Danh từ glucid mà ta hay dùng là carbohydrat hay saccarid. Cái tên có lịch sử từ công thức thô của carbohydrat là (C.H2O)n, n23. Carbohydrat gồm: monosaccarid, oligosaccarid, polysaccarid.
– Monosaccarid (đường đơn) là đơn vị cơ cấu tạo của carbohydrat..
– Oligosaccarid được tạo thành từ 2 – 14 monosaccarid, chúng thường liên kết với protein glycoprotein), với lipid (glycolipid)
– Polysaccarid là những phân tử lớn, được tạo thành từ nhiều monosaccarid.
Monosaccarid được gọi là đường đơn, là dẫn xuất aldehyd, ceton của polyalcol chứa ít nhất 3 nguyên tử carbon, thí dụ D-glucose, ribulose, chúng không thể bị thuỷ phân thành những phần tử nhỏ hơn.
1.1. Phân loại và danh pháp của monosaccarid
Monosaccarid được phân loại và gọi tên theo bản chất hóa học của nhóm carbonyl và số lượng nguyên tử carbon của chúng.
– Theo nhóm carbonyl: nếu nhóm carbonyl là aldehyd thuộc loại aldose (aldehyd alcol), ví dụ: glucose. Nếu nhóm carbonyl là ceton thì monosaccaid thuộc loại cetose (ceton alcol), ví dụ: fructose.
– Theo số lượng carbon: monosaccarid nhỏ nhất có 3 nguyên tử carbon là triose, tương ứng với 4, 5, 6, 7… nguyên tử carbon là tetrose, pentose, hexose, heptose, … Cũng có thể thêm tiếp đầu ngữ aldo hoặc ceto biểu thị hóa chức aldehyd hoặc ceton và còn có tên riêng, ví dụ: aldohexose (glucose), cetopentose (ribulose). .
– Theo quy ước Fischer, các monosaccarid thuộc dãy D có nhóm -OH của carbon bất đối (C*) cuối cùng (C ở cách xa nhóm carbonyl nhất) ở bên phải giống như phân tử D-glyceraldehyd, dãy L có nhóm – OH ở bên trái. Các monosaccarid thuộc dãy L có tính chất sinh học kém dồi dào hơn monosaccarid dãy D. Các monosaccarid chỉ khác nhau bởi cấu hình hóa học của một nguyên tử carbon được thừa nhận là một đồng phân epimer. Thí dụ D-glucose và Dmannose là hai đồng phân epimer với sự khác biệt ở C2; D-glucose và D. galactose là hai đồng phân epimer với sự khác nhau ở C4, D-mannose và Dgalactose không phải là đồng phân epimer của nhau vì có sự khác biệt ở hai nguyên tử carbon (hình 1.1)
Sự liên quan hóa học lập thể của các D – cetose trình bày ở hình 1.2.
Do vị trí của nhóm carbonyl khác nhau trong aldose và cetose làm cho số C* khác nhau. Các aldose có số C* là n-2 sẽ có 2^(n-2) đồng phân quang học. Các cetose có số C* là n-3, sẽ có 2^(2-3) đồng phân quang học.
1.2. Cấu tạo vòng của monosaccarid
1.3. Tính chất và các dẫn xuất của monosaccarid
– Các monosaccarid dễ tan trong nước, ít tan trong alcol và không tan trong ete, thường có vị ngọt.
1.3.1. Tính khử (bị oxy hóa)
– Tạo thành dẫn xuất là các acid aldonic: các monosaccarid có tính khử do có các hóa chức aldehyd hoặc ceton. Khi tác dụng với các muối kim loại nặng (muối Cu, Hg, Bi) monosaccarid sẽ khử ion kim loại, giải phóng kim loại tự do hoặc muối kim loại có hóa trị thấp hơn; còn bản thân các monosaccarid sẽ bị oxy hóa thành acid aldonic, như glucose thành gluconic.
‘ Ví du:’
– Bismut nitrat kiềm trong thuốc thử Nylander bị monosaccarid khử thành bismut kim loại màu đen.
– Hydroxyd đồngII (Cu (OH)2) bị khử tạo thành kết tủa oxyd đồng (CU20) . màu đỏ gạch.
– Tạo thành dẫn xuất là các acid uronic: sự oxy hóa đặc biệt của nhóm alcol bậc 1 của các aldose tạo thành các acid uronic như D-glucuronic acid, D-galacturonic acid, D-mannuronic acid.
