Giáo trình hóa sinh thực phẩm phần 2

Chƣơng GLUCID Glucid hợp chất hữu nhiều giới Mỗi năm, trình quang hợp chuyển hóa 100 tỷ CO2 O2 thành cellulose sản phẩm khác Glucid hợp phần của phần thức ăn hàng ngày của người Glucid nguồn lượng chủ yếu cho hoạt đợng của thể Ngồi ra, glucid tham gia vào thành phần của tế bào tổ chức 4.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ GLUCID 4.1.1 Cấu tạo phân loại Glucid hợp chất hữu đƣợc tổng hợp nhờ trình quang hợp xanh Hàm lƣợng glucid chiếm khoảng 2% trọng lƣợng khô thể động vật, thực vật hàm lƣợng glucid lên đến 80 90% trọng lƣợng khô Glucid thức ăn chủ yếu động vật, nguồn cung cấp lƣợng chủ yếu cho thể tiến hành chức khác Công thức cấu tạo glucid thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng Cn(H2O)n, nguyên tố C, H, O đơi có N, S, P Trong cơng thức hydro oxy có tỷ lệ nhƣ công thƣ́c cấu tạo hóa học củ a nƣớc nên trƣớc glucid đƣợc gọi carbonhydrate Nhƣng có glucid khơng phù hợp với cơng thức (ramonose, deoxyribose), có chất có cơng thức tƣơng ứng công thức nhƣng glucid (acid lactic: C3(H2O)3, acid acetic: C2(H2O)2) Hoặc chất có vị nhƣ đƣờng saccarin gấp 500 lần sucrose nhƣng khơng phải glucid Vì mà năm 1927 hội nghị quốc tế cải cách danh pháp hóa học dùng thuật ngữ glucid thay cho thuật ngữ carbonhydrate Từ ta định nghĩa nhƣ sau: glucid hợp chất polyalcol có chứa nhóm aldehyde ketone, hay chất thủy phân chúng cho nhiều polyalcol aldehyde polyalcol ketone Phân loại glucid:  Monosaccharide: đƣờng đơn giản, không bị thủy phân thành chất đơn giản hơn, không tính chất glucid  Oligosaccharide (polysaccharide dãy I): thủy phân oligosaccharide cho lƣợng khơng lớn monosaccharide (có từ ÷ 10 monosaccharide)  Polysaccaride dãy II (glycan): có cấu trúc phức tạp gồm nhiều đƣờng đơn tạo thành, lƣợng gốc monosaccharide lên đến vài chục nghìn Những đại diện tinh bột, glycogen, cellulose, hemicellelulose 4.1.2 Chức Nguồn lƣợng: glucid nguồn cung cấp lƣợng trực tiếp cho tất tế bào sống, 1g glucid oxy hóa hồn tồn cho 4,1 Kcalo Đối với ngƣời, glucid cung cấp 60 91 70% nhu cầu lƣợng cho thể Glucid chất dự trữ lƣợng (trƣớc protein lipid), sản phẩm trình quang hợp, nguồn lƣợng trực tiếp dễ dàng khai thác gây biến cố nguy hại cho thể Não quan phát triển thể sử dụng glucose làm nguồn lƣợng Chức tạo hình: glucid đƣợc sử dụng tổng hợp nhiều chất quan trọng thể sống: acid nucleic, acid amin, protein, lipid Chức bảo vệ: glucid thành phần chủ yếu mô thực vật, tham gia vào cấu trúc khung côn trùng, tôm, cua tham gia vào tạo thành vách tế bào vi khuẩn màng tế bào tất thể sống Chức điểm tựa: cellulose vỏ tế bào thực vật đảm nhận chức tạo khung vững thực vật; ngồi phức hợp với protein, glucid tham gia vào thành phần mô sụn tạo nên hợp chất mô khác mà chúng thực chức điểm tựa ngƣời động vật Chức điều hòa: glucid đảm nhận nhiệm vụ đóng mở khí khổng, gây kích thích học ống tiêu hóa, có khả làm cho ống tiêu hóa hoạt động sau tự tiêu hóa thức ăn Glucid thực chức chống đơng tụ (mucopholysaccharide – heparine) chống lại tác động làm sƣng u, có số đƣợc sử dụng làm thuốc chống bệnh truyền nhiễm Ngồi glucid đóng vai trò chất dinh dƣỡng dự trữ thể dạng tinh bột (đối với thực vật) glycogen (đối với động vật) Lƣợng glucid thừa thể đƣợc chuyển hóa theo hai hƣớng:  Glucid bị oxy hóa hồn toàn đến CO2 H2O để tạo lƣợng, hƣớng thể trẻ chiếm ƣu  Đƣợc sử dụng để tổng hợp chất béo dự trữ, hƣớng lứa tuổi thành niên đứng tuổi chiếm ƣu Sự trao đổi glucid có liên quan đến trao đổi chất béo Nếu lƣợng tiêu hao không đƣợc đền bù glucid dự trữ glucid