Sinh hóa môi trường

SINH HÓA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG 1: Protein CHƯƠNG 2: ENZYME CHƯƠNG 3: GLUXIT CHƯƠNG 4: LIPID CHƯƠNG 5: AXIT NUCLEIC CHƯƠNG 6: NƯỚC, MUỐI KHOÁNG, VITAMIN CHƯƠNG 7: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM TRƯỜNG ðẠI HỌC SÀI GÒN

KHOA MÔI TRƯỜNG

  

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT

SINH HÓA MÔI TRƯỜNG

HÊ CAO ðẲNG (30 TIẾT)

Giáo viên biên soạn: DƯƠNG THỊ GIÁNG HƯƠNG

Lưu hành nội bộ

NĂM HỌC 2007—2008

BÀI GIỚI THIỆU

Sinh hóa học là khoa học nghiên cứu cơ sở phân tử của sự sống (thành phần cấu tạo

và các quá trình biến ñổi của các chất trong cơ thể sống)

Thế giới sinh vật vô cùng dồi dào và phong phú Các hoạt ñộng sống của thế giới này cũng thể hiện ra muôn màu muôn vẻ, nhưng nét ñặc trưng và chung nhất là sự trao ñổi chất, tức tác dụng qua lại và thường xuyên giữa mọi cơ thể và môi trường bên ngoài Nhờ quá trình trao ñổi chất mà sinh vật chủ ñộng thích nghi với ngoại cảnh Trong sự trao ñổi chất thì thức ăn ñóng một vai trò vô cùng quan trọng nhờ ñó cơ thể thu nhận ñược những vật chất cần thiết ñể tạo hình và cung cấp năng lượng

Quá trình trao ñổi chất bao gồm quá trình ñồng hóa và dị hóa ðồng hóa là tổng hợp nên các chất cung cấp năng lượng Dị hóa là quá trình giải phóng năng lượng

Hiện nay người ta áp dụng ngày càng rộng rãi phương pháp sinh học ñể xử lý nước thải bởi vì nó có những ưu việt hơn hẳn so với các phương pháp khác Tác nhân xử dụng cho phương pháp này là vi sinh vật

Nói chung, về thành phần nguyên tố trong cơ thể sống chỉ tìm thấy 27 trong số hơn

100 nguyên tố ñã biết Bốn nguyên tố chủ yếu là C, H, O, N Một số nguyên tố thường gặp ở dạng ion như: Na+,K+ ,Mn2+ ,Ca2+ ,Cl+….các nguyên tố khác như: Mn,

Co, Fe, Cu, Zn, Al,….chỉ có với số lượng rất nhỏ, gọi là các nguyên tố vi lượng Chất cấu tạo nên cơ thể sống gồm hai nhóm:

sinh tố (vitamin)

CHƯƠNG I

PROTEIN

I Giới thiệu chung về protein

Protein là những hợp chất hữu cơ mà trong thành phần phân tử có các nguyên tố C, H,

O, N,S, P,…

I.1.Chức năng sinh học của protein

Protein là thành phần không thể thiếu ñược của tất cả các cơ thể sống Một số chức năng quan trọng của nó là:

- Xúc tác: Các protein có chức năng xúc tác ñược gọi là các enzym

trong cơ thể, ví dụ hemoglobin vận chuyển oxy ñến các mô và cơ quan trong

cơ thể

“bắt” những chất lạ xâm nhập vào cơ thể

trong lòng trắng trứng

I.2 Protein ñối với ñối với ñời sống con người

Protein là thực phẩm quan trọng nhất Không có protein thì không thể có sự sống, sinh trưởng và phát triển.Nếu cung cấp ñầy ñủ protein với chất lượng cao sẽ tạo ñiều kiện tối ưu cho cơ thể hoạt ñộng bình thường, phát triển tốt và khả năng lao ñộng cao.Thiếu protein sẽ dẫn tới mất cân bằng trong quá trình trao ñổi chất, dẫn ñến suy giảm khả năng miễm dịch và nhiều bệnh tật…

