Khi chúng ta ăn thực phẩm vào hàng ngàybánh mì, cơm, bún, trái cây, sữa… thì cơ thể bắt đầu phân hủycarbohydrate có trong các thực phẩm này để chuyển hóa thành năng lượngGlucose đi nuôi
Tổng quan giới thiệu
Khái niệm
Glucose (Dextrose) là đơn vị cơ bản của carbohydrate và là một monosaccharide, cùng với Fructose, Galactose và Ribose Đây là một loại đường có trong thực phẩm mà cơ thể sử dụng để chuyển hóa thành năng lượng cho tế bào Khi glucose đi qua dòng máu đến các tế bào, nó được gọi là đường huyết hoặc đường trong máu Glucose đóng vai trò thiết yếu trong quá trình trao đổi chất và cung cấp nguồn năng lượng nhanh chóng cho mọi hoạt động của cơ thể.
Cấu tạo
Glucose có công thức phân tử là C6H12O6, tồn tại ở dạng mạch hở và mạch vòng.
Hình 1.2: Ảnh minh hoạ glucose ở dạng mạch hở và mạch vòng
Viết gọn là: CH2OH[CHOH]4CHO
- Nhóm –OH ở C5 cộng vào nhóm C = O tạo ra hai dạng vòng 6 cạnh α và β.
- Nếu nhóm –OH đính với C1 nằm dưới mặt phẳng của vòng 6 cạnh là α, ngược lại nằm trên mặt phẳng của vòng 6 cạnh là β –
- Nhóm –OH ở vị trí C số 1 được gọi là OH – hemiaxetal.
Trạng thái tự nhiên của của Glucose
Glucose tồn tại ở hầu hết các bộ phận của thực vật và có nồng độ cao nhất ở các loại quả chín, đặc biệt là quả nho Vì lượng glucose trong quả nho lớn, glucose còn được gọi là đường nho.
- Glucose chiếm khoảng 30% trong thành phần của mật ong.
- Con người và động vật đều có một lượng Glucose nhất định trong cơ thể.
Hình 1.3: Thành phần mật ong với hàm lượng glucose cao nhất
Hình 1.4: Các loại trái cây chứa nhiều glucose nhất
Quá trình chuyển hóa đường Glucose
Tiêu hóa và hấp thụ
- Các men tiêu hoá các chất đường gồm: Amylase trong nước bọt, dịch tụy, lactase, maltase, sucrase, galactase được tiết ở tế bào niêm mạc ruột.
Trong quá trình tiêu hóa carbohydrate, các enzyme như amylase nước bọt bắt đầu thủy phân polysaccharide thành chuỗi ngắn hơn, rồi thành disaccharide và cuối cùng thành monosaccharide; glucose được giải phóng và sẵn sàng cho quá trình hấp thu Quá trình này bắt đầu ở miệng và tiếp tục ở ruột non nhờ amylase tụy và các enzyme tiêu hóa khác, đảm bảo carbohydrate được phân giải thành đường đơn dễ hấp thu.
Khi nhai chậm, thức ăn giàu chất bột đường kích thích tiết amylase trong nước bọt Trong nước bọt có chất nhầy, enzyme amylase, enzyme khử khuẩn và một số enzym maltase Alpha-amylase có nhiệm vụ phân cắt các liên kết glucose trong tinh bột, glycogen, oligosaccharide và polysaccharide thành các đoạn ngắn hơn và maltose Enzyme maltase phân giải maltose thành hai phân tử glucose.
Trong dạ dày, các enzym tiêu hóa chủ yếu dành cho protein như pepsin hoạt động, nên quá trình phân giải carbohydrate thành glucose hầu như không diễn ra ở đây Vì vậy, glucose đi vào ruột non ở dạng chưa được tiêu hóa, khiến dạ dày đóng vai trò là bước đệm cho giai đoạn tiêu hóa tiếp theo ở ruột non.
Ruột non là nơi tiêu hóa chủ yếu chất bột đường nhờ các dịch tiêu hóa như mật, dịch tụy và dịch ruột; thức ăn được phân giải đến mức đơn giản nhất để cơ thể có thể hấp thu và đào thải chất thừa ra ngoài dễ dàng Enzyme amylase của tụy sẽ biến polysaccharide thành disaccharide (ví dụ maltose), và các enzyme trên niêm mạc ruột non như maltase, sucrase, lactase sẽ phân giải disaccharide thành monosaccharide (glucose, galactose, fructose) để hấp thu qua thành ruột Quá trình này giúp chuyển hóa carbohydrate thành năng lượng cho cơ thể và hỗ trợ quá trình bài tiết chất thải.
Glucose (Lactase) Lactose Galactose + Glucose
- Hỗn hợp của maltotriose, maltose, glucose và oligomer (isomaltose và alpha-limit dextrins) chứa cả liên kết 1,4- và 1,6-α- d-glucosidic.
