Bài giảng sinh hoá cơ sở glucid pgs ts ngô đại nghiệp và ts nguyễn thị hồng thương

Điển hình nhất là các phân tử glucose nối với nhau bằng liên kết glucosid tạo thành polysac như tinh bột, glucogen và cellulose...  Oligosaccharide được tạo thành từ một vài 2-10 gốc mo

Glucid

1 Khái niệm chung

2 Monosaccharid

3 Oligosaccharid

4 Polysaccharid

1.1 Định nghĩa

 Glucid hay saccharide là những hợp chất

polyhydroxyl có chứa nhóm andehit hoặc

cetan (các monosaccharide ) hoặc tạo thành những nhóm như thế khi thuỷ phân

polysacharid

 Glucid được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O

có công thức chung là (Cm)(H2O)n thông

thường n=m ≥ 3 Trong đó, hydrozen và

Oxyzen luôn có tỉ lệ 2:1 như trong phân tử

nước Vì vậy glucid cũng có tên gọi là

cacbohydrat.

1.2 Hàm lượng

 Glucid là nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng, là thành phần cấu tạo thiết yếu của tất cả sinh

vật.

 Glucid trong thực vật chiếm tỉ lệ khá cao

89-90% thay đổi tuỳ theo loài, giai đoạn sinh

trưởng Trong động vật, lượng glucid thấp

hơn, không vượt quá 2%

1.3 Chức năng

 Làm nhiên liệu cung cấp tới 60% năng lượng cho cơ thể sống

 Tham gia vào thành phần tế bào, mô, các quá trình

tạo hình, làm bộ khung cấu trúc và vỏ bảo vệ Thường thấy ở vách tế bào vi khuẩn và thực vật cũng như mô liên kết và vỏ bảo vệ ở động vật

 Đối với thực vật , glucid là những sản phẩm trung

gian quan trọng của các quá trình trao đổi chất như: quang hợp, đường phân, chu trình pentose, chu trình Krebs

 Liên kết với protein và lipit màng tạo các phức hợp glucoprotein, glucolipit Đóng vai trò làm phương tiện vận chuyển tín hiệu giữa các tế bào.

2.1 Định nghĩa và cấu tạo

 Monosacharid là đường đơn,

về mặt cầu tạo Monosacharid

là dẫn xuất aldehyd hay

cetone của một rượu đa chức

(polyol)

 Oxy hoá alcal nhất của

glycerol cho ra một glucid có

cấu tạo aldehyd gọi là

glyceraldehyde, còn oxy hoá

alcal nhị thì cho ra một glucid

dạng cetone gọi là

dihydroxy-Acetone

CH2OH CHOH

CH2OH

CHO CHOH

CH2OH

CH2OH C

CH2OH O

2H -

2H -

Glyceraldehyd

aceton

Dihydroxy- Monosaccharid có cấu tạo aldehyd gọi là Aldose, còn Monosaccharid có cấu tạo cetone thì gọi là Cetose.

 Công thức tổng quát:

 Aldose Cetose

 Phụ thuộc vào số C trong phân tử mà gọi tên các

Monosaccharid tương ứng:

 (triose có 3 C), Tetrose (có 4 C), Pentose (có 5 C),

Hexose (có 6 C) Mỗi nhóm trên đều có 2 nhóm đường đơn với tên gọi tương ứng : Aldotetrose và cetotetrose; aldopentose và cetopentose

 Vị trí C trong Monosaccharid được đánh theo nguyên tắc: đánh số từ 1 phía đầu nguyên tử C nào gần với nhóm Cacbonyl hay ceto nhất) để C của nhóm này mang số thứ tự nhỏ nhất

2.2 Các dạng cấu tạo monosaccharid

 Dạng mạch thẳng: gồm 2 dạng Aldose và Cetose

 Ngoài dihydroxy-acetone, tất cả monosaccharide đều

chứa ít nhất 1 C bất đối xứng Ký hiệu C*

 Tồn tại ở các dạng đồng phân quang học khác nhau Số đồng phân được tính bằng 2n (n là số C*)

 Đồng phân có nhóm OH phía phải C* gọi D, bên trái gọi L, trên trục thẳng đứng

 Sự có mặt của các nguyên tử C* làm cho phân tử đường

có khả năng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang

phải (+) hoặc sang trái (-)

2.2 Các dạng cấu tạo monosaccharid

2.2 Các dạng cấu tạo monosaccharid

2.2 Các dạng cấu tạo monosaccharid

2.2 Các dạng cấu tạo monosaccharid

 Do có chứa nhóm CHO; C=O; -OH nên monosaccharide

có tính khử mạnh, là tính chất đặc trưng của nhóm này

2.3.1 Tác dụng của chất oxy hoá:

 Dễ bị oxy hoá, tuỳ thuộc vào điều kiện và chất oxy hoá sẽ tạo ra nhiều phản ứng khác nhau

2.3.1 Tác dụng của chất oxy hoá:

 Khi dùng tác nhân có khả năng oxy hoá vừa phải như

dung dịch Cl, Br hay I trong môi trường kiềm hay oxy hoá nhẹ trong môi trường axid Nhóm CHO của glucid dạng aldose sẽ bị oxy hoá thành -COOH tao ra các acid

andonic Ngược lại, các Cetose bền vững trong điều kiện trên

 Với tác nhân mạnh hơn như HNO3 thì cả 2 nhóm CHO và

OH bậc 1 của aldose đều bị oxy hoá thành COOH (acid dicacbocylic) gọi là acid aldaric

2.3.1 Tác dụng của chất oxy hoá:

 Nếu bảo vệ nhóm CHO ở dạng thẳng hay OHhemiacetan

ở dạng vòng bằng cách methyl hoá hay acetyl hoá trước khi oxy hoá thì ta sẽ nhận được acid uronic vì oxy hoá chỉ xảy ra ở nhóm rượu bậc 1 (CH2OH) các acid uronic có vai trò sinh học quan trọng

2.3.2 Tác dụng của chất khử:

 Khi khử monosaccharide sẽ tạo thành polyol (rượu đa

chức) tương ứng hay còn gọi là alditol Khi đó nhóm CHO; C=O chuyển thành nhóm rượu (-OH)

Hg + Na

 Glucose rượu Socbitol

+2H

2.3.4 Sự tạo glucosid:

 Nhóm OH hemiacetal (OH ở C1 đối với aldose: OH ở C2đối với cetose) dễ dàng tham gia phản ứng với rượu tạo thành ete tương ứng gọi là glucosid

 Trong thực tế, các phản ứng đường đều có khả năng

thông qua một số kiểu liên kết glucoside (O_glucoside; S_ glucoside; N_ glucoside; và C_ glucoside) Liên kết qua nguyên tử O, S, N và C tạo ra các chất có hoạt tính sinh học khác nhau Điển hình nhất là các phân tử glucose nối với nhau bằng liên kết glucosid tạo thành polysac như tinh bột, glucogen và cellulose

2.3.5 Tác dụng với acid tạo furfural:

 Dưới tác dụng của acid đậm đặc, các aldopentose tạo

thành furfural và aldohexose biến thành

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

 Hexose (monose có 6C)

 D_glucose: là monosaccharide phổ biến ở thực vật và

động vật, nó là thành phần của nhiều oligo và polysac

quan trọng như tinh bột, glucogen, cellulose là nguồn năng luợng chủ yếu của cơ thể sinh vật

 Glucose có nhóm OH hemiacetal tự do ở C1 nên có tính khử mạnh

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

4 5 6

6 5 4

6

D -glucose (linear form)

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

 Hexose (monose có 6C)

 D_fructose: (đường trái cây) là loại đường cetose, fructose tham gia trong thành phần của saccharose, polyfructosid

trong thực vật như inulin Fructose thường tồn tại ở dạng

puranose Dễ dàng lên men bởi nấm men Fructose có độ ngọt cao hơn glucose và saccharose (có nhiều trong mật

ong)

 Fructose cũng là đường khử vì có OH_hemiacetal tự do ở C2

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

C OH H

C OH H

2

6 5

2 1

D -fructose (linear) α- D -fructofuranose

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

phần của pectin Chỉ một số nấm men đặc biệt lên men được galactose

 Galactose có nhóm OH hemiacetal ở

C1 tự do nên cũng có tính khử

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

 Hexose (monose có 6C)

 D_Manose: ít gặp ở trạng thái tự

do Có trong thành phần của

hemicellulose, các chất nhầy, chủ yếu ở dạng polysaccharide cao phân tử (các mannan) glucosid Manose cũng dễ lên men bởi các nấm men và cũng là một đường khử

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

 Pentose (monose có 5C)

 D_Ribose: là đường pentose tiêu biểu, tham gia trong thành phần của acid nucleic, vitamin, coenzym (NaOH2), ít tồn tại

trong dạng tự do Dẫn xuất

D_2deoxyribose tham gia cấu tạo DNA D_ribose là một

aldose dạng puranose

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

2.4 Các monosaccharid tiêu biểu:

 Pentose (monose có 5C)

 D_Xylose: tồn tại ít ở dạng tự

do, đôi khi gọi là đường gỗ, nó

có trong thành phần glucosid, polysaccharide như: xylan,

pentosan, trong rơm rạ, gỗ,

cám khi thuỷ phân bằng

acid có thể thu được D_xylose Nấm men không lên men được xylose

 Oligosaccharide được tạo thành từ một vài (2-10) gốc

monosaccharide liên kết nhau bằng liên kết O_glucosid, còn giữ được một số tính chất của monosaccharide như

có vị ngọt, tan được trong nước, dễ kết dính tuỳ thuộc vào số phân tử monosaccharide có trong phân tử

oligosaccharide mà chia chúng thành disaccharide,

trisaccharide, tetrasaccharide trong thực vật phổ biến nhất là disaccharide như maltose, saccharose ở động vật

là lactose

 Là oligosaccharide đơn giản nhất do 2 monosaccharide liên kết nhau qua liên kết O_ glucosid, các gốc

monosaccharide trong phân tử disaccharide có thể giống hoặc khác nhau

 Disaccharide được tạo ra từ sự liên kết giữa 2 nhóm

OH_hemiaxetal của 2 monosaccharide thì tạo thành một disaccharide không khử (không còn OH_ hemiaxetal tự do vd: saccharose)

 Liên kết giữa một nhóm OH_hemiaxetal của một

monosaccharide này với một nhóm OH khác (không phải

là hemiaxetal) của một monosaccharide khác sẽ tạo thành disaccharide khử (do còn OH_hemiaxetal tự do) vd:

maltose, lactose

 Saccharose: là một disaccharide phổ biến trong tự nhiên,

được cấu tạo từ α_ D-glucose và β_ D-fructose kết hợp với nhau bằng liên kết 1,2 giữa 2 nhóm OH_hemiaxetal nên

không còn tính khử nữa

 Công thức nguyên C22H22O11

 Saccharose có nhiều trong thực vật, đặc biệt có nhiều trong

củ cải đường 10 – 20%, trong nước mía từ 14 – 25%

 Saccharose hoà tan tốt trong nước, dễ bị thuỷ phân

 Dưới tác dụng của enzym (Invertase) hoặc acid Saccharose

bị thuỷ phân tạo glucose và fructose Hỗn hợp monosac này

có độ quay cực trái (fructose -92,40 và glucose +52.50 trong khi sac +660) nên còn gọi là đường nghịch đảo

 Saccharose

 Maltose (đường mạch nha) được cấu tạo từ 2 gốc α_

D-glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucosid tức là liên kết glucosid tạo thành giữa OH_hemiaxetal của 1 α_D-glucose với OH ở C4 của gốc glucose thứ 2 Do đó Mantose vẫn còn một nhóm OH_hemiaxetal nên vẫn giữ được tính khử nhưng chỉ bằng một nửa của glucose

 Maltose có trong mầm thóc, mầm đại mạch sinh ra do

amylase thuỷ phân tinh bột Maltose bị thuỷ phân thành 2 glucose khi sử dụng enzym hay acid

OH H

1

2 3

4

5 6

maltose

 Lactose: còn được gọi là đường sữa vì nó có trong sữa từ 4-8% Lactose được cấu tạo từ sự kết hợp của 2 gốc α_D glucose và β_D-galactose qua liên kết glucosid tạo thành giữa OH_hemiaxetal của galactose với OH ở C4 của

glucose Vì vậy, lactose vẫn còn tính khử (do vẫn còn

nhóm OH_hemiaxetal tự do)

 Gần dây các nhà khoa học đã phát hiện được lactose

trong hoa của Forsythiasuspensa chiếm tới 25% chất khô

 Dưới tác dụng của β_ galactosidase hay acid, lactose bị thuỷ phân thành glucose và galactose Chỉ một số loài nấm men có enzym trên mới sử dụng được lactose

 Lactose

 Cellobiose là disaccharide có trong thực vật là đơn vị cấu thành nên Cellulose, ít gặp ở dạng tự do.

 Về cấu tạo, Cellobiose được cấu tạo từ 2 gốc β_glucose qua liên kết 1_4 O-glucosid

 Do còn một nhóm OH_hemiaxetal tự do nên Cellobiose là một đường khử

 Khi thuỷ phân cellulose bằng cellulase ta có cellobiose, nếu tiếp tục thuỷ phân bằng cellulobiase ta có 2 đơn vị

β_glucose

OH H

OH

CH2OH

H H

H

O

1

2 3

4

5 6

1

2 3

4 5 6

cellobiose

 Trehalose là disaccharide có trong nấm, rêu và một số thực vật khác nên còn gọi là đường nấm

 Trehalose là nguồn năng lượng của côn trùng và cũng là cacbohydrate dự trữ trong trứng của ấu trùng

 Về cấu tạo, Trehalose được tạo thành do 2 phân tử α_D glucose nối với nhau bằng liên kết 1-1 O-glucosid

Trehalose không còn OH_hemiaxetal tự do nên mất tính khử

 Trehalose

 Trisaccharide do 3 monosaccharide tạo nên Trisaccharide phổ biến nhất là rafinose có trong rỉ đường, hạt bông và củ cải đường Rafinose được cấu tạo từ 3 monosaccharide là galactose, glucose và fructose

 Các nhóm OH_hemiaxetal của chúng đều tham gia tạo liên kết glucosid (1-6) giữa galactose và glucose và (1-2)

glucosid giữa glucose và fructose nên không còn tính khử

 Độ ngọt thấp và tan được trong nước Khi thuỷ phân bằng acid trong thời gian ngắn sẽ cho fructose và melibiose, nếu thuỷ phân tiếp cho ra glucose và galactose Nếu dùng

α_galactosidase cắt liên kết 1-6 thu được galactose và

saccharose

 Trisaccharide: Rafinose

 Là oligosaccharide có 4 gốc monosaccharide

Tetrasaccharide tiêu biểu là stachiose được cấu tạo từ 2 gốc galactose; một gốc glucose và một gốc β_fructose

 Stachiose cũng không còn tính khử vì mọi nhóm

OH_hemiaxetal đều tham gia tạo liên kết glucosid

 Stachiose phổ biến ở cây họ đậu và một số hạt khác, tập trung ở hạt, củ, rễ

 Polysaccharide là những chất cao phân tử được tạo thành

từ vài chục cho đến hàng nghìn gốc monosaccharide, liên kết nhau bằng liên kết 1-4-O-glucosid, 1-6-O-glucosid đôi khi còn liên kết 1-2 và 1-3 glucosid…

 Dựa vào cấu tạo của cấu tử thành phần chia: 2 loại

 Polysaccharide đồng thể (Homopolysaccharide) trong cấu tạo chỉ có các monosaccharide cùng loại hay khác loại tạo nên, nói cách khác là chỉ có glucid trong thành phần

 Polysaccharide dị thể (Heteropolysaccharide): trong

thành phần ngoài glucid còn có các phần phi glucid như các gốc axid acetic, photphoric, sulfuric…và các nhóm khác

 Tinh bột :

 Là polysaccharide quan trọng nhất, đóng vai trò dự trữ chủ yếu của thực vật Trong các hạt như gạo, bắp, lúa mì

 Tinh bột chiếm 70% Tinh bột tích tụ trong tế bào dưới

dạng hạt, hình cầu, hình bầu dục hay hình đa giác Kích thước từ 0,02 – 0,12mm Lớn nhất là tinh bột khoai tây và nhỏ nhất là hạt tinh bột gạo Tế bào là một hỗn hợp gồm 2 cấu tử là amylose và amylopectin khoảng 1:4, tuy nhiên tỉ

lệ cũng thay đổi tuỳ theo loại tinh bột Vd : tinh bột nếp hầu như chỉ toàn amylopectin còn ở một số hạt họ đậu

amylose lại chiếm 75%

H

OH H

OH

CH2OH H

OH

CH2OH H

OH

CH2OH H

O

H 1

6 5 4 3

1 2

amylose

 Tinh bột:

 Amylose

 Tinh bột:

 Amylopectin: là polysaccharide phân nhánh, ngoài liên kết

α (1-4) là chủ yếu còn một số liên kết α (1-6) Cấu trúc

phân tử amylopectin gồm một mạch thẳng trung tâm do các α_D-glucose liên kết nhau bằng liên kết 1-4-O-

glucosid Từ mạch này phát ra các nhánh dài chừng vài chục gốc glucose và chỗ phân nhánh là liên kết 1-6-O-

glucosid Trọng lượng phân tử lớn khoảng 500.000 đến 1 triệu Da, chúng thường phân bố ở mặt ngoài tinh bột, đun nóng sẽ làm thay đổi không thuận cấu trúc phân tử

amylopectin có độ nhớt cao

CH2OH

H

O HH

OH H

OH

CH2OH

H O

H

OH H

OH

CH2

O H

OH H

OH

CH2OH

H

O H O

1 4 6

H

OH H

OH

CH2OH

O H OH H

3 4

5

2

amylopectin

 Cellulose:Là polysaccharide cấu trúc phổ biến trong thực

vật, thành phần chính của vách tế bào thực vật Nó là hợp chất hữu cơ có mặt nhiều nhất trong sinh quyển Cellulose chiếm 50% trong gỗ và trên 90% trong bông

 Cellulose có cấu trúc mạch thẳng, dạng sợi cấu tạo từ các gốc β_D-glucose, liên kết với nhau bằng liên kết β_1-4 O-glucosid Trong lượng phân tử của khoảng 50.000 đến

OH

CH2OH

H

O H

OH H

OH

CH2OH

H O

OH H

OH

CH2OH H

H

OH H

OH

CH2OH H

1 2

 Cellulose:

 Phân tử cellulose chứa 1400 đến 1500 gốc β_glucose, các chuỗi xếp song song tạo thành sợi sơ cấp có đường kính 3,5 – 4nm Các sơi sơ cấp này lại liên kết nhau tạo thành

vi sợi (microfibril) có đường kính 20nm nhờ liên kết hydro tạo thành giữa các nhóm OH tự do Các vi sợi này hợp lại thành từng bó sợi to hơn có thể nhìn rõ dưới kính hiển vi quang học Giữa các vi sợi có những khoảng trống lớn

chứa đấy nước khi tế bào còn non, còn khi tế bào già thì lấp đấy lignin và hemicellulose

 Cellulose

 Cellulose:

 Khi thuỷ phân bằng H2SO4 hay HCl đặc, nhiệt độ cao,

cellulose bị thuỷ phân thành β_glucose, còn với điều kiện nhẹ nhàng hơn thì chỉ tạo cellobiose

 Người và động vật không thể tiêu hoá được cellulose, tuy nhiên một số nghiên cứu cho thấy cellulose có vai trò điều hoà hoạt động của hệ tiêu hoá Chống táo bón Ở động vật nhai lại, có thể tiêu hoá được cellulose do trong ống tiêu hoá của chúng có chứa hệ vi sinh vật tạo cellulase để thuỷ phân cellulose

 Cellulose

 Glycogen

 Pectin:

 Pectin là glucid cao phân tử gồm mạch thẳng chính, có

cấu tạo từ sự kết hợp của các gốc α_D-galacturonic acid liên kết nhau bằng liên kết α_1-4 O-glucosid còn gọi là acid polygalacturonic hay acid pectic

 Pectin chứa nhiều trong thành tế bào các mô và trong thực vật, pectin tồn tại ở 2 dạng:

 Dạng protopectin không tan, tồn tại chủ yếu ở thành tế bào với dạng liên kết polysaccharide khác như araban, tinh bột, cellulose, galactan

 Dạng pectin hoà tan, chủ yếu trong dịch tế bào