hóa sinh học

Liên kết kết peptit peptit giữa giữa các các axit axit amin amin tạo tạo thành thành cấu cấu trúc trúc bậc bậc I I của của chuỗi chuỗi polipeptit polipeptit Cấu trúc bậc 1 của protein...

VẤN ĐỀ 1: PROTEIN VÀ CHUYỂN HÓA PROTEIN

Nội dung

1 Vai trò, cấu trúc, tính chất của protein

2 Phương pháp định lượng protein và axit amin

3 Sự phân giải protein và axit amin

3 Sự phân giải protein và axit amin

4 Sự sinh tổng hợp axit amin và protein

◦ Đạm (hợp chất chứa N).

Protein là các polyme:

MW lớn Cấu tạo từ các đơn vị L-α axit amin Liên kết peptid

Ví dụ về vai trò của protein

Cấu trúc phân tử protein

Thành phần nguyên tố

C: 50-55%, H: 6.5-7.3%, O: 21-24%, N: 18% (N ở động vật ~16%) và S: 0-0.24%.

15-
Các nguyên tố khác: Fe, Zn, Cu, Mg… (Fe

Các nguyên tố khác: Fe, Zn, Cu, Mg… (Fe

trong hemoglobin, trong peroxidase…)

Các mức độ cấu trúc của protein

Định nghĩa Axit Amin

Định nghĩa:

- Axit amin là một phân tử hữu cơ có chứa một nhóm amin (NH2)

và nhóm carboxyl (COOH) và một chuỗi bên thay đổi

-Trong hóa sinh học thuật ngữ này để chỉ alpha axit amin, là những axit amin trong đó cả nhóm COOH và NH2 gắn vào phân tử Cα

Phân loại axit amin

1 Các axit amin trung tính mạch

không vòng

2 Imino axit (prolin)

3 Các hydroxil axit amin mạch không

vòng

4 Các axit amin chứa S mạch không vòng Các axit amin chứa S mạch không vòng

Sự tạo thành cầu disunfit ở xistein

5 Các axit amin axit và amit của chúng

6 Các axit amin kiềm

Vòng imidazole

Là các axit amin cơ thể người và động vật không tự tổng

hợp được, phải đưa từ ngoài vào qua thức ăn

Các axit amin cần thiết đối với cơ thể còn tùy thuộc vào

những điều kiện riêng biệt Ơ người có 8 axit amin không

thay thế: valin (V), lơxin (L), isolơxin (I), treonin (T), lizin (K), metionin (M), phenylalanin (F), tryptophan (W) Ở động vật còn non ngoài 8 axit amin này còn có thêm Histidin và Arginine

Protein hoàn hảo:

◦ Chứa đầy đủ axít amin

◦ Tỷ lệ giữa axit amin thay thế/không thay thế hợp lý

◦ Được cơ thể sinh vật hấp thụ

Các hội chứng do thiếu axit amin

Thiếu lysin

Thiếu methionin Thiếu tryptophan

Liên kết kết peptit peptit giữa giữa các các axit axit amin amin tạo tạo thành thành cấu cấu trúc

trúc bậc bậc I I của của chuỗi chuỗi polipeptit polipeptit

Cấu trúc bậc 1 của protein

Cách gọi tên peptit

Ghép tất cả tên các axit amin cấu tạo nên nó theo thứ tự sắp xếp của chúng trong chuỗi peptit bắt đầu từ axit amin thứ 1 (đầu ‘N’), những axit amin nào có nhóm cacboxyl tham gia trong liên kết peptit đuôi của nó đổi thành ‘yl’

Pentapeptit: Serylglycyltyrosylalanylleucine hay là Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

Sự sắp xếp không gian của protein

Bộ khung –CO-NH-CN-, nhóm R không tham gia

Nhóm peptit ‘phẳng’ và ‘cứng’, H của nhóm –NH- luôn ở vị trí trans so với nhóm

Khoảng cách trục giữa 2 gốc axit amin kề nhau là 1.5A, góc quay 100 o , một vòng xoắn có 3.6 gốc axit amin, chiều cao tương ứng là 5.4 A.

ngược hướng (parallel), không cần phải ‘phẳng’ nhưng

có thể gập

Hiện tượng quay β: mạch bị đảo hướng do liên kết H hình thành giữa liên kết peptit thứ n với liên kết peptit thứ n+2.