từ thức ăn glucid đƣợc tạo nên từ chất béo Glucid đƣợc lƣu lại thể hạn chế, lƣợng thừa đƣợc chuyển hóa dễ dàng thành lipid dự trữ Vai trò glucid công nghệ sản xuất thực phẩm:  Glucid nguyên liệu thiếu ngành sản xuất lên men: rƣợu bia, vitamin, bột ngọt, bánh kẹo…  Glucid tham gia tạo cấu trúc, hình dạng, trạng thái nhƣ chất lƣợng cho sản phẩm thực phẩm: tạo sợi, màng, gel, độ đặc, vị ngọt, mùi, màu… 92 4.2 MONOSACCHARIDE 4.2.1 Phân loại, danh pháp cấu tạo phân tử Monosaccharide đƣờng đơn (nghĩa khơng bị thủy phân), dẫn xuất aldehyde ketone polyol, oxy hóa polyol cách loại hai nguyên tử hydro thu đƣợc monosaccharide Ví dụ oxy hóa glycerol thu đƣợc glyceraldehyde dihydroxyacetone CHO CHOH CH2OH -2H Glyceraldehyde CHOH CH2OH CH2OH CH2OH -2H C O CH2OH Dihydroxyacetone a Phân loại monosaccharide Dựa vào nhóm chức phân tử, monosaccharide chia dạng aldose ketose phụ thuộc vào bắt đầu nhóm aldehyde hay ketone phân tử (hình 4.1) Hình 4.1 Cơng thức cấu tạo D-glucose D-fructose (David L Nelson et al., 2008) Có thể chia theo số nguyên tử carbon có thành phần phân tử nó: triose, tetrose, pentose, hexose, heptose, octose… Đƣờng đơn có nhiều nguyên tử carbon đƣợc gọi đƣờng cao 93 Theo chất hóa học monosaccharide đƣợc chia thành nhóm sau:  Monosaccharide trung tính: cơng thức cấu tạo có nhóm chức carbonyl hydroxyl  Monosaccharide acid: cơng thức cấu tạo ngồi nhóm chức carbonyl hydroxyl có nhóm chức carboxyl  Aminosaccharide: cơng thức cấu tạo ngồi nhóm chức carbonyl hydroxyl có nhóm chức amin, nhóm quy định tính chất chủ yếu hợp chất Hình 4.2 Cơng thức cấu tạo monosaccharide có tính kiềm tính acid (David L Nelson et al., 2008) b Danh pháp cấu tạo Khi gọi tên monosaccharide trung tính ngƣời ta thƣờng gọi với tên gọi bình thƣờng: glucose, fructose, ribose… Dẫn xuất amin đƣờng trung tính gọi amino saccharose, glucosamine, galactosamine… Đƣờng chứa nhóm carboxyl: acid glucuronic, manonic, galactaric… Thƣờng gọi tên monosaccharide tập trung theo nguyên tắc: rõ có mặt nhóm aldehyde hay ketose số nguyên tử carbon Ví dụ: aldosepentose, ketosehexose Đối với dẫn xuất monosaccharide khác ngƣời ta đánh dấu số thứ tự cho nguyên tử carbon nhóm aldehyde hay từ đầu cuối mà gần nhóm ketone gọi tên theo thứ tự mà nguyên tử carbon có nhóm kết hợp trực tiếp không trực tiếp Tất monosaccharide (trừ dihydroxyaketone) có đồng phân lập thể Đây đặc tính quan trọng monosaccharide Đồng phân lập thể monosaccharide tồn hai dạng đồng phân đối quang D L Cấu hình D L phân bố nhóm –OH gần nguyên tử carbon hoạt quang áp chót, –OH nằm bên phải mạch carbon phân tử monosaccharide có cấu hình D, ngƣợc lại nhóm –OH nằm bên trái mạch carbon có cấu hình L (hình 4.3) Cấu hình D L ký hiệu cho hƣớng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực, có monosaccharide 94 có cấu hình D nhƣng lại quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang trái, có monosaccharide có cấu hình L nhƣng lại có khả quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang bên phải Để ký hiệu monosaccharide có hƣớng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải hay trái sau ký hiệu D L cần thêm ký hiệu (+) (–) CHO CHO HO H C OH HO C C H H C OH H H C OH HO C H H C OH HO C H CH2OH CH2OH D-Glucose L-Glucose Hình 4.3 Cấu hình D L glucose (Phạm Thu Cúc, 2002) Hình 4.4 thể cơng thức cấu tạo số D–aldose thƣờng gặp tự nhiên, đồng phân D–aldose có thêm đồng phân đối quang L Mỗi cặp đồng phân đối quang D L có tính chất hóa lý nhƣ nhƣng khác hƣớng quay mặt phẳng ánh sáng phân cực Hình 4.4 Cơng thức cấu tạo