01 Hóa Học Glucid (Carbohydrat) - Học Y

Có thể bạn quan tâm

chuyên mục

Trang chủ
Cuộc sống thú vị

2018-07-11

01 Hóa học Glucid (Carbohydrat)

01 Hóa học Glucid(Carbohydrat) BS. Chi Mai Mục tiêu * Trình bày được định nghĩa, phân loại,danh pháp monosaccharid * Trình bày được tính chất khử củamonosaccharid * Trình bày được cấu tạo, tính chất khử vànguồn gốc của sucrose, lactose và maltose * Trình bày được nguồn gốc, cấu tạo, vai tròcủa tinh bột, glycogen, cellulose Glucid (Carbohydrat) * Là các hợp chất hữu cơ có nhiều nhất trong tự nhiên * Nguồn cung cấp năng lượng chính trong bữa ăn của chúng ta * Vai trò cấu trúc và bảo vệ của vách tế bào vi khuẩn và thực vật, môliên hợp ở động vật * Bôi trơn các khớp xương, tham gia vào sự nhận biết và kết dính cáctế bào. * Kết hợp với lipid và protein tạo các chất liên hợp glucid * Cấu tạo bởi các nguyên tố C, H và O * Được tổng hợp từ CO2, H2O * Saccharid, nghĩa là “đường” * Nhìn chung, công thức tổng quát là (CH2O)n với n ≥ 3 Phân loại Carbohydrat * Monosaccharid + Không thể bị thủy phân thành các carbohydrat nhỏ hơn + Đường đơn (Simple carbohydrates) * Carbohydrat phức tạp + Oligosaccharid: 2-14 monosaccharid + Polysaccharid: > 14 monosaccharid: thuần, tạp

1.Monosaccharid * Khái niệm về monosaccharid + Là các dẫn xuất aldehyd hoặc ceton của các polyalcol. (MộtC là nhóm carbonyl; các C còn lại gắn với –OH) + Không phân nhánh, có từ 3-8 C + Chúng không bị thủy phân thành các phần tử nhỏ hơn * Aldose + Có nhóm aldehyd (carbon 1) * Cetose + Có nhóm ceton (carbon 2)

Cách gọi tên monosaccharid * Danh pháp:số carbon + “ose”. + triose = 3 carbon + tetrose = 4 carbon + pentose = 5 carbon + hexose = 6 carbon * Thêm tiếp đầu ngữ aldo- hay ceto- biểu thị chức khử aldehyd hay ceton. + Aldohexose + Cetohexose * Tên riêng: + Glucose (Aldohexose) + Fructose (Cetohexose) Công thức hình chiếu Fischer * Dùng biểu diễn cấu tạo thẳng của carbohydrat * C oxy hóa cao nhất ở vị trí trên cùng (C1) * Dùng đường nằm ngang cho các liên kết về phía trước * Dùng đường thẳng đứng cho các liên kết về phía sau

Đồng phân D và L * Theo quy ước, L chỉ cấu trúc có nhóm —OHcủa C* cuối cùng về phía tay trái * D chỉ cấu trúc có nhóm —OH của C* về phíatay phải

D và L Monosaccharid * Hóa lập thể được xác định bằng C bất đối ở xanhóm carbonyl nhất * Phần lớn monosaccharid tìm thấy trong tự nhiênthuộc dãy D

Các đồng phân epimer = Các đường chỉ khác nhau 1 trung tâm dị lập thể

D-Glucose * Là hexose phổ biếnnhất, còn gọi dextrose * Có trong hoa quả, sirô và mật ong * aldohexose có côngthức phân tử C6H12O6 * Là đường có trongmáu * Đơn vị cấu tạo củanhiều disaccharid vàpolysaccharid

D-Fructose * Cetohexose C6H12O6 * Khác glucose ở C1 và C2 (vị trícủa nhóm carbonyl) * Là carbohydrat có vị ngọt nhất(thứ hai là sucrose) * Tìm thấy trong nước quả và mậtong * Sinh ra từ thủy phân sucrose * Chuyển thành glucose trong cơthể

D-Galactose * Aldohexose * Khác D-glucose ở C4 * Không tìm thấy dạng tự dotrong tự nhiên * Sinh ra từ lactose, mộtdisaccharid (trong sữa) * Vai trò quan trọng trongmàng tế bào hệ thần kinhtrung ương

Hemiacetal hay hemicetal(bán acetal hay bán cetal) *Phản ứng giữa nhóm aldehyd hoặc cetonvới alcol tạo bán acetal

* Nếu alcol và carbonyl trong nội phân tử liên kết với nhau => bán acetal nội phân tử.

