Bài giảng sinh học đại cương Đại học Nông Lâm

Giáo trình hóa sinh đại cương - ĐH Nông lâm TP Hồ Chí Minh

Sinh hóa học là một ngành khoa học chuyên nghiên cứu thành phần hóa học của sinh vật nói chung, những chuyển hóa của các chất và quá trình chuyển hóa năng lượng trong họat động sống của một cơ thể sống Sinh hóa học gồm 2 phần : sinh hóa tĩnh và sinh hóa động Sinh hóa tĩnh nghiên cứu cấu tạo hóa h... » Xem thêm

Chủ đề:

Download

Xem online

Tóm tắt nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TH ÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÀI GIẢNG MÔN HỌC SINH HÓA ĐẠI CƯƠNG ( SINH HÓA TĨNH ) NGUYỄN NGỌC CHÂU, Th.S Khoa Nông học Năm 2008 1
MỞ ĐẦU Sinh hóa học là một ngành khoa học chuyên nghiên cứu thành phần hóa học của sinh vật nói chung, những chuyển hóa của các chất và quá trình chuyển hóa năng lượng trong họat động sống của một cơ thể sống Sinh hóa học gồm 2 phần : sinh hóa tĩnh và sinh hóa động Sinh hóa tĩnh nghiên cứu cấu tạo hóa học của các vật chất trong một cơ thể sống. Sinh hóa động nghiên cứu những chuyển hóa của những vật chất trong suốt quá tr ình sống của sinh vật. Sinh hóa trở thành một ngành khoa học độc lập nửa sau của thế kỷ 19; bởi vì sự cố gắng làm tăng năng suất cây trồng và sử dụng các thực vật khác nhau để làm thức ăn, làm thuốc, làm chất liệu may đã khiến con người phải nghiên cứu các thành phần cấu tạo của thực vật và sự ảnh hưởng của các chất khác nhau đến sự phát triển v à sinh trưởng của chúng. Đấu tranh với bệnh tật làm cho con người phải nghiên cứu các quá trình xảy ra trong cơ thể người khỏe và người bệnh cũng như ảnh hưởng của các thuốc lên cơ thể con người. Sinh hóa là một ngành khoa học trẻ so với các ngành khoa học khác, nhưng những năm gần đây nó đã và đang phát triển và có nhiều ứng dụng có hiệu quả trong nhiều lĩnh vực như nông lâm nghiệp, dược, công nghiệp bảo quản chế biến l ương thực thực phẩm, công nghệ sinh học và các lĩnh vực nghiên cứu sinh học. Nhiệm vụ của sinh hóa là nghiên cứu tìm hiểu thành phần cấu tạo, tính chất của các chất trong cơ thể sống và đồng thời phải nghiên cứu chúng biến đổi ra sao trong suốt quá tr ình sống; đó là hai quá trình đồng hóa và dị hóa song song tồn tại trong một cơ thể sống. Chỉ trên cơ sở hiểu biết sâu sắc những diễn biến đó chúng ta mới có khả năng điều khiển chúng xảy ra theo chiều hướng có lợi nhất 2
Sinh hóa gắn liền mật thiết với nhiều môn học khác nh ư sinh lý, vi sinh, di truyền, bảo quản; những kiến thức sinh hóa sẽ giúp cho sinh vi ên tiếp thu nhanh chóng các môn khoa học cơ sở cũng như các môn khoa học chuyên môn. Do đó tập bài giảng này sẽ được phân làm 2 phần: Phần thứ nhất: Mô tả cấu tạo hóa học của tất cả những chất có trong một c ơ thể sống. Phần thứ hai : Mô tả sự thoái biến ( h òan nguyên ) và sự tái tổng hợp những vật chất của một cơ thể trong quá trình sống 3
