Bài giảng môn Hóa sinh

Các nguyên t ố sinh h ọ c• Nguyên tố sinh học là những nguyên tố có trong thành phần hóa học của cơ thể sống và có vai trò sinh học nhất định.. • Trong số 92 nguyên tố có trong tự nhiên,

BÀI GIẢNG

HOÁ SINH ĐẠI CƯƠNG

GIÁO VIÊN GIẢNG DẠY: TIẾN SĨ LÊ THỊ PHÚ

– S ự trao đổ i ch ấ t trong toàn b ộ c ơ th ể

c ủ a vi sinh v ậ t và môi tr ườ ng xung

quanh

• Sự phát triển rộng rãi và sâu sắc của

ngành Hóa Sinh giúp giải quyết

những vấn đề phức tạp hơn của cuộc

sống

Các nguyên t ố sinh h ọ c

• Nguyên tố sinh học là những nguyên tố có trong thành phần hóa

học của cơ thể sống và có vai trò sinh học nhất định

• Trong số 92 nguyên tố có trong tự nhiên, có 16 nguyên tố thường

được sử dụng để tạo cơ thể Trong số 16 nguyên tố đó có 6 nguyên

tố chiếm 99% khối lượng cơ thể

• Các nguyên tố này trong cơ thể tồn tại với tỷ lệ rất khác nhau, mặc

• Các nguyên tố này trong cơ thể tồn tại với tỷ lệ rất khác nhau, mặc

dù chúng có rất nhiều trong môi trường tự nhiên

• Chia làm 2 nhóm lớn

– Nguyên t ố l ươ ng l ớ n ( đ a l ượ ng): chi ế m t ỉ l ệ cao trong c ơ th ể , tham gia xây d ự ng t ế bào và mô; các quá trình chuy ể n hóa.

– Nguyên t ố l ượ ng nh ỏ (vi l ươ ng): chi ế m t ỉ l ệ th ấ p, đ ôi khi ch ỉ ở d ạ ng v ế t;

đ óng vai trò quan tr ọ ng trong các ho ạ t độ ng s ố ng Vd: Zn ++ ho ạ t hóa

m ộ t s ố enzyme; I tham gia vào t ạ o hormon giáp tr ạ ng; Fe ++ tham gia t ạ o helmoglobin c ủ a h ồ ng c ầ u, …

I ố t o dang 5 v ế t

Hinh Thành ph ầ n và t ỉ l ệ các nguyên t ố sinh h ọ c

Các nguyên t ố hóa h ọ c trong c ơ th ể không ph ả i là t ậ p h ợ p ng ẫ u nhiên mà

m ỗ i nguyên t ố đề u có tính ch ấ t đặ c bi ệ t thích h ợ p làm c ơ s ở cho s ự s ố ng.

• N ướ c là dung môi c ự c t ố t: có th ể t ạ o liên k ế t hydro v ớ i các phân c ủ a ch ấ t không tan trong dung môi không

phân c ự c (chloroform, hexan,…)

n ướ c xung quanh  (H2O)5

N ướ c trong c ơ th ể s ố ng

• Dung môi hòa tan nhiều hợp

chất của tế bào, kể cả những

đại phân tử như protein

– Phân t ử n ướ c bao quanh các

đạ i phân t ử  tr ạ ng thái sol

– Khi các đạ i phân t ử liên k ế t

v ớ i nhau t ạ o nên mang l ướ i

v ớ i nhau t ạ o nên mang l ướ i

th ư a h ạ n ch ế s ự chuy ể n độ ng

c ủ a các phân t ử tan  trang

thái gel

• Sol ↔Gel

– Hi ệ n t ượ ng đ ông máu

• Nguyên sinh chất tế bào là

dạng gel

S ự hòa tan các đạ i phân t ử trong n ướ c

Vitamin A

• Axit m ạ nh phân ly hoàn toàn; axit

• H2O là phân t ử l ưỡ ng tính

H2O ↔ H + + OH

-H + + H2O → H3O + (ion hydroxon)

