OSN-SAbstraktOSN-E Glukóza je monosacharid ze skupiny aldohexóz, přirozeně se vyskytuje jako D-izomer. Je přijímána potravou buď volná, nebo jako součást disacharidů a polysacharidů. Z trávicího traktu se do krve vstřebává pouze volná glukóza. V těle může být syntetizována z necukerných prekurzorů reakcemi glukoneogeneze. Slouží jako zdroj energie pro všechny buňky. V buňkách je skladována v zásobě ve formě glykogenu, jaterní glykogen se využívá při hladovění jako zdroj glukózy pro extrahepatální tkáně. Nadbytek glukózy přijaté potravou může být také po přeměně na triacylglyceroly skladován v tukové tkáni. Volná glukóza se vyskytuje hlavně v extracelulární tekutině. Metabolismus glukózy je regulován hormonálně, koncentrace glukózy v krvi (glykemie) je tak udržována v konstantním rozmezí. Při překročení prahové hodnoty glykemie je glukóza vylučována močí. OSN-STerminologieOSN-E D-glukóza D-glukosa Glucosum OSN-SSynonymaOSN-E glukóza, glukosa, dextróza, dextrosa, hroznový cukr, krevní cukr, škrobový cukr OSN-SKlasifikační kódyOSN-E ATC klasifikace: B05BA03 OSN-SOdkazy na jiné relevantní dokumenty, další informaceOSN-E Glukóza v plazmě OSN-SChemická a fyzikální charakteristika, struktura a povaha analytuOSN-E Glukóza je monosacharid patřící mezi aldohexózy: jde o polyhydroxyderivát hexanalu (C6H12O6, relativní molekulová hmotnost = 180,16; obsahuje 40,00 % uhlíku, 6,71 % vodíku a 53,28 % kyslíku). V přírodě se přirozeně vyskytuje hlavně konfigurační izomer D, který je pravotočivý (= optická aktivita, viz. dále) a nachází se převážně v pyranózové cyklické formě. Jde o bílou krystalickou látku, tvořenou do 50 °C stabilním hydrátem alfa-D-glukózy, nad 50 °C se vyskytuje v anhydrátové formě, při dalším zvyšování teploty se tvoří anomer beta (beta-D-glukóza). Monohydrát alfa-anomeru krystalizuje z vodných roztoků, jeho bod tání je 83 °C, specifická optická otáčivost [a]D = +102,0°, ve vodě přechází na +47,9°. V porovnání se sacharózou je její sladkost 74%. Rozpustnost: 1 g/1 ml vody nebo 60 ml etanolu. LD i.v. u králíků je 35 g/kg. Anhydrát alfa-anomeru krystalizuje z horkého etanolu nebo vody, bod tání je 146 °C, specifická optická otáčivost [a]D = +112,2°, ve vodě přechází (= mutarotace) na +52,7° (10 g/100 ml vody). V přítomnosti hydroxylových iontů je konečné hodnoty dosaženo ihned. Výpočet pro různé koncentrace a 20 °C: [a]D20 = +52,5° + 0,0188 p (kde p = g/100 ml). pH 0,5 molárního vodného roztoku je 5,9. Specifická hustota vodných roztoků při 17,5 °C (vztažená na vodu téže teploty; w/v): 5% = 1,019; 10% = 1,038; 20% = 1,076; 30% = 1,113; 40% = 1,149. Index lomu pro 10% roztok při 20 °C: nD = 1,3479. Rozpustnost ve vodě: 1 g/1,1 ml (25 °C), 1 g /0,8 ml (30 °C), 1 g/0,41 ml (50 °C), 1 g/0,28 ml (70 °C), 1 g/0,18 ml (90 °C); v metanolu: 1 g/120 ml (20 °C). Velice špatně rozpustný v absolutním alkoholu, éteru a acetonu; rozpustný v horké ledové kyselině octové, pyridinu a anilinu. LD i.v. u králíků: 35 g/kg. Beta anomer krystalizuje z horké vody s etanolem, ze zředěné kyseliny octové nebo z pyridinu. Bod tání: 148 ‑ 155 °C, [a]D = +18,7°, ve vodě přechází na +52,7° (10 g/100 ml vody). Roztok glukózy obsahuje po dosažení rovnováhy necelých 38 % alfa-D-glukopyranózy, necelých 62 % beta-D-glukopyranózy, méně než 0,5 % každé z méně stálých furanózových forem a asi 0,02 % volné (necyklické) aldehydové formy (25 °C). Z energetického hlediska 1 gram sacharidů poskytuje 17 kJ, tj. 4 kcal, proto se řadí k hlavním živinám. OSN-SRole v metabolismuOSN-E Glukóza je energetickým substrátem pro všechny buňky, podílí