Trao đổi cacbohydrat

CHƯƠNG 4

CARBOHYDRATE VÀ SỰ TRAO ĐỔI

CARBOHYDRATE TRONG CƠ THỂ THỰC

VẬT

4.1 Cấu tạo, tính chất và vai trò của carbohydrate

Carbohydrate là nhóm chất hữu cơ phổ biến khá rộng rãi trong cơ

thể sinh vật. Nhìn chung hàm lượng carbohydrate ở thực vật cao hơn ở

động vật. Ở thực vật carbohydrate tập trung chủ yếu ở thành tế bào, mô

nâng đỡ và mô dự trữ. Tuy nhiên hàm lượng carbohydrate thay đổi tuỳ

theo loài, giai đoạn sinh trưởng, phát triển. Trong cơ thể người và động vật

carbohydrate tập trung chủ yếu trong gan.

Thực vật xanh có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng

hợp carbohydrate từ CO2 và H2O. Carbohydrate thực vật là nguồn dinh

dưỡng quan trọng của người và động vật.

Trong cơ thể sống carbohydrate giữ nhiều vai trò quan trọng như:

- Cung cấp năng lượng cho cơ thể, carbohydrate đảm bảo khoảng

60% năng lượng cho các quá trình sống.

- Có vai trò cấu trúc, tạo hình (ví dụ: cellulose, peptidglican...)

- Có vai trò bảo vệ (mucopolysaccharide)

- Góp phần bảo đảm tương tác đặc hiệu của tế bào (polysaccharide

trên màng tế bào hồng cầu, thành tế bào một số vi sinh vật).

Dựa vào cấu tạo, tính chất carbohydrate được chia làm hai nhóm

lớn: monosaccharide và polysaccharide.

4.2 Các monosaccharide

Monosaccharide là các aldehyd hoặc ketone có chứa một hoặc nhiều

nhóm hydroxyl. Số lượng carbon trong phân tử monosaccharide ít nhất là

3, đó là glyceraldehyd và dihydroxyacetone. Chúng có công thức như sau:

56

L-glyceraldehyd D-glyceraldehyd

CH2OH

|

C = O

|

CH2OH

Dihydroxyaketone

Glyceraldehyd có chứa 1 cacbon bất đối (C*), có hai đồng phân D

và L, còn dihydroxyaketone không chứa carbon bất đối. Số đồng phân lập

thể của monosaccharide tính theo công thức X = 2n

(n là số C* trong phân

tử).

Nếu số cacbon trong phân tử monosaccharide là 4, 5, 6 hoặc 7 chúng có

tên gọi tương ứng là tetrose, pentose, hexose và heptose. Công thức cấu

tạo của một số monosaccharide thường gặp được trình bày ở dưới đây:

CHO

|

HCOH

|

HCOH

|

CH2OH

D-Erythrose

CHO

|

HCOH

|

HCOH

|

HCOH

|

CH2OH

D-Ribose

CH2OH

|

C = O

|

HC-OH

|

HCOH

|

CH2OH

D-Ribulose

CH2OH

|

C = O

|

HO-CH

|

HCOH

|

CH2OH

D-Xilulose

CHO

|

HCOH

|

HOCH

|

HCOH

|

HCOH

CH2OH

|

C = O

|

HO-CH

|

HCOH

|

HCOH

CH2OH

|

C = O

|

HO-CH

|

HCOH

|

HCOH

57

|

CH2OH

D-Glucose

|

CH2OH

D-Fructose

|

HCOH

|

CH2OH

D-Sedoheptulose

Khi đánh số thứ tự các nguyên tử carbon trong phân tử

monosaccharide, bắt đầu từ carbon của nhóm carbonyl của aldose, hoặc

carbon ở đầu gần nhóm carbonyl của các ketose.

