Giáo trình Hóa sinh - Bùi Xuân Đông

Nội dung text: Giáo trình Hóa sinh - Bùi Xuân Đông

1. GIÁO TRÌNH HÓA SINH PHẦN I – HÓA SINH CẤU TRÖC SINH CHẤT 11 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
2. GIÁO TRÌNH HÓA SINH CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VỀ HÓA SINH 1.1. ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP, LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CỦA HÓA SINH 1.1.1. Định nghĩa: Hóa sinh là môn học nghiên cứu về thành phần hóa học, cấu tạo và tính chất lí hóa, chức năng sinh học của các chất trong cơ thể và các quá trình chuyển hóa của chúng trên cơ thể sống. Hóa sinh học nghiên cứu thành phần cấu tạo hóa học của sinh chất gọi là ―tĩnh hóa sinh‖, nghiên cứu quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào và cơ thể sống gọi là ―động hóa sinh‖, nghiên cứu cơ sở hóa học của các quá trình hoạt động sống gọi là ―hóa sinh chức năng‖. 1.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu hóa sinh rất rộng lớn gồm thực vật, động vật, vi sinh vật và cả vi-rut. Tùy theo đối tƣợng sinh vật đƣợc nghiên cứu có thể phân chia thành: hóa sinh động vật, hóa sinh thực vật, hóa sinh vi sinh vật, 1.1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu: - Phƣơng pháp truyền thống: vật lí, hóa học, hóa lí (dùng tia X, nhiễu xạ tia X, hấp phụ lựa chọn, điện di, sắc kí ) - Phƣơng pháp vật lý hiện đại: nhiễu xạ rơnghen, cộng hƣởng từ điện tử, cộng hƣởng từ hạt nhân, đồng vị phóng xạ đánh dấu các chất, Những phƣơng hƣớng nghiên cứu chủ yếu của Hóa sinh học ngày nay là tiếp tục tìm hiểu quá trình sinh tổng hợp axit nucleic và protein, sự liên quan giữa biến đổi di truyền với các quá trình bệnh lí; đặc tính các quá trình trao đổi trung gian, cơ chế điều hòa của tế bào, cơ chế tác dụng của hormone nhằm tiến đến chủ động điều khiển mọi hoạt động và quá trình sống theo hƣớng có lợi nhất, nhằm bảo vệ môi sinh, bảo vệ con ngƣời; mô hình hóa các quá trình sống, thực hiện các quá trình sống ở quy mô công nghiệp, tạo ra ngày càng nhiều các chế phẩm sinh học, 12 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
3. GIÁO TRÌNH HÓA SINH các sản phẩm có giá trị để dùng trong y học, nông nghiệp, công nghiệp. Hóa sinh góp phần giải quyết các vấn đề quan trọng của trồng trọt, chăn nuôi và y học. 1.1.4. Lịch sử nghiên cứu: Các nghiên cứu hóa sinh đã bắt đầu từ cuối thế kỷ 18. Tuy nhiên, mãi đến cuối thế kỉ 19 đầu thế kỉ 20 Hóa sinh mới trở thành một ngành khoa học độc lập dựa trên những thành tựu nghiên cứu của Hóa hữu cơ, Sinh lí học, Y học và các nghành khoa học khác. Môn hóa sinh đƣợc hình thành bắt nguồn từ sự phát triển mạnh mẽ của các môn hóa học và sinh học vào cuối thế kỉ XIX bƣớc sang thế kỉ XX. Sự hình thành đó bắt nguồn từ môn hóa học hữu cơ và sinh lý, dựa vào sự tiến bộ của các ngành khoa học khác nhƣ vật lí, hóa phân tích. Sự xâm nhập của hóa học vào sinh học với nhiều công trình nhƣ: tổng hợp