• N ướ c tuy ệ t đố i: [H + ] ~ [OH - ]; khi

có ion hòa tan s ẽ làm m ấ t cân

b ằ ng gi ữ a các ion H + và OH

-• Axit làm t ă ng H +

• Baz ơ làm t ă ng OH

-• Axit m ạ nh phân ly hoàn toàn; axit

y ế u phân ly không hòa toàn

Dung d ị ch đệ m

• Dung d ị ch đệ m là dung d ị ch ch ứ a các ch ấ t có kh ả n ă ng

gi ữ pH c ủ a dung dich không thay đổ i ngay ca khi thêm axit ho ặ c baz ơ

– Hỗn hợp {Axit yếu + muối bazơ liên hợp} (thường gặp)

• Quá trình sinh h ọ c ph ụ thu ộ c vào pH c ủ a môi tr ườ ng

 xu th ế gi ữ pH t ế bào ổ n đị nh t ạ i giá tr ị t ố i ư u  h ệ

đệ m sinh h ọ c

• M ộ t s ố dung d ị ch đệ m có m ặ t trong c ơ th ể s ố ng

Các h ợ p ch ấ t Carbon

• Carbon chiếm 85% khối lượng Từ nguuyên tố carbon tạo ra hàng

trăm hợp chất khác nhau, đóng vai trò đặc trưng quan trọng trong

mọi sự chuyển hóa gọi là hệ thống nền carbon

• Các hợp chất carbon trong cơ thể là hợp chất hữu cơ; có > 2000 HCHC

• Mỗi nguyên tử carbon góp 4e ở lớp ngoài cùng để tạo liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử H, O, N, C

Protein

Hydrocarbon

α -axit amin

• Phân lo ạ i axit amin d ự a vào:

– Tính phân c ự c (polarity)

– Nhóm ch ứ c n ă ng (functional groups) – Tính axit-baz ơ -trung tính

– Tính axit-baz ơ -trung tính

– Axit amin khơng t ồ n t ạ i ở d ạ ng t ự do mà d ướ i d ạ ng mu ố i n ộ i

C

H N

H2

R COOH

C

H

NH3+

R COO- C

H N

H2

R

COOC

-H

NH3+

R COOH +H+ +HO + H2O

-Ion lưỡng cực pH=7 Dạng anion pH>7Dạng cation pH<7

B ả ng 1: Giá tr ị pKa và pI c ủ a các axit amin

Methionine 2.28 9.21 5.74 Phenylalanine 2.58 9.24 5.91

Aspartic acid 2.09 9.82 3.86 2.80 Glutamic acid 2.19 9.67 4.25 3.22 Histidine 1.82 9.17 6.6 7.59 Cysteine 1.71 10.78 8.33 5.02 Tyrosine 2.20 9.11 10.07 5.66 Lysine 2.18 8.95 10.53 9.74 Arginine 2.17 9.04 12.48 10.76

Tính ch ấ t c ủ a axit amin

• Tính ch ấ t lý h ọ c

– Tính tan trong dung môi phân cực: nước, ethanol 75-80%,…

– Không hấp thu bước sóng Vis hoặc UV có λ > 240nm, ngoại trừ

các aa vòng như tryptophan, tyrosin, histidin, phenylalanin

• Phản ứng Ninhydrin

– Nhi ệ t độ cao ~100 o C

– NH3, các peptide ph ả n ứ ng ch ậ m h ơ n so v ớ i axit amin

– Prolin, hydroprolin t ạ o ph ứ c màu vàng v ớ i Ninhydrin

– Phát hi ệ n α -axit amin (ph ươ ng pháp s ắ c kí gi ấ y)

