Hóa sinh học phần 1 hóa sinh cấ trúc năm 2024

Nội dung Text: Bài giảng Hóa sinh 1: Phần 1 - Trường ĐH Võ Trường Toản

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN KHOA DƯỢC  BÀI GIẢNG MÔN HỌC HÓA SINH 1 Đơn vị biên soạn: XÁC NHẬN CỦA BCN KHOA DƯỢC Hậu Giang – Năm 2013
2. CHƯƠNG I HÓA SINH VÀ Y DƯỢC 1. ĐỊNH NGHĨA Theo định nghĩa cổ điển thì Hóa sinh là môn học nghiên cứu về những cơ sở hóa học của sự sống. T ế bào chính là đơn vị cấu trúc của cơ thể sông. Do đó, có thể định nghĩa như sau: Hóa sinh học là môn học nghiên cứu về thành phần hóa học của các tê bào cơ thể sống, cùng với các phản ứng và các quá trình mà chúng trải qua. 2. MỤC ĐÍCH CỦA HÓA SINH HỌC VÀ s ự LIÊN QUAN VỚI NHỮNG NGÀNH KHOA HỌC CỦA s ự SốN G KHÁC Mục đích của Hóa sinh học là mô tả và giải thích ở mức độ phân tử tất cả các tiến trình hóa học của các tế bào sống. Do vậy, nhà Hóa sinh học phải : Tách riêng biệt vô sô" các phân tử hiện diện trong tế bào. Xác định cấu trúc cũa các phân tử này. Xác định chức năng của từng phân tử này. Để đạt được các mục đích trên, Hóa sinh học phải sử dụng rât nhiều kỹ thuật phân tích như: + Các phương pháp phân lập và tinh chế các sinh phân tử: Muối kết (tủa protein bằng ammoni Sulfat). Sắc ký : giấy, trao đổi ion, ái lực, lớp mỏng, khí, lỏng, lỏng cao áp, lọc gel. Điện di: giấy, cao áp, thạch, acetat cellulose, gel tinh bột, gel polyacrylamid, gel SDS-polyacrylamid. Siêu ly tâm . + Các phương pháp xác định cấu trúc của các sinh phân tử: Phân tích các nguyên tổ’. - Phổ u v , khả kien, IR, NMR. Thủy phân bằng acid hay kiềm để khảo sát thành phần cấu tạo cơ bản của các chất. Sử dụng các enzym đặc hiệu để phân hủy các chất để khảo sát (VD: protease, nuclease, glycosidase). Khôi phổ. Các phương pháp phân tích trình tự đặc hiệu (VD: phân tích trình tự của các protein và acid nucleic). Phân tích tinh thể bằng tia X. 3. VAI TRÒ CỦA HÓA SINH HỌC Kiến thức về Hóa sinh là cần thiết cho tất cả các khoa học về sự sống. Hoá sinh học của acid nucleic được xem như là trung tâm của ngành Di truyền học. Ngược lại, việc sử dụng các tiến bộ trong lĩnh vực di truyền cho phép làm sáng tỏ nhiều vân đề của Hoá sinh học.
3. Sinh lý học, nghiên cứu về các chức năng của cơ thể, hầu như trùng lắp hoàn toàn với Hoá sinh học. Miễn dịch học sử dụng nhiều kỷ thuật sinh hoá, và nhiều tiến bộ của ngành miễn dịch được các nhà hoá sinh sử dụng rộng rãi. Dược lực học và Dược học đều dựa trên các kiến thức về Hoá sinh học và Sinh lý học ; nhất là hầu hết các dược phẩm đều được chuyển hoá bởi các phản ứng được xúc tác bằng enym. Cách tác động của các chất độc trên các phản ứng và các quá trình sinh hoá là đối tượng nghiên cứu của Độc chất học. Các tiến bộ của Hoá sinh học được sử dụng ngày càng nhiều trong việc nghiên cứu các lĩnh vực căn bản của Bệnh học như sự viêm nhiễm, sự tổn hại tế bào, ung thư. Nhiều nhà nghiên cứu trong các lĩnh vực Vi sinh Học, Động vật học và Thực vật học sử dụng hầu như tuyệt đốì các tiến trình của Hoá sinh học. Sự liên quan giữa Hoá sinh học và các ngành học nêu trên là điều hiển nhiên vì như chúng ta đã biết, sự sống lệ thuộc vào các phản ứng và các quá trình sinh hoá. Thực tế hiện nay là các rào cản cổ xưa giữa các ngành khoa học của sự sống đã bị phá vở, và Hoá sinh học ngày nay trở thành ngôn ngữ chung cho các ngành này. 4. M ố i QUAN HỆ TƯƠNG H ổ GIỬA HÓA SINH HỌC VÀ Y DƯỢC HỌC Mốì quan hệ tương hổ giửa Hóa sinh học và Y Dược học thúc đẩy nhiều tiến bộ trong cả hai lĩnh vực chủ yếu của các nhà khoa học về sức khỏe là: - hiểu rõ và duy trì được sức khỏe con người, - hiểu rõ và trị liệu hiệu quả các bệnh tật. Vai trò của Hóa sinh học trên 2 lĩnh vực này là: + Hóa sinh học làm sáng tỏ nhiều khía cạnh về sức khỏe và bệnh tật. + Nghiên cứu về các khía cạnh của sức khỏe và bệnh tật mở ra thêm nhiều lĩnh vực mới của hóa sinh. Ví dụ: - Kiến thức về cấu trúc và chức năng của protein thì cần thiếtđể làm sáng tỏ sự khác nhau về mặt hoá sinh của Hemoglobin bình thường vàHemoglobin s (bệnh hồng cầu hình liềm) (Glutamic ở vị trí 6 chuổi p được thay bằng Valin). - Mặt khác việc phân tích Hemoglobin s góp phần giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng của cả 2 loại Hemoglobin bình thường và bất thường. 2
4. HÓA SINH i Aci d Pro tcin L ìị)id H ydra t carbon nuc leic L A iL it iL ìĩ 1r ìr 'r B ệnh d i tru y ền B ộn hthiếu m áu B ệ n h xơ vữ a Đ ái tháo HbS 1r độn| ị m ạch đười Ig tụy YDƯỢC Hình 1.1. Ví dụ về mốì liên quan giữa Hóa sinh và Y dược 5. S ự BÌNH THƯỜNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH HÓA SINH LÀ CĂN BẢN CỦA s ứ c KHỎE WHO định nghĩa về sức khỏe như sau: "là tình trạng tố t về các m ặt sinh lý, tam lý, xã hội va không chỉ đơn thuần ỉầ không có bệnh tật hay suy nhược". Đứng về quan điểm tuyệt đôi của Hóa sinh học có thể định nghĩa như sau: ''Sức khỏe có thê được xem như là tình trạng mà tất cả cắc phản ứng trong và ngoai t ế bào xảy ra trong cơ th ể được tiến hầnh với tỷ lệ tương ứng với sự sinh tồn cao nhất của sinh vật trong điều kiện sinh lý". Trong thực tế, vấn đề chăm sóc sức khỏe của người bệnh ngoài việc cần có các kiến thức về sinh học còn phải có các kiến thức về Tâm lý học và Xã hội học. Các nghiên cứu về Hóa sinh còn tác động đến Dinh dưỡng học và Y học dự phòng. Điều kiện tiên quyết để bảo vệ sức khỏe là: có khẩu phần ăn tôi ưu về mặt dinh dưỡng (đầy đủ và hài hòa các chất). Đó là : + các vitamin, + các acid amin, + một sô" acid béo, + các chất khoáng, + nước. Dinh dưỡng học còn có mục đích ngừa bệnh (xơ vữa động mạch, ung bướu), đó cũng chính là mục đích của Y học dự phòng. Để hiểu rõ về dinh dưỡng cần rất nhiều kiến thức về Hóa sinh. Hầu như tất cả các bệnh đề.u có cơ sở hóa sinh của nó. Hầu hết các bệnh tật chính là biểu hiện bất thường của phân tử, của phản ứng hóa học hay các tiến trình hóa sinh. Các yếu tô" chính gây bệnh ở động vật và người gồm: - Tác nhân vật lý: chấn thương cơ học, nhiệt độ cao, thay đổi đột ngột áp suất khí quyển, phóng xạ, shock do điện.