Protein là thức ăn có giá trị dinh dưỡng cao, phù hợp khẩu vị.Ngoài ra chúng còn có nhiều tính chất cần thiết cho thực phẩm như khả năng tạo bọt, khả năng tạo màng (gel), tạo hình, khả năng ñông tụ và kết tủa…

Nguồn protein : Hàm lượng protein trong các cơ thể sống thay ñổi khá nhiều Nguồn protein ñộng vật chủ yếu là các loại thịt gia súc, gia cầm, cá tôm, sữa Nguồn protein thực vật quan trọng là hạt các loại ñậu, ñặc biệt là ñậu tương Nấm , tảo cũng là những nguồn protein quý giá

II Cấu tạo phân tử của protein

Protein ñược cấu tạo từ các L- α axit amin, liên kết với nhau bằng liên kết peptid

II.1 Axit amin

II.1.1 Công thức tổng quát của L- α axit amin như sau:

II.1.2 Phân loại axit amin

Mặc dù axit amin rất ña dạng nhưng hầu hết chúng ñược cấu tạo từ 20 L- α axit amin

và 2 amit tương ứng Dựa vào những ñặc tính của mạch bên (nhóm R) người ta chia các axit amin thành các nhóm chính như sơ ñồ ( xem thêm bảng các axit amin )

II.1.3 Các axit amin không thay thế

Trong số 20 axit amin thường gặp trong phân tử protein có một số axit amin mà cơ thể con người và ñộng vật không thể tự tổng hợp ñược, phải ñưa từ ngoài vào qua thức ăn, gọi là các axit amin cần thiết hoặc không thay thế Khi thiếu thậm chí chỉ một axit amin này có thể làm cho cân bằng Nito âm (protein ñược tổng hợp ít hơn protein bị phân giải ) Theo tiêu chuẩn của FAO (tổ chức nông lương quốc tế ) thì 8 axit amin cần thiết với con người là: Treonin, Valin, Loxin, Izoloxin, Metionin, Triptophan, Lixin, Phenilalanin

Hàm lượng các axit amin không thay thế và tỷ lệ giữa chúng trong phân tử protein là một tiêu chuẩn quan trọng ñể ñánh giá chất lượng protein

II.2 Liên kết peptid

Là liên kết – CO – NH – ñược tạo thành do phản ứng kết hợp giữa nhóm α- cacboxyl của axit amin này với nhóm α-amin của axit amin khác, loại ñi một phân tử nước

Nếu 3,4,5 …hoặc nhiều axit amin kết hợp với nhau tạo thành các peptid có tên tương ứng là tripeptid, tetrapeptid, pentapeptid,…và polypeptid

III Cấu trúc của phân tử protein

III.3 Cấu trúc bậc 3

Nhiều protein tan trong nước, protein xúc tác có dạng hình cầu Sự cuộn lại của các cấu trúc bậc 2 thành các khối hình cầu gọi là cấu trúc bậc 3 Cấu trúc bậc 3 ñược giữ vững bởi liên kết cầu ñisunfua, liên kết hidro,…

III.4 Cấu trúc bậc 4

Là nhiều cấu trúc bậc 3 liên kết lại với nhau tạo khối có nhiều dạng

IV Tính chất của protein và axit amin:

IV.1 Tính ñiện ly lưỡng tính

Axit amin và protein ñều có tính ñiện ly lưỡng tính, tức là nó có khả năng phân ly như một axit hoặc một bazo hoặc trung tính tùy vào môi trường

Như vậy khi ñặt axit amin trong ñiện trường tùy theo pH môi trường nó có thể di chuyển tới catot hoặc anot Ở một giá trị pH nào ñó axit amin không di ñộng trong ñiện trường tức trung hòa về ñiện tích Giá trị pH này ñược gọi là ñiểm ñẳng ñiện của axit amin, ký hiệu là pHi (pI)

