Bài giảng Hóa học Glucid (Carbohydrat) - Chi Mai

Nội dung text: Bài giảng Hóa học Glucid (Carbohydrat) - Chi Mai

1. Hóa học Glucid (Carbohydrat) BS. Chi Mai
2. Mục tiêu Trình bày được định nghĩa, phân loại, danh pháp monosaccharid Trình bày được tính chất khử của monosaccharid Trình bày được cấu tạo, tính chất khử và nguồn gốc của sucrose, lactose và maltose Trình bày được nguồn gốc, cấu tạo, vai trò của tinh bột, glycogen, cellulose
3. Glucid (Carbohydrat) Là các hợp chất hữu cơ có nhiều nhất trong tự nhiên Nguồn cung cấp năng lượng chính trong bữa ăn của chúng ta Vai trò cấu trúc và bảo vệ của vách tế bào vi khuẩn và thực vật, mô liên hợp ở động vật Bôi trơn các khớp xương, tham gia vào sự nhận biết và kết dính các tế bào. Kết hợp với lipid và protein tạo các chất liên hợp glucid Cấu tạo bởi các nguyên tố C, H và O Được tổng hợp từ CO2, H2O Saccharid, nghĩa là “đường” Nhìn chung, công thức tổng quát là (C·H2O)n với n ≥ 3
4. Phân loại Carbohydrat ▪ Monosaccharid ▪ Không thể bị thủy phân thành các carbohydrat nhỏ hơn ▪ Đường đơn (Simple carbohydrates) ▪ Carbohydrat phức tạp: ▪ Oligosaccharid: 2-14 monosaccharid ▪ Polysaccharid: > 14 monosaccharid: thuần, tạp
5. 1.Monosaccharid Khái niệm về monosaccharid ◼ Là các dẫn xuất aldehyd hoặc ceton của các polyalcol. (Một C là nhóm carbonyl; các C còn lại gắn với –OH) ◼ Không phân nhánh có từ 3-8 C ◼ Chúng không bị thủy phân thành các phần tử nhỏ hơn Aldose ◼ Có nhóm aldehyd (carbon 1) Cetose ◼ Có nhóm ceton (carbon 2) CH2OH O CHO HO H CHO HO H H OH HO H H OH H OH CH OH 2 CH OH CH2OH OH2
6. Cách gọi tên monosaccharid Danh pháp:số carbon + “ose”. ◼ triose = 3 carbon ◼ tetrose = 4 carbon ◼ pentose = 5 carbon ◼ hexose = 6 carbon Thêm tiếp đầu ngữ aldo- hay ceto- biểu thị chức khử aldehyd hay ceton. ◼ Aldohexose ◼ Cetohexose Tên riêng: CH2OH ◼ Glucose (Aldohexose) ◼ Fructose (Cetohexose) O CHO HO H CHO HO H H OH HO H H OH H OH CH OH CH OH 2 2 CH OH OH2
7. Test nhanh Phân loại 2 monosaccharid sau: CH2OH CHO O HO H HO H HO H H OH HO H H OH CH 2 O H CH2 O H A B
8. Công thức hình chiếu Fischer Dùng biểu diễn cấu tạo thẳng của carbohydrat C oxy hóa cao nhất ở vị trí trên cùng (C1) Dùng đường nằm ngang cho các liên kết về phía trước Dùng đường thẳng đứng cho các liên kết về phía sau
9. Đồng phân D và L Theo quy ước, L chỉ cấu trúc có nhóm —OH của C* cuối cùng về phía tay trái D chỉ cấu trúc có nhóm —OH của C* về phía tay phải L D
10. D và L Monosaccharid Hóa lập thể được xác định bằng C bất đối ở xa nhóm carbonyl nhất Phần lớn monosaccharid tìm thấy trong tự nhiên thuộc dãy D O O C H C OH CHO H OH H OH HO H H OH HO H H OH H OH H OH H OH CH2OH H OH HO H D D-Ribose CH2OH CH2OH DD-Glucose LL-Galactose
11. Test nhanh Hãy chỉ ra đồng phân dãy D và L : CH OH CHO 2 CHO HO H O H OH HO H HO H HO H HO H H OH CH2OH H OH CH2OH CH2 O H Ribose Threose Fructose