1.3.2. Tạo glycosid
Nhóm -OH bán acetal trong phân tử monosaccarid có khả năng tạo thành hợp chất với alcol bằng liên kết glycosid, hợp chất được gọi là các glycosid. Nhóm -OH bán acetal liên kết với -OH alcol của monosaccarid khác là các trường hợp tạo thành oligo- và polysaccarid.
1.3.3. Sự chuyển dạng lẫn nhau của monosaccarid
Glucose, fructose và mannose có thể chuyển dạng lẫn nhau trong môi trường kiềm yếu như Ba(OH)2, hoặc Ca(OH)2 quả dạng trung gian enediol
1.3.4. Dẫn xuất este
Nhóm -OH alcol trong phân tử monosaccarid phản ứng với các acid tạo thành các este tương ứng. Một số dẫn xuất este quan trọng trong cơ thể sinh vật như: Phospho glyceraldehyd, phosphodihydroxyaceton, ribose-5-phosphat, D-xylulose-5-phosphat, glucose-1-phosphat, glucose-6-phosphat, ß-D-fructose6-phosphat, D-sedoheptulose-7-phosphat.
Oligosaccarid thường gặp nhất trong tự nhiên là các disaccarid
2.1. Saccarose (Sucrose)
Saccarose là [O-α-D-glucopyranosyl-(1->2)-β-D-fructofuranosid]. Ký hiệu (1+ 2) chỉ ra rằng liên kết glucosid C1 của glucose với C2 của fructose, vì vậy saccarosẽ không còn tính khử. Saccarose tan trong nước, có góc quay đặc hiệu +66,5°. Khi thuỷ phân tạo thành D-glucose có góc quay +52,7° và fructose có góc quay -92,4° nên hỗn hợp này làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái, gây hiện tượng “đảo cực”. Enzym thuỷ phân là saccarase. Saccarose có nhiều trong mía và củ cải đường.
2.2. Lactose
Lactose là [O-β D-galactopyranosyl-(1->4)-D-glucopyranose), lactose còn một hóa chức khử của phân tử glucose nên lactose có tính khử, góc quay đặc hiệu là +55,5°. Lactose có trong sữa người và động vật nên còn được gọi là đường sữa.
2.3. Maltose
Maltose là [O-α- D-glucopyranosyl -(1->4)- glucopyranose], có tính khử, maltose có trong mầm lúa, kẹo mạch nha, là sản phẩm thuỷ phân của tinh bột.
3.1. Tinh bột
Tinh bột là thức ăn dự trữ của động vật. Tinh bột có trong bào tương của tế bào thực vật, là những hạt nhỏ không tan gồm a-amylose và amylopectin. a-amylose chiếm từ 12 – 25% tinh bột, tan trong nước, là chuỗi polyme của hàng ngàn gốc glucose liên kết với nhau bằng liên kết α-(1->4)glucosid. Chuỗi polyme được vòng xoắn lặp lại đều đặn theo dạng quay trái (left-handed helix).
Amylopectin chiếm từ 75 – 85% trong tinh bột, gồm khoảng 10^6 gốc glucose, không tan trong nước, có cấu trúc như bụi cây, là phân tử có mạch nhánh, liên kết chủ yếu là (1->4) glucosid và tại mạch nhánh là liên kết (1->6) glucosid. Mỗi nhánh gồm từ 24 – 30 gốc glucose. Các loại tinh bột từ nguồn gốc khác nhau có tỷ lệ amylose và amylopectin khác nhau.
3.2. Glycogen (tinh bột động vật)
Glycogen là polysaccarid, gồm 2.400 đến 24.000 gốc glucose được tổng hợp ở động vật, có mặt trong mọi tế bào nhưng nhiều nhất ở tế bào gan, tới 10% theo trọng lượng và cơ xương tới 0,9%, glycogen ở trong các hạt trong bào tương. Cấu trúc bậc 1 của glycogen giống như amylopectin nhưng nhiều nhánh hơn và mạch nhánh ngắn hơn, chỉ từ 8 -12 gốc glucose. . . . . . . . .
