Tiểu luận Tổng quan về các loại monosaccharide

MỤC LỤC A/ Sơ lược về các loại monosaccharide Trang 1 B/ Các loại monosaccharide I/ Trioses 2 II/ Tetrose 3 III/ Pentoses 4 1. Ribose 6 2.Deoxyribose 7 3.Arabinose 7 4.Xylose 9 IV/Hexoses 9 1. Aldohexoses 9 1.1 Glucose 10 1.2 Galactose 11 1.3 Manose 13 2. Cetohexoses 13 Fructose 13 V/Heptoses 15 Tài liệu tham khảo 16 A/ SƠ LƯỢC VỀ MONOSACCARIT Monosaccharide là những Glucid đơn giản không thể thủy phân được. Tùy thuộc nhóm cacbonyl trong phân tử ở dưới dạng aldehyte hay ceton, các monosaccharide được chia thành aldose (chứa nhóm aldehyte), hay là cetose (chứa nhóm ceton). Tương ứng với số cacbon trong phân tử,các monosaccharide được gọi tên khác nhau, như triose(3C), tetrose(4C), pentose(5C), hexose(6C), heptose(7C)……  Khi nghiên cứu cấu tạo của monosaccharide, ta nhận thấy rằng trong phân tử của chúng có chứa một số cacbon bất đối,vì vậy mỗi monosaccharide có thể tồn tại dưới nhiều dạng đồng phân lập thể khác nhau. Một số đồng phân lập thể khác nhau của monosaccharide ví dụ: Triose(3C): Aldehyte glycerite &Dihidroxy aceton Tetrose(4C):Erythose,Threose Pentose(5C): ribose, arabinose, deoxyribose, xylose, lyxose, xylulose, ribulose, arabulose, lyxulose Hexose(6C): Allose, Altrose, Fructose, Galactose, Glucose, Gulose, Idose, Mannose, Sorbose, Talose, Tagatose Heptose(7C): Sedoheptulose,manoheptulose Ngoài ra , monosaccharide còn tồn tại ở dạng mạch vòng với hai dạng đồng phân alpha&beta. Kết quả tạo vòng 5 cạnh là vòng furanose, vòng 6 cạnh là pyranose. Dạng vòng của các aldose được gọi là dạng hemiacetal, là loại hợp chất tạo thành do phản ứng thuận nghịch giữa phân tử aldehide và phân tử rượu. Các hemiacetal bền vững hơn rất nhiều so với dạng mạch hở. Dạng vòng của các cetose được gọi là hemiketal. Trong dung dịch các monosaccharide thường tồn tại ở nhiều dạng cấu tạo khác nhau,chúng sẽ tự tạo một sự cân bằng giữa các dạng : dạng hở thường chỉ chiếm mộ tỷ lệ nhỏ . Sự chuyển hóa giữa dạng hở,dạng vòng tùy thuộc vào điều kiện môi trường và tác nhân phản ứng. B/ CÁC LOẠI MONOSACCHARIDE I/ TRIOSE Triose là 1 loại monosaccharide, phân tử chứa 3 nguyên tử cacbon.( trong phân tử chỉ có 1 cacbon bất đối). Chỉ có 2 loại triose là aldotriose (Glyceraldehyde) và cetotriose (Dihydroxyacetone). Chúng có thể được tạo ra bằng sự oxy hoá dễ dàng của phân tử glyxerin, ví dụ với hidro peoxit với xúc tác là muối sắt Triose có vai trò quan trọng trong sự hô hấp. Glyceraldehyde là 1 loại triose cacbonhydrate với công thức phân tử là C3H6O3. Nó là loại đơn giản nhất của tất cả các aldose Là 1 loại chất lỏng kết tinh không màu có vị ngọt. Từ Glyxeralđehyde được kết hợp từ glyxerin và aldehyde và đơn thuần nó là phân tử glyxerin với 1 nhóm –OH được thay thế bằng nhóm –CHO. Vì có 1 nguyên tử cacbon bất đối xứng nên Glyxeralđehyde tồn tại ở dạng D và dạng L. D-glyceraldehyde Dihidroxyacetone là 1 loại triose cacbonhydrate với công thức phân tử là C3H6O3. Nó là loại đơn giản nhất của tất cả các cetose.Vì không có