Cấu trúc trúc kiểu kiểu ‘‘xoắn xoắn collagen collagen’’

Tìm thấy trong phân tử collagen

Do thành phần axit amin cấu tạo rất đặc biệt : glicin 35%, prolin 12%, còn có hydroxiprolin và

 Chiều cao của mỗi gốc là 2.9

 Vòng xoắn có 3.3 gốc axit amin

◦ Được làm bền bằng liên kết H giữa các nhóm NH của glicin trên một mạch với nhóm CO trong liên kết peptit ở mạch khác

◦ Các phân tử tropocollagen xếp lệch nhau ¼ phân tử

Xoắn collagen

Các dạng cấu trúc bậc 2 của protein

Cấu trúc bậc 3

Ribonucleaza

Hình 3 Thay đổi cấu trúc ribonucleaza khi khử enzym ở những điều kiện xác định

4 Một số tính chất quan trọng của axit amin và

protein

Một số tính chất chung của axit amin

Tính chất lưỡng tính của axit amin và protein

Khả năng hấp thụ tia tử ngoại của dung dịch protein

Tính keo và sự kết tủa của protein

Tính keo và sự kết tủa của protein

Các phản ứng dùng để định tính, định lượng axit amin và

protein

Tính hoạt quang

Các axit amin có khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực

Tất cả các a.a trong tự nhiên (trừ glyxin) đều có Cα bất đối xứng

Dựa vào cấu hình Fisher của glyceraldehyd xác định cấu trúc lập thể của

các aminoacid

Một số tính chất của axit amin

Tính hoạt quang

Cấu hình tương đối của các a.a được xác định theo vị trí

nhóm amino

Một số tính chất của axit amin

Tính hoạt quang

Amino acid trong tự nhiên đa số có cấu hình

L-Tính lưỡng tính của axit amin và protein

Axit amin và protein có tính lưỡng tính

(Zitterion), vừa có khả năng cho H+ và nhận H+

.

Zitterion có thể hoạt động như là một axit (nhường proton)

Hoặc là bazơ

Tính lưỡng tính của axit amin và protein

Điểm đẳng điện (isoelectric pH)

pHi của axit amin:

Giá trị pH tại đó axit amin không tích điện

Ứng dụng: để tách các axit amin bằng điện di

Yếu tố phụ thuộc: Cấu tạo mạch bên R

Phân ly thành cation: His, Lys, Arg, pI vùng kiềm

Phân ly thành cation: His, Lys, Arg, pI vùng kiềm

Phân ly thành anion: Glu, Asp; pI vùng axit

Mạch bên không phân cực: pI~7

pHi của protein

Giá trị pH tại đó tổng số điện tích (-) và điện tích (+) bằng 0

pH<pI: protein là một đa cation, số điện tích +>-; pH>pI: là một đa anion; pH=pI: protein bị kết tủa

Sử dụng pHi để tách các axit amin bằng điện di

Khả năng hấp thụ tia tử ngoại của dung dịch protein

Tính keo và sự kết tủa protein

Hòa tan trong nước protein tạo thành dung dịch keo;

Tính keo được duy trì nhờ:

Sự tích điện cùng dấu của protein

Lớp vỏ hydrat bao quanh protein

Sự biến tính của protein

Khái niệm: Dưới tác dụng của các

tác nhân vật lý và hóa học, protein

bị biến đổi cấu hình không gian,

kèm theo tính chất tự nhiên ban

- Tăng độ nhạy với sự tấn công của enzym protease

- Tăng độ nhớt nội tạikèm theo tính chất tự nhiên ban

đầu bị mất đi

Tính chất của protein sau khi bị

biến tính

- Độ hòa tan giảm

- Khả năng giữ nước giảm

- Các ion kim loại kiềm

- Các dung môi hữu cơ

Các phản ứng dùng để định tính và định lượng protein, axit amin

Phản ứng biure

Phản ứng đặc trưng cho liên kết peptit (có từ 2 liên kết peptit

trở lên)

