TÀI LIỆU MÔN HÓA SINH: CHƯƠNG 1 GLUCIDE

Bài giảng về môn hóa sinh cấp bậc cao đẳng dược. Chương 1: GlucideMục lục bài giảng:1. Đại cương về Glucide2. Monosaccharide 2.1 Nhóm Daldose và Dcetose từ 3C – 6C 2.2 Nhóm Daldose và Dcetose từ 4C – 6C 2.3 Glucose – Monosaccharide có vai trò sinh học quan trọng nhất 2.4 Các dẫn xuất của monosaccharide 2.5 Một số monosaccharide thường gặp và có vai trò quan trọng3. Disaccharide4. Polysaccharide 4.1 Tinh bột 4.2 Glycogen 4.3 Cellulose5. Chuyển hóa Glucide 5.1 Sự phân giải glucid 5.2 Tổng hợp Glucide 5.3 Sự chuyển hóa glucose ở một số trạng thái 5.4 Chuyển hóa glucose

Chương 1

GLUCIDE

ngoài và bảo vệ cơ thể.

• Ở động vật có vú, glucose là nguồn cung cấp năng lượng chính và cũng là nguyên liệu cơ thể sử dụng để tổng hợp glycogen,ribose, galactose, glycolipid, glycoprotein, proteoglycan.

• Có thể chia glucide làm 2 nhóm cơ bản:

+ Oligosaccharide: 2 – 10 đơn vị monosaccharide.

+ Polysaccharide: gồm một số monosaccharide (>10)

n=3: triose ; n=4: tetrose ; n=5:pentose ; n=6: hexose ; n=7: heptose

• Nếu nhóm carbonyl là nhóm aldehyde thì

monosaccharide gọi là một aldose, nếu là

ceton thì monosaccharide là một cetose

trong nước và có vị ngọt

2.1 Nhóm D-aldose và D-cetose từ 3C

– 6C

6

Nhóm D-aldose từ 3C – 6C 7

2.2 Nhóm D-aldose và D-cetose từ 4C

– 6C

8

Nhóm D-cetose từ 4C – 6C 9

2.3 Glucose – Monosaccharide có vai

trò

sinh học quan trọng nhất

2.3.1 Cấu trúc của glucose được trình

bày dưới ba dạng

10

L-Glucose D-Glucose

-D-Glucopyranose

-D-Glucopyranose

-D-Glucopyranose -D-Glucopyranose

11

2.3.2 Các dạng đồng phân

Đ ồ ng phân D và L :

• Trong cấu tạo monosaccharide có chứa một

số nguyên tử carbon bất đối (ký hiệu C*) vì

vậy mỗi monosaccharide có thể tồn tại dưới dạng các đồng phân lập thể khác nhau, số

đồng phân lập thể được tính bằng 2n (n là số carbon bất đối)

• Người ta dùng chữ L và D để chỉ cấu hình của đồng phân và dấu “+” hoặc dấu “-” để chỉ độ quay cực về bên phải hoặc bên trái

• Dựa vào vị trí nhóm -OH trên carbon cuối

cùng mang chức rượu bậc I (carbon số 5 của

glucose) Nếu nhóm -OH ở bên phải thuộc nhóm D, ở bên trái thuộc nhóm L 12

L (+) glucose

D (+) glucose

Đ ồ ng phân   và :

• Các monosaccharide tồn tại bền vững ở dạng vòng pyran hay furan Glucose

trong dung dịch trên 99% ở dạng

pyranose

• Nhóm -OH gắn vào C1 gọi là glucoside hay -OH hemiacetal quyết định tính khử của monosaccharide

hydroxyl-Nhóm -OH này nằm bên phải hay bên trái C1 ta có đồng phân hay 

Dạng -glucose Dạng -glucose

Đ ồ ng phân epimer :

• Các đồng phân khác nhau ở vị trí nhóm -OH của carbon thứ 2,4 so với glucose

D-Mannose (epimer tại C-

2)

Glucose (epimer tại C- D-Galactose

D-4)

• Tác dụng với base

D.Glucose trans-endiol D-Fructose cis-endiol D-Manose

• Tính khử

• Tác dụng với phenylhydrazin

• Phản ứng oxy hóa bởi acid nitric

Dưới tác dụng của acid nitric cả chức

aldehyd lẫn chức rượu bậc 1 của

monosaccharide đều bị oxy hóa để cho ra

một acid gọi là acid aldaric

• Phản ứng tạo glycosid

Liên kết glycosid hình thành do nhóm –OH bán acetal và cetal của monosaccharide kếthợp với nhóm –OH của một chất khác (R-