+ Maltose-glucoamylase thủy phân các gốc glucose 1,4-α-d-glucosidic.
+ Phức hợp sucrase/isomaltase thủy phân các liên kết 1,6-α-d- glucosidic của các oligomer phân nhánh, cũng như 1,6-α-d- glucosidic liên kết trong maltose và sucrose.
Hình 2.1: Quá trình chuyển hoá chất đường bột trong đó có glucose
Glucose là chất duy nhất có thể được hấp thu qua niêm mạc miệng với một lượng giới hạn Trong quá trình hấp thu, glucose sẽ được vận chuyển tích cực vào tế bào ruột non, hay tế bào biểu mô ruột non, để nhanh chóng tham gia vào quá trình chuyển hóa và cung cấp năng lượng cho cơ thể.
Glucose được hấp thu chủ yếu ở dạng monosaccharide và một phần rất nhỏ ở dạng disaccharide Quá trình hấp thu các monosaccharide diễn ra theo cơ chế vận chuyển tích cực thứ phát (đồng vận chuyển với Na+) và được tăng cường bởi khuếch tán thuận hóa (facilitated diffusion).
Quá trình hấp thu glucose bắt đầu từ lòng ruột, nơi glucose được vận chuyển qua bờ bàn chải bằng vi nhung mao vào tế bào biểu mô theo cơ chế vận chuyển tích cực thứ phát đồng vận chuyển với Na+ Khi cả glucose và Na+ gắn vào protein mang, protein này thay đổi hình dạng và đưa cả Na+ và glucose vào bên trong tế bào Năng lượng cho sự thay đổi hình dạng của protein mang đến từ gradient Na+ giữa lòng ruột và tế bào biểu mô; Na+ khuếch tán vào tế bào sẽ kéo theo glucose, cung cấp động lực cho vận chuyển ngược bậc thang Khi nồng độ glucose trong tế bào tăng lên, glucose khuếch tán qua màng đáy bên của tế bào biểu mô vào máu theo cơ chế khuếch tán được tăng cường (facilitated diffusion) Tốc độ hấp thu tối đa của glucose vào khoảng 120 g/giờ.
Hình 2.2: Sự hấp thụ glucose qua ruột vào máu
2.1.3 Sự chuyển hóa của glucose
Hình 2.3: Sơ đồ chuyển hoá glucose cho năng lượng và dự trữ
- Glucose, fructose và galactose được chuyển hóa thành glycogen và dự trữ trong
- Hoặc chuyển hóa thành glucose đưa đến các mô rồi bị ôxy hóa cho năng lượng.
- Ở cơ thể bình thường khi nhịn ăn: lượng glucose trong máu là
70 – 100mg/100ml máu Sau bữa ăn có nhiều bột đường thì sẽ tăng lê:
140 – 150mg/100ml máu Còn nếu lượng này vượt quá 170 mg/100ml máu → vượt quá ngưỡng ở thận → bài tiết qua nước tiểu biểu hiện ở bệnh nhân tiểu đường.
- Khi nhịn ăn mà hàm lượng vượt quá 140 mg/100ml máu: hyperglycaemia (tăng đường huyết) Còn hàm lượng dưới 70 mg/100ml máu: hypoglycaemia (hạ đường huyết).
- Cơ thể có cơ chế điều hòa lượng đường huyết:
Khi mức đường huyết tăng lên, tuyến tụy tiết insulin để đưa glucose vào các tế bào, giúp hạ đường huyết về mức bình thường Lượng glucose dư thừa được gan tích trữ dưới dạng glycogen, glycogen đóng vai trò quan trọng trong cân bằng cơ thể lúc đói Khi ở trạng thái đói và đường huyết giảm, tuyến tụy tiếp tục tiết glucagon để phân giải glycogen thành glucose, bổ sung nguồn đường cho cơ thể hoạt động Ngược lại, khi insulin suy giảm, đường huyết tăng và hormone tuyến giáp cũng làm tăng đường huyết.
Hình 2.4: Các tác nhân làm tăng và giảm đường huyết trong máu
Đường phân
- Đường phân (tiếng Anh là Glycolysis) có nghĩa là “tách đường” Đây là quy trình giải phóng năng lượng trong đường.
