MONOSACCHARIDE

Monosaccharide là các dẫn xuất aldehit hoặc xeton của các polyol mà không thể bị thuỷ phân được nữa

MỤC LỤC

Trang A.ĐẠI CƯƠNG VỀ MONOSACCHARIDE I.Định nghĩa 3

II.Các dạng tồn tại của Monosaccharide 3

1.Dạng mạch hở 3

2.Dạng mạch vòng 4

III.Tính hóa lí của Monosaccharide 5

1.Lí tính 5

2.Hóa tính 5

2.1 Phản ứng oxi hóa 5

2.2 Phản ứng khử 6

2.3 Phản ứng ester hóa 6

2.4 Phản ứng tạo liên kết glucoside 7

2.5 Phản ứng acid 7

2.6 Phản ứng với Phenylhydrazin 7

B.TỔNG QUANG VỀ SỰ CHUYỂN HÓA TƯƠNG HỖ CỦA CÁC MONOSACCHARIDE I.Chu trình đường phân 9

1.Khái quát 9

2.Quá trình đường phân 9

2.1 Phase chuẩn bị 9

2.2 Phase hoàn trả 12

3.Ý nghĩa của chu trình đường phân 14

II.Điều kiện yếm khí 15

1.Lên men rượi 15

2.Lên men lactic 15

III.Điều kiện hiếu khí và chu trình KREBS 18

1.Tạo coenzim A 18

2.Chu trình KREBS 18

2.1 Các giai đoạn của chu trình KREBS 20

2.2 Tổng kết về năng lượng của chu trình KREBS 24

2.3 Ý nghĩa của chu trình KREBS 24

2.4 Sự điều hòa chu trình KREBS 25

IV.Chu trình pentosephosphate 25

1.Bản chất 25

2.Cơ chế 26

3.Ý nghĩa 29

V.CHU TRÌNH QUANG HỢP 1.Khái niệm quang hợp 30

2.Bộ máy quang hợp 31

3 Quá trình quang hợp 33

4 Chu trình Calvin và pha tối quang hợp 34

5.Quang phosphoryl 36

5.1 Quang phosphoryl hóa vòng 37

5.2 Quang phosphoryl hóa không vòng 37

6.Quang hợp ở một số loài khác 38

VI.SỰ CHUYỂN HÓA TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC GLUXIT 40

C.ATP VÀ HIỆU SUẤT TÍCH LŨY NĂNG LƯỢNG .42

Tài liệu tham khảo

A.ĐẠI CƯƠNG VỀ MONOSACCHARIDE:

I.Định nghĩa: Monosaccharide là các dẫn xuất aldehit hoặc xeton của các polyol

mà khơng thể bị thuỷ phân được nữa

II.Các dạng tồn tại của Monosaccharide :

1/ Dạng mạch hở: Monosaccharide thường tồn tại 2 dạng aldehyde và

ketone

2/Dạng mạch vòng: Monosaccharide thường tồn tại ở dạng vòng

_ Dạng vòng của các aldose được gọi là vòng hemiacatal

_ Dạng vòng của các ketose được gọi là vòng hemiketal

_ Vòng pyranose(6 cạnh): nhóm CHO ở C1 nối vòng với nhóm OH ở C5

_ Vòng furanose (5 cạnh): nhóm CO ở C2 nối vòng với nhóm OH ở C5

• Trong dd, monosaccharide tồn tại nhiều dạng cấu tạo khác nhau và luôn có sự cân bằng giữa các dạng đó Dạng hở thường chiếm tỷ lệ nhỏ Sự chuyển hoá từ dạng hở sang dạng vòng phụ thuộc vào điều kiện môi trường, từng phản ứng và tác nhân phản ứng.

• Monosaccharide phần lớn tồn tại dạng vòng 6C, có cấu hình dạng ghế hay dạng thuyền.Thông thường dạng ghế bền hơn dạng thuyền(104 phân tử dạng ghế:1 phân tử dạng thuyền)

*Nhiều dẫn xuất hexose có mặt trong cơ thể sống: Đặc biệt là các dẫn xuất

của glucose: glycolipid, glycoprotein, glycosamine…

Nhóm NH2 sẽ nhóm OH ở C2 của glucose, và liên kết với acid acetic tạo acetylglucosamine có mặt trong nhiều cấu trúc sinh học như vách tế bào vi khuẩn

N-Oxygen ở C3 của acetylglucosamine liên kết ether với acid lactic tạo acetyl muramic acid

N-Nhóm OH ở C6 khi bị thay bởi –H trong galactose và manose sẽ tạo fucose và rhamnose là thành phần của glycolipid, glycoprotein

Nhóm CHO ở C1 bị oxi hoá thành –COOH tạo gluconic acid.Nếu cả C6 bị oxi

hoá sẽ tạo glucuronic acid Dạng ester của 2 acid này là lactone.