OH), tạo liên kết O-glycosid Các N-glycosid

là do kết hợp với nhóm NH2 của một chất

khác

Glyceraldehyd – 3 – phosphat Dihydroxyaceton phosphat

Glucose – 6 – phosphat Fructose – 6 – phosphat

Các dẫn xuất ester có vai trò quan trọng trong cơ thể

2.4 Các dẫn xuất của monosaccharide

Dẫn xuất alcol : nhóm carbonyl của

monosaccharide

có thể bị khử thành chức rượu như D-glucose bị

khử thành sorbitol Glycerol (thường gặp

trong lipid) là dẫn chất alcol của

glyceraldehyd

Dẫn xuất acid :

• Acid aldonic: do sự oxy hóa chức

aldehyd như dẫn xuất của aldonic của glucose là gluconic

• Acid aldaric: do sự oxy hóa chức

aldehyd và chức rượu bậc I

• Acid uronic: do sự oxy hóa chức rượu bậc I và cần che chở nhóm aldehyd

Các dẫn xuất acid của glucose 23

Các dẫn xuất amin (osamin)

2.5 Một số monosaccharide thường gặp

và có vai trò quan trọng

Các pentose có vai trò sinh học quan trọng

D-Ribose

Acid nucleic Thành phần cấu tạo của acid nucleic

và các coenzyme như ATP, NAD, NADP Ribose phosphat là chất chuyển hóa trung gian trong con đường pentose phosphat

D-Ribulose

Được tạo ra trong quá trình chuyển hóa

Ribulose phosphat là chất chuyển hóa trung gian trong con đường pentose phosphat.

D-Arabinose Gôm arabic, gôm của mận và

cherry

Thành phần của glycoprotein

D-Xylose Proteoglycan, glycoaminoglycan Thành phần của glycoprotein

D-Lyxose Cơ tim Thành phần của lyxoflavin được phân lập từ cơ tim.

D-Xylulose Chất chuyển hóa trung gian của

con đường uronic acid

Các hexose có vai trò sinh học quan trọng

Monosaccharid

e

D-Glucose Dịch ép trái cây Từ sự

thủy phân tinh bột, đường mía, maltose và lactose

Là monosaccharide của cơ thể Được sử dụng bởi các mô.

D-Fructose Dịch ép trái cây, mật

ong Từ sự thủy phân đưởng mía

Có thể được sử dụng hay chuyển thành glucose bởi gan.

D-Galactose Từ sự thủy phân lactose Có thể chuyển thành glucose

ở gan và tham gia chuyển hóa các chất Lactose được tổng hợp ở tuyến sữa Thành phần của glycolipid và

glycoprotein.

D-Manose Từ sự thủy phân một số

cây và gôm

Thành phần của glycoprotein

• Kiểu 1: giữa 2 nhóm –OH hemiacetal

Disaccharide không còn –OH hemiacetal tự donên không còn tính khử

• Kiểu 2: giữa nhóm –OH hemiacetal của

monosaccharide này với 1 nhóm –OH bất kỳ (không phải là –OH hemiacetal) của

monosaccharide khác

-> Disaccharide vẫn còn tính khử

 Maltose

• Maltose là disaccharide phổ biến, còn gọi là đường mạch nha

• Maltose có cấu tạo bởi 2 phân tử

-D-glucopyranose kết hợp với nhau bằng liên kết -1,4-glycosid

Maltose có tính khử

29

 Lactose

• Lactose còn được gọi là đường sữa

• Lactose có cấu tạo bởi 1 phân tử glucopyranose kết hợp với 1 phân tử -D-galactopyranose bằng liên kết -1,4-glycosid

-D-Lactose có tính khử

30

Saccharose 31

-1,4--1,4-glycosid -1,4-glycosid 32

- Amylopectin: gồm mạch nhánh và mạch thẳng do các -D-glucopyranose liên kết vớinhau bằng liên kết -1,4-glycosid tạo thànhmạch thẳng, liên kết - 1,6-glycosid tạo thành mạch nhánh

34

4.2 Glycogen

• Là glucid dự trữ của động vật, có nhiều nhất

ở gan và cơ

• Cấu tạo giống amylopectin nhưng mang

nhiều nhánh hơn và các nhánh ngắn hơn, gồm -D- glucose liên kết nhau bằng liên kết 1,4-glycosid và 1,6-glycosid