- Đường phân xảy ra trong bào tương Trong quá trình đường phân, một loại đường 6 carbon (glucose) được tách thành 2 phân tử axit piruvic
Hình 2.5: Quá trình chuyển hoá 1 đường 6 cacbon thành 2 axit piruvic
Đường phân là con đường phổ biến nhất để phân giải glucose thành pyruvate trong giai đoạn hai của dị hoá, đóng vai trò then chốt trong cung cấp năng lượng cho tế bào Đường phân được nhận diện ở hầu hết các nhóm vi sinh vật và có thể hoạt động ở cả điều kiện có oxy lẫn thiếu oxy, nhờ sự thích nghi với môi trường đa dạng Toàn bộ quá trình diễn ra trong tế bào chất của tế bào, nơi các phản ứng enzyme của đường phân biến đổi glucose thành pyruvate và sinh ra các sản phẩm trung gian cho các bước sau của chu trình trao đổi chất.
2.2.2 Đường phân Đường phân có thể chia thành 2 giai đoạn chính:
• Giai đoạn “đầu tư” năng lượng: 2 phân tử ATP sẽ bị phân hủy thành ADP và nhóm phosphate (PO4)3 – vô cơ.
• Giai đoạn “thu hồi” năng lượng: 4 phân tử ATP được sinh ra từ ADP và
Hình 2.6: Sơ đồ quá trình đường phân
Các giai đoạn của quá trình đường phân:
- 6-carbon glucose được phosphoryl hoá hai lần được chuyển thành fructo-1,6-bisphosphate Giai đoạn này sử dụng 2ATP cho 1 phân tử glucose.
Fructose-1,6-bisphosphate aldolase catalyzes the cleavage of fructose-1,6-bisphosphate into two triose phosphates: glyceraldehyde-3-phosphate and dihydroxyacetone phosphate Dihydroxyacetone phosphate can readily isomerize into glyceraldehyde-3-phosphate, ensuring both products feed seamlessly into the downstream steps of glycolysis.
Glyceraldehyde-3-phosphate được oxy hóa bởi NAD+ như chất nhận electron, đồng thời một nhóm phosphate được gắn vào để hình thành 1,3-bisphosphoglycerate Nhóm phosphate ở carbon 1 của 1,3-bisphosphoglycerate được chuyển cho ADP, tạo thành 3-phosphoglycerate và ATP Đây là một bước then chốt của đường phân (glycolysis), giúp biến đổi glyceraldehyde-3-phosphate thành các phân tử mang năng lượng và cung cấp ATP cho tế bào.
Trong con đường đường phân, nhóm phosphate trên 3-phosphoglycerate được chuyển sang carbon số 2 để hình thành 2-phosphoglycerate; nhờ quá trình loại nước, phân tử này chuyển thành phosphoenolpyruvate – phân tử cao năng thứ hai Phosphoenolpyruvate sau đó chuyển nhóm phosphate sang ADP, hình thành ATP, và pyruvate là sản phẩm cuối cùng của con đường Tóm lại, đường phân tạo ra ATP và pyruvate như những sản phẩm chính của quá trình chuyển hóa này.
- 2 phân tử ATP (adenosine triphosphate)
- 2 phân tử NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)
Con đường Pentose phosphate: (hay còn gọi là hexose monophosphate)
2.3.1 Mô tả quá trình chuyển hóa con đường pentose phosphate
Quá trình oxy hóa glucose theo con đường pentose phosphate diễn ra trong bào tương của tế bào và hoạt động song song với con đường glycolysis; tuy nhiên, con đường này chiếm tỉ lệ thấp hơn nhiều so với glycolysis, chỉ khoảng 7–10% tổng lượng glucose được oxy hóa.
- Tuy nhiên ở một số tế bào như hồng cầu, gan, mô mỡ, tuyến sữa thời kỳ hoạt động, con đường này chiếm ưu thế.
- Con đường pentose phosphate được chia thành 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Oxy hoá glucose-6-phosphat tạo sản phẩm NADPH và pentose phosphat.
- Trước hết G6P oxy hoá bởi NADP + tạo thành 6-phosphoglucono-δ- lacton dưới tác dụng của glucose-6-phosphat dehydrogenase(G6PDH),
- Dưới tác dụng của 6-phospho-gluconolactonase 6- phosphoglucono-δ- lacton hợp H2O mở vòng tạo thành 6- phosphogluconat.
- Oxy hoá 6-phosphogluconat bởi NADP + giải phóng CO2 và tạo thành ribulose-5-phosphat dưới tác dụng của 6- phosphogluconat dehydrogenase.
+ Giai đoạn 2: Sự biến đổi tiếp tục của pentose-5-phosphat.
Trong quá trình đường pentose phosphate, ribulose-5-phosphate được đồng phân hóa thành ribose-5-phosphate nhờ enzyme ribulose-5-phosphate isomerase Nó cũng được chuyển đổi thành xylulose-5-phosphate nhờ ribulose-5-phosphate epimerase Ribose-5-phosphate là nguồn nguyên liệu quan trọng cho tổng hợp các base purin và pyrimidin, từ đó cung cấp nền tảng cho tổng hợp nucleotide và axit nucleic.