D-aldose (David L Nelson et al., 2008) Ngoài tồn đồng phân lập thể khơng đối quang, đồng phân lập thể không đối quang thƣờng khác tính chất lý hóa học nhƣ: nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, tính 95 hòa tan… Đồng phân lập thể không đối quang mà chúng khác theo cấu hình tâm hoạt động gọi epimer Hình 4.5 thể cơng thức cấu tạo D-glucose hai đồng phân không đối quang epimer D-mannose D-galactose, cơng thức cấu tạo Dglucose D-mannose khác vị trí tâm carbon hoạt quang C2, cơng thức cấu tạo D-glucose D-galactose khác vị trí tâm carbon hoạt quang C4 Hình 4.5 Glucose hai đồng phân khơng đối quang (David L Nelson et al., 2008) Trong thể sống monosaccharide thƣờng tồn cấu hình D, ngoại trừ có Larabinose, L-ramnose Số đồng phân lập thể monosaccharide đƣợc tính theo công thức N = 2n (n số carbon hoạt quang phân tử) Ví dụ: aldohexose có carbon hoạt quang công thức cấu tạo nên số đồng phân lập thể N = 24 = 16 đồng phân lập thể (tƣơng ứng với cặp đồng phân lập thể đối quang D L) Công thức cấu tạo thẳng theo Fisher nhƣ monosaccharide có carbon trở lên khơng phù hợp với tính chất thực tế dung dịch monosaccharide Ví dụ: có tƣợng chuyển quay dung dịch monosaccharide pha ; một số phản ƣ́ng với aldehyde thông thƣờng lại khơng xảy đới với m onosaccharide, nghĩ nhóm aldehyde monosaccharide có thể tồn tại dƣới dạng cấu tạoriêng biệt nào đó ; methanol dễ dàng phản ứng với monosaccharide để tạo thành hợp chất ether , điều này chƣ́ng tỏ monosaccharide có nhóm –OH đặc biệt nào đó khác với nhóm –OH của rƣợu thơng thƣờng Để giải thích tƣợng M.A.Coli (1870) giải thích ngồi dạng mạch thẳng monosaccharide tồn dạng cấu tạo vòng Vì thực tế aldehyde (ketone) tác dụng với rƣợu để tạo thành hemiacetal (hemiketal) 96 Phản ứng tạo thành hemiacetal (hemiketal) xảy nội phân tử monosaccharide Sự tạo vòng xảy tác dụng nhóm carbonyl với nhóm hydorxyl (–OH) phân tử monosaccharide tạo thành hemiacetal (hemiketal) vòng Hình 4.6 trình bày chế hình thành cấu tạo vòng glucose Hình 4.6 Sơ đồ hình thành vòng glucose (David L Nelson et al., 2008) 97 Sự tạo vòng monosaccharide tạo thêm carbon hoạt quang đƣợc gọi carbon anomer Tùy theo vị trí nhóm hydroxyl carbon anomer mà ta có dạng đồng phân α β Nếu nhóm hydroxyl carbon anomer nằm bên dƣới hình chiếu Haworth gọi dạng α, ngƣợc lại nhóm hydroxyl carbon anomer nằm bên hình chiếu Haworth gọi dạng β Trong dung dịch monosaccharide diện cân dạng vòng (α β) dạng thẳng Ví dụ: dung dịch glucose nhiệt độ phòng có 2/3 dạng β, 1/3 dạng α lƣợng nhỏ dạng thẳng Phụ thuộc vào nhóm hydroxyl nguyên tử carbon tiếp nhận tạo nên hemiacetal (hemiketal) mà nhận đƣợc vòng cạnh (nguyên tử C4 liên kết với oxy C1) hay cạnh (nguyên tử C5 liên kết với oxy C1) Dạng cạnh có cấu tạo tƣơng tự nhân furan nên gọi dạng furanose, dạng cạnh có cấu tạo tƣơng tự nhân piran nên đƣợc gọi dạng pyranose (hình 4.7) Hình 4.7 Cơng thức cấu tạo vòng glucose fructose (David L Nelson et al., 2008) Nguyên tắc chuyển từ cấu tạo thẳng dạng Fisher sang dạng vòng Haworth: nhóm nằm bên phải hình chiếu ngun tử carbon hoạt quang công thức Fisher 98 chuyển qua hình chiếu vòng Haworth nằm dƣới mặt phẳng vòng, nhóm nằm bên trái nằm phía mặt phẳng vòng (hình 4.8) CHO H C OH HO C H 2OH H C OH O H C OH H C OH H C OH CH CH 2OH HO C H O OH H C OH HOH2C C H D-glucose α-D-glucopyranose α-D-glucopyranose Hình 4.8 Mối quan hệ công thức cấu tạo dạng Fisher Haworth glucose (Phạm Thu Cúc, 2002) Trong thiên nhiên vòng piran khơng phải dạng phẳng mà tồn dạng gấp khúc Mặt phẳng xuất phần lớn dạng hình ghế dạng