tổng quan về các loại monoaccharide

tổng quan về các loại monoaccharide

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

| | | |

CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH

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:

CHO H O

H

OH H

OH H

2OH

CHO H O

H

OH H

H O

H

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

CH2OH

CHO OH H

H O

H

H O

H

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)

CH2OH

CHO OH H

H O

H

OH H

D_Xylose

Cetopentose có 2 nguyên tử cacbon bất đối nên có 4 đồng phân quang

học:Ribulose, Alabulose, Xylulose và Lyxulose

D_ribulo se 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(C 6 H 12 O 6 )

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

O

OH H

OH H

CH2OH

H

H OH OH

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