Peptit và protein phản ứng với Cu2+ trong môi trường kiềm

tạo ra phức chất màu tím hoặc tím đỏ, hấp thụ cực đại ở

λ=540nm Định lượng protein bằng phương pháp so màu

Nguyên lý của phương pháp Lowry dùng định lượng protein

Thuốc thử có chứa axit phosphomolipdic và axit

phosphovonphramic làm tăng độ nhạy phản ứng biure và phản ứng với Tyr và Trp

Tạo thành phức màu xanh da trời, hấp thụ cực đại ở

λ=750nm

Độ nhạy cao, phát hiện protein ở nồng độ 1µg/ml

Các phản ứng dùng để định tính và

định lượng protein, axit amin

Phản ứng với thuốc thử nyhydrin

A.a phản ứng với ninhydrin tạo phức màu xanh tím, còn

gọi là màu tím Ruhemann, hấp thụ ánh sáng tạiλ= 570nm Riêng prolin cho màu vàng

Định lượng Nitơ tổng số bằng phương pháp Kjeldahl

[Protein] = KL N trong mẫu x [100/16] = [N tổng số] x 6.25

(Nitơ ~ 16% trong protein)

Nitơ tổng số = Nitơ protein + Nitơ phi protein

Nitơ protein = Nitơ tổng số - Nitơ phi protein

Nitơ protein = Nitơ tổng số - Nitơ phi protein

Định lượng Nitơ tổng số

Nguyên tắc: Dưới tác dụng của H2SO4 đặc ở nhiệt độ cao, các hợp chất có chứa Nitơ

bị phân hủy và oxi hóa đến CO2 và H2O, còn Nitơ chuyển thành amoniac, và tiếp tục kết hợp với H2SO4 để tạo thành muối sunfat amoni.

Qui trình được thực hiện như sau:

- Bước 1: vô cơ hóa nguyên liệu

A: Bình phát hơi nướcC: Bình chứa chất thử đã vô cơ hóa

E: Ống sinh hànF: Bình chuẩn độ, hứng NH3B: Hệ thống hút chất thử từ bình C sau khi cất xong, thải

ra ngoài

Bộ cất đạm Kjeldahl

ra ngoàiD: Phễu cho chất thử đã vô cơ hóa và hóa chất NaOH vào bình C

P2: Khóa dẫn nước từ phễu D xuống bình C

P1: Khóa dẫn nước từ bình B thải ra ngoài

VẤN ĐỀ 2: LIPID VÀ CHUYỂN HÓA LIPID

Nội dung

Vai trò và chức năng của lipid đối với sinh vật

Cấu tạo và tính chất lipid

Chuyển hóa glycerol

Chuyển hóa acid béo

Chuyển hóa acid béo

Sinh tổng hợp glycerol

Sinh tổng hợp acid béo

1 Khái niệm và vai trò

Nhóm hợp chất hữu cơ có chung tính chất:

không tan trong nước, chỉ tan trong các dung môi không phân cực như: ete, benzen,

chloroform…có cấu tạo hóa học rất khác nhau.

Là chất phổ biến trong động vật và thực vật Ở

động vật chủ yếu có trong mô mỡ, ở óc, sữa…ở thực vật chủ yếu ở cây, hạt có dầu (đậu nành, đậu phộng, thầu dầu, oliu, cọ…)

1.2 Vai trò của Lipid

 Thành phần cấu trúc (phospholipids, cholesterol)

 Dự trữ năng lượng (axit béo, triacylglycerol)

 Cung cấp năng lượng (9.3kcal/g) và các acid béo cần

thiết cho quá trình sinh trưởng và phát triển.

 Hormon (Hormon giới tính: Estrogen, testosteron)

 Chất vận chuyển điện tử (coenzyme Q,plastpquinone)

 Chất màu hấp thụ ánh sáng (carotenoid)

 Yếu tố nhũ tương hóa (muối mật)

 ả nh hưởng lớn đến sinh trưởng, đặc biệt là giai đoạn ấu

Trùng và giống, giai đoạn nuôi vỗ thành thục

Chuỗi thức ăn và vai trò của lipid

Là tiền chất của các hormon

Là tiền chất của các hormon sinh dục

Là thành phần quan trọng

trong thức ăn của cá, làm nên chất lượng thịt cá

2 Cấu trúc

Các dạng cấu trúc lipid tạo thành ngẫu nhiên

• Tương tác kị nước

Nhóm

đầu •Lipid là một phân tử lưỡng cực

(Amphipathic), hiếm khi tồn tại ở dạng đơn đầu

3.1.1.Triacylglycerols (mỡ trung tính

hoặc triglycerid)

a Định nghĩa: Là este của

glycerin và axit béo

b Cấu tạo hóa học

Formation of an ester:

O O R'O H + HO -C-R" R'-O-C-R'' + H 2 O

b.Cấu tạo hóa học: Axit béo (Fatty Acids)

