glükóz formilcsoportja hidroxilcsoporttá redukálódik, egy nyílt láncú hatértékű alkohol, D-szorbit keletkezik. A D-szorbit cukoralkohol. Édes ízű, szilárd anyag, ami a természetben gyümölcsökben fordul elő. Édesítőszerként használják.

Oxidáció

A D-glükóz oxidációja, oxidációs termékei

A glükóz lúgos közegben könnyen oxidálódik. Enyhébb oxidáció hatására (pl. brómos víz, híg HNO₃) szelektíven a glükóz aldehidcsoportja oxidálódik karboxilcsoporttá, glükonsav keletkezik. A glükonsav aldonsav. Instabil, könnyen γ-laktonná alakul.

A glükóz redukáló hatású, Fehling-próbát, ezüsttükörpróbát mutatja. Ez a glükóz nyílt láncú alakjában jelenlévő aldehidcsoporttal magyarázható. Fehling- és ezüsttükör-próbakor is a glükóz enyhe oxidációja játszódik le.

A glükóz erélyesebb oxidációjakor (pl. tömény HNO₃ hatására) cukorsav keletkezik. Ekkor az aldehidcsoport és a láncvégi hidroxilcsoport oxidálódik karboxilcsoporttá. A cukorsav az aldársavak közé tartozik.

Ha a glükóz aldehidcsoportja védett (pl. glikozidkötés védi), akkor a láncvégi hidroxilcsoport oxidálódik karboxilcsoporttá, glükuronsav keletkezik. A glükuronsav az uronsavak közé tartozik. Laktolgyűrűt képez. A karboxilcsoport a γ helyzetű hidroxilcsoporttal γ-laktongyűrűt is képezhet.

Előfordulás

Szabad állapotban előfordul a természetben egyes gyümölcsökben (pl. a szőlőben, innen a szőlőcukor név). A vérben a koncentrációja éhgyomornál 70–100 mg/100 ml (3,9–5,6 mmol/l) értékek között, szénhidrátgazdag étkezés után 160 mg/100 ml (8,9 mmol/l) alatt számít normális értéknek.^[16][17] Diszacharidok (pl. szacharóz, maltóz, cellobióz, laktóz) és poliszacharidok (pl. keményítő, glikogén, cellulóz) alkotórésze. A természetben csak a D-glükóz fordul elő.

Előállítása

A glükóz iparilag keményítő (például kukorica- vagy burgonyakeményítő) savas vagy enzimes hidrolízisével állítható elő. A burgonyakeményítő savas hidrolízisekor keletkező glükózt „krumplicukornak” is nevezik.

A glikolízis folyamata

Bővebben: Glikolízis

Glikolízis

Glükóz Hexokináz Glükóz-6-foszfát Foszfohexóz-izomeráz Fruktóz-6-foszfát Foszfofruktokináz-1 Fruktóz-1,6-biszfoszfát Aldoláz Dihidroxiaceton-foszfát Glicerinaldehid-3-foszfát Triózfoszfát-izomeráz Glicerinaldehid-3-foszfát Glicerinaldehid-3-foszfát-dehidrogenáz ATP ADP ATP ADP NAD^+ + Pi NADH + H^+ + 2 NAD^+ + Pi NADH + H^+ Glicerinsav-1,3-biszfoszfát Foszfoglicerinsav-kináz Glicerinsav-3-foszfát Foszfoglicerinsav-mutáz Glicerinsav-2-foszfát Foszfoglicerinsav-hidratáz (Enoláz) Foszfoenolpiroszőlősav Piroszőlősav-kináz Piroszőlősav Piruvát-dehidrogenáz komplex Acetil-CoA ADP ATP H2O ADP ATP CoA + NAD^+ NADH + H^+ + CO2 2 2 2 2 2 2 ADP ATP H2O

Jegyzetek

1. A glükóz vegyülethez tartozó bejegyzés az IFA GESTIS adatbázisából. A hozzáférés dátuma: 2011. január 8. (JavaScript szükséges) (angolul)
2. Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 57. o. ISBN 963 8334 96 7  
3. Encyclopedia of Food and Health (angol nyelven). Academic Press, 239. o. (2015). ISBN 9780123849533 
4. Marggraf AS. Experiences chimiques faites dans le dessein de tirer un veritable sucre de diverses plantes, qui croissent dans nos contrées [archivált változat] (1747) [archiválás ideje: 2016. június 24.] „Les raisins secs, etant humectés d'une petite quantité d'eau, de maniere qu'ils mollissent, peuvent alors etre pilés, & le suc qu'on en exprime, etant depuré & épaissi, fournira une espece de Sucre” , Histoire de l'académie royale des sciences et belles-lettres de Berlin, 79–90. o. 
5. John F. Robyt. Essentials of Carbohydrate Chemistry. Springer Science & Business Media, 7. o. (2012). ISBN 978-1-461-21622-3 
6. (1906) „On Fischer's Classification of Stereo-Isomers.1”. Journal of the American Chemical Society 28, 114–121. o. DOI:10.1021/ja01967a014. 
7. Emil Fischer. Nobel Foundation. [2009. szeptember 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. szeptember 2.)
8. Fraser-Reid, Bert. „van't Hoff's Glucose”. Chem. Eng. News 77 (39), 8. o. 
9. Otto Meyerhof - Facts - NobelPrize.org. NobelPrize.org. [2018. július 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. szeptember 5.)
10. Hans von Euler-Chelpin - Facts - NobelPrize.org. NobelPrize.org. [2018. szeptember 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. szeptember 5.)
11. Arthur Harden - Facts - NobelPrize.org. NobelPrize.org. [2018. szeptember 3-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. szeptember 5.)
12. Bernardo Houssay - Facts - NobelPrize.org. NobelPrize.org. [2018. július 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. szeptember 5.)
13. Carl Cori - Facts - NobelPrize.org. NobelPrize.org. [2018. július 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. szeptember 5.)
14. Gerty Cori - Facts - NobelPrize.org. NobelPrize.org. [2018. július 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. szeptember 5.)
15. Luis Leloir - Facts - NobelPrize.org. NobelPrize.org. [2018. július 15-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2018. szeptember 5.)
16. Indicator Metadata Registry Details (angol nyelven). www.who.int. (Hozzáférés: 2024. január 22.)
17. Leitlinie für die postprandiale Diabeteseinstellung (pdf) pp. 22. International Diabetes Federation, 2008 [2011. június 28-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. július 30.)

Források

• Bot György: A szerves kémia alapjai
• Bruckner Győző: Szerves kémia, I/2-es kötet
• Furka Árpád: Szerves kémia
• Kovács Kálmán, Halmos Miklós: A szerves kémia alapjai

Kapcsolódó szócikkek

• Cukor

Nézd meg a glükóz címszót a Wikiszótárban!