12. Các đồng phân epimer Các đường chỉ khác nhau 1 trung tâm dị lập thể
13. D-Glucose Là hexose phổ biến nhất, còn gọi dextrose Có trong hoa quả, si rô và mật ong aldohexose có công thức phân tử C6H12O6 Là đường có trong máu Đơn vị cấu tạo của nhiều disaccharid và polysaccharid
14. D-Fructose Cetohexose C6H12O6 Khác glucose ở C1 và C2 (vị trí của nhóm carbonyl) CH2OH Là carbohydrat có vị ngọt nhất (thứ hai là sucrose) C O Tìm thấy trong nước quả và mật HO C H ong H C OH Sinh ra từ thủy phân sucrose H C OH Chuyển thành glucose trong cơ CH2OH thể D-Fructose
15. D-Galactose Aldohexose Khác D-glucose ở C4 CHO Không tìm thấy dạng tự do H C OH trong tự nhiên HO C H Sinh ra từ lactose, một HO C H disaccharid (trong sữa) H C OH CH2OH Vai trò quan trọng trong màng tế bào hệ thần kinh D-Galactose trung ương
16. Hãy ghi nhớ!
17. Ghi nhớ!
18. Hemiacetal hay hemicetal (bán acetal hay bán cetal) Hemiacetal là gì?Phản ứng giữa nhóm aldehyd hoặc ceton với alcol tạo bán acetal Hemiacetal được tạo thành như thế nào? O OH H+ CH3 C H + CH3OH CH3 C H OCH3 Nếu alcol và carbonyl trong nội phân tử liên kết với nhau sẽ H tạo thành cái gì? Bán acetal nội phân tử. H O O O O + H O C C = C HO H H H HOCH 2 HOCH H 2 H O CH2OH O O O + H O C C = C HO H H H
19. Cấu tạo vòng của monosaccarid Các monosaccarid có từ 5 C trở nên thường có cấu trúc vòng, thường tạo vòng 5- hoặc 6-cạnh Nhóm Hydroxyl ở C5 phản ứng với aldehyd hoặc ceton Công thức Haworth biểu diễn cấu trúc vòng ◼ Được biểu diễn từ công thức hình chiếu Fischer ◼ C1 ở phía bên tay phải ◼ Cấu trúc vòng của đồng phân dãy D có nhóm CH2OH cuối cùng ở phía trên mặt phẳng vòng(C6) ◼ Nhóm –OH ở bên trái trong công thức thẳng(C3) ở phía trên ◼ Nhóm –OH ở bên phải trong công thức thẳng (C2, C4) ở phía dưới
20. Pyranose 6 CH2OH Giống như nhân Pyran 5 O H H H 4 1 OH H O OH OH 3 2 H OH pyran
21. Đồng phân và  của D-Glucose
22. Cấu trúc vòng của Fructose Là cetohexose, fructose tạo cấu trúc vòng khi nhóm —OH ở C5 phản ứng với nhóm ceton ở C2 Tạo vòng 5 cạnh O furanose: giống nhân furan furan CH2OH CH OH OH C O CH2OH CH2OH 2 O O HO C H OH OH H C OH OH CH2OH OH OH H C OH CH2OH D-Fructose -D-Fructose -D-Fructose
23. Pyranose và Furanose
24. Sự chuyển dạng của monosaccharid Trong dung dịch, các dạng cấu trúc vòng và thẳng có thể chuyển đổi qua lại Sự chuyển đổi giữa 2 dạng đồng phân alpha và beta gọi là Mutarotation. Chỉ có một lượng rất nhỏ saccharid ở dạng mạch 1/3 2/3 thẳng
25. Tính ổn định của cấu trúc vòng Vòng Pyranose không phải ở dạng phẳng Cấu trúc dạng ghế là ổn định nhất HO OH H OH OH H O H O H HO H H HO OH H H OH OH OH H H
26. Test nhanh Viết cấu tạo vòng của -D-galactose: H O C H C OH HO C H HO C H H C OH CH2OH -D-galactose
27. Tính chất hóa học của monosaccarid Oxy hóa nhóm aldehyd của aldose ◼ Tạo acid aldonic Khử nhóm carbonyl của aldose hoặc cetose ◼ Alditol Phản ứng giữa nhóm –OH bán acetal với alcol tạo acetal hoặc cetal ◼ Glycosid