Ý nghĩa: Trong môi trường pH = pI protein dễ dàng kết tụ lại với nhau Có thể sử dụng tính chất này ñể xác ñịnh ñiểm ñẳng ñiện cũng như ñể kết tủa protein Mặt khác,

do sự sai khác về ñiểm ñẳng ñiện giữa các protein nên có thể ñiều chỉnh pH môi trường ñể tách riêng các protein ra khỏi hỗn hợp của chúng

IV.2 Tính chất của dung dịch keo protein, sự kết tủa protein

Khi hòa tan, protein tạo thành dung dịch keo Do trên bề mặt phân tử protein có các nhóm phân cực nên khi hòa tan trong nước các phân tử nước lưỡng cực ñược các nhóm này hấp phụ tạo thành màng nước bao xung quanh phân tử protein gọi là lớp vỏ hydrat Hai yếu tố ñảm bảo ñộ bền của dung dịch keo protein là:

- pH # pI

Nếu loại bỏ hai yếu tố trên protein sẽ kết tủa Sau khi protein ñã bị kết tủa, nếu loại bỏ yếu tố kết tủa protein lại có thể tạo thành dung dịch keo bền hoặc không Trường hợp ñầu gọi là kết tủa thuận nghịch, trường hợp sau gọi là kết tủa không thuận nghịch Trong trường hợp kết tủa không thuận nghịch protein bị mất tính chất ban ñầu hay còn gọi là bị biến tính Các yếu tố kết tủa thuận nghịch (muối (NH4)2SO4, dung môi hữu cơ…) dùng ñể thu chế phẩm protein, các yếu tố kết tủa không thuận nghịch ( nhiệt ñộ cao, axit hoặc kiềm nồng ñộ cao, muối kim loại nặng…) dùng ñể loại bỏ protein khỏi dung dịch, làm ngừng phản ứng enzyme

IV.3 Phản ứng ñịnh tính và ñịnh lượng protein và axit amin

tím hoặc ñỏ Phàn ứng này gọi là phản ứng Biure ðây là phản ứng ñặc trưng cho liên kết peptid (tất cả các chất có chứa 2 liên kết peptid trở lên ñều cho phản ứng này ) và ñược sử dụng ñể ñịnh tính và ñịnh lượng protein

cả các axit amin (trừ prolin ) phản ứng với ninhydrin tạo hợp chất màu xanh tím ( riêng prolin cho màu vàng )

V Phân loại protein

• Protein ñơn giản là những protein không có nhóm không phải là protein Thí

dụ albumin (có trong lòng trắng trứng ), globulin (có trong hạt cây họ ñậu ), glutelin (có trong lúa mì )…

• Protein phức phức tạp có chứa nhóm ngoại không phải là protein Trong trường hợp này protein gọi là apoprotein, thí dụ homoglobin, lipoprotein…

VI Sự chuyển hóa protein trong cơ thể sống và ứng dụng của protein

IV.1 Trong cơ thể sống

Protein thức ăn khi vào cơ thể nhờ enzyme xúc tác sẽ phân giải thành các axit amin Axit amin thấm qua thành ruột theo máu tới các tế bào Chúng là nguyên liệu ñể tổng hợp nên protein trong cơ thể Sự tổng hợp protein diễn ra ở riboxom Protein ñược tổng hợp trong cơ thể ñược gọi là protein ñặc trưng của cơ thể, nó ñược xây dựng từ axit amin của thức ăn song trình tự axit amin thì khác, do ñó protein ñặc trưng của cơ thể mang nét ñặc thù của mỗi cơ thể và khoi6ng còn giống protein của thức ăn nữa

IV.2 Trong công nghiệp thực phẩm:

Trong chế biến thực phẩm: Hai hiện tượng thường gặp là thủy phân và biến tính:

amin ( thúi dụ: sản xuất nước mắm, tương, các sản phẩm lên mem truyền thống, chao…)

yaourt, ñậu hủ ,…)

Trong bảo quản thực phẩm: khi thực phẩm có ñộ ẩm cao nên protein bị thủy phân dưới tác dụng của enzyme thủy phân có trong bản thân thực phẩm hoặc của vi sinh vật xâm nhập Kết quả là tạo ra nhiều aldehyt, amin, rượu khác nhau khiến sản phẩm

có mùi và có thể ñộc Thực phẩm có thể bị giảm chất lượng do sự biến tính protein (dẫn tới mất hoạt tính sinh học, ñông tụ protein ,…) Bởi vậy ñể bảo quản thực phẩm cần phải khử enzyme, giảm ñộ ẩm, bổ sung các chất ức chế vi sinh vật…

cơ thể, ñể tiến hành thường ñòi hỏi tác dụng của hóa chất ( axit, kiềm,…) và ñiều kiện nhiệt ñộ, áp suất cao lại có thể xảy ra trong cơ thể sống hết sức nhanh, trong ñiều kiện

êm dịu? Câu trả lời là các phản ứng này diễn ra do tác dụng của các chất xúc tác sinh học – các enzyme

I.2 Cấu tạo hóa học của enzyme

Bản chất hóa học của enzyme là protein có nghĩa là enzyme ñược cấu tạo từ các L- α axit amin liên kết với nhau bởi liên kết peptid

Enzyme chỉ cấu tạo từ axit amin ñược gọi là enzyme một thành phần ( một cấu tử, enzyme ñơn giản ) Enzyme ñược cấu tạo từ chuỗi polypeptid và phần phi enzyme ñược gọi là enzyme hai thành phần ( hai cấu tử, enzyme phức tạp ) Trong trường hợp này chuỗi polypeptid ñượ gọi là apoenzyme, còn phần phi protein gọi là coenzyme Thường gặp coenzyme có bản chất là ion kim loại hoặc vitamin

I.3 Trung tâm hoạt ñộng của enzyme

Ở mỗi phân tử enzyme ñều tồn tại một vùng cấu trúc nơi trực tiếp xảy ra phản ứng xúc tác gọi là trung tâm hoạt ñộng của enzyme Cấu tạo của các trung tâm hoạt ñộng enzymr hiện còn biết rất ít

Ở các enzyme một cấu tử, trung tâm hoạt ñộng thường bao gồm một tổ hợp các nhóm ñịnh chức axit amin không tham gia tạo thành trục chính của sợi polypeptid ( thí dụ nhóm – SH của xystein , -OH của xerin…) các nhóm này có thể ở xa nhau trong mạch

chỉ cần một biến ñổi nhỏ của môi trường ảnh hưởng ñến cấu trúc của phân tử enzyme

sẽ làm vô hiệu hóa trung tâm hoạt ñộng và enzyme mất hoạt tính

Ở enzyme hai cấu tử vai trò trung tâm hoạt ñộng thường do nhóm ngoại (coenzyme ) ñảm nhận

Trung tâm hoạt ñộng ( TTHð) có cấu hình không gian rất tương ứng với cấu trúc của

cơ chất và thường ñược hình thành trong quá trình enzyme tiếp xúc với cơ chất

Quan niệm chìa khóa và mô hình Koshland

Một số enzyme có TTHð tồn tại dưới dạng chưa hoạt hóa gọi là zimogen hoặc

khác (tripxin chẳng hạn ) Các enzyme này cắt ñi một vài ñoạn peotid có tác dụng kìm hãm TTHð của enzyme

II Tính chất của enzyme

II.1 Cường lực xúc tác

Enzyme có khả năng xúc tác mạnh hơn nhiều so với xúc tác thông thường

Thí dụ: ñể thủy phân 5 kg protein trứng cần phải ñun sôi trong nhiều giờ còn nếu sử dụng 1gam pepxin thì chỉ mất 2 giờ trong nhiệt ñộ thường