hình thuyền, nhóm đƣợc xếp theo trục thẳng theo vị trí nằm ngang Dạng hình ghế bền dạng hình thuyền Hình 4.9 Cấu hình dạng ghế dạng thuyền glucopyranose (Jeremy M Berg et al, 2007) Cấu trúc vòng monosaccharide giúp giải thích đƣợc tƣợng:  quang Số đồng phân lập thể tăng lên hình thành cấu tạo vòng có thêm carbon hoạt  Monosaccharide không tham gia vào vài phản ứng chức aldehyde monosaccharide khơng nhóm aldehyde 99  Có tƣợng chuyển quay hình thành thêm đồng phân α β Dung dịch glucose lúc pha có góc quay +112,20, nhƣng sau chúng bị giảm dần đạt đƣợc +52,70 ổn định  Nhóm hydroxyl vị trí carbon anomer (còn đƣợc gọi hydroxyl glycoside ) có khả phản ứng cao so với nhóm hydroxyl thƣờng alcol Vì monosaccharide có khả tác dụng với methanol hình thành ether 4.2.2 Tính chất vật lý Monosaccharide chất rắn, khơng màu, dạng tinh thể, có vị Vị monosaccharide không giống nhau, vị đƣờng sucrose 100% fructose có độ 173%, glucose 74%, lactose 16% (Phạm Thuc Cúc, 2002) Dung dịch monosaccharide (trừ hydroxyaketone) có khả quay mặt phẳng ánh sáng phân cực cơng thức cấu tạo chúng có carbon hoạt quang Do sƣ̣ có mặt của nhiều nhóm hydroxyl phân tƣ̉ nên nhì n chung monosaccharide là nhƣ̃ng chất dễ hòa tan nƣớc và không tan các dung môi hƣ̃u Khi cô đặc dung dịch monosaccharide thu đƣợc tinh thể 4.2.3 Tính chất hóa học a Tác dụng với chất oxy hóa Khi oxy hóa aldose mơi trƣờng acid tùy theo tác nhân oxy hóa ta có dạng acid monosaccharide tạo thành: aldonic, aldaric, alduronic  Nếu oxy hóa nhẹ nƣớc brom, clo, iod… mơi trƣờng acid nhóm aldehyde bị oxy hóa thu đƣợc acid aldonic Acid gluconic dạng muối canxi đƣợc sử dụng y học CHO H C OH HO C H COOH H C OH HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH D-glucose acid gluconic  Nếu oxy hóa tác nhân oxy hóa mạnh (ví dụ: HNO3) chức rƣợu bậc I chức aldehyde bị oxy hóa thu đƣợc mợt diacid (acid aldaric) 100 Hình 6.4 Sơ đồ phản ứng pha khơng oxy hóa (David L Nelson et al., 2008)  Trƣớc tiên dƣới tác dụng enzyme transketolase, C1 C2 xylulose 5phosphate đƣợc vận chuyển đến kết hợp với ribose 5-phosphate tạo thành sedoheptulose 7phosphate glyceraldehyde 3-phosphate  Tiếp theo dƣới tác dụng enzyme transaldolase mảnh carbon sedoheptulose 7-phosphate đƣợc chuyển đến kết hợp với glyceraldehyde 3-phosphate để tạo thành fructose 6-phosphate erythrose 4-phosphate 152  Sau dƣới tác dụng enzyme transketolase mảnh carbon xylulose 5phosphate đƣợc vận chuyển đến kết hợp với erythrose 4-phosphate để tạo thành fructose 6phosphate glyceraldehyde 3-phosphate Hai phân tử glyceraldehyde 3-phosphate kết hợp với tạo thành fructose 1,6-bisphosphate, sau dƣới tác dụng enzyme fructose 1,6-biphosphatase phosphohexose isomerase tạo thành glucose 6-phosphate từ fructose 1,6-bisphosphate Chu trình pentose phosphate không tạo trực tiếp ATP mà tạo ATP nhờ chuyển hóa NADPH Nhƣ oxy hóa glucose hồn tồn theo chu trình pentose phosphate tạo nên 36 phân tử ATP Điều thể sơ đồ sau: 6.2 SỰ PHÂN GIẢI LIPID 6.2.1 Sự chuyển hóa lipid trình tiêu hóa hấp thụ Phần lớn chất béo đƣa vào thể triacylglycerols, phospholipid sterid Quá trình phân giải chất béo phức tạp 153 Ở miệng hầu nhƣ chất béo không bị phân giải nƣớc bọt khơng có enzyme lipase, thức ăn đƣợc trộn nhào với nƣớc bọt nghiền thành mảnh nhỏ Sự phân giải chất béo bắt đầu thực dày chủ yếu ruột non Ở dày chất béo bị thủy phân có enzyme lipase nhƣng khơng có điều kiện chuyển thành nhũ tƣơng, xảy trẻ bú chất béo sữa đƣợc huyền phù sữa mẹ Ở ruột non có hai loại dịch tiêu hóa dịch tuyến tụy dịch mật đƣợc tiết vào tá