28. Oxy hóa Monosaccharid Aldose → acid aldonic
29. Đường khử (Reducing Sugar) Tất cả các monosacarid đều có tính khử (bị oxy hóa) Thử nghiệm Benedict ◼ Nhóm Carbonyl bị oxy hóa thành acid carboxylic ◼ Cu++ bị khử O H O OH C C H C OH H C OH HO C H 2+ H O C H + Cu + Cu2O(s) H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH D-Glucose D-Gluconic acid
30. Khử các monosaccharid Sự khử nhóm carbonyl sinh ra các polyalcol, hay các alditol D-Glucose bị khử thành D-glucitol (còn gọi là sorbitol)
31. Tính chất hóa học của monosaccarid Sự chuyển dạng lẫn nhau của monosaccarid: glucose, fructose và mannose có thể chuyển dạng lẫn nhau trong môi trường kiềm yếu Dẫn xuất este: các este phosphat đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa glucid.
32. Các Glycosid và liên kết glycosid Khi một monosaccharid dạng vòng phản ứng với một alcol: ◼ Tạo ra một glycosid (acetal) ◼ Liên kết được tạo thành là liên kết glycosid ( hoặc ) glycosidic bond CH2OH CH2OH O O OH O CH3 + HOCH3 OH OH + H2O OH OH OH OH -D-Glucose Methanol Methyl--D-glucoside
33. Disaccharid Là oligosaccharid Bao gồm 2 monosaccharid Disaccharid Monosaccharid H+ Maltose + H2O Glucose + Glucose Lactose + H2O Glucose + Galactose Sucrose + H2O Glucose + Fructose
34. Maltose Đường kẹo mạch nha Hai phân tử D- glucose liên kết với nhau bởi liên kết -1,4-glycosid Sinh ra từ thủy phân tinh bột Có tính khử
35. Tên gọi của Disaccharid Gọi tên đường thứ nhất ◼ Thêm furano hoặc pyrano Liên kết glycosid ở trong ngoặc đơn(# → #) Gọi tên đường thứ hai
36. Lactose và Sucrose Lactose ◼ Đường sữa ◼ Galactose và glucose ◼ Liên kết -1,4-glycosid ◼ Có tính khử Sucrose ◼ Đường ăn ◼ Glucose và fructose ◼ Liên kết ,-1,2- glycosid ◼ Không có tính khử
37. Độ ngọt của các chất có vị ngọt Đường và các chất ngọt nhân tạo khác nhau về độ ngọt Mỗi chất ngọt được so với sucrose, được quy ước giá trị là 100 Aspartame ◼ L aspartyl phenylananyl metyl este. ◼ Nguy hiểm với bệnh nhân phenylketonuric HO H2N O O O NH O
38. Polysaccharid Còn gọi là glycan Là carbohydrat phức tạp Các monosaccharid liên kết với nhau bởi liên kết glycosid Có thể mạch thẳng hoặc phân nhánh Polysaccharid thuần ◼ Do 1 loại monosaccharid tạo nên Polysaccharid tạp ◼ > 1 loại monosaccharid ◼ Các chuỗi lặp lại Cấu trúc được xác định bằng phương pháp thủy phân (glycosidase) và NMR
39. Polysaccharid 1. Thuần Cấu trúc: 6 CH2OH ◼ Cellulose 5 O H H H 4 1 ◼ Chitin OH H OH OH Dự trữ: 3 2 H OH ◼ Tinh bột (Amylose và Amylopectin) D-Glucose ◼ Glycogen 2. Tạp: Glycosaminoglycan
40. Cellulose Thành tế bào thực vật Polyme mạch thẳng Có thể tới 15000 gốc Glc Liên kết -1→4 glycosid Dạng sợi rất chắc Không tan trong nước Bị thủy phân bởi cellulase (chậm) ◼ Có ở động vật ăn cỏ, mối, nấm gỗ