5 CHUYỂN HÓA GLUCIDE

5.1 Sự phân giải glucid

 Sự tiêu hóa và hấp thu glucide

• Quá trình tiêu hóa glucide ngoại sinh từ thứcăn: là quá trình thủy phân polysaccharide vàdisaccharide dưới tác dụng của enzyme ởđường tiêu hóa thành các monosaccharide

• Enzyme thủy phân tinh bột và glycogen là amylase có trong nước bọt và dịch tụy, thủyphân amylopectin thành oligosaccharide

-• Oligosaccharide tiếp tục được thủy phân bởi oligosaccharidase, các disaccharide như

lactose, saccharose, maltose được thủy phânbởi lactase, saccharase, maltase là các

enzyme của ruột non để cho sản phẩm cuối cùng là monosaccharide, chủ yếu là glucose

• Tất cả monosaccharide đều được hấp thu

hoàn toàn ở ruột non

• Ngoài nguồn glucid từ thức ăn, nguồn

carbohydrat nội sinh là glycogen của gan

 Sự thoái hóa glucose

• Trong tế bào của các mô, glucose chỉ có thể đi vào con đường thoái hóa khi nó ở dạng glucose- 6-phosphat

• Từ glucose-6-phosphat có thể theo nhều con

đường thoái hóa:

(1) Con đường đường phân (glycolysis).(2) Con đường hexose monophosphat

hay chu trình pentose phosphat

(3) Con đường Uronic acid

THOÁI HÓA GLUCOSE THEO CON

ĐƯỜNG ĐƯỜNG PHÂN - GLYCOLYSIS

Quá trình oxi hóa glucose đến pyruvat

gọi là quá trình đường phân (glycolysis)

OH H ³ and its conversion to

HO OH lyceralcf ehyde 3-phosphate

Dihydroxyacetone phosphate CH -•-•C—CH

OH o

Glucokinase

Con đường glycolysis trải qua 10 bước:

1 Sự phosphoryl hóa glucose nhờ hexokinase và

1 ATP

2 Isomer hóa glucose-6-phosphat thành

fructose-6-phosphat

42

3 Phosphoryl hóa fructose-6-phosphat tạo

43

5 Isomer hóa dihydroxyaceton phosphat thành

glyceraldehyde-3-phosphat

6 Glyceraldehyde bị oxy hóa

thành 1,3- diphosphoglycerate

44

9 2-phosphoglycerate bị loại một phân tử

nước

thành phosphoenolpyruvate

10 Phosphoenolpyruvate bị loại gốc phosphat

thành

46

CHUYỂN HÓA TIẾP TỤC CỦA ACID

PYRUVIC

• Acid pyruvic sẽ bị oxy hóa đến CO2 và H2O vàgiải phóng toàn bộ năng lượng còn lại của

phân tử glucose, để đạt được mục tiêu đó acidpyruvic phải trải qua một chu trình phản ứng gọi là chu trình citric hay chu trình Krebs

• Sự oxy hóa hiếu khí acid pyruvic bắt đầu bằng một loạt các phản ứng phức tạp cắt acid

pyruvic thành CO2 và acid acetic, rồi acid

acetic gắn với coenzyme-A (CoA) thành hợp

chất acetyl-CoA

• Phản ứng đầu tiên của chu trình Krebs được

thực hiện do sự kết hợp của acetyl-CoA với mộtchất hiện diện trong ty thể là acid oxaloacetic

47

Chu trình Krebs

• Chu trình gồm 8 bước

48

4 9

1 Tạo citrate

2 Tạo isocitrate

3 Tạo -ketoglutarate

4 Tạo succinyl-CoA

5 Tạo succinate

6 Tạo fumarate

51

7 Tạo malate

8 Tạo oxaloacetate

Chu trình quay lại từ đầu

52

 Điều kiện kị khí

• Quá trình bắt đầu bằng đường phân và kết thúc với sự chuyển hóa yếm khí acid pyruvic thành nhiều chất khác nhau điển hình như acid lactic hay rượu ethanol được gọi là sự lên men (fermention)

• Trong trường hợp co cơ yếm khí khi cơ vận động ở cường độ cao hay những vi khuẩn

lactic sống trong điều kiện không có oxy,

acid pyruvic bị khử thành acid lactic

Phản ứng lên men rượu 53

Phản ứng lên men lactic

Tổng năng lượng tạo thành trong quá trình

thoái hóa glucose

• Quá trình thoái hóa glucose theo con đường đường phân chủ yếu nhằm cung cấp năng lượng cho tế bào hoạt động

• Trong điều kiện hiếu khí, quá trình đường

phân tạo thành 2 acid pyruvic, cần 2 ATP

Nhưng sau đó tạo ra 4 ATP, 2 NADH2 Acid pyruvic được chuyển thành acetyl-CoA, CO2, tạo 2 NADH2, acetyl-CoA xâm nhập vào chu trình citric acid tạo 2 ATP, 6 NADH2 và 2

FADH2 Quá trình phosphoryl oxy hóa các

NADH2 và FADH2 qua chuỗi chuyền điện tử

tạo thành 12 H2O và 34 ATP Tổng năng

lượng tạo thành là 38 ATP.