chất hữu cơ urê (Waller 1828), bản chất của sự thở (Lavoisier 1794), vai trò của diệp lục trong quang hợp (Timirazep 1843 – 1920), đặc biệt là các công trình về chất xúc tác sinh học enzyme (Kirchhoff, Pasteur, Buchner), các công trình về vitamin (Lunin và Funk), các công trình về tiêu hóa (Paplov) cùng với sự phát triển của môn sinh lí học dẫn đến việc tách riêng môn hóa sinh thành môn độc lập phục vụ cho nhiều ngành, nó phát triển nhƣ vũ bão với bề dày các công trình ngày một tăng lên. Năm 1897 Eduard Buchner lần đầu tiên chiết đƣợc enzyme thô từ tế bào nấm men có khả năng thủy phân đƣờng. Trƣớc đó không lâu Friedrich Miescher phát hiện ra ADN. Mac. Mum (1886) tìm đƣợc cytocrom tham gia hệ thống vận chuyển điện tử ở sinh vật. Danh từ hóa sinh lần đầu tiên đƣợc nhà hóa học Đức Carl Neuberg (1903) đề xuất từ hai chữ hóa và sinh (Biochemistry, Bio = sự sống) đã đƣợc nhiều ngƣời đồng tình và ủng hộ. Sang thế kỉ XX, nhiều phát minh về hóa sinh đƣợc ghi nhận. Năm 1926 enzyme có bản chất protein đƣợc xác định và urease đƣợc kết tinh lần đầu tiên, thời gian này ATP đƣợc chiết xuất (Fiske và Subbarow 1929), tiếp đó là phản ứng ATP – phosphocreatin bởi Lohmann 1932. Đến năm 1940, Lipmann mô tả vai trò của ATP trong quá trình dự trữ và vận chuyển năng lƣợng. Riboflavin 13 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
4. GIÁO TRÌNH HÓA SINH đƣợc Kuhr tìm ra năm 1935 có trong thành phần một số enzyme. Tiếp đó sau 2 năm, công trình hóa sinh nổi bật của Hans Krebs (1937) tìm ra chu trình acid citric; cùng năm đó Lohmann và Shuster tìm ra vitamin B1 là coenzyme của pyruvat decarboxylase. Năm 1944 Avery, Maclesa và Mac Carty chỉ ra ADN cơ sở của sự di truyền mở đầu cho môn hóa sinh di truyền, Lipmann và Kaplan (1947 – 1948) tìm ra đƣợc coenzyme A có vai trò trong nhiều phản ứng hóa học. Kennedy và Lehninger (1950) tìm ra sự thủy phân mỡ, quá trình hô hấp tế bào, sản sinh ATP ở ty thể. Cấu trúc bậc 1 theo đề nghị của Emil Fisher đã đƣợc Sanger xác định, trong đó có insulin đƣợc xác định thứ tự toàn bộ axit amin vào năm 1953. Pauling và Grey (1952) công bố cấu trúc bậc 2 dạng xoắn của protein. Năm 1958, Ingram tìm đƣợc cấu trúc của hemoglobin bình thƣờng và lƣỡi liềm. Thành phần acid amin của ribonuclease đƣợc Hirs, Moorse, Stein xác định 1960. Đến năm 1961 là năm có nhiều phát minh về sinh hóa nhất. Nirenberg, Matthai tìm ra polyuridyl mã hóa phenylalanin; Jacob, Monob và Changeux tìm ra enzyme dị lập thể. Chính Jacob và Monod tìm ra sự điều hòa gen tổng hợp protein. Cùng thời gian đó, nhiều quá trình tổng hợp purin, acid amin, glucid, lipit đƣợc sáng tỏ. Năm 1965 Nirenberg, Khorana, Holley nghiên cứu đƣợc chức phận riêng biệt mã hóa của acid amin trong quá trình tổng hợp. Nhiều ngành nhỏ trong hóa sinh ra đời nhƣ hóa sinh miễn dịch, di truyền, đặc biệt một ngành mới gần đây đã xuất hiện, đó là công nghệ hóa sinh. Nhiều giải thƣởng Nobel đã ghi công