Giáo trình Hóa sinh 2023 | Đại học Phenika
Giáo trình Hóa sinh 2023 | Đại học Phenika. Tài liệu được sưu tầm giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem.
Môn: Hóa sinh (Phenikaa) 13 tài liệu
Trường: Đại học Phenika 1.3 K tài liệu
Tác giả:
Preview text:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐẠI NAM KHOA Y BỘ MÔN Y CƠ SỞ HÀ NỘI - 2023 HÓA SINH
(GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC) HÀ NỘI - 2023
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐẠI NAM KHOA Y BỘ MÔN HÓA SINH i
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐẠI NAM KHOA Y BỘ MÔN Y CƠ SỞ HÓA SINH
(GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO DƯỢC SĨ ĐẠI HỌC) Chủ biên: PGS.TS. Hoàng Quang
Tham gia biên soạn: ThS. Trần Linh Châm PGS.TS. Hoàng Quang HÀ NỘI 2023 ii
LỜI NÓI ĐẦU
Hóa sinh là một bộ môn khoa học nghiên cứu về thành phần hóa học, cấu trúc và
chức năng cũng như các quá trình chuyển hóa của các chất trong cơ thể sống.
Môn Hóa sinh được hình thành trên cơ sở sự giao thoa giữa hai ngành Hóa học và
Sinh học cho nên có thể nói rằng hóa sinh là một ngành khoa học nghiên cứu các quá
trình hóa học xảy ra trong cơ thể sống. Hóa sinh vừa là cơ sở khoa học, vừa là phương
pháp khoa học để tìm hiểu những thuộc tính và cơ sở phân tử của sự sống.
Đối tượng nghiên cứu của hóa sinh gồm hai đối tượng như sau:
1- Nghiên cứu thành phần hóa học, cấu trúc và chức năng của các chất trong cơ
thể sống. Cho nên còn gọi là “hóa sinh tĩnh”.
2- Nghiên cứu các quá trình chuyển hóa và điều hòa chuyển hóa các chất trong cơ
thể nói chung và trong các tổ chức, cơ quan riêng biệt ở trạng thái sinh lý bình thường
cũng như ở các trạng thái bệnh lý khác nhau. Nên còn gọi là “hóa sinh động”.
Vai trò của hóa sinh:
- Trong phạm vi Y học, Hóa sinh đã đóng góp phần lớn trong công tác bảo vệ và
nâng cao sức khỏe của con người. Hóa sinh là công cụ không thể thiếu được trong
phòng bệnh, chữa bệnh, theo dõi điều trị và tiên lượng bệnh. Hóa sinh giúp cho con
người hiểu biết sâu xa nguyên nhân bệnh tật để kéo dài tuổi thọ, kế hoạch hóa vấn đề
sinh đẻ, thanh toán bệnh ung thư, bệnh do virus và các bệnh hiểm nghèo khác.
- Trong phạm vi Dược lý học, Hóa sinh là sơ sở khoa học giúp cho con người
hiểu biết sâu xa về cơ chế tác dụng của thuốc ở mức độ dưới tế bào. Thông qua sự hiểu
biết về tác dụng của thuốc ta có thể biết cách sử dụng thuốc đó ở bệnh gì và trên bệnh nhân nào.
Trong thời kỳ hiện nay, với sự phát triển vượt bậc trên toàn cầu về công nghệ sinh
học, trong đó có công nghệ sinh học Dược đã tạo ra các loại thuốc, các chế phẩm sinh
học có chất lượng cao, giá thành hạ bằng cách sử dụng nhiều kỹ thuật hóa sinh hiện đại.
Vị trí môn Hóa sinh trong chương trình đào tạo Dược sĩ đại học:
Trong công tác đào tạo Dược sĩ, Hóa sinh là môn học cơ sở phục vụ cho các môn
Nghiệp vụ như: Bào chế, Hóa dược, Dược liệu, Kiểm nghiệm, Dược lâm sàng…
Ngoài ra Hóa sinh còn là môn Nghiệp vụ để nghiên cứu và phục vụ cho Khoa Dược và
Khoa Hóa sinh lâm sàng trong các bệnh viện.
Đối tượng phục vụ của Giáo trình Hóa sinh này là sinh viên đào tạo Dược sĩ
đại học và có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên Y Khoa và Điều dưỡng của
Trường Đại học Đại Nam.
Cấu trúc của Giáo trình Hóa sinh này gồm 20 chương, chia thành 4 phần:
Phần 1: Hóa học các chất trong cơ thể, từ chương 1 đến chương 4.