se na intermediárním metabolismu, tj. na vzájemné přeměně sacharidů, lipidů a proteinů. Pokud není buňkou přímo využita jako zdroj energie, může být uložena do zásoby ve formě glykogenu, nebo po přeměně na tuk ve formě zásobních triacylglycerolů. V době protrahovaného hladovění (po vyčerpání jaterního glykogenu) je podíl energie čerpané z glukózy na celkové spotřebě organismu pouze 20 %, větší část energie se získává oxidací lipidů. Kromě využití uhlíkaté kostry glukózy jako zdroje energie, může být glukóza přeměněna na jiné monosacharidy nebo jejich deriváty. Do většiny buněk vstupuje usnadněnou difuzí (t.j. pomocí specifického přenašeče), v některých buňkách je tento transport závislý na koncentraci inzulinu v krvi (sval, tuková tkáň). V trávicím traktu a v ledvinách vstupuje glukóza do buněk kotransportem s Na+ (sekundárně aktivní transport). V cytoplazmě je glukóza ihned fosforylována na glukóza-6-fosfát enzymem hexokinázou, případně glukokinázou. Glukóza-6-fosfát je centrálním meziproduktem většiny metabolických přeměn glukózy a zároveň udržuje glukózu v buňce, neboť tento derivát neprochází buněčnou membránou. Fosforylací glukózy je stále udržován gradient koncentrace glukózy na buněčné membráně. Z hlediska zisku energie je nejdůležitější odbourávání glukózy v reakcích glykolýzy s následným pokračováním v citrátovém cyklu. Za anaerobních podmínek jsou produktem odbourávání 1 molu glukózy glykolýzou 2 moly laktátu a 2 moly ATP. Za aerobních podmínek je zisk energie ve formě ATP daleko vyšší: produktem glykolýzy jsou 2 moly pyruvátu, 2 moly NADH + H+ a 2 moly ATP. Pyruvát však po přeměně na acetyl-CoA vstupuje do citrátového cyklu, kde je jeho uhlíkatá kostra zoxidována až na oxid uhličitý. Vznikající redukční ekvivalenty, včetně NADH + H+ pocházejícího z glykolýzy, vstupují do dýchacího řetězce a stávají se zdrojem energie pro tvorbu dalších molekul ATP cestou aerobní fosforylace. Celkový zisk energie z aerobního odbourání 1 molu glukózy až na oxid uhličitý a vodu (aerobní glykolýza + oxidační dekarboxylace pyruvátu + citrátový cyklus + dýchací řetězec) je 36 - 38 molů ATP. V podmínkách, kdy má buňka dostatek energie a koncentrace glukózy v krvi je dostatek, se glukóza-6-fosfát stává substrátem reakcí vedoucích k tvorbě glykogenu (= glykogeneze). Glukóza je tak uložena do zásoby, nejvíce glykogenu je ve svalových buňkách a v hepatocytech. Jaterní glykogen slouží jako zásoba glukózy pro extrahepatální tkáně. Klesne-li koncentrace glukózy v krvi, dochází ke zvýšení poměru glukagon/inzulin v plazmě. Jaterní glykogen je za těchto podmínek odbouráván (glykogenolýza), produktem jeho štěpení glykogenfosforylázou je glukóza-1-fosfát, který je dále izomerován na glukóza-6-fosfát. Pouze buňky, které obsahují glukóza-6-fosfatázu, mohou uvolnit glukózu do krve. Tento enzym chybí ve svalech, ale kromě hepatocytů se nachází i v epiteliálních buňkách ledvinných tubulů, což je důležité pro glukoneogenezi (viz. níže) a v enterocytu, který do krve uvolňuje glukózu přijatou potravou. Volná glukóza je do krve transportována usnadněnou difuzí a může být využívána ostatními buňkami těla. Zásoby glykogenu v játrech vydrží podle tělesné námahy na 12 až 24 (48) hodin. Sníží-li se při hladovění nebo za stresových podmínek organismu obsah glykogenu v játrech, je glukóza syntetizována de novo reakcemi glukoneogeneze z necukerných zdrojů. Tyto reakce probíhají pouze v játrech (90%) a v ledvinách (10%), energie pro glukoneogenezi se získává z beta-oxidace mastných kyselin. Vznikající glukóza je transportována do