tràng Ngoài ruột non có điều kiện thuận tiện để nhũ tƣơng hóa chất béo nhanh chóng Do tá tràng có trung hòa acid HCl dịch vị theo thức ăn xuống bicarbonate có dịch tụy dịch ruột tạo thành CO2 làm thức ăn đƣợc trộn kỹ với dịch tiêu hóa xảy nhũ hóa chất béo Acid mật chứa túi mật đƣợc tiết vào ruột, có mặt acid mật làm giảm sức căng bề mặt hạt mỡ lớn, làm cho vỡ vụn thành hạt nhỏ tạo nên nhũ tƣơng thuận lợi cho tác dụng enzyme lipase Dịch tuyến tụy sinh nhiều enzyme có lipase hoạt tính cao 6.2.2 Sự phân giải triacylglycerols Dƣới tác dụng enzyme lipase trình thủy phân triacylglycerols xảy từ từ, thủy phân liên kết ester vị trí C3 C1 CH2 OCOR1 H2O CH2 R3COOH CH OCOR2 OCOR1 R1COOH CH2 CH OCOR2 lipase CH2 H2O OH CH OCOR2 lipase OCOR3 CH2 triacylglycerols OH CH2 1,2-diacylglycerols OH 2-monoacylglycerol Sau liên kết ester vị trí C2 đƣợc thủy phân enzyme lipase khác có hoạt tính cao Liên kết ester C1 C3 đƣợc thủy phân nhanh, thủy phân 2-monoacylglycerol xảy chậm Ngồi monoacylglycerol đƣợc thấm qua thành ruột với acid béo đƣợc sử dụng trở lại để tổng hợp triacylglycerols đặc hiệu dịch nhày dịch ruột non CH2 OH H2O R2COOH CH OCOR2 CH2 OH CH OH lipase CH2 OH 2-monoacylglycerol CH2 OH glycerol 154 Sự chuyển hóa glycerol: trƣớc tham gia vào phân giải glycerol đƣợc hoạt hóa thành glycerol 3-phosphate dƣới tác dụng enzyme glycero kinase ATP Sau glycerol 3-phosphate bị oxy hóa để tạo thành dihydroxyacetone phosphate dƣới tác dụng enzyme glycerol 3-phosphate dehydrogenase Tiếp theo dihydroxyacetone phosphate đƣợc chuyển thành glyceraldehyde 3-phosphate với xúc tác enzyme triose phosphate isomerase (hình 6.5) Hình 6.5 Sơ đồ phân giải glycerol (David L Nelson et al., 2008) Con đƣờng phân giải hoặc tổng hợp tiếp theo của glyceraldehyde 3-phosphate tùy thuộc vào điều kiện thể : tham gia tổ ng hợp glycogen, tinh bột, acid amin; hoặc tham gia chu trình Krebs tạo lƣợng 6.2.3 Sự β oxy hóa acid béo Sự β oxy hóa acid béo q trình tách dần cặp nguyên tử carbon mạch acid béo xảy oxy hóa carbon β Enzyme để oxy hóa acid béo đƣợc định cƣ ty thể glyoxysome Các phản ứng xảy bên ty thể 155 Trƣớc tham gia quá trì nh β oxy hóa acid béo đƣợc hoạt hóa, phản ứng xảy tế bào chất nhờ ATP xúc tác enzyme acyl-CoA synthetase tạo thành acyl-CoA Sau đƣợc hoạt hóa tế bào chất, acid béo mặt ngắn (có ÷ 10 carbon) thấm thẳng từ tế bào chất vào màng ty thể để xảy β oxy hóa acid béo Còn acid béo có mạch carbon dài kết hợp với carnitine để tạo dẫn xuất acyl carnitine Với tác dụng enzyme carnitine acyltranferase I II định cƣ bên màng ty thể acid béo đƣợc vận chuyển vào ty thể (hình 6.6) Hình 6.6 Sơ đồ vận chuyển acyl CoA qua màng ty thể (David L Nelson et al., 2008) 156 Các phản ứng đƣợc trình bày hình 6.7 Hình 6.7 Sơ đồ β oxy hóa acid palmitic (David L Nelson et al., 2008) 157  Đầu tiên, dƣới tác dụng enzyme acyl-CoA dehydrogenase acyl-CoA bị oxy hóa tạo thành trans-∆2-enoyl-CoA với nối đơi đƣợc hình thành phân tử carbon α β, cấu hình nối đơi dạng trans  Ở phản ứng thứ hai trình nƣớc đƣợc cộng vào nối đôi trans-∆2-enoylCoA để tạo thành L-β-hydroxyacyl-CoA (3-hydroxyacyl-CoA) với xúc tác enzyme enoyl-CoA hydratase  Tiếp theo β-hydroxyacyl-CoA bị oxy hóa tạo thành β-ketoacyl-CoA dƣới xúc tác enzyme β-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase  Cuối cùng dƣới tác dụng enzyme acyl-CoA acetyltransferase (còn đƣợc gọi thiolase) β-ketoacyl-CoA bị phân cắt thành acetyl CoA acyl CoA (có số phân tử carbon so với ban đầu phân tử) Acyl CoA đƣợc tạo thành lại đƣợc lập lại phản ứng đƣợc phân cắt hoàn