Ẩn sâu trong cấu trúc tinh vi của tế bào là một hệ thống hóa học đa dạng và tinh tế, nơi các phân tử như lipit, protein, enzyme, DNA, RNA và vitamin cùng nhau tạo nên một bản giao hưởng
Tổng quan về lipid, protein, ezyme, ADN, ARN, vitamin
Lipid
Lipid đóng vai trò quan trọng trong cơ thể người, không chỉ là thành phần cấu trúc của màng tế bào mà còn là nguồn dự trữ năng lượng trong các mô Hơn nữa, lipid còn là môi trường dung môi cần thiết để hòa tan các vitamin trong chất béo, góp phần vào nhiều chức năng sinh lý của cơ thể.
2.1.1 Định nghĩa và nguồn gốc của lipid a Định nghĩa
Lipid, hay còn gọi là chất béo, là các este được hình thành giữa acid béo và alcol, thuộc nhóm hợp chất hữu cơ đa dạng Chúng không tan trong nước nhưng lại tan trong các dung môi hữu cơ.
Lipid được hình thành từ quá trình sinh tổng hợp trong cơ thể sinh vật và từ nguồn bên ngoài qua chế độ ăn uống Dưới đây là những nguồn gốc chính của lipid.
- Nguồn gốc nội sinh ( tổng hợp trong cơ thể )
+ Tế bào động vật và thực vật
+ Quá trình sinh tổng hợp
- Nguồn gốc ngoại sinh ( từ chế độ ăn uống )
- Nguồn gốc vi sinh vật
2.1.2 Cấu tạo và phân loại của lipid a Cấu tạo
Lipid được cấu tạo từ các nguyên tố như carbon (C), hydro (H) và oxy (O), nhưng có thể chứa thêm các nguyên tố khác như photpho (P) và nitơ (N) Điểm khác biệt lớn nhất giữa lipid và carbohydrate là lipid có tỷ lệ oxy thấp hơn nhiều.
Hai nhóm lipid chính đối với sinh vật bao gồm nhóm có nhân glycerol và nhóm có nhân sterol Các nhân này liên kết với các axit béo và các chất khác nhau, tạo ra nhiều loại lipid khác nhau.
Lipid được chia thành 4 nhóm chính bao gồm:
Là tập hợp những loại lipid có chứa gốc carboxylic (-COOH) trong công thức phân tử Nhóm này được phân loại thành:
Axit béo bão hòa là nhóm axit béo không có liên kết đôi giữa các nguyên tử carbon, thường tồn tại ở thể rắn ở nhiệt độ phòng Chúng chủ yếu có mặt trong các loại thịt, bơ và sản phẩm từ sữa.
Axit béo không bão hòa là nhóm axit béo có một hoặc nhiều liên kết đôi giữa các nguyên tử carbon, thường tồn tại ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng Chúng chủ yếu được tìm thấy trong dầu thực vật và mỡ của các loại cá béo như cá thu, cá hồi, cá trích và cá ngừ.
Glyceride là một loại lipid bao gồm gốc glycerol trong cấu trúc phân tử Cụ thể, glyceride được hình thành từ sự kết hợp của 1 đến 3 phân tử axit béo với 1 phân tử glycerol.
Từ đó, chúng có thể tạo thành monoglyceride, diglyceride và triglyceride, lần lượt tương ứng với 1, 2 hoặc 3 gốc axit béo xuất hiện trong công thức phân tử.
Các glyceride có sự khác biệt không chỉ về số lượng và loại axit béo trong công thức phân tử mà còn về cách sắp xếp các gốc axit béo trên nhánh glycerol.
Glyceride là loại lipid chủ yếu, chiếm từ 90 đến 99% các loại dầu và mỡ thương mại, đồng thời đóng góp khoảng 95% tổng lượng chất béo tự nhiên trong thực phẩm.
Là nhóm các lipid không chứa gốc glycerol trong công thức phân tử, chẳng hạn như:
Sphingolipids là một loại lipid có cấu trúc phân tử tương tự như glyceride, nhưng thay vì sử dụng glycerol, chúng gắn các axit béo vào gốc rượu sphingosine Loại lipid này đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cấu trúc màng tế bào của cơ thể người.