5. - Tác nhân hóa học, gồm cả dược phẩm: các hợp chất độc, thuốc điều trị... - Tác nhân sinh học: virus, vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng. - Thiếu oxy: thiếu máu, giảm khả năng cung cấp oxy máu, các chất độc tác động trên các enzym oxy hóa. - Rối loạn di truyền: bẩm sinh hay phân tử - Các phản ứng miễn dịch: quá mẫn, bệnh tự miễn - Dinh dưỡng thiếu cân đối: thiếu , thừa - Rốì loạn nội t i ế t : thiếu, thừa Các tác nhân trên tác động trên một hay nhiều phản ứng hóa học hay các phân tử trong cơ thể. Các nghiên cứu hóa sinh được ứng dụng nhiều trong cả hai lĩnh vực chẩn đoán và điều trị bệnh. Bảng 1.1. M ột sô'ứng dụng của các nghiên cứu hóa sinh va x é t nghiệm hóa sinh trên các bệnh Ưng dụng để Ví dụ 1-Nghiên cứu nguyên nhân chủ yếu và cơ chê Chứng minh bản chất của sự khiếm khuyết bệnh gen trong bệnh xơ nang. 2-Đề xuất sự điều trị hợp lý các bệnh (l)trênDùng khẩu phần ăn giảm phenylalanin để điều trị bệnh phenylceton niệu. 3- Kết hợp trong việc chẩn đoán một sô" bệnh Định lượng Creatinine kinase MB (CK-MB) đặc hiệu trong huyết thanh để chẩn đoán bệnh nhồi máu cơ tim. 4- Thực hiện thử nghiệm sàng lọc trong việc Định lượng Thyroxin stimulate hormon chẩn đoán sớm một sô" bệnh (TSH)/ máu trẻ sơ sinh để chẩn đoán nhược giáp bẩm sinh. 5- Phôi hợp trong việc theo dõi các tiến trình Định lượng Alanin aminotransferase (ALT) (vd: sự hồi phục, sự tăng nặng, sự thuyên giảm trong huyết thanh để theo dõi tiến triển của hay tái phát) của một sô" bệnh bệnh viêm gan do nhiểm khuẩn. 6-Phốì hợp trong việc đánh giá đáp ứng trị liệu Định lượng kháng nguyên carcinoembryonic (CEA) trong máu trên một sô" bệnh nhân được chửa trị ung thư ruột kết. 6. TÁC ĐỘNG CỦA D ự ÁN BỘ GEN NGƯỜI (HUMAN GENOME PROJECT) Đ ố i VỚI HÓA SINH HỌC VÀ Y DƯỢC HỌC. Quá trình của dự án có thể sơ lược như sau: 4
6. Cuối những năm 1990 đã có nhiều tiến bộ đáng kể trong việc giải trình tự bộ gen người. Tháng 7/2000 lãnh đạo 2 nhóm nghiên cứu (International Human Sequencing Consortium và Celera Genomics) thông báo trên 90% bộ gen người đã được giải trình tự. Bản phác thảo của trình tự bộ gen người được công bô" đầu năm 2001. Ngoại trừ một vài chổ khiếm khuyết nhỏ, trình tự của toàn bộ bộ gen người được hoàn tất năm 2003 (50 năm sau mô tả bản chết xoắn kép củã A D N bởi Watson và Crick). Ẩnh hưởng to lớn đến Hóa sinh, các ngành Sinh học nói chung và với Y Dược là rất lớn. Nhiều gen chưa biết trước đây đã được khám phá và biểu thị những protein tương ứng của chúng đang được khảo sát. Phương pháp theo dõi các bệnh về gen đã có những cải tiến quan trọng. Ẩnh hưởng chính trên các lĩnh vực như proteomic (protein di truyền), sinh tin học (bioinformatic), kỹ thuật sinh học (biotechnology), và pharmacogenomic (dược lý di truyền). 7. VỊ TRÍ CỦA MÔN HÓA SINH TRONG CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO DƯỢC s ĩ ĐẠI HỌC Hoá sinh học trong đào tạo Dược sĩ đại học được xem là môn cơ sở phục vụ cho các môn nghiệp vụ: hóa dược, bào chế, kiểm nghiệm, dược ỉực, dược lâm sàng, dược liệu...Chương trình hóa sinh nhằm cung cấp cho sinh viên dược các kiến thức về cấu trúc, tính chất và nồng độ các phân tử sinh học trong các tế bào, dịch sinh vật. Chương trinh cũng nhằm cung cấp các kiến thức cho sinh viên dược về các quá trình sinh tổng hợp, thó ai hóa các chất; quá trình trao đổi, vận chuyển các chất và năng lượng trong việc duy trì sự sông. Bên cạnh việc phục vụ cho các môn nghiệp vụ nêu trên, với các kiến thức được trang bị trong chương trình hóa sinh, người dược sĩ đại học sau khi ra trường có thể dễ dàng tiếp cận môi trường xét nghiệm lâm sàng ở các bệnh viện.
