Glukoza - źródła i rola w organizmie

2019-09-04 13:24 dr n. med. Karolina Karabin, biolog molekularny, diagnosta laboratoryjny, Cambridge Diagnostics Polska

Glukoza jest najpowszechniej występującym monosacharydem w przyrodzie. Najważniejszą rolą glukozy jest zapewnienie źródła energii dla komórek. To istne „paliwo biologiczne” dla organizmu, zwłaszcza mózgu. Jakie jeszcze funkcje pełni glukoza? Jakie są jej źródła?

Spis treści

  1. Glukoza – rola w organizmie
  2. Glukoza – źródła
  3. Glukoza – regulacja hormonalna
  4. Glukoza – wpływ na zdrowie
  5. Glukoza – reakcja Maillarda
  6. Glukoza – zastosowanie

Glukoza, inaczej dekstroza, jest związkiem należącym do cukrów prostych (monosacharydów), a dokładnie heksoz. Glukoza ma postać białego krystalicznego proszku o słodkim smaku. Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie, jednak nie zmienia jej pH.

Glukoza – rola w organizmie

Glukoza jest wykorzystywana przede wszystkim jako „paliwo biologiczne” do wytwarzania energii w trakcie tlenowego oddychania komórkowego. W pierwszym etapie glukoza w ciągu reakcji biochemicznych zostaje przekształcona w dwie cząsteczki pirogronianu.

Następnie pirogronian zostaje włączony do cyklu kwasu cytrynowego i łańcucha oddechowego w wyniku czego powstaje adynozyno-5-trifosforan (ATP).

ATP jest rodzajem komórkowego „akumulatora”, który jest nieustannie ładowany, a energia w nim zmagazynowana jest niezbędna w praktycznie każdym procesie zachodzącym w organizmie.

Najwięcej glukozy zużywa mózg, jednocześnie będąc najbardziej wrażliwym narządem na jej niedobór. Mózg dorosłego człowieka zużywa około 120 gramów glukozy dziennie.

Glukoza ma zdolność łączenia się ze sobą lub z innymi monosacharydami, np. fruktozą, tworząc di- lub polisacharydy. Dwie połączone cząsteczki glukozy tworzą maltozę, a połączenie glukozy i fruktozy daje sacharozę.

Gdy w organizmie pojawia się nadmiar glukozy, może być ona przechowywana w postaci substancji zapasowych. Wtedy glukoza, tworząc długie rozgałęzione łańcuchy, tworzy skrobię (u roślin) lub glikogen (u zwierząt).

Dodatkowo u roślin łańcuchy glukozy mogą tworzyć celulozę, która jest składnikiem budulcowym ściany komórkowej roślin. Celuloza tworząc sztywne i długie nici, ułożone równolegle, stanowi element sztywnych fragmentów roślin, np. drewna.

Glukoza, oprócz tego, że jest źródłem energii dla komórek, jest także źródłem węgla organicznego. Stąd jest ona wykorzystywana jako prekursor do syntezy wielu cząsteczek biochemicznych, np. witaminy C i aminokwasów.

Ponadto glukoza jest niezbędna w procesie glikozylacji, czyli procesu polegającym na przyłączania reszt cukrowych do innych cząsteczkach. Powstają wtedy glikoproteiny, glikolipidy, peptydoglikany i nukleozydy - związki o ważnych biologicznie funkcjach.

Glukoza – źródła

Glukoza jest najpowszechniej występującym monosacharydem w przyrodzie. Rośliny mają zdolność wytwarzania glukozy z dwutlenku węgla, wody oraz energii słonecznej w procesie fotosyntezy. Jest to możliwe dzięki wyspecjalizowanym szlakom biochemicznych, które znajdują się w chloroplastach. Takich możliwości nie mają komórki zwierzęce.

Glukoza znajdująca się w organizmie człowieka pochodzi przede wszystkim z roślinnych źródeł pokarmowych. Glukoza w dużych ilościach występuje w owocach, takich jak figi, banany, jabłka, winogrona, śliwki, czereśnie oraz warzywach, takich jak cebula, papryka, kukurydza i miodzie. Szczególnie bogate w glukozę są suszone owoce.

