กลูโคส (Glucose) คืออะไร? และมีกี่ประเภท

กลูโคส (Glucose) คืออะไร?

กลูโคส (Glucose) เป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวประเภทโมโนแซคคาไรด์ (monosaccharide) ที่มีบทบาทสำคัญในฐานะแหล่งพลังงานหลักของเซลล์ในสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะในร่างกายมนุษย์ กลูโคสเกิดขึ้นเมื่อคาร์โบไฮเดรตที่บริโภคถูกย่อยสลายระหว่างกระบวนการย่อยอาหาร ร่างกายจะเปลี่ยนคาร์โบไฮเดรตให้เป็นกลูโคส จากนั้นกลูโคสจะถูกลำเลียงผ่านกระแสเลือดและส่งไปยังเซลล์ต่างๆ เพื่อใช้เป็นพลังงาน

กระบวนการที่ทำให้กลูโคสกลายเป็นแหล่งพลังงานสำหรับเซลล์เรียกว่าการหายใจของเซลล์ (cellular respiration) ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียภายในเซลล์ เพื่อสร้างพลังงานในรูปของเอทีพี (ATP) ที่เซลล์สามารถนำไปใช้ในกิจกรรมต่างๆ ได้ทันที นอกจากการใช้เป็นพลังงานแล้ว กลูโคสยังสามารถเก็บสะสมในรูปของไกลโคเจน (glycogen) ในตับและกล้ามเนื้อ เพื่อสำรองไว้ใช้ในภายหลังเมื่อร่างกายต้องการพลังงาน กลูโคสเป็นหนึ่งในผลิตผลหลักของกระบวนการสังเคราะห์แสง (photosynthesis) ในพืช ซึ่งพืชใช้ในการสร้างอาหารให้กับตัวเองและเป็นพื้นฐานสำหรับห่วงโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ รูปแบบที่พบในธรรมชาติของกลูโคสคือ D-glucose ซึ่งในอุตสาหกรรมอาหารเรียกว่า เดกซ์โตรส (dextrose) โดยนิยมใช้เป็นสารให้ความหวานและเป็นแหล่งพลังงานในผลิตภัณฑ์อาหารหลากหลายชนิด

การควบคุมระดับกลูโคสในเลือดนั้นทำโดยอินซูลิน (insulin) ซึ่งเป็นฮอร์โมนที่ผลิตโดยตับอ่อน อินซูลินทำหน้าที่ช่วยให้เซลล์สามารถดูดซึมกลูโคสจากเลือดเพื่อใช้เป็นพลังงานหรือเก็บสะสมไว้ในรูปของไกลโคเจน การที่ร่างกายไม่สามารถควบคุมระดับกลูโคสได้อย่างมีประสิทธิภาพอาจนำไปสู่ปัญหาสุขภาพ เช่น โรคเบาหวาน (diabetes) ซึ่งเกิดจากความบกพร่องในการผลิตอินซูลินหรือการตอบสนองต่ออินซูลิน ทำให้ระดับน้ำตาลในเลือดสูงขึ้นอย่างผิดปกติ

โครงสร้างทั่วไปของกลูโคส

โครงสร้างทั่วไปของกลูโคสคือวงแหวนคาร์บอน 6 วงที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ติดอยู่ที่อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอม ยกเว้นเพียง 1 อะตอมซึ่งจับกับอะตอมของออกซิเจนเพื่อสร้างหมู่คาร์บอนิล (-C=O) โครงสร้างนี้เรียกโดยทั่วไปว่า hexose ซึ่งหมายถึงน้ำตาลที่มีคาร์บอน 6 อะตอม สูตรโมเลกุลของกลูโคสคือ C6H12O6

Component	Description
Carbon	กลูโคสประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน 6 อะตอมในโครงสร้าง
Hydrogen	กลูโคสประกอบด้วยไฮโดรเจน 12 อะตอมในโครงสร้าง
Oxygen	กลูโคสประกอบด้วยออกซิเจน 6 อะตอมในโครงสร้าง
Structure	เชื่อมต่อหมู่อะมิโน หมู่คาร์บอกซิล และหมู่ R

การผลิตกลูโคสตามธรรมชาติ

ร่างกายผลิตกลูโคสตามธรรมชาติผ่านกระบวนการที่เรียกว่ากลูโคโนเจเนซิส ซึ่งเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในตับและในระดับที่น้อยกว่าในไต Gluconeogenesis คือการสังเคราะห์กลูโคสจากแหล่งที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต เช่น กรดอะมิโน แลคเตต และกลีเซอรอล กระบวนการนี้มีความสำคัญในการรักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้เป็นปกติเมื่อไกลโคเจนที่สะสมในร่างกายหมดลง เช่น ในช่วงอดอาหารหรือออกกำลังกายเป็นเวลานาน นอกจากนี้ การสลายไกลโคเจนในตับและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อยังสามารถปล่อยกลูโคสเข้าสู่กระแสเลือดได้ตามต้องการ

