Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC Bài 1: HÓA HỌC GLUCID Bài 2: HÓA HỌC PROTID Bài 3: HÓA HỌC LIPID Bài 4: HÓA HỌC HEMOGLOBIN Bài 5: HÓA HỌC NUCLEOTIDE VÀ ACID NUCLEIC Bài 6: ĐẠI CƯƠNG VỀ XÚC TÁC SINH HỌC Bài 7: CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Bài 8: CHUYỂN HÓA GLUCID Bài 9: CHUYỂN HÓA PROTID Bài 10: CHUYỂN HÓA LIPID Bài 11: CHUYỂN HÓA HEMOGLOBIN Bài 12: CHUYỂN HÓA ACID NUCLEIC Bài 13: QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI DNA VÀ SAO MÃ RNA Bài 13: SỰ NHÂN ĐÔI DNA VÀ SAO MÃ RNA (Bài giảng) Bài 14: SINH TỔNG HỢP PROTEIN Bài 15: ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN Bài 1: HÓA HỌC GLUCID I. ĐẠI CƯƠNG 1.1. Định nghĩa: Là những chất hữu cơ có bản chất là monosaccharide (MS) hay khi thủy phân cho ra MS vàhoặc dẫn xuất của MS. 1.2. Vai trò: Quan trọng trong cấu tạo và chuyển hóa: Thực vật (TV) Động vật (ĐV) + Chiếm 80 90% trọng lượng khô. + Dự trữ ở dạng tinh bột. + Sử dụng để tổng hợp cellulose. + Chiếm khoảng 2% trọng lượng khô. + Phần lớn nguồn glucid sử dụng từ TV. + Còn lại từ glycerol (lipid) và acid amin. Glucose là glucid quan trọng nhất vì: + Phần lớn carbohydrate được hấp thu vào máu ĐV là glucose. + Các đường khác khi đến gan sẽ được chuyển thành glucose. + Là nguồn cung cấp năng lượng (NL) chính (ở ĐV có vú). + Nguyên liệu để tổng hợp glycogen (NL dự trữ). + Tạo ribose và deoxyribose của acid nucleic. + Tạo hình, tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất như lactose (kết hợp với galactose), glycolipid, glycoPr, proteoglycan,… 1.3. Phân loại: Có 3 nhóm chính: Monosaccharide (MS) Oligosaccharide Polysaccharide (PS) + Bản chất là polyhydroxyl aldehyd hay polyhydroxyl ceton. + Không thể bị thủy phân. + Ở ĐV có vú, nguồn NL chủ yếu là Dglucose. + Gồm từ 210 MS. + Nối nhau bằng liên kết glycosid. + Quan trọng là các disaccharid (DS). + Gồm >10 MS. + Nối nhau bằng liên kết glycosid theo mạch thẳng hoặc mạch nhánh. + Chia thành PS thuần và PS tạp. + PS thuần trong tự nhiên có tinh bột và cellulose, là dẫn xuất của Dglucose. II. MONOSACCHARIDE: 2.1. Định nghĩa Danh pháp: Định nghĩa: CTTQ là (CH2O)n (n ≥ 3). Có 1 C mang nhóm carbonyl (aldehyd hoặc ceton), còn lại đều mang nhóm alcol. Danh pháp: Tiếp đầu ngữ nhóm chức carbonyl + tiếp đầu ngữ chỉ số đơn phân + ose MS mang nhóm chức aldehyd có tiếp đầu ngữ là aldo, còn MS mang nhóm chức ceton có tiếp đầu ngữ là ceto. . Tiếp đầu ngữ chỉ số C: tri, tetr, pent, hex, hep,… VD: Aldose đơn giản nhất (3C) là glyceraldehyd (aldotriose). Cetose đơn giản nhất (3C) là dihydroxy aceton (cetotriose). Ký hiệu đồng phân (D hoặc L, α hoặc β) + tên riêng MS (+đồng phân vòng pyran hoặc furan) VD: Dglucose là tên đồng phân D của một aldohexose mạch thẳng. Dfructose là tên đồng phân D của một cetohexose mạch thẳng. βDglucopyranose là tên đồng phân βD của một aldohexose mạch vòng 6 cạnh. 2.2. Công thức: 2.2.1. Công thức thẳng: 2.2.2. Công thức vòng (dạng cầu oxy): Các MS từ 5C trở lên sẽ có cấu tạo vòng (cầu oxy), gồm 2 loại vòng là vòng 5 cạnh (furan) và vòng 6 cạnh (pyran). Cầu oxy được