toàn thành acetyl CoA Sự β oxy hóa acid béo khơng no: q trình β oxy hóa khơng no xảy bình thƣờng chƣa có nối đơi Khi oxy hóa đến vị trí nối đơi có hai trƣờng hợp xảy ra:  Nếu nối đơi khơng vị trí phân tử carbon α β có enzyme đồng phân hóa ∆3,∆2-enoyl-CoA isomerase chuyển nối đơi vào vị trí xảy β oxy hóa bình thƣờng nhƣng khơng qua giai đoạn bị oxy hóa FAD (hình 6.8) Hình 6.8 Sự β oxy hóa oleoyl-CoA (David L Nelson et al., 2008) 158  Nếu nối đôi vị trí phân tử carbon α β nhƣng nối đơi acid béo tự nhiên dạng cis nên cộng nƣớc vào dƣới tác dụng enzyme enoyl-CoA hydratase sản phẩm thu đƣợc D-β-hydroxyacyl-CoA khơng phải dạng L-βhydroxyacyl-CoA Vì thế cần có enzyme đồng phân hóa D-β-hydroxyacyl-CoA epimerase để chuyển từ dạng D sang L tiếp tục bị oxy hóa β-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase khơng qua giai đoạn bị oxy hóa FAD (hình 6.9) O CH3 (CH2)4 CH CH CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C S-CoA vòng β oxy hóa O CH3 (CH2)4 CH CH CH2 CH CH CH2 O + C S-CoA ∆3,∆2-enoyl-CoA isomerase S-CoA H CH3 (CH2)4 3CH3 C CH CH CH2 CH2 C O C C S-CoA H β oxy hóa O O CH3 (CH2)4 CH CH CH2 CH2 CH3 C S-CoA S-CoA vòng β oxy hóa CH3 + C O (CH2)4 CH CH O + C S-CoA CH3 C S-CoA hydratase O CH3 (CH2)4 CH CH2 C S-CoA OH D-β-hydroxyacyl-CoA OH epimerase CH3 (CH2)4 CH CH2 O C S-CoA β oxy hóa CH3 O (CH2)4 C S-CoA vòng β oxy hóa O CH3 C S-CoA Hình 6.9 Sự β oxy hóa acid linoleic (Phạm Thu Cúc, 2002) 159 Sự oxy hóa acid béo có số carbon lẻ:  Phần lớn lipid tự nhiên có acid béo với số carbon chẵn, nhƣng có lipid thực vật có acid béo với số carbon lẻ Trong q trình tiêu hóa thức ăn, động vật nhai lại tạo thành lƣợng lớn propionate cỏ Propionate đƣợc hấp thụ vào máu bị oxy hóa gan mơ Một lƣợng nhỏ propionate có thức ăn ngƣời (bánh mỳ ngũ cốc) đƣợc sử dụng để ngăn nấm mốc phát triển  Acid béo có số carbon lẻ bị phân giải theo đƣờng β-oxy hóa bình thƣờng để tạo thành acetyl-CoA, đến vòng oxy hóa cuối đƣợc acetyl-CoA propionyl-CoA Các acetyl-CoA tiếp tục bị oxy hóa theo chu trình Krebs để tạo lƣợng Còn propionylCoA đƣợc chuyển hóa theo đƣờng khác với tham gia ba loại enzyme (hình 6.10) Hình 6.10 Sơ đồ chuyển hóa propionyl-CoA (David L Nelson et al., 2008) 160  Đầu tiên propionyl-CoA đƣợc gắn gốc carboxyl vào tạo thành D-methylmalonylCoA dƣới tác dụng enzyme propionyl-CoA carboxylase Tiếp theo D-methylmalonylCoA chuyển thành dạng đồng phân L-methylmalonyl-CoA dƣới tác dụng enzyme methylmalonyl-CoA epimerase Và cuối cùng dƣới tác dụng enzyme methylmalonyl-CoA mutase L-methylmalonyl-CoA chuyển thành succinyl-CoA Từ chuyển hóa theo chu trình Krebs 6.2.4 Chuyển hóa lipid bảo quản chế biến Khi bảo quản lâu, dƣới tác dụng nhiều nhân tố (ánh sáng, khơng khí, nhiệt độ, nƣớc, vi sinh vật…) lipid bị thay đổi trạng thái, màu sắc có mùi khó chịu Đây đƣợc gọi hóa lipid Dựa vào chế phản ứng chia hóa thủy phân hóa oxy hóa Ơi hóa phản ứng thủy phân: phản ứng thủy phân lipid xảy có enzyme khơng có enzyme xúc tác  Thủy phân có mặt nƣớc: xảy pha béo có nƣớc hòa tan lipid tham gia phản ứng, lipid có mặt nƣớc với lƣợng đáng kể nhiệt độ thƣờng tốc độ phản ứng nhỏ  Thủy phân enzyme: xảy bề mặt tiếp xúc nƣớc lipid dƣới tác dụng enzyme lipase (có sẵn nguyên liệu vi sinh vật tạo ra), thủy phân xảy nhanh hàm ẩm cao Ơi hóa phản ứng oxy hóa khử: hóa theo kiểu dạng phổ biến bảo quản lipid, ngƣời ta phân biệt làm hai loại: hóa hóa học hóa sinh học  Ơi hóa hóa học: q trình tự oxy hóa, xảy cơng O2 vào nối đôi acid béo tự nhƣ kết hợp tạo liên kết peroxide Sản phẩm hydroperoxide, từ tạo