7. CHƯƠNG 2 HÓA HỌC GLUCID M ự c TÊƯ 1. Nêu được định nghĩa và phân loại glucid 2. Trình bày được cấu trúc hóa học, các dạng đồng phân và tính chất hóa họccủa monosaccarid (tiêu biểu là glucose) 3. Trình bày được câu trúc và tính chất vai trò của các disaccarid và polysaccarid. 1. ĐẠI CƯƠNG Glucid hay carbohydrat phân bô rộng rãi ở thực vật và động vật, nó có vai trò quan trọng trong cấu tạo và chuyển hóa. ơ thực vật, glucose được tổng hợp từ CƠ2 và H20 qua quá trình quang hợp và được dự trữ ở dạng tinh bột hay được sử dụng tổng hợp cellulose (tạo khung cho cây). Động vật có thể tổng hỢp carbohydrat từ glycerol của lipid và từ acid amin, nhưng phần lớn nguồn carbohydrat động vật sử dụng là từ thực vật. Glucose là carbohydrat quan trọng nhất, phần lớn carbohydrat từ thức ăn hấp thu vào máu là glucose và các đường khác đến gan sẽ được chuyển thành glucose. ơ động vật có vú glucose là nguồn cung câp năng lượng chính và cũng ]à nguyên liệu cơ thể sử dụng để tổng hợp dạng dự trữ là glycogen; để tổng hợp rìbose và deoxyribose cung cấp cho tổng hợp acid nucleic; để tổng hợp galactose sử dựng trong tổng hợp lactose của sữa, tổng hợp glycolipid, glycoprotein, proteoglycan. 1.1. Định nghĩa Glucid hay carbohydrat là những polyhydroxy aldehyd hay polyhydroxy ceton và các dẫn xuất của chúng. 1.2. Phân loại Glucid được phân loại thành Monosaccaríd là những glucid đơn giản nhất chỉ gồm có một đơn vị aldehyd hay ceton không thể bị thủy phân bằng acid để cho những đơn vị nhỏ hơn, chúng còn được gọi là OSE và có thể coi như là đơn vị cấu tạo của glucid. Monosaccarid quan trọng nhất trong thiên nhiên là D-glucose, đó là một nguỵên tử gồm 6 nguyên tử carbon. Người ta xem D-glucose là nguồn nguyên liệu chính cung cấpnang lứợng chõ phần lớn sinh vật. Oligosaccarid gồm từ 2-10 đơn vị monosaccarid nôi lại với nhau bằng nối osid hay nối glucosid. Ví dụ như maltose hay sucrose. Polysaccarìd gồm một sô monosaccarid nối lại với nhau (>10), chúng có thể là những dây thẳng hoặc dây nhánh. Trong thiên nhiên có 2 loại polysaccarid quan trọng là tinh bột và cellulose, cả 2 đều là chất trùng hợp của D-glucose. 6
8. 2. MONOSACCARID Monosaccarid có công thức tổng quát là (CH20)n n > 3. Sườn carbon của monosaccarid là dây thẳng trong đó ngoại trừ carbon mang nhóm chức carbonyl, tất cả các carbon khác đều mang nhóm chức -OH. Nếu nhóm carbonyl là nhóm aldehyd thì ta có một aldose. Nhóm chức carbonyl có thể là một ceton khi đó đường là một cetose. n = 3: triose. H 0 H 0 \ // \ ^ c c T H— c — OH OH— c — H I c h 2o h CH2OH D- glyceraldehyd L- glyceraldehyd Hình 2.1: Triose n = 4 : tetrose, n = 5: pentose, n = 6: hexose, n = 7: heptose. Tất cả các monosaccarid đều là chất kết tinh trắng, tan trong nước và có vị ngọt 2.1 Nhóm D-aldose và D-cetose từ 3C-6C o D-Glyceraldehyd o o D-Erythrose o o D-Ribose D-Arabinose D-Xylose D-Lyxose o o o o o o o Õ D-Allose D-Altrose D-Glucose D-Manose D-Gulose D-Idose D-Galactose D-Talose Hình 2.2; Nhóm D-aldose từ 3C-6C 7
9. I ỏ D ih y d ro x y aceton I o D -Ery thru lose I o o D -R ib u lo s e D -X y lu o s e o o o o D -A llu lo s e D -Fructose D -Sorbose D -T a g alo se Hình 2.3: Nhóm D-cetose từ 3C-6C 2.2 Glucose - Monosaccarid có vai trò sinh học quan trọng nhất 2.2.1. Câ'u trúc của glucose được ứình bày dưới ba dạng Cấu trúc thẳng, vòng và dạng ghế o Ọ II Ç- -H C -H H - t _ -OH - H -i-O H OH OH H O -Ị-H HO— H CC_D_Glucopyranose Ị3_D_G Iucopy ranos e I H -è-O H H -C -O H H O -Ồ -H H -ệ-O H c h 2o h Ò H 2OH L_G lucose D_Glucose a _ D _ G lu c o p y ra n o s e Hình 2.4: Glucose 2.2.2. Cắc dạng đồng phân r(_'ý I 8
10. Đồng phân D và L : dựa vào vị trí của nhóm -OH trên cacbon cuối cùng mang chức rượu bậc I (cacbon số 5 của glucose). Nếu nhóm -OH ở phía phải thì đường thuộc nhóm D, nếu ở phía trái thì thuộc nhóm L. Phần lớn các monosaccarid ở động vật có vú thuộc nhóm D và các enzym chuyển hóa chúng cũng chuyên biệt cho monosaccarid nhóm D. Ọ o Ị[ C -H