- Nếu như nhu cầu chuyển hoá bằng ribose-5-phosphat và xylulose- 5- phosphat đã đầy đủ, phần dư thừa sẽ chuyển thành glyceraldehyd- 3- phosphat và fructose-6- phosphat.
- Glyceraldehyd-3-phosphat và fructose-6-phosphat đi vào con đường đường phân hoặc tân tạo glucose Như vậy chu trình pentose phosphat có thể viết:
- Hai enzyme đặc trưng, đóng vai trò trung tâm trong những sự chuyển hoá này là:
• Transketolase xúc tác chuyển nhóm ketol 2 carbon.
• Transaldolase xúc tác chuyển nhóm 3-carbon từ sedoheptulo- 7- phosphate với glyceraldehyde-3-phosphate.
Hình 2.7: Sơ đồ tóm tắt con đường chuyển hóa pentose phosphate
Đường pentose phosphate không cung cấp năng lượng ở dạng ATP mà cung cấp NADPH và ribose-5-phosphate NADPH được dùng làm nguồn khử cho quá trình tổng hợp axit béo, cholesterol và các steroid Ribose-5-phosphate là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp các base purin và pyrimidin.
Sự chuyển hóa glucose bằng con đường pentose phosphate chi tiết
2 luOuconseo-6-photphate la ct on as e H
2.3.2 Đặc điểm của chu trình pentose
- Phosphoryl hoá một lần từ G → G6P.
- Xảy ra ở dịch bào tương (cytosol) của tế bào Xảy ra mạnh ở một số mô: vỏ thượng thận, tuyến sữa, hồng cầu, mô mỡ.
2.3.3 Ý nghĩa của chu trình pentose
- Cung cấp nhiều NADPH + cho các quá trình tổng hợp acid béo, các hormon steroid.
Đường thay thế trong chuyển hóa glucose đóng vai trò đặc biệt quan trọng vì nó sản sinh ribose-5-phosphate, tiền chất đường thiết yếu cho tổng hợp DNA và RNA, đồng thời tạo ra NADPH, coenzyme được sử dụng trong nhiều con đường sinh tổng hợp Nhờ ribose-5-phosphate, tế bào có nguồn nguyên liệu cần thiết cho tổng hợp axit nucleic, còn NADPH cung cấp nguồn lực cho các quá trình như tổng hợp lipid, sửa chữa DNA và chống oxy hóa, giúp duy trì cân bằng sinh học và đáp ứng với các stress sinh học.
Vai trò và ứng dụng của Glucose
Vai trò
Glucose là thành phần có vai trò khá quan trọng đối với cơ thể chúng ta.
Glucose cung cấp năng lượng cho cơ thể: khi đi vào cơ thể, glucose được chuyển hóa thành năng lượng và các dưỡng chất thiết yếu Đặc biệt, đường còn kích thích sản sinh insulin, giúp kiểm soát cảm giác thèm ăn và hỗ trợ hệ tiêu hóa hoạt động hiệu quả hơn.
Đường glucose được hấp thụ vào cơ thể sẽ được gan dự trữ dưới dạng glycogen, tạo thành nguồn năng lượng dự trữ cho cơ thể Khi cơ thể bị thiếu hụt năng lượng, glycogen ở gan sẽ được huy động để cung cấp năng lượng cho các tế bào và cơ quan.
- Là thành phần tham gia vào cấu trúc của tế bào (RNA và DNA).
3.1.2 Đối với ngành công nghệ thực phẩm
- Glucose được dùng để sản xuất ancol etylic từ nguyên liệu tinh bột hoặc xenlulozơ.
- Trong công nghiệp thực phẩm, glucose được sử dụng làm chất bảo quản.
- Glucose giúp các hỗn hợp có pha đường không bị “lại đường”
- hiện tượng nổi lên những hạt đường nhỏ khi để lâu Đồng thời, Glu cũng giúp bánh kẹo lâu bị khô và giữ được độ mềm.
- Glucose cũng được sử dụng trong quá trình làm kem để giữ hỗn hợp nước và đường mịn.
Ứng dụng
Glucose chứa các chất dinh dưỡng cơ bản giúp cơ thể sản sinh năng lượng để hoạt động và duy trì sức khỏe tốt hơn, từ đó được xem như một dạng bổ sung năng lượng hữu ích Vì vậy glucose được sử dụng như một loại thuốc tăng lực, phù hợp cho trẻ em, người già và cả những người suy nhược cơ thể.
- Glucose được sử dụng để pha huyết thanh (ứng dụng trong tiêm truyền y tế).
- Glucose được dùng để sản xuất vitamin C.
Dùng để tráng gương, tráng ruốt phích (thay cho anđehit vì anđehit độc hại cho sức khoẻ con người.
Hình 3.1: Các ứng dụng của glucose