গ্লুকোজ
গ্লূকোজ (ইংরেজি:Glucose) বা দ্রাক্ষা-শর্করা একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ কার্বোহাইড্রেট যা শর্করার রাসায়নিক শ্রেণিবিভাগে একশর্করা বা মনোস্যাকারাইডের অন্তর্ভুক্ত। জীবন্ত কোষ গ্লূকোজ শক্তি ও বিপাকীয় প্রক্রিয়ার একটি উৎস হিসেবে ব্যবহার করে। সালোকসংশ্লেষণ বা ফটোসিনথেসিস প্রক্রিয়ার অন্যতম প্রধান উৎপাদ হলো গ্লূকোজ ।সাধারণত এই গ্লূকোজ প্রাণী ও উদ্ভিদ কোষের শ্বাসক্রিয়ায় অন্যতম অপরিহার্য উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়। পাকা, মধু ও আধিকাংশ মিষ্ট ফলে গ্লূকোজ থাকে । রক্তে এবং বহুমূত্র রোগীর মূত্রে সামান্য পরিমাণে গ্লূকোজ আছে।
“গ্লূকোজ ” গ্রিক শব্দ "glukus" (γλυκύς) থেকে উদ্ভূত হয়েছে, যার অর্থ “মিষ্টি” এবং "-ose" প্রত্যয়টি চিনি নির্দেশ করে। অ্যালডোহেক্সোজ চিনির দুইটি স্টেরিও সমাণু গ্লূকোজ নামে পরিচিত, যার মাত্র একটি (-গ্লূকোজ ) জৈবিকভাবে সক্রিয়। এই গঠনটিকে অনেক সময় ডেক্সট্রোজ ("ডেক্সট্রোরোটেটরি" হতে উদ্ভূত) মনোহাইড্রেট অথবা বিশেষত খাদ্য শিল্পে সাধারণভাবে ডেক্সট্রোজ বলা হয়। এই নিবন্ধটিতে -গঠনবিশিষ্ট গ্লূকোজ নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে, -গ্লূকোজ কোষে জৈবিকভাবে বিপাকীয় ক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে না, যা গ্লাইকোলাইসিস নামে পরিচিত। গ্লূকোজ ভেঙ্গে পাইরুভেট অথবা ল্যাকটেডে পরিণত হয়েছে;এটা সহজে বোঝানোর জন্য "গ্লাইকোলাইসিস" শব্দটি ব্যবহার করা হয়।
গ্লূকোজেরর অণুতে ছয়টি কার্বন পরমাণু থাকে, যার একটি অ্যালডিহাইড গ্রুপের অংশ। তাই শ্রেণীগতভাবে গ্লূকোজ একটি "অ্যালডোহেক্সোস"। দ্রবণে গ্লূকোজ অণু খোলা শিকল আকারে বা গোলাকার বলয়াকারে (সাম্যাবস্থায়) থাকতে পারে। গোলাকার গঠনটি ছয় পরমাণু বিশিষ্ট হেমিয়াসেটাল উৎপাদনের জন্য অ্যালডিহাইড কার্বন পরমাণু ও কার্বন-৫ হাইড্রক্সিল গ্রুপের মধ্যকার সমযোজী বন্ধনের ফল। কঠিন অবস্থায় গ্লুকোজ বলয়াকার আকার ধারণ করে। কারণ বলয়ের গঠনটি পাঁচটি কার্বন ও একটি অক্সিজেন পরমাণু ধারণ করে। গ্লুকোজের গোলাকার কাঠামোটিকে অনেক সময় গ্লুকোপাইরানোজ বলেও অভিহিত করা হয়। এই গঠনে প্রত্যেক পরমাণু একটি করে হাইড্রক্সিল গ্রুপের সাথে যুক্ত থাকে, শুধু পঞ্চম পরমাণুটি ব্যতীত যা বলয়ের এর বাইরে ষষ্ঠ পরমাণুর সাথে যুক্ত থাকে এবং CHOH গ্রুপ গঠন করে। গ্লুকোজ সাধারণত সাদা পাউডার বা ক্ষুদ্রাকার কঠিন স্ফটিক আকারে পাওয়া যায়। এটি জলে দ্রবীভূত হতে পারে। জলে এর দ্রাব্যতা খুব বেশী।