Źródłem glukozy jest też biały cukier, który używa się do słodzenia kawy, herbaty i wypieku ciast. W przemyśle spożywczym powszechnie stosowany jest syrop glukozowy lub syrop glukozowo-fruktozowy. Znajdziemy go w sokach, napojach gazowanych, ciastach, ciastkach, dżemach oraz płatkach śniadaniowych.

Glukoza występuje także w produktach skrobiowych, jak ziemniaki, makarony, kasze, ryż czy kukurydza.

W organizmie skrobia ulega rozkładowi do glukozy przy udziale specjalnych enzymów. Nadmiar glukozy jest magazynowany w wątrobie i mięśniach w postaci glikogenu lub może być syntetyzowany z innych cząsteczek, np. białek w procesie zwanym glukoneogenezą.

Obydwa procesy pozwalają na utrzymanie stałego poziomu glukozy we krwi między posiłkami lub w trakcie głodówki.

Pamiętajmy jednak, że choć glukoza jest niezbędnym „paliwem biologicznym” utrzymującym podstawowe procesy życiowe, jej nadmiar dostarczany z pożywieniem powoduje problemy zdrowotne, jak otyłość, cukrzyca, choroby sercowo-naczyniowe czy nowotwory.

Glukoza – regulacja hormonalna

Aby utrzymać prawidłowe funkcje życiowe, poziom glukozy we krwi zwierząt musi być stale utrzymywany na odpowiednim poziomie przez mechanizmy hormonalne. Centralną rolę w regulacji poziomu glukozy pełni trzustka. Komórki endokrynne, które skupione są w trzustce w tzw. wyspach Langerhansa, wydzielają dwa hormony: insulinę i glukagon.

Insulina jest produkowana przez komórki beta wysp Langerhansa, a jej wydzielanie jest pobudzane przez wzrost stężenia glukozy we krwi po spożyciu posiłku. Insulina odpowiada m.in. za transport glukozy do tkanek za pomocą wyspecjalizowanych transporterów (GLUT) oraz obniżenie poziomu glukozy we krwi.

Nadmiar glukozy jest przechowywany w postaci glikogenu lub przekształcany w kwasy tłuszczowe i glicerol, które są magazynowane w tkance tłuszczowej.

Hormonem, który działa przeciwstawnie do insuliny, jest glukagon i jest on produkowany przez komórki alfa wysp Langerhansa. Glukagon jest wydzielany wtedy, kiedy poziom glukozy we krwi jest zbyt niski. Powoduje on m. in. rozkład glikogenu w wątrobie i uwolnienie glukozy do krwi.

Dzięki temu utrzymuje stały poziom glukozy pomiędzy posiłkami. Zapas glikogenu w wątrobie wystarcza na utrzymanie prawidłowego poziomu glukozy przez kilka godzin. Po wyczerpaniu zapasów glikogenu uruchomiony zostaje proces glukoneogenezy i wytwarzanie glukozy z aminokwasów lub glicerolu.

Glukoza – wpływ na zdrowie

Optymalny poziom glukozy we krwi powinien utrzymywać się w przedziale 70–99 mg/dl. Nieprawidłowy poziom glukozy we krwi może być skutkiem zaburzenia regulacji hormonalnej tej substancji i wynikać z dwóch sytuacji:

Badanie poziomu glukozy we krwi powinno być regularnie wykonywane u osób z otyłością, niedoczynnością tarczycy, nadczynnością nadnerczy, z historią występowania cukrzycy w rodzinie i ciąży.

Wskazaniem do badania są także objawy, takie jak nadmierne pragnienie, osłabienie, nawracające zakażenia, częste oddawanie dużych ilości moczu, gdyż mogą one wskazywać na zwiększone stężenie glukozy we krwi i cukrzycę.

Badanie glukozy wykonuje się z krwi żylnej pobranej na czczo. Jeśli jej wartość wynosi ≥126 mg/dl i współwystępują wcześniej wspomniane objawy stwierdza się cukrzycę.