hình thành do phản ứng giữa OH của nhóm alcol và OH của nhóm chức. + Dạng vòng của aldose là bán acetal vòng nội, OH ở C1 gọi là OH bán acetal. + Dạng vòng của cetose là bán cetal vòng nội, OH ở C2 gọi là OH bán cetal. => C1 của aldose và C2 của cetose thành C bất đối xứng (C ) => Có đồng phân α và β => Đồng phân quang học tăng gấp đôi. Theo hệ chiếu Fischer: Theo công thức quy chiếu Haworth: Biểu diễn dạng cầu oxy của MS trong mặt phẳng không gian. Quy ước đồng phân trong phân tử glucopyranose (vòng 6 cạnh) với mặt phẳng vòng lục giác là mặt phẳng tham chiếu như sau: Chức alcol bậc nhất (C6) Nhóm OH bán acetal (C1) Trên mặt phẳng Đồng phân loại D Đồng phân loại β (cùng chiều với C6) Dưới mặt phẳng Đồng phân loại L Đồng phân loại α (ngược chiều với C6
MỤC LỤC Bài 1: HÓA HỌC GLUCID Bài 2: HÓA HỌC PROTID Bài 3: HÓA HỌC LIPID Bài 4: HÓA HỌC HEMOGLOBIN Bài 5: HÓA HỌC NUCLEOTIDE VÀ ACID NUCLEIC Bài 6: ĐẠI CƯƠNG VỀ XÚC TÁC SINH HỌC Bài 7: CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Bài 8: CHUYỂN HÓA GLUCID Bài 9: CHUYỂN HÓA PROTID Bài 10: CHUYỂN HÓA LIPID Bài 11: CHUYỂN HÓA HEMOGLOBIN Bài 12: CHUYỂN HĨA ACID NUCLEIC Bài 13: Q TRÌNH NHÂN ĐƠI DNA VÀ SAO MÃ RNA Bài 13: SỰ NHÂN ĐÔI DNA VÀ SAO MÃ RNA (Bài giảng) Bài 14: SINH TỔNG HỢP PROTEIN Bài 15: ĐIỀU HÒA BIỂU HIỆN GEN Bài 1: HÓA HỌC GLUCID I ĐẠI CƯƠNG 1.1 Định nghĩa: - Là chất hữu có chất monosaccharide (MS) hay thủy phân cho MS và/hoặc dẫn xuất MS 1.2 Vai trò: - Quan trọng cấu tạo chuyển hóa: Thực vật (TV) Động vật (ĐV) + Chiếm 80 - 90% trọng lượng khô + Chiếm khoảng 2% trọng lượng khô + Dự trữ dạng tinh bột + Phần lớn nguồn glucid sử dụng từ TV + Sử dụng để tổng hợp cellulose + Còn lại từ glycerol (lipid) acid amin - Glucose glucid quan trọng vì: + Phần lớn carbohydrate hấp thu vào máu ĐV glucose + Các đường khác đến gan chuyển thành glucose + Là nguồn cung cấp lượng (NL) (ở ĐV có vú) + Nguyên liệu để tổng hợp glycogen (NL dự trữ) + Tạo ribose deoxyribose acid nucleic + Tạo hình, tham gia vào thành phần cấu tạo nhiều chất lactose (kết hợp với galactose), glycolipid, glycoPr, proteoglycan,… 1.3 Phân loại: Có nhóm chính: Monosaccharide (MS) + Bản chất Oligosaccharide + Gồm từ 2-10 MS Polysaccharide (PS) + Gồm >10 MS polyhydroxyl aldehyd hay + Nối liên kết + Nối liên kết glycosid polyhydroxyl ceton glycosid + Không thể bị thủy phân + + Ở ĐV có vú, nguồn NL disaccharid (DS) chủ yếu D-glucose Quan theo mạch thẳng mạch nhánh trọng + Chia thành PS PS tạp + PS tự nhiên có tinh bột cellulose, dẫn xuất Dglucose II MONOSACCHARIDE: 2.1 Định nghĩa - Danh pháp: Định nghĩa: - CTTQ (CH2O)n (n ≥ 3) - Có C mang nhóm carbonyl (aldehyd ceton), cịn lại mang nhóm alcol Danh pháp: Tiếp đầu ngữ nhóm chức carbonyl + tiếp đầu ngữ số đơn phân + ose - MS mang nhóm chức aldehyd có tiếp đầu ngữ aldo-, cịn MS mang nhóm chức ceton có tiếp đầu ngữ ceto- - Tiếp đầu ngữ số C: tri-, tetr-, pent-, hex-, hep-,… VD: Aldose đơn giản (3C) glyceraldehyd (aldotriose) Cetose đơn giản (3C) dihydroxy aceton (cetotriose) Ký hiệu đồng phân (D- L-, α- β-) + tên riêng MS (+đồng phân vòng pyran- furan-) VD: D-glucose tên đồng phân D aldohexose mạch thẳng D-fructose tên đồng phân D cetohexose mạch thẳng β-D-glucopyranose tên đồng phân β-D- aldohexose mạch vịng cạnh 2.2 Cơng thức: 2.2.1 Cơng thức thẳng: 2.2.2 Cơng thức vịng (dạng cầu oxy): - Các MS từ 5C trở lên có cấu tạo vòng (cầu oxy), gồm loại vòng vòng cạnh (furan) vòng cạnh (pyran) - Cầu oxy hình thành phản ứng -OH nhóm alcol -OH nhóm chức + Dạng vịng aldose bán acetal vòng nội, -OH C1 gọi -OH bán acetal + Dạng vòng cetose bán cetal vòng nội, -OH C2 gọi -OH bán cetal => C1 aldose C2 cetose thành C bất đối xứng (C*) => Có đồng phân α β => Đồng phân quang học tăng gấp đôi Theo hệ chiếu Fischer: Theo công thức quy chiếu Haworth: - Biểu diễn dạng cầu oxy MS mặt phẳng không gian - Quy ước đồng phân phân tử glucopyranose (vòng cạnh) với mặt phẳng vòng lục giác mặt phẳng tham chiếu sau: Chức alcol bậc (C6) Nhóm -OH bán acetal (C1) Trên mặt phẳng Đồng phân loại D- Đồng phân loại β- (cùng chiều với C6) Dưới mặt phẳng Đồng phân loại L- Đồng phân loại α- (ngược chiều với C6) 2.3 Đồng phân: 2.3.1 Đồng phân hóa học: VD: Cùng cơng thức C6H12O6: + MS mang nhóm chức aldehyd glucose + MS mang nhóm chức ceton fructose - Đồng phân pyran furan đồng phân hóa học cơng thức vịng, 99% glucose dạng pyranose 99% fructose dạng furanose hòa tan dung dịch 2.3.2 Đồng phân quang học: - Mọi MS có C bất đối xứng (C*) => có khả quang hoạt đồng phân quang học Ký hiệu: (+): Quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải (-): Quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái Trong công thức mạch thẳng: Số đồng phân quang học = 2n (với n = số C* phân tử) Trong cơng thức mạch vịng: Số đồng phân quang học = 2n’ (với n’ = số C* công thức mạch thẳng + 1) Các nhóm đồng phân quang học: *Đồng phân enantiome (D- L-): - Xét phân tử glucose mạch thẳng: + Nếu nhóm -OH C5 bên phải sườn C: Đồng phân loại D- + Nếu nhóm -OH C5 bên trái sườn C: Đồng phân loại L- - Nếu phân tử glucose mạch vòng: Như quy ước Haworth *Đồng phân anome (α- β-): - Chỉ có xét cơng thức vịng, quy ước Haworth *Đồng phân epime: - Do khác vị trí -OH C2 C4 glucose - Đồng phân có giá trị sinh học mannose galactose 2.4 Hiện tượng chuyển quay: 2.4.1 Tính quang hoạt: - Đồng phân MS có khả làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải hay trái dung dịch - Góc quay có tính đặc hiệu xác định phân cực kế 2.4.2 Hiện tượng chuyển quay: - Là tượng thay đổi góc phân cực dạng đồng phân quang học - MS có tượng chuyển quay (khi hòa tan dung dịch) đến đạt cân động dạng đồng phân VD: Tinh thể pha vào dung dịch Góc quay ban đầu Góc quay ổn định (cân bằng) α-D-glucopyranose +112 +5207 β-glucopyranose +1807 +5207 - Với trường hợp α-D-glucopyranose, trạng thái cân động, dung dịch hỗn hợp α-glucopyranose (38%), β-glucopyranose (62%) khoảng 0,1% dạng thẳng 2.5 Tính chất hóa học: 2.5.1 Tính chất chung: - Các MS dễ tan nước, có vị - Các MS (trừ dihyroxy aceton) có tính quang hoạt, ứng dụng để định lượng MS phân cực kế 2.5.2 Tác dụng với acid vô mạnh: - MS tương đối bền với acid vơ lỗng, với acid vô mạnh (HCl đặc, H2SO4 