QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI GLUXIT

I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GLUXIT 1. Định nghĩa và công thức cấu tạo 2. VAI TRÒ 3. PHÂN LOẠI II. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP GLUXIT 1. SỰ TỔNG HỢP CÁC GLUXIT ĐƠN GIẢN ( QUANG HỢP ) 2.TỔNG HỢP CÁC POLYSACCHARIDE III. QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI GLUXIT Trong cơ thể sống, quá trình phân giải gluxit diễn ra dưới dạng hô hấp của tế bào. Hô hấp là quá trình chuyển đổi năng lượng chất hữu cơ thành năng lượng trong ATP tế bào Quá trình hô hấp tế bào diễn ra trong ty thể của tế bà nhân thực Con đường Entner – Doudfoff (2-keto-deoxyl-6-phosphogluconat) Sơ đồ đường phân CHU TRÌNH CREP PHÂN GIẢI POLYSACCHARIDE VÀ DISACCHARIDE QUÁ TRÌNH LÊN MEN

ĐỀ TÀI:

QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP VÀ PHÂN GIẢI

GLUXIT

I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GLUXIT

Gluxit là những hợp chất hữu cơ tạp chức trong phân tử có nhiều nhóm

hyđroxyl (-OH) và có nhóm cacbonyl (-CHO, -CO- ) phân tử, có công thức Cn(H2O)m

Các nguyên tố cấu tạo nên gluxit là C, H, O Công thức cấu tạo của gluxit thường được biểu diễn dưới dạng CnH2nOn theo tỉ lệ :

1C : 2H :1O

1 Định nghĩa và công thức cấu tạo

Cấu tạo của mantose

Cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể, glucoxit cung cấp 60% năng lượng cho quá trình sống

Tạo cấu trúc, tạo hình ( cellulose )

Tạo cho tế bào các tương tác đặc biệt ( polysacarit trên màng tế bào hồng cầu

Bảo vệ ( mucopolysacrit )

GLUXIT

2.1 Vai trò trong tự nhiên

2 VAI TRÒ

Tạo cấu trúc, hình thù, trạng thái cũng chất lượng cho các sản phẩm:

Tạo kết cấu

Tạo chất lượng

Là chất liệu cơ bản cần thiết cho ngành sản xuất lên men Các sản phẩm như rượu, bia, nước giải khát,

mì chính, vitamin, … đều được tạo ra từ gluxit

2.2 Vai trò trong công nghiệp

2 VAI TRÒ

- C5 – Pentose: Ribose, ribulose,xylulose…

- C6 – Hexose: Glucose, Fructose, Mannose, Galactose

Công thức chung: (CH2O)n

Định nghĩa: là dẫn xuất của aldehyde hoặc ceton của một polyol có khung carbon từ 3 đến 7

3.1.1 Định nghĩa

3.1 MONOSACCHARIDE

• Tuỳ thuộc vào số C trong mạch ta có tên tương ứng:

+ Xetopentose là monosaccharide có nhóm C=O và 5 C

• Trong phân tử monosaccharide, ngoài nhóm hydroxyl và cacbonyl ra còn

có thể có nhóm amin, nhóm cacboxyl, v…v…

• Để nhận biết vị trí của các nhóm này, trong phân tử monosaccharide có thể đánh số lần lượt các nguyên tử C Vị trí C trong monose được đánh theo nguyên tắc: đánh số 1 từ phía đầu nguyên tử C nào gần với nhóm cacbonyl hay ceto nhất, để cho C của nhóm này có số thứ tự nhỏ nhất

3.1.2 CÁCH GỌI TÊN

CẤU TẠO MONOSACCHARIDE

3.1.3 CẤU TẠO

3.1.3.1 CẤU TẠO DẠNG MẠCH THẲNG

Vì trong cấu tạo monose có nhiều C bất đối nên có nhiều đồng phân lập

thể khác nhau Người ta chia ra đồng phân dạng D, L chỉ về đồng phân

cấu hình và thêm dấu (+), (-) chỉ sự quay cực trái, phải

Sự phân biệt D, L (trên công thức hình chiếu) dựa vào cấu tạo monose

đơn giản nhất là aldehyt – glycerinic ( so sánh vị trí OH ở C* gần với

nhóm CH2OH)

3.1.3.2 CẤU TẠO VÒNG

• Một số phản ứng xảy ra với aldehyt

thông thường nhưng không xảy ra với

một số monose Như vậy có thể nhóm

–CHO còn tồn tại dạng nào khác dạng

mạch thẳng

• Monose dễ dàng tạo hợp chất eter mới

metanol và ta thu được hỗn hợp 2

đồng phân có chứa nhóm OCH3 như

vậy chứng tỏ trong phân tử monose có

chứa 1 nhóm OH đặc biệt nào khác

với nhóm OH thông thường trong

3.1.4 TÍNH CHẤT MONOSE

• Do có nhiều nhóm –OH trong phân tử, nên nhìn chung monose dễ tan trong nước không tan trong các dung môi hữu cơ.