41. Cấu trúc của Cellulose Các chuỗi thẳng song song Các liên kết H giữa các chuỗi
42. Chitin Tương tự cellulose, trừ –OH ở C2 được thay bởi acetamid ◼ Dẫn xuất osamin ◼ Polyme của N-acetyl-D-glucosamin Rất cứng Cấu tạo bộ xương của động vật chân đốt
43. Tinh bột Thành phần chính trong bữa ăn của người Nguồn cung cấp năng lượng chính trong nhiều loại thực phẩm Cấu tạo gồm amylose (15-25%) và amylopectin (75- 85%) Amylose ◼ Đơn vị cấu tạo là glucose ◼ Mạch thẳng do liên kết -1,4 glycosid ◼ Tạo xoắn trái Amylopectin ◼ Phân nhánh (~ 24- 30 gốc có một nhánh) ◼ Liên kết -1,4- tạo mạch thẳng và liên kết -1,6-glycosid ở chỗ phân nhánh
44. Glycogen Là dạng tinh bột động vật Cấu trúc tương tự amylopectin, nhưng phân nhánh nhiều hơn, nhánh ngắn hơn
45. Thủy phân polysaccharid Enzyme trong nước bọt và dạ dày (amylase, một glycosidase) có thể thủy phân liên kết -1,4 glycosid trong tinh bột, nhưng không thủy phân được liên kết -1,4 glycosid của cellulose
46. Glycosaminoglycan (polysacharid tạp) Tạo matrix giống như gel bao quanh collagen ở sụn, gân, xương Polysaccharid không phân nhánh Độ đàn hồi và độ quánh cao Xen kẽ acid uronic và hexosamine Thường chứa các nhóm sulfat
47. Glycosaminoglycan
48. Summary of Polysaccharides
49. Mục lục, phần 2 Các chất liên hợp glucid (Glycoconjugates) ◼ Glycolipid ◼ Glycoprotein Proteoglycan Peptidoglycan Xác định cấu trúc của carbohydrat
50. Các chất liên hợp glucid (Glycoconjugates) Liên kết đồng hóa trị giữa carbohydrat và các sinh phân tử Glycoprotein Glycolipid Chức năng của các oilgosaccharid: ◼ Cấu trúc Ưa nước (protein surface) Cấu hình hạn chế ◼ Tính phản ứng Kết gắn bề mặt và ảnh hưởng đến tính phản ứng ◼ Nhận biết bề mặt Đánh dấu các protein Giao tiếp giữa các tế bào
51. Glycolipid Lipid cấu trúc màng Đầu ưa nước là các oligosaccharid Các vị trí nhận biết
52. Glycoprotein Protein liên kết với carbohydrat Microheterogeneity ◼ Thành phần thay đổi ◼ Phần glucid có thể chiếm 1-70% hoặc hơn Nhiều chức năng khác nhau ◼ Cấu trúc, vận chuyển, enzym, receptor Chuỗi carbohydrat ◼ Thường ngắn (oligosaccharid) ◼ Có thể phân nhánh ◼ Được tổng hợp bằng các phản ứng enzym ◼ Liên kết đồng hóa trị với polypeptid
53. Proteoglycans Sự kết hợp của protein với glycosaminoglycan ở ngoài tế bào Lõi là protein Oligosaccharid tạo liên kết glycosid với O của Ser hay Thr
54. Proteoglycan Aggregates Bộ khung ◼ 4000-40000 Å ◼ Đơn phân tử hyalurnoat Các Protein ◼ Có thể tới 100 ◼ Many types Oligosaccharides ◼ N-linked ◼ O-linked ◼ Sulfonated Highly hydrated ◼ Anionic ◼ Extended structure High resilience
55. N- and O-linkages -glycosidic bond -glycosidic bond
56. Peptidoglycan Vách tế bào vi khuẩn Liên kết đồng hóa trị giữa polysaccharid và các chuỗi polypeptid D-acid amin chống lại tác dụng thủy phân của peptidase Lysozyme có thể thoái hóa vách tế bào Penicillin có thể ức chế tổng hợp