Sáp là một este của các axit béo chuỗi dài kết hợp với các phân tử rượu chuỗi dài, thường có vai trò quan trọng trong việc tạo ra các cấu trúc bảo vệ Nó xuất hiện dưới dạng lớp phủ trên lá cây, lông động vật, và niêm mạc ống tai, chẳng hạn như ráy tai ở người.
Steroids, which include cholesterol and steroid hormones such as testosterone, estrogen, progesterone, cortisol, and aldosterone, are characterized by a unique hydrocarbon ring structure These compounds play crucial biological roles in the body, influencing various physiological processes.
Lipid phức hợp là nhóm lipid có công thức phân tử bao gồm hơn 2 thành phần, chủ yếu là rượu và axit béo Một số ví dụ tiêu biểu cho lipid phức hợp bao gồm các loại lipid quan trọng trong cơ thể.
Lipoprotein là hợp chất bao gồm lipid và protein, có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các loại lipid như cholesterol và triglyceride trong máu và dịch thể cơ thể Cấu trúc này giúp lipid, vốn không tan trong nước, có thể di chuyển một cách hiệu quả trong môi trường huyết tương, nơi nước là dung môi chính.
Protein và enzyme
2.2.1.1 Định nghĩa và nguồn gốc của protein a Định nghĩa
Protein là các phân tử sinh học được cấu thành từ một hoặc nhiều chuỗi axit amin, được liên kết với nhau bằng liên kết peptid Sự khác biệt giữa các loại protein đến từ thứ tự sắp xếp của các axit amin.
+ Tổng hợp protein từ axit amin
+ Quá trình tổng hợp axit amin
- Nguồn gốc vi sinh vật
- Nguồn gốc từ quá trình tiêu hóa và tái chế
2.2.1.2 Cấu tạo và phân loại protein a Cấu tạo
- Là thành phần cấu trúc bắt buộc của tế bào, được cấu tạo từ các nguyên tố: C,H,O,N,P, S …
Protein là đại phân tử được cấu tạo từ nhiều đơn phân là acid amin, với 20 loại acid amin khác nhau Sự kết hợp đa dạng về thành phần, số lượng và trình tự của các acid amin tạo ra vô số loại protein, đảm bảo tính đa dạng và đặc thù cho từng loại.
Mỗi đơn phân amino acid bao gồm ba thành phần chính: nhóm COOH, nhóm NH2 và gốc R liên kết với carbon trung tâm, được gọi là C alpha Sự khác biệt trong cấu trúc của gốc R phân loại 20 loại amino acid thành bốn nhóm: acid, bazơ, phân cực và không phân cực.
Protein bậc I được tổng hợp tại ribosome và sau đó hình thành cấu trúc không gian bậc II, III, IV trước khi thực hiện chức năng của nó Cấu trúc bậc I không chỉ là cơ sở phân tử xác định hoạt tính sinh học và tính chất hóa lý của protein mà còn cho phép dự đoán sự định vị cầu disulfua và cấu trúc không gian của protein Ngoài ra, cấu trúc bậc I còn thể hiện mối quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa của thế giới sống thông qua việc phiên dịch mã di truyền.
Không phải tất cả các chuỗi polypeptid đều hình thành nên protein bậc I; nhiều chuỗi chỉ tồn tại dưới dạng tự do trong tế bào mà không tạo thành phân tử protein.
Hình 2.2.1.1: Cấu trúc bậc 1 của protein
Cấu trúc bậc hai và bậc ba của protein là những dạng ổn định nhất, được hình thành nhờ các tương tác không cộng hóa trị như liên kết ion, liên kết hydro và các tương tác kỵ nước Những tương tác này xảy ra giữa các chuỗi amino axit khác nhau trong phân tử protein và với các phân tử nước xung quanh.
Cấu trúc bậc 2 của protein chủ yếu bao gồm ba kiểu: xoắn α, nếp gấp β và quay Những cấu trúc này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hình dạng và chức năng của protein Các phần còn lại không thuộc vào ba loại này thường không được phân loại rõ ràng.
3 kiểu này thường được gọi là cuộn dây ngẫu nhiên Theo Paulin và Cori
Cấu trúc protein được phân loại thành hai kiểu chính: xoắn α và phiến gấp nếp β Cấu trúc bậc hai thường xuất hiện ở các protein sợi như keratin và collagen, có mặt trong lông, tóc, móng và sừng, với nhiều xoắn α Ngược lại, các protein cầu thường chứa nhiều nếp gấp β hơn.