গ্লূকোজ একটি মিষ্টি স্বাদযুক্ত দানাদার বা স্ফটিকাকার পদার্থ।। জলে দানায়িত করলে গ্লূকোজের প্রতি অণুতে একটি করে জলের অণু থাকে এবং এই জলযুক্ত গ্লূকোজের গলনাঙ্ক ৮৬° সেলসিয়াস । অনার্দ্র গ্লূকোজের গলনাঙ্ক ১৪৬° সে.। এটি জলে অত্যন্ত দ্রবণীয়। অ্যালকোহলে সামান্য দ্রবণীয়, ইথারে অদ্রবণীয়। এটি চিনির চেয়ে কম মিষ্ট। গ্লূকোজের অণুতে একটি –CHO মূলক এবং ৫টি OH থাকায় এটি অ্যালডিহাইড ও অ্যালকোহল উভয়ের মতো আচরণ করে।
গবেষণাগারে অ্যালকোহলের উপস্থিতিতে চিনিকে HCl বা HSO দ্বারা আর্দ্র বিশ্লেষিত করে গ্লূকোজ প্রস্তুত করা যায়। অ্যালকোহলে গ্লুকোজ অপেক্ষা ফ্রুক্টোজ অধিক দ্রবণীয় হওয়ায় দানায়ন পদ্ধতিতে গ্লুকোজ পৃথক করার জন্য দ্রাবক হিসাবে অ্যালকোহল ব্যবহৃত হয়। একটি পাত্রে ৪ সি সি গাঢ় HCI ১০০ সি সি ৯০% ইথাইল অ্যালকোহল এবং ৪০ গ্রাম চূর্ণ চিনি নিয়ে ৫০ উষ্ণতায় গরম করা হয়। পাত্রটিকে মাঝে মাঝে ঝাঁকানো হয় যে পর্যন্ত না চিনি সম্পূর্ণরূপে দ্রবীভূত হয়। এতে করে চিনি আর্দ্র-বিশ্লেষিত হয়ে গ্লুকোজ ও ফ্রুক্টোজ তৈরি হয়। ম্রিশ্রণটিকে ঠাণ্ডা করে এতে কেলাসনের সাহায্য করার জন্য কিছু গ্লুকোজের দানা যোগ করলে কম দ্রবণীয় গ্লুকোজ দানায়িত হয় এবং দ্রবণে ফ্রুক্টোজ থেকে যায়। এই গ্লুকোজকে ছেঁকে পৃথক করার পর অ্যালকোহলে পুনরায় দানায়িত করলে প্রায় বিশুদ্ধ গ্লুকোজ পাওয়া যায়।
CHO + H0 = CHO (গ্লুকোজ) + CHO (ফ্রুক্টোজ)
শিল্পক্ষেত্রে স্টার্চ বা শ্বেতসার জাতীয় দ্রব্যকে পাতলা এসিড দিয়ে ভেজালে গ্লুকোজ তৈরি হয়। চাল, আলু, ভুট্টা প্রভৃতি শ্বেতসার জাতীয় দ্রব্য অতিরিক্ত জল ও পাতলা HSO-এর সঙ্গে উচ্চ চাপে উত্তপ্ত করলে তা আর্দ্রবিশ্লেষিত হয়ে গ্লুকোযে পরিণত হয়। সোডিয়াম কার্বনের দ্বারা অতিরিক্ত এসিড প্রশমিত করার পর মিশ্রণটি ছেকে নেওয়া হয়। পরিশ্রুত দ্রবনকে সক্রিও কয়লা দিয়ে বর্ণহীন করে তাপে গাঢ় করলে ঠাণ্ডা করলে দানার আকারে গ্লুকোজ পৃথক হয়ে যায়। এই গ্লুকোজে সামান্য পরিমাণে মল্টোজ ও ডেক্সট্রিন থাকে। মিথাইল অ্যালকোহলে আবার দানায়িত করলে প্রায় বিশুদ্ধ গ্লুকোজ পাওয়া যায়।
(CHO) + HO → CHO
অ্যালডোহেক্সোস চিনির চারটি কাইরাল কেন্দ্র রয়েছে যা 2 = 16 টি স্টিরিওসমাণু তৈরি করে। এগুলো দুইটি গ্রুপে বিভক্ত হয়, L ও D, যার প্রত্যেকটিতে আটটি চিনি থাকে। গ্লুকোজ এদের অন্যতম চিনি এবং L-গ্লুকোজ ও D-গ্লুকোজ হল দুইটি স্টিরিওসমাণু। এদের মধ্যে মাত্র সাতটি জীবন্ত উদ্ভিদে বা প্রাণীতে পাওয়া যায়। D-গ্লুকোজ, D-গ্যালাকটোজ, D-ম্যানোজ এদের মধ্যে সবচেয়ে গরত্বপূর্ণ। এই আটটি সমাণু ডায়াস্টেরিও সমাণুর সাথে সম্প্ররকিত এবং D-সিরিজের অন্তর্ভুক্ত। গ্লুকোজ যখন বৃত্তাকারে বিন্যস্ত হয়ে দুইটি গোলাকার গঠনবিশিষ্ট অ্যানোমার, α- গ্লুকোজ ও β-গ্লুকোজ তৈরি করে তখন কার্বন-১ এ অতিরিক্ত একটি অপ্রতিসম কেন্দ্র (অ্যানোমারিক কার্বন পরমাণু) সৃষ্টি হয়। গঠনের দিক থেকে C-১ ও C-৬ এর সাথে যুক্ত হাইড্রক্সিল গ্রুপের আপেক্ষিক অবস্থানের সাথে এই অ্যানোমারগুলোর পার্থক্য রয়েছে। যখন D-গ্লুকোজ ত্রিমাত্রিকভাবে (হাওয়ারথ অভিক্ষেপণ) বা শিকল কাঠামো আকারে উপস্থাপন করা হয় তখন α নির্দেশ করে যে, C-১ এর হাথে যুক্ত হাইড্রক্সিল গ্রুপটি ট্রান্স সমাণু হিসেবে আছে; অপরদিকে β নির্দেশ করে যে এটি সিস সমাণূ হিসেবে আছে।
বিজ্ঞানীরা গবেষণা করে জানতে পেরেছেন কেন গ্লুকোজ জীবকোষে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এর একটি কারণ হতে পারে, প্রোটিনের অ্যামিনো গ্রুপের সাথে বিক্রিয়ায় অন্যান্য হেক্সোজের তুলনায় গ্লুকোজ কম প্রবণতা দেখায়। বিক্রিয়াটি অনেক এনজাইমের ক্রিয়া হ্রাস করে। গ্লাইকেশন বিক্রিয়ার কম গতিবেগের কারণ হল, গ্লুকোজের কম সক্রিয় গোলাকার সমাণুর প্রতি প্রবণতা। তবুও প্রোটিনের বা লিপিডের গ্লাইকেশন বিক্রিয়াই সম্ভবত ডায়াবেটিসের অনেক দীর্ঘমেয়াদি জটিলতার কারণ বলে ধারণা করা হয়। অন্যদিকে প্রোটিনের সাথে গ্লুকোজের এনজাইম নিয়ন্ত্রিত যুত বিক্রিয়া অনেক সময় এক্ষেত্রে প্রয়োজনীয়।
গ্লুকোজ বায়োলজিতে একটি সর্বব্যাপী জ্বালানী। ব্যাকটেরিয়া থেকে মানুষ, প্রায় সব জীবে শক্তির একটি উৎস হিসেবে গ্লুকোজ ব্যবহৃত হয়। শ্বসন ক্রিয়া বা গাঁজন প্রক্রিয়ায় গ্লুকোজ ব্যবহৃত হতে পারে। শর্করা হল মানব শরীরের শক্তির প্রধান উৎস, যার প্রতি গ্রাম শ্বাসক্রিয়ার মাধ্যমে প্রায় ৩.৭৫ কিলোক্যালরি খাদ্য শক্তি সরবরাহ করে। শর্করার বিশ্লিষ্ট হয়ে মনো ও ডাইস্যাকারাইড তৈরি করে যার অধিকাংশই হল গ্লুকোজ। গ্লাইকোলাইসিস বিক্রিয়ার মাধ্যমে গ্লুকোজ অক্সিজেনের সাথে যুক্ত হয়ে কার্বন ডাই অক্সাইড ও জল তৈরি করে। এক্ষেত্রে তাপ নির্গত হয়। ইনসুলিন বিক্রিয়া এবং অন্যান্য বিক্রিয়া রক্তে গ্লুকোজের ঘনত্ব নির্ধারণ করে থাকে। মস্তিষ্কের শক্তির প্রধান উৎস গ্লুকোজ এবং একারণে গ্লুকোজের উপস্থিতি শারীরিক ক্রিয়া প্রভাবিত করে। রক্তে গ্লুকোজের স্বল্পতা বা হাইপোগ্লাইসেমিয়া যেসকল শারীরিক কর্মকাণ্ডে মানসিক সক্রিয়তা প্রয়োজন, তাদের ব্যাহত করে।
প্রোটিন ও লিপিড উৎপাদনে গ্লুকোজ একটি জটিল বিক্রিয়ক। উদ্ভিদে ও অধিকাংশ প্রাণীদেহে ভিটামিন সি উৎপাদনেও গ্লুকোজ একটি বিক্রিয়ক। অনেক প্রয়োজনীয় বস্তু সংশ্লেষনে গ্লুকোজ বিক্রিয়ক হিসেবে ব্যবহৃত হয়। স্টার্চ, সেলুলোজ ও গ্লাইকোজেন হল গ্লুকোজের পলিমার। দুধের প্রধান চিনি ল্যাকটোজ একটি গ্লুকোজ-গ্যালাকটোজ ডাইস্যাকারাইড। আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ ডাইস্যাকারাইড সুক্রোজে গ্লুকোজ ফ্রুক্টোজের সাথে যুক্ত থাকে। এসকল সংশ্লেষণ ক্রিয়া গ্লাইকোলাইসিস বিক্রিয়ায় প্রথম ধাপের মাধ্যমে গ্লুকোজের ফসফরিলেশনের উপর নির্ভরশীল।