các kết quả nghiên cứu quan trọng, mở ra nhiều cánh cửa mới cho sự phát triển của hóa sinh nhƣ: hóa sinh của hệ thống miễn dịch của Snell, Bena Cerraff và Dausset năm 1980; cùng năm ấy Paul Berg cũng đƣợc giải thƣởng Nobel bởi công trình nghiên cứu gắn các mẫu ADN; năm 1981 – 1982 thành tựu tổng hợp gen α – interferon gồm 514 đôi base bởi Leicester đã đƣợc thực hiện. Từ đó đến nay hàng loạt các công trình khác về nghiên cứu hóa sinh đã áp dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học. Gần đây, năm 1997 giải thƣởng Nobel y học trao cho Staley Prusiner về công trình nghiên cứu prion, một khái niệm mới về ―nhiễm khuẩn‖, gây bệnh não thể 14 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
5. GIÁO TRÌNH HÓA SINH xốp ở ngƣời và động vật. Prion viết tắt là PrP là protein tồn tại hai dang đồng phân alpha và bêta. Ở cơ thể khỏe mạnh thì PrP có dạng alpha còn khi cơ thể bị bệnh thì dạng alpha bị duỗi ra và xếp thành các băng song song gọi là PrP bêta. Dạng này rất bền với enzyme tiêu hóa và không bị phá hủy ở nhiệt độ cao (đến 2000C). Do vậy prion nhƣ tác nhân gây bệnh hoàn toàn mới trong sinh học và y học. Công trình không chỉ phát hiện ra các tác nhân gây bệnh xốp não mà còn đặt nền móng cho sự tìm hiểu cơ chế mất trí liên quan đến bệnh già và bệnh Alzheimer, cũng nhƣ đặt nguyên tắc chặt chẽ cho việc ghép các cơ quan phủ tạng của động vật cho con ngƣời và thuốc men chế từ động vật dùng cho ngƣời. 1.2. SỰ LIÊN QUAN GIỮA HÓA SINH VỚI CÁC NGHÀNH KHOA HỌC KHÁC Hóa sinh là nền tảng của các môn sinh học thực nghiệm nhƣ Công nghệ sinh học, Di truyền học, Sinh lí học thực vật, Sinh lí học động vật, Vi sinh học, Sinh học phân tử. Ngoài ra, Hóa sinh còn trang bị kiến thức cơ sở cho những ai làm việc trong các lĩnh vực y, dƣợc, nông lâm nghiệp, công nghiệp thực phẩm.v.v Trong lĩnh vực công nghệ sinh học, hóa sinh có vai trò hết sức quan trọng. Nhờ sự phát triển hết sức nhanh chóng của sinh học nói chung, sinh hóa nói riêng nhiều cuộc ―cách mạng‖ trong ngành sinh học đã bùng nổ, giải quyết nhiều vấn đề to lớn cho nhu cầu của con ngƣời nhƣ điều trị bệnh tật, giải quyết các vấn đề lƣơng thực, thực phẩm. Hiện sinh học đang tiến mạnh đến thời kì sinh học phân tử. Hóa sinh đã giữ vai trò là công cụ quan trọng trong sự phát triển của sinh học phân tử cùng với di truyền học và siêu vi khuẩn. Một ngành sinh học phát triển nhƣ thế nào có thể nhìn ở mức độ phát triển hóa sinh của ngành ấy và đất nƣớc ấy mà đánh giá. Trong di truyền học, ngƣời ta đã đề cập đến những mã di truyền do những base purin và pyrimidin trong cấu trúc ADN. Trong miễn dịch học, một trong những quá trình chống đỡ bệnh tật của cơ thể là sự tạo ra kháng thể có bản chất protein. Cấu trúc và chức năng của nó đã đƣợc xác định rõ trong những năm qua là nhờ hóa sinh. 15 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
