Chuong 3 carbohydrate for student

1 TS. Nguyễn Đình Thắng Carbohydrates  Cấu trúc và tên gọi của các monosaccharides.  Cấu trúc và tính chất của các mono và disaccharides.  Chức năng sinh học của các polysaccharides.  Chức năng sinh học của các glycoconjugates. Nội dung 2 (CH 2 O)n Carbohydrates I. Monosaccharides I.1. Các dạng đồng phân I.2. Công thức biểu diễn I.3. Aldose và Ketose I.4. Một vài tính chất quan trọng 3 I.1. Các dạng đồng phân Đồng phân Aldose và Ketose 4 Đồng phân pyranose và furanose Đồng phân D và L CHO C CH 2 OH HO H CHO C CH 2 OH H OH CHO C CH 2 OH HO H CHO C CH 2 OH H OH Lglyceraldehyde Dglyceraldehyde Lglyceraldehyde Dglyceraldehyde O H O H C C H – C – OH HO – C – H HO – C – H H – C – OH H – C – OH HO – C – H H – C – OH HO– C – H CH2OH CH2OH Dglucose Lglucose Đồng phân quang học (Enantiomers) 5 Đồng phân epimers Đồng phân anomers (α β ) . H O OH H OH H OH C H 2 OH H Dglucose OH H H O OH H OH H OH C H 2 OH H H OH Dglucose 2 3 4 5 6 1 1 6 5 4 3 2 6 I.2. Biểu diễn công thức cấu tạo của monosaccharides Công thức Fishcher 7 Công thức phối cảnh H O OH H OH H OH C H 2 OH H Dglucose OH H H O OH H OH H OH CH 2 OH H H OH Dglucose 2 3 4 5 6 1 1 6 5 4 3 2 Công thức Haworth O H HO H HO H OH OH H H OH O H HO H HO H H OH H OH OH Dglucopyranose Dglucopyranose 1 6 5 4 3 2 8 I.3. Aldoses và Ketoses 9 10 11 Sự cân bằng vòngchuỗi Sự hình thành hemiacetals và hemiketals 12 H O OH H OH H OH CH 2 OH H OH H H O OH H OH H OH CH 2 OH H H OH Dglucose Dglucose 2 3 4 5 6 1 1 6 5 4 3 2 H CHO C OH C H HO C OH H C OH H CH 2 OH 1 5 2 3 4 6 Dglucose (linear form) Sự hình thành hemiacetal CH 2 OH C O C H HO C O H H C O H H CH 2 OH HO H 2 C OH C H 2 O H H O H H H HO O 1 6 5 4 3 2 6 5 4 3 2 1 D fruc tose (l ine ar ) Df ructofuranose Sự hình thành hemiketal 13 Pyranoses và Furanoses I.4. Một vài tính chất quan trọng Glucose Maltose Sucrose 14 I.4. Một vài tính chất quan trọng I.4. Một vài tính chất quan trọng  Tính oxyhóa: nhóm aldehide bị khử để tạo thành alcol  Phản ứng tạo glycoside  Liên kết Oglycoside  Liên kết Nglycoside 15 I.4. Một vài tính chất quan trọng 16 II. Disaccharides 17 Disaccharides Disaccharides 18 Disaccharides III. Polysaccharides III.1. Homopolysaccharides III.2. Heteropolysaccharides 19 Polysaccharides III.1. Các homopolysaccharides 20  Glycogen  Homopolysaccharide phân nhánh của glucose  Liên kết (1  4)  Các điển phân nhánh với các LK (1  6) kéo dài khoảng 812 gốc đường  KLPT có thể lên đến hàng triệu  Chức năng dự trữ năng lượng. 21  Tinh bột  Tinh bột 22  Dextran  Cellulose  Polysaccharide phổ biến nhất trong tự nhiên.  Homopolysaccharide phân nhánh của các monomer glucose  Các monomer glucose hình thành các chuỗi liên kết (1  4).  Các LK hydrogen hình thành giữa các monomer kế cận.  Các LK hydrogen giữa các chuỗi.  Cấu trúc cứng và không tan trong nước.  Cotton là loại cellulose sợi gần như tinh khiết. 