cơ sở hóa học của sự sống

Nội dung 1. Đặc tính của sự sống. 2. Những chủ đề kết nối các khái niệm trong Sinh học. 3. Tính đa dạng và thống nhất của sự sống. 4. Sơ lược về phương pháp luận nghiên cứu khoa học sự sống.

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA SINH HỌC

SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG B1

TS Nguyễn Lê Ái Vĩnh

TS Hoàng Vĩnh Phú ThS Trần Thị Gái ThS Phạm Thị Hương

Trang 2

PowerPoint ® Lecture Presentations for

Biology

Eighth Edition

Neil Campbell and Jane Reece

Lectures by Chris Romero, updated by Erin Barley with contributions from Joan Sharp

Chương 2

CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA

SỰ SỐNG

Trang 3

NỘI DUNG

của sự sống

trọng đối với sự sống

Trang 4

1 Hóa học với Sinh học

• Sinh học là khoa học đa ngành (multidisciplinary science)

• Các sinh vật sống luôn tuân theo các quy luật cơ bản của Vật lý và Hóa học

• Ví dụ?

Trang 5

2 Các nguyên tố hóa học thiết yếu của

sự sống

• Trong số 92 nguyên tố hóa học, có khoảng 25

nguyên tố thiết yếu đối với sự sống

• Nguyên tố cơ bản: C , H , O , N  96% vật chất sống

• Nguyên tố đa lượng: là thành phần chính của 4%

còn lại ( Ca , P , K , S , Na , Cl , Mg )

• Nguyên tố vi lượng (Trace elements): Sinh vật

cần một lượng rất nhỏ, chúng chiếm khoảng 0,01%, gồm: Co , Cr , B , Cu , F , I , Fe , Mn , Mo , Se , Si , Sn , V ,

Trang 6

Table 2-1

Trang 7

Vai trò của:

- Các nguyên tố cơ bản và đa lượng?

- Các nguyên tố vi lượng?

-Co-factor

Trang 8

Fig 2-4a

(a) Thiếu đạm

Trang 9

Fig 2-4b

Trang 10

3 Nước đối với sự sống

Trang 11

3.1 Vai trò của nước đối với sự sống

• Nước là môi trường sinh học trên Trái đất

• Tất cả sinh vật sống đều cần nước hơn bất cứ hợp chất nào khác

• Hầu hết tế bào được bao bọc bởi nước

• Nước trong tế bào chiếm khoảng 70–95%

• Nhờ có nước mà Trái đất có sự sống

Trang 12

3.2 Sự phân cực của phân tử nước

• Phân tử nước là phân tử phân cực

• Sự phân cực cho phép các phân tử nước liên

kết với nhau bằng liên kết hydro

Trang 13

Fig 3-2

Hydrogen bond

Trang 14

3.3 Bốn đặc tính nổi bật của nước góp phần tạo nên sự sống trên Trái đất

 Khả năng liên kết

 Khả năng điều hòa nhiệt độ

 Giãn nở ra khi khi bị đóng băng

 Có tính chất của dung môi

Trang 15

Khả năng liên kết (Cohesion)

• Liên kết hydro liên kết các phân tử nước với

nhau Hiện tượng này được gọi là “sự liên kết”

• Sự liên kết giúp thực vật chuyển nước ngược trọng lực Trái đất

• “Kết dính” (Adhesion) là sự dính bám giữa 2

loại cơ chất khác nhau Ví dụ: giữa nước với thành tế bào thực vật

Trang 17

Fig 3-4

• Sức căng mặt nước (Surface tension)

Trang 18

Khả năng điều hòa nhiệt độ

• Nước hấp thu nhiệt từ vùng không khí ấm và giải phóng nhiệt ra vùng không khí mát hơn