- Là các axit cacboxylic, dẫn xuất của hydrocacbon

- CT chung: Axit béo = nhóm carboxyl + một chuỗi dài hydrocacbon (từ C4-C36)

H2C C

H2

H2C C

H2

H2C C

H2

H2C O

HO

C

H2

H2C

18:1 =Oleic acid=9-Octadecenoic acid

Hình 3.2 CTCT của một số axit béo

Phân loại:

- Axit béo no: các liên kết C-C đều là các liên kết đơn;

- Axit béo không no: chứa từ một liên kết đôi trở lên trong chuỗi hydrocacbon: các liên kết đôi bao giờ cũng cách

nhau một nhóm CH2

- Axit béo ko no một nối đôi

- PUFA (Polyunsatured fatty acids) trong mạch có ít nhất 2 nối đôi

- HUFA (Highly unsaturates fatty acids): trong mạch có 4-6 nối đôi

- Axit béo thiết yếu (EFA): Các PUFA và HUFA

hydrocacbon

trans & cis của các axit béo

không no

Dạng cis của oleic axit

(uốn cong 30 o )

W9,

w6 w9

w6

Gọi tên

Tên thông thường

Tên hệ thống: tên gốc hydrocacbon + oic Có 1 nối đôi:

+enoic, 2 nối đôi: +dienoic; 3 nối đôi : +trienoic.

Ký hiệu số lượng nối đôi trong phân tử = số lượng C: số

Ký hiệu số lượng nối đôi trong phân tử = số lượng C: số

lượng nối đôi (18:1)

Đánh số thứ tự nguyên tử C bắt đầu từ nhóm carboxyl-số 1,

C2 và C3 là α và β, C của nhóm CH3- cuối cùng là ω.

Vị trí nối đôi:

Dùng ký hiệu Δ ( ∆9) và ghi số ở trên Việc đánh số có thể đi

từ nguyên tử Cω.

Đặt tên các axit béo C18

18:0, axit stearic : octadecanoic axit

18:1 (∆ 9 ), axit oleic : octadecenoic axit

18:2 (∆ 9,12 ), linoleic axit : octadecadienoic axit

18:3 (∆ 9,12,15 ), α-linolenic axit (ω- 3): octadecatrienoic axit

CH3-(CH2)7-CH=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH

α β

Cis ∆ 9

Việc gọi tên các axit béo ω: Cx:ý(n-z)

x: số nguyên tử Cy: số liên kết đôi trong mạchz: số ngtử C mà tại đó liên kết đôi đầu tiên xuất hiện tính từ Cω

DHA (Docosahexaenoic Acid) C22:6 (n-3)

Các axit béo không no Omega 3 (ω ω ω3)

(PUFA)

1 2 3

DHA (Docosahexaenoic Acid) 22:6ωω3, cải

thiện chất lượng và sự phát triển

 Rất quan trọng với sinh

lý và sức khẻo của người

& động vật nuôi, đặc biệt

EPA (Eicosapentaenoic Acid) 20:5ωω3 tăng tỷ lệ

Một số axit béo thiết yếu quan trọng

Tính chất vật lý của axit béo

Phụ thuộc vào độ dài và mức độ chưa bão hòa của chuỗi hydrocacbon

Độ tan:

Chuỗi hydrocacbon không phân cực rất ít tan trong nước Chuỗi axit béo càng dài

và liên kết đôi càng ít thì càng ít tan.

Nhóm COOH: phân cực tạo tính tan nhỏ cho chuỗi ngắn.

Tính chất hóa học các axit béo

Là các axit yếu, phân ly theo pt:

RCOOH RCOO- + H+

ở pH sinh lý các axit tồn tại ở dạng anion, axit béo

lưỡng cực: đầu ưa nước (carboxilat) và đầu kỵ nước

pH=4.5

ở pH sinh lý các axit tồn tại ở dạng anion, axit béo

lưỡng cực: đầu ưa nước (carboxilat) và đầu kỵ nước (đầu cacbon omega), trong H2O có định hướng rõ

ràng.

Trong cơ thể sống axit béo tồn tại trong dạng kết hợp

trong các lipid khác: triaxylglycerol, sterid và các lipid phức tạp

c Tính chất vật lý của triglycerit

Không tan trong nước, chỉ tan trong dung môi chất béo

Tạo thành nhũ tương bền

- Một số chất tạo nhũ tương: protein, muối của axit mật, xà phòng…

- Đặc điểm: khi hòa vào nước tạo thành dung dịch keo và có hoạt

động bề mặt lớn làm giảm sức căng bề mặt, giảm độ bền của các giọt dầu.