3.3. Cellulose
Cellulose là thành phần chính của mô nâng đỡ thực vật, là chuỗi polyme của khoảng 15.000 gốc β-D-glucose, liên kết bằng liên kết β (1->4) glucosid, được coi là đồng phân của amylose. Cellulose không tan trong nước, bị thuỷ phân trong môi trường acid sulfuric nóng, không có giá trị dinh dưỡng đối với người và với đa số động vật. Ở động vật ăn cỏ, các vi sinh vật trong ống tiêu hóa sản sinh ra các enzym cellulose thuỷ phân cellulose thành các β-D-glucose nên tiêu hóa được cellulose.
3.4. Chitin
Chitin là thành phần quan trọng của các động vật không xương sống như loại giáp xác, sâu bọ và nhện, nó cũng có trong các tế bào vách của các loại nấm và tảo. Chitin là homopolyme của N-acetyl-D-glucosamin, liên kết với nhau bởi liên kết B (1->4) glucosid. Về cấu tạo hóa học chitin khác với cellulose là ở các C2 nhóm -OH được thay thế bằng gốc acetamid.
3.5. Glycosaminglycan (Mucopolysaccarid)
Mucopolysaccarid là chuỗi polyme không có mạch nhánh của acid uronic và hexosamin xen kẽ nhau. Dung dịch mucopolysaccarid có độ quánh cao và có tính đàn hồi, vì vậy có tác dụng bảo vệ chống lại các tác nhân cơ học hay hóa học. Chúng tham gia cấu tạo các mô nâng đỡ (xương, sụn) và có trong các dịch nhầy có tác dụng làm trơn các thành ống (thực quản…), bao bọc niêm mạc dạ dày.
3.5.1. Acid hyaluronic
Acid hyaluronic được tạo thành từ 250 – 25000 đơn vị lặp đi lặp lại của disaccarid liên kết với nhau bằng liên kết 1->4 glucosid, mỗi disaccarid bao gồm gốc acid β-D-glucuronic và N-acetyl β-glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết 1->3 glucosid. Hyaluronic có trong mô liên kết thuỷ tinh thể của mắt, cuống rốn, năng của một số vi khuẩn. Enzym hyaluronidase có trong một số vi khuẩn, tinh dịch, nọc rắn, có khả năng thuỷ phân acid hyaluronic.
3.5.2. Chondroitin sulfat
Chondroitin sulfat gồm 2 loại chondroitin-4-sulfat và chondroitin-6sulfat, được cấu tạo từ 50-1000 đơn vị lặp lại là sulfat disaccarid, mỗi đơn vị bao gồm gốc acid β-D-glucuronic và N-acetyl β-glucosamin-4-sulfat hoặc Nacetyl β-glucosamin-6-sulfat liên kết với nhau bằng liên kết 1->3 glucosid. Chondroitinsulfat có trong sụn, mô liên kết, mổ bảo vệ da, gân, van tim, thành động mạch…)
3.5.3. Heparin
– Heparin được tìm thấy ở những hạt bài tiết của những tế bào ở lớp bề mặt của mạch máu, có nhiều ở phổi, gan và da. Heparin được cấu tạo bởi các đơn vị là α-D-glucuronat-2-sulfat và N-sulfo-D-glucosamin-6-sulfat liên kết với nhau bằng liên kết α 1->4 glucosid. Heparin có khả năng ức chế quá trình đông máu, được dùng để điều trị những trường hợp nghẽn mạch do huyết khối.
3.5.4. Keratan sulfat
Keratan sulfat cấu tạo gồm các đơn vị là β-D-galactose và N-acetyl-Dglucosamin-6-sulfat.
3.6. Glycoprotein
Glycoprotein là mucopolysaccarid liên kết với protein bằng liên kết đồng hóa trị hoặc liên kết không đồng hóa trị. Các mucopolysaccarid thường là keratan sulfat, chondroitin sulfat được liên kết đồng hóa trị với protein. Có nhiều loại protein thường có trọng lượng phân tử 200 – 300kD tham gia trong cấu tạo glycoprotein.
CÂU HỎI ÔN TẬP
- Viết tên hóa học và công thức cấu tạo của α-D-glucose, β-D-fructose.
- Trình bày tính chất khử của monosaccarid.
- Trình bày sự giống nhau và khác nhau của saccarose và lactose.
- Trình bày sự giống nhau và khác nhau của tinh bột, glycogen, cellulose.
Nguồn: Hóa sinh – Sách đào tạo bác sĩ Đa Khoa – Bộ Y Tế
Xem tất cả hóa sinh tại: https://ykhoa.org/category/khoa-hoc/khoa-hoc-y-khoa-co-so/hoa-sinh/