6. GIÁO TRÌNH HÓA SINH Trong y học, hóa sinh đã đóng góp phần lớn trong việc bảo vệ và không ngừng nâng cao sức khỏe của con ngƣời để thanh toán bệnh tật. Công tác phòng và chữa bệnh muốn có kết quả phải chuẩn đoán, theo dõi bệnh tật chính xác, kịp thời nhờ sử dụng tốt công cụ hóa sinh lâm sàng. Hóa sinh giúp cho con ngƣời hiểu biết sâu xa nguyên nhân bệnh tật nhƣ bệnh tiểu đƣờng do thiếu insulin, bệnh tê phù do thiếu vitamin B1, bệnh học phân tử, bệnh chuyển hóa do thiếu enzyme. Trong lâm sàng, nhiều xét nghiệm hóa sinh góp phần chuẩn đoán nhanh chóng và chính xác bệnh tật nhƣ sự tăng cao aminotransferase (GOT, GPT) do bệnh viêm gan hoặc hoạt độ isoenzyme creatinkinase (CK – MB) tăng cao do tế bào tim bị hủy hoại trong nhồi máu cơ tim. Trong nhiều trƣờng hợp, xét nghiệm hóa sinh giúp cho ngƣời thầy thuốc không chỉ theo dõi bệnh tật mà còn điều chình liều lƣợng thuốc sử dụng cho bệnh nhân. Trong thời kì hiện nay, sự phát triển nhanh chóng trên toàn cầu về công nghệ sinh học, trong đó có công nghệ sinh học dƣợc, đã tạo ra các loại thuốc, chế phẩm sinh học có hoạt tính cao bằng cách sử dụng nhiều kĩ thuật hóa sinh và vi sinh hiện đại để tạo ra sản phẩm thuốc có chất lƣợng cao mà giá thành lại hạ. Trong lĩnh vực dinh dƣỡng, vấn đề lớn là xây dựng khẩu phần ăn hợp lí; tăng giảm glucid, lipit, protid nhƣ thế nào cho hợp lí, cũng nhƣ nhu cầu vitamin ra sao cũng cần đến hóa sinh. Để đảm bảo cho tế bào và cơ thể sống tồn tại, cần có một chế độ dinh dƣỡng đủ năng lƣợng, đủ chất, có tỉ lệ cân đối giữa các thành phần dinh dƣỡng trong khẩu phần. Mỗi chất dinh dƣỡng có thể đƣợc sử dụng cho nhiều quá trình khác nhau trong cơ thể. Tuy nhiên vai trò chủ yếu của mỗi chất lại khác nhau: 1 g lipit cung cấp 9 kcal trong khi 1 g protein hoặc xacarit chỉ cung cấp 4 kcal. Có thể cụ thể hóa vai trò sinh học của protein là cần cho quá trình tăng trƣởng, lipit và xacarit cung cấp năng lƣợng và vitamin có thể nói một cách khái quát là có vai trò bồi bổ sức khỏe. Theo nhiều tài liệu, tƣơng quan giữa protein : lipit : xacarit trong khẩu phần nên là 1:1:5 hoặc 1:1:4 là cân đối dinh dƣỡng và năng lƣợng. Nếu ăn không đủ năng lƣợng và không đủ các chất dinh dƣỡng cần thiết trong một thời gian tƣơng đối dài sẽ bị ―thiếu dinh dƣỡng‖. Theo tổ chức y tế 16 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
7. GIÁO TRÌNH HÓA SINH thế giới có 4 loại bệnh thiếu dinh dƣỡng quan trọng nhất hiện nay là: bệnh thiếu dinh dƣỡng protein năng lƣợng, bệnh khô mắt do thiếu vitamin A, bệnh thiếu máu dinh dƣỡng do thiếu sắt, bệnh biếu cổ địa phƣơng và bệnh kém trí tuệ do thiếu iot. Đặc biệt, tình trạng thiếu dinh dƣỡng phổ biến ở các nƣớc đang phát triển là vấn đề rất nghiêm trọng đang đƣợc quan tâm giải quyết bằng giải pháp của các nghành: y tế, nông nghiệp và giáo dục. 1.3. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA TẾ BÀO VÀ CƠ THỂ SỐNG 1.3.1. Đặc điểm chung về thành phần hóa học. Hàm lượng nước khá lớn: ở ngƣời 58-65%, nhiều loài cá hơn 80%, sứa đến 98%. Thành phần nguyên tố: Trong cơ thể sống hiện nay tìm thấy 27 trong số gần 100 nguyên tố đã biết. Các nguyên tố có trong thành phần các hợp chất hữu cơ của tế bào và cơ thể sống là C, H, O, N, P, S. Hàm lƣợng C là 43-48%, H: 7%, N: 8-12%. Một số nguyên tố ở dạng ion: Na+, K+, Mg+, Ca+, Cl-, các nguyên tố khác (Mn, Fe, Co, Cu, Zn, B, Al, Mo, I, Si, Sn, Cr, F, Se, Vd) chỉ với lƣợng nhỏ, gọi là các nguyên tố vi lƣợng. Nhƣ vậy ta thấy có sự sai khác rõ rệt về thành phần nguyên tố giữa thế giới sống và không sống nhƣ sau: Bốn nguyên tố chủ yếu trong tế bào và cơ thể sống là C, N, O, H trong khi đó bốn nguyên tố chủ yếu của vỏ trái đất là O, Si, Al, Fe; Các nguyên tố C và N của cơ thể sống thƣờng ở dạng khử, trong các hợp chất hữu cơ phức tạp; còn ở môi trƣờng ngoài hệ thống sống chúng thƣờng tồn tại ở dạng các hợp chất đơn giản nhƣ CO2, N2, cacbonat, nitrat, v.v. Các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sống thường có cấu tạo rất phức tạp: khối lƣợng phân tử lớn và rất đa dạng. Ví dụ: vi khuẩn E. Coli nhỏ bé nhƣng chứa gần 5000 kiểu hợp chất hữu cơ khác nhau, trong đó có 3000 protein khác nhau. Ở ngƣời có đến 100000 loại protein khác nhau nhƣng chƣa tìm thấy một protein nào 17 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
8. GIÁO TRÌNH HÓA SINH của ngƣời hoàn toàn giống với một trong 3000 protein của E. Coli, mặc dầu các protein có chức năng tƣơng tự nhau. Trong thế giới sống có khoảng 1,5 triệu loài (species), khoảng 1010 - 1012 loại phân tử protein khác nhau và khoảng 1010 kiểu phân tử axit nucleic. 1.3.2. Đặc điểm các phản ứng hóa học. Hầu hết các phản ứng đều do enzyme xúc tác, vì vậy chúng có một số đặc điểm chung nhƣ sau: Thứ nhất, có thể xảy ra ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thƣờng với tốc độ nhanh gấp hàng trăm, hàng nghìn lần khi xảy ra ngoài cơ thể sống; Thứ hai, nhiều phản ứng khác nhau có thể tiến hành đồng thời trong một phạm vi môi trƣờng nhất định, liên hệ chặt chẽ với nhau theo một trình tự xác định; Thứ ba, các phản ứng, các quá trình chuyển hóa đƣợc điều hòa nghiêm ngặt theo những cơ chế tinh vi phức tạp, các sản phẩm phản ứng, sản phẩm trao đổi trung gian cũng đóng vai trò quan trọng trong cơ chế tự điều hòa này. 1.4. SỰ TƢƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ SỐNG VÀ MÔI TRƢỜNG Thành phần cơ bản của các tế bào và cơ thể sống nằm trong một hệ thống liên hệ và tƣơng tác chặt chẽ với thiên nhiên môi trƣờng xung quanh. Ví dụ chu trình cacbon, chu trình nitơ. Trong chu trình cacbon: khí CO2 trong khí quyển đƣợc thực vật hấp thụ động vật CO2 vào khí quyển. Lƣợng CO2 do 1 tỉ ngƣời trên hành tinh thải ra là 11 2,9 ×10 kg/năm, tƣơng đƣơng lƣợng CO2 thoát ra khi đốt 115 triệu tấn than. Vi khuẩn hô hấp còn mạnh hơn ngƣời vài trăm lần. Trong chu trình Ni-tơ: N2 của khí quyển đƣa vào cơ thể sống nhờ các vi sinh vật cố định nitơ, chuyển N2 thành dạng nitrit, nitrat, acid amin thực vật. Kết quả của quá trình đồng hóa, dị hóa ở cơ thể sinh vật, tác dụng của vi sinh vật lại tạo thành N2 đi vào khí quyển 1.5. THỰC TRẠNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HÓA SINH Ở VIỆT NAM. 18 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