GLUCIDE 1- GIỚI THIỆU CHUNG : Glucide là thành phần cấu tạo chính ở thực vật ( 80%), nó c òn là thành phần dự trữ. Ngoài ra glucide là chất cung cấp năng lượng chính cho các hoạt động sống của sinh vật. Glucide thường được gọi là chất đường. Glucide được tạo thành từ quá trình quang hợp của thực vật xanh. A Ù H SA Ù G N N 6 H 2O 6CO 2 6O 2 C 6H 12 O 6 DI EÄ L UÏ T OÁ P C ( CAÂ X ANH ) Y 2- PHÂN LOẠI : Dựa vào khối lượng phân tử glucide có những dạng sau : Đường đa : thường được gọi là polysaccharide có khối lượng phân tử lớn, là thành phần cấu tạo và chất dự trữ ở sinh vật như cellulose, tinh bột, glycogen. Đường nhỏ : thường được gọi là oligosaccharide có khối lượng phân tử nhỏ hơn, là sản phẩm của sự phân cắt chưa hoàn toàn pol ysaccharide. Đó là những dạng trung gian trong quá trình trao đổi chất. Đường đơn : thường được gọi là monosaccharide có khối lượng phân tử nhỏ nhất, sản phẩm của sự phân cắt hoàn toàn polysaccharide, ví dụ như glucose, fructose,….. 3 - CẤU TẠO HÓA HỌC 3.1– ĐƯỜNG ĐƠN ( MONOSACCHARIDE ) : 3.1.1/ Định nghĩa : Đường đơn là một rượu đa có chứa nhóm carbonyl ( C=O ), thường có vị ngọt, ở sinh vật đường đơn thường có từ 3 đến 7 đơn vị carbon. 4
H H C H OH C O H C C OH O H H C OH C OH H H 3.1.2/ Tên gọi : Có 3 cách gọi tên cho đường đơn. a/ Gọi tên theo chiều dài dây carbon - Nếu có 3 C thì gọi là triose. - Nếu có 4 C thì gọi là tetrose. - Nếu có 5 C thì gọi là pentose. - Nếu có 6 C thì gọi là hexose. - Nếu có 7 C thì gọi là heptose. b/ Gọi tên theo chức hoá học của nhóm C= O. - Nếu là chức aldehid ( CHO ) thì gọi là aldose. - Nếu là chức ceton (CO ) thì gọi là cetose. c/ Gọi tên theo chiều dài dây carbon và theo chức hoá học của nhóm C=O - Nếu có 3 C và chức aldehid ( CHO ) thì gọi là aldotriose. - Nếu có 3 C và chức ceton (CO ) thì gọi là cetotriose. H H C H OH C O C OH C H O C H OH H C OH H H CETO SE A LD O SE (C E T O T R IO S E ) (A L D O T R IO S E ) 5
H H C H OH C O C OH C H O C H OH H C OH H H CETOS E A LD O SE (C E T O T R IO S E ) (A L D O T R IO S E ) 3.1.3/ Dạng D & L : Đồng phân D & L của đường đơn dựa vào vị trí nhóm OH của carbon áp chót ( đánh số từ nhóm C=O ) trong công thức chiếu Fischer của phân tử . - Nếu ở bên phải thì gọi là dạng D. - Nếu ở bên trái thì gọi là dạng L. H H C1 O C1 O H O C2 H H C2 OH H H C3 OH C3 O H H H L - ALDOSE D - ALDOSE 3.1.4/ Dạng vòng và cấu hình α & β : Liên kết giữa nhóm CO và OH trong phân tử đường đơn tạo thành một vòng hemiacetal, nếu tạo thành vòng 6 cạnh thì gọi là dạng pyranose, nếu tạo thành vòng 5 cạnh thì gọi là 6
dạng furanose. Khi tạo thành dạng vòng thì xuất hiện nhóm OH mới tại C của CO ban đầu gọi là OH oside, nếu nhóm OH này ở bên dưới mặt phẳng phân tử thì gọi là cấu hình α , nếu ở bên trên mặt phẳng phân tử thì gọi là cấu hình β. 1 1 1 H C OH H HCO C OH 2 2 H C 2 OH H C OH H C OH 3 3 3 O H C OH H H C OH C OH O 4 4 4 H C OH H H C OH C 5 5 5 HC H H C OH C OH 6 6 H C OH H H C OH C OH 6 H H H 6 HO CH2 OH C H2 6 O C5 H OH C H O H H 5 H 1 C4 C4 C1 C H H H H OH 3 H 2 C3 C C OH C 2 OH (OH oside) (OH oside) OH OH OH OH Voøg5 caï h n n Voøg6 caï h n n (FURANOS ) E (PYRANOS ) E 7
6 6 c H2 HO c H2 HO 5 c5 OH H c o H O H H H H c1 H c c4 H c1 H 4 H c3 c c3 c OH 2 OH OH 2 OH OH OH OH D a ï g v o ø g co ù a á h ì n h n n cu D aï g thaú g n n 6 cH2 HO OH c5 o H H c1 H c4 H c2 c3 H H OH OH D a ï g v o ø g co ù a á h ì n h n n cu 3.1.5/ Các đường đơn thường gặp ở sinh vật : 3.1.5.1/ 5 carbon ( pentose ) : - Ribose & Desoxyribose: thường hiện diện ở acide nucleique ( ADN, ARN ) - Arabinose: thường hiện diện trong chất nhày ( gomme arabique ) ở thân của vài loại thực vật. - Xylose: thường hiện diện ở vỏ đậu phọng, c ùi bắp, không có giá trị dinh dưỡng. 8
HCO OHCH2 HC O O HO C H C C C H C OH C H C OH C C C H C OH H C OH H H - D - ARABINOSE D- ARABINOSE HCO OHCH2 HC O O H C OH C C C HO C H C H C OH C C C H C OH H C OH H H - D - XYLOSE ( furan ) D- XYLOSE O C C C C C - D- XYLOSE ( pyran ) 9
3.1.5.2/ 6 carbon ( hexose ): - Glucose: là thành phần cấu tạo của nhiều loại đường đa khác như đường mía, đường sữa, tinh bột, cellulose.Glucose tan trong n ước, methanol nhưng không tan trong etanol. - Manose : hiếm hơn glucose thường ở dạng manane, tìm thấy trong gỗ, hạt. - Galactose: là thành phần cấu tạo của Agar-agar, thường ở dạng galactane. - Fructose: là thành phần chất ngọt chính của trái, có vị ngọt h ơn đường mía, là thành phần cấu tạo của Inuline là một đường đa. Fructose còn có nhiều trong mật ong, mật hoa. HOCH2 1 6 H CO 2 O C5 H H C OH H 3 1 H HO CH C4 C 4 H OH H C OH OH 3 5 2 C C OH H C OH 6 H OH H C OH H - D- GLUCOSE (pyran) 6 D- GLUCOSE HOC H2 OH OH CH O H H 5 6 C4 C1 H O OH 4 H 5 HO H C3 C2 OH 3 1 H 2 HO H H OH OH H OH - D- GLUCOSE (furan) - D- GLUCOSE (pyran) 10
HOCH2 1 6 H O C 2 O C5 H H C HO H 3 1 H HO H C C4 C 4 OH OH H OH C OH 3 5 C2 C OH H OH C 6 H H H OH C H - D- MANOSE (p y ra n ) 6 D- MANOSE HO C H2 OH H O HOC H H 5 6 OH C4 1 O C 5 OH 4 OH HO H 3 C C OH 2 3 1 H HO 2 H H H H - D- MANOSE H OH (fu r a n ) - D- MANOSE (p y ra n ) HOCH2 1 6 H C O 2 O C5 H C OH OH H 3 1 H HO C H C4 C 4 OH H HO C H 3 H 5 C2 C OH H C OH 6 OH H H C OH H - D- GALACO SE (p y ra n ) 6 D- G ALACTO SE HOC H2 OH OH O HO C H H 5 6 C4 C1 H 4 OH O H 5 H H C3 C2 OH 3 2 1 H HO H OH H OH - D- G ALACTO SE H OH (fu r a n ) - D- GALACOSE (p y ra n ) 11
H 1 H OH C 1 6 O 2 C H 2O H HOCH2 O C 3 HO H C C2 C5 H 4 OH OH H C H C4 5 C3 OH H OH C 6 OH H H OH C H - D - FR U C TO SE (fu r a n ) D- FRUCTOSE 6 O OH HOCH2 C2 C5 H OH H C4 C3 C H 2O H 1 OH H - D- FRUCTOSE (fu r a n ) 3.2 – ĐƯỜNG NHỎ ( OLIGOSACCHARIDE ): 3.2.1/ Định nghĩa: Đường nhỏ là dạng glucide cấu tạo gồm 2 – 10 đơn vị đường đơn kết hợp lại bởi liên kết OSIDE, nó thường là chất trung gian, một vài dạng ( từ 2- 4 ) ở dạng tự do và có vị ngọt 3.2.2/ Liên kết oside: Liên kết oside là liên kết eter giữa nhóm OH oside của đường đơn này và các nhóm OH cuả đường đơn kế cận. 12
1 1 1 1 H C OH H C OH H C OH H C OH 2 2 2 H C OH 2 H C OH H C OH H C OH 3 3 3 3 H C OH H C OH H C OH H C OH 4 4 4 4 H C OH H C OH H C OH H C OH O O O 5 5 5 O 5 H C H C H C H C 6 6 6 6 H C OH H C OH H C OH H C OH H H H H 1 1 1 1 H O H C H C C C H OH 2 2 2 2 H C OH H C OH HO C H HO C H 3 3 3 3 H C OH H C OH HO C H HO C H 4 4 4 4 H C OH H C OH HO C H C H O O O O O 5 5 5 5 H C H C H C H C 6 6 6 6 H C OH H C OH HO C H HO C H H H H H L I E Â K E Á O SI D E 1 - 1 N T L I E Â K E Á O SI D E 1 - 4 N T Tùy theo vị trí của liên kết mà ta có: Liên kết 1-1. Liên kết 1-2. Liên kết 1-3. Liên kết 1-4 Liên kết 1-6 3.2.3/ Các loại đường nhỏ thường gặp ở sinh vật: 3.2.3.1/ Đường đôi ( disaccharide): 13
- Maltose : ( 1α glucoside – 4 α glucose ) còn được gọi là mạch nha, sản phẩm trung gian của sự phân hủy tinh bột khi hạt nẩy mầm, th ường dùng làm nguyên liệu lên men trong sản xuất bia. - Cellobiose (1β glucoside – 4 β glucose ): là thành phần cấu tạo của cellulose, là sản phẩm phân hủy chưa hoàn toàn cellulose. - Lactose (1β galactoside – 4 α glucose ): là thành phần đường sữa. - Gentiobiose (1β glucoside – 6 α glucose ): có trong nấm men. - Melibiose (1α galactoside – 6 α glucose ) : có trong củ cải đường ( phân hủy raffinose ). - Saccharose ( 1α glucoside – 2 β fructoside ): là thành phần chính của đường mía. - Trehalose ( α glucoside – α glucose ): có ở rong biển và nấm . 6 6 HOCH2 HOCH2 O 5 O 5 1 4 1 4 2 2 O 3 3 M A LTOSE ( g lu c o s id - 4 g lu c o s e ) 6 6 HOCH2 HOCH2 O O 5 5 1 O 4 4 1 2 2 3 3 C E L L O B IO S E ( g lu c o s id e - 4 g lu c o s e ) 14
6 6 HOCH HOCH 2 2 O 5 O 5 1 4 1 4 O 2 2 3 3 LACTOSE ( g a la c to s id e - 4 g lu c o s e ) 6 6 HOCH CH 2 2 O O O 5 5 1 4 4 1 2 2 3 3 G E N T IO B IO S E ( g lu c o s id e - 6 g lu c o s e ) 6 6 HO CH2 CH2 5 O O O 5 1 4 1 4 2 2 3 3 M E L IO B IO S E ( g a la c to s id e - 6 g lu c o s e ) 15
6 HOCH2 O 5 4 1 2 3 6 O HOCH2 O 2 5 4 3 C H 2O H 1 SACCHAROSE ( g lu c o s id e - 2 fr u c to s id e ) 3.2.3.2/ Đường ba ( trisaccharide ). - Raffiniose (1-α-galactoside-6-α-glucoside-2-β-fructoside): là thành phần chính của củ cải đường, có nhiều ở hạt bông , lúa mì nẩy mầm, rỉ đường. 6 6 HOCH CH 2 2 5 O O O 5 1 4 1 4 2 2 3 3 6 O HOCH 2 O 2 5 4 3 HOCH 2 1 R a ffin o s e (1 - -g a la c to s id e -6 - -g lu c o s id e -2 - -fr u c to s id e ) 16
3.2.3.3/ Đường bốn ( tetrasaccharide ): - Stachyose (1-α-galactoside-6-α-galactoside-6-α-glucoside-2-β-fructoside ) có nhiều ở cây họ đậu. 6 6 6 CH2 HOCH2 CH2 O O O O 5 O 5 5 1 4 1 4 1 4 2 2 2 3 3 3 6 O HOCH2 O 2 5 4 3 HOCH 1 2 S t a c h y o s e ( 1 - -g a la c t o s id e -6 - -g a la c t o s id e -6 - g lu c o s i d e - 2 - - f r u c t o s id e ) 3.3 - ĐƯỜNG ĐA ( POLYSACCHARIDE ): cấu tạo gồm nhiều đường đơn kết hợp lại bằng liên kết oside, thường là thành phần cấu tạo và dự trữ . 3.3.1/ Các dạng đường đa thường gặp: Có 2 loại : Homopolysaccharide & Heteropolysaccharide. - Homopolysaccharide: cấu tạo bởi một loại monosaccharide. - Heteropolysaccharide: cấu tạo bởi nhiều loại monosaccharide. 3.3.1.1/Tinh bột (Amidon) : Cấu tạo bởi 2 thàmh phần : Amylose và Amylosepectine. - Amylose : là một chuổi dài không phân nhánh có từ 300 – 1000 đơn vị glucose kết hợp bởi liên kết oside α 1-4, khối lượng phân tử từ 10000 – 100000, có cấu trúc vòng xoắn 17
mỗi vòng xoắn là 6 đơn vị glucose và cho màu xanh với Iod. Amylose tan trong nước nóng (70 – 800C ) - Amylosepectine là một chuổi dài có phân nhánh, dây nhánh có từ 20 – 25 đơn vị glucose, dây nhánh gắn vào dây chánh bằng liên kết osid 1-6, cho màu đỏ ( tím đỏ ) với Iod. Amylosepectine thì không tan trong nước nóng Trong hạt tinh bột Amylose chiếm 10-30%, Amylosepectine chiếm 70-90%. 6 6 6 6 HC2 OH HC2 OH HC2 OH HC2 OH O O O 5 O 5 5 5 1 1 4 1 4 4 1 4 2 2 2 O 2 O O 3 3 3 3 6 6 HC2 OH HC2 OH O O 5 5 1 1 4 4 2 2 O O O 3 3 n A ylose (1- -glucoside-4- -glucoside) n m 18
HOCH2 HOCH2 O O 5 5 4 1 4 1 2 2 O O 3 3 O 6 6 6 6 HOCH2 HOCH2 HOCH2 CH2 O O O 5 O 5 5 5 4 4 4 1 4 1 1 1 2 2 2 O 2 O O 3 3 3 3 O 6 6 6 6 HOCH2 HOCH2 CH2 HOCH2 O O O 5 O 5 5 5 4 4 4 4 1 1 1 1 2 2 2 O 2 O O 3 3 3 3 n AMYLOSEPECTINE 3.3.1.2/ Glycogen: là một polysaccharide dự trữ ở động vật và người, phân tử glycogen có cấu tạo phân nhánh tương tự Amylosepectine nhưng mức độ phân nhánh nhiều hơn ( 10-18 đơn vị glucose thì có một nhánh ). Glycogen hòa tan trong nước nóng, cho màu tím đỏ hoặc đỏ nâu với Iod. 3.3.1.3/ Cellulose: là một chuổi dài ( khoảng 8000 ) glucose kết hợp bởi li ên kết β 1-4 là thành phần chính của vách tế bào thực vật. 19
HOCH2 HOCH2 O O O O 4 4 O 1 1 n C E L L U L O S E ( 1 - - g lu c o s id e - 4 - - g lu c o s id e ) n 3.3.1.4/ Galactane: gồm nhiều galactose nối với nhau bởi li ên kết 1-4 β, là một thành phần dự trữ. HO CH 2 HO CH2 1 O O O O 4 O 4 4 1 1 3 3 n G A L A C T A N E ( 1 - - g a l a c t o s i d e -4 - - g a la c t o s id e ) n 3.3.1.5/ Araban ( n arabinose ): gồm nhiều arabinose ở dạng furan liên kết bởi liên kết oside 1-5, ngoài ra mỗi arabinose còn liên kết với một gốc arabinose thứ hai bởi li ên kết oside 1-3. 20