• Trong điều kiện yếm khí, quá trình

đường phân tạo ra 2 ATP nhưng vẫn đóng

vai trò qua trọng về phương diện năng lượng

vì sản phẩm acid lactic được cơ thể sử dụng lại để tái tạo glucose

ĐƯỜNG PHÂN Ở CƠ – CHU TRÌNH CORI

• Khi cơ hoạt động gắng sức hay với cường độ

nhanh glycogen của cơ được huy động phân

giải cho glucose-6-phosphat để thoái hóa tạo

năng lượng Nhưng hệ tuần hoàn và hô hấp

không cung cấp đủ oxy cho cơ để cơ thể oxy

hóa hoàn toàn lượng

glucose này Do đó, một phần pyruvat sẽ không

bị oxy hóa tiếp tục mà bị khử thành bởi lactat dehydrogenase của cơ cho lactat

Cơ

Máu

Chu trình Cori

5 9

ĐƯỜNG PHÂN Ở HỒNG CẦU

• Ở hồng cầu sản phẩm cuối cùng của

đường phân là lactat

• Hồng cầu không có ty thể nên NADH

được tạo thành không thể bị oxy hóa

trong chuỗi hô hấp mà phản ứng với

pyruvat tạo NAD+

Ý NGHĨA CỦA CON ĐƯỜNG ĐƯỜNG PHÂN

• Cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống

của tế bào

• Các sản phẩm trung gian là tiền chất

để sinh tổng hợp các chất cho cơ thể

CÁC GLUCID KHÁC ĐI VÀO QUÁ

TRÌNH ĐƯỜNG PHÂN NHƯ THẾ NÀO?

• Nhiều glucid khác cũng đi vào con đường đường phân sau khi chuyển thành các sảnphẩm trung gian của con đường này

62

fructose-1-• Fructose-1-phosphat tiếp tục bị phân đôi thành cho dihydroxyaceton phosphat và D-glyceraldehyd nhờ fructose 1-phosphat

aldolase

 D-galactose

• Galactokinase chuyển galactose thành galactose 1-phosphat

• Galactose 1-phosphat chuyển thành

glucose-1- phosphat qua một loạt phản ứng có coenzyme là uridin diphosphat (UDP)

THOÁI HÓA GLUCOSE THEO CON ĐƯỜNG HEXOSE MONOPHOSPHAT (PENTOSE

PHOSPHAT)

• Sự oxy hóa glucose theo con đường này xảy

ra ở các tổ chức song song với con đường

đường phân, song chiếm tỷ lệ thấp hơn

nhiều

• Ở hồng cầu, gan, tổ chức mỡ,… sự thoái hóa

glucose theo con đường này chiếm ưu thế

• Chu trình pentose phosphat cũng là con

đường thoái hóa glucose nhưng không tạo ATP

mà có 2 chức năng:

– Tạo NADPH cung cấp cho quá trình tổng hợp acid béo và steroid.

 Giai đoạn oxy hóa trực tiếp tạo ra

pentose

phosphate và NADPH

1 Glucose-6-phostphat bị oxy hóa thành 6-

phosphoglucono-- lactone nhờ phosphat dehydrogenase (G6PD) và tạo

glucose-6-phân tử NADPH thứ nhất

70

2 6-phosphoglucono-- lactone bị thủy phân

nhờ

lactonase thành acid 6-phosphogluconate

71

3 6-phosphogluconat bị oxy hóa và khử

carboxyl thành ketopentose phosphat nhờ 6-

ribulose-5-phosphogluconat dehydrogenase và tạo phân tử NADPH thứ hai

72

4 Phosphopentose isomerase chuyển

ribulose-5- phosphat thành phosphat

ribose-5-73

glucose-6-phosphat từ pentose glucose-6-phosphat

• Ở những mô cần NADPH, pentose phosphat được tạo ra từ pha oxy hóa được chuyển

thành glucose-6- phosphat

• Ở giai đoạn không oxy này,

ribulose-5-phosphat được chuyển thành

xylulose-5-phosphat

• Sau đó sẽ có sự tái sắp xếp mạch carbon,đường phosphat 6C được chuyển thànhđường phosphat 5C để tiếp tục được oxyhóa để tạo ra NADPH

