TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

Header Page 1 of 126.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2014

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Vi Thị Thanh Thủy

TỔNG HỢP, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHỨC
CHẤT LYSINE VỚI MỘT SỐ KIM LOẠI SINH HỌC

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS HUỲNH ĐĂNG CHÍNH

Hà Nội – Năm 2014

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Huỳnh Đăng Chính và ThS.NCS
Nguyễn Thị Thúy Nga đã tận tình hƣớng dẫn em trong thời gian thực hiện đề tài
luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo của bộ môn Hóa Vô Cơ & Đại
Cƣơng - Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô bộ môn Hóa Vô Cơ Trƣờng Đại Học Khoa Học Tự Nhiên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành
luận văn.
Em xin cảm ơn gia đình, các anh chị em, bạn bè đồng nghiệp đã động viên,
giúp đỡ em trong thời gian nghiên cứu vừa qua.
Học viên

Vi Thị Thanh Thủy

Footer Page 3 of 126.

Header Page 4 of 126.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………...

1

CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN…………………………………………………………

3

1.1.

Vai trò của kim loại sinh học…………………………………………...

3

1.2.

Vai trò sinh học của lysine……………………………………………..

7

1.3.

Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine…………………..

9

1.4.

Tổng hợp phức chất của kim loại sinh học với amino axit thiết yếu….

12

CHƢƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………

17

2.1.

Thực nghiệm…………………………………………………………………...

17

2.1.1. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm………………………………………..

17

2.1.2. Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH…………..

17

2.1.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình tạo phức…………………

17

2.1.4. Tổng hợp phức chất…………………………………………………….

19

2.1.5. Nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch
ruột và dịch dạ dày……………………………………………………………..

19

Các phƣơng pháp nghiên cứu………………………………………………….

20

2.2.1. Phƣơng pháp chuẩn độ đo pH………………………………………….

20

2.2.2. Phƣơng pháp phổ UV – Vis……………………………………………

22

2.2.3. Phƣơng pháp phân tích nguyên tố………………………………….......

23

2.2.4. Phƣơng pháp phổ khối lƣợng…………………………………………..

24

2.2.5. Phƣơng pháp phổ hấp thụ hồng ngoại………………………………….

25

2.2.6. Phƣơng pháp phổ 13C – NMR………………………………………….

26

2.2.7. Phƣơng pháp phân tích nhiệt……………………………………….......

27

2.2.8. Phƣơng pháp mô phỏng Gaussian………………………………….......

27

CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………………………….......

29

3.1.

Kết quả nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH……........

29

3.2.

Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến sự tạo phức………………………

33

3.2.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ………………………………………………..

33

2.2.

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

3.3.

3.4.

3.2.2. Ảnh hƣởng của thời gian……………………………………………….

34

3.2.3. Ảnh hƣởng của tỷ lệ các chất tham gia phản ứng………………………

36

Phân tích cấu trúc, tính chất của phức chất tổng hợp………………………….

37

3.3.1. Kết quả phân tích nguyên tố………………………………………........

37

3.3.2. Kết quả phổ khối lƣợng…………………………………………….......

37

3.3.3. Kết quả phổ UV – Vis………………………………………………….

40

3.3.4. Kết quả phổ hồng ngoại………………………………………………...

41

3.3.5. Kết quả phổ 13C – NMR………………………………………………..

43

3.3.6. Kết quả phân tích nhiệt…………………………………………………

45

3.3.7. Kết quả phƣơng pháp mô phỏng Gaussian……………………………..

49

Kết quả nghiên cứu độ bền của phức chất trong môi trƣờng mô phỏng dịch
ruột và dịch dạ dày…………………………………………………………….

51

KẾT LUẬN……………………………………………………………………….......

53

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN……………..

54

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….

55

PHỤ LỤC

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CuLys2: [Cu(C6H13N2O2)2(H2O)]
MnLys2: [Mn(C6H13N2O2)2(H2O)2]
ZnLys2: [Zn(C6H13N2O2)2(H2O)2]
FeLys3: [Fe(C6H13N2O2)3]
Cu(Ac)2: Cu(CH3COO)2
Zn(Ac)2: Zn(CH3COO)2
EDTA: C10H16N2O8
ET – OO: C20H12N3NaO7S
NMR: Phổ cộng hƣởng từ hạt nhân
HLys: L – Lysine monohydrochloride
MS: Phổ khối lƣợng
IR: Phổ hồng ngoại

UV – Vis: Phổ tử ngoại – khả kiến

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật………………………

7

Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm
mạc ruột của chuột bạch đực……………………………………………….

10

Bảng 1.3. Ảnh hƣởng của phức chất kim loại – lysine tới bò sữa…………

11

Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái………………………….

12

Bảng 3.1. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+ = 1:2…………

28

Bảng 3.2. Kết quả chuẩn độ H2Lys+ và hệ Mn+: H2Lys+ = 1:3……………...

31

Bảng 3.3. Logarit hằng số bền của các phức chất…………………………..

32

Bảng 3.4. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại trong các phức chất……...

36

Bảng 3.5. Kết quả phân tích phổ MS của ZnLys2…………………………..