nguyên tử cacbon bất đối nên nó là chất duy nhất không có hoạt động quang học. Nó cũng được tạo ra song song với Glyxeralđehyde bằng phản ứng oxy hoá. Dihidroacetone được sử dụng trong công nghiệp mỹ phẩm, chứa trong các sản phẩm bôi da. Dihidroxyacetone II/ TETROSE Tetrose là 1 loại monosaccharide với 4 nguyên tử cacbon trong phân tử . Nó cũng có 1 nhóm chức aldehyte ở vị trí thứ 1 (aldotetroses) hoặc 1 nhóm ceton ở vị trí thứ 2 (cetotetroses) Một phân tử tetrose có 2 nguyên tử cacbon bất đối xứng và vì vậy nên có thể có 4 đồng phân quang học. Dạng tự nhiên của aldotetroses được tìm thấy là: D-Erythrose D-Threose Dạng tự nhiên duy nhất của cetotetrose được tìm thấy là : D-Erythrulose III/ PENTOSES Pentose là 1 loại monosaccharide mà phân tử chứa 5 nguyên tử cacbon. Nếu nó chứa nhóm aldehyte ở vị trí 1 thì được gọi là aldopentoses còn nếu chứa nhóm ceton ở vị trí 2 thì gọi là nhóm cetopentoses. Các dường Pentose có 5 nguyên tử C và chúng thường tồn tại ở dạng vòng, rất phổ biến ở thực vật. Chúng ít ở trạng thái tự do mà tham gia trong thành phần của các polysaccarit bậc cao gọi chung là pentozan có trong bó mạch tế bào thực vật. Khi thủy phân pentozan bằng cách đun nóng trong môi trường acid sẽ thu được pentose. Một vài pentose có trong thành phần các mô và dịch nhầy của động vật, đặc biệt là trong các protein như nucleoprotein, glucoprotein… Khi đun nóng các aldopentose với acid, chúng sẽ loại nước và chuyển thành dẫn xuất aldehyte gọi là furfurol (p.ứ trong sách trang 141). Furfurol khi tác dụng với anilin và acid clohydric sẽ cho hợp chất có màu đỏ. Phản ứng này là cơ sổ để định lượng đường pentose. Ngoài ra, furfurol cũng được tạo thành khi nướng bánh do các đường pentose của bột bị loại nước.Ở nhiệt độ cao, Furfurol bay hơi và cho mùi thơm như mùi táo, vì vậy nó cũng tham gia vào việc tạo mùi thơm đặc trưng của bánh nướng. Phân tử aldopentose chứa 3 nguyên tử cacbon bất đối xứng và vì thế có thể tồn tại 8 đồng phân quang học. Sau đây là 4 loại aldopentoses: CH=O CH=O CH=O CH=O | | | | HC-OH HO-CH HC-OH HO-CH | | | | HC-OH HC-OH HO-C HO-CH | | | | HC-OH HC-OH HC-OH HC-OH | | | | CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH D-Ribose D-Arabinose D-Xylose D-Lyxose 1. Ribose là thành phần cấu tạo của ARN và có liên quan đến Deoxyribose của ADN. Thường tồn tại trong tự nhiên ở dạng D_ribose, trong thực vật D_ribose tồn tại ở dạng vòng furanose. Ribose là 1 loại đường quan trọng trong cơ thể sinh vật. Nó là thành phần của RNA được sử dụng trong quá trình sao chép gen và có liên quan đến Deoxyribose, có trong thành phần của AND. Nó cũng là thành phần của ATP, NADH và 1 số loại hoá chất khác có vai trò quyết định đối với quá trình trao đổi chất. Ribose là 1 loại đường quan trọng trong cơ thể sinh vật. Được tìm thấy trong tất cả các tế bào sống, phát hiện lần đầu tiên trong acid ribonucleic(ARN), được sử dụng trong quá trình sao chép gen và có liên quan đến Deoxyribose( có trong thành phần của AND), tham gia vào cơ chế sao chép