II.2 Tính ñặc hiệu của enzyme

Mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho sự chuyển hóa một hay một số chất nhất ñịnh theo kiểu phản ứng nhất ñịnh Sự tác dụng có tính lựa chọn cao này gọi là tính ñặc hiệu của enzyme

Người ta phân biệt:

a) ðặc hiệu kiểu phản ứng: mỗi enzyme chỉ có khả năng xúc tác cho một trong các kiểu phản ứng chuyển hóa một chất nhất ñịnh, thí dụ phản ứng oxy hóa

ðặc hiệu tương ñối: Enzyme chỉ có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất ñịnh trong phân tử cơ chất không phụ thuộc vào cấu tạo phân tử của phần tham gia tạo thành liên kết ñó Thí dụ enzyme lipaza có khả năng thủy phân tất cả các liên kết este

CH2OCOR1 CH2OH R1COOH Lipaza

CH2OCOR3 CH2OH R3COOH

c) ðặc hiệu nhóm: Enzyme có khả năng tác dụng lên một kiểu liên kết hóa học nhất ñịnh với ñiểu kiện một tronh hai thành phần tham gia tạo thành liên kết phải có cấu tạo xác ñịnh Thí dụ cacboxypeptidaza có khả năng phân cắt liên kết peptid gần nhóm cacboxyl tự do

III Cơ chế tác dụng của enzyme

Phản ứng enzyme xảy ra qua 3 giai ñoạn

Giai ñoạn 1: Enzyme ( E ) nhanh chóng kết hợp với cơ chất ( S ) bằng liên kết yếu tạo phức enzyme – cơ chất ( ES ) không bền

[ E ] + [ S ] → [ ES]

Giai ñoạn 2: Cơ chất bị biến ñổi do sự kéo căng và phá vỡ các liên kết

Giai ñoạn 3: Tạo sản phẩm, enzyme ñược giải phóng dưới dạng tự do

IV.3 nhiệt ñộ

Trong công nghiệp sản xuất và bảo quản sản phẩm thực phẩm yếu tố nhiệt d0o65 thường ñược sử dụng ñể ñiều hòa phản ứng enzyme Ở nhiệt ñộ thấp enzyme giảm hoạt ñộ song không bị biến tính nhiều Ở nhiệt ñộ cao ( 70 0C) enzyme bị biến tính và không có khả năng phục hồi hoạt ñộ Nhiệt ñộ tối thích vào khoảng 40 – 50 0C

V Cách gọi tên và phân loại enzyme

V.1.Cách gọi tên

trước kia thường gọi tên enzyme một cách tùy tiện, tùy tác giả Các tên quen dùng như pepxin, tripoxin,…hiện nay vẫn ñược dùng gọi là tên thông dụng Tên gọi ñầy ñủ, chính xác, theo quy ước quốc tế ñược gọi theo tên cơ chất ñặc hiệu của nó cùng với tên của kiểu phản ứng mà nó xúc tác, cộng thêm ñuôi aza

