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| 할로겐화당류 | 수크랄로스, 플루오로디옥시포도당 | ||
1. 개요
포도당(葡萄糖, grape sugar) 또는 글루코오스(glucose) 또는 덱스트로스(dextrose)란 육탄당(hexose)의 주요한 단당류중 하나로, 단맛이 있고 물에 잘 녹으며 환원성이 있다. 생물 조직 속에서 에너지원으로 소비된다. 분자식은 C6H12O6이다. 이름대로 과일인 포도에 매우 풍부하게(10~15%) 들어있기도 하다. 하지만 포도에 많이 있어서 포도당으로 이름이 붙여진 건 아니다.1747년 독일 화학자, 발명가 안드레아스 지기스문트 마르그라프(Andreas Sigismund Marggraf, 1709 ~ 1782)가 건포도에서 뽑아낸것에서 유래한다.[1] 즉, 포도에서 처음 발견되어서 포도당이라는 이름이 붙은 것이다.
'글루코오스'는 '단맛'을 뜻하는 의미의 그리스어 'γλυκύς'에서 유래했으며, 두 가지의 광학 이성질체가 있다. '덱스트로스는 '오른쪽'과 '당'이라는 뜻이며 이것이 포도당이다. 한편, 반대되는 말인 '레불로스(levulose)'는 과당을 가리킨다. 글루코오스, 덱스트로스 둘 다 쓰이는 용어이지만, 일상적으로는 글루코오스 쪽이 압도적으로 널리 쓰인다. 혈액에 들어 있는 당이라 '블러드 슈거(blood sugar)'라고도 한다.
자연에서 발견되는 형태의 포도당은 D-glucose로, 이 형태를 dextrose라 하기도 한다. 인체에서 사용되는 형태이기 때문에 임상적으로 의의가 있는데, 대표적으로 포도당 정주에 사용하는 5% dextrose saline(5%포도당생리식염액)이나 5% dextrose in water(D5W) 등 후술할 의학적인 사용에서는 dextrose라는 용어를 사용한다.
2. 특징
생명체의 주 에너지 발생원으로 피에 녹아 있으면 혈당(血糖)이라고 한다.우리 몸에서 에너지를 생성하는 미토콘드리아가 기본적으로 사용하는 원료이고, 뇌는 다른 부위와 달리 포도당 및 케톤만을 사용한다. 그래서 정신적으로 피로할 때 포도당을 섭취하면 정신력이 돌아오는 신기한 일도 일어난다.[2] 우리 몸에서 꼭 필요로 하는 성분이기 때문에 부족하면 지방을 동원해서라도 만들어내려고 한다. 이걸 이용한 게 황제 다이어트다. 단식 등으로 탄수화물의 공급이 끊기면 뇌는 지방을 분해하여 나온 케톤체를 포도당 대신 쓰는데, 케톤은 포도당과 달리 지방을 분해해서 생성을 해야 하기 때문에 빠른 공급이 어렵고 그에 따라 초기에는 어질어질하거나 짜증스러운 느낌이 들 수 있다. 하지만 기아 상태에 놓이거나 LCHF 다이어트 등으로 케톤을 에너지로 사용해야 하는 상황이 지속되면 인체는 그에 적응하게 된다. 그런데 만약 몇 달 내내 굶어서 지방마저 거의 고갈되면 신체는 스스로를 파괴해 아미노산을 분해한다. 즉, 다이어트하다가 병원신세 질 수도 있다.[3]
당뇨병 환자의 경우 관리가 되지 않아 포도당이 죄다 오줌으로 빠져나가 버리는 막장상황이 오면 위에 서술했듯 뇌는 지방을 분해하고 케톤체가 혈중에 너무 많아져 산독증을 일으키는 이른바 당뇨병성 케톤산혈증에 걸리게 된다. 급성 합병증 중에서는 가장 위험한 합병증인데, 이 상태에서도 치료 없이 두면 짤없이 사망한다. 2형 당뇨병 환자는 어지간히 관리 안 하지 않는 이상 여기까지 오지도 않지만, 1형 당뇨병이라면 인슐린 투여량을 잘못 조절하기만 해도 쉽게 올 수 있다. 이 합병증의 설명에도 체내에 절대적으로 인슐린이 부족할 경우에 걸린다고 서술되어 있다.