9. GIÁO TRÌNH HÓA SINH Ở nƣớc ta, trong hơn 40 năm qua Hóa sinh đã có những đóng góp nhất định vào các lĩnh vực y học, nông, lâm, ngƣ nghiệp, công nghiệp thực phẩm và cũng đã có đƣợc một số đóng góp cho sự phát triển Hóa sinh học của thế giới. Các kết quả nghiên cứu hóa sinh ở nƣớc ta trong thời gian qua tập trung vào một số vấn đề sau: 1.5.1. Về hóa sinh thực vật, động vật Đã có những nghiên cứu điều tra hóa sinh một số cây quan trọng nhƣ lúa, đỗ tƣơng, lạc và các loại cây họ đậu khác nhằm phục vụ việc nâng cao năng suất, chất lƣợng dinh dƣỡng của hạt, nâng cao hiệu quả sử dụng chúng. Mặt khác, cũng đã có các nghiên cứu nhằm nâng cao tính chống chịu của những cây trồng quan trọng. Các nghiên cứu tập trung phục vụ lai tạo giống bò, tìm hiểu cơ chế một số bệnh ở lợn, gà và phƣơng pháp phòng trừ; các chế phẩm làm tăng khối lƣợng thịt lợn, gà và các chế phẩm làm tăng tính miễn dịch của động vật. Đặc biệt, các nghiên cứu theo hƣớng tách, tinh sạch enzyme, tạo ra các chế phẩm có độ sạch khác nhau, nghiên cứu tính chất, cấu trúc, liên quan giữa cấu trúc và hoạt tính sinh học của enzyme, khả năng ứng dụng chế phẩm enzyme trong thực tế, ví dụ: bromelin (proteaza của dứa), pepsin, tripsin hoặc chế phẩm pancreatin, glutamilaz vi sinh vật chủ yếu ứng dụng trong công nghệ thực phẩm, trong y học. Ngoài enzyme, có các nghiên cứu cơ bản một số protein có hoạt tính sinh học nhƣ protein ức chế tripsin. 1.5.2. Xác định các chỉ tiêu hóa sinh của ngƣời Việt nam: Những biến đổi của các chỉ tiêu này ở các trạng thái sinh lí, bệnh lí khác nhau hoặc dƣới tác dụng của các yếu tố môi trƣờng (chất độc hóa học, bức xạ siêu cao tần v.v.). 19 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
10. GIÁO TRÌNH HÓA SINH Áp dụng, cải tiến, xây dựng các phương pháp kĩ thuật hóa sinh hiện đại, đơn giản, nhanh, phục vụ cho công tác xét nghiệm hóa sinh để phòng và chữa trị bệnh kịp thời cũng nhƣ nghiên cứu cơ bản. 20 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
11. GIÁO TRÌNH HÓA SINH CHƢƠNG II – SACCHARIDE 2.1. ĐỊNH NGHĨA, VAI TRÕ, PHÂN LOẠI SACCHARIDE 2.1.1. Định nghĩa saccharide Saccharide hay carbohydrat là hợp chất hữu cơ rất phổ biến trên Trái Đất. Công thức tổng quát của nhiều saccharide là (CH2O)n (n nhỏ nhất bằng 3). Saccharide có phổ biến trong cơ thể động vật, thực vật và vi sinh vật, đƣợc tạo thành từ 3 nguyên tố: C, H, O, ngoài ra trong thành phần saccharide phức tạp còn có các nguyên tố khác nhƣ N, S, Do tỉ lệ ở các nguyên tố H và O ở đa số saccharide giống nƣớc, nên trƣớc đây saccharide đƣợc gọi là carbohydrate. Sau đó ngƣời ta phát hiện thấy một số saccharide không giống nƣớc nhƣ deoxyribose (C5H10O4), một số không có bản chất saccharide có cấu tạo giống nƣớc (ví dụ: axit lactic 3(CH2O), vì vậy tên gọi carbohydrate chỉ có ý nghĩa lịch sử). 