Thí dụ: Glucozyltransferaza là enzyme xúc tác cho phản ứng vận chuyển gốc ñường

V.2 Phân loại enzyme

Enzyme ñược chia làm 6 loại

1 Oxydoreductaza: là enzyme xúc tác phản ứng oxy hóa khử Thí dụ: dehydrogenaza, oxydaza, peroxydaza,…

2 Transferaza: là enzyme xúc tác sự vận chuyển nhóm hóa học từ chất này sang chất khác Thí dụ: aminotransferaza,…

3 Hydrolaza: Enzyme xúc tác phản ứng thủy phân Thí dụ: peptidhydrolaza, lipaza,…

4 Liaza: xúc tác phản ứng loại CO2 ra khỏi một chất Thí dụ: piruvatdecacboxylaza (loại CO2 ra khỏi axit piruvic),…

5 Izomeraza: là enzyme xúc tác quá trình ñồng phân hóa Thí dụ glucoizomeraza,…

6 Ligaza: Là enzyme xúc tác cho phản ứng cần năng lượng Thí dụ: piruvat cacboxylaza, asparaginsyntetaza,…

VI Tính ưu việt của phản ứng enzyme và một số ứng dụng của enzyme

VI.1 tính ưu việt của phản ứng enzyme

ðiều kiện phản ứng ôn hòa hơn so với xúc tác hóa học, do ñó dễ thực hiện, ít tốn kém

và hiệu quả cao

Ít tốn kém hơn về năng lượng Thí dụ : phản ứng thủy phân sacaroza nếu không có chất xúc tác thì cần năng lượng là 32 000 cal/mol, nếu xúc tác là axit thì cần năng lượng là 25000 cal/mol, nếu xúc tác là enzyme invertaza thì chỉ cần năng lượng là 9

400 cal/mol

Phản ứng enzyme diễn ra với vận tốc rất nhanh Thí dụ : ñể thủy phân protein thành axit amin cần liềm hoặc axit trong vòng vài chục giờ, song nếu sử dụng enzyme thùi chỉ cần vài chục phút

VI.2 Một số ứng dụng của enzyme

Trong công nghiệp thực phẩm:

Ứng dụng của phản ứng thủy phân: ñể tạo cấu trúc mong muốn, ñể cải thiện cấu trúc của sản phẩm (mùi, vị,…), ñể thu những sản phẩm có phân tử lượng nhỏ : thí dụ enzyme amilaza, proteaza,…trong công nghiệp sản xuất rượu, bia, bánh mì, chế biến thịt,…

Ứng dụng của phản ứng oxy hóa khử: thí dụ các loại chè, cà phê, thuốc lá khác nhau

là do sử dụng một cách tài tình các enzyme có sẵn trong nguyên liệu hoặc chế phẩm enzyme có nguồn gốc ñộng thực vật, ñặc biệt là vi sinh vật

Một số enzyme còn ñược sử dụng ñể bảo quản thực phẩm, thí dụ glucooxydaza ñược

sử dụng ñể ngăn chặn quá trình oxy hóa,…

Trong xử lý môi trường: Phương pháp xử lý sinh học: Xử dụng VSV phân giải hầu

hết các chất với thời gian ngắn, trong ñiều kiện ñơn giản, các thiết bị xử lý ñơn giản, chi phí không cao, phương pháp tiến hành ñơn giản

CHƯƠNG III

GLUXIT

I Giới thiệu chung về gluxit

Gluxit là nhóm chất hữu cơ phổ biến cả ở ñộng vật ( 2 % trọng lượng các chất khô) và thực vật ( 80 – 90 % trọng lượng các chất khô) Gluxit ñược tổng hợp bởi cây xanh từ CO2, H2O và năng lượng của ánh sáng mặt trời, còn con người và ñộng vật không có khả năng ñó và phải sử dụng nguồn gluxit từ thực vật

Gluxit thuộc nhóm dinh dưỡng ñặc biệt quan trọng ñối với người và ñộng vật Các nguyên tố tạo nên gluxit là C, H và O

I.1 Chức năng sinh học của gluxit

Gluxit là chất cung cấp năng lượng chủ yếu (60 % ) cho các quá trình sống của cơ thể Tuy ñộ sinh nhiệt chỉ bằng một nửa lipid song gluxit có ưu thế nổi bật là hòa tan tốt trong nước, làm môi trường cho các phản ứng xảy ra trong cơ thể

Gluxit có vai trò cấu trúc , tạo hình (xelluloza)

Gluxit có vai trò bảo vệ (mucopolysacharit)