11. 2.2.3. Tĩnh chất • Tắc dụng với acid vồ cơ mạnh tạo Furfural Monosaccarid tương đôi bền với các acid vô cơ loãng, tuy nhiên dưới tác dụng của các acid vô cơ mạnh đậm đặc (H2SO4 đđ, HC1 đđ ) các monosaccid bị khử nước cho ra furfural hay dẫn xuât của furfural. Chất này kết hợp với những chất có nhân phenol để cho ra những phức chất có màu. Phản ứng này dùng để định tính và định lượng các monosaccarid. Ví dụ như phản ứng Molish, Selivanoff, phản ứng định lượng glucose bằng ortho-Toluidin. ỌH, H H- CH' CH 3 fiH H oSO /Ị đ^{L 4 6 H 2 /- V í -ÁC HO H2C— c; H cH HO o D-Glucose Hydroxymetylfurfural Hình 2.8: Phản ứng khử nước glucose • Tác dụng với cấc base Dưới tác dụng của base các monosaccarid bị sắp xếp lại trong phân tử để cho ra các đồng phân khác nhau. Carbon bị ảnh hưởng là carbon mang nhóm chức carbonyl. v ° OH— c ÇI^OH I c h - oh |} -OH .. ĩ.. =° OH— CH OH— CH OH— CH ÇH-OH ÇH-OH ÇH-OH I I I CỊH-OH CH-OH CjH-OH CH2OH CFfeOH CH2OH D-Glucose trans-enediol D-Fructose ị H ,0 OH— ÇH I II HO-CjH OH- Ỹ HO— CH — OH— ÇH X ÇH-OH ĩ CH- OH I I CH-OH CH-OH Hình 2.9: Glucose trong môi trường kiềm CH2OH CtfcOH D-Manose cis-enediol 10
12. • Tính khử Vì nó mang nhóm chức carbonyl nên các monosaccarid đều có tính khử, tính chất này được thể hiện khi cho monosaccarid tác dụng với một muôi kim loại nặng (Cu++, Hg++, ...)• Monosaccarid khử chúng để giải phóng ra các kim loại tự do hoặc oxyd kim loại có độ oxy hóa thấp hơn và khi đó các monosaccarid bị oxy hóa thành acid. Các phản ứng này được dùng để định tính và định lượng glucose hay monosaccarid, đặc biệt và với thuốc thử Fehling. Monosaccarid sẽ khử Cu2+ thành Cu+ dưới dạng oxyd đồng I tủa màu đỏ gạch.. ; h 2o h 2 Cu2+ + 5 OH + CU2O + 3 H2O HỒ OH P_D _G lucopyranose Hình 2.10: Phản ứng oxy hóa glucose bằng Cu' • Tắc dụng với phenyl hydrazin Chức carbonyl của các monosaccarid sẽ tác dụng với phenyl hydrazin để cho ra phenyl hydrazon, nhưng với một lượng thừa phenyl hydrazin sẽ được osazon kết tủa với hình dạng đặc biệt. Phản ứng này dùng để định tính các chất đường. Ví dụ lactosazon có hình cầu gai, glucosazon có hình bó mạ. D-frưctose, D-glucose, D-Manose cho cùng một osazon. CH = N -N H - < ° I H ÇH = N -N H - Ộ H -O H I I OH— ÇH OH- — Ộ H H?N — NH I I Ç H -O H Ò H -O H I I Phenylhydrazin Ç H -O H Ò H -O H I I C H 2O H CH 2O H Glucosazon D -Glucose K ế t tủa v à n g , h ìn h c h ổ i, bó mạ Hình 2.11: Glucosazon • Phản ứng oxỵ hóa bởi acid nitric Dưới tác dụng của acid nitric cả chức aldehyd lẫn chức rượu bậc 1 của monosaccarid đều bị oxy hóa để cho ra một acid gọi là acid aldaric. Ví dụ glucose và galactose bị oxy hóa bởi acid nitric cho sản phẩm tương ứng là saccarid acid và mucic acid. Phản ứng này thường dùng để phát hiện và định phân galactose vì acid mucid tạo thành rất khó tan nên có thể tách rời khỏi hỗn hợp được.
13. • Phản ứng tạ o gỉycosid Liên kết glycosid hình thành do nhóm -OH bán acetal của monosaccarid kết hợp 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 chât khác (R-NH2) , ví dụ nucleosid.O- glycosid thường gặp phổ biến ở thực vật, một số có tác dụng dược lý nhưglycosid trợ tim (digitalin, ouabain, ...)• Liên kết glycosid cũng chính là liên kết nôi các monosaccarid lại với nhau để tạo disaccarid và polysaccarid. • Phản ứng tạo es te Do các nhóm -OH alcol nên các monosaccarid có thể phản ứng với các acid tạo các este tương ứng. Quan trọng nhất là este phosphat là các chất hữu cơ có vai trò quan trọng trong cơ thể vì chúng là những sản phẩm chuyển hóa trung gian và là dạng hoạt hóa của các cơ chất chuyển hóa của glucid. H c=0 ¿ h 2o h D ihydroxyaceton G lyce ra ld e h yd -3 - phosphat phosphat G lu co se -6 -p h o sp h a t F ru cto se - 6- phosphat Hình 2.12: Các dân chất este có vai trò quan trọng trong cơ thể 2.3. Các dẫn chất của monosaccarid Dẩn chấi alcol Nhóm carbonyl của monosaccarid có thể bị khử thành chức rượu như D- glucose bị khử thành sorbitol. Glycerol (thường gặp trong lipid) ]à dẫn chất alcol của glyceraldehyd. Dần châtacid Có 3 loại dẫn chất acid là acid aldonic, acid aldaric và acid uronic. A cid aỉdonic. do sự oxy hóa chức aldehyd. Ví dụ dẫn chất aldonic của glucose là gluconic A cid aỉdaríc. do sự oxy hóa chức aldehyd và chức rượu bậc I do sự oxy hóa mạnh. Acid uronic. do sự oxy hóa chức rượu I và cần che chở nhóm aldehyd. Ví dụ dẫn chất uronic của glucose và galactose là glucuronic acid và galacturonic acid, thường gặp trong thành phần của polysaccarid phức tạp) Glucuronic tham gia cơ chế khử độc, liên hợp bilirubin tại gan. V ÒH ÒH ÒH P _D _G lu cu ro nic acid D _G luconic acid D _ d_G lu con olacto n Hình 2.13: Các dẫn chất acid của glucose A u . / / - «.