di truyền học. Nó cũng là thành phần của ATP, NADH và 1 số loại hoá chất khác có vai trò quyết định đối với quá trình trao đổi chất. Những nghiên cứu gần đây cho thấy D_Ribose là 1 thành phần tự nhiên có đặc tính chống lại sự căng thẳng và lo lắng,kìm hãm những stress liên quan đến sự ăn uống,ngoài ra nó còn có đặc tính tiềm ẩn la øgiảm đau,xoa dịu thần kinh. D_Ribose thu được từ sự lên men xiro hạt ngô,lúa. Đồng phân quang học của D_Ribose là L_Ribose: D_Ribose L_Ribose L_Ribose khong có hoạt tính sinh học. Cấu trúc vòng của Ribose được gọi là furanose ở 2 dạng alpha va beta. Các bước tạo vòng hemiacetal của furanoza được hình thành như sau: + Điện tử oxi của nhóm _OH ở vị trí C4 sẽ gắn chặt với C1 + Điện tử H của nhóm _OH sẽ được chuyển đến oxi của nhóm cacbonyl tạo nên nhóm _OH. Trong vòng hemiacetal ,C1 được gọi là cacbon hemiacetal_nguyên tử duy nhất liên kết với 2 oxi. 2. Deoxyribose là 1 loại đường có 5 nguyên tử cacbon nhận được từ phân tử ribose khi thay thế nhóm –OH ở vị trí cacbon số 2 bằng nguyên tử hidro. Chức năng sinh học của Deoxyribose Những dẫn xuất của Ribose và Deoxyribose có chức năng quan trọng trong sinh học.Trong số đó là những dẫn xuất có gắn nhóm photphat vào vị trí thứ 3,5. Có 1 số dẫn xuất diphotphat cũng giữ vai trò quan trọng chứa đựng gốc đường ribose như là NAD và FAD. Những base nito như là purin hay là pirimidin khi kết hợp với gốc đường ribose sẽ tạo thành nucleozit. Gốc nucleozit này nếu kết hợp với gốc photphat ở vị trí cacbon số 5 của gốc đường sẽ tạo thành phân tử nucleotit. Một trong những bazo phổ biến là adenin, khi kết hợp với gốc đường ribose sẽ tạo thành adenozin. Một trong những dẫn xuất triphotphat của adenozin là ATP (adenozin triphotphat) là 1 chất cung cấp năng lượng quan trọng trong tế bào. ADN là 1 polyme sinh học, phân tử gồm các nucleotit liên kết với nhau.( Đã học ở lớp 12). ADN trong nhiễm sắc thể bao gồm 2 chuỗi xoắn kép dài liên kết với nhau bằng các liên kết hidro giữa các base nito. Do thiếu nhóm –OH ở vị trí cacbon thứ 2’ của gốc đường đã tạo nên sự mềm dẻo cho chuỗi xoắn kép , bao gồm cấu trúc xoắn cơ bản và cuộn đã giúp ADN có thể thích ứng với thể tích rất nhỏ của nhân tế bào. 3. ARABINOSE Thường gặp ở dạng L_Arabinose, có trong thành phần của các polysaccarit như hemixellulose, các chất nhầy , các pentozan. Nó không bị lên men bởi nấm men L_Arabinose 4. XYLOSE Xylose ít ở dạng tự do, thường có mặt trong hợp chất nhầy, chất gôm của thực vật. Xylose có trong thành phần của gỗ, rơm, cám. Khi thủy phân các nguyên liệu này này bằng acid sẽ thu dược D_Xylulose trong công nghiẹp.D_Xylose không bị lê men bởi nấm men,không bị đồng hóa bởi người và động vật. Xylose là 1 trong 8 loại đường dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người cùng với các đường khác như galactose, glucose, mannose, frucose, N_Acetylglucoamin và N_Acetylnuraminic(acid sialic) D_Xylose Cetopentose có 2 nguyên tử cacbon bất đối nên có 4 đồng phân quang học:Ribulose, Alabulose, Xylulose và