1. ในพืชและสิ่งมีชีวิตจำพวกโพรแคริโอต จากการสังเคราะห์แสง
2. ในสัตว์และเชื้อรา จากการแยกสลายไกลโคเจน โดยกระบวนการที่รู้จักกันในชื่อ การสลายไกลโคเจน (Glycogenolysis) ในพืชจะเป็นการแยกสลาย ซับสเตรต คือ แป้ง
3. ในสัตว์ กลูโคสจะถูกสังเคราะห์ในตับและไต จากสารขั้นกลาง (intermediates) ที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรต (non-carbohydrate) เช่น ไพรูเวต (pyruvate) และ กลีเซอรอล (glycerol) โดยกระบวนการที่เรียกว่า กลูโคนีโอเจนีสิส (gluconeogenesis)

การผลิตกลูโคสในเชิงพาณิชย์

การผลิตกลูโคสในเชิงพาณิชย์มักจะทำผ่านการไฮโดรไลซิสของแป้ง ซึ่งเป็นคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนที่พบในพืช แป้งสามารถหาได้จากหลายแหล่ง รวมทั้งข้าวโพด ข้าวสาลี และมันฝรั่ง

กระบวนการผลิตกลูโคสเชิงพาณิชย์ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้

1. ขั้นแรกให้ผสมแป้งกับน้ำและอุ่นให้เป็นสารละลาย
2. เอนไซม์จะถูกเติมลงในสารละลายเพื่อสลายแป้งให้เป็นโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตที่เล็กลง รวมทั้งกลูโคส
3. ส่วนผสมที่ได้จะถูกกรองและบำบัดด้วยถ่านกัมมันต์เพื่อขจัดสิ่งเจือปนและสี
4. สารละลายกลูโคสจะถูกทำให้เข้มข้นและทำให้บริสุทธิ์ผ่านชุดของขั้นตอนที่อาจรวมถึงการแลกเปลี่ยนไอออน โครมาโตกราฟี และการตกผลึก
5. ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายคือผงสีขาว ไม่มีกลิ่นและรสจืดที่ใช้กันทั่วไปในการผลิตอาหารและเครื่องดื่ม รวมถึงในเภสัชภัณฑ์ เครื่องสำอาง และการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ

ปฏิกิริยา (Reactions) ของ กลูโคส

กลูโคสผ่านปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างขึ้นอยู่กับสภาวะและตัวทำปฏิกิริยาที่ใช้ นี่คือปฏิกิริยาทั่วไปของกลูโคส

1. ออกซิเดชัน (Oxidation) กลูโคสสามารถออกซิไดซ์ได้โดยใช้สารต่างๆ เช่น กรดไนตริกหรือสารทำปฏิกิริยาเบเนดิกต์ เพื่อสร้างกรดคาร์บอกซิลิก เช่น กรดกลูโคนิก และอัลดีไฮด์ เช่น กลูโคนัลดีไฮด์
2. การหมัก (Fermentation) สามารถหมักโดยยีสต์หรือแบคทีเรียเพื่อผลิตเอทานอล คาร์บอนไดออกไซด์ และผลพลอยได้อื่นๆ ปฏิกิริยานี้มักใช้ในการผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์และเชื้อเพลิงชีวภาพ
3. เอสเทอริฟิเคชัน (Esterification) กลูโคสสามารถทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอกซิลิกหรือกรดแอนไฮไดรด์ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยากรดเพื่อสร้างเอสเทอร์ ปฏิกิริยาเหล่านี้ใช้ในการผลิตสารแต่งกลิ่น น้ำหอม และพลาสติไซเซอร์
4. Glycosylation กลูโคสสามารถทำปฏิกิริยากับกลุ่มอะมิโนบนโปรตีนหรือสารชีวโมเลกุลอื่น ๆ เพื่อสร้างไกลโคไซด์ ปฏิกิริยาเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในโครงสร้างและหน้าที่ของโมเลกุลทางชีวภาพหลายชนิด
5. ไอโซเมอไรเซชัน กลูโคสสามารถเปลี่ยนเป็นน้ำตาลอื่นๆ เช่น ฟรุกโตส โดยผ่านปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันโดยใช้กรดหรือตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ปฏิกิริยานี้มักใช้ในการผลิตน้ำเชื่อมข้าวโพดฟรุกโตสสูง

บทสรุป

กลูโคสเป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสิ่งมีชีวิต พบได้ในสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิดและมีส่วนร่วมในกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่าง รวมทั้งการส่งสัญญาณและการสื่อสารของเซลล์ และการสังเคราะห์สารชีวโมเลกุล กลูโคสเป็นองค์ประกอบสำคัญของสารชีวโมเลกุลที่สำคัญหลายชนิด เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และกรดนิวคลีอิก และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของระบบทางชีววิทยาต่างๆ ความสำคัญของมันในร่างกายและการมีส่วนร่วมในกระบวนการทางชีววิทยาต่างๆ ทำให้กลูโคสเป็นโมเลกุลที่น่าสนใจและจำเป็นสำหรับการศึกษาในด้านชีวเคมีและชีววิทยา กลูโคสผ่านปฏิกิริยาเคมีหลายอย่าง รวมทั้งออกซิเดชัน การหมัก เอสเทอริฟิเคชัน ไกลโคซิเลชัน และไอโซเมอไรเซชัน