14. Dẩn châ't amin (osamin) Do sự thay thế nhóm -OH của c sô" 2 bằng nhóm -NH2. Các osamin có thể được acetyl hóa. Glucosamin, galactosamin, muramic acid và neuramic acid .... tham gia cấu tạo nhiều polysaccrid phức tạp, glycolipid và glycoprotein. c h 2o h HỌ J- o pH nh 2 ,Nn2 ch 3
15. Bảng 2.1: Các pentose có vai trò sinh học quan trọng Monosaccarid Xuất hiên Vai trò sinh hoc D-Ribose Acid nucleic Thành phần cấu tạo của acid nucleic và các coenzym như ATP, NAD, NADP, flavoprotein. Ribose phosphat là chât chuyển hóa trung gian trong con đường pentose phosphat D-Ribulose Được tạo ra trong các quá Ribulose phosphat là chất chuyển hóa trung trình chuyển hóa gian trong con đường pentose phosphat D-Arabinose Gôm arabic, gôm của mận Thành phần của glycoprotein và cherrỵ D-Xylose Proteoglycan, Thành phần của glycoprotein gỉycoaminoglycan D-Lyxose Cơ tim Thành phần của lyxoflavin được phân lập từ cơ tim L-Xylulose Chất chuyển hóa trung gian của con đường uronic acid Cấc hex ose có vai ừò sinh học quan trọng D-Gìucose có trong dịch ép trái cây, từ sự thủy phân tinh bột, đường mía, maltose và lactose. Là monosaccarid của cơ thể, được sử dụng bởi các mô. D-Fructose có trong dịch ép trái cây, mật ong, từ sự thủy phân đường mía. Có thể được sử dụng hay chuyển thành glucose bởi gan . D-Gaìactose từ sự thủy phân lactose. Có thể chuyển thành glucose ở gan và tham gia chuyển hóa. Được tổng hợp ở tuyến sữa. Là thành phần của glycolipid và glycopotein. D-Manose từ sự thủy phân một sô" cây và gôm. Tham gia vào thành phần của glycoprotein. Bảng 2.2: Các hexose có vai trò sinh học quan trọng Monosaccarid Nguồn gốc Vai trò quan trọng D-Glucose Dịch ép trái cây. Từ sự Là monosaccarid của cơ thể. Được sử dụng bởi các thủy phân tinh bột, đường mô. mía, maltose và lactose. D-Fructose Dịch ép trái cây, mật Có thể được sử dụng hay chuyển thành glucose bởi ong. Từ sự thủy phân gan . đường mía. D-Galactose Từ sự thủy phân lactose Có thể chuyển thành glucose ở gan và tham gia chuyển hóa. Được tổng hợp ở tuyến sữa. Thành phần của glycolipid và glycopotein. D-Manose Từ sự thủy phân một sô" Thành phần của glycoprotein cây và gôm. 14
16. 3. DISACCARID Disaccarid được tạo thành do hai monosaccarid liên kết với nhau bằng liên kết glycosid. Nếu cả hai nhóm -OH bán acetal của hai monosaccarid đều tham gia tạo liên kết glycosid thì disaccarid tạo thành không còn tính khử. Nếu -OH của monosaccarid thứ hai tham gia tạo liên kết glycosid là - OH alcol thì disaccarid tạo thành còn tính khử. Các disaccarid quan trọng thường gặp là maltose, lactose và succrose (saccarose). Maltose: có trong mầm lúa, men bia, kẹo mạch nha là sản phẩm do sự thủy phân tinh bột. Câu tạo bởi hai phân tử a-D-glucopyranose kết hợp với nhau bằng liên kết a l,4 glycosid. Maltose có tính khử. Lactose: Là đường sữa, có nhiều trong sữa của các loài động vật. Câu tạo bởi một phân tử a- D-glucopyranose kết hợp với một phân tử P-D-galactopyranose bằng liên kết p~l,4. Lactose có tính khử. Sucrose (saccarose): là đường mía, có nhiều trong mía và củ cải đường. Do một phân tử a-D- glucopyranose kết hợp với một phân tử Ị3-D-fructofuranose bằng liên kết a(3-l,2. Không có tính khử. Saccarose dễ bị thủy phân hơn lactose và manóse. Hỗn hợp glucose và fructose thành lập do sự thủy phân saccarose còn được gọi là đường nghịch chuyển tức là có sự chuyển nghịch của năng lượng triền quang vì saccarose là một chất hữu triền (+66,5°) trong khi hỗn hợp glucose và fructose là một hỗn hợp tả triền (glucose +52°, fructose -93°). Do đó có thể theo dõi sự thủy phân của saccarose bằng triền quang kế. ÒH ÒH Maltose o a _ D _ G lu c o p y ra n o s y l 1 _ 4 _ a _ D _ g lu c o p y ra n o s e ỎH Sucrose Lactose a _ D _ G lu c o p y ra n o s y l 1—2 — p _ D _ fructofuranosyl Ị3_D_G alactopyranosyl 1—4 — cc_D_glucopyranose Hình 2.15: Các disaccarid quan trọng 15