krve a nabídnuta všem buňkám. Ačkoli může být glukóza využita jako zdroj energie ve všech buňkách, je při jejím nedostatku v organismu využívána jen buňkami, které nemohou jako zdroj energie využívat mastné kyseliny nebo ketolátky (např. erytrocyty jsou na glukóze závislé, energii získávají pouze anaerobní glykolýzou). Ostatní buňky přizpůsobí svůj metabolismus: sníží odbourávání glukózy a využívají ve zvýšené míře i jiné zdroje energie (např. mozek je na glukóze závislý, ale při hladovění spotřebu glukózy sníží a využívá i ketolátky). Glukóza se podílí na Coriho cyklu (anaerobní přeměna glukózy na laktát v extrahepatálních tkáních, transport laktátu krví do jater, přeměna laktátu na glukózu glukoneogenezí v játrech a její opětovné využití extrahepatálními tkáněmi) a na cyklu glukóza-alaninovém (alanin pocházející ze svalových buněk je v játrech přeměněn glukoneogenezí na glukózu, která může být pak opět využita svalovou buňkou). Další využití glukózy v buňkách je její přímá oxidace v pentózovém cyklu (tzv. hexózomonofosfátový zkrat). Glukóza-6-fosfát se touto cestou přeměňuje na ribóza-5-fosfát, který je využíván pro syntézu nukleotidů a nukleových kyselin. Přeměnou této pentózy v následných reakcích pentózového cyklu vznikají další fosforylované monosacharidy, které jsou využívány např. na syntézu glykoproteinů nebo proteoglykanů. Produktem vzájemných přeměn monosacharidů v reakcích pentózového cyklu mohou být také fruktóza-6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát, které současně patří mezi meziprodukty glykolýzy. Přes tyto intermediáty je pentózový cyklus napojen na glykolýzu. Dalším důležitým produktem, vznikajícím přímou oxidací glukózy v prvních reakcích pentózového cyklu, jsou redukované koenzymy NADPH + H+. Tyto koenzymy se v buňce využívají např. pro redukční syntézy (syntéza mastných kyselin, cholesterolu,...) nebo přeměnu cizorodých látek. Pentózový cyklus je jejich hlavním producentem. Glukóza může být dále přeměňována na další monosacharidy (např. galaktózu) nebo jejich deriváty (např. kyselinu glukuronovou, která je významným konjugačním činidlem při detoxikaci ve vodě špatně rozpustných látek). Redukcí glukózy vzniká glucitol (sorbitol), který v nadměrném množství ovlivňuje osmotickou rovnováhu (např. jeho nahromadění v čočce oka způsobuje vznik očního zákalu). OSN-SZdroj (syntéza, příjem)OSN-E Člověk přijímá glukózu potravou buď volnou nebo jako součást glykosidů. Volná glukóza se přirozeně vyskytuje v ovoci a dalších částích rostlin (je produktem fotosyntézy). Obsah monosacharidů v ovoci se zvyšuje během zrání, značně však kolísá v závislosti na druhu ovoce, podmínkách skladování a zpracování. Glukóza je součástí oligosacharidů (např. disacharidů maltózy, sacharózy, laktózy, celobiózy) a polysacharidů (např. škrobu, glykogenu, celulózy), v nichž je vázána O-glykosidovou vazbou. V živočišných tkáních bývá obsah sacharidů jen několik procent, v rostlinných pletivech tvoří běžně 85 - 90 % sušiny. Obecně je D-glukóza spolu s D-fruktózou hlavním monosacharidem všech potravin. Z trávicího traktu se do enterocytu vstřebává pouze volná glukóza, oligo a polysacharidy musí být nejprve hydrolyzovány trávicími enzymy (alfa-amylázou a různými oligosacharidázami). Z lumen střeva se glukóza vstřebává sekundárně aktivním transportem (kotransport s Na+), z enterocytu se do krve dostává usnadněnou difuzí. Kromě příjmu potravou může být glukóza v těle syntetizována z necukerných prekurzorů (z laktátu, glycerolu, glukogenních aminokyselin, 2-oxokyselin) cestou glukoneogeneze. Dále