Hình 2.2.1.2: Các loại xoắn khác nhau xảy ra trong protein
Cấu trúc xoắn α (α helix) là một dạng xoắn ốc, trong đó mỗi vòng xoắn chứa 3,6 gốc amino acid, tạo nên sự ổn định nhờ vào các liên kết hydro với mức năng lượng thấp Mỗi nhóm –CO-NH- trong cấu trúc này có khả năng tạo ra hai liên kết hydro với các nhóm –CO-NH- khác, đảm bảo độ bền vững cho cấu trúc α Sự hình thành các liên kết hydro tối đa này giúp duy trì tính đàn hồi sinh học của cấu trúc xoắn α.
Phiến gấp nếp β là cấu trúc chuỗi polypeptid được gấp nếp nhiều lần, ổn định nhờ các liên kết hydro giữa các nguyên tử của các liên kết peptid trong các đoạn liền kề của chuỗi.
Hình 2.2.1.3: Ví dụ cấu trúc xoắn alpha
A: mô hình giản lược, B: mô hình phân tử,C: nhìn từ đỉnh, D: mô hình không gian liên kết này các mạch đã được kéo căng ra - dễ gấp nếp nhưng rất dễ bị đứt khi kéo căng thêm Cả hai loại cấu trúc này đều tạo nên bởi liên kết hydro giữa các khu vực liên kết peptid của mạch Nhóm biến đổi R không tham gia vào sự hình thành cấu trúc bậc 2 Cả hai chuỗi có thể cùng có mặt trong phân tử protein.
Ví dụ : Chuỗi a và ẞ trong cấu trúc Hb trong hồng cầu.
+ Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở xa nhau trong chuỗi polypeptide, là dạng cuộn lại trong không gian của toàn chuỗi polypeptide.
Nhiều chuỗi polypeptide trong cơ thể sống không chỉ tồn tại ở dạng thẳng mà còn gấp khúc, tạo nên cấu trúc không gian ba chiều xác định Cấu trúc này chủ yếu phụ thuộc vào trình tự các amino acid và môi trường xung quanh Khi chuỗi polypeptide tách ra khỏi ribosome và được thải ra trong tế bào chất, nó nhanh chóng hình thành cấu trúc tự nhiên, đặc biệt là cấu trúc hình cầu, mang lại những đặc tính sinh lý quan trọng cho protein Sự chuyển động nhiệt của các amino acid khi tiếp xúc với nhau có thể dẫn đến việc kết chuỗi polypeptide, với các nhóm của các gốc hợp nhất lại.
Cấu trúc bậc 3 của polypeptit phụ thuộc vào tính chất của các nhóm R Các gốc R phân cực hoặc ion hóa thường quay ra ngoài, trong khi các gốc R không phân cực có xu hướng nằm sâu bên trong, tạo ra sự ổn định nhờ lực hút giữa các gốc phân cực hoặc ion hóa và các phân tử H₂O xung quanh Sự tương tác này cũng bao gồm các liên kết hóa trị giữa các nhóm bên trong chuỗi polypeptit.
Trong nhiều protein hình cầu, các gốc cysteine hình thành liên kết disulfide giữa các gốc cysteine ở xa nhau trong chuỗi polypeptide, tạo nên sự cuộn lại đáng kể của chuỗi Ngoài ra, các liên kết như Van der Waals, liên kết tĩnh điện, phân cực và kỵ nước cũng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành cấu trúc bậc ba của protein Cấu trúc hình cầu của protein được gọi là cấu trúc bậc ba.
Tương tác không gian giữa các chuỗi polypeptide trong protein tạo thành cấu trúc bịc 4, trong đó mỗi chuỗi được gọi là "tiểu đơn vị" Sự kết hợp này chủ yếu nhờ vào liên kết hydrogen và tương tác kỵ nước, mà không có cầu disulfit hay liên kết hóa trị giữa các tiểu đơn vị Một ví dụ điển hình cho cấu trúc này là hemoglobin, được cấu thành từ hai chuỗi alpha (141 gốc amino acid mỗi chuỗi) và hai chuỗi beta (146 gốc amino acid mỗi chuỗi).