đặc), MS bị khử nước => furfural dẫn xuất furfural - Furfural/Dẫn xuất furfural kết hợp với chất có nhân phenol => phức chất có màu - Phản ứng có tính đặc hiệu, sử dụng để định tính định lượng MS VD: Phản ứng Molisch, phản ứng Seliwanoff,… 2.5.3 Phản ứng khử: - Các MS bị khử tạo thành chất đa rượu (polyalcol) VD: Điều chế sorbitol từ việc phản ứng cộng hydro glucose fructose (xúc tác Ni, t0) 2.5.4 Phản ứng oxy hóa: - Xét MS phản ứng oxy hóa: + Nếu oxy hóa chức alcol bậc I => Tạo dẫn xuất acid uronic (VD: glucose -> acid glucuronic) + Nếu oxy hóa chức aldehyd ceton => Tạo dẫn xuất acid aldonic (VD: glucose -> acid gluconic) - Khi MS tác dụng với muối KL nặng (Cu2+, Hg2+,…) bị oxy hóa thành acid, đồng thời giải phóng kim loại tự oxit kim loại có mức oxy hóa thấp => Dùng để định tính định lượng glucose hay MS (thuốc thử Fehling) 2.5.5 Phản ứng tạo liên kết glycoside: - Trong thể người có loại liên kết glycoside: + Liên kết O-glycoside hình thành nhóm OH bán acetal/cetal MS kết hợp với -OH chất khác (R-OH) + Liên kết N-glycoside hình thành nhóm OH bán acetal/cetal MS kết hợp với -NH2 chất khác (R-NH2, thường acid amin polypeptide chuỗi ngắn) Ví dụ: N-glycosid: Nucleoside O-glycosid: Thường gặp TV, thuốc glycoside trợ tim (digitalin, ouabain,…) - Liên kết glycoside liên kết nối MS lại với => Tạo DS PS 2.5.6 Phản ứng tạo este: - Do có nhóm -OH, MS phản ứng với acid hữu để tạo este tương ứng - Quan trọng thể este phosphat VD: Phản ứng tạo glucose-6-phosphate (G6P) 2.6 Các dẫn xuất MS: 2.6.1 Dẫn xuất amin (osamin): - Do thay -OH C2 nhóm -NH2 - Các osamin acetyl hóa VD: Glucosamin, galactosamin, acid muranic, acid neuramic,… 2.6.2 Dẫn xuất alcol: - Nhóm carbonyl MS bị khử thành chức alcol VD: D-glucose -> Sorbitol D-glyceraldehyde -> Glycerol 2.6.3 Dẫn xuất acid: Có loại: Acid aldonic: Do oxy hóa chức aldehyd (acid gluconic) Acid aldaric: Do oxy hóa chức aldehyd alcol bậc I (acid glucaric) Acid uronic: Do oxy hóa chức alcol bậc I (acid glucuronic) 2.6.4 Một số dẫn xuất quan trọng: Acid uronic: + Đóng vai trị sinh học quan trọng thể + Tham gia chế liên hợp bilirubin gan + Thành phần cấu tạo PS tạp Este phosphat: + Sản phẩm chuyển hóa trung gian + Dạng hoạt hóa chất q trình chuyển hóa glucid Osamin: Tham gia cấu tạo nhiều PS tạp Acid sialic: Thành phần cấu tạo PS màng tế bào ĐV 2.7 Các họ MS: 2.7.1 Triose: Gồm D-glycerylaldehyd dihydroxyl aceton 2.7.2 Pentose: Gồm pentose quan trọng: - Ribose tham gia cấu tạo acid ribonucleic (ARN) - Deoxyribose tham gia cấu tạo acid deoxyribonucleic (ADN) - Ngồi cịn số MS khác như: + D-ribulose (Cetose): Có từ q trình chuyển hóa; chất chuyển hóa trung gian đường pentose phosphat + D-arabinose (Aldose): Có từ nhựa cherry, mận, ; thành phần glycoPr + D-xylose (Aldose): Có từ proteoglycan, glycosaminoglycan; thành phần glycoPr 2.7.3 Hexose: MS Nguồn gốc Vai trò sinh học D-glucose Đường trái cây, sản phẩm thủy Thành phần cấu tạo nhiều glucid quan trọng (Aldose) phân tinh bột, loại Đường thể đường đôi Đường máu nguồn NL mơ D-fructose Đường trái cây, mật; sản phẩm Có thể biến đổi thành