Natomiast w przypadku stwierdzenia nieprawidłowej glikemii na czczo, czyli kiedy wartość glukozy na czczo zawiera się między 100 a 125 mg/dl (tzw. stan przedcukrzycowy), należy wykonać krzywą glukozową.

Glukoza związkiem organicznym o wzorze chemicznym C6H12O6. Po raz pierwszy została wyizolowana w 1747 roku z... rodzynek.

Badanie to polega na pomiarze stężenia glukozy we krwi na czczo oraz w pierwszej i drugiej godzinie po podaniu 75 g glukozy. Jeśli w drugiej godzinie wartość glukozy wynosi ≥200 mg/dl, wskazuje to na cukrzycę.

Nieprawidłowości w poziomie glukozy we krwi mogą być także związane z jej zbyt niskim poziomem, kiedy jej stężanie spada poniżej 70 mg/dl (tzw. niedocukrzenie).

Najbardziej wrażliwy na niedobór glukozy jest mózg, ponieważ praktyczne cała glukoza jest dostarczana do mózgu.

Stąd też zbyt niski poziom glukozy objawia się splataniem umysłowym, problemami z koncentracją. Inne objawy to silne uczucie głodu, osłabienie, niepokój, przyspieszenie rytmu serca, drżeniem rąk i senność. Przyczynami hipoglikemii mogą być:

  • przedawkowanie insuliny
  • niezjedzenie posiłku po podaniu insuliny
  • zespół poposiłkowy występujący po operacjach żołądka
  • guz wydzielający insulinę
  • niedoczynność nadnerczy

Glukoza – reakcja Maillarda

Reakcja Maillarda jest nieenzymatycznym procesem zachodzącym między aminokwasami a cukrami prostymi, takimi jak glukoza. Reakcja zachodzi w trakcie obróbki żywności pod wpływem wysokiej temperatury, nadając jej ciemne zabarwienie, aromat i smak, np. smażenie cebuli, podpiekanie pieczywa, palenie ziaren kawy.

Reakcja Maillarda może zachodzić również w organizmie. Dzieje się to pod wpływem spożywania produktów z dużą zawartością cukrów prostych, np. słodyczy. Glukoza po przedostaniu się do krwioobiegu zaczyna reagować z białkami organizmu, np. hemoglobiną, w erytrocytach, tworząc hemoglobinę glikowaną.

Hemoglobina glikowana jest laboratoryjnym markerem oceniającym średnie stężenie glukozy we krwi w ostatnich 3 miesiącach. Jest ona wykorzystywana m.in. do monitorowania terapii cukrzycy.

Oprócz hemoglobiny uszkodzeniu ulegają inne białka w organizmie. Najniebezpieczniejsze są uszkodzenia białek, które nie ulegają regeneracji, jak osłonki mielinowe w neuronach czy soczewka w oku. Stąd reakcje Maillarda w równych tkankach odpowiadają za powikłania cukrzycy, takie jak uszkodzenia nerwów czy zaćma.

Glukoza – zastosowanie

Glukoza jest przemysłowo produkowana ze skrobi (pozyskiwanej z kukurydzy, ryżu, pszenicy, żyta lub ziemniaków) poprzez enzymatyczną hydrolizę przy użyciu amylazy lub kwasów.

Następnie z glukozy wytwarza się syrop glukozowy, który stosuje się m.in. w produkcji wyrobów cukierniczych, takich jak cukierki, toffi i pomady cukiernicze.

W żywności glukoza jest używana jako substancja słodząca, środek pochłaniający wilgoć lub w celu zwiększenia objętości i stworzenia wrażenia miękkości produktu w ustach.