I.2 phân loại gluxit

Gluxit ñược phân làm hai loại

loại I (oligosacarit) và polysacarit loại II

Trong công nghiệp thực phẩm Gluxit là chất liệu cơ bản, không thể thiếu của ngành sản xuất lên men: sản xuất rượu, bia, axit aimin, mì chính, chất kháng sinh,…

bánh phồng tôm, ñộ xốp cho bánh mì,…

II Monosacarit

II.1 ðặc tính cấu tạo của monosacarit

Monosacarit là dẫn xuất aldehyt hoặc xeton của các polyol Dẫn xuất aldehyt ñược gọi

là aldoza, dẫn xuất xeton gọi là xetoza Người ta thường tiến hành ñánh số các nguyên

tử C ; ñánh số ñược bắt ñầu từ nguyên tử C ở ñầu mạch có nhóm cacbonyl ñể cho nguyên tử C của nhóm cacbonyl có chỉ số nhỏ nhất

Giới thiệu một số monosacarit thường gặp:

Các dạng cấu tạo của monosacarit

Dạng D và L : trong phân tử của monosacarit có một số nguyên tử C bất ñối, vì vậy mỗi monosacarit có thể tồn tại dưới dạng ñồng phân lập thể khác nhau, số lượng ñồng

với C nằm cạnh C cuối cùng bên phải mạch thẳng gọi là monosacarit dạng D (dextrogyre), ngược lại thì là dạng L (levogyre ) Hiện nay người ta dùng chữ L và D

ñể chỉ các cấu hình của ñồng phân và thêm vào ñó dấu (+) hoặc (-) ñể chỉ ñộ quay cực

về bên phải hay bên trái

ða số các monosacarit trong tự nhiên ñều thuộc dạng D và cơ thể sinh vật chỉ hấp thụ monosacarit dạng D mà thôi Những monosacarit dạng L cản trở sự hấp thụ gluxit của cơ thể Khi gặp ñiều kiện thuận lợi dạng D và L có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau Trong chế biến thực phẩm nếu xảy ra quá trình monosacarit dạng D chuyển hóa thành dạng L ( quá trình racemic hóa ) sẽ làm giảm sút chất lượng của sản phẩm

CHO CHO CHO

D - glyxeraldehyt D- Riboza D- glucoza CHO CHO CH2OH

Dạng vòng của monosacarit

Khi nghiên cứu kỹ về các tính chất hóa học của monosacarit người ta thấy rằng các công thức hình chiếu trình bày ở trên chưa hoàn toàn phù hợp Thí dụ một số phản ứng dễ dàng xảy ra ñối với chức aldehyt thông thường song lại không xảy ra ñối với monosacarit Vì vậy có thể nghĩ rằng chức aldehyt trong monosacarit còn có thể tồn tại dưới dạng cấu tạo ñặc biệt nào ñó,…

Kolle (1870) ñã chỉ ra rằng monosacarit còn tồn tại dưới dạng mạch vòng Sự tạo vòng xảy ra do tác dụng của nhóm cacbonyl với một trong các nhóm –OH rượu trong cùng một phân tử monosacarit Như vậy từ công thức cấu tạo hở sẽ có thể tạo nên hai dạng vòng, thí dụ ñối với D – glucoza:

thể là năm cạnh hoặc sáu cạnh

Cách biểu diễn công thức vòng theo kiểu trên dựa trên nguyên tắc của Hayworth: Vòng monosacarit ñược coi như ñặt trên một mặt phẳng, như vậy toàn bộ mạch C và cầu nối oxy ñược xếp cùng trên một mặt phẳng, phần ñậm nét của phân tử biểu diễn

vị trí của vòng gần với tầm mắt của người quan sát, còn các nhóm OH và H sẽ ñược sắp ở trên hoặc ở dưới mặt phẳng chứa vòng monosacarit Nếu ở trong công thức hình chiếu chúng ñược sắp xếp ở bên phải của chuỗi cacbon thì trong công thức của Hayworth chúng sẽ ñược sắp xếp ở phần dưới của mặt phẳng chứa vòng và ngược lại Chỉ riêng trong trường hợp ñối với nguyên tử cacbon mà nhóm OH ñược dùng ñể cấu tạo nên cầu oxy thì cách sắp xếp các nhóm thế lại theo nguyên tắc ngược lại, sở dĩ

như vậy là do công thức hình chiếu của Ficher còn chưa biểu diễn ñược cấu trúc của monosacarit một cách hoàn hảo