Ph ả n ứ ng do nhóm α -carboxyl và α -amin

+ H2O Foocmaldehyt

• Khóa nhóm -NH2 c ủ a axit amin

• Đị nh l ượ ng –COOH b ằ ng ph ươ ng pháp chu ẩ n độ

• Suy ra hàm l ượ ng c ủ a axit amin

COOH Foocmaldehyt

Ph ươ ng pháp xác đị nh th ứ t ự amino acid

• Ph ả n ứ ng v ớ i axit nit ơ , HNO2

 Đị nh l ượ ng axit amin theo l ượ ng khí N2 t ạ o thành

+ HNO2 HC

R OH COOH

C

R

N H2H

COOH

+ CO2-CO2

– Truyền xung thần kinh: rodopxin ở màng mắt

– Điều hòa: truyền thông tin, trao đổi chất, biểu hiện gen

– Kiến tạo chống đỡ cơ học: sclerotin trong lớp vỏ ngoài của côn trùng

– Dự trữ dinh dưỡng: cung cấp aa cho sự phát triển của phôi

• Tính ch ấ t

– Phân tử lượng lớn

– Chất điện li lưỡng tính (nhóm ngoại R)

– pI là pH mà tại đó tổng số đt(-) = đt(+), protein trung hòa về điện

• pH<pI, protein tích đ i ệ n d ươ ng

• pH<pI, protein tích đ i ệ n âm

• pH<pI, protein tích đ i ệ n âm

– Tinh chất dung dịch keo protein

• Trong n ướ c, protein bi hydrat hóa, v ỏ hydrat có b ề dày 3Å  dung

d ị ch keo

• Pp th ẩ m tích tinh s ạ ch protein

• Độ b ề n dung d ị ch keo phu thu ộ c:

– S ự tích đ i ệ n cùng d ấ u c ủ a protein (pH ≠ pI) – L ớ p v ỏ hydrat bao quanh phân t ử protein

• (?) K ế t t ủ a protein

Kh ố i l ươ ng phân t ử và pI c ủ a m ộ t s ố protein

Các lo ạ i liên k ế t hóa h ọ c trong phân t ử protid

Các lo ạ i liên k ế t hóa h ọ c trong phân t ử protid (tt)

• Liên k ế t disulfit (disulfit

Các lo ạ i liên k ế t hóa h ọ c trong phân t ử protid (tt)

• T ươ ng tác ion (ionic

interaction or salt bridge)

Các lo ạ i liên k ế t hóa h ọ c trong phân t ử protid (tt)

• Liên kết hydro (hydrogen

th ể

• Tính b ả o t ồ n và bi ế n d ị trong

di truy ề n

Các lo ạ i liên k ế t hóa h ọ c trong phân t ử protid (tt)

• L ự c Van der Waal

– Lực hấp dẫn giữa các

nguyên tử

– Xu hướng kéo các nguyên

tử đến gần nhau hơn

Các lo ạ i liên k ế t hóa h ọ c trong phân t ử protid (tt)

• T ươ ng tác k ị n ướ c

– Thể hiện xu hướng liên hợp của những nhóm kị nước với nhau– Loại nước ra khỏi phân tử protein  tăng entropy (S)

– Nhóm ngoại kị nước

C ấ u trúc phân t ử protid (tt)

• C ấ u trúc b ậ c 2

– Sự sắp xếp thích hợp trong không gian của một chuỗi

polypeptide do Ca có khả năng quay tự do xung quanh trục được

C ấ u trúc b ậ c 2 th ườ ng g ặ p (tt)

• C ấ u trúc xo ắ n collagen

• C ấ u trúc cu ộ n ng ẫ u nhiên

– Cấu trúc không xác định, không có mặt phẳng và trục đối xứng– Cấu trúc không xác định, không có mặt phẳng và trục đối xứng– Nhóm ngoại R mang điện tích hoặc bị án ngữ không gian

C ấ u trúc phân t ử protid (tt)

• C ấ u trúc b ậ c 3

– Sự phân bố trong không gian của mạch polypeptide có chứa các

đoạn xoắn α-helix và β-sheet

– Những liên kết nội phân tử làm cho cấu trúc bậc 3 bền vững:

tương tác ion- cầu muối; liên kết hydro; liên kết disulfit,…

– Qui định hình dạng bên ngoài và hoạt tính sinh học của protein

– VD: lysozyme, ribonuclease, myoglobin

Lysozyme

Ribonuclease Myoglobin

Phân lo ạ i (tt)