Phần 2: Các chất xúc tác sinh học trong cơ thể gồm chương 5 và chương 6.
Phần 3: Chuyển hóa các chất trong cơ thể, từ chương 7 đến chương 16.
Phần 4: Hóa sinh một số cơ quan, tổ chức và dịch cơ thể, từ chương 17 đến chương 20.
Trong quá trình biên soạn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự
đóng góp ý kiến của bạn đọc để lần tái bản sau giáo trình được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 07 năm 2023 Thay mặt các tác giả PGS.TS. Hoàng Quang iii
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................ i
CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................................... v
Chương 1. HÓA HỌC GLUCID .................................................................................. 1
1.1. Đại cương ................................................................................................................. 1
1.2. Monosaccarid ............................................................................................................ 2
1.3. Oligosaccarid ............................................................................................................ 9
1.4. Polysaccarid ............................................................................................................ 10
Chương 2. HÓA HỌC LIPID ..................................................................................... 17
2.1. Đại cương ............................................................................................................... 17
2.2. Acid béo .................................................................................................................. 18
2.3. Alcol trong lipid ...................................................................................................... 20
2.4. Lipid thuần .............................................................................................................. 21
2.5. Lipid tạp .................................................................................................................. 23
Chương 3. HÓA HỌC ACID AMIN, PEPTID VÀ PROTEIN ................................ 29
3.1. Acid amin ................................................................................................................ 29
3.2. Peptid ...................................................................................................................... 34
3.3. Protein ..................................................................................................................... 35
Chương 4. HÓA HỌC MỘT SỐ PROTEIN LIÊN HỢP MYOGLOBIN,
HEMOGLOBIN VÀ NUCLEOPROTEIN ................................................................ 45
4.1. Hóa học myoglobin và hemoglobin ........................................................................ 45
4.2. Nucleoprotein .......................................................................................................... 51
Chương 5. ENZYM ...................................................................................................... 65
5.1. Bản chất hóa học và một số đặc tính của enzym .................................................... 65
5.2. Cách gọi tên và phân loại enzym ............................................................................ 66
5.3. Cấu trúc chung của phân tử enzym......................................................................... 69
5.4. Tính đặc hiệu của enzym ........................................................................................ 72
5.5. Tác dụng và cơ chế tác dụng của enzym ................................................................ 73
5.6. Động học enzym ..................................................................................................... 75
5.7. Một số dạng cấu trúc khác nhau của phân tử enzym .............................................. 80
5.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động enzym ......................................................... 83
5.9. Cấu trúc và chức năng của coenzym ...................................................................... 88
5.10. Chiết xuất và tinh chế enzym ............................................................................... 96
5.11. Enzym và tác dụng của thuốc ............................................................................... 96
Chương 6. HORMON .................................................................................................. 99
6.1. Đại cương ............................................................................................................... 99
6.2. Hormon là peptid và protein ................................................................................. 105
6.3. Hormon là dẫn xuất của acid amin ....................................................................... 116
6.4. Hormon steroid ..................................................................................................... 122 iv
6.5. Hormon eicosanoid ............................................................................................... 132
Chương 7. ĐẠI CƯƠNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT, OXY HÓA KHỬ SINH HỌC
VÀ SỰ PHOSPHORYL HÓA .................................................................................. 136
7.1. Đại cương về trao đổi chất ................................................................................... 136