III.Tính hoá lý của monosaccharide:

1/ Lý tính:

- Ngoại trừ glyceraldehide,các monosaccharide còn lại đều có tính quang

hoạt

- Do sự có mặt của nhiều nhóm Hydroxyl trong phân tử, nên các

monosaccharide ở dạng tinh thể tan rất tốt trong nước, không tan trong các dung môi hữu cơ, phần lớn có vị ngọ và không màu

2/ Hoá tính:

Do sự có mặt của nhóm Cacbonyl, nhóm Hydroxyl trong phân tử, nên có các

tính chất hóa học đặc trưng :

Phản ứng khử: tạo rượu

D-glucose D-sorbitol D-manose D-manitol D-fructose D-manitol, D-sorbitol

2.3

Phản ứng ester hoá: nhóm OH ở C1 và C6 dễ tham gia tạo phức ester, quan trọng nhất là tao phức ester với nhóm phosphate -

sản phẩm của nhiều quá trình chuyển hoá trao đổi chất trong

cơ thể như D-glyceraldehide-3-phosphate, phosphate, D-glucose-1-phosphate…

2.6

Ph ản ứng với Phenylhydrazin : Monosacharide có thể phản ứng với các amin Điển hình nhất là tác dụng giữa Monosacharid và

Phenylhydrazin C6H5NH-NH2 dư

Phản ứng xảy ra theo 3 giai đoạn :

Giai đoạn 1 : tạo Phenylhydrazon

Giai đoạn 2 : oxi hóa nguyên tử cacbon ở vị trí số 2 tạo nên nhóm

cacbonyl

Giai đoạn 3 : nhóm cacbonyl phản ứng với Phenylhydrazin tạo nên sản

phẩm cuối cùng là phenylosazon của glucose:

Do sự hóa vòng của osazon có tác dụng chặn nhóm -OH tự do bên cạnh

nên phản ứng dừng lại ở giai đoạn này

B.TỔNG QUAN VỀ SỰ CHUYỂN HOÁ TƯƠNG HỖ CỦA CÁC MONOSACCHARIDE:

Tế bào và cơ thể sống luơn cĩ nhu cầu về năng lượng nhằm sinh cơng để duy trì mức độ tổ chức rất cao của mình,quá trình tổng hợp và vận chuyển cũng như quá trình tái bản duy trì nịi giống Trong cơ thể sinh vật ,quá trình chuyển hố hoặc hấp thụ các chất hữu cơ cũng như vơ cơ trong cơ thể sinh vật thành năng lượng để duy trì sự sống là bản năng sinh tồn của sinh vật

Ở đây,chúng ta sẽ đề cập tới một số quá trình cũng như chu trình chuyển hố các hợp chất hữu cơ tạo năng lượng cho hoạt động sống mà tại đĩ cĩ sự chuyển hố tương hổ qua lại giữa những monosaccharide cung cấp cho những giai đoạn của quá/chu trình hay là nguyên liệu cần thiết cho một số hoạt động.

I/Chu trình đường phân:

-Quá trình này xảy ra ở điều kiện kị khí,khi cĩ oxi quá trình vẫn xảy ra và đây là giai đoạn đầu của hơ hấp hiếu khí

2.Quá trình đường phân:

Quá trình đường phân bao gồm 2 phase:

- Phase chuẩn bị (preparatory phase): từ 1 phân tử glucose tạo ra 2 phân

tử glyceraldehydes-3-phosphate Phase này có sử dụng 2ATP.