Vitamin
2.4.1 Định nghĩa và nguồn gốc vitamin
Vitamin là các hợp chất hữu cơ thiết yếu mà cơ thể cần với lượng nhỏ để duy trì chức năng sinh lý bình thường Chúng đóng vai trò quan trọng trong trao đổi chất, hỗ trợ hệ miễn dịch và giúp phát triển sức khỏe tổng thể Hiểu biết về vitamin không chỉ giúp nhận thức nhu cầu dinh dưỡng mà còn phòng ngừa bệnh tật do thiếu hụt hoặc thừa vitamin.
- Mỗi người đều cần có vitamin để duy trì sức khỏe toàn diện.
Cơ thể không thể tự tổng hợp vitamin, mà phải bổ sung thông qua thực phẩm hoặc thực phẩm chức năng Có 13 loại vitamin chính:
Vitamin được chia làm 2 loại dựa vào tính chất tan, gồm có vitamin tan trong nước và vitamin tan trong chất béo.
Vitamin tan trong nước bao gồm vitamin C và nhóm B, có khả năng hòa tan trong nước và hiện diện trong máu cũng như các chất lỏng trong cơ thể Khi cơ thể hấp thụ dư thừa vitamin, chúng sẽ được đào thải qua nước tiểu.
Vitamin tan trong chất béo bao gồm vitamin A, D, E và K, bên cạnh vitamin C và nhóm vitamin B Các vitamin này có khả năng hòa tan trong chất béo và chủ yếu được lưu trữ trong mỡ và gan của cơ thể.
Vitamin là dưỡng chất thiết yếu cho sức khỏe, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình trao đổi chất, hỗ trợ sự tăng trưởng và phát triển, đồng thời bảo vệ tế bào khỏi hư hại.
- Là một trong những thành phần quan trọng để tạo nên tế bào, giúp phát triển và duy trì sự sống của tế bào
Chất xúc tác đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các chất dinh dưỡng, giúp biến đổi thức ăn thành năng lượng cần thiết cho mọi hoạt động sống của cơ thể.
- Hỗ trợ điều trị các bệnh lý của cơ thể, tăng cường hệ miễn dịch, giúp phòng ngừa và điều trị bệnh
Có nhiều loại vitamin được sử dụng phổ biến hiện nay và mỗi loại đóng vai trò khác nhau như :
Vitamin A : có tác dụng làm sáng mắt, làm sáng da và chống lão hoá
Vitamin B đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của não bộ và sức khoẻ tinh thần, đồng thời giúp cải thiện tình trạng làn da và mái tóc Việc hấp thụ đầy đủ vitamin B có thể ngăn ngừa các triệu chứng thiếu hụt như mệt mỏi, trầm cảm và tổn thương thần kinh.
Vitamin C đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì hệ miễn dịch, bảo vệ cơ thể khỏi nhiễm trùng và bệnh tật Ngoài ra, nó còn giúp thúc đẩy làn da khỏe mạnh và hỗ trợ sự phát triển của xương.
Vitamin D đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển xương khỏe mạnh và hỗ trợ hấp thụ canxi Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng Vitamin D giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh như ung thư, tiểu đường, bệnh tim và trầm cảm.
Vitamin E : chống oxy hoá, giúp duy trì sức khoẻ, kháng viêm và cải thiện hệ thống miễn dịch.
Vitamin K đóng vai trò quan trọng trong quá trình đông máu và ngăn ngừa tình trạng chảy máu quá nhiều Ngoài ra, vitamin K còn cần thiết cho sức khỏe xương, giúp điều chỉnh nồng độ canxi trong máu.
Hình 2.4.1: Bảng số liệu về cách bổ sung vitamin của các độ tuổi và giới tính
2.4.5 Các phép thử để nhận biết vitamin
- Phép thử với dung dịch iot: Vitamin C làm mất màu dung dịch iot do tính khử mạnh của nó.
- Phép thử Carr-Price: Sử dụng antimon(III) chloride trong chloroform, vitamin A tạo thành phức hợp màu xanh lam.
- Phép thử thiochrome: Thiamine được oxy hóa thành thiochrome, phát huỳnh quang dưới ánh sáng UV
- Phép thử huỳnh quang: Riboflavin phát huỳnh quang màu vàng lục dưới ánh sáng UV.
-Phép thử Liebermann-Burchard: Vitamin D phản ứng với acid acetic anhydride và sulfuric acid tạo thành màu xanh lục.