Trạng thái rắn hay lỏng của chất béo phụ thuộc vào thành phần axit

béo no hay chưa no.

Axit béo no, chất béo ở trạng thái rắn, có nhiệt độ đông đặc và nóng chảy cao, tăng theo độ phức tạp của mạch C

Axit béo chưa no, chất béo ở trạng thái lỏng, nhiệt độ đông đặc và nóng chảy thấp, giảm theo chiều tăng của nối đôi

Chú ý:

Mỡ cá ở trạng thái rắn mặc dù chứa các axit béo không no

Ở trạng thái rắn chất béo khó được cơ thể hấp thu hơn ở trạng thái lỏng

d Tính chất hóa học của triglicerit

- Chỉ số iot: CH=CH+I2 CHI-CHI

Chỉ số I2 càng cao thì chất béo càng có giá trị

- Chỉ số peroxit: đánh giá độ tươi của thực phẩm,

Note: Phản ứng chuyển ester đối với dầu mỡ ở nhiệt độ cao

3.1.2 Sterit

a Định nghĩa: là este giữa alcol vòng với axit béo

phân tử lớn (thường là axit béo no)

Thành phần cấu tạo của sterol

Cholesterol tương đối kỵ nước

Có một nhóm phân cực, nhóm OH, làm nên tính lưỡng cực

CholesterolHO

CT: C27H46O

Chuỗi bên alkyl

Cholesterol

Đầu

Tinh thể màu trắng, không tan trong

nước , tan trong dung môi hữu cơ.

Chiếu xạ tia cực tím biến ergosterol thành calciferol (vitamin D2)

Tia UV

Provitamin D2 Sterol là nguồn tổng hợp vitamin D

hydroxylase

Provitamin D2

Vitamin D2

Sterol là nguồn tổng hợp các hormon sinh dục

CYP19 (aromatase)

c Tính chất

Tính chất vật lý: không tan trong nước, tan trong dung môi

của chất béo, nhiệt độ nóng chảy cao.

Tính chất hóa học:

- Bị thủy phân dưới tác dụng của kiềm và enzym tương ứng

- Sterol bền với các yếu tố thủy phân.

- Là este của axit béo chuỗi dài

(C14-36) với alcohol chuỗi dài

(C16-30).

- Điểm nóng chảy cao (60-100oC).

- Dự trữ năng lượng (Sinh vật phù du)

- Kị nước (chim: lông không thấm

O O

- Kị nước (chim: lông không thấm

nước và thực vật: chịu hạn)

- Bao bên ngoài cây chịu hạn, tron g

mật ong, mật hoa; đưa vào các cây

chịu hạn; tính kháng khuẩn, dùng

trong điều trị

Oleoyl alcohol Stearic acid

SACCHARIDE VÀ CHUYỂN HÓA SACCHARIDE

Nội dung

I Cấu tạo, tính chất, phân loại và vai trò của monosaccharide

II Cấu tạo, tính chất, phân loại và vai trò của một số

disaccharide, oligosaccharide

III Cấu tạo, tính chất, phân loại và vai trò của một số

polysaccharide

IV Sự oxi hóa monosaccharide

Con đuờng EMP

Con đường pentozophosphat

V Chu trình Krebs

VI Chu trình glyoxylate

VII Chuỗi hô hấp tế bào

I Khái niệm về saccharide

• Là phân tử sinh học có nhiều nhất trên trái đất: chiếm ¾ vật chất sống

• Glucid (carbohydrate hay saccharide) là dẫn xuất aldehyde hay ketone của rượu

đa chức, được tổng hợp trong tế bào sống; dễ tan trong nước; Carbohydrate = carbon hydrate hay nguyên tử C bị hydrat hóa; Saccharide xuất phát từ tiếng Hy Lạp, sakcharon, nghĩa là “đường”

• Đa số tạo nên từ C và H2O với CT chung Cn(H2O)n, một số khác có chứa thêm N, P

và S

• Tồn tại ở dạng tự do hoặc dạng liên kết với protein và lipid trong cơ thể

• Phân bố: phổ biến ở thực vật, tập trung ở thành tế bào, mô nâng đỡ, mô dự trữ

Có chủ yếu trong gan động vật, trong máu hàm lượng glucid thường là hằng số

• Thực vật là nguồn dinh dưỡng glucid không thay thế của người và động vật