• Hình d ạ ng

– D ạ ng hình c ầ u: d ễ tan trong n ướ c, nh ạ y v ớ i pH

• Protein chức năng: enzyme, hormon, kháng thể,…

• Protein cuộn lại, sắp xếp trong không gian, qui dịnh tính chất sinh học của nó

sinh học của nó

Phân lo ạ i protid

• Protid đơ n gi ả n: ch ỉ c ấ u t ạ o t ừ các axit amin, protein

– Albumin

• tan trong n ướ c, không tan trong (NH4)2SO4

• có nhi ề u trong huy ế t thanh, tr ứ ng, lúa mì, s ữ a,…

– Globulin

• Không tan trong n ướ c, tan trong d ị ch mu ố i loãng

• Không tan trong n ướ c, tan trong d ị ch mu ố i loãng

• Có nhi ề u trong máu, s ữ a, lòng đỏ tr ứ ng, mô c ơ ,…

Phân lo ạ i protid

• Protid ph ứ c t ạ p (proteic)

– C ấ u t ạ o g ồ m ph ầ n protein (apoprotein) và nhóm ngo ạ i nh ư lipid, gluxit và

• Lipoprotein = protein + lipid

• Photphoprotein = protein + H3PO4 qua liên k ế t ester

• Glucoprotein = protein + gluxit

• Nucleoprotein = protein + acid nucleic

S ự bi ế n tính protein

• Sự thay đổi cấu trúc 2,3,4 của phân tử protein mà không thay đổi

cấu trúc bậc 1 của nó

• Tác nhân gây biến tính

– V ậ t lý: tia c ự c tím, sóng siêu âm, khu ấ y c ơ h ọ c

– Hóa h ọ c: axit, ki ề m m ạ nh, mu ố i kim lo ạ i n ặ ng, tanin

• Tính chất protein bị biến tính

– Độ hòa tan gi ả m, kh ả n ă ng gi ữ n ướ c gi ả m

– Độ hòa tan gi ả m, kh ả n ă ng gi ữ n ướ c gi ả m

– Công th ứ c c ấ u t ạ o: CmH2nOn,

• Một số còn chứa N, P, và S

– Carbohydrate

6H 2 O + 6CO 2 -> C 6 H 12 O 6 + 6O 2

– Tên g ọ i: có đ uôi –ose

– Tên g ọ i: có đ uôi –ose

– Đườ ng ă n: sucrose hay saccharose

– Chu ỗ i oligosaccharide v ớ i n>3, th ườ ng ở d ạ ng liên

k ế t v ớ i protein và lipid, ph ứ c liên h ợ p

Đườ ng đơ n - Monosaccharide

– Aldose: ch ứ a nhóm aldehyde –CHO

– Ketose: ch ứ a nhóm ketone –CO

• M ạ ch th ẳ ng, liên k ế t đơ n C-C,

• C b ấ t đố i  Đồ ng phân quang h ọ c

• C ấ u t ạ o m ạ ch vòng

C OH H

H

C

H OH H

C

H OH C

H

OH H

H

H O

C H O

H

C OH H

H

Dihydroxyaceton (cetoz) Glyxerol

D-glyxeraldehyt (aldoz)

– Số đồng phân quang học: 2n, n là số lượng C bất đối

• Nhóm –OH n ằ m bên ph ả i: đồ ng phân D

• Nhóm –OH n ằ m bên ph ả i: đồ ng phân D

– Tất cả monosaccharide đều có ít nhất 1 nguyên tử C bất đối

– Trong tự nhiên, đại đa số đường đơn thuộc dạng D

– Tên gọi

• Enantiomer: ch ỉ 2 d ạ ng c ủ a đồ ng phân quang h ọ c

• Epimer: khi 2 phân t ử đườ ng ch ỉ khác nhau b ở i s ự s ắ p x ế p c ủ a các nhóm –OH hay –H xung quanh nguyên t ử C