nên aldehyde ketone, chúng tiếp tục bị oxy hóa cho acid tƣơng ứng, acid mạch ngắn làm lipid có mùi đắng  Ơi hóa sinh học: tác dụng enzyme lipoxydase lên acid béo không no chứa nhiều nối đôi, dƣới tác dụng enzyme vi sinh vật (Aspergillus, Penicillium) lên acid béo no có phân tử lƣợng trung bình thấp Lipid bị hóa thƣờng dẫn đến:  Các acid béo không no cao phân tử vitamin bị phân hủy sản phẩm oxy hóa tích tụ lipid  Các sản phẩm oxy hóa lipid thƣờng làm vơ hoạt enzyme, đặc biệt làm giảm hoạt tính succinoxydase, cytochromoxydase, cholinoxydase  Sản phẩm oxy hóa lipid có khả oxy hóa cao với protein, hợp chất tạo thành bền khơng hòa tan nƣớc, dung môi hữu không bị phân ly enzyme 161 6.3 SỰ PHÂN GIẢI PROTEIN 6.3.1 Sự tiêu hóa protein động vật Sự phân giải protein đƣợc xúc tác enzyme phân giải protein, chúng peptidase xúc tác thủy phân liên kết peptide Ở ngƣời động vật, trình phân giải protein chủ yếu xảy khoang trống ruột Sự tiêu hóa protein dày Protein thức ăn vào dày, kích thích màng nhày tế bào bề mặt dày tiết hormon gastrin kích thích vách dày tiết HCl pepsinogen Ở pH acid môi trƣờng dày dễ dàng làm cho protein trƣơng phồng, nhờ mà q trình thủy phân protein dễ dàng, điều có ý nghĩa quan trọng với phân giải protein collagen elastin Dƣới tác động HCl pepsinogen đƣợc chuyển thành pepsin hoạt động, thủy phân liên kết peptide tạo đầu N acid amin có nhân thơm (Phe, Tyr, Trp) Pepsin dễ dàng thủy phân protein (myosin actin), albumin globulin Còn collagen elastin khó thủy phân hơn, keratin hồn tồn khơng bị thủy phân pepsin Ngoài pepsin, dày có renin giúp làm đơng sữa Những sản phẩm thủy phân protein pepsin đƣợc gọi pepton, chúng chất cao phân tử, khơng đƣợc hấp thụ dày, pepton đƣợc chuyển xuống tá tràng thức ăn Ở ruột non, với độ pH thấp hỗn hợp thức ăn từ dày chuyển xuống kích thích tế bào bề mặt ruột non tiết hormon secretin kích thích tuyến tụy tiết HCO3- vào ruột non để trung hòa lƣợng acid HCl Acid amin có mặt phần đầu ruột non kích thích tiết hormon cholecystokinin có nhiệm vụ kích thích tế bào tuyến tụy tiết tiền enzyme trypsinogen, chymotrypsinogen procarboxyl peptidase Khi trypsinogen vào ruột non bị enzyme enteropeptidase có mặt hoạt hóa thành enzyme trypsin hoạt động Trypsin thủy phân liên kết peptide có chứa nhóm carboxyl Arg Lys Ngồi trypsin hoạt hóa chymotrypsinogen procarboxyl peptidase thành chymotrypsin carboxyl peptidase hoạt động Chymotrypsin thủy phân liên kết peptide có chứa nhóm carboxyl acid amin Tyr, Phe, Trp Met Carboxyl peptidase thủy phân liên kết peptide có chứa nhóm carboxyl tự từ đầu C Tƣơng tự ruột non tiết enzyme amino peptidase cắt liên kết peptide có nhóm amin tự từ đầu N, enzyme dipeptidase thủy phân liên kết peptide cuối 6.3.2 Những đƣờng hƣớng chuyển hóa acid amin Mỗi acid amin có đƣờng hƣớng chuyển hóa riêng biệt cho loại Tùy theo điều kiện thể sinh vật mà có chuyển hóa khác Ở ngƣời, tất đƣờng chuyển hóa acid amin tạo khoảng 10 ÷ 15% lƣợng cần thiết Theo David L Nelson et al., (2008) q trình chuyển hóa enzyme thành chất trung gian chu trình Krebs để từ oxy hóa tạo lƣợng tổng hợp chất ketone gồm nhóm chuyển hóa sau (hình 6.11): 162  Chuyển hóa thành pyruvate: gồm có sáu acid amin: alannine, cysteine, glycine, serine, threonine tryptophan  Chuyển hóa thành acetyl-CoA: gồm có bảy acid amin: tryptophan, lysine, phenylalanine, tyrosine, leucine, isoleucine threonine  Chuyển hóa thành α-ketoglutarate: gồm có năm acid amin: proline, glutamine, arginine, histidine glutamate  Chuyển hóa thành succinyl-CoA: gồm có bốn acid amin: methionine, isoleucine, threonine valine  Chuyển hóa thành oxaloacetate: gồm có asparagine aspartate Hình 6.11 Các đƣờng phân giải acid amin (David L Nelson et al., 2008) 163 CÂU HỎI ÔN TẬP Phần tự luận Trình bày thủy phân tinh bột enzyme amylase Trình bày ý nghĩa phản ứng đƣờng phân Trình bày phản ứng chu trình Krebs Trình bày phân giải glycerol Trình bày phản ứng q trình β oxy hóa acid béo Trình bày phân giải protein Phần trắc nghiệm Enzyme α-amylase (EC 3.2.1.1) có khả phân cắt liên kết: A α-(1→4) glycoside B α-(1→6) glycoside C β-(1→4) glycoside D β -(1→2) glycoside Trong trình đƣờng phân phân tử glucose bị oxy hóa tạo: A phân tử acid pyruvic B phân tử acetyl CoA C Acid lactic D Tất sai Enzyme xúc tác phản ứng sau: A Enzyme aldolase B Enzyme phosphohexose isomerase C Enzyme hexokinase D Enzyme phosphofructosekinase-1 164 Một phân tử acetyl CoA bị oxy hóa hồn tồn chu trình Krebs tạo phân tử CO2 A C B D Giai đoạn cuối chu trình Krebs tạo ra: A Acid succinic C Acid fumaric B Acid malic D Acid oxaloaxetic Acid đƣợc tạo chu trình Kreps là: A Acid isocitric C Acid citric B Acid cis-aconitic D Acid oxalosucinic Oxy hóa hồn tồn phân tử glucose theo q trình đƣờng phân chu trình Krebs thành CO2 nhận đƣợc ATP A 32 ATP C 36 ATP B 34 ATP D 38 ATP Enzyme xúc tác phản ứng oxy succinate hóa thành fumarate A Enzyme succinate dehydrogenase B Enzyme fumarate hydratase C Enzyme succinyl-CoA synthetase D Enzyme α-ketoglutarate dehydrogenase Enzyme transketolase chu trình pentose phosphate xúc tác vận chuyển: A Một mảnh carbon từ đƣờng ketose đến đƣờng aldose B Một mảnh carbon từ đƣờng aldose đến đƣờng ketose C Một mảnh carbon từ đƣờng ketose đến đƣờng aldose D Một mảnh carbon từ đƣờng aldose đến đƣờng ketose 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Ngọc Tú (2006) Hóa sinh công nghiệp Nhà xuất Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội Lê Ngọc Tú (1999) Hóa học thực phẩm Nhà xuất Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội Phạm Thu Cúc (2002) Sinh hóa Đại học Cần Thơ Branden, C & Tooze, J (1991) Introduction to Protein Structure Garland Publishing, Inc New York David L Nelson, Albert L Lehninger, Michael M Cox (2008) Lehninger Principles of Biochemistry 5th Edition W.H Freeman, Inc New York Fersht, A (1999) Structure and Mechanism in Protein Science: A Guide to Enzyme Catalysis and Protein Folding W H Freeman and Company New York Jeremy M Berg, John L Tymoczko, Lubert Stryer (2007) Biochemistry 5th Edition W H Freeman and Company and Sumanas, Inc New York Jencks, W.P (1987) Catalysis in Chemistry and Enzymology Dover Publications, Inc New York H D Belitz, W Grosch, P Schieberle (2009) Food Chemistry 4th Spinger 10 Kraut, J (1988) How enzymes work? Science 242, 533–540 11 Lehmann, J (1998) Carbohydrates: Structure and Biology G Thieme Verlag New York 12 Owen R Fennema (1996) Food Chemistry 3rd Edition Marcel Dekker, Inc 166 ... CH2OH H C OH HO C H H C OH CH2OH C O HO C H C OH CH2OH +2H D-sorbitol H H C OH H C OH CH2OH +2H CH2OH HO C H HO C H H C OH D-fructose H C OH CH2OH D-mannitol CHO CH2OH H C OH HO C H H C OH +2H... oxy hóa polyol cách loại hai nguyên tử hydro thu đƣợc monosaccharide Ví dụ oxy hóa glycerol thu đƣợc glyceraldehyde dihydroxyacetone CHO CHOH CH2OH -2H Glyceraldehyde CHOH CH2OH CH2OH CH2OH -2H... N C6H5 H2O H C OH HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH H H H C N N C6H5 H C OH HO C H + H C N N C6H5 H2N N C6H5 C O NH3 + C6H5NH2 HO C H H H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH CH2OH H H