38

Bảng 3.6. Kết quả phân tích phổ MS của CuLys2…………………………..

39

Bảng 3.7. Các tín hiệu cộng hƣởng trên phổ

13

C – NMR của HLys và

ZnLys2……………………………………………………………………….

43

Bảng 3.8. Kết quả phân tích giản đồ nhiệt của các phức chất………………

48

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng………………………………………………..

4

Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm…………………………………………….......

6

Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine………………………………..

8

Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine ……………………………………...

8

Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)]…………………………

15

Hình 1.6. Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]………

15

Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp phức chất………………………………………

19

Hình 3.1. Đƣờng cong chuẩn độ H2Lys+ và các hệ Mn+: H2Lys+……………………

25

Hình 3.2. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo nhiệt độ phản ứng…………..

32

Hình 3.3. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào nhiệt độ phản ứng………………..

33

Hình 3.4. Phổ UV – Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo thời gian phản ứng………….

34

Hình 3.5. Sự phụ thuộc của nồng độ CuLys2 vào thời gian phản ứng………………

35

Hình 3.6. Phổ UV–Vis của Cu(Ac)2 và CuLys2 theo các tỉ lệ Cu(Ac)2 : HLys khác

35

nhau………………………………………………………………………………….
Hình 3.7. Phổ MS của ZnLys2……………………………………………………….

36

Hình 3.8. Sơ đồ phân mảnh của ZnLys2(H2O)2………………………………… …..

38

Hình 3.9. Phổ MS của CuLys2……………………………………………………….

38

Hình 3.10. Sơ đồ phân mảnh của CuLys2……………………………………………

39

Hình 3.11. Phổ MS của MnLys2……………………………………………………..

40

Hình 3.12. Kết quả phổ UV – Vis……………………………………………….......

40

Hình 3.13. Phổ hồng ngoại của HLys và các phức chất……………………………..

42

Hình 3.14. Phổ 13C – NMR của HLys……………………………………………….

44

Hình 3.15. Phổ 13C – NMR của ZnLys2……………………………………………..

44

Hình 3.16. Giản đồ phân tích nhiệt của ZnLys2……………………………………..

45

Hình 3.17. Giản đồ phân tích nhiệt của FeLys3………………………………….......

46

Hình 3.18. Giản đồ phân tích nhiệt của CuLys2……………………………………..

46

Hình 3.19. Giản đồ phân tích nhiệt của MnLys2…………………………………….

47

Hình 3.20. Cấu trúc phân tử FeLys3…………………………………………………

50

Footer Page 8 of 126.

Header Page 9 of 126.

Hình 3.21. Cấu trúc phân tử ZnLys2…………………………………………………

50

Hình 3.22. Cấu trúc phân tử CuLys2…………………………………………….......

50

Hình 3.23. Cấu trúc phân tử MnLys2………………………………………………..

51

Hình 3.24. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch dạ dày……..

51

Hình 3.25. Phổ UV–Vis của CuLys2 trong môi trƣờng mô phỏng dịch ruột………..

52

Footer Page 9 of 126.


Header Page 10 of 126.

MỞ ĐẦU

Những năm gần đây, trong lĩnh vực hóa sinh thƣờng có nhiều bài viết đề cập
tới tầm quan trọng của các ion kim loại đối với sinh vật. Nghiên cứu mới nhất về
vấn đề này là tập trung vào quá trình tổng hợp và phân loại các hợp chất sinh học có
chứa ion kim loại do ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực y dƣợc, dinh dƣỡng và
khoa học nông nghiệp [25-26, 28-29].
Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, chúng tôi làm nổi bật ứng dụng của
hợp chất kim loại sinh học với amino axit thiết yếu là lysine, nhằm cung cấp các
khoáng chất cần thiết, bổ sung vào thức ăn cho gia súc, gia cầm. Các khoáng chất
thiết yếu đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lƣợng, hỗ trợ sự phát
triển của các mô tế bào và tham gia vào việc điều tiết các quá trình của cơ thể.
Do cơ thể động vật rất khó hấp thu các dạng khoáng vô cơ và các sản phẩm
từ tự nhiên thì lại có hàm lƣợng dinh dƣỡng thấp. Trong khi đó dạng phức chất hữu
cơ lại đƣợc cơ thể hấp thu dễ dàng. Kết hợp với khả năng tạo phức tốt của amino
axit (lysine) với kim loại chuyển tiếp, chúng tôi hi vọng tạo ra các phức chất của
lysine với các kim loại sinh học, nhằm tạo ra các khoáng chất an toàn về mặt sinh
học áp dụng trong lĩnh vực chăn nuôi.
Ở Việt Nam, hiện nay gần nhƣ chƣa sản xuất đƣợc các sản phẩm thức ăn bổ
sung kim loại và amino axit dạng phức chất mà phải nhập khẩu từ nƣớc ngoài với
giá thành cao và không chủ động đƣợc nguồn sản phẩm.
Với các lý do trên, đề tài: “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và ứng dụng
của phức chất Lysine với một số kim loại sinh học” đƣợc lựa chọn với mục đích:
 Nghiên cứu sự tạo phức bằng phƣơng pháp chuẩn độ đo pH, tính hằng số bền
của các phức chất.
 Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng (thời gian, nhiệt độ, tỷ lệ các chất phản ứng)
đến quá trình tổng hợp phức chất.
 Tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc các phức chất của lysine với một số kim loại
sinh học nhƣ: Cu(II), Zn(II), Mn(II) và Fe(III).