- Phase hoàn trả (payoff phase): biến đổi glyceraldehydes-3-phosphate

thành pyruvate kèm theo tổng hợp ATP và hoàn trả lại ATP đã sử dụng ở

phase chuẩn bị

2.1.PHASE CHUẨN BỊ:

1/Phản ứng phosphoryl hóa glucose:

Phản ứng tạo glucose-6- phosphate từ glucose là phản ứng một chiều, được xúc tác bởi enzyme glucokinase:

2/Biến đổi glucose- 6- phosphate thành fructose- 6- phosphate :

Dưới tác dụng của enzym đồng phân hóa (izomerase), glucose – 6 – phosphate dễ dàng chuyển hóa thành fructose-6-phosphate Đây là phản ứng

thuận nghịch nên sự thay đổi năng lượng tự do nhỏ:

3/Phản ứng phosphoryl hóa fructose-6-phosphate thành

Ở một số vi khuẩn và đa số thực vật có mặt enzyme phosphofructokinase sử

dụng pyrophosphate (PPi) chứ không phải là ATP làm chất cho nhóm phosphate PFK là enzyme điều hòa trao đổi chất quan trọng nhất trong quá trình đường phân

Đây là phản ứng cơ bản chuẩn bị cho giai đoạn phân giải monosaccharide theo kiểu hiếu khí và yếm khí

4/Phản ứng cắt fructose-1,6-bisphosphate thành 2 phân tử đường 3C:

Phân tử Fructose – 1,6 – bisphosphate do chứa 2 gốc phosphate ở hai vị trí đối xứng nên có thể dễ dàng bị cắt đứt thành 2 phân tử phosphotriose:

5/

Biến đổi tương hỗ lẫn nhau giữa các đường 3C:

Hai chất phosphotriose hình thành ở trên dưới tác dụng của triose phosphate isomerase lại có thể chuyển từ chất nọ sang chất kia:

Sau giai đoạn cắt đôi mạch cacbon, tiếp đó là quá trình oxi hóa- khử Khi

đó Glyceraldehyde-3-phosphate tham gia vào sự chuyển hóa

Khi ở trạng thái cân bằng dihydroacetonephosphate chiếm ưu thế nhưng đồng thời với sự chuyển tiếp của Glyceraldehyde-3-phosphate, dihydroacetonephosphate lại biến thành Glyceral dehyde-3-phosphate, nên

quá trình biến đổi này xảy ra hầu như hoàn toàn

Vì thế có thể coi như từ 1 phân tử fructose-1,6-diphosphate sẽ cho 2 phân tử Glyceraldehyde-3-phosphate.

2.2.PHASE HOÀN TRẢ:

6/Oxy hóa Glyceraldehyde-3-phosphate thành 1,3- bisphosphoglycerate :

Đây là phản ứng tích lũy năng lượng đầu tiên trong chu trình đường phân

Trong đó nhóm aldehyde của Glyceraldehyde-3-phosphate bị mất hydro không biến thành nhóm carbocylic như bình thường, mà thành nhóm andehyde chứa phosphate (acylphosphate) có mức năng lượng tự do cao Còn

chất nhận hydro ở dạng ion hydride là NAD+ tạo ra NADH và H+

7/Chuyển nhóm phosphate từ 1,3 - bisphosphoglycerate cho ADP :

Năng lượng trong nhóm acylphosphate được sử dụng để tổng hợp ATP từ

ADP và phosphate vô cơ Pi Năng lượng được giải phóng được tích lũy lại trong phân tử ATP

8/Biến đổi 3-phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate :

Tiếp theo xảy ra sự chuyển 3-phosphoglycerate thành 2-phosphoglycerate nhờ 3-photphogliceratmutase :

9/

Dehydrate hóa 2 -phosphoglycerate :

2-phosphoglycerate bị loại 1 phân tử nước nhờ tác dụng của enzyme Enolaza và chuyển thành photphoenolpyruvate Enolase được hoạt hóa nhờ

các ion Mg2+, Mn2+…

Photphoenolpyruvate có mức năng lượng tự do rất cao (- 61,9 KJ/mol),

mặc dù mức năng lượng tự do thay đổi của phản ứng là nhỏ 7,5 KJ/mol

10/Tạo pyruvate:

Được xúc tác bởi pyruvatekinase và là phản ứng phosphryl hóa trên cơ chất tạo ATP Sản phẩm là pyruvate ở dạng enol

Sau đó enolpyruvate nhanh chóng biến đổi sang dạng ketone của nó là

pyruvate (hay là acid pyruvic) phổ biến ở pH = 7:

Kết quả:

Phương trình tổng thể quá trình đường phân:

Glucose + 2ATP + 2NAD+ + 4 ADP + 2Pi  2 Pytuvate + 2ADP + 2NADH + 2H+ + 4 ATP + 2H2O

Triệt tiêu các thành phần giống nhau ta được

Glucose + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi  2 Pytuvate + 2NADH + 2H+ + 2 ATP + 2H2O

Hai phân tử NADH ở điều kiện hiếu khí trong tế bào chất sẽ được chuyển tiếp tới oxi trong chuỗi hơ hấp xảy ra ở màng ti thể kèm theo sự tổng hợp ATP nhờ dịng vận chuyển e- xuất hiện trong quá trình sau:

2NADH + 2H+ + O2  2NAD+ + 2H2O

Vậy 2 phase này đều tạo ra pyruvate

3.Ý nghĩa c ủa chu trình đường phân:

Làm biến đổi về căn bản cấu trúc ban đầu của phân tử cơ chất (glucose)

hô hấp, xúc tiến các chuyển hóa tiếp theo ở giai đoạn hiếu khí dễ dàng hơn

Sau quá trình đường phân (glucolysis) ta thu được 2 phân tử NADH, 2 phân tử

ATP và 2 ion H+ và 2 pyruvate

II

1/Lên men rượu:

Trong điều kiện yếm khí dưới tác dụng của enzyme pyruvate decacboxylase và ancoldehydrogenase của nấm men acid pyruvic chuyển thành rượu ethylic:

Acid pyruvic Acetaldehyde

Mg2+

Lactatedehydrogenase pyruvate decacboxylase

Glucose, fructose là những monosaccharide dễ lên men hơn cả, sau đó tới manose và galactose Các pentose chỉ lên men nhờ 1 vài loại nâm mốc fusarium.

Xảy ra phổ biến trong TĐC của SV điển hình là nấm men

Phản ứng tổng quát của quá trình lên men rượu:

Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 Ethanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2Ohoặc: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 23 Kcal

Enzyme pyruvate decarboxylase có trong men rượu,bia,bánh mì và các vi

sinh vật lên men rượu khác; không có mặt ở động vật có xương sống, vi sinh

vật lên men lactic acid Khí CO2 xuất hiện trong quá trình decarboxyl hóa quyết định độ bọt của các loại nước uống lên men (rượu champagne) và độ nở

bánh mì

Enzyme acohol dehydrogenase có trong cơ thể sống → gan người có quá

trình oxy hoá ethanol

• Ứng dụng : sản xuất rượu, bia, nước giải khát lên men, bánh kẹo, …

• Ưu điểm của lên men vi sinh: TB sinh vật thực hiện hàng loạt những

biến đổi hóa học với hiệu xuất cao và hầu như không có sản phẩm

phụ Công nghệ này được áp dụng cho công nghiệp siro fructose, kháng sinh, amino acid…

2/Lên men lactic:

Trong điều kiện yếm khí, dưới tác dụng lactatdehydrogenase (1.1.1.28) của

vi khuẩn acid pyruvic tạo ra acid lactic

Phản ứng này cũng xảy ra trong mô động vật trong điều kiện yếm khí và

acid lactic ở dạng L-Lactic.

Xảy ra cả ở mô động vật trong điều kiện yếm khí Chỉ khác là sản phẩm

dạng L-lactate.

• Ứng dụng : sản xuất bơ, phô mai là tạo acid Lactate rồi đưa

về pH sữa  khả năng đông tụ tạo mùi đặc trưng

Chu trình biến đổi từ glucose sang lactate và ngược lại xảy ra ở gan được gọi là chu trình Cori (Cori cycle).

• Bản chất : khi vận động viên chạy nước rút , oxygen không cung cấp đủ

cho TB để oxy hoá pyruvate thành CO2 và H2O để tạo ATP Lúc này

glycogen (được dự trữ trong TB mô cơ) sẽ là nguồn cung cấp ATP nhờ vào sự lên men lactic acidNồng độ lactate trong máu sẽ tăng lên rất cao Sau thời gian nghỉ,oxygen được cung cấp đầy đủ cho quá trình oxy hoá sẽ trả đủ ATP để tái tạo glucose và glycogen ở gan từ lactate để trả lại glycogen