7.2. Oxy hóa khử sinh học và sự phosphoryl oxy hóa ................................................. 139
Chương 8. CHUYỂN HÓA GLUCID ...................................................................... 156
8.1. Tiêu hóa và hấp thu glucid .................................................................................... 156
8.2. Thoái hóa glucid ở tế bào và mô ........................................................................... 158
8.3. Tổng hợp glucid ở tế bào và các mô ..................................................................... 178
8.4. Điều hòa đường máu ............................................................................................ 183
8.5. Rối loạn chuyển hóa glucid .................................................................................. 183
Chương 9. CHUYỂN HÓA LIPID ........................................................................... 187
9.1. Tiêu hóa và hấp thu lipid ...................................................................................... 187
9.2. Thoái hóa lipid ...................................................................................................... 189
9.3. Tổng hợp lipid ...................................................................................................... 200
9.4. Chuyển hóa cholesterol ......................................................................................... 210
Chương 10. CHUYỂN HÓA ACID AMIN .............................................................. 216
10.1. Thủy phân protein thành acid amin..................................................................... 216
10.2. Chuyển hóa acid amin ......................................................................................... 220
Chương 11. CHUYỂN HÓA HEMOGLOBIN ........................................................ 234
11.1. Sinh tổng hợp hemoglobin .................................................................................. 234
11.2. Thoái hóa hemoglobin ........................................................................................ 238
Chương 12. CHUYỂN HÓA NUCLEOTID VÀ ACID NUCLEIC ....................... 244
12.1. Chuyển hóa nucleotid ......................................................................................... 244
12.2. Chuyển hóa acid nucleic ..................................................................................... 253
Chương 13. SINH TỔNG HỢP PROTEIN ............................................................. 270
13.1. Các yếu tố tham gia quá trình sinh tổng hợp protein .......................................... 271
13.2. Sinh tổng hợp protein ......................................................................................... 275
13.3. Điều hòa tổng hợp protein .................................................................................. 281
13.4. Sự hoàn thiện phân tử protein sau tổng hợp ....................................................... 283
Chương 14. LIÊN QUAN VÀ ĐIỀU HÒA CHUYỂN HÓA .................................. 286
14.1. Liên quan chuyển hóa ......................................................................................... 286
14.2. Điều hòa chuyển hóa ........................................................................................... 294
Chương 15. TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ CÁC CHẤT VÔ CƠ ..................................... 305
15.1. Vai trò của nước và các chất vô cơ trong cơ thể ................................................ 305
15.2. Nhu cầu về nước và các muối vô cơ của cơ thể ................................................ 307
15.3. Hàm lượng và sự phân bố của nước và muối trong cơ thể ................................ 307
15.4. Hấp thu và đào thải nước và các muối vô cơ ..................................................... 310
15.5. Sự trao đổi nước, muối vô cơ giữa các khu vực trong cơ thể ........................... 311
15.6. Điều hòa trao đổi nước và muối vô cơ trong cơ thể .......................................... 319 v
Chương 16. CÂN BẰNG ACID-BASE ..................................................................... 322
16.1. Khái niệm về pH và hệ thống đệm ..................................................................... 322
16.2. Các cơ chế duy trì cân bằng acid-base ................................................................ 324
16.3. Các thông số cân bằng acid-base (CBAB) .......................................................... 331
16.4. Rối loạn cân bằng acid-base ............................................................................... 332
Chương 17. HÓA SINH GAN ................................................................................... 336
17.1. Thành phần hóa học của nhu mô gan ................................................................. 337
17.2. Đặc điểm chuyển hóa glucid, lipid và protid của gan......................................... 337
17.3. Chức năng tạo mật của gan ................................................................................ 339
17.4. Chức năng khử độc của gan ............................................................................... 343
Chương 18. HÓA SINH THẬN VÀ NƯỚC TIỂU .................................................. 349
18.1. Các chức năng của thận ...................................................................................... 349
18.2. Nước tiểu ............................................................................................................ 356