1
Footer Page 10 of 126.

Header Page 11 of 126.

 Khảo sát độ bền của phức chất tổng hợp đƣợc trong môi trƣờng mô phỏng
dịch ruột và dịch dạ dày.
Cấu trúc luận văn gồm:
 Mở đầu
 Chƣơng 1 – Tổng quan
 Chƣơng 2 – Thực nghiệm và các phƣơng pháp nghiên cứu
 Chƣơng 3 – Kết quả và thảo luận
 Kết luận

2
Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Vai trò của kim loại sinh học [5]
Trong các điều kiện tự nhiên, trên trái đất có khoảng 90 nguyên tố hóa học

đƣợc tìm thấy ở những hàm lƣợng khác nhau, nhƣng trong thành phần của các hệ
sinh học phổ biến thì chỉ thấy có 18 nguyên tố tham gia và trong đó có 10 nguyên tố
là kim loại (chúng đƣợc gọi là kim loại của sự sống hay kim loại sinh học). Theo
quan điểm của hóa vô cơ hiện đại, kim loại sinh học đƣợc chia thành 2 nhóm: nhóm
các nguyên tố không chuyển tiếp (Na, K, Ca, Mg, Zn) và nhóm các nguyên tố

chuyển tiếp (Mn, Fe, Co, Cu, Mo). Trong phạm vi đề tài nghiên cứu này, sẽ tập
trung nghiên cứu 4 kim loại sinh học phổ biến là sắt, đồng, mangan và kẽm.
* Vai trò sinh học của sắt [5-6, 8]
Sắt có số thứ tự 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các
nguyên tố hóa học. Cấu hình electron của sắt là: [Ar]3d64s2, nó thể hiện các mức oxi
hóa từ -2 đến +6, trong đó các mức oxi hóa đặc trƣng nhất là +2 và +3 (hai mức oxi
hóa này có thể chuyển hóa qua lại tùy theo môi trƣờng). Trong thiên nhiên sắt có 4
đồng vị bền là: 54Fe, 56Fe, 57Fe và 58Fe, trong đó 56Fe chiếm 91,68%.
Sắt là một trong những nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất (đứng hàng
thứ tƣ sau O, Si và Al) và có vai trò sinh học rất lớn thông qua các phức chất sinh
học quan trọng nhƣ : hemoglobin, mioglobin, transferin, feritin…thực hiện chức
năng giữ và vận chuyển oxi.
Sắt chiếm khoảng 0,02% khối lƣợng của thực vật và khoảng 0,01% khối
lƣợng của động vật. Khi thiếu sắt cơ thể mắc bệnh thiếu máu, sức khỏe suy giảm, da
xanh, thai nhi nếu thiếu sắt có thể dẫn đến dị dạng ống thần kinh…. Nhu cầu về sắt
của ngƣời vào khoảng 15 mg/ngƣời/ngày. Tuy nhiên, lƣợng sắt trong thức ăn phải
vào khoảng 150 mg, vì cơ thể chỉ có thể đồng hóa đƣợc 10% sắt trong thực phẩm.
Những thực phẩm giàu sắt là nƣớc mận ép, nho khô, hồ đào, bánh mì đen, gan động
vật…

3
Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

* Vai trò sinh học của đồng [5-6, 30].
Đồng là nguyên tố kim loại kém hoạt động, có số thứ tự 29, thuộc nhóm IB,
chu kỳ 4 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Đồng có cấu hình electron
[Ar]3d104s1. Trong các hợp chất, đồng thể hiện số oxi hoá +1, +2, +3, trong đó mức

oxi hóa +2 là bền nhất. Trong tự nhiên, đồng có hai đồng vị bền là: 63Cu (70,13%)
và 65Cu (29,87%).

Hình 1.1. Cấu hình electron của đồng
Tuy hàm lƣợng của đồng trong cơ thể sinh vật rất nhỏ, khoảng 10-4%, nhƣng
có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống. Cho đến nay ngƣời ta đã xác định
đƣợc 25 loại protein và enzim chứa đồng. Chúng có mặt trong các cơ thể sống dƣới
các dạng khác nhau và có vai trò rất khác nhau. Đồng đóng vai trò quan trọng trong
tổng hợp sắc tố da, mắt, tóc, tham gia vào quá trình hình thành xƣơng và tổng hợp
các tế bào máu. Đồng cũng tạo thành một nhóm các protein có khả năng hấp thụ
thuận nghịch oxi giống hemoglobin và mioglobin. Đại diện nhóm này có thể kể đến
hemoxianin. Protein này đƣợc tìm thấy ở một số loài nhuyễn thể, có phân tử khối
vào khoảng 4.000.000 đvC. Dạng chƣa hấp thụ oxi của hemoxianin không màu
chứng tỏ đồng ở trạng thái oxi hóa +1, sau khi hấp thụ oxi nó có màu xanh chàm,
chứng tỏ đồng ở mức oxi hóa +2.
Cơ thể thiếu đồng sẽ dẫn đến phá vỡ sự trao đổi sắt giữa huyết tƣơng và hồng
cầu, do đó gây ra bệnh thiếu máu. Sự thiếu đồng cũng dẫn đến chứng bạc tóc. Nhu
cầu về đồng của cơ thể khoảng 2 – 3 mg/ ngày. Đối với những cơ thể thiếu đồng có