đã “mượn” trước đó

qua chu trình Krebs và chuỗi hô hấp trong màng ty thể, giải phóng năng lượng

ở dạng ATP

Quá trình này được xúc tác bởi phức xúc tác đa enzyme pyruvate

dehydrogenase.Chúng xúc tác theo thứ tự và được hỗ trợ của 5 coenzyme thiamine pyrophosphate (TTP) chứa vitamin B1 là thiamine, flavin alanine dinucleotide (EAD) chứa vitamin B2 là riboflavin,coenzime A (CoA) chứa vitamin

pantothenate,niconamide dinucleotide(NAD) chứa vitamin niacin và coenzyme thứ

5 là lipoate

2.Chu trình Krebs:

Trong điều kiện cĩ oxi, piruvat bị oxi hĩa hồn tồn đền CO2, H2O và giải phĩng tồn bộ năng lượng cịn lại các phản ứng của quá trình này xảy ra theo một chu trình, mang tên nhà bác học người Đức phát hiện ra (1937) gọi là chu trình Krebs

2.1 Các phản ứng của chu trình Krebs

Chu trình bao gồm 8 phản ứng sau:

2.1 các giai đoạn của chu trình krebs

Giai đoạn một

Nhờ sự xúc tác của enzim xitrat xintetaz, nhóm axetil của axetil coenzim A sẽ được chuyển cho oxaloaxetat để tạo thành xitrat, đồng thời giải phóng coenzim A Chính lien kết cao năng trong phân tử axetil coenzim A đã cung cấp năng lượng đảm bảo cho phản ứng ngưng tụ xảy ra giữa hai chất này

Giai đoạn hai:

Xitrat biến đổi thành dạng đồng phân của nó là izoxitrat, quá trình này được xúc tác bởi enzim

aconitaz Đầu tiên là phản ứng loại đi một phân tử nước của xitrat, chất tạo thành sau đó kết hợp với nước để tạo ra izoxitrat

Giai đoạn ba:

Xảy ra sự oxi hóa izoxitrat dưới tác dụng của enzim izoxitrat đehidrogenaz Izoxitrat bị khử hiđro, 2 nguyên tử hiđro của nó được chuyển cho coenzim NAD + hoặc NADP + Kết quả hình thành NADH + H + hoặc NADPH + H + và oxaloxucxinat Ngay sau đó,

oxaloxucxinat (vừa được tạo thành) lại bị khử cacboxil để biến thành α –xetoglutarat

Giai đoạn bốn:

α –Xetoglutarat lại bị khử cacboxil oxi hóa do hệ phức hệ enzim α –xetoglutarat

đehiđrogenaz xúc tác Enzim này có coenzim là tiamin pirophotphat, lipoat, coenzim A

và NAD + tham gia Sản phẩm của phản ứng là đicacboxilat dạng hoạt động, đó là xucxinil coenzim A (có chứa lien kết tio-este giàu năng lượng) và một nguyên tử cacbon

bị tách ra ở giai đoạn này là phân tử CO 2

Giai đoạn năm:

Năng lượng trong liên kết cao năng của xucxinil coenzim A được chuyển thành liên kết cao năng của GTP, nhờ tác dụng của enzim xucxinat tiokinaz, cuối cùng năng lượng chuyển từ GTP cho ADP để tổng hợp nên ATP Đây là chặng phản ứng duy nhất của chu trình xảy ra sự tích lũy năng lượng trong ATP

Xucxinil CoA + P v + GDP ↔ xucxinat + GTP + HS.CoA

GTP + ADP ↔ GDP + ATP

Giai đoạn sáu:

Xucxinat bị oxy hóa thành fumarat nhờ tác dụng của xucxinat đehiđrogenaz Enzim này

có coenzim là FAD, khi nhận hiđro từ cơ chất sẽ trở thành FADH2 Hiđro của FADH2 được tiếp tục chuyển cho hệ thống vận chuyển điện tử để tạo thành nước và tổng hợp được 2 phân tử ATP

Giai đoạn bảy:

Fumarat được hiđrat hóa sẽ tạo thành malat nhờ tác dụng của fumarat hiđrataz

Giai đoạn tám :

Malat vừa được tạo thành sẽ bị oxi hóa thành oxaloaxetat dưới tác dụng của một enzim oxi hóa khử là malat đehiđrogenaz có coenzim là NAD + Khi phân tử oxaloaxetat ban đầu tham gia vào chu trình được tái tạo thì chu trình đã khép kín Phân tử oxaloaxetat mới này lại tiếp tục ngưng tụ với phân tử axetil coenzim A và chu trình được lặp lại.