Thí dụ ñối với fructoza:

II.2 Tính chất của moonosacarit

II.2.1 Phản ứng oxy hóa

Dưới tác dụng của các tác nhân oxy hóa, nhóm cacbonyl bị chuyển thành axit Tùy ñiều kiện tác nhân oxy hóa mạnh hay yếu mà quá trình oxy hóa chỉ xảy ra tại C1 hay

II.2.3 Tác dụng của axit

của chúng bị loại ñi 3 phân tử nước và tạo thành fucfurol hoặc oximetylfucfurol Các sản phẩm này có thể ngưng tụ với các hợp chất phenol và tạo các sản phẩm có màu ñặc trưng Những phản ứng này ñược sử dụng ñể ñịnh tính và ñịnh lượng monosacarit

II.2.4 Phản ứng với nhóm hydroxyl glucozit và sự tạo ra các hợp chất glucozit

III Polysacarit

III.1 Polysacarit loại 1( Oligosacarit )

Oligosacarit là nhóm gluxit cấu tạo bởi sự liên kết của một số ít (2-10) monosacarit bằng liên kết glucozit Sự kết hợp giữa hai monosacarit có thể xảy ra theo hai kiểu khác nhau và phụ thuộc vào các kiểu kết hợp ñó mà sẽ có các disacarit có tính chất khác nhau Trong kiểu liên kết thứ nhất , một monosacarit này liên kết với một monosacarit nhờ nhóm OH của nó với một nhóm OH rượu của chất khác, như vậy chất tạo thành vẫn còn một nhóm OH glucozit ở dạng tự do và duy trì tính khử, thí dụ như ñường lactoza, maltoza Trong kiểu liên kết thứ hai, hai monosacarit kết hợp với nhau nhờ hai nhóm OH glucozit của chúng, kết quả chất tạo thành không còn chứa

OH glucozit tư do và không còn tính khử, thí dụ ñường sacaroza

III.1.1 Sacaroza

Là disacarit ñược tạo từ α, D glucoza và β, D fructoza liên kết với nhau bằng liên kết 1-2 glucozit

Sacaroza có nhiều trong mía, củ cải ñường ðường sacaroza có tính hút ẩm mạnh và khi bị thủy phân bởi enzyme invertaza tạo thành dung dịch chứa α, D glucoza và β, D fructoza Hỗn hợp chứa hai chất trên gọi là ñường nghịch ñảo do sau khi thủy phân góc quay cực chuyển từ phải sang trái

III.1.2 Maltoza ( ñường mạch nha )

Là disacarit ñược cấu tạo bởi hai gốc α, D glucopiranoza liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 glucozit

Maltoza có nhiều trong các mầm lúa ( do enzyme amilaza thủy phân tinh bột) Khi thủy phân maltoza bằng axit hoặc enzyme maltaza sẽ tạo thành dung dịch chứa α, D Glucopiranoza

III.1.3 Lactoza (ñường sữa)

Là disacarit ñược cấu tạo bởi β, D galactoza và α, D glucoza liên kết với nhau bởi liên kết 1-4 glucozit

ðường lactoza khó bị thủy phân hơn sacaroza Trong ruột trẻ em có enzyme lactaza khiến quá trính thủy phân diễn ra dễ dàng hơn Khi trưởng thành enzyme này mất dần

ñi