Chương 1: GLUCID MỤC TIÊU 1. Định nghĩa, phân loại và vẽ được cấu tạo 3 nhóm của glucid. Nếu được tính chất và vai trò của các mono -, oligo -, và poly - saccharid quan trọng trong cấu tạo tế bào ở người và vi khuẩn liên quan đến chuyển hóa năng lượng và cơ chế thuốc men. Định nghĩa Glucid hay carbohydrat là hợp chất hữu cơ mang năng lượng mà ở đó quang năng đã chuyển sang dạng hoá năng dễ sử dụng đối với đa số sinh vật.
Glucid bao gồm các hợp chất hữu cơ là monosaccarid haykhi thủy phân cho các monosaccarid hoặc dẫn xuất của monosaccarid. Có công thức cấu tạo chung (CH2O)n. Vai trò Ở thực vật, glucid chiềm trên dưới 80% trọng lượng khô, thành phân các mô nâng đỡ (cellulose) hay ở dạng tích trữ vơi lượng lớn (tinh bột). Ở động vật, hàm lượng glucid thấp hơn nhiều, thường không quá 2%.
Glucid là thành phần quan trọng trong mọi sinh vật. Trong cơ thể, glucid vừa có vai trò cấu tạo vừa có vai trò chuyển hóa năng lượng. Nó có thể được tổng hợp từ một lượng nhỏ lipid và protein, song phần lớn dược cung cấp từ thực vật. Glucid từ thức ăn được cơ thể hấp thu dưới dạng glucose là nguồn nhiên liệu chính cung cấp năng lượng cho cơ thể, đồng thời được biến đổi thành các thành phần 9 Trường Đại học Tây Đô glucid khác có nhiều chức năng đặc biệt như: glycogen (có vai trò dự trữ); ribose (trong thành phần của acid nucleic); galactose (trong thành phần lactose của sữa); peptidoglycan, glycoprotein và glycolipid (trong màng tế bào); glycosaminoglycan và proteoglycan (trong thành phần matrix ngoài tế bào) … Có nhiều bệnh liên quan đến glucid như: đái tháo đường, galactose huyết, ứ đọng glycogen, không dung nạp sữa … 2.
Phân loại - Monosaccarid: (ose, đường đơn) là đơn vị cấu tạo của glucid không bị thủy phân thành những chất đơn giản hơn, là chất có chứa nhiều nhóm rượu và một nhóm khử oxy (aldehyd hay cetone). - Oligosaccarid: là những chuỗi ngắn gồm 2 - 10 monosaccarid nối nhau bằng các liên kết glycosid. Tùy theo số monosaccarid mà các gọi tên khác nhau. Tuy nhiên, đơn giản và quan trọng nhất là các disaccarid.
o Disaccarid: saccarose (đường mía), lactose (đường sữa) , maltose. o Trisaccarose: maltosetriose, rafinose. o Oligosaccarid trong glycoprotein có thể chứa tới 14 monosaccarid. - Polysaccarid: là những glucid khi thủy phân cho ra nhiều đơn vị monosaccarid.
Tùy vào bản chất các thành phần tạo ra khi thủy phân mà có các tên gọi khác nhau. Cấu tạo và danh pháp Tùy theo số C trong mạch hydrocarbon mà có thể gọi tên các đường đơn là: triose, tetrose, pentose, hexose. Cũng có thể chia monosaccharid thành 2 phân nhóm là aldose và cetose dựa vào nhóm chức aldehyd hay ceton trong phân tử. 10 Trường Đại học Tây Đô - Nhóm khử là aldehyde ta có đường aldose CHO có công thức tổng quát: (CHOH)n CH2OH - Nhóm khử là ketone ta có đường ketose CH2OH có công thức tổng quát: C=O (CHOH)n CH2OH Bảng 2.1: Tên gọi của một số monosaccarid theo số C và nhóm chức Số C Tên gọi theo số C CTPT Aldose Cetose 2 Diose C2H4O2 Aldo-biose Ceto-biose Glycerose 3 Triose C3H6O3 Aldo-triose Ceto-triose Erytrose Erytrulose 4 Tetrose C4H8O4 Aldo-tetrose Ceto-tetrose Ribose Ribulose 5 Pentose C5H10O5 Aldo-penose Ceto-penose Glucose Fructose 6 Hexose C6H12O6 Aldo-hexose Ceto-hexose 11 Trường Đại học Tây Đô 3.