• Nước có khả năng hấp thu hay giải phóng một

lượng nhiệt lớn khi mà nhiệt độ nước thay đổi rất ít

• Sự bay hơi nước giúp làm mát cơ thể và môi

trường sống

 Nước điều hòa được sự thay đổi nhiệt độ để môi

trường có được nhiệt độ phù hợp với sự sống

Trang 19

Nước nở ra khi bị đóng băng

• Mật độ các phân tử nước khi bị đóng băng

thấp hơn khi ở trạng thái lỏng Do đó, các tảng băng nổi trên mặt nước

• Mật độ các phân tử nước đạt cao nhất ở 4°C

Nhờ đó mà sinh vật vẫn tồn tại được ở các

vùng nước thường bị đóng băng

Trang 20

Fig 3-6

Hydrogen bond

Liquid water Hydrogen bonds break and re-form Ice

Hydrogen bonds are stable

Trang 21

Nước là dung môi của sự sống

+ +

+

+ +

– –

–

– – – – –

Na +

– – –

+

• Hầu hết các phản ứng sinh hóa xảy ra trong nước

Trang 22

3.4 Tính axit và kiềm ảnh hưởng đến đời

sống sinh vật

Neutral solution

Acidic solution

Basic solution

9

10 Milk of magnesia Household ammonia

Household bleach Oven cleaner

11

12

13

14

Trang 23

Đe dọa đến chất lượng nước trên Trái đất

• Sự ngưng tụ axit: là mưa, tuyết, sương mù

Trang 24

Fig 3-10

More acidic

0

Acid rain

Normal rain

More basic

Trang 25

4 Cacbon đối với sự sống

Trang 26

Cacbon là “xương sống của sự sống”

• Nước trong tế bào chiếm 70–95% nhưng vật chất kiến tạo nên sự sống là các hợp chất

chứa cacbon (hợp chất hữu cơ)

• Mạch cacbon tạo nên khung cho hầu hết các hợp chất hữu cơ

• Mạch cacbon khác nhau về độ dài và hình

dạng

Trang 27

Fig 4-5a

(a) Khác nhau về độ dài

Trang 29

Fig 4-5c

(c) Khác nhau về liên kết (đôi)

1-Butene 2-Butene

Trang 30

Fig 4-5d

(d) Khác nhau về cấu trúc mạch vòng

Trang 31

Bảy (7) nhóm chức năng quan trọng nhất đối với sự sống

• Nhóm chức năng là phần của phân tử hữu cơ

liên quan đến các phản ứng hóa học

Estradiol

Testosterone

Trang 33

Fig 4-10c

CẤU TẠO

VÍ DỤ

TÊN HỢP CHẤT

CHỨC NĂNG

Hydroxyl

–OH

CH3 – CH2OH (Ethanol)

như đường…

Trang 34

Fig 4-10c

CẤU TẠO

VÍ DỤ

CHỨC NĂNG

Tìm thấy trong hợp chất đường

Trang 35

Tạo nên tính axit

Tìm thấy trong tế bào ở dạng ion

Acetic acid Acetate ion

CẤU TRÚC

VÍ DỤ

CHỨC NĂNG

Trang 36

Fig 4-10d

Amino

Vừa có gốc carboxyl, vừa có gốc amino nên gọi là axit amin

Amine

Hoạt động như một bazơ , có thể liên kết với H + (từ nước

và từ sinh vật sống)

Trong điều kiện của

tế bào, nó ở trạng thái ion (1+)

(ionized) (nonionized)

Glycine

CẤU TRÚC

VÍ DỤ

CHỨC NĂNG

Trang 37

“disulfide” (-S-S-) trong cấu trúc ổn định của phân tử protein

CẤU TRÚC

VÍ DỤ

CHỨC NĂNG

Trang 38

CẤU TRÚC

VÍ DỤ

CHỨC NĂNG

Trang 39

Fig 4-10g

Methyl

5-Methyl cytidine is a component of DNA that has been modified by addition of

the methyl group

5-Methyl cytidine

Hợp chất methyl hóa

Việc thêm gốc methyl vào ADN hay các phân tử xung quanh ADN sẽ ảnh hưởng đến sự biều hiện gen

Sự sắp xếp các nhóm methyl trong hormone sinh dục

có thể ảnh hưởng

CẤU TRÚC

VÍ DỤ

CHỨC NĂNG

Trang 40

ATP:

Nguồn năng lượng quan trọng cho tế bào

• Adenosine triphosphate (ATP) là phân tử

chuyển hóa năng lượng sơ cấp trong tế bào

Adenosine

Trang 42

5 Một số đại phân tử sinh học quan trọng đối với sự sống

• Tất cả các sinh vật đều được cấu tạo từ 4 loại đại phân tử sinh học:

Trang 43

Fig 5-1

Trang 45

Đường đơn

• Glucose (C6H12O6) là đường đơn phổ biến nhất

• Đường đơn được phân loại dựa vào:

– Vị trí của nhóm carbonyl (aldose nếu là gốc

aldehyde, ketose nếu là gốc ketone)

– Số lượng C trong mạch

Trang 46

Trioses (C 3 H 6 O 3 )

Trang 47

• Đường đôi được tạo thành khi phản ứng loại nước tạo liên kết 2 đường đơn với nhau

Đường đôi

Trang 48

Fig 5-5

(b) Dehydration reaction in the synthesis of sucrose

Maltose Glucose

Glucose

(a) Dehydration reaction in the synthesis of maltose

1–4 glycosidic linkage

1–2 glycosidic linkage

Trang 49

Đường đa (Polysaccharide)

• Polysaccharides có vai trò:

– dự trữ,

– cấu trúc

Trang 50

Vai trò dự trữ của polysaccharide

– Con người và động vật có xương sống khác

dự trữ glycogen chủ yếu ở gan và tế bào cơ

Trang 51

Fig 5-6

(b) Glycogen

Tinh bột

Glycogen Amylose

Trang 52

Chức năng cấu trúc của polysaccharide

• Cellulose is là thành phần chính của thành tế bào thực vật

Trang 53

Fig 5-8

Cellulose molecules

Microfibril

Cellulose microfibrils

in a plant cell wall

0.5 µm

10 µm

Cell walls

Trang 54

Lipid

• Lipid là đại phân tử sinh học duy nhất không phải là hợp chất trùng phân

• Đặc điểm độc đáo của lipid là tính “kỵ nước”

– Do các liên kết của nó không phân cực

• Các lipid quan trọng là: Dầu mỡ, Phospholipid

và Steroid

Trang 55

Dầu mỡ (Fat)

• Dầu mỡ (Chất béo) = Glycerol + Axit béo

• Axit béo gồm:

– Axit béo no (không có liên kết đôi)

– Axit béo không no (có liên kết đôi)

Trang 56

Fig 5-11

Axit béo (Axit palmitic)

Trang 57

Fig 5-12a

Axit Stearic,

axit béo no

Trang 58

Fig 5-12b

Axit Oleic,

axit béo không no

Mạch đôi dạng cis

bẻ cong phân tử

Trang 59

• Chất béo tạo nên từ axit béo no thường đông cứng ở nhiệt độ phòng

Trang 60

• Chất béo no có thể gây bệnh về tim mạch do sự tích tụ trong thành mạch máu

• Dầu thực vật (dạng cis) có thể chuyển thành

dạng trans và có thể gây bệnh về tim mạch

nặng hơn chất béo no

Trang 61

• Chức năng chính của dầu mỡ là dự trữ năng lượng

• Con người và động vật dự trữ chất béo trong

Trang 62

Phospholipid

• Phospholipid = 2 axit béo + Glycerol +

Phosphate + Choline

• Phospholipid = Đầu kỵ nước + Đuôi ưa nước

Trang 63

Fig 5-13ab

Fatty acids

Choline Phosphate Glycerol

Trang 64

• Khi trộn phospholipid với nước thì chúng tự tập

nước hướng vào trong

• Phospholipid là thành phần chủ yếu của tất cả các loại màng tế bào

Trang 65

Fig 5-14

Đầu ưa nước

Đầu kỵ nước

NƯỚC NƯỚC

Trang 66

• Tuy nhiên, nếu

cholesterol cao trong

máu thì có thể gây

bệnh tim mạch

Trang 67

Protein

hết các loại tế bào

Trang 68

Table 5-1

Trang 69

Fig 5-17

Nonpolar

Glycine (Gly or G)

Alanine (Ala or A)

Valine (Val or V)

Leucine (Leu or L)

Isoleucine (Ile or I)

Methionine (Met or M)

Phenylalanine (Phe or F)

Trypotphan (Trp or W)

Proline (Pro or P) Polar

Serine (Ser or S)

