Bài giảng Hoá sinh đại cương - Chương 1: Glucid

ThS Đinh Ngọc Loan Đại Học Nông Lâm TP HCM Tháng 12/2008 HÓA SINH ĐẠI CƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Chương 1 : Glucid Chương 2 : Lipid Chương 3 : Protein Chương 4 : Enzym Chương 5 : Vitamine Chương 6 : Nucleic acid Chương 7 :HORMON Chương 8: Trao đổi chất và trao đổi năng lượng Tiêu chuẩn đánh giá : kiểm tra giữa hk : 20%, thi cuối khóa 80% Tài liệu học tập Bài giãng Hóa sinh Đại cương . Đinh ngọc Loan (2009). Giáo trình sinh hóa học . Nguyễn Phước Nhuận & ctv (2003). Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP HCM Hóa sinh học đại cương . Trần Kim Quy - Trần lê Quang - Tân Hoàng (2003) Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP HCM Giới thiệu chung về môn học Hóa sinh hay sinh hóa là môn khoa học nghiên cứu đến những cấu trúc và quá trình chuyển hóa của sinh chất diễn ra trong cơ thể sinh vật . Đây là một bộ môn giao thoa giữa hoá học và sinh học , Lĩnh vực nghiên cứu của ngành sinh hóa có một số phần trùng với bộ môn tế bào học , sinh học phân tử hay di truyền học . Giới thiệu chung về môn học Hóa sinh học được chia 2 thể loại : hóa sinh tĩnh và hóa sinh động . Hóa sinh tĩnh nghiên cứu về cấu tạo , tính chất thành phần của các hợp chất sinh học như glucid , protid , lipid, vitamin, enzym , nucleic acid, Hóa sinh động bàn về sự chuyển hóa cũng như chức năng của các hợp chất sinh học . Giới thiệu chung về môn học Sinh hóa là một môn học cơ bản trong nhiều ngành khoa học như y dược , nông lâm ngư , công nghệ sinh học , công nghệ hóa học , công nghệ thực phẩm CHƯƠNG 1 GLUCID 1.ĐẠI CƯƠNG VỀ GLUCID Glucid là chất hửu cơ phổ biến ở động vật , thực vật và vi sinh vật . Ở thực vật tỉ lệ glucid khá cao (80% - 90% trọng lượng khô ) Ở động vật tỉ lệ này thấp hơn hẳn không quá 2% Trong cơ thể thực vật glucid tồn tại ở dạng dự trử ( tinh bột ) hoặc mô nâng đở (cellulose). 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ GLUCID Ở thực vật glucid được tổng hợp từ CO 2 , nước và năng lượng của ánh sáng mặt trời ( hiện tượng quang hợp ). Ở người và đông vật không có khả năng quang hợp nên phải sử dụng nguồn glucid từ thực vật . Các nguyên tố cấu tạo nên glucid là C, H, O . Công thức cấu tạo chung của glucid là C m H 2n O n  glucid còn được gọi là hydrat carbon 2.VAI TRÒ CỦA GLUCID - Vai trò chính của Glucid là cung cấp năng lượng cho cơ thể Khi nhu cầu năng lượng tăng cao , mà dự trữ Glucid của cơ thể và từ khẩu phần ăn không đủ , cơ thể sẽ tạo glucid từ chất béo . Khả năng tích trữ glucid có hạn nên lượng thừa glucid sẽ chuyển thành lipid và tích trữ ở mô mỡ . 2.VAI TRÒ CỦA GLUCID   Chu yển hoá glucid liên quan chặt chẽ đến chuyển hoá chất đạm và chất béo : - Cung cấp đủ glucid   theo nhu cầu sẽ làm giảm phân hủy protein đến mức tối thiểu . - Khi lao động nặng , nếu không đủ năng lượng từ glucid sẽ làm tăng phân hủy chất đạm . 3.NGUỒN GỐC GLUCID Chất bột đường có trong rất nhiều các loại thực phẩm , chủ yếu là từ ngũ cốc , gạo , lúa mì , củ , quả các loại và sữa ... 4.NHU CẦU GLUCID Nhu cầu Glucid phụ thuộc vào tiêu hao năng lượng : -     Người lao động thể lực nhiều , nhu cầu cao và ngược lại .- Người đứng tuổi và người già nhu cầu thấp hơn .-     Nhu cầu về Glucid tối thiểu không dưới 60% tổng số năng lượng khẩu phần và phải cân đối với Protein và Lipid. Ở Việt nam hiện khuyến nghị khẩu phần ăn có Protein- Lipit-Glucid là 14-20-66%. 