4
Footer Page 13 of 126.


Header Page 14 of 126.

thể bổ sung các thực phẩm giàu đồng nhƣ gan, lòng đỏ trứng, sữa chua, quả hồ đào,
bánh mì đen…
* Vai trò sinh học của mangan [5-6]
Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, mangan là nguyên tố kim loại
có số thứ tự 25, thuộc nhóm VIIB, chu kỳ 4. Mangan có cấu hình electron

[Ar]3d54s2, nó thể hiện các mức oxi hóa phong phú từ -3 đến +7, trong đó mức oxi
hóa +2 là bền nhất. Dạng bề ngoài mangan giống sắt nhƣng cứng và khó nóng chảy
hơn.
Mangan rất quan trọng đối với sự sống, đóng vai trò là chất hoạt hóa một số
enzim xúc tác quá trình tạo thành clorophin (chất diệp lục), tạo máu và sản xuất
những kháng thể nâng cao sức đề kháng. Đối với cây trồng, có nhiều bằng chứng
chứng tỏ Mn tham gia vào hệ quang hợp II (PSII) với chức năng oxi hóa nƣớc để
giải phóng oxi và tham gia vào quá trình đồng hóa nitơ của thực vật. Không những
thế, các quá trình tổng hợp các vitamin B, C, hemoglobin, protein đều cần có sự góp
mặt của mangan. Một số enzim chứa mangan nhƣ arginaza, cholinestenaza,
photphoglucomutaza….có nhiệm vụ kiểm soát các quá trình tƣơng ứng nhƣ quá
trình phân tách amino axit, quá trình đông máu hay trao đổi cacbohiđrat.
Mangan thuộc nguyên tố vi lƣợng, hàm lƣợng mangan trong cơ thể thực vật
khoảng 10-3% và 10-5% trong cơ thể động vật. Nhu cầu của ngƣời bình thƣờng về
mangan là khoảng 0,2 – 0,3 mg/ ngày/ kg trọng lƣợng. Mangan trong cơ thể tập
trung chủ yếu trong các mô xƣơng, gan, thận, dịch dạ dày, đặc biệt là trong ti lạp thể
của tế bào. Nguồn thực phẩm giàu mangan có thể kể đến là chè, củ cải đỏ, cà rốt,
khoai tây, hạt tiêu, gan động vật…
* Vai trò sinh học của kẽm [5-6, 11, 30]
Kẽm là nguyên tố kim loại thuộc chu kì 4, nhóm IIB, số thứ tự là 30, với cấu
hình electron là [Ar]3d104s2. Nhờ sự hoàn chỉnh của lớp electron sát lớp ngoài cùng
3d10 mà kẽm thể hiện mức oxi hoá duy nhất là +2. Trong tự nhiên kẽm có 5 đồng vị
bền là: 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn, 70Zn, trong đó 64Zn chiếm tỉ lệ 50,9%.

5
Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

Hình 1.2. Cấu hình electron của kẽm
Cùng với sắt và đồng, kẽm là một trong ba kim loại quan trọng hàng đầu đối
với sự sống. Kẽm giữ vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, tổng hợp
protein và axit nucleic. Đến nay ngƣời ta đã xác định đƣợc 300 enzim chứa kẽm
gồm các ancol dehiđrogenaza, andolaza, peptitdaza, cacboxipeptidaza, proteaza…
Ngoài vai trò là trung tâm hoạt động của các enzim, kẽm còn đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo ra những cấu trúc đặc trƣng của các protein và mạch xoắn của
các phân tử AND, trong đó kẽm thƣờng liên kết với các nguyên tử S của cystein và
N của histidin.
Trong cơ thể, kẽm tập trung ở bắp thịt, gan, dịch dạ dày.... Khi thiếu kẽm trẻ con sẽ
biếng ăn, chậm lớn, xƣơng ròn, tóc mọc chậm. Nhu cầu về kẽm phụ thuộc vào lứa
tuổi và giới tính, lƣợng kẽm hàng ngày đối với trẻ con là 5 – 10 mg, ngƣời lớn 12 –
15 mg, phụ nữ mang thai 20 – 40 mg thậm chí là 50 mg. Các thức ăn giàu kẽm phổ
biến nhƣ: thịt, gan, trứng, sữa, táo, cam, quýt, rau xanh…

6
Footer Page 15 of 126.


Header Page 16 of 126.