Cấu tạo vòng của monosaccarid * Các monosaccarid có từ 5 C trở nên thường có cấu trúc vòng, thường tạovòng 5- hoặc 6-cạnh * Nhóm Hydroxyl ở C5 phản ứng với aldehyd hoặc ceton

* Công thức Haworth biểu diễn cấu trúc vòng + Được biểu diễn từ công thức hình chiếu Fischer + C1 ở phía bên tay phải + Cấu trúc vòng của đồng phân dãy D có nhóm CH2OH cuối cùng ở phía trên mặtphẳng vòng(C6) + Nhóm –OH ở bên trái trong công thức thẳng(C3) ở phía trên + Nhóm –OH ở bên phải trong công thức thẳng (C2, C4) ở phía dưới Pyranose: giống như nhân Pyran

Đồng phân a và b của D-Glucose

Cấu trúc vòng của Fructose * Là cetohexose, fructose tạo cấu trúc vòng khinhóm —OH ở C5 phản ứng với nhóm ceton ở C2 * Tạo vòng 5 cạnh * furanose: giống nhân furan

Pyranose và Furanose

Sự chuyển dạng củamonosaccharid * Trong dung dịch, các dạngcấu trúc vòng và thẳng cóthể chuyển đổi qua lại * Sự chuyển đổi giữa 2 dạngđồng phân alpha và betagọi là Mutarotation. * Chỉ có một lượng rất nhỏsaccharid ở dạng mạchthẳng

Tính ổn định của cấu trúc vòng * Vòng Pyranose không phải ởdạng phẳng * Cấu trúc dạng ghế là ổn địnhnhất

Tính chất hóa học củamonosaccarid * Oxy hóa nhóm aldehyd của aldose => tạo acid aldonic * Khử nhóm carbonyl của aldose hoặccetose => Alditol * Phản ứng giữa nhóm –OH bán acetal vớialcol tạo acetal hoặc cetal => Glycosid * Sự chuyển dạng lẫn nhau của monosaccarid: glucose, fructose và mannose có thể chuyển dạng lẫn nhau trong môi trường kiềm yếu * Dẫn xuất este: các este phosphat đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa glucid. Oxy hóa Monosaccharid * Aldose → acid aldonic

Đường khử (Reducing Sugar) * Tất cả các monosacarid đều có tính khử (bị oxyhóa) * Thử nghiệm Benedict + Nhóm Carbonyl bị oxy hóa thành acid carboxylic + Cu++ bị khử

Khử các monosaccharid * Sự khử nhómcarbonyl sinh racác polyalcol, haycác alditol * D-Glucose bị khửthành D-glucitol(còn gọi làsorbitol)

Các Glycosid vàliên kết glycosid * Khi một monosaccharid dạng vòng phản ứng vớimột alcol: + Tạo ra một glycosid (acetal) + Liên kết được tạo thành là liên kết glycosid (a hoặc b)

Disaccharid * Là oligosaccharid * Bao gồm 2 monosaccharid Maltose + H2O <== H+ ==> Glucose + Glucose Lactose + H2O <== H+ ==>Glucose + Galactose Sucrose + H2O <== H+ ==>Glucose + Fructose Maltose * Đường kẹo mạch nha * Hai phân tử Dglucose liên kết vớinhau bởi liên kếta-1,4-glycosid * Sinh ra từ thủy phântinh bột * Có tính khử

Tên gọi của Disaccharid * Gọi tên đường thứ nhất(thêm furano hoặc pyrano) * Liên kết glycosid ở trong ngoặc đơn(# → #) * Gọi tên đường thứ hai

* Lactose + Đường sữa + Galactose và glucose + Liên kết b-1,4-glycosid + Có tính khử

* Sucrose + Đường ăn + Glucose và fructose + Liên kết a,b-1,2-glycosid + Không có tính khử

Độ ngọt củacác chất có vị ngọt * Đường và các chất ngọt nhântạo khác nhau về độ ngọt * Mỗi chất ngọt được so vớisucrose, được quy ước giá trị là100

* Aspartame + L aspartyl phenylananyl metyleste. + Nguy hiểm với bệnh nhânphenylketonuric

Polysaccharid * Còn gọi là glycan * Là carbohydrat phức tạp * Các monosaccharid liên kết với nhaubởi liên kết glycosid * Có thể mạch thẳng hoặc phân nhánh * Polysaccharid thuần: do 1 loại monosaccharid tạo nên * Polysaccharid tạp: > 1 loại monosaccharid, các chuỗi lặp lại * Cấu trúc được xác định bằng phươngpháp thủy phân (glycosidase) vàNMR

Polysaccharid 1. Thuần * Cấu trúc: cellulose, chitin * Dự trữ: tinh bột (Amylose và Amylopectin), glycogen 2. Tạp: Glycosaminoglycan

Cellulose * Thành tế bào thực vật * Polyme mạch thẳng * Có thể tới 15000 gốc Glc * Liên kết b-1→4 glycosid * Dạng sợi rất chắc * Không tan trong nước * Bị thủy phân bởi cellulase (chậm) (!) Có ở động vật ăn cỏ, mối, nấm gỗ

Cấu trúc của Cellulose * Các chuỗi thẳng songsong * Các liên kết H giữa cácchuỗi

Chitin * Tương tự cellulose, trừ –OH ở C2 được thay bởi acetamid + Dẫn xuất osamin + Polyme của N-acetyl-D-glucosamin * Rất cứng * Cấu tạo bộ xương của động vật chân đốt

Tinh bột * Thành phần chính trong bữa ăn của người * Nguồn cung cấp năng lượng chính trong nhiều loại thực phẩm * Cấu tạo gồm amylose (15-25%) và amylopectin (75- 85%) * Amylose + Đơn vị cấu tạo là glucose + Mạch thẳng do liên kết a-1,4 glycosid + Tạo xoắn trái

* Amylopectin + Phân nhánh (~ 24- 30 gốc có một nhánh) + Liên kết a-1,4- tạo mạch thẳng và liên kết a-1,6-glycosid ở chỗ phân nhánh

Glycogen * Là dạng tinh bột động vật * Cấu trúc tương tự amylopectin, nhưngphân nhánh nhiều hơn, nhánh ngắn hơn Thủy phân polysaccharid * Enzyme trong nước bọt và dạ dày(amylase, một glycosidase) có thể thủyphân liên kết a-1,4 glycosid trong tinhbột, nhưng không thủy phân được liên kếtb-1,4 glycosid của cellulose Glycosaminoglycan(polysacharid tạp) * Tạo matrix giống như gel bao quanhcollagen ở sụn, gân, xương * Polysaccharid không phân nhánh * Độ đàn hồi và độ quánh cao * Xen kẽ acid uronic và hexosamine * Thường chứa các nhóm sulfat

Summary of Polysaccharides

* Các chất liên hợp glucid (Glycoconjugates) + Glycolipid + Glycoprotein: proteoglycan, peptidoglycan * Xác định cấu trúc của carbohydrat * Liên kết đồng hóa trị giữa carbohydrat và cácsinh phân tử * Chức năng của các oilgosaccharid: + Cấu trúc: ưa nước (protein surface), cấu hình hạn chế + Tính phản ứng: kết gắn bề mặt và ảnh hưởng đến tính phản ứng + Nhận biết bề mặt: Đánh dấu các protein, Giao tiếp giữa các tế bào Glycolipid * Lipid cấu trúc màng * Đầu ưa nước là cácoligosaccharid * Các vị trí nhận biết

Glycoprotein * Protein liên kết với carbohydrat * Microheterogeneity: thành phần thay đổi, phần glucid có thể chiếm 1-70% hoặc hơn * Nhiều chức năng khác nhau: cấu trúc, vận chuyển, enzym, receptor... * Chuỗi carbohydrat: + Thường ngắn (oligosaccharid) + Có thể phân nhánh + Được tổng hợp bằng các phản ứng enzym + Liên kết đồng hóa trị với polypeptid Proteoglycans * Sự kết hợp của protein vớiglycosaminoglycan ở ngoàitế bào * Lõi là protein * Oligosaccharid tạo liên kếtglycosid với O của Ser hayThr

Proteoglycan Aggregates * Bộ khung + 4000-40000 Å + Đơn phân tử hyalurnoat * Các Protein + Có thể tới 100 + Many types * Oligosaccharides + N-linked + O-linked + Sulfonated * Highly hydrated + Anionic + Extended structure * High resilience

N- and O-linkages

Peptidoglycan * Vách tế bào vi khuẩn * Liên kết đồng hóa trịgiữa polysaccharid vàcác chuỗi polypeptid * D-acid amin chống lạitác dụng thủy phân củapeptidase * Lysozyme có thể thoáihóa vách tế bào * Penicillin có thể ức chếtổng hợp