18.3. Các nghiệm pháp và xét nghiệm đánh giá chức năng thận ................................ 359
Chương 19. HÓA SINH THẦN KINH ..................................................................... 363
19.1. Cấu tạo và chức năng của một số loại tế bào trong tổ chức thần kinh .............. 363
19.2. Thành phần hóa học của tổ chức thần kinh ........................................................ 365
19.3. Chuyển hóa các chất trong tổ chức thần kinh..................................................... 367
19.4. Dẫn truyền xung thần kinh ................................................................................. 368
Chương 20. HÓA SINH MÁU .................................................................................. 380
20.1. Các chức năng của máu ...................................................................................... 380
20.2. Các tính chất hóa lý của máu .............................................................................. 380
20.3. Thành phần hóa học của máu ............................................................................. 382
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 391 vi
CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
Chữ viết đầy đủ AC Adenylatcyclase ACP Acyl carrier protein ACTH Adrenocorticotropic hormone ADH Antidiuretic hormone ADP Adenosin diphosphate ALA Alpha-levulinic acid ALT Alanin transaminase AMP Adenosin monophosphate AST Aspartat transaminase AT Acyltransferase ATP Adenosin triphosphate CA Carbonic anhydrase CAIR Carboxyaminoimidazol ribotid CCK Cholescystokinin CDP Cytidin diphosphate CK Creatin kinase CM Chylomicron CMP Cytidin monophosphate CoA Coenzym A CTP Cytidin triphosphate DHEA Dihydroepiandrosteron DOAP Dioxyaceton phosphate DPG 2,3-diphosphoglycerat ER Enoyl-ACP-reductase FAD Flavin adenin dinucleotide F6P Fructose-6-phosphat FH4 Tetrahydrofolat FMN Flavin mononucleotide FSH Follicle stimulating hormone GABA Gamma-amino butyric acid GAPDH
Glyceraldehyd-3-phosphat dehydrogenase G1P Glucose-1-phosphat G6PD
Glucose-6-phosphat dehydrogenase GH
Growth hormon (hormon phát triển) Glc Glucose GLDH Glutamat dehydrogenase GnH Gonadotropin hormone vii
Chữ viết tắt
Chữ viết đầy đủ GSH Glutathion dạng khử HCG Human chorionic gonadotropin HDL Hight density lipoprotein HK Hexokinase ICF Intracellular fluid IDL
Intermediate density lipoprotein KR ꞵ-cetoacyl ACP reductase KS ꞵ-cetoacyl ACP synthetase LCAT
Lecithin cholesterol acyltransferase LDH Lactatdehydrogense LDL Lowdensity lipoprotein MAO Monoamino oxidase MSH
Melanocyte stimulating hormone MT Malonyl ACP transferse NAD
Nicotinamid adenin dinucleotide NADP
Nicotinamid adenin dinucleotid phosphate NO Nitrogen oxide OMP Orotidin monophosphate PC Phosphatidylcholin PCR Polymerase chain reaction PE Phosphatidyletanolamin PEP Phosphoenol pyruvate PFK Phosphofructose kinase PG Phosphoglycerat PGA Phosphoglyceraldehyd PGI Phosphoglucose isomerase PGK Phosphoglycerat kinase PGM Phosphoglycerat mutase pHi pH đẳng điện PK Pyruvat kinase PRPP Phosphoribosylpyrophosphat PS Phosphatidylserin PTH Parathyroid hormone REF Renal erythropoietic fartor SSBP Single-strand binding protein STH Somatropin hormone TBG Thyroxin binding globulin TLCT Trọng lượng cơ thể TLPT Trọng lượng phân tử viii
Chữ viết tắt
Chữ viết đầy đủ TPI Triose phosphat isomerase TPP Thiamin pyrophosphate TSH Thyroid stimulating UDP Uridin diphosphate UDPG Uridin diphosphat glucose UMP Uridin monophosphate UTP Uridin triphosphate VLDL Very low density lipoprotein ix Chương 1
HÓA HỌC GLUCID
Mục tiêu học tập:
1. Trình bày được định nghĩa, phân loại và vai trò của glucid.
2. Trình bày được cấu tạo hóa học, tính chất của monosaccarid và ứng dụng của
các tính chất đó trong thực tế.
3. Phân biệt được nguồn gốc, cấu tạo hóa học và tính chất của một số disaccarid,
polysaccarid thuần và polysaccarid tạp.
Nội dung kiến thức:
1.1. Đại cương
1.1.1. Định nghĩa
Glucid là các dẫn xuất aldehyd hoặc ceton của các polyalcol hoặc là các chất tạo ra
các dẫn xuất này khi bị thủy phân.
Trước đây, glucid được gọi là carbohydrat vì đa số các phân tử glucid có công thức
Cn(H2O)n (là hợp chất của nước kết hợp với carbon). Ví dụ glucose (C6H12O6) có thể
viết là C6(H2O)6. Tuy nhiên cách gọi tên này không phù hợp với một số chất có bản
chất là glucid nhưng không có công thức là Cn(H2O)n như là các osamin có cả nitơ trong
phân tử. Ngược lại có những chất không phải là glucid nhưng lại có công thức là
Cn(H2O)n như là acid acetic (CH3COOH) có công thức là C2(H2O)2.
1.1.2. Phân loại glucid
Glucid được phân thành 3 loại như sau:
- Monosaccarid, (còn gọi là monose hay ose) là các aldehydalcol hoặc cetonalcol,
là loại đường đơn, là đơn vị cấu tạo của glucid mà không thể phân chia được nữa.
- Oligosaccarid, là loại glucid khi bị thủy phân tạo ra từ 2 đến 6 các monosaccarid.
- Polysaccarid: loại này chia thành 2 nhóm:
Polysaccarid thuần là loại glucid mà trong phân tử của chúng chứa nhiều
monosaccarid cùng loại nối với nhau bằng liên kết glycosid, tạo thành mạch thẳng hay mạch nhánh.
Polysaccarid tạp là loại glucid mà phân tử của chúng có chứa một số loại
monosaccarid khác nhau và cả các dẫn xuất của monosaccarid.
1.1.3. Vai trò của glucid trong cơ thể
- Glucid là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể, khoảng 70% năng
lượng của cơ thể là do glucid cung cấp.