4.PHÂN LOẠI GLUCID a) Theo tính chất :   - Glucid tinh chế : Đây là các glucid đã được tinh chế và loại bỏ tối đa các chất thô kèm theo . Tỉ lệ các glucid tinh chế trong thực phẩm càng cao , thực phẩm   càng dễ tiêu hóa và nhanh chóng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho cơ thể . Glucid tinh chế cao có trong sản phẩm đường , bánh kẹo ... 5.PHÂN LOẠI GLUCID -  Glucid bảo vệ : Thuộc nhóm này là các glucid thực vật dưới dạng tinh bột có kèm theo lượng cellulo không ít hơn 0.4%, ví dụ như khoai tây , ngũ cốc nguyên hạt . Nhóm Glucid này chậm tiêu và rất ít được sử dụng để tạo mỡ . Sử dụng Glucid nhóm này tránh được các hậu quả như béo phì , tăng cholesterol trong máu , xơ vữa động mạch ...  5.PHÂN LOẠI GLUCID b) Theo cấu trúc hóa học :  - Đường đơn ( Monosaccharid ): đường có 6 carbon phổ biến như đường Glucose, đường Fructose, Galactose ... - Đường kép ( Disaccharid ): phổ biến như sucro , lacto, manto ... - Đường đa(Polysaccharid ): tinh bột , glycogen và cellulose...  Ñònh nghóa : - Daãn xuaát aldehyd hay ceton cuûa röôïu ña Phaân loaïi Phân loại theo nhóm định chức : aldose , cetose Phân loại theo số nguyên tử Carbon 5.1 MONOSACCHARID Caùc daïng caáu taïo monosaccharid Caáu taïo daïng thaúng Daïng D ; daïng L Chaát höõu trieàn (+) Chaát taû trieàn (-) Caáu taïo daïng voøng Lieân keát Hemiacetal taïo daïng voøng Daïng voøng pyran Daïng voøng furan Daïng  – Daïng  Caùc daïng caáu taïo monosaccharid Tính chaát monosaccharid Taùc duïng chaát oxyd hoùa Tính chaát monosaccharid Taùc duïng chaát khöû Tạo chức ester Tính chaát monosaccharid Taïo thaønh Glycosid Caùc monosaccharid phoå bieán Caùc triose ( đường 3) Caùc tetrose ( đường 4) Đường pentose ( đường 5) hexose Fructose Fructose nguyên ngữ từ fructus là trái cây và - ose là đường . Vì thế fructose được gọi là đường quả . Nhưng trong trái cây không những chỉ chứa đường fructose, mà còn có một số sinh tố , khoáng chất , chất xơ và đường khác nữa , nhất là glucose với tỷ lệ khác nhau , cả hai đều là đường hấp thu nhanh . Fructose Cơ chế chuyên chở fructose là cơ chế chuyển vận tích cực (active transport) Fructose đi vào tế bào thành ruột và ra khỏi tế bào để vào máu đều phải nhờ những protein chuyên chở Đường fructose có thể tự vào các tế bào để tạo ra năng lượng mà không cần insulin như glucose. Fructose Fructose thường dùng làm chất điều vị ( tạo vị ngọt ) gọi là HFCS (high fructose corn syrup) HFCS hay xi- rô đường bắp có lượng fructose cao ( thường chứa 55% fructose và 45% glucose). Fructose HFCS là chất tạo vị ngọt được ưa chuộng trong lỉnh vực thực phẩm Ưu điểm Giá rẻ Có thể phối trộn dễ dàng vào các thức uống như nước ngọt vô chai hay đóng lon , gọi chung là nước ngọt hay thức uống không có cồn (“soft drink”) Fructose Chuyễn hóa của fructose trong quá trình biến dưỡng . fructose, glucose và sucrose ( đường mía ) có thể biến thành triglycerid , một dạng chất béo dự trữ của cơ thể . Tuy nhiên , một khi bắt đầu tiến trình tạo chất béo do fructose, thì khó làm chậm lại tiến trình này ( Elizabeth Parks và thành viên Đại học Texas) Sự tăng chất béo khi dùng fructose Tỷ lệ Glucose/fructose Glucose 100% Glucose 50%, Fructose 50% Glucose 25%, Fructose 75% Tăng mở 7,8 15,9 16,9 Tăng triglycerid 1 11 29 5.2 OLIGOSACCHARID Disaccharic khöû Maltose : Glucose + Glucose (1,4 α glucosido α glycosid ) Disaccharic khöû Cellobiose (1,4  glucosido  glucosid ) Disaccharic khöû Lactose (1, 4  galactosido  glucosid ) Disaccharid khoâng khöû : Saccharose α glucose + β fructose saccharose Liên kết β glycosid 1-2 Tính chất : không có tính khử Tên gọi của Saccharose Sucroza còn được gọi với nhiều tên như : Đường kính ( đường có độ tinh khiết cao ), Đường ăn , đường cát , đường trắng Đường nâu ( đường có lẫn tạp chất màu ) Đường mía ( đường trong thân cây mía ) Đường phèn ( đường ở dạng kết tinh ) Đường củ cải ( đường trong củ cải đường ) Đường thốt nốt ( đường trong cây thốt nốt ) Tri & Tetra saccharide 5.3 POLYSACCHARID Polysaccharid đồng thể Tinh bột , glycogen, cellulose. dextran . Polysaccharid dị thể Hemicellulose , pectin, agar Tinh boät : Amidon Tinh bột là một cacbohiđrat cao phân tử bao gồm các đơn vị D- glucozơ nối với nhau bởi liên kết α-glucozit . Công thức phân tử gần đúng là (C 6 H 10 O 5 )n trong đó n có giá trị từ vài trăm đến khoảng mười nghìn . Tinh bột có dạng hạt màu trắng tạo bởi hai loại polime là amilose và amilopectin . Bảng 1.1 . Đặc điểm của một số hệ thống tinh bột Nguồn Kích thước hạt , nm Hình dáng Hàm lượng amiloza , % Nhiệt độ hồ hoá , ( 0 C) Hạt ngô 10-30 Đa giác hoặc tròn 25 67-75 Lúa mì 5-50 Tròn 20 56-80 Lúa mạch đen 5-50 Tròn dài 46-62 Đại mạch 5-40 Bầu dục 68-90 Yến mạch 5-12 Đa giác 55-85 Lúa 2-10 Đa giác 13-35 70-80 Đậu đỗ 30-50 Tròn 46-54 60-71 Kiều mạch 5-15 Tròn dẹp Chuối 5-60 Tròn 17 Khoai tây 1-120 Bầu dục 23 56-69 Khoai lang 5-50 Bầu dục 20 52-64 Sắn 5-35 Tròn Dong riềng 10-130 Bầu dục 38-41 Daây thaúng – tan trong nöôùc Lieân keát : 1, 4  glycosid Amilose + Iod  Xanh tím Amilose : (  D- glucose)n Amilopectin ( - glucose)n Daây thaúng – phaân nhaùnh , taïo hoà khi ñun noùng Lieân keát  glycosid 1–4 & 1–6 Caáu taïo Amilopectin + Iod  Tím ñoû Úng dụng mới của tinh bột acid polylactic (PLA), một loại polymer có nguồn gốc sinh học và có vai trò then chốt trong việc sản xuất nhựa bằng các nguồn có thể tái tạo . Nguyên liệu sản xuất PLA là bột bắp hoặc bột lúa mì . PLA dùng chế biến các loại bao bì phân bón , thực phẩm , chén dĩa dùng một lần PLA dễ phân hủy và tái tạo lại dễ dàng . PLA được sản xuất thông qua 2 công đoạn lên men và polymer hóa vốn phức tạp và đắc tiền . Giờ đây thông qua nguồn vi khuẩn E- Coli biến đổi gen , nhóm nghiên cứu Hàn quốc đã tạo ra PLA và các chất đồng dạng với nó bằng công nghệ lên men trực tiếp . PLA là sự lựa chọn thích hợp thay cho nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ vì nó có thể phân hủy , vứa it độc tính với con người . Glycogen  Là tinh bột động vật , chủ yếu hiện diện trong gan  Trọng lượng phân tử : 400.000 - 4.000.000 Cấu tạo bởi 2.400-24.000 đơn vị glucose Liên kết hoá học chính : liên kết α glycosid 1,4 và liên kết α glycosid 1,6 Có nhiều mạch nhánh hơn amilopectin Cellulose  ( Cellobiose)n  Coù trong boâng vaûi – daïng sôïi tinh khieát (95%)  Thöôøng lieân keát vôùi : lignin, hemicellulose , pectin  Lieân keát chính  glycosid 1 – 4  Tan trong dung dòch amoniac cuûa hydroxy ñoàng Cấu tạo của cellulose Cấu tạo của lignin Cấu trúc của gỗ ( structure of lignocellulosic biomass) Crystalline cellulose ~ 44% Hemicellulosic polysaccharides ~30% Lignin ~ 26% Dextran Hợp chất pectin: Acid pectic , Acid pectinic Acid pectic : Polygalacturonic acid Acid pectinic : Polygalacturonic acid có nhóm carboxyl bị methyl hoá Moâ hình caáu truùc pectin trong thaønh teá baøo thöïc vaät AgarChitin