Lyxulose. D_ribulose L_xilulose Trong các cetopentose trên, ta cần chú ý tới 2 loại quan trọng là D_ribulose và L_xilulose. Chúng thường gặp trong thực vật , vi sinh vật và cả ở mô động vật. Các este phot phat của D_Ribulose là chất nhận CO2 trong quá trình quang hợp. Cùng với este photphat của xilulose, chúng giữ vai trò quan trọng trong các quá trình chuyển hóa tương hổ giữa các monosaccharide khác nhau. Ribulose là 1 loại cetopentose chứa 5 nguyên tử cacbon và có 1 nhóm ceton, nó có công thức là C5H10O5. Có 2 đồng phân quang học là D-Ribulose và L-Ribulose. D-Ribulose là 1 chất trung gian trong quá trình tạo ra D-Arabitol. D-Ribulose IV/ HEXOSE(C6H12O6) Là nhóm monosaccharide phổ biến nhiều nhất trong thiên nhiên. Mạch hở nó thường tồn tại ở dạng D, dạng vòng thường xuất hiện ở dạng pyranose (vòng 6 cạnh), furanose rất ít gặp (vòng 5 cạnh), ngoại trừ fructose thường gặp ở dạng furanose. 1. Aldohexose: Các aldohexose có 4 C bất đối trong phân tử, nên có khoảng 16 đồng phân lập thể khác nhau. Một số aldohexose được biết đến như:glucose, mannose, galactose, allose, altrose, talose, gulose và idose. CH=O CH=O CH=O CH=O | | | | HC-OH HO-CH HC-OH HC-OH | | | | HO-CH HO-CH HO-CH HC-OH | | | | HC-OH HC-OH HO-CH HC-OH | | | | HC-OH HC-OH HC-OH HC-OH | | | | CH2-OH CH2-OH CH2-OH CH2-OH D-Glucose D-Mannose D-Galactose D-Allose CH=O CH=O CH=O CH=O | | | | HO-CH HO-CH HC-OH HO-CH | | | | HC-OH HO-CH HC-OH HC-OH | | | | HC-OH HO-CH HO-CH HO-CH | | | | HC-OH HC-OH HC-OH HC-OH | | | | CH2-OH CH2-OH CH2-OH CH2-OH D-Altrose D-Talose D-Gulose D-Idose Chỉ có 3 dạng đồng phân xuất hiện trong tự nhiên :D_Glucose, D_Galactose và D_Manose. Trong tự nhiên chỉ xuất hiện các hexose có khả năng được lên men bởi bột nở. 1.1 GLUCOSE Các dạng cấu tạo của Glucose: Alpha D_Glucose D-Glucose Glucose là những tinh thể không màu,có vị ngọt,tan nhiều trong nước, ít tan trong rượu, tnc= 146 o C. Glucose là đường tiêu biểu nhất.Trong tự nhiên được tìm thấy ở dạng tự do có trong các loại hoa quả, đặc biệt có nhiều trong nho chính nên còn được gọi là đường nho.Glucose phổ biến ở cả động vật và thực vật, là thành phần của nhiều oligo và polysaccharide quan trọng như: maltose, saccarose, tinh bột và xelulose. Trong cơ thể người và động vật, Glucose là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng,trong máu, glucose là 1 thành phần cố định. Khi Glucose đi vào cơ thể, nó được dự trữ trong gan dưới dạng glucogan, nếu dư thừa nó sẽ được chuyển hóa thành lớp mỡ dưới da nhờ có hoocmon insulin. Khi cơ thể hoạt động , nó sẽ chuyển hóa lại thành Glucose, thông qua 1 chuỗi các phản ứng xúc tác enzim, Glucose được oxi hoá thành CO2, hơi nước , và năng lượng dưới dạng ATP. C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + năng lượng Dung dịch Glucose làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực sang phải 1 góc +52o7’ nên còn được gọi là dextrose. Cấu hình D/L của Glucose dựa vào sự định hướng của nhónm Hydroxyl ở vị trí C5 (-OH bên phải là D,bên trái là L). Trong tự