• Tiếp tục quá trình này là

glucose-6-phosphat được chuyển thành 6 phân tử CO2

• Hai enzyme duy nhất hoạt động trong giai

đoạn này là transketolase và

transaldolase

• Transketolase xúc tác chuyển 2C từ keto chosang

aldose nhận

• Chuyển C1 và C2 của xylulose-5-phosphat thành ribose-5-phosphat, tạo ra sản phẩm trung gian có 7C sedoheptulose-7-phosphat

và glyceraldehyde-3- phosphat

• Transaldolase lấy đi 3C của 7- phosphat, kết hợp với glyceraldehyd-3-phosphat tạo erythrose-4-phosphat và

sedoheptulose-fructose-6-phosphat

• Transketolase xúc tác tạo ra

glyceraldehyd-3- phosphat và

fructose-6-phosphat từ erythrose 4- fructose-6-phosphat và

THOÁI HÓA GLUCOSE THEO CON

ĐƯỜNG URONIC ACID

• Ở gan glucose thoái hóa theo con đường này

cho acid glucuronic, acid ascorbic và

pentose

• Con đường thoái hóa này không cho ATP

• UDP-Glucuronat là dạng hoạt động của glucuronat sẽ tiếp tục tham gia tổng hợp proteoglycan, các hormon, steroid,

bilirubin hay liên hợp với một số thuốc đểđào thải qua nước tiểu hay mật

THỦY PHÂN GLYCOGEN

Có 4 phản ứng với sự tham gia của enzyme:

(1)Phosphorylase: thủy phân liên kết

5.2 TỔNG HỢP GLUCID

• Não cần 120 g glucose/ngày (1/2 tổng

lượng glycogen dự trữ trong cơ và gan)

• Nguồn cung cấp không phải lúc nào cũng đầy đủ

=>Tiến hóa: sự tân tạo đường từ pyruvat

và hợp chất có 3,4 carbon

• Các tiền chất quan trọng cho quá trình này:

- Lactate, pyruvat, glycerol, acid amin

• Động vật có vú: diễn ra tại gan

Cllucnse €›-ph osphate lllfPl 1$-11 (rli«I)li‹iI› s;iiIlir!i! 1ieM:iii;lt )it‹r:ct:, 2i'

• Tân tạo đường và đường phân không hoàn

toàn là hai quá trình ngược nhau dù có

chung 1 số phản ứng

• Bảy trên 10 phản ứng tạo đường là

ngược với đường phân

• Ba phản ứng đường phân thì không đảo ngượcđược nên không dùng được cho tân tạo

- Phosphoenolpyruvat pyruvat

(pyruvat kinase)

- Tổng hợp mạch nhánh: là quá trình tạo các liên kết

-1,6 glycosid trong phân tử glycogen

Transglucosesidase sẽ cắt một đoạn đầu củamạch thẳng gắn vào nhóm –OH của C6 của glucose trên chuỗi thẳng

5.3 SỰ CHUYỂN HÓA GLUCOSE Ở MỘT

SỐ

TRẠNG THÁI

• Ở trạng thái sau khi hấp thụ thức ăn

• Ở trạng đói

5.4 CHUYỂN HÓA GLUCOSE

• Glucose máu luôn ổn định khoảng

0.7-1.2g/L nhờ sự cân bằng giữa nguồn cung cấp và lượng sử dụng Nguồn cung cấp

glucid ngoại sinh từ thức ăn, nguồn nội

sinh do phân giải glycogen và tân tạo

glucose ở khoảng giữa các buổi ăn

• Cơ thể ở trạng thái sau buổi ăn, lượng lớn cabohydrat chủ yếu là glucose được hấp thu từ ruột Insulin là tác nhân chính điều khiển quá trình chuyển hóa glucose, làm gia tăng quá trình tổng hợp glycogen ở

gan và cơ, quá trình tổng hợp triacylglycerol ở gan và mô mỡ

• Ở trạng thái đói hay xa bữa ăn hoạt động của insulin giảm, tác nhân điều khiển các quá trình chuyển hóa glucose là các

hormon: glucagon, glucocorticoid,

adrenalin, adrenocorticotropin, hormon

tăng trưởng Khi đó cơ thể phải sử dụng nguồn amin từ quá trình phân giải protein của

cơ để tân tạo glucose, cơ sử dụng các thể ceton từ sự phân giải acid béo của mô mỡthay thế cho glucose