- Glucid là nguồn dự trữ năng lượng quan trọng dưới dạng glycogen ở gan và cơ.
- Glucid tham gia cấu tạo cơ thể, ví dụ: các glycoprotein tham gia cấu tạo màng
tế bào, glucid tham gia cấu tạo nhiều hợp chất quan trọng như các pentose, hexose tham
gia cấu tạo acid nucleic, glycolipid… 1
- Glucid là thành phần phổ biến và quan trọng của sinh vật. Đặc biệt ở thực vật,
glucid chiếm 80 – 90% trọng lượng khô, cellulose là phần chủ yếu của mô nâng đỡ,
tinh bột dự trữ ở hạt, củ, quả… Ở động vật glucid chỉ chiếm 2% trọng lượng khô nhưng
là nguồn năng lượng chính cơ thể. 1.2. Monosaccarid
1.2.1. Định nghĩa
Monosaccarid là những aldehydalcol hoặc cetonalcol. Trong công thức cấu tạo, trừ
một carbon (C) thuộc nhóm carbonyl (> C = O), còn tất cả các C khác đều liên kết với
nhóm alcol bậc 1 hoặc bậc 2. Nếu nhóm carbonyl ở đầu mạch thì monosaccarid là
aldehydalcol gọi là aldose, nếu nhóm carbonyl ở vị trí khác thì monosaccarid là
cetonalcol và gọi là cetose.
Hình 1.1. Công thức cấu tạo chung của các aldose và cetose
Các monosaccarid được gọi tên bằng cách ghép vần “ose” sau gốc chữ Hy lạp chỉ
số lượng carbon tương ứng. Ví dụ: Triose (3C), Tetrose (4C), Pentose (5C), Hexose (6C)…
1.2.2. Cấu tạo hóa học của monosaccarid
1.2.2.1. Cấu tạo mạch thẳng của monosaccarid
Công thức cấu tạo được biểu diễn bởi các carbon nằm trên một đoạn thẳng, các
nhóm thế nằm ở 2 bên. Như vậy trừ dioxyaceton còn tất cả các monosaccarid khác đều
có carbon bất đối (C*), nên chúng đều có tính quang hoạt (nghĩa là có khả năng làm
quay mặt phẳng ánh sáng phân cực) và có đồng phân quang học. Số đồng phân quang
học được tính theo công thức: N = 2n (n là số C* trong phân tử).
Hình 1.2. Đồng phân D và L của glucose 2
Nếu monosaccarid nào làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải được ký
hiệu là dấu (+), làm quay sang trái là dấu (-).
Các monosaccarid được chia thành 2 dãy D và L: dãy D là các monosaccarid nào
mà có nhóm OH ở carbon bất đối cuối cùng (nằm xa nhóm carbonyl nhất) nằm ở phía
bên phải. Dãy L là các monosaccarid có nhóm OH của carbon bất đối cuối cùng nằm ở bên trái.
Mỗi một monosaccarid có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực một
góc nhất định sang phải hay sang trái. Cho nên mỗi một monosaccarid được ký hiệu
bằng chữ D hoặc L, sau đó là dấu (+) hay (-) và độ lớn của góc quay. Ví dụ:
D-glucose ký hiệu là + 52,7
D-fructose ký hiệu là - 92,4
Trong cơ thể các monosaccarid chủ yếu là đồng phân D, đồng phân L ít gặp hơn.
1.2.2.2. Cấu tạo mạch vòng của monosaccarid
Người ta đã phát hiện ra rằng các monosaccarid có từ 5C trở lên ngoài công thức
thẳng chúng còn có cấu tạo vòng bán acetal nội, do phản ứng giữa nhóm OH alcol và
nhóm chức aldehyd xảy ra trong nội bộ phân tử monosaccarid tạo nên cấu trúc vòng.
Liên kết giữa carbon mang chức khử aldehyd với carbon mang chức alcol qua
nguyên tử oxy gọi là cầu oxy. Ví dụ glucose, cầu oxy có thể nối từ carbon thứ nhất đến
carbon thứ 5 sẽ tạo thành vòng 6 cạnh, tương tự nhân pyran, nên dạng glucose này gọi
là glucopyranose. Cầu oxy có thể nối từ carbon thứ nhất đến carbon thứ 4 tạo thành
vòng 5 cạnh, tương tự như nhân furan, nên dạng glucose này gọi là glucofuranose.