23  Cellulose  Cellulose bị phân hủy bởi nấm gỗ 24  Chitin  Là một homopolysaccharide mạch thẳng của Nacetylglucosamine – Các monomer Nacetylglucosamine hình thành chuỗi thông LK (1  4). – Hình thành các sợi kéo dài tương tự như cellulose. – Cứng, không tan và không bị tiêu hóa bởi động vật có xương. – Tìm thấy trong thành tế bào của nấm, vỏ côn trùng, nhện, cua, tôm…  Chitin 25  Pectin III.2. Các heteropolysaccharides 26  Agar và Agarose  Agar là một phức hợp của các hetereopolysaccharide chứa các đơn vị galactose đã bị biến đổi.  Là một thành phần của thành tế bào của một số rong biển.  Agarose là một thành phần của agar  Gel agar thường được sử dụng làm môi trường cho các VK phát triển trong PTN.  Dung dịch agarose tạo thành dạng gel sử dụng cho cho điện di phân tách DNA. 27  Agarose  Glycosaminoglycans  Các polymer mạch thẳng của các đơn vị disaccharide lặp lại.  Monomer có thể là:  Nacetylglucosamine hoặc  Nacetylgalactosamine  Tích điện âm  Uronic acids (C6 oxidation)  Sulfate esters  Hình thành một dạng sàng với các protein dạng sợi để tạo nên nền ngoại bào.  Mô liên kết  Sự bôi trơn các khới nối. 28  Glycosaminoglycans  Glycosaminoglycans 29 Heparin và Heparan Sulfate  Heparin là một polimer mạch thẳng, 3 – 40 kDa  Heparan sulfate là dạng polysaccharide giống heparin tuy nhiên ở dạng LK với các protein.  Là phân tử sinh học có mật độ điện tích âm cao nhất.  Chống đông máu bởi hoạt tính kháng thrombin  Gắn kết vào nhiều loại tế bào, điều hòa sự phát triển và hình thành các mạch máu.  Cũng có thể gắn vào virus và vi khuẩn và làm giảm độc lực của chúng.  Glycosaminoglycans IV. Glycoconjugates IV.1. Glycoprotein IV.2. Glycolipids IV.3. Glycolipoprotein 30 IV.1. Glycoprotein  Carbohydrate được gắn thông qua anomeric carbon  Khoảng ½ protein của động vật có vú là glycoproteins  Carbohydrates đóng vai trò quan trọng trong sự nhận biết tương tác proteinprotein.  Chỉ có một số vi khuẩn đường hóa một vài protein của chúng.  Protein của virus bị đường hóa mạnh, giúp tăng khả năng tấn công hệ miễn dịch.  Glycoproteins 31 Vai trò của các oligosaccharides trong sự nhận biết tại bề mặt TB Glycoproteins Glycoproteins Vai trò của các oligosaccharides trong sự nhận biết tại bề mặt TB 32 Nền ngoại bào (ECM)  Vật chất bên ngoài tế bào.  Đem đến độ bền, độ đàn hồi và làm hàng rào vật lý cho các mô.  Thành phần chính:  Proteoglycan aggregates  Collagen fibers  Elastin (a fibrous protein)  ECM là hàng rào mà tế bào ung thư sử dụng để xâm lấn từ mô này sang các mô khác.  Một vài loại tế bào ung thư tiết ra heparinase phân cắt ECM Thành phần của ECM Glycoproteins 33 IV.2. Glycolipids  Lipid với các LK cộng hóa trị gắn với oligosaccharide  Là thành phần của màng tế bào động và thực vật.  Trong động vật có xương sống, thành phần của ganglioside carbohydrate xác định nhóm máu.  Trong VK gram âm, lipopolysaccharides bao bọc lớp peptidoglycan.  Peptidoglycan 34 Peptidoglycan là polysaccharide của thành tế bào Peptidoglycan là polysaccharide của thành tế bào

TS Nguyễn Đình Thắng

Carbohydrates

 Cấu trúc và tên gọi của các monosaccharides.

 Cấu trúc và tính chất của các mono và disaccharides.

 Chức năng sinh học của các polysaccharides.

 Chức năng sinh học của các glycoconjugates.

Nội dung

I.2 Công thức biểu diễn

I.3 Aldose và Ketose

I.4 Một vài tính chất quan trọng

I.1 Các dạng đồng phân

Đồng phân Aldose và Ketose

Đồng phân pyranose và furanose

Đồng phân D và L

CHO C

L-glyceraldehyde D-glyceraldehyde

I.2 Biểu diễn công thức cấu

tạo của monosaccharides

Công thức Fishcher

CH2OH

H

H OH

- D -glucose

2 3

3 2

Công thức Haworth

O H

OH

O H

HO

H HO

H

H OH

I.3 Aldoses và Ketoses

9

10

Sự cân bằng vòng-chuỗi

Sự hình thành hemiacetals và hemiketals

CH2OH

H

H OH

- D -glucose - D -glucose

2 3

C OH H

CH2OH

1

5

2 3 4

6

D -glucose (linear form)

2 1

D -fructose (linear) - D -fructofuranose

Sự hình thành hemiketal

I.4 Một vài tính chất quan trọng

I.4 Một vài tính chất quan trọng

 Tính oxy-hóa: nhóm aldehide bị khử để tạo thành alcol

 Phản ứng tạo glycoside

Liên kết O-glycoside

 Liên kết N-glycoside

I.4 Một vài tính chất quan trọng

II Disaccharides

Disaccharides

Disaccharides

Polysaccharides

III.1 Các homopolysaccharides

 Tinh bột

 Tinh bột

 Dextran

 Cellulose

 Polysaccharide phổ biến nhất trong tự nhiên.

 Homopolysaccharide phân nhánh của các monomer glucose

 Các monomer glucose hình thành các chuỗi liên kết (1  4).

 Các LK hydrogen hình thành giữa các monomer kế cận.

 Các LK hydrogen giữa các chuỗi.

 Cấu trúc cứng và không tan trong nước.

 Cotton là loại cellulose sợi gần như tinh khiết.

 Cellulose

 Cellulose bị phân hủy bởi nấm gỗ

– Hình thành các sợi kéo dài tương tự như cellulose.

– Cứng, không tan và không bị tiêu hóa bởi động vật

có xương

– Tìm thấy trong thành tế bào của nấm, vỏ côn trùng,

nhện, cua, tôm…

 Chitin

 Pectin

III.2 Các heteropolysaccharides

 Agar và Agarose

 Agar là một phức hợp của các hetereopolysaccharide

chứa các đơn vị galactose đã bị biến đổi.

 Là một thành phần của thành tế bào của một số rong biển.

 Agarose là một thành phần của agar

 Gel agar thường được sử dụng làm môi trường cho các

VK phát triển trong PTN.

 Dung dịch agarose tạo thành dạng gel sử dụng cho cho

điện di phân tách DNA.

 Hình thành một dạng sàng với các protein dạng sợi để tạo

nên nền ngoại bào.

 Mô liên kết

 Sự bôi trơn các khới nối.

 Glycosaminoglycans

 Glycosaminoglycans

Heparin và Heparan Sulfate

 Heparin là một polimer mạch thẳng, 3 – 40 kDa

 Heparan sulfate là dạng polysaccharide giống heparin

tuy nhiên ở dạng LK với các protein

 Là phân tử sinh học có mật độ điện tích âm cao nhất

 Chống đông máu bởi hoạt tính kháng thrombin

 Gắn kết vào nhiều loại tế bào, điều hòa sự phát triển

IV.1 Glycoprotein

Carbohydrate được gắn thông qua anomeric carbon

Khoảng ½ protein của động vật có vú là

glycoproteins

Carbohydrates đóng vai trò quan trọng trong sự

nhận biết tương tác protein-protein

Chỉ có một số vi khuẩn đường hóa một vài protein

của chúng

Protein của virus bị đường hóa mạnh, giúp tăng khả

năng tấn công hệ miễn dịch

 Glycoproteins

Nền ngoại bào (ECM)

 Vật chất bên ngoài tế bào

 Đem đến độ bền, độ đàn hồi và làm hàng rào vật

lý cho các mô

 Thành phần chính:

 Proteoglycan aggregates

 Collagen fibers

 Elastin (a fibrous protein)

 ECM là hàng rào mà tế bào ung thư sử dụng để

xâm lấn từ mô này sang các mô khác

 Một vài loại tế bào ung thư tiết ra heparinase phân cắt

ECM

Thành phần của ECM

Glycoproteins

IV.2 Glycolipids

 Lipid với các LK cộng hóa trị gắn với oligosaccharide

 Là thành phần của màng tế bào động và thực vật.

 Trong động vật có xương sống, thành phần của

ganglioside carbohydrate xác định nhóm máu.

 Trong VK gram âm, lipopolysaccharides bao bọc lớp

peptidoglycan.

 Peptidoglycan

Peptidoglycan là polysaccharide của thành tế bào

Peptidoglycan là polysaccharide

của thành tế bào