Bảng 1.1. Một số metaloenzim thiết yếu ở động vật [17]
Kim loại

Sắt

Enzim

Vai trò

Ferredoxin

Chất khử, vận chuyển (e)

Catalaza

Thúc đẩy sự phân hủy H2O2

Xitocrom

Vận chuyển (e)

Succinat

Chuyển hóa cacbon hydrat

Đehyđrogenaza

Vận chuyển O2

Methemoglobin
Hemoglobin

Đồng

Xitocrom oxiđaza

Vận chuyển O2

Lysyl oxiđaza

Oxi hóa lysine

Ceruloplasmin

Liên kết với Fe

Superoxide dismutalaza Cạnh tranh với các peoxit tự do

Kẽm

Mangan

1.2.

Cacboanhyđraza

Chuyển hóa CO2

Cacboxypeptiđaza

Thủy phân peptit

Photphattaza kiềm

Thủy phân PO43-

Alohol đehyđrogenaza

Chuyển hóa rƣợu

RNA và DNA

Tổng hợp chuỗi RNA và DNA

Superoxide dismutase

Cạnh tranh với các peoxit tự do

Pyruvate cacboxylaza

Chuyển hóa pyruvate

Vai trò sinh học của lysine [9, 31]
Lysine là một α – amino axit thiết yếu đối với sự sinh trƣởng và phát triển

bình thƣờng của cơ thể ngƣời và động vật. Tuy nhiên, nó không tự đƣợc tổng hợp
trong cơ thể mà đƣợc bổ sung từ ngoài vào thông qua thức ăn.
Công thức phân tử của lysine là C6H14N2O2, khối lƣợng phân tử
146,188g/mol, nhiệt độ phân hủy 200 – 300oC và tan tốt trong nƣớc. Công thức cấu
tạo của lysine: NH2-(CH2)4-CH(NH2)-COOH, với hai dạng đồng phân quang học D

7
Footer Page 16 of 126.


Header Page 17 of 126.

– Lysine và L – Lysine, trong đó cơ thể sinh vật sống chỉ hấp thụ đƣợc lysine dạng
L.

D – Lysine

L – Lysine

Hình 1.3. Hai dạng đồng phân quang học của lysine

Hình 1.4. Cấu trúc không gian của L – Lysine
Lysine giữ vai trò sống còn trong tổng hợp protein là chìa khóa trong sản
xuất enzim, hoocmon và các kháng thể giúp cơ thể tăng cƣờng sức đề kháng, chống
bệnh tật, đặc biệt ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh rộp miệng hay mụn
rộp sinh dục. Thiếu lysine trong thức ăn dẫn đến rối loạn quá trình tạo máu, hạ thấp
số lƣợng hồng cầu và hemoglobin, phá vỡ quá trình cân bằng protein, gây ra hàng
loạt biến đổi ở gan và phổi. Đặc biệt đối với động vật còn non và trẻ em khi bị thiếu
lysine sẽ xảy ra hiện tƣợng chậm lớn, trí tuệ kém phát triển.
Lysine là một amino axit cần thiết và đòi hỏi phải luôn có sẵn trong thức ăn
để đáp ứng nhu cầu dinh dƣỡng của cơ thể. Nhu cầu tối thiểu về lysine đối với trẻ

8
Footer Page 17 of 126.


Header Page 18 of 126.

em là 103 mg/ kg, nữ trƣởng thành là 0,50 g/ ngày và 0,8 g/ ngày đối với nam
trƣởng thành. Đối với động vật việc bổ sung lysine vào thức ăn là rất cần thiết. Các
thực phẩm giàu lysine là: thịt, cá, sữa, lòng đỏ trứng, lạc, đậu tƣơng, bột đậu nành…
1.3.

Vai trò và ứng dụng của phức chất kim loại – lysine [17-18, 20].

Bảng tuần hoàn Mendeleev chứa ít nhất 104 nguyên tố hóa học thì có tới 81

nguyên tố đƣợc coi là thành phần tạo nên các khoáng chất. Trong đó, 17 nguyên tố
đƣợc cho là khoáng chất thiết yếu đối với sự sống của động vật (Fe, Mn, Cu, Zn, P,
Mg…). Nhóm các khoáng chất thực hiện ba chức năng chính sau:
-

Giữ vai trò trong sự phát triển và duy trì các mô cứng và mềm trong cơ
thể.

-

Quy định quá trình sinh lý và sinh học của động vật. Khoáng chất thiết
yếu giữ vai trò nhƣ chất xúc tác trong hệ thống enzim và hoocmon.

-

Tham gia vào quá trình tạo năng lƣợng, đóng vai trò nhƣ một yếu tố cần
thiết trong các phản ứng enzim, biến đổi thức ăn thành các chất chuyển
hóa khác, giải phóng năng lƣợng để sử dụng cho các hoạt động của cơ
thể.

Lƣợng khoáng chất quá nhiều hay quá ít đều có hại tới cơ thể động vật, việc
cung cấp các khoáng chất “an toàn” về mặt sinh học là hoàn toàn cần thiết. Có
nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến tính sinh học của khoáng, trong phạm vi nghiên cứu
này chúng tôi chỉ đề cập tới yếu tố ảnh hƣởng duy nhất là: “các dạng hóa học của
khoáng chất”.
Một nhóm nghiên cứu [17] đã làm các thí nghiệm trên phân đoạn ruột của
giống chuột bạch đực để so sánh khả năng hấp thu giữa phức amino axit với dạng
vô cơ của kim loại, kết quả đƣợc thể hiện trên bảng 1.2.