Hình 1.3. Cấu tạo hóa học của nhân furan và pyran
Hình 1.4. Công thức mạch thẳng và vòng của glucose 3
Khi đóng vòng, carbon mang chức aldehyd còn lại một nhóm OH, nhóm OH này
chỉ kết hợp với một alcol để tạo bán acetal, cho nên gọi là nhóm OH bán acetal. Đồng
thời carbon mang chức aldehyd (là C thứ nhất) đã trở thành C bất đối (C*) và có thêm
2 đồng phân là α và β. Ở dạng vòng chỉ có một nhóm OH bán acetal cho nên chỉ kết
hợp với một alcol để cho bán acetal, dạng vòng không còn nhóm aldehyd tự do cho nên
không nhuộm đỏ thuốc thử schiff như các aldehyd thông thường khác.
Hình 1.5. Các dạng cấu trúc phân tử của glucose trong dung dịch
Glucose tinh thể ở dạng thẳng, trong dung dịch glucose tồn tại ở dạng vòng (dạng
thẳng có nồng độ rất nhỏ < 0,02%) chủ yếu là dạng β-D-glucopyranose (62%) và dạng
α-D-glucopyranose (38%). Chỉ có một lượng nhỏ ở dạng α-D-glucofuranose và β-D-
glucofuranose (< 0,5%) (xem hình 1.5).
1.2.3. Tính chất của monosaccarid
1.2.3.1. Tính chất vật lý
Các monosaccarid thường dễ tan trong nước, ít tan trong alcol và không tan trong
ete, trừ dioxyaceton không có C* còn các monosaccarid khác đều có C* nên chúng đều
có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực. Có thể ứng dụng tính chất này để
định lượng glucose trong nước tiểu bằng phân cực kế. Các monosaccarid thường có vị ngọt.
1.2.3.2. Tính chất hóa học
- Tính khử (bị oxy hóa): các monosaccarid có các nhóm aldehyd hoặc ceton nên
có tính khử. Chúng có thể khử muối kim loại nặng thành kim loại tự do hoặc thành 4
muối kim loại có hóa trị thấp hơn, còn các monosaccarid bị oxy hóa thành acid aldonic, ví dụ:
+ Phản ứng tráng gương: với thuốc thử AgNO3 trong môi trường amoniac,
glucose khử AgNO3 thành tủa bạc kim loại (Ag) bám vào mặt kính.
+ Phản ứng Fehling: glucose khử đồng II [Cu(OH)2] thành đồng I (Cu2O) kết tủa
có màu đỏ gạch. Phản ứng này là cơ sở của xét nghiệm phát hiện glucose nước
tiểu hay định lượng đường máu:
Glucose + 2Cu(OH)2 → Acid gluconic + 2CuOH + H2O 2CuOH → Cu2O + H2O
+ Với tác nhân oxy hóa mạnh hơn như acid nitric (HNO3), cả 2 hóa chức aldehyd
và alcol bậc 1 (-CH2OH) đều bị oxy hóa tạo nên acid alcol có 2 nhóm –COOH gọi là acid aldaric (acid saccaric).
Hình 1.6. Các sản phẩm oxy hóa glucose
+ Phản ứng tạo thành acid uronic: trong điều kiện nhóm chức aldehyd được bảo
vệ (ví dụ dưới dạng este hóa), chỉ có nhóm chức alcol bậc 1 bị oxy hóa và tạo nên acid
uronic. Ví dụ glucose tạo thành acid glucuronic, acid này đóng vai trò sinh học quan
trọng trong cơ thể vì chúng liên hợp với các chất độc để đào thải ra ngoài cơ thể.
Có thể tóm tắt tính khử của monosaccarid (glucose) ở hình 1.6.
- Tính oxy hóa (bị khử):
Các monosaccarid có thể bị khử tạo thành các polyalcol, ví dụ: glucose hoặc fructose
bị khử thành sorbitol (glucitol). 5
Hình 1.7. Sự tạo thành sorbitol từ glucose và fructose
- Phản ứng tạo thành ozazon:
Các monosaccarid khi kết hợp với lượng dư phenylhydrazin trong môi trường có
natri acetat và đun sôi sẽ tạo thành tinh thể ozazon.
Phản ứng chỉ xảy ra ở C1 và C2, cho nên các monosaccarid chỉ khác nhau về cấu
hình từ C3 trở đi sẽ cho các ozazon khác nhau về hình dạng tinh thể, điểm nóng chảy.
Ví dụ: glucose, fructose và mannose cho cùng một ozazon có tinh thể hình chổi xuể.
Galactose cho ozazon hình quả ké. Phản ứng này để phân biệt các monosaccarid.