vzniká v těle přeměnou dalších monosacharidů (fruktózy, galaktózy, manózy) nebo štěpením zásobního polysacharidu glykogenu. OSN-SDistribuce v organismu, obsah ve tkáníchOSN-E Celková tělesná zásoba glukózy u dospělého člověka je 10 až 20 gramů. Volná se vyskytuje hlavně v extracelulární tekutině. Obsah volné glukózy v krvi je 0,08 až 0,1 %. Za patologických situací se vyskytuje v moči (glykosurie) v koncentraci až 10%. Likvor obsahuje asi o 40 % méně glukózy než krevní plazma (likvor z mozkových komor jen o 10 % méně), koncentrace v likvoru (glykorachie) závisí na glykemii, rovnováha mezi koncentrací glukózy v plazmě a v likvoru se ustavuje za 4 hodiny. Deriváty glukózy jsou součástí všech buněk - fosforylovaná glukóza jako intermediární metabolit, glykosidicky vázaná v glykogenu, další deriváty se nachází např. v glykoproteinech. OSN-SZpůsob vylučování nebo metabolismusOSN-E Glukóza je v ledvinách filtrována do moči, z primárního filtrátu se již v proximálním tubulu vstřebává zpět do krve sekundárně aktivním transportem (kotransport s Na+). Tyto přenašeče jsou saturovatelné, glukóza je prahová látka - práh pro glukózu je 9 až 10 mmol/l (dle definice: renální práh pro glukózu = hladina glykemie 10,0 mmol/l po dobu 15 minut). Při překročení této plazmatické koncentrace se nadbytečná glukóza nestačí v tubulech ledvin vstřebat zpět do krve a je vylučována močí. OSN-SBiologický poločasOSN-E Poločas katabolismu je 40 minut, obrat 200 mg/min. OSN-SKontrolní (řídící) mechanismyOSN-E Koncentrace glukózy v krvi (glykemie) je stále udržována v konstantním rozmezí, výrazný pokles nebo zvýšení koncentrace je patologické. Po přijetí potravy nepřesahuje za fyziologických podmínek glykemie hodnotu ledvinného prahu pro glukózu. Regulace koncentrace glukózy v krvi i její metabolismus jsou zajišťovány hormonálně. Mezi hlavní hormony, které ovlivňují glykemii, patří inzulin, glukagon, adrenalin a kortizol. Po přijetí potravy se hormony gastrointestinálního traktu (např. GIP, somatostatin) podílí na spoluregulaci rychlosti sekrece inzulinu a glukagonu. Inzulin jako jediný glykemii snižuje (zvyšuje vstup glukózy do některých buněk, aktivuje glykolýzu, syntézu glykogenu i syntézu lipidů - nadbytek glukózy se může v těle ukládat ve formě triacylglycerolů). Ostatní uvedené hormony působí jako antagonisté inzulinu: glukagon a adrenalin aktivují glykogenolýzu a glukoneogenezi, kortizol indukuje glukoneogenezi. Hyperglykemizující účinky má také růstový hormon. Hlavním orgánem, který významně zasahuje do hospodaření s glukózou v organismu, jsou játra (hovoříme o glukostatické funkci jater). Po přijetí glukózy potravou je asi 80 % glukózy z portální krve (obsahuje až 22,2 mmol/l) vychytáno hepatocyty a v nich zpracováno (hlavně syntéza glykogenu). Při hladovění je naopak glukóza z jater uvolňována do cirkulace. Během nočního lačnění se z jater uvolňuje asi 10 g glukózy za hodinu. 50 až 60 % uvolněné glukózy je u člověka spotřebováno mozkem. OSN-SLiteraturaOSN-E Budavari, S. (editor): The Merck Index. An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals, twelfth edition, Merck & CO., Inc., Whitehouse Station, N J, 1996. ISBN 0911910-12-3 Velíšek, J.: Chemie potravin 1, Ossis, Tábor, 2002. ISBN 80-86659-00-3 Duchoň, J. a kol.: Lékařská chemie a biochemie, Avicenum, Praha, 1985. Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2 Masopust, J.: Klinická biochemie. Požadování a hodnocení biochemických vyšetření. Karolinum, Praha, 1998. ISBN 80‑7184‑649‑3 OSN-SAutorské poznámkyOSN-E Vladimíra Kvasnicová (červen 2004)