• Khi cô đặc dung dịch monose ta sẽ thu được dạng tinh thể monose.

• Do sự có mặt các nhóm – CHO, C=O, -OH nên monose cũng có các tính chất đặc trưng của các nhóm này, điển hình là tính khử.

3.1.4.1 Tác dụng của chất oxy hoá

• Khi oxy hóa nhẹ các monosaccharide bằng các dung dịch như Cl2, Br2 hay I2 trong môi trường kiềm hoặc duyngf dung dịch kiềm của các ion kim loại, thì nhóm aldehyde ở C

số 1 của monosaccharide sẽ bị oxy hóa thành nhóm carboxyl

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

COOH

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

Trong trường hợp nhóm aldehyde được bảo vệ thì nhóm hydroxyl của carbon số 6 trong phân tử đường

sẽ bị oxy hóa thành nhóm carboxyl.

3.1.4.2 Tác dụng của chất oxy hoá

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG

O H

H

CH2OH

OH

O H

HO

H

OH OH

H H H

HO

H

OH OH

H H H COOH

OR Acid glucuronic

Khi oxy hóa ở mức độ mạnh hơn (ví dụ cho tác dụng với dung dịch HNO3) thì cả nhoám aldehyde của carbon số 1 và nhóm hydroxyl của carbon số 6 đều

bị oxy hóa thành nhóm carboxyl

3.1.4.3 Tác dụng của chất oxy hoá

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

COOH

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

COOH HNO3

D- Glucose Acid glucaric

• Dưới tác dụng của chất khử, nhóm aldehyde của các aldose hoặc nhóm C=O của các ketose sẽ bị khử để tạo thành các rượu polyol tương ứng.

• Các D – glucose bị khử thành D – sorbitol; D – mannose bị khử thành D – manitol; còn D – fructose bị khử thành cả hai

3.1.4.4 Tác dụng của chất khử

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

CH2OH

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

Hg + Na

Monosaccharide có thể phản ứng với các amin Ví dụ:

phản ứng giữa monosaccharide với phenylhydrazin dư

3.1.4.5 Tác dụng của chất khử phenylhydrazin

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG

3.1.4.6 Phản ứng của nhóm hydroxyl

glucozit và sự tạo ra các hợp chất glucozit

PHƯƠNG TRÌNH PHẢN ỨNG

O H

H

CH2OH

OCH3

CH3OH HCl

O H

H

CH2OH

OH

CH3OH HCl

Khi đun sôi các pentose, hexose với các acid có nồng độ cao như HCl 12% hoặc H2SO4 đậm đặc thì các phân tử H2O sẽ bị mất đi và tạo thành các furfurol từ pentose hoặc oxymethylfurfurol từ hexose.

3.1.4.7 Tham gia phản ứng với acid

CH2OH

O

O OHC CH2 OH

t0

t0

H+

H+

Tác động của các kiềm lên monosaccharid phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ của các kiềm

Dưới tác dụng của các dung dịch kiềm yếu như Ba(OH)2, Ca(OH)2, thì sự đồng phân hóa có thể xảy ra giữa glucose, mannose, fructose Hiện tượng này có thể xảy ra trong cơ thể

3.1.4.8 Tham gia phản ứng với kiềm

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

Trans-endiol D- Fructose Cis - endiol D- Mannose

C O H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

C HO

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

C H HO

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH O

C H HO

C OH H

CH2OH

D - Xylose

O H

HO

H

OH OH

OH H

H H

H

β − D - Xylose

O H

HO

H

OH OH

H H

H H

OH

α − D - Xylose

CHO

C OH H

C H HO

C OH H

C OH H

CH2OH

D - glucose

O H

HO

H

OH OH

H H

H

CH2OH

OH

O H

HO

H

OH OH

H H

Kiểu liên kết thứ hai: hai monosaccharide kết hợp với nhau qua hai nhóm –

OH glucozit Chính vì vậy mà cấu trucsnphan tẻ của nó không còn nhón –

OH glucozit, do đó nó không mang tính khử Ví dụ đường Saccharose

3.2.1 DISACCHARIDE

3.2.1.1 KHÁI NIỆM

3.2.1.2 Một số Disaccharide quan trọng

Saccharose

Saccharose là đường ăn phổ biến trong cuộc sống hằng ngày Có trong củ cải đường và mía Được sử dụng nhiều trong công nghiệp sản xuất đường.Saccharose được kết hợp bởi α- D- Glucose và β - D – Fructose qua liên kết –OH glucozit, do không còn nhóm –OH glucozit tự do nên không có tính khử

Trong phân tử saccharose, glucose ở dạng pyranose và fructose ở dạng furanose, hai chất này kiên kết với nhau qua nhóm OH của C1 của glucose

và nhóm –OH của C2 của fructose Do đó saccharose còn được gọi là: α- D- Glucopyranoside ( 1  2) β - D – Fructofuranoside

O H

Maltose

Lactose cịn được gọi là đường sữa, do lactose cĩ chủ yếu trong sữa người và động vật Lactose được cấu tạo từ α - D- glucose và β - D – galactose qua liên kết glucozit giữa nhóm – OH glycosid của β - D – galactose và nhóm – OH rượu của α - D- Glucose Do đó lactose vẫn còn có một nhóm – OH glycosid vậy nên vẫn mang tính khử.

Lactose

là nhóm oligosaccharide chứa 3 gốc monosaccharide Các monosaccharide này gắn với nhau nhờ các nhóm hydroxyl glucozit của chúng.

raffinose

3.2.2 TRISACCHARIDE

Các polysaccharide được chia làm hai nhóm chính:

Homopolysaccharid: cấu trúc phân tử chỉ có 1 loại monosaccharide

Heteropolysacharide: cấu trúc phân tử có từ hai loại monosaccharide trở lên.

Nếu phân loại theo nguồn gốc polysaccharide ta có:

Polysaccharide thực vật

Polysaccharide động vật

Polysaccharide vi sinh vật

3.3 POLYSACCHARIDE

CELLULOSE

Hemicellulose

Inulin

Diệp lục

Fructose – 6P + 17 Pi + 18 ADP + 18 NADP+

Quá trình quang hợp ở cây xanh gồm có 2 pha:

- Pha sáng: là pha bao gồm quá trình hấp thụ ánh sáng và kích động các

phân tử sắc tố (giai đoạn quang lý) cùng với sự biến đổi năng lượng photon thành năng lượng hóa học dưới dạng các hợp chất dự trữ năng lượng ATP và chất khử NADH2 (giai đoạn quang hóa)

- Pha tối: là pha bao gồm các phản ứng hóa học không có sự tham gia trực

tiếp của ánh sáng nhưng lại sử dụng các sản phẩm của pha sáng là ATP và NADH2 để khử CO2 để tạo thành các hợp chất hữu cơ là sản phẩm đầu tiên của quá trình quang hợp rồi từ đó tổng hợp các sản phẩm thứ cấp khác tham gia vào quá trình trao đổi chất

Mối quan hệ giữa 2 pha

Quang hợp pha sáng

• Năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước, O2 được giải phóng là oxi của nước

• Tiến hành 1 chuỗi các phản ứng oxi hóa khử nhờ sự tham gia của clorophyl

cũng như nhiều loại chất chuyền electron khác nhau như các xitocrom dẫn tới

sự chuyển hydro của nước vào NADP và tạo nên ATP

• ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các chất hữu cơ.

2H 2O + 2NADP 2NADP.H2 + O2 ánh sáng

Quang hợp pha sáng

• Hydro và ATP dược dùng để khử CO2 tạo nên gluxit

• Quá trình đồng hóa cacbon trong quang hợp xảy ra theo ba con đường:

- Chu trình Calvin hay chu trình C3 ( ở thực vật C3 )

- Chu trình Hatch – Stack hay chu trình C4 ( ở thực vật C4 )

- Chu trình CAM (Crassulaceae Axit Metabolism) ( ở thực vật CAM )

Quang hợp pha tối

CHU TRÌNH CALVIN

• Giai đoạn 1 : Giai đoạn cacboxyl hóa

Chu trình này gồm 3 giai đoạn:

CO2 bị khử để hình thành nên sản phẩm đầu tiên của quang hợp là axit photphoglixeric.

Giai đoạn này gồm các phản ứng sau đây:

6 Ri-1,5DP + 6 CO2 + 6 H2O 12 A-3PG + 12H+ Ri-1,5DP cacboxilase

(Ribulozo-1,5diphotphat) (axit 3 photphoglixeric)

12 A-3PG + 12 ATP 12 A-1,3DPG + 12 ADPA-3PG kinase

(axit 1,3 diphotphoglixeric)

A-1,3DPG bị khử để tạo thành ALPG với sự tham gia của NADH2

Giai đoạn này bao gồm có các phản ứng sau:

12 A-1,3DPG +12 NADH +12 H+ 12 ALPG + 12 NADP+ + 12

• Giai đoạn 3: Giai đoạn tái tạo chất nhận.

Giai đoạn phục hồi chất nhận ribulozodiphotphat

Giai đoạn này bao gồm có các phản ứng sau:

5 ALPG 5 DHAPTriose photphat izomerase

3 ALPG + 3 DHAP 3 Fr-1,6DP (fructose-1,6diphotphat)Aldolase

3 Fr-1,6DP + 3 H2O 3 Fr-6P + 3 Pi Fr-1,6DPase

2 ALPG + 2 Fr-6P 2 E-4P + 2 Xi-5P (erytozo-4photphat) (Xilulozo-5photphat) Transketolase

2 E-4P + 2 DHAP 2 Se-1,7DP(sedoheptulozo-1,7diphotphat)Aldolase

2 Se-1,7DP + 2 H2O 2 Se-7P + 2 Pi Se-1,7DPase

2 Se-7P + 2 ALPG 2 Xi-5P + 2 R-5P

6 Ri-5P + 6 ATP 6 Ri-1,6DP + 6 ADP+ + 6 H+

Đến đây Ri-1,6Dp lại được cacboxi hóa và chu trình được lặp lại, khép kín

CHU TRÌNH CALVIN

Phương trình tổng quát

6 CO2 + 11H2O + 12NADPH + 18ATP

Fr-6P + 12NADP+ + 6H+ + 18ADP + 17Pi

Như vậy để tạo nên một phân tử glucose thì cần 6 phân tử CO2,

11 phân tử H2O và 12 NADPH, 18ATP do pha sáng cung cấp

Các phản ứng theo

3 giai đoạn của chu trình Calvin

Quá trình quang hợp

CHU TRÌNH CALVIN

CHU TRÌNH Hatch – Stack

Trong lục lạp của 1 số loài thục vật, enzyme ribulozodiphotphatcacboxilose là loại hoạt động rất yếu hoặc không hoạt động Thay vào đó enzyme photphoenolpyruvat cacboxilose lại hoạt động rất mạnh Vì vậy sản phẩm đầu tiên của quang hợp ở các thực vật này không phải là axit photphoglixeric (có

3 nguyên tử C trong phân tử - chu trình C3) mà là các axit oxaloaxetic, malic, aspartic (các axit này gồm 4 nguyên tử C trong phân tử) Chu trình C4 còn được gọi là chu trình axit dicacboxilic, vì sản phẩm đầu tiên là những hợp chất có hai nhóm cacboxyl Chu trình này không có quá trình cacboxi hóa RiDP, nhưng có nối tiếp với chu trình Calvin và có quá trình tổng hợp monosaccarit như chu trình Calvin Chu trình Hatch – Stack dược chia làm 2 chu trình:

chu trình 1 (cacboxi hóa axit photphoenolpyruvic ) xảy ra ở tế bào thịt lá

chu trình 2 (tổng hợp monosaccarit) xảy ra ở tế bào bao quanh bó mạch

Chu trình đồng hóa CO2 ở thực vật C4

Chu trình 1: Cacboxi hóa

AP + ATP PEP + ADPAP-kinase

(axit pyruvic) (photphoenolpyruvic)

PEP + HCO3 AOA + PiPEP cacboxilase

(axit oxaloaxetic)

AOA + Ri-1,6DP APG + AP AOA cacboxilase

Đến đây axit pyruvic lại tiếp tục chu trình theo phản ứng 1 và 2 để khép kín chu trình 1.

CHU TRÌNH Hatch – Stack

Chu trình 2: Tổng hợp monosaccarit

AOA + NADPH + H+ AM (axit malic) + NADP+NADP-malatdehydrogenase

AOA + AG AA + α-ketoglutamateAA aminotransferase

(axit glutamic) (axit aspartic)

AM + NAD(P+) AP + CO2 + NAD(P)H2NAD(P) malic enzyme

(axit malic) (axit pyruvic)

AOA + ATP PEP + CO2 + ADP+PEP cacboxikinase

AP + AG (axit glutamic) Alanine + α-ketoglutarateAlanine aminotransferase

AMP + ATP 2 ADPAdenilat kinase

AP + Pi + ATP PEP + AMP + PPiAP-orthophotphat dikinase

PPi +H2O 2 PiPyrophotphatase

AM + NADP+ AP (axit pyruvic)Malat dehydrogenase

Sản phẩm của chu trình này là acid pyruvic

CHU TRÌNH Hatch – Stack

Tóm tắt chu trình C4

Chu trình đồng hóa CO2 ở thực vật CAM

TỔNG HỢP CÁC POLYSACCHARIDE

Sự tạo polysaccharide cũng xảy ra bằng con đường chuyển gốc glucozyl như khi tổng hợp các oligosaccharide Cho các chất gốc glucozyl

đẻ gắn để gắn vào đầu chuỗi đang tăng lên của polysaccharide cũng là các dẫn xuất este photphat của monose, uridindiphospho đường hoặc oligosaccharide Phản ứng tiến hành nhờ enzyme glucoxyltranspherose tương ứng

+

QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI GLUXIT

Trong cơ thể sống, quá trình phân giải gluxit diễn ra dưới dạng hơ hấp của tế bào Hơ hấp là quá trình chuyển đổi năng lượng chất hữu cơ thành năng lượng trong ATP tế bào

Quá trình hơ hấp tế bào diễn ra trong ty thể của tế bà nhân thực

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + H2O+ ATP

Bản chất của hơ hấp:

Là một chuỗi các phản ứng oxi hoá khử

Phân tử Glucôzơ phân giải từ từ, năng lượng giải phóng không ồ ạt

Tốc độ quá trình hô hấp tùy thuộc nhu cầu năng lượng của tế bào và được điều khiển thống nhất qua hệ enzim hô hấp.Phương trình tổng quát:

QUÁ TRÌNH PHÂN GIẢI GLUXIT

Giai đoạn đường phân: theo 3 con đường

- Con đường Embden – Meyerhoff – Parnas

- Con đường Pentose - Phosphate

- Con đường Entner - Doudoroff

Gồm 3 giai đoạn

Con đường Embden – Meyerhoff – Parnas

Giai đoạn 1

Con đường Pentose - Photphate

Giai đoạn 2

Con đường Entner – Doudfoff

(2-keto-deoxyl-6-phosphogluconat)

Sơ đồ đường phân

Click to edit Master text styles

Second level

Third level

Fourth level

Fifth level

CHU TRÌNH CREP

2 Axit Priruvic  2 acetyl-CoA + 2CO2 + 2NADH

2 Acetyl-CoA + 2ADP + NAD + 2FAD  4CO2 + 2ATP + 6NADH + 2FADH2

Sản phẩm của quá trình đường phân và chu trình Crep:

1C6H12O6 6CO2 + 4ATP +6NADH + 2FADH2

Chuỗi chuyển e- hô hấp

Electron được truyền từ NADH vào FADH2 tới Oxi qua một chuỗi các phản ứng oxi hóa khử ké tiếp nhauphản ứng cuối cùng oxi bị khử tạo ra nước

Chuỗi chuyển e- hô hấp

Các phân tử tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử:

+ Các phức hợp protein xuyên màng: I, II, III và IV

+ Hai chất vận chuyển e- linh động: ubiquinone (UQ) và cytochrome c (cyt c)

Sản phẩm của chuỗi vận chuyển điện tử:

+ 34ATP

+ H2O

PHƯƠNG TRÌNH TỔNG QUÁT CỦA QUÁ TRÌNH HÔ HẤP

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP + NHIỆT

Quá trình hô hấp

PHÂN GIẢI POLYSACCHARIDE VÀ

DISACCHARIDE

• Sự phân giải polysaccharide và disaccharide thực

hiện theo 2 kiểu: thủy phân và phosphoroliose Các polysaccharide bị thủy phân do tác dụng của từng loại enzyme tương ứng: tinh bột bị thủy phân bởi enzyme amilase, cellulose bị thủy phân bởi cellulose, inulase thủy phân inulin, … Đối với kiểu phân giải theo con đường phosphoroliose thì phosphoroliose đóng vai trò của nước ở quá trình thủy phân