9
Footer Page 18 of 126.


Header Page 19 of 126.

Bảng 1.2. Sự hấp thu các dạng hóa học của khoáng chất vào tế bào niêm
mạc ruột của chuột bạch đực [17]
Các dạng hóa học của kim loại
Kim loại

Phức chất

Muối sunfat

Muối cacbonat

Oxit

Cu

35

8

6

11

Mn

94

36

51

23

Fe

298

78

82

61

Zn

191

84

87

66

Các số liệu trên cho thấy: phức chất amino axit đƣợc hấp thu vào niêm mạc
ruột tốt hơn là các cation kim loại từ dạng muối vô cơ và thí nghiệm trên còn chứng
minh rằng:
- Các nguyên tố khoáng ở dạng muối vô cơ trong quá trình tiêu hoá thƣờng
phân giải thành các ion tự do, các ion này có thể kết hợp với những phân tử khác
trong khẩu phần ăn, tạo nên những hợp chất khó hấp thu, làm giảm tác dụng sinh
học của khoáng chất.
- Trong trƣờng hợp là phức chất của một amino axit, các ion kim loại trong
phân tử là trơ về mặt hóa học do tạo liên kết với các phối tử amino axit (liên kết này
có tính cộng hóa trị và ion). Chính nhờ đặc điểm này mà kim loại trong phức chất
có hoạt tính sinh học cao và đƣợc hấp thu dễ dàng hơn.
Những nghiên cứu của nhóm tác giả [18, 20] đã chứng minh sự hiệu quả khi
bổ sung các phức chất của amino axit thiết yếu với kim loại vào thức ăn cho gia súc.
Nhóm tác giả Mahmoud M. Abdel-Monem, Michael D. Anderson [20] đã
đánh giá về những ảnh hƣởng của các phức kim loại – lysine đến sản lƣợng sữa và
năng suất sinh sản của giống bò thƣơng mại Holstein – Friesian. Năm trăm năm
mƣơi con bò Holstein Friesian trong một trang trại chăn nuôi bò sữa thƣơng mại
đƣợc xếp thành hai nhóm. Nhóm I (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên), nhóm II (cung

10
Footer Page 19 of 126.


Header Page 20 of 126.

cấp thức ăn thƣờng xuyên + 360 mg kẽm – lysine + 200 mg mangan – lysine + 125
mg đồng – lysine). Nghiên cứu trên đƣợc thực hiện trong 35 ngày trƣớc khi bò đẻ.
Kết quả thí nghiệm đƣợc trình bày trong bảng 1.3.
Bảng 1.3. Ảnh hưởng của phức chất kim loại - lysine tới bò sữa
Kết quả

Nhóm I

Nhóm II

Sản lƣợng sữa (kg/ngày)

16,6

17,5

Trƣờng hợp niêm vú (%)

29,9

23,8

Tỷ lệ mang thai (%)

82

87

Hàm lƣợng kẽm (mg/kg)

36

41

Hàm lƣợng đồng (mg/kg)

88

181

Hàm lƣợng mangan (mg/kg)

5,3

5,7

Các kết quả trong bảng 1.3 chỉ ra rằng: những con bò có khẩu phần ăn đƣợc
bổ sung thêm các phức chất kim loại – lysine cho sản lƣợng sữa tăng 5,4%, tỷ lệ
mang thai tăng 6,1%, trƣờng hợp niêm vú giảm 20% đồng thời hàm lƣợng kim loại
đƣợc hấp thu cũng cao hơn so với những con bò mà khẩu phần ăn của chúng không
đƣợc bổ sung phức chất kim loại – lysine.
Tác giả [18] nghiên cứu sự ảnh hƣởng của sắt – glixin tới lợn nái: chọn ngẫu
nhiên 40 con lợn nái và chia đều thành 2 nhóm. Nhóm A (cung cấp thức ăn thƣờng
xuyên), nhóm B (cung cấp thức ăn thƣờng xuyên + 0,2% sắt – glixin/ tổng lƣợng
thức ăn). Thực hiện chế độ thức ăn nhƣ trên trong vòng bốn tuần trƣớc khi đẻ cho
đến hai tuần sau khi đẻ. Số lƣợng lợn con sinh ra, trọng lƣợng sơ sinh, số lợn con
sinh ra còn sống và trọng lƣợng lúc cai sữa đƣợc trình bày trong bảng 1.4.

11
Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.