Threonine (Thr or T)

Cysteine (Cys or C)

Tyrosine (Tyr or Y)

Asparagine (Asn or N)

Glutamine (Gln or Q)

Electrically charged Acidic Basic

Trang 70

Cấu trúc 4 bậc của protein

polypeptide

protein; do chuỗi polypeptide cuộn xoắn và gấp

tạo nên

bên (Nhánh R) tạo nên

polypeptide

Trang 71

Fig 5-21a

Amino acid subunits

Trang 72

Fig 5-21c

Cấu trúc bậc 2 Dạng tấm gấp

Examples of

amino acid

subunits

Dạng xoắn

Trang 73

Cấu trúc bậc 3:

• Các nhánh R của các axit amin liên kết với

nhau bằng nhiều cách khác nhau như liên kết hydro, liên kết ion…

• Cầu nối disulfide giúp cố định được cấu trúc

của protein

Trang 74

Fig 5-21f

Trục Polypeptide

Lực van der Waals

Cầu nối Disulfide

LK ion

LK hydro

Cấu trúc bậc 3

Trang 75

Fig 5-21g

Polypeptide

Heme Iron

Chains Collagen

Hemoglobin

Trang 76

Fig 5-21e

Trang 78

Vai trò của axit nucleic

• There are two types of nucleic acids:

– Deoxyribonucleic acid (DNA)

– Ribonucleic acid (RNA)

• DNA provides directions for its own replication

• DNA directs synthesis of messenger RNA

(mRNA) and, through mRNA, controls protein synthesis

• Protein synthesis occurs in ribosomes

Trang 79

Fig 5-26-1

mRNA

Synthesis of mRNA in the nucleus

DNA

NUCLEUS

CYTOPLASM

1

Trang 80

Fig 5-26-2

mRNA

via nuclear pore

1

2

Trang 81

Fig 5-26-3

mRNA

Trang 82

Cấu trúc của axit nucleic

• Nucleic acids are polymers called

polynucleotides

• Each polynucleotide is made of monomers

called nucleotides

• Each nucleotide consists of a nitrogenous

base, a pentose sugar, and a phosphate group

• The portion of a nucleotide without the

phosphate group is called a nucleoside

Trang 83

Fig 5-27

5 end

Nucleoside Nitrogenous base

Phosphate group Sugar

(pentose) (b) Nucleotide

(a) Polynucleotide, or nucleic acid

Cytosine (C) Thymine (T, in DNA) Uracil (U, in RNA)

Trang 84

Đơn phân nucleotide

• Nucleoside = nitrogenous base + sugar

• There are two families of nitrogenous bases:

– Pyrimidines (cytosine, thymine, and uracil)

have a single six-membered ring

– Purines (adenine and guanine) have a

six-membered ring fused to a five-six-membered ring

• In DNA, the sugar is deoxyribose; in RNA, the sugar is ribose

• Nucleotide = nucleoside + phosphate group

Trang 85

Chuỗi nucleotide

a polynucleotide

bonds that form between the –OH group on the 3 carbon of one nucleotide and the phosphate

on the 5 carbon on the next

sugar-phosphate units with nitrogenous bases as

appendages

Trang 86

Cấu trúc xoắn 2 mạch của ADN

• A DNA molecule has two polynucleotides spiraling

around an imaginary axis, forming a double helix

• In the DNA double helix, the two backbones run in opposite 5  → 3  directions from each other, an

arrangement referred to as antiparallel

• One DNA molecule includes many genes

• The nitrogenous bases in DNA pair up and form hydrogen bonds: adenine (A) always with thymine (T), and guanine (G) always with cytosine (C)

Trang 87

Fig 5-28

Sugar-phosphate

backbones 3' end

Nucleotide about to be added to a new strand

Tiêu đề	Cơ sở Hóa học của sự sống
Người hướng dẫn	Ts. Nguyễn Lê Ái Vĩnh, Ts. Hoàng Vĩnh Phú, ThS. Trần Thị Gái, ThS. Phạm Thị Hương
Trường học	Trường Đại Học Vinh
Chuyên ngành	Sinh học
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2008
Thành phố	Vinh

Định dạng
Số trang	87
Dung lượng	4,74 MB