17. 4. POLYSACCARID Phần lớn glucid tìm thây trong thiên nhiên là các polysaccarid có phân tử lượng lớn. Các chât này khi bị thủy phân bằng acid hay bằng các enzym đặc hiệu sẽ cho ra các monosaccarid hoặc là các dẫn chất của chúng. D-glucose là chất thường gặp nhất trong thành phần của polysaccarid. Người ta phân loại: homopolysaccarid cấu tạo bởi một loại monosaccarid và heteropolysaccarid câu tạo bởi nhiều loại monosaccarid khác nhau.Ngoài ra người ta còn có thể phân loại polysaccarid theo chức năng của chúng như: polysaccarid dự trữ mà chức năng chính là cung cấp năng lượng và polysaccarid cấu tạo là thành phần cấu tạo của các cấu tử tế bào. 4.1. Tinh bột ♦ Là glucid dự trữ của thực vật và là thức ăn glucid chính của người, có nhiều trong các loại hạt ngũ cốc (lúa, ngô, ...) trong các loại củ (khoai tây, khoai lang,...)' Nó được dự trữ dưới dạng những hạt nhỏ nằm trong tế bào chất của tế bào. Tinh bột không tan trong nước lạnh, đun nóng trong nước các hạt tinh bột nở ra và khuếch tán thành dung dịch hồ tinh bột có dạng keo. Tinh bột cho màu xanh tím khi với iod. ♦ Tinh bột cấu tạo bởi hai loại phân tử amylose và amylopectin. Am ylose do các đơn vị a-D-glucose được nôi lại với nhau bằng nôi a- 1,4. Mỗi dây amylose có thể chứa từ vài trăm đến vài ngàn phân tử a-D-glucose.. Amyỉose chiêm 15-25% trong tinh bột. ' Nó không tan trong nước mà cho những dung dịch giản gồm những mixen trong đó amylose cuộn lại thành hình xoắn ốc. Amylose cho màu xanh với dung dịch iod. Cb H HO C iO HH cH H ,O Hình 2.16: c ấu tạo amylose Amỵlopectin do các đơn vị a-D-glucopyranose liên kết với nhau bằng liên kêt a-1,4 glucosid và a - 1,6 glucosid nên có nhiều mạch nhánh, liên kết a - 1,6 glucosid nằm ở vị trí gôc các nhánh. Amylopectin chiếm 75-85% trong phân tử tinh bột. Amylopectin cũng cho những dung dịch giả và cho màu đỏ tím với iod. ch2oh ch2oh ch2oh OH OH OH 0 C .O HH C ,O HH C -. H C ,O HM
18. ♦ Tinh bột bị thủy phân bởi acid vô cơ và nhiệt hoặc bởi amylase của hệ tiêu hóa tạo thành các sản phẩm trung gian gọi là dextrin cho màu khác nhau với iod và sản phẩm cuối cùng là maltose, rồi glucose không cho màu với iod. Tinh bột — Amylodextrin — Erythrodextrin — Acrodextrin — Maltose — Glucose > » > » > 4.2. Gìycogen Là glucid dự trữ của động vật, có nhiều nhất ở gan và cơ. Glycogen có cấu tạo giống amylopectin nhưng mang nhiều nhánh hơn và các nhánh ngắn hơn, nhánh chỉ chứa từ 8-12 gốc glucose. Cho màu đỏ nâu với iod. 4.3. Dexữan Là homopolysaccarid của a-D-glucose, có dây nhánh, nhưng sườn chính được cấu tạo bởi những phân tử glucose nốì với nhau bằng nôì a-1,6. Vi khuẩn Leuconostoe mesenteroides có enzym dextransucrase biến đổi saccarose thành dextran. Dung dịch có độ nhớt cao, trong y học được dùng làm chất thay thế huyết tương. 