শিল্পক্ষেত্রে গ্লুকোজ ভিটামিন সি তৈরিতে ব্যবহৃত হয়। এছাড়া সাইট্রিক এসিড, গ্লুকোনিক এসিড, বায়ো-ইথানল, পলিল্যাকটিক এসিড, সর্বিটল তৈরিতেও গ্লুকোজ ব্যবহার করা হয়
এছাড়া নিম্নোক্ত ক্ষেত্রসমূহে গ্লুকোজ ব্যবহৃত হয়ঃ
খাদ্যের অধিকাংশ কার্বহাইড্রেট হয় গ্লাইকোজেন বা শর্করার অণুর গঠন উপাদান হিসেবে অথবা সুক্রোজ বা ল্যাকটোজের মত মনোস্যাকারাইডের সাথে যুত বিক্রিয়ায় তৈরিতে গ্লুকোজ ধারণ করে। স্ফটিক ফ্রুক্টোজ গ্লুকোজ ধারণ করে না এবং এর শতকরা ৯৮ ভাগই গ্লুকোজ। ক্ষুদ্রান্তের লুমেন অংশে গ্লুকোজ-অলিগো এবং পলিস্যাকারাইড, প্যানক্রিয়াটিক ও অন্ত্রের গ্লাইকোসাইডেজের মাধ্যমে ভেঙে মনোস্যাকারাইডে পরিণত হয়। অন্যান্য পলিস্যাকারাইড মানুষের অন্ত্রে বিক্রিয়া করে না এবং যদি তা ভেঙে মনোস্যাকারাইডে পরিণত হতে হয় তবে অন্ত্রের ফ্লোরা দরকার হয় (ব্যতিক্রম ব্যতীত)। গ্লুকোজ এসময় এপিকেল মেমব্রেন ও পরবর্তিতে ব্যাসেল মেমব্রেনের মধ্য দিয়ে পরিবাহিত হয়। গ্লুকোজের কিছু অংশ মস্তিষ্কের কোয, অন্ত্রের কোষ বা লাল রক্ত কণিকা দ্বারা সরাসরি শক্তির উৎস হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং বাকি অংশ লিভার, অ্যাডিপোজ টিসু ও মাংসপেশীর কোষে পৌছে, যেখানে তা ইনসুলিনের প্রভাবে শোষিত হয় ও সংরক্ষিত থাকে। লিভারের কোষ গ্লাইকোজেন গ্লুকোযে পরিণত হতে পারে এবং রক্তে ফিরে আসতে পারে যখন ইনসুলিনের পরিমাণ কম থাকে বা থাকে না। মাংসপেশীর কোষে গ্লাইকোজেন এনজাইমের না থাকার কারণে রক্তে ফিরে আশে না। চর্বির কোষে গ্লুকোজ বিক্রিয়া গতিশীল করতে গ্লুকোজ ব্যবহৃত হয়।
যেহেতু জৈবিক ক্রিয়ায় গ্লুকোজ একটি মৌলিক উপাদান, তাই এর গঠন সংক্রান্ত সঠিক ধারণা জৈব রসায়নের অগ্রগতিতে উল্লেখযোগ্য অবদান রেখেছে। এই ধারণার ব্যাপক উদ্ভব ঘটেছিল জার্মান বিজ্ঞানী হারম্যান এমিল ফিসারের অনুসন্ধানের ফলে, যে ১৯০২ সালে রসায়নে নোবেল পুরস্কার লাভ করে। গ্লুকোজের সংশ্লেষণ প্রক্রিয়া জৈব পদার্থের গঠন সুপ্রতিষ্ঠিত করে এবং এর ফলে বিজ্ঞানী জ্যাকোবাস হেনরিকাসের রাসায়নিক গতিবিদ্যা ও কার্বনবাহিত অণূতে রাসায়নিক বন্ধন সম্পর্কিত তত্ত্বের প্রথম সুনির্দিষ্ট বৈধ ভিত্তি তৈরি হয়। ১৮৯১ থেকে ১৮৯৪ এর মধ্যে, ফিসার পরিচিত সকল চিনির স্টেরিও রাসায়নিক বিন্যাস প্রতিষ্ঠা করে এবং সঠিকভাবে ভ্যান্ট হফের অপ্রতিসম কার্বন পরমাণু সম্পর্কিত তত্ত্বের অনুসারী সম্ভাব্য সমাণুসমূহের ভবিষদ্বাণী করেন।