• Tên ketose đượ c g ọ i theo tên c ủ a aldose thêm -ul vào tr ướ c đ uôi ose

-C ấ u t ạ o (tt)

• Công th ứ c vòng

– Phù hợp với trạng thái hóa lý, đặc biệt trong dung dịch nước– Tạo bởi liên kết nối O của nhóm –OH với nhóm carbonyl trong cùng phân tử

– 2 đồng phân quang học mới

• D ạ ng α

• D ạ ng α

• D ạ ng β

– Cấu hình không gian ba chiều

• D ạ ng thuy ề n (th ườ ng g ặ p trong t ự nhiên)

• D ạ ng gh ế– Nhóm –OH ở vị trí α/β mới có khả năng phản ứng cao: -OH glycoside

O O

COONa C

C H

O

COONa C

H O

++ 2H2O

Hợp chất trung gian

CuSO4 + NaOH= Cu(OH) 2 2 + Na2SO4

Seignet

Dd Cl, Br hay I trong dung

CHO

COOH (CHOH)n

CH2OH (CHOH)n

(CHOH)n CHO

COOH

Oxy hóa nh ẹ nhàng

và nhóm –OH glucoside đượ c b ả o

v ệ

Oxy hoá

m ạ nh

C H O

H

C OH H

C OH OH

CH2OH

+ H2

C OH H

C H O

H

C OH H

C H O

H

C OH H

C OH OH

CH2OH D-glucoz

C OH H

C H O

H

C OH H

C OH

CH2OH D-soocbitol

C

C H

C OH H

C OH

CH2OH

C=O H O

H O H

Tính ch ấ t c ủ a monosaccharide (tt)

• Ph ả n ứ ng t ạ o liên k ế t glycoside

– Nhóm –OH glycoside của đường đơn tham gia phản ứng với OH glycoside/alcol tạo thành ester tương ứng

– Phần carbohydrate trong phân tử glycoside được gọi là glycol và

phần không carbohydrate gọi là aglycon

Tính ch ấ t c ủ a monosaccharide (tt)

• Ph ả n ứ ng ester hóa

– Nhóm –OH tại C1 v à C6 thường tham gia phản ứng tạo ester– Phức ester với nhóm phosphate là sản phẩm trung gian quan

trọng của nhiều quá trình trao đổi chất trong

• D-glyceraldehyte-3-phosphate, 1-phosphate, 6-phosphate,…

D-glucose-ATP ADP

D-Glucose Hexokinase α - D - Glucose-6-phosphate

Các monosaccharide ph ổ bi ế n

• Triose

– Đường đơn giản nhất – 3C

– Hợp chất trung gian quan

trọng trong quá trình hô

Các monosaccharide ph ổ bi ế n (tt)

• Pentose

– D-Ribose

• Thành ph ầ n c ủ a acid ribonuclic và vitamin

– D-Deoxyribose

• Thành ph ầ n c ủ a acid

• Thành ph ầ n c ủ a acid deoxyribonucleic

• Không b ị lên men

Arabinose

• Dễ dàng lên men bới

nấm men

• Thường ở dạng

• S ả n ph ẩ m th ủ y phân c ủ a glycogen ( độ ng v ậ t và

ph ầ n c ủ a glycolipid, glycoprotein

• Kém ng ọ t và kém tan h ơ n glucose,

Mannitol

Các monosaccharide ph ổ bi ế n (tt)

• Heptose

– Sedoheptulose

• Ketoheptose

– Enzyme thủy phân: maltase

– Đường không khử

– Có nhiều trong sữa và các

sản phẩm từ sữa (dairy products)

đơn khác nhau

• Không có MW xác đị nh

– Hệ enzyme xúc tác các phản ứng nối các đơn vị đường đơn với nhau

• Amylopectin

– C ấ u trúc phân nhánh, có tinh keo, cho màu tím v ớ i Iod – M ạ ch th ẳ ng dài trung tâm ch ứ a lk α -1-4 glycoside, t ừ đ ó phát ra các nhánh ph ụ v ớ i lk α -1-6 glycoside