Tính chất của monosaccarid Các monosaccarid là những chất không màu, không mùi tan trong nước, không tan trong dung môi hữu cơ, tạo tinh thể khi cô đặc và có vị ngọt; có tính họat quang (trừ biose vì không có C*). Tính chất do nhóm aldehyd, ceton 3. Phản ứng với các chất oxy hoá - Chất oxy hoá nhẹ như nước brom đường aldose sẽ thành aldonic acid, với cetose phản ứng không xảy ra. Glucose Acid gluconic - Chất oxy hoá mạnh như HNO3 đậm đặc có sự oxy hoá xảy ra ở cả chức rượu bậc một và chức aldehyd, đều chuyển thành acid.
Glucose Acid saccaric 12 Trường Đại học Tây Đô - Trường hợp đặc biệt nếu ta bảo vệ nhóm -OH glucoside bằng cách methyl hóa hay acetyl hoá trước khi oxy hoá bằng nước brom, sản phẩm tạo thành là acid uronic. Bảo vệ nhóm Br2 OH glucocid Acid uronic - Tác nhân oxy hóa là Cu++: trong môi trường kiềm nóng, các monosaccarid ở dạng endiols không bền để khử nhanh các ion kim loại nặng (Cu++, Mg++…) có hoá trị cao thành ion có hóa trị thấp hay các ion kim loại thành kim loại, làm đứt các nối đôi tạo hỗn hợp đường, acid. Ví dụ: Cu2+ bị biến đổi thành Cu+ trong phản ứng với thuốc thử Fehling, Ag+ bị biến đổi thành Ag trong phản ứng tráng gương. Phản ứng với chất khử - Tạo polyalcohol: dù dạng vòng chiếm tỷ lệ rất lớn trong thành phần, dạng thẳng chiếm tỷ lệ nhỏ nhưng đủ để cho ta thấy rõ tính chất của một carbonyl thật sự.
Khi bị khử: monose sẽ biến thành polyalcohol. NaBH4 Hỗn hợp Hg + Na Glucose Sorbitol 13 Trường Đại học Tây Đô - Tạo ozazon: tác dụng các amin. Các ozazon thường là các chất tinh thể, vì vậy có thể dựa vào dạng tinh thể tạo thành để nhận ra loại monosaccarid tương ứng. Tính chất của nhóm -OH 3.
Phản ứng tạo furfural Dưới tác dụng của acid đậm đặc, các aldopentose tạo thành furfural và aldohexose biến thành hydroxymethylfurfural. Các sản phẩm này khi cho tác dụng với các phenol cho màu đặc trưng như: α naphthol cho vòng màu tím (Molisch). Đây là phản ứng để phân biệt đường với các chất khác. Nếu đường 5C sẽ cho màu xanh cẩm thạch với orcinol (Bial).
Phản ứng este hoá Các gốc rượu của monosaccarid có khả năng kết hợp với acid vô cơ và hữu cơ như: CH3COOH, H2SO4, H3PO4 … để tạo thành este. Các este phosphate quan trọng thường gặp trong quá trình chuyển hóa là: Glucose-6-phosphat, fructose- 6-phosphat, ribose-5-phosphat… Ribose-5-phosphat Glucose-6-phosphat Fructose-1,6-diphosphat 14 Trường Đại học Tây Đô 3. Tính chất do nhóm –OH bán acetal, tạo thành liên kết glycosid Tương ứng với các dạng vòng α, β của monosaccarid có thể thu được các dạng liên kết α, β glycosid. Sự tạo thành các có thể xảy ra giữa các monosaccarid với nhau để tạo thành oligo- và polysaccarid.
Liên kết glycosid cũng có thể xảy ra giữa một monosaccarid với một gốc hữu cơ khác glucid- Agycol (phenol, alcol, accarboxylic, hydroxy khác…) và hợp chất tạo thành thờ có mùi. Các glycosid rất phổ biến trên thực vật có dược tính mạnh, như: digitoxin, digitalin được dùng trong chữa bệnh tim. Các monosaccarid quan trọng * Glucose: còn gọi là dextrose vì làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực về phía phải. Phổ biến rộng rãi trong thực vật nhất là trong quả nho, nên còn gọi là đường nho.
Người ta sử dụng glucose trong y học như chất tăng lực. Trong máu người có 0.8 - 1,1 g/l, người bị bệnh đái tháo đường có thể đến 2g/l. * D – Fructose: còn gọi là đường quả, có ở trạng thái tự do trong trái cây chín và mật ong, là thành phần của disaccharide saccharose. Trong cơ thể, ta còn thấy ở dạng ester với phosphoric acid đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất.