Bảng 1.4. Ảnh hưởng của sắt – glixin tới lợn nái

Kết quả

Nhóm A

Nhóm B

Số lợn nái ban đầu

20

20

Số lợn con sinh ra

214

220

Số lợn con sinh ra còn sống

185

201

Trọng lƣợng trung bình lợn sơ sinh (kg)

1,29

1,34

Số lợn con cai sữa

165

186

877,80

1086,24

5,32

5,84

Tổng trọng lƣợng cai sữa (kg)
Trọng lƣợng cai sữa trung bình (kg)

Những con lợn nái có thức ăn đƣợc bổ sung thêm phức chất sắt – glixin
(nhóm B) cho khả năng sinh sản cao, trọng lƣợng lợn con sinh ra lớn hơn và sức đề
kháng của chúng cũng tốt hơn so với nhóm lợn nái có khẩu phần ăn không đƣợc bổ
sung sắt – glixin (nhóm A).
Lĩnh vực nghiên cứu những ứng dụng của các phức chất amino axit thiết yếu
với kim loại để bổ sung vào sữa, thức ăn cho con ngƣời và động vật còn đƣợc công
bố bởi các nhóm nghiên cứu của tác giả E.J. Underwood [15], nhóm nghiên cứu của
các tác giả [16, 17, 19, 21, 27]…
Việc sử dụng các phức chất của kim loại với các amino axit thiết yếu nhƣ
chất phụ gia bổ sung vào thức ăn trong chăn nuôi, đem lại năng suất cao, nhiều lợi
ích kinh tế. Do đó lĩnh vực tổng hợp các loại phức chất này ngày càng đƣợc quan
tâm và phát triển hơn.
1.4.

Tổng hợp phức chất của các kim loại sinh học với amino axit thiết yếu
[6, 7, 17]
Mangan, đồng và sắt là các nguyên tố kim loại chuyển tiếp nhóm d, do sự có

mặt của lớp vỏ electron chƣa đầy đủ nên các nguyên tố này có khả năng tạo thành
phức chất. Thành phần và hình dạng của phân tử phức chất phụ thuộc vào nhiều yếu

12
Footer Page 21 of 126.


Header Page 22 of 126.

tố: bản chất ion trung tâm, bản chất phối tử, điều kiện phản ứng nhƣ nhiệt độ, pH
dung dịch…
- Mn2+ có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết các phối tử thông thƣờng
nhƣng hằng số bền của các phức chất đó thƣờng nhỏ hơn so với hằng số bền của các
phức chất các kim loại hóa trị II khác (Fe, Co, Ni) vì rằng: ion Mn2+ có bán kính lớn
nhất so với các ion cùng điện tích của các kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất đồng
thời năng lƣợng làm bền bởi trƣờng tinh thể bằng không. Hơn nữa Mn2+ với cấu
hình d5 khá bền vững làm cho nó không có dạng phối trí nào đặc biệt chiếm ƣu thế
trong phức chất của Mn(II), các phức chất có thể là tứ diện ([MnBr4]2-), vuông
phẳng ([Mn(phtaloxyanin)], bát diện ([Mn(H2O)6], lƣỡng chóp tam giác… trong đó
phức chất bát diện có phần phổ biến hơn.
- Cu2+ có cấu hình electron là [Ar]3d9 là trƣờng hợp thể hiện rõ nhất hiệu ứng
Jahn – Teller khi bị đặt vào trƣờng phối tử bát diện hay tứ diện, dẫn tới các phức
chất tạo thành không có tính đối xứng cao. Cu(II) tạo thành phức chất với nhiều
amin khác nhau, các phức chất này có màu xanh đậm hơn phức chất aqua. Phổ hấp
thụ electron của chúng có cực đại chuyển dịch về phía sóng ngắn hơn so với

[Cu(H2O)6]2+. Cu2+ là một chất tạo phức mạnh, với số phối trí thay đổi từ 3 đến 8,
trong đó các số phối trí 4 và 6 là phổ biến nhất.
- Fe(III) với cấu hình [Ar]3d5 có khả năng tạo thành phức chất với hầu hết
các phối tử. Dạng hình học phổ biến nhất là các phức chất bát diện: [FeF6]3-,
[Fe(C2O4)3]3-, [Fe(CN)6]3-…Mặc dù có cấu hình electron giống Mn(II) nhƣng màu
sắc các phức chất của Fe(III) đậm hơn hẳn, tức là các phức chất của Fe(III) hấp
thụ mạnh ánh sáng trong vùng khả kiến. Hiện tƣợng này đƣợc giải thích bằng phổ
chuyển điện tích. Ion Fe3+ có mật độ điện tích lớn hơn so với ion Mn2+, ion Fe3+
phân cực các phối tử mạnh hơn, do đó các dải chuyển điện tích trong phổ hấp thụ
electron có cƣờng độ lớn hơn.
Zn2+ có khả năng tạo nhiều phức chất, tuy nhiên khả năng tạo phức của nó
kém hơn đồng. Zn2+ với cấu hình electron d10 với năng lƣợng bền hóa bởi trƣờng
phối tử bằng không, do đó nó không ƣu tiên một dạng hóa lập thể nào. Nói chung

13
Footer Page 22 of 126.


Header Page 23 of 126.

kẽm có các số phối trí từ 2 đến 7, trong đó các số phối trí 4, 5 và 6 là phổ biến hơn
cả. Những ion phức thƣờng gặp là: [ZnCl4]2-, [Zn(NH3)6]2+, [Zn(NH3)4]2+… cũng
do cấu hình bền 3d10, nên các phức chất của ion Zn2+ đều không có màu. Đó là do
mỗi obitan d đã đƣợc điền đủ hai electron nên không có sự chuyển dời electron
giữa các obitan 3d có phân mức năng lƣợng khác nhau. Cũng giống nhƣ ion Cu2+,
ion Zn2+ có khả năng tạo các phức chất vòng càng 5 cạnh bền với các phối tử α –
amino axit.
Trong dung dịch L – Lysine tồn tại ở dạng ion lƣỡng cực:

Anion H2NCHRCOO- (R = NH2-(CH2)4) chứa 3 nhóm cho electron (N, O- và

=O), trong đó oxi xeton ít khi liên kết với ion kim loại cùng với 2 nhóm cho kia.
Vấn đề là ở chỗ khi phối trí nhƣ vậy thì sẽ tạo thành vòng 4 cạnh không bền. Trong
các phức chất ion kim loại liên kết với gốc cacboxyl hoặc với nhóm amin, hoặc với
cả 2 nhóm đó và trong trƣờng hợp sau cùng thì sẽ tạo thành vòng chelat 5 cạnh bền
vững (các liên kết mang đặc tính của liên kết cộng hóa trị và liên kết ion).

Trên thế giới, đã có rất nhiều những công trình nghiên cứu của các nhà khoa
học ở các quốc gia khác nhau về lĩnh vực tổng hợp và phân tích cấu trúc của phức
chất kim loại với amino axit [22 - 26, 28 - 29, 32]… Từ đó cho thấy sự đa dạng
trong các phƣơng pháp tổng hợp và sự phong phú về cấu trúc của phức chất amino
axit.
Nhóm tác giả Noori.K. Fayad, Taghreed Hashim. Al- Noor, Atheer. A.
Mahmood, Ibtihaj Kadhim Malih [26] đã tiến hành tổng hợp các phức chất của

14
Footer Page 23 of 126.


Header Page 24 of 126.

Mn(II), Cu(II), Fe(II), Co(II), Ni(II) và Cd(II) với đồng thời 2 phối tử là L – valine
và 1,10phenanthroline) theo quy trình sau:

Hình 1.5. Quy trình tổng hợp phức chất [M(Val)2(phen)] [26]

Hình 1.6. Công thức cấu tạo của phức chất [M(N-phtalyl)], [M(N-phtalyl)2]
(M: Fe(III), Cr(III), Co(II)) [25]
Tác giả Csoergh.I (Thụy Điển) [14] đã tổng hợp đƣợc phức rắn của Honmi
với
axit L – Aspatic ứng với thành phần Ho(L-Asp)Cl2.6H2O. Phân tích cấu trúc của

phức chất, tác giả đã chỉ ra ion Ho3+ có số phối trí là 8 với các liên kết qua 5 nguyên
tử oxi của nƣớc (H2O) và 3 nguyên tử oxi của ba nhóm aspactat. Trong khi đó,

15
Footer Page 24 of 126.


Header Page 25 of 126.

nhiều tác giả khác lại chỉ ra sự tham gia đồng thời của cả hai nhóm chức vào việc
hình thành phức chất.
Tác giả Ibrahim S.A (Ai Cập) [14] đã tổng hợp và nghiên cứu tính chất của
các phức chất Ce(III) với một số amino axit nhƣ L – Alanin, L – Aspactic và L –
Glutamic. Bằng các phƣơng pháp phân tích hoá học, phổ hồng ngoại và đo độ dẫn
điện đã chỉ ra sự phối trí giữa các amino axit với Ce3+ thực hiện qua nguyên tử oxi
của nhóm cacboxyl và nguyên tử nitơ của nhóm amin.
Hiện nay ở nƣớc ta, lĩnh vực nghiên cứu phức chất cũng ngày càng đƣợc
quan tâm. Có thể kể đến nhóm nghiên cứu của PGS.TS Lê Hữu Thiềng và GS.
Nguyễn Trọng Uyển [10], đã tổng hợp và nghiên cứu cấu trúc phức chất của các
nguyên tố đất hiếm với một số amino axit (tổng hợp các phức rắn của một số ion đất
hiếm với L-Tryptophan với công thức H3[Ln(Trp)3(NO3)3].3H2O với Ln: Sm, Gd,
Tb và H3[Pr (Trp)3 (NO3)3 ].2H2O. Mỗi phân tử L – Tryptophan chiếm hai vị trí
trong cầu nội phức chất, liên kết giữa phối tử và các ion đất hiếm đƣợc thực hiện
qua nguyên tử nitơ của nhóm amin và nguyên tử oxi của nhóm cacboxyl) [14].
Nhóm nghiên cứu của PGS. Trần Thị Đà và GS. Nguyễn Hữu Đĩnh tại Khoa Hóa
Học, Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Hà Nội đã nghiên cứu tổng hợp, xác định cấu trúc,
tính chất và ứng dụng của các nguyên tố kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu
cơ nhƣ hợp chất dị vòng oxadiazole, triazole, thiazoline, indole, quinolin và hợp
chất đồng vòng có trong tinh dầu thực vật, các amino axit, các gốc axit hữu
cơ…Tuy nhiên, các nghiên cứu về tổng hợp và ứng dụng của các phức chất amino

axit thiết yếu với các kim loại sinh học chƣa thấy công bố trƣớc đây.

16
Footer Page 25 of 126.