Glukoza znalazła także zastosowanie w medycynie. Glukoza, jako dożylny roztwór, znajduje się na liście podstawowych leków Światowej Organizacji Zdrowia i ma ona zastosowanie w:

  • odwodnieniu hiper- i izootonicznym
  • hipoglikemii (np. po przedawkowaniu insuliny)
  • profilaktyce i leczeniu kwasicy ketonowej oraz kwasicy w przypadkach głodzenia
  • w uszkodzeniu miąższu wątroby
  • żywieniu pozajelitowym
  • okresie rekonwalescencji
  • porfirii
  • stanach hipowolemii, jako środek krótkotrwale zwiększający objętość krwi krążącej
  • jako rozpuszczalnik lub rozcieńczalnik leków, np. związków potasu, magnezu

Glukoza jest również dostępna w postaci tabletek lub proszku jako suplement diety i jest stosowana jako uzupełnienie:

  • niedoborów glukozy w ustroju spowodowanych hipoglikemią poinsulinową
  • niedoborów glukozy związanych z głodem nikotynowym u palaczy lub osób w okresie abstynencji nikotynowej
  • niskokalorycznej diety ubogiej w węglowodany

CZYTAJ TEŻ:

Warto wiedzieć

Indeks glikemiczny jest to klasyfikacja produktów żywnościowych na podstawie ich wpływu na poziom glukozy we krwi w 2-3 godziny po ich spożyciu. Im wyższa wartość indeksu glikemicznego produktu, tym wyższy poziom glukozy we krwi po jego spożyciu.

Produkty o wysokim indeksie glikemicznym to np. ziemniaki, płatki kukurydziane, arbuz, bagietka. Produkty o niskim indeksie glikemicznym to np. orzechy, bakłażan, sałata, soczewica, szpinak, mandarynki.

Wiele popularnych diet na całym świecie opiera się na produktach z niskim indeksie glikemicznym, gdyż uważa się że mają one korzystny wpływ na zdrowie. Jedną z takich diet jest dieta Montignaca.

Piśmiennictwo:

  1. Villeego S. Biologia Multico Oficyna Wydawnicza, Warszawa 1996.
  2. WHO Model List of Essential Medicines. World Health Organization. October 2013.
  3. Gajewska D. i wsp. Rekomendacje postępowania dietetycznego w cukrzycy. Stanowisko Polskiego Towarzystwa Dietetyki 2017. Dietetyka 2017 vol. 10, Wyd. Spec.
  4. Ciborowska H. i Rudnicka A. Dietetyka, Żywienie zdrowego i chorego człowieka. PZWL, 2014.
  5. Charakterystyka produktu leczniczego firmy Baxter: Roztwór glukozy 10%
  6. https://www.doz.pl/leki/p717-Glukoza
O autorze
Karolina Karabin, diagnosta molekularny
dr n. med. Karolina Karabin, biolog molekularny, diagnosta laboratoryjny, Cambridge Diagnostics Polska
Z wykształcenia biolog ze specjalizacją mikrobiologia i diagnosta laboratoryjny z ponad 10-letnim stażem w pracy laboratoryjnej. Absolwentka Studium Medycyny Molekularnej oraz członek Polskiego Towarzystwa Genetyki Człowieka.Kierownik grantów naukowych realizowanych w Pracowni Diagnostyki Molekularnej przy Klinice Hematologii, Onkologii i Chorób Wewnętrznych WUM. Tytuł doktora nauk medycznych w zakresie biologii medycznej obroniła na I Wydziale Lekarskim WUM. Autorka wielu prac naukowych i popularnonaukowych z zakresu diagnostyki laboratoryjnej, biologii molekularnej i żywienia. Na co dzień jako specjalista w zakresie diagnostyki laboratoryjnej prowadzi dział merytoryczny w Cambridge Diagnostics Polska oraz współpracuje z zespołem dietetyków w Poradni Dietetycznej CD. Ze specjalistami dzieli się praktyczną wiedzą dotyczącą diagnostyki i dietoterapii chorób na konferencjach, szkoleniach oraz na łamach czasopism i portali internetowych. Szczególnie zainteresowana wpływem współczesnego stylu życia na procesy molekularne w organizmie.
Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.

NOWY NUMER

W numerze 12/2019 "Zdrowia" wszystko o fizjoterapii, operacja "przez dziurkę", leczenie raka trzustki, kim jest asystent zdrowienia, zielone biuro, antyrakowe menu, idealna koloryzacja. Miesięcznik "Zdrowie" to pakiet rzetelnej wiedzy i sprawdzonych porad!

Dowiedz się więcej
Miesięcznik Zdrowie 12/2019
KOMENTARZE