4.4. Cellulose Đây là một polysaccarid có nhiều trong thiên nhiên vì là thành phần cấu tạo chính của thực vật. Gỗ chứa 50% celluose và bông là cellulose gần như tinh khiết. Cellulose gồm những phân tử p- D-glucose nốì với nhau chỉ bằng nôi p-1,4, vì vậy celluỉose không có cấu tạo mạch nhánh. c h 2o h c h 2o h c h 2oh OH OH OH Hình 2.18: cấu tạo cellulose Sự thủy phân hoàn toàn cellulose trong acid loãng cho những phân tử glucose. Sự thủy phân không hoàn toàn cho một đường đôi là cellobiose. Vì cơ thể người không có enzym thủy phân liên kết p 1-4 glycosid nên cellulose không có giá trị dinh dưỡng, ơ động vật ăn cỏ trong ống tiêu hóa có các vi sinh vật có thể sản xuất enzym thủy phân cellulose. 4.5 Chitin Là một homopolysaccarid của N-acetyl-p-D-glucosamin, có cấu trúc cơ bản giống như cellulose trừ nhóm -OH ở C2 được thay thế bằng nhóm acetyl amin. Chitin phân bô" nhiều trong giới sinh vật, trong thành phần của các loại nấm, tảo và ở các loài này nó thay thế cho cellulose hay các glucan. Chitin được biết nhiều nhất với vai trò cấu tạo lớp vỏ của động vật chân đốt và thân mềm. 4.6 Pectin Là một homopolysaccarid của D-galacturonic acid, có nhiều trong trái cây và có giá trị kinh tế với khả năng tạo gel. 17
19. 5. POLYSACCARIDPHỨC TẠP Polysaccarid là những phân tử lớn có cấu trúc phức tạp, có nhiều trong tự nhiên và đóng vai trò sinh học quan trọng, trong thành phần có các loại monosaccarid, các dẫn chât của monosaccarid như osamin, uronic, acid sialic, acid neuramic, acid sulfuric, acid acetic ... 5.1. Glycosaminoglycan và Proteoglycan Đây là các polysaccarid đóng vai trò quan trọng trong cấu tạo của động vật có xương sống và còn được gọi là mucopolysaccarid, đơn vị là disaccarid mà trong thành phần của disaccarid này là dẫn chất của glucose như D-glucosamin, D-galactosamin, N-acetylglucosamin, N- acetylgalactosamin, acid glucuronic,... Một trong những glỵcosaminoglỵcan quan trọng là chondroitin sulfat và keratan sulfat của mô liên kết, dermatan sulfat của da, acid hyaluronic và heparin. c h 2o s o 3" ___ . I coo < coo' / S a lN A c N f l / ° \ f ° I -6 sy o KGIcUA y .
20. hợp này ức chế các enzym tham gia vào quá trình tạo cục máu đông. Do đó heparin tổng hợp được dùng như là một dược phẩm ngăn chặn sự tạo cục máu đông trong mạch máu. 5.2. Glycoprotein Là các protein có gắn những chuỗi oligosaccarid hay polysaccarid. Thành phần glucid trong cấu trúc glycoprotein có thể là các osamin, acid sialic, acid neuramic,fucose,....... Glycoprotein có những chức năng sinh lý quan trọng như : • Tham gia vào thành phần cấu tạo mô, màng tế bào. • Thành phần của các dịch nhầy (mucus) • Một số hornome như LH, FSH, TSH có bảnchât là glycoprotein. • Các thành phần miễn dịch như immunoglobulin, interferon cũng có bản chất là glycoprotein. • Hầu hết các loại protein huyết tương đều có bản chất hóa học làglycoprotein. • Các dịch sinh lý trong cơ thể như nước tiểu, nước bọt, máu cũng chứa glycoprotein. • Nhiều glycoprotein giữ vai trò quan trọng ở màng tế bào như kháng nguyên nhóm máu A, B, o ở màng hồng cầu, như các tác nhân nhận biết trên bề mặt tế bào (marker). Kháng nguyên nhóm máu ở màng tế bào hồng cầu là các oligosaccarid gắn vào protein ở bề mặt cửa màng tế bào. ơ sinh vật nhiều loại tế bào trên bề mặt được đánh dấu (marker) để nhận biết các tế bào cùng loại hay nhận biết các khác biệt miễn dịch từ tế bào lạ ở ngoài vào. Các tác nhân nhận biết trên bề mặt tế bào thường là các saccarid gắn trên các thành phần protein hay lipid của màng tế bào. Hình 2.20: Kháng nguyên nhóm máu 19