Hình 1.8. Tinh thể ozazon của glucose và galactose
- Phản ứng tạo glycosid: do có nhóm OH bán acetal trong phân tử, các
monosaccarid có khả năng tạo thành các hợp chất ete với alcol, hoặc một monosaccarid
khác. Các hợp chất này gọi là các glycosid, liên kết tạo thành hợp chất này gọi là liên
kết glycosid hay osid. Trong trường hợp alcol thứ 2 không phải là monosaccarid thì gọi là aglycon.
Glycosid có trong gia vị, nhiều thuốc và trong thành phần các tổ chức động vật,
phần aglycon có thể là metanol, glycerol, sterol hay phenol. 6
Hình 1.9. Một số thuốc là glycosid
Glycosid trợ tim đều có aglycon là steroid. Ví dụ: các dẫn xuất của digital như
ouabain là một chất ức chế Na+,K+-ATPase của màng tế bào. Một số kháng sinh như
steptomycin cũng là glycosid.
- Phản ứng tạo fucfural: dưới tác dụng của acid đặc, nhiệt độ, các monosaccarid
biến thành fucfural hoặc dẫn xuất của fucfural. Fucfural có thể kết hợp với phenol cho
màu đặc biệt, cho nên sử dụng phản ứng này để định lượng đường bằng phương pháp so màu.
Hình 1.10. Phản ứng tạo Fucfural
- Các dẫn xuất osamin: là các dẫn xuất của monosaccarid mà trong đó nhóm OH
được thay thế bởi nhóm amin (NH2). Ví dụ: glucosamin, galactosamin.
Hình 1.11. Một số dẫn xuất osamin 7
- Phản ứng tạo este: do có những nhóm OH alcol nên các monosaccarid có thể
phản ứng với các acid tạo nên các este tương ứng. Trong đó, các este phosphat của các
monosaccarid là quan trọng nhất trong cơ thể, vì chúng là các sản phẩm chuyển hóa
trung gian hoặc cơ chất hoạt hóa quan trọng như: glucose-6-phosphat (G6P), ribose-5-
phosphat, D-xylulose-5-phosphat…
- Sự chuyển dạng lẫn nhau của các monosaccarid: Fructose, mannose, glucose
có thể chuyển dạng lẫn nhau trong môi trường kiềm yếu Ba(OH)2, hoặc Ca(OH)2 qua
dạng trung gian endiol như sau:
- Một số monosaccarid thường gặp:
Trong tự nhiên có thể tồn tại các monosaccarid có từ 2 đến 9C, nhưng thường gặp
là các monosaccarid có từ 3 đến 7C và nhiều nhất là các monosaccarid có 5 và 6C. Một
số monosaccarid thường gặp như sau:
Hình 1.12. Một số monosaccarid thường gặp 8 1.3. Oligosaccarid 1.3.1. Disaccarid
Disaccarid là loại oligosaccarid thường gặp nhất trong tự nhiên, có 2 loại disaccarid:
1.3.1.1. Disaccarid không có tính khử
Là loại mà liên kết osid được tạo thành giữa 2 nhóm OH bán acetal của 2
monosaccarid, cho nên phân tử disaccarid không còn nhóm OH bán acetal nên chúng
không có tính khử, ví dụ: Saccarose (sucrose):
Saccarose là disaccarid không có tính khử được tạo ra bởi liên kết osid giữa nhóm
OH bán acetal ở C1 của α-D-glucose và nhóm OH bán acetal ở C2 của β-D-fructose cho
nên saccarose không còn nhóm OH bán acetal và không có tính khử.
Saccarose tan trong nước, có góc quay đặc hiệu là +66o5. Khi thủy phân tạo thành
glucose và fructose, vì glucose có góc quay là +52o7 và fructose có góc quay là -92o4
nên hỗn hợp này làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái, gây nên hiện tượng
đường đảo. Saccarose có nhiều trong đường mía và củ cải đường, có công thức cấu tạo phân tử như sau:
Hình 1.13. Công thức cấu tạo phân tử của saccarose
1.3.1.2. Disaccarid có tính khử
Là loại mà liên kết osid được tạo thành giữa 1 nhóm OH bán acetal của
monosaccarid này với nhóm OH alcol của monosaccarid khác cho nên trong phân tử
disaccarid còn nhóm OH bán acetal và chúng có tính khử. Một số disaccarid có tính khử thường gặp là:
- Lactose: còn gọi là đường sữa. Lactose có nhiều trong sữa, do sự kết hợp của
β- D-galactose với β-D-glucose bằng liên kết osid giữa nhóm OH bán acetal ở C1 của
β- D-galactose và nhóm OH alcol ở C4 của β-D-glucose (hoặc α-D-glucose), vì vậy vẫn
còn nhóm OH bán acetal và có tính khử. Lactose có góc quay đặc hiệu là +55o5, α-
lactose có cấu tạo như sau: (xem hình 1.14).