– Thủy phân bởi E.amylase hay acid, tạo ra các sp trung gian la dextrin cho màu khác nhau với Iod, cuối cùng cho maltose rồi glucose

– Ko tan trong nước lạnh, đun nóng tạo thành dung dịch keo:hồ

tinh bột

Amylose

Có 2 lo ạ i E amylase có th ể th ủ y phân tinh b ộ t

- α -amylase: endoglycosidase

- β -amylase: exoglycosidase, phân c ắ t t ừ đầ u không kh ử

– Bền,bị thủy phân nhờ enzyme cellulase

– Bền,bị thủy phân nhờ enzyme cellulase

G: N-acetylglycosamine; NAG M: N-acetylmuramic acid; NAM DAP: diaminopemilic acid

L-ala: L-alanine

D-glu: D-glutamic acid

M ộ t s ố acid béo th ườ ng g ặ p ở độ ng v ậ t

M ộ t s ố acid béo th ườ ng g ặ p ở độ ng v ậ t

Đạ i c ươ ng v ề LIPID (tt)

• Ch ứ c n ă ng

– C ấ u trúc c ơ b ả n c ủ a t ế bào – màng t ế bào

– Cung c ấ p n ă ng l ượ ng, 9.3kcal/g

– Là dung môi c ủ a nhi ề u ch ấ t có ho ạ t tính sinh h ọ c – Ch ứ c n ă ng b ả o v ệ , cách nhi ệ t

– Cung c ấ p axit béo ch ư a no

• Lipid đơn giản: là ester của alcol và acid béo

• Lipid đơn giản: là ester của alcol và acid béo

• Lipid phức tạp: ngoài ester và acid béo còn thêm các thành

phần khác

– Theo tính ch ấ t

• Lipid thủy phân được: có chứa liên kết ester

• Lipid không thủy phân được: ko chứa liên kết ester

– Acid béo t ự do – Alcol m ạ ch dài b ậ c cao – Alcol vòng và d ẫ n xu ấ t

Tính ch ấ t c ủ a AXIT BÉO

• Lý tính

– T ỉ tr ọ ng nh ỏ h ơ n 1

– Tính tan:

• Giảm theo chiều dài mạch C

• Các AB không tan trong nước và tan trong dung môi hữu cơ

• Các AB không tan trong nước và tan trong dung môi hữu cơ

• Ph ả n ứ ng oxy hóa liên k ế t đ ôi c ủ a lipid

• Ph ả n ứ ng halogen hóa

M ộ t s ố acid béo th ườ ng g ặ p

LIPID đơ n gi ả n (tt)

• Tính ch ấ t c ủ a Glycerid

– Ph ả n ứ ng th ủ y phân

axit béo liên kết khi xà phòng hóa 1g chất béo

• Cho bi ế t phân t ử l ượ ng trung bình c ủ a các axit béo: phân t ử l ượ ng trung bình gi ả m  ch ỉ s ố t ă ng

– Chỉ số axit: số mg KOH cần thiết để trung hòa axit béo tự do có trong 1g chất béo

– Chỉ số Iod: số g I2 liên kết với 100g chất béo

• M ứ c độ không no c ủ a axit béo

LIPID đơ n gi ả n (tt)

• Sáp

• Lipid không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ: diethyl ether, chloroform, methylene

chloride, and acetone

• Lipid gồm: triacylglycerols,

phosphodiacylglycerols, sphingolipids, glycolipids, lipid-soluble vitamins, and prostaglandins

• cholesterol, steroid hormones, and bile acids

Fatty Acids: Acid béo

• acid béo có nhiều ở động vậït và thực vật

• Hầu hết có lượng carbon chẵn, chuỗi mạch thẳng từ 20C, mạch không phân nhánh

12-• Có 3 loại acid béo phổ biến nhất là”palmitic acid (16:0), stearic acid (18:0), oleic acid (18:1)

Hầu hết acid béo chưa no đều ở dang đồng phân cis, còn dạng trans thì hiếm

• Acid béo chưa no có điểm nóng chảy thấp hơn acid béo

no có cùng số C