glucose nhờ gan (Cetose) thủy phân saccharose D-galactose Sản phẩm (Aldose) lactose cung cấp cho thể thủy phân Có thể biến đổi thành glucose nhờ gan Tạo lactose, thành phần glycolipid glycoPr D-mannose Sản phẩm thủy phân nhựa Thành phần glycoPr (Aldose) III DISACCHARIDE (DS): 3.1 Đại cương: - DS tạo thành MS liên kết liên kết O-glycosid - Liên kết O-glycosid hình thành từ loại nước nhóm -OH MS kế cận nhau: + Nếu nhóm -OH bán acetal MS tham gia tạo liên kết => Khơng cịn tính khử (Saccarose, cịn gọi sucrose) + Nếu -OH MS thứ hai tham gia tạo liên kết -OH alcol => Cịn tính khử (Maltose, lactose) - Các DS quan trọng thường gặp maltose, lactose saccharose 3.2 Maltose: - Có nhiều ngũ cốc, men bia, kẹo mạch nha,… - Hình thành bởi: + Phân tử α-D-glucopyranose kết hợp với phân tử β-D-glucopyranose liên kết α-1,4-glycoside + Sản phẩm thủy phân dở dang tinh bột (2 phân tử α-D-glucopyranose) - Có tính khử 3.3 Lactose (đường sữa): - Có nhiều sữa - Hình thành từ phân tử D-glucopyranose (có thể α- β-) kết hợp với phân tử β-Dgalactopyranose liên kết β-1,4-glycoside (hoặc β-1,4-galactoside) - Trong dung dịch kiềm, xảy phản ứng đồng phân hóa tạo lactulose - Có tính khử 3.4 Saccharose (đường mía): - Có nhiều mía, củ cải đường - Hình thành từ phân tử α-D-glucopyranose kết hợp với phân tử β-D-fructofuranose liên kết α,β-1,2-glycoside - Khơng có tính khử IV POLYSACCHARIDE (PS): 4.1 Đại cương: - Phần lớn glucid thiên nhiên tồn dạng PS - Khi thủy phân PS acid nhiệt độ hay enzyme cho MS dẫn xuất MS - D-glucose chất thường gặp thành phần PS - PS chia theo cách sau: + Theo cấu trúc: PS (1 loại MS) PS tạp (nhiều loại MS) + Theo chức năng: PS dự trữ (cung cấp NL) PS cấu tạo (tạo nên bào quan tế bào) 4.2 PS thuần: 4.2.1 Tinh bột: - Là glucid dự trữ TV thức ăn glucid người - Có loại hạt ngũ cốc (lúa, ngô,…) loại củ (khoai tây, khoai lang,…) - Không tan nước lạnh, đun nóng tạo thành dung dịch hồ tinh bột có dạng keo - Cho màu xanh tím phản ứng với iod - Cấu tạo loại cấu trúc amylose (15-25%) amylopectin (75-85%) Amylose: - Không tan nước (cho dung dịch giả cấu trúc xoắn ốc khoảng glucose/chu kỳ xoắn amylose) - Cho màu xanh với iod - Gồm phân tử α-D-glucose nối với liên kết α-1,4-glycoside Amylopectin: - Không tan nước (tạo tinh keo cho hồ tinh bột) - Cho màu tím với iod - Gồm phân tử α-D-glucose nối với liên kết α-1,4-glycoside (thẳng) liên kết α-1,6-glycoside (nhánh) Phản ứng màu với iod: - Tinh bột bị thủy phân tạo thành sản phẩm trung gian, gọi dextrin Hồ tinh bột -> Amylodextrin -> Erythrodextrin -> Acrodextrin -> Maltose -> Glucose - Trong sản phẩm trên, maltose glucose khơng cịn cho phản ứng màu với iod 4.2.2 Glycogen: - Glucid dự trữ người ĐV, có nhiều gan - Nguồn cung cấp NL cho thể - Cho màu đỏ nâu phản ứng với iod - Cấu tạo giống với amylopectin với phân nhánh ngắn (8 - 12 phân tử glucose) phức tạp - Kết cấu phân nhánh hình cầu, đường kính phân tử 21 nm 4.2.3 Cellulose: - Có nhiều TV (50% gỗ gần tinh khiết bông) - Gồm phân tử β-D-glucose nối liên kết β1,4-glycoside - Khơng có mạch nhánh - Khơng tan nước không phản ứng màu với iod