- Maltose: còn gọi là đường mạch nha, có trong mầm một số thực vật, nhưng ít
gặp ở dạng tự do. Maltose có thể là sản phẩm thủy phân của tinh bột, glycogen dưới
tác dụng của amylase hoặc acid vô cơ. Maltose bị thủy phân bởi maltase ở đường tiêu hóa. 9
Maltose do hai phân tử D-glucose kết hợp với nhau bởi nhóm OH bán acetal ở C1
của D-glucose với nhóm OH alcol ở C4 của D-glucose thứ 2. Vì vậy trong phân tử
maltose vẫn còn nhóm OH bán acetal nên có tính khử, α-maltose có cấu tạo như sau: (xem hình 1.15).
Hình 1.14. Công thức cấu tạo phân tử của α-lactose
Hình 1.15. Công thức cấu tạo phân tử của α- maltose
1.3.2. Trisaccarid
Trisaccarid là loại glucid mà trong phân tử của chúng có 3 monosaccarid. Trong tự
nhiên trisaccarid thường ở dạng tự do chủ yếu trong thực vật như:
- Rafinose thường có ở hạt bông, củ cải đường, được tạo nên bởi α-D-
galactose, α-D-glucose và β-D-fructose.
- Melexitose do 2 phân tử α-D-glucose và β-D-fructose tạo nên.
- Gentianose hầu như chỉ gặp trong cây thuộc họ gentiana, do α-D-glucose, β-D-
glucose và β-D-fructose tạo nên. Gentianose có cấu tạo như sau:
Hình 1.16. Cấu tạo phân tử của gentianose 1.4. Polysaccarid
1.4.1. Polysaccarid thuần 1.4.1.1. Tinh bột
Tinh bột là dạng glucid dự trữ của thực vật ở các quả, hạt và củ. Là thức ăn chính 10
của người và một số động vật. Công thức phân tử của tinh bột là (C6H10O5)n. Tinh bột
do hàng nghìn gốc α-D-glucose tạo thành. Tinh bột gồm 2 thành phần có cấu tạo và
tính chất khác nhau, đó là amylose và amylopectin:
- Amylose: chiếm từ 12 đến 25% tinh bột, mỗi mạch amylose gồm từ 200 đến
hàng ngàn gốc α-D-glucose nối với nhau bằng liên kết α(1,4)-glucosid tạo thành mạch
thẳng. Trong nước, amylose tạo thành các mixen và chuỗi amylose xoắn lại thành cuộn.
Chính amylose làm cho tinh bột có màu với iod. Cấu trúc phân tử amylose như sau:
Hình 1.17. Cấu trúc phân tử của amylose
Hình 1.18. Cấu trúc phân tử của amylopectin và glycogen
(a): Amylopectin, (b): Glycogen, (c): Liên kết α(1,4) và α(1,6)-glycosid
- Amylopectin: chiếm 75 đến 85% tinh bột, không tan trong nước. Amylopectin
gồm từ 600 đến 6000 gốc α-D-glucose, nối với nhau bằng liên kết α(1,4)-glycosid và
liên kết α(1,6)-glycosid. Do có các liên kết α(1,6)-glycosid cho nên amylopectin có
nhiều mạch nhánh. Mỗi mạch nhánh chứa 24 – 30 gốc glucose. Các loại tinh bột khác 11
Tài liệu liên quan:
-
Acid Carboxylic, Amides, and Esters: Structure and Properties. Môn Hóa sinh | Đại học Trường Đại học Phenika.
80 40 -
Kiểm Tra Hóa - Hóa Sinh: Tài Liệu Ôn Tập và Hướng Dẫn. Môn Hóa sinh | Đại học Trường Đại học Phenika.
84 42 -
Ôn tập cuối kì THA - Nguyên nhân, triệu chứng và biến chứng. Môn Hóa sinh | Đại học Trường Đại học Phenika.
85 43 -
Cấu Tạo và Hóa Lý Đặc Trưng của Diazoic và Azoic - Tài Liệu Hóa Học. Cấu Tạo và Hóa Lý Đặc Trưng của Diazoic và Azoic - Tài Liệu Hóa Học
68 34