Fructose có độ ngọt rất lớn, dạng α có độ ngọt bằng 1/3 dạng β. * D - Galactose: là thành phần của lactose có trong sữa còn gọi là đường não tuỷ, là thành phần cấu tạo của raffinose, hemicellulose. * D - Mannose: ít gặp ở trạng thái tự do, thường gặp trong polysaccharride và glucoside 15 Trường Đại học Tây Đô Bảng 2.2: Các pentose có vai trò sinh lý quan trọng Đường Nguồn Tầm quan trọng/ hóa sinh Dấu hiệu lâm sàng Tham gia vào cấu tạo acid nucleic và coenzym (ATP, AD, NADP và các D – Ribose Acid nucleic flavoprotein) Chất trung gian trong quá trình thoái hóa glucose theo con đường oxy hóa trực tiếp Tạo ra trong các Chất trung gian trong quá D – Ribulose phản ứng chuyển trình thoái hóa glucose theo hóa con đường oxy hóa trực tiếp Gum arabic, gum D – Arabinose Thành phần của glycoprotein của mận và anh đào Gum gỗ, D – Xylose proteoglycan và Thành phần của glycoprotein glycoamino-glycan D – Lyxose Cơ tim trong nước tiểu của Chất trung gian trong con đường thoái hóa acid D – Xylusoe người mắc bệnh uronic pentose niệu 16 Trường Đại học Tây Đô Bảng 2.3: Các hexose có vai trò sinh lý quan trọng Đường Nguồn Tầm quan trọng Dấu hiệu lâm sàng Các dịch, thủy phân Có trong nước tiểu Đường vận chuyển qua máu tinh bột, đường người bệnh đái tháo D – Glucose và là dạng sử dụng chính của mía, maltose và đường kèm tăng các tổ chức lactose glucose/ máu Các dịch, mật ong, Do không dung nạp thủy phân đường Có thể biến đổi thành fructose bẩm sinh D – Fructose mía và inulin (trong glucose ở gan và ruột gây tích lũy fructose artichauts) và hạ đường huyết Có thể biến đổi thành Không có khả năng glucose ở gan và được chuyển hóa gây chuyển hóa, tổng hợp ở D – Galactose Thủy phân lactose galactose huyết và tuyến vú để tạo lactose, là bệnh đục thủy tinh thành phần chính của thể glycolipid và glycoprotein Thủy phân mốt số thành phần của nhiều D - Mannose gum và nhựa cây glycoprotein 4. Disaccarid Công thức chung: C12H22O11 Sự tạo thành disaccharid do sự kết hợp của 2 monose cùng loại hay khác loại nhờ liên kết glycosid.
Liên kết có thể được tạo thành giữa -OH glucosid của monose này 17 Trường Đại học Tây Đô với -OH glucosid của monose kia, hay giữa một nhóm -OH glucosid của monose này với -OH ( không phải -OH glucosid) của monose kia. Disaccharid chỉ có tính khử khi ít nhất một trong 2 nhóm -OH glucosid ở trạng thái tự do. Nghĩa là disaccharid sẽ không có tính khử khi 2 nhóm -OH glucosid liên kết với nhau. - Disaccharid khử tiêu biểu như maltose, lactose, trong thành phần phân tử còn chứa nhóm -OH glucosid.
- Disaccharid không khử tiêu biểu như saccarose, lactose, trong thành phần phân tử không chứa nhóm -OH glucosid. Các disaccharid có vai trò sinh lý quan trọng: * Maltose: do 2 phân tử α- D-glucose liên kết với nhau ở vị trí C1 - C4, nhóm -OH glucosid ở C1 của phân tử này kết hợp với nhóm -OH rượu của phân tử kia ở C4. Vì vậy, maltose thuộc loại đường khử (yếu hơn glucose 2 lần). Khi thủy phân bằng enzym amylase hặc kiềm thu được 2 phân tử glucose.
Công thức cấu tạo: Maltose α-D-glucopyranosyl - (1-4) - α-D-glucopyranose - Maltose it gặp ở trạng thái tự do, thường thu nhận bằng cách thủy phân tinh bột, có nhiều trong mầm lúa và mạch nha (maltum) nên gọi nó là maltose. 18 Trường Đại học Tây Đô * Lactose (đường sữa): do một phần tử β D-galactose và một phân tử β D- glucose kết hợp với nhau nhờ nhóm ở vị trí C1 - C4. Lactose có trong sữa người và động vật nên còn được gọi là đường sữa.