nhiên, Glucose thường tồn tại ở dạng D.D_Glucose kết tinh thông thường là dạng alpha_pyranose ngậm 1 phân tử nước. D_Glucose được sử dụng dưới dạng dung dịch(xiro 32_40%) hoặc ở dạng kết tinh. Vì các nguyên tử có thể quay quanh các mối liên kết đơn nên C1 có thể tiến gần đến C5, khi đó sẽ xảy ra tương tác giữa nhóm cacbonyl (C=O) và hydroxyl(_OH) tạo thành cầu oxi và khép kín vòng. Các đỉnh là 5 nguyên tử C và 1 nguyên tử O, tạo thành vòng Pyranose. Đây là dạng vòng thường thấy của Glucose, tồn tại ở 2 dạng: alpha(với góc quay mặt phẳng phân cực là +110,1o), beta(góc quay = +19,3o). Dưới tác dụng của các enzym, đường Glucose dễ bị phân tích thành các sản phẩm khác như rượu etylic, acid lactic, acid butyric, acid limonic. Glucose là 1 trong những sản phẩm chính của quá trình quang hợp của cây xanh dưới tác dụng của bức xạ mặt trời với chất xúc tác chlorophyl, tạo thành Glucose và các glucid khác. 6CO2 + 6H2O C6H16O6 +6O2 Trong công nghiệp Glucose được điều chế bằng cách thủy phân các polysaccarit trong thiên nhiên như tinh bột, saccarose, xenlulose dứoi tác dụng của acid vô cơ hay enzym. Glucose được hấp thu dễ dàng, nó được dùng làm thức ăn có giá trị dinh dưỡng cao.Glucose còn được dùng trong y học như huyết thanh Glucose được tiêm cho người bệnh khi lượng Glucose trong máu không ổn định. Glucose còn được dùng để tổng hợp vitaminC. Đa số các động vật, trừ chuột bạch, khỉ và người, đều có khả năng tổng hơp vitamin C từ Glucose. 1.2 GALACTOSE Cấu tạo của Galactose D_Galactose α_D galactose Trong tự nhiên thường tồn tại ở dạng D_Galactose.Có trong thành phần của đường sữa lactose(Glucose+ Galactose), trong củ cải đường và các chất nhầy, chất gôm của thực vật. tnc là 160oC, khó lên men hơn Glucose và mannose. Galactose chỉ bị lên men bởi các nấm men riêng biệt. D_Galactose là đơn vị cấu tạo nên melibiose, aga_aga, dẫn xuất của D_Galactose là acid Galacturonic là thành phần của pectin. Trong mô thần kinh, Galactose tồn tại dưới dạng phức chất cerebroside. Galactose cũng được tổng hợp từ cơ thể, là thành phần của glycolipid và glycoprotein. Trong 1 số mô nó có chứa năng lượng dinh dưỡng nên được xem là 1 chất ngọt dinh dưỡng. Galactose kém ngọt hơn glucose và không tan trong nước. Galactose cùng với Glucose là thành phần của disaccarite lactose. Sự thuỷ phân Lactose để tạo Glucose và Galactose được xúc tác bởi enzym b_Galactosidase. Trong 2 cuộc nghiên cứu gần đây đã đưa ra giả thuyết có thể có sự liên hệ giữa galactose và bệnh ung thư buồng trứng, nhưng những nghiên cứu khác đã thất bại trong việc đưa ra những bằng chứng cho sự liên hệ này. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC DẪN XUẤT GALACTOSE : Sự thiếu hụt galactokinase gây ra bệnh đục thuỷ tinh thể. Nếu có 1 chế độ ăn uống galactose tự do kịp thời thì bệnh đục thuỷ tinh thể sẽ bị đẩy lùi mà không có biến chứng nào có thể xảy ra. Sự thiếu hụt UDP galactose 4_epimera rất hiếm , nó gây ra tật điếc. MANNOSE Cấu tạo mạch hở và vòng của mannose CH=O | HO-CH | HO-CH | HC-OH | HC-OH | CH2-OH Beta -D_mannose D-Mannose D_Mannose có trong vỏ cam,1 số rong biển và nấm.tnc=132oC Có trong thành phần của nhiều loại polysaccarit khác nhau như hemixellulose,chất nhầy.Khi thủy phân các polysaccarit này sẽ thu được mannose, ngoài ra khi oxy hóa mannitol cũng có thể thu được mannose Mannose dễ dàng bị lên men bởi nấm men. 2. Cetohexose: Có 3C đối xứng trong phân tử, do đó có 8 dồng phân lập thể khác nhau Các cetohexose là:fructose, psicose, sorbose, tagatose FRUCTOSE Frucotose là 1 loại đường đơn có dưới dạng tự do trong nhiều loại thức ăn như mật ong, trái cây, quả mọng, dưa và 1 vài loại rau củ khác như : củ cải đường, cà chua, củ cải vàng, hành củ…Là 1 trong 3 loại đường quan trong trong máu bên cạnh glucose và galactose. Fructose là loại đường có độ ngọt cao nhất trong các loại đường,do đó nó làm cho mật ong có vị ngọt mạnh.Nó làm quay mặt phẳng của ánh sáng phân cực sang trái nên còn gọi là levulose. tnc=102-104oC. D_Fructose là thành phần của disaccarit saccarose và của các polyfructozit thường gặp trong thực vật,ví dụ như innulin của củ cây thược dược, củ cải đắng… Fructose thường tồn tại dưới dạng furanose, dễ dàng bị lên men bởi nấm men.Khi kết tinh trong dung dịch nước, Fructose có hình kim, tinh thể của nó ngậm 1 phân tử nước:2C6H12O6.H2O Trong cơ thể động vật fructose được sinh ra do sự thủy phân saccarose hoặc do sự chuyển hóacủa Glucose thành fructose trong quá trình trao đổi chất. Những người bị bệnh tiểu đường hoặc giảm đường huyết thường được khuyên nên sử dụng fructose. Frutose có cùng công thức phân tử với glucose nhưng có cấu trúc khác. Mặc dù có 6 nguyên tử cacbon nhưng fructose thường tồn tại ở dạng vòng 5 cạnh .Vị trí nhóm –OH thứ nhất thì đối nghịch với nhóm thứ 2 và thứ 3. D-Fructose Đây là 4 dạng đồng phân của D-Fructose: alpha-D-Fructose alpha-L-Fructose β-D-Fructose beta-L-Fructose TÁC ĐỘNG CỦA FRUCTOSE ĐỐI VỚI SỨC KHỎE: Fructose độc lập với Glucose theo dòng máu qua GLUT-5 và GLUT-2. Sự hấp thụ Fructose không có Glucose rất ít, và fructose thừa được chuyển đến phần ruột dưới, nơi nó cung cấp dinh dưỡng cho những vi khuẩn sản xuất ra khí. Nó có thể cản trở nước trong ruột, và gây nên sưng phù ruột, tiêu chảy và thậm chí có thể nặng hơn phụ thuộc vào lượng thức ăn và các nhân tố khác. Fructose có liên quan đến sự béo phì, đưa lượng cholesterol và glyxerit lên cao nên đã dẫn đến căn bệnh này. V/ HEPTOSE Là loại monosaccarit với 7 nguyên tử cacbon .Công thức phân tử là C7H14O7. Có 1 nhóm aldehyte ở vị trí 1( aldoheptose) hoặc 1 nhóm xetone ở vị trí 2 (xetoheptose). Heptose có rất hiếm trong tự nhiên, 1 loại heptose được biết đến là sedoheptulose CH2-OH | C=O | HO-CH | HC-OH | HC-OH | HC-OH | CH2-OH D-Sedoheptulose Tài liệu tham khảo Lê Ngọc Tú và các tác giả khác, Hóa sinh công nghiệp, NXB KH&KT, Hà Nội, 1997. Nguyễn Phước Thuận, GT sinh hóa học, phẫn tĩnh, Đại Học Nông Lâm, TPHCM, 1998. Femmema O.R., Food Chemistry, Marcel Dekkẻ, Inc, Newyork, 1996. Tham khảo thêm trên một số trang Web khác .