Căn cứ vào vị trí của H và OH ở carbon bất đối mang số thứ tự lớn

nhất (carbon bất đối ở xa nhóm carbonyl) giống với D hoặc L￾glyceraldehyd để xếp monosaccharide đó vào dạng D hoặc L. Các

monosaccharide có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực về

bên phải (ký hiệu dấu +) hoặc bên trái (ký hiệu dấu -).

Trong hoá sinh học đường 6C và 5C có ý nghĩa lớn. Một số đường

ví dụ 1,6 fructosediphosphate và đường ribose đã được nêu ở trên. Hexose

và pentose có thể tồn tại ở dạng thẳng hoặc vòng. Theo đề nghị của

Harworth phân tử đường được viết ở dạng vòng. Ở đây người ta tưởng

tượng một mặt phẳng nằm ngang có 6 hoặc 5 góc, ở những góc của nó sắp

xếp ở phía trên hoặc phía dưới những chuỗi bên vuông góc với mặt phẳng.

Ở dạng vòng xuất hiện một nhóm hydroxyl glycoside, nhóm này có khả

năng phản ứng cao, dễ dàng tạo liên kết glycoside và có tính khử.

58

.

Nhóm hydroxyl glycoside là đặc trưng của đường khử, nhóm này có

thể ở phía dưới hoặc phía trên mặt bằng phân tử. Nếu nó nằm phía dưới thì

người ta gọi là dạng α, ví dụ α-glucose, nếu ở phía trên thì được gọi là

dạng β. Glucose tồn tại chủ yếu ở dạng 6 cạnh (pyranose), fructose và

pentose ở dạng vòng 5 cạnh (furanose).

Một liên kết glycoside xuất hiện khi ở một phân tử nguyên tử H

được thay thế bằng một gốc đường (glycosyl), ví dụ ở adenine được thay

thế bởi 1 ribosyl (gốc đường của ribose).

59

Hình 4.1 Tổng hợp hexosephosphate từ triosephosphate

Trong trường hợp này nguyên tử N nối với 2 thành phần, vì vậy người

ta gọi N-glycoside. Tương tự như vậy S-glycoside và O-glycoside cũng

được tạo nên. Trong trường hợp thứ nhất nguyên tử H của một nhóm SH,

60

trong trường hợp thứ hai nguyên tử H của một nhóm OH được thay thế

bởi một gốc glycosyl.

Tính chất chung của các monosaccharide

Các monosaccharide là những chất không màu, phần lớn có vị ngọt.

Chúng hoà tan tốt trong nước, không tan trong dung môi hữu cơ không

phân cực, tan trong dung dịch ethanol 80%.

Tính chất lý học đặc trưng của monosaccharide là tính hoạt quang

của chúng, nghĩa là có khả năng làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân

cực sang phải hoặc sang trái. Có thể đo được góc quay này bằng máy phân

cực kế.

Hoá tính quan trọng của monosaccharide là những tính chất của

nhóm chức aldehyd hoặc ketone, điển hình là tính khử.

a) Tuỳ điều kiện oxy hoá monosaccharide bị oxy hoá thành các acid

khác nhau

- Khi oxy hoá nhẹ bằng dung dịch clo, brom, iod trong môi trường

kiềm, hoặc dung dịch kiềm của các ion kim loại, nhóm chức

aldehyd của monosaccharide bị oxy hoá. Ion kim loại bị khử thành

dạng có hoá trị thấp hơn hoặc đến kim loại tự do (vi dụ Cu2+

→Cu+1, Ag+ →Ag0

).

CHO COOH

| |

HCOH HCOH

| |

HOCH Oxy hoá nhẹ HOCH

| |

HCOH HCOH

| |

HCOH HCOH

| |

CH2OH CH2OH

D-glucose D-gluconic acid

- Khi chất oxy hoá là HNO3 đặc, cả hai nhóm aldehyd và alcohol

bậc 1 của monosaccharide đều bị oxy hoá tạo thành acid chứa 2

nhóm carboxyl gọi là saccharic acid:

61