2.1.2. Vai trò sinh học của saccharide Trong cơ thể, saccharide vừa đóng vai trò cấu tạo, vừa đóng vai trò chuyển hóa năng lƣợng. Nó có thể đƣợc tổng hợp một lƣợng nhỏ từ lipit và protein, song phần lớn đƣợc cung cấp từ thực vật. Glucid từ thức ăn đƣợc cơ thể hấp thu dƣới dạng glucose là nguồn nhiên liệu chính cung cấp năng lƣợng cho cơ thể, đồng thời đƣợc tổng hợp thành glycogen (vai trò dự trữ), ribose (trong thành phần của acid nucleic), galactose (trong thành phần lactose của sữa), peptitoglican, glycoprotein và glycolipit (trong thành phần màng tế bào), glycosaminoglycan và proteoglycan (trong thành phần matrix ngoài tế bào) Saccharide là những hợp chất hữu cơ đƣợc tổng hợp nhờ quá trình quang hợp của cây xanh. Hàm lƣợng saccharide chiếm khoảng 2% trọng lƣợng khô trong cơ thể động vật. Ở thực vật, hàm lƣợng saccharide lên đến 80÷90% trọng lƣợng khô. Có thể cụ thể hóa vai trò của saccharide nhƣ sau: 21 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG
12. GIÁO TRÌNH HÓA SINH + Polysaccharide là kho dự trữ năng lƣợng, ―nhiên liệu‖ và các chất trao đổi trung gian. Ví dụ: Glycogen ở động vật, tinh bột ở thực vật và các polysaccarite dự trữ dễ dàng chuyển hóa → glucose ―nhiên liệu‖ đầu tiên tạo ra năng lƣợng dƣới dạng ATP. + Saccharide là yếu tố cấu trúc của thành tế bào (xelulose), hình thành bộ khung bảo vệ nhóm động vật chân khớp (chitin) + Saccharide là thành phần cấu tạo của nhiều hợp phần quan trọng trong tế bào nhƣ glucoprotein, glucolipit + Các đƣờng ribose, deoxyribose là thành phần cấu tạo nên ADN, ARN. Đó là các chất có vai trò lƣu giữ thông tin di truyền và biểu hiện gen Có nhiều bệnh liên quan đến glucid nhƣ: bệnh đái tháo đƣờng, bệnh galactose huyết, bệnh ứ đọng glycogen, bệnh không dung nạp sữa 2.1.3. Phân loại saccharide Dựa vào thành phần cấu tạo và tính chất của saccharide, ngƣời ta chia nó thành các nhóm nhƣ sau: Monosaccharide: đƣờng đơn, là đơn vị cấu tạo, không bị thủy phân. Tùy theo số carbon trong mạch saccharide mà có thể gọi tên các đƣờng đơn là: các triose, tetrose, pentose, hexose, heptose, octose Cũng có thể chia monosaccarit thành 2 nhóm là aldose và cetose dựa vào nhóm chức aldehyd hay ceton trong phân tử. Oligosaccharide: gồm từ 2÷10 phân tử mono saccharide liên kết với nhau bằng liên kết glycozit (< 10 phân tử đƣờng đơn) Ví dụ: Saccarose, lactose, maltose (disaccarid); Maltosetriose, rafinose (trisaccarid); Oligosaccarid trong glycoprotein có thể chƣa tới 14 monosaccarid. Polysaccharide: gồm nhiều đơn vị đƣờng đơn mono saccharide liên kết với nhau bằng liên kết glycozit, ngƣời ta chia polysaccharide làm hai nhóm: + Polysaccharide đồng thể: đƣợc cấu tạo từ cùng một loại mono saccharide; 22 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG