Bài 3. Giới thiệu về carbohydrate
Nội dung lý thuyết
I. Khái niệm và phân loại
- Carbohydrate là những hợp chất hữu cơ tạp chức và thường có công thức chung là Cn(H2O)m.
- Carbohydrate được chia thành 3 nhóm chính:
II. Cấu tạo hoá học
1. Glucose và fructose
- Glucose và fructose là hai monosaccharide phổ biến trong đời sống, có cùng công thức phân tử là C6H12O6.
- Ở dạng mạch hở, trong phân tử mỗi chất đều có 5 nhóm hydroxy và 1 nhóm carbonyl.
- Hai hợp chất này đều tồn tại chủ yếu ở dạng mạch vòng:
+ Glucose thường gặp ở các dạng vòng 6 cạnh là a-glucose và β-glucose.
+ Fructose thường được thấy ở các dạng vòng 5 cạnh là a-fructose và ẞ-fructose.
2. Saccharose và maltose
- Saccharose (hay đường kính, đường mía,...) và maltose (đường mạch nha) cùng có công thức phân tử là C12H22O11.
+ Saccharose được tạo thành từ sự liên kết của một đơn vị glucose với một đơn vị fructose.
+ Maltose được tạo thành từ sự liên kết của hai đơn vị glucose.
+ Bên cạnh đó, phân tử maltose có cả cấu tạo ở dạng mở vòng của một đơn vị cấu tạo glucose.
3. Tinh bột và cellulose
- Tinh bột và cellulose là những polymer tự nhiên, có công thức chung là (C6H10O5)n.
- Tinh bột gồm amylose và amylopectin.
• Amylose là polymer dạng mạch dài, không nhánh, xoắn lại, được tạo thành từ các đơn vị a-glucose liên kết với nhau bằng liên kết a-1,4-glycoside.
• Amylopectin là polymer dạng mạch phân nhánh. Mỗi mạch nhánh gồm một số đơn vị glucose liên kết với nhau bằng liên kết a-1,4-glycoside. Mạch nhánh liên kết với mạch chính (là chuỗi amylose) bằng liên kết a-1,6-glycoside.
- Phân tử cellulose gồm các đơn vị ẞ-glucose liên kết với nhau tạo thành mạch dài, không phân nhánh tương tự như ở amylose.
III. Trạng thái tự nhiên
1. Glucose và fructose
Glucose | Fructose |
- Glucose có mặt trong hầu hết các bộ phận của cây (hoa, lá, rễ, quả chín...). - Glucose có trong cơ thể người và động vật. Nồng độ glucose có trong máu người trưởng thành, khoẻ mạnh trước khi ăn được duy trì trong một khoảng hẹp từ 80 – 130 mg/dL - (hay 4,4-7,2 mmol/L). - Glucose tinh khiết là chất rắn dễ tan trong nước và có vị ngọt. | - Fructose có nhiều trong mật ong và các quả ngọt như dứa, xoài,... - Fructose tinh khiết là chất rắn có vị ngọt, tan nhiều trong nước. |
2. Saccharose và maltose
- Saccharose có trong hoa quả, rau, củ, đặc biệt có nhiều trong thân cây mía, củ cải đường và hoa thốt nốt.
- Maltose có nhiều trong mạch nha (sản phẩm thuỷ phân không hoàn toàn tinh bột).
- Ở điều kiện thường, saccharose và maltose đều là chất rắn, tan tốt trong nước và có vị ngọt.
3. Tinh bột và cellulose
| Tinh bột | Cellulose |
- Tinh bột là nguồn carbohydrate dự trữ, có trong hầu hết các thực vật bậc cao. Ví dụ: hạt lúa, hạt lúa mì, hạt ngô, củ khoai tây, quả chuối xanh,... - Tinh bột là chất rắn vô định hình, màu trắng, hầu như không tan trong nước lạnh và tan tốt hơn trong nước nóng. Dung dịch thu được sau khi đun nóng tinh bột với nước có tính keo, nhớt và được gọi là hồ tinh bột.
| - Cellulose là thành phần chính của thành tế bào thực vật, làm nên bộ khung của cây. Cellulose có nhiều trong bông, đay, tre, nứa, gỗ,... - Ở điều kiện thường, cellulose là chất rắn màu trắng, không tan trong nước.
|
IV. Ứng dụng của carbohydrate
1. Glucose, fructose, saccharose và maltose
- Glucose, fructose, saccharose và maltose được sử dụng làm chất dinh dưỡng; làm nguyên liệu và chất phụ gia trong sản xuất bánh kẹo, nước giải khát, thức uống dinh dưỡng...
- Glucose còn được dùng để pha dịch truyền, dùng để tráng bạc chế tạo gương, ruột phích; làm nguyên liệu trong sản xuất vitamin C; làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật để sản xuất bột ngọt, chất kháng sinh.
- Saccharose còn được dùng để sản xuất acetic acid, ethanol trong công nghiệp.
2. Tinh bột
- Tinh bột là nguồn lương thực quan trọng của con người, là nguyên liệu để sản xuất nhiều loại bánh, sản xuất mì sợi, bia, rượu, mạch nha, glucose, ethanol, là phụ gia để hồ vải,...
3. Xenlulo
- Các vật liệu chứa nhiều cellulose như tre, nứa, gỗ, thường được dùng làm vật liệu xây dựng, đồ dùng gia đình.
- Cellulose nguyên chất và gần nguyên chất được chế tạo thành sợi, tơ, giấy viết, giấy bao bì, màng mỏng,...; là nguyên liệu để sản xuất ethanol, chế tạo thuốc nổ, thuốc súng không khói.
V. Sự hình thành và chuyển hoá tinh bột
1. Sự hình thành tinh bột trong cây
- Trong quá trình quang hợp, dưới tác dụng của chlorophyll (diệp lục) có trong cây xanh, khí carbon dioxide kết hợp với nước để tạo thành tinh bột.
2. Sự chuyển hoá tinh bột trong cơ thể người
- Tinh bột có trong thức ăn bị thuỷ phân một phần bởi enzyme amylase có trong nước bọt để tạo thành dextrin và sau đó thành maltose.
- Quá trình thuỷ phân tiếp tục xảy ra ở ruột non dưới tác dụng của enzyme để chuyển hoá hoàn toàn tinh bột thành glucose.
- Glucose được hấp thụ từ ruột vào máu và được chuyển đến tế bào.
- Tại các tế bào, glucose bị oxi hoá bởi enzyme tạo thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng để cơ thể hoạt động.
- Lượng glucose dư được chuyển hoá trở lại thành tinh bột động vật (gọi là glycogen) và được dự trữ trong gan và cơ.
- Khi cơ thể thiếu hụt dinh dưỡng, sẽ xảy ra quá trình thuỷ phân glycogen để cung cấp glucose cho cơ thể.
* Em có biết
Glycogen là polysaccharide có trong cơ thể động vật với vai trò là chất dự trữ năng lượng. Glycogen có cấu trúc tương tự amylopectin nhưng có độ phân nhánh nhiều hơn. Trong cơ thể người, glycogen có nhiều trong gan và trong các cơ.