CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA CARBOHYDRATE

Chương 1
CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG
CỦA CARBOHYDRATE
1.1. CÁC MONOMER CỦA POLYSACCHARIDE

Carbon: Tất cả các phân tử sinh học đều chứa C

Công thức tổng quát: (CH
2
O)
n
chứa các nguyên tố
C, H và O theo tỷ lệ 1:2:1

Là nguồn carbon và năng lượng của tế bào
1.1.1 CẤU TRÚC MONOSACCHARIDE

Chứa một nhóm aldehyde (-CHO) hoặc keton (C=O)

Hai hay nhiều nhóm hydroxy (-OH)

Phân loại dựa vào số lượng carbon, và bản chất
của nhóm carbonyl
Monosaccharide đơn giản nhất là triose: glyceraldehyd
(aldose) và dihydroxyacetone (ketose)
Glyceraldehyd (aldo triose) Dihidroxyacetone (keto triose)
Đặc điểm của đường đơn: Có một carbon liên kết với oxygen
bằng liên kết đôi (carbonyl), các carbon còn lại, mỗi carbon
liên kết với một nhóm -OH
Đồng phân hóa học
Sườn carbon thường từ 3 đến 7 carbon, một vài đường

đơn phổ biến sau:
Loại đường Số carbon Ví dụ
Triose 3 Glyceraldehyde
Pentose 5 Ribose
Hexose 6 Glucose
Glyceraldehyde có một carbon bất xứng (ký hiệu C*), có hai
đồng phân dạng D và L
Công thức lập thể Fischer (Cầu oxy)
Số đồng phân lập thể: X = 2
n
(n là số C*)
Đánh số thứ tự nguyên tử C trong phân tử monosaccharide bắt
đầu từ nguyên tử C của nhóm C=O, hoặc C ở đầu gần với
nhóm C=O của các ketose
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
D- Glucose D- Fructose
Sự sắp xếp không gian xung quanh sườn carbon rất đa
dạng, ví dụ glucose và galactose là hai đồng phân
Đồng phân epimer

Cấu trúc vòng của monosaccharide (công thức Haworth)
Nhóm carbonyl hình thành liên kết cộng hóa trị với oxy của một nhóm
hydroxyl dọc theo chuỗi carbon
Phản ứng giữa –OH và –CHO (hoặc C=O) tạo nên dẫn xuất hemiacetal
hoặc hemiketal → chứa C bất xứng
H

OH
CH
2
OH
1
2
3
4
5
6
O

H
HO
CH
2
OH
1
2
3
4
5
6

O
CH
2
OH
1
2
3
4
5
6
O
H

OH

H
HO
CH
2
OH
1
2
3
4
5
6
O
H
H
OH

O
OH
H
HO
H
HOCH
CH
2
OH
CH
2
OH
H
OH
H
H
O
OH
H
HO
HOCH
O
CH
2
OH
H
OH
OH
H
H

HO
H
H
OH
O
CH
2
OH
OH
H
OH
H
H
HO
H
H
OH
Dạng thẳng
Dạng cầu oxy
Công thức Haworth
α- furan
β- furan
α- pyran β- pyran
CHO
CH
2
OH
1
2
3

4
5
6
C
C
C
C
OH
OH
HO
H
H
H
H
OH
CH
2
OH
C
H
O
Một số đường aldose phổ biến
3 Carbon
4 Carbon
5 Carbon
6 Carbon
Một số dạng đường ketose phổ biến
4 Carbon
3 Carbon

Sinh vật chứa nhiều dẫn xuất của đường hexose

Một nhóm hydroxyl được thay bằng nhóm khác

Một nguyên tử C bị oxy hóa thành nhóm carboxyl
Dẫn xuất của monosaccharide
Glucosamine: -OH ở C-2 được thay thế bằng nhóm amin, nhóm amin
thường liên kết với acid acetic → N-acetylglucosamine là thành phần cấu
trúc của vỏ tế bào vi khuẩn
N-acetylmuramic acid trong đó
acid lactic hình thành liên kết
ether với oxy ở C-3 của N-
acetylglucosamine
Nhóm –OH ở C-6 của L-galactose hoặc L-mannose được thay
thế bằng nhóm –CH
3
tạo L-fucose hoặc L-rhamnose, những
đường dehydro này được tìm thấy trong polysaccharides và
trong glycoproteins và glycolipids.
Sự oxy hóa carbon carbonyl (aldehyde) ở glucose tạo
thành gluconic acid, những đường aldose khác tạo aldonic
acid tương ứng khác
Sự oxy hóa ở carbon khác của chuỗi carbon (C-6) của
glucose, galactose, mannose tạo thành các uronic acid:
glucuronic, galacturonic, mannuronic acid. Aldonic acid và
uronic acid tạo thành chất trung gian ổn định gọi là lactone.
1.1.2. Tính chất chung của các monosaccharide
1.1.2.1. Monosaccharide là một chất khử


Monosaccharide có thể bị oxy hóa bởi các chất oxy hóa như
Fe
3+
hoặc Cu
2+
. Carbon của nhóm carbonyl bị oxy hóa thành
nhóm carboxyl. Glucose và những đường khác có khả
năng khử ion sắt hoặc đồng được gọi là đường khử.

Khi oxy hóa bằng HNO
3
đặc, cả hai nhóm chức –CHO và
–OH bậc 2 của monosaccharide đều bị oxy hóa tạo thành
acid có chứa hai nhóm carboxyl gọi là acid saccharic.
CHO
HCOH
HOCH
HCOH
HCOH
CH
2
OH
COOH
HCOH
HOCH
HCOH
HCOH
COOH
HNO

3
D-Glucose Acid Glucaric (Acid Saccharide)