다만 포도당을 뇌로 수송하는 수송체가 없는 초 희귀병 '포도당 수송자 1 결핍증'으로 인해 탄수화물을 먹을 수 없게 되는 경우도 있는데, 이 경우에는 포도당이 케톤으로 대체되기 때문에 케토니아 등 케톤을 주기적으로 섭취해야 한다.
D형과 L형이 있는데, 우리 몸은 D형 포도당만 분해할 수 있다. 그래서 세포 안으로 포도당을 들여오는 수송단백질도 L형 포도당은 옮기지 않는다. 때문에 L형 포도당을 당뇨병 환자를 위한 저칼로리 감미료로 개발하려는 시도가 있었으나 지나치게 높은 제조가로 인해 실제로 상용화되지 못했으며[4], 대신 비슷한 물건이라고 할 수 있는 타가토스가 저칼로리 감미료로 개발되어 널리 사용되는 중이다. 최근 한국에서 사용되기 시작한 감미료 알룰로스도 이와 유사한 물질이다.
자기 자신 혹은 다른 당이나 당알코올 등과 글리코시드 결합해서 설탕, 엿당, 녹말 등을 구성하기도 한다. 감미료로서의 포도당의 당도는 설탕의 약 75%정도이며, 보통 이당류(설탕, 엿당, 젖당)가 클라이맥스고 몸집이 커질수록 단맛이 약해진다. 당연히 몸집이 가장 큰 녹말은 단맛이 없다. 녹말을 입에 넣고 단맛이 느껴진다면 그건 여러분의 침에서 나온 아밀레이스로 인해 입안에서 소화되어 단맛이 나는 작은 당류로 변하기 때문이다.
청록색인 베네딕트 용액과 반응해서 황적색으로 변화시킨다.[5] 상온에서는 잘 반응하지 않기에 반드시 가열해야 반응한다. 가열하지 않고도 반응하는 지시약으로는 질산은암모늄이 있지만, 비싸다.
식염수, 아미노산과 함께 수액으로 많이 쓰인다. 소화기관 내시경이나 개복수술 등을 앞둘 때를 비롯한 소화기가 비어 있어야 하는 상황이나, 중태에 빠져서 자기가 스스로 식사할 수 없을 때 주식을 대체하는 용도로 쓰인다.
원예시장에서 꽃꽃이가 오래가게 하거나 햇빛을 잘 못 본 식물의 활력제로 사용하기도 하는데, 식물이 광합성으로 합성해내는 것이 바로 포도당이며, 식물의 에너지원도 포도당이기 때문이다.
아폴로 등 포도당 캔디의 주원료이기도 하다.
3. 엽록체
생태계 및 생명체에서 특히 식물계의 엽록체(chloroplast)가 캘빈 회로(PCR사이클)로 이 포도당(glucose)의 원료(G3P)를 만들어내면 특히 동물계의 세포질(cytoplasm)은 포도당1개로 피루브산(pyruvate)2개와 NADH 2개를 얻는 전략을 갖고있고 이와 연동해 미토콘드리아(mitochondria)는 피루브산(pyruvate)1개로 크렙스 회로(TCA사이클)를 돌려서 생기는 양성자(H+)에너지(기울기)로 ATP화폐를 마구마구 최대수율로 찍어낼수있게 된다.4. 관련 문서
[1] 근거 https://en.wikipedia.org/wiki/Glucose[2] Gailliot, M. T., Baumeister, R. F., DeWall, C. N., Maner, J. K., Plant, E. A., Tice, D. M., ... & Schmeichel, B. J. (2007). Self-control relies on glucose as a limited energy source: willpower is more than a metaphor. Journal of personality and social psychology, 92(2), 325[3] 재난 상황에서 발생한 기아 상태의 경우, 이 지경까지 되도록 구호조치가 없다면 심각한 문제가 야기될 수 있다. 신체는 온갖 조직들을 분해하다가 결국은 심장 근육까지 분해하게 되는데, 당연하지만 심장 근육이 손상되면 사망한다.[4] 1 g당 무려 10만원정도에 가격이 형성된다.[5] 사실 이건 알데하이드 작용기를 가진 모든 알도스에 적용되는 사항이다. 베네딕트 용액에는 2가 구리 양이온이 존재한다. 알데하이드는 다른 화합물들을 환원시키는데, 알데하이드 작용기가 구리 2가 이온을 1가 이온으로 환원시키면서 산화물을 형성한다. 이 산화물이 황적색을 띠기 때문에 푸른색이 황적색으로 변한다.