ĐẠI CƯƠNG hóa SINH học

Định nghĩa“Hóa sinh học là môn học nghiên cứu về thành phần hóa học của các tế bào cơ thể sống, cùng với các phản ứng và các quá trình mà chúng trải qua”... Đối tượng và nhiệm vụ củaHóa

Chương 1: MỞ ĐẦU

Đại cương về hóa sinh học

Thành phần hóa học của sự sống

ĐẠI CƯƠNG VỀ HÓA SINH HỌC

Š Định nghĩa

Š Đối tượng và nhiệm vụ của Hóa Sinh

Š Mối quan hệ tương hỗ giữa Hóa Sinh và các

ngành khoa học khác

Š Lược sử phát triển Hóa Sinh học

Định nghĩa

“Hóa sinh học là môn học nghiên cứu về

thành phần hóa học của các tế bào cơ thể

sống, cùng với các phản ứng và các quá trình

mà chúng trải qua”

Đối tượng và nhiệm vụ của

Hóa Sinh

2.1/ Đối tượng của hóa sinh:

Š Hóa sinh học được phân chia: HS động vật, HS

thực vật, HS vi sinh vật và HS y học… tùy theo đối tượng nghiên cứu

Š Trên mỗi đối tượng, HS nghiên cứu song song

2 mặt “tĩnh” và “động”

Đối tượng và nhiệm vụ của

Hóa Sinh

Š Tĩnh hóa sinh : hóa sinh mô tả

nghiên cứu và mô tả thành phần cấu tạo

cơ thể sống

Š Động hóa sinh: chuyển hóa của các chất

nghiên cứu bản chất và cơ chế hóa học của sự trao đổi chất

Đối tượng và nhiệm vụ của

Hóa Sinh

2.2 Nhiệm vụ của hóa sinh:

„ Nghiên cứu thành phần hóa học của tế bào và chức phận của chúng

„ Nghiên cứu mối liên quan giữa thành phần hóa học và sự chuyển hóa của chúng trong tế bào

„ Sự điều hòa chuyển hóa trong tế bào nhằm đảm bảo cân bằng tổ chức và cân bằng năng lượng

Đối tượng và nhiệm vụ của

Hóa Sinh

Hóa sinh học sử dụng các kỹ thuật phân tích:

Š Các phương pháp phân lập và tinh chế các phân tử sinh học ( muối kết, sắc ký, điện di, siêu ly tâm…)

Š Các phương pháp xác định cấu trúc của

các phân tử sinh học ( phân tích các

nguyên tố, phương pháp quang phổ, thủy phân, sử dụng enzyme đặc hiệu…)

Mối quan hệ tương hỗ giữa hóa sinh

HÓA SINH

Lược sử phát triển Hóa Sinh học

1828 : Wohler tổng hợp được urea bằng con đường

hóa học

1866 : Tubigen thành lập bộ môn hóa sinh đầu

tiên ở Đức

1897 : Buchner thực hiện thành công thí nghiệm

lên men vô bào

……

Lược sử phát triển Hóa Sinh học

Š Trở thành chuyên ngành riêng biệt độc lập vào

khoảng cuối thế kỷ 19

Š Nửa đầu thế kỷ 20 xuất hiện nhiều thành tựu về

hóa sinh dinh dưỡng và chuyển hóa

Š Một số thành tựu nổi bật của hóa sinh tại Việt

Nam

ƒ Hàm lượng 43 – 48%

ƒ Thường ở dạng khử, trong các hợp chất hữu cơ

phức tạp

ƒ Là nguyên tố duy nhất có khả năng kết hợp với

nhau tạo ra bộ khung carbon đa dạng khác nhau

ƒ Hàm lượng 42% (thực vật) và 65% (người)

ƒ Là nguyên tố duy nhất được cơ thể đồng hóa dưới

dạng đơn chất

ƒ Kết hợp với Hydro tạo thành nước và giải phóng

năng lượng cần cho các hoạt động sống của cơ thể

ƒ Là nguyên tố có thế năng khử cao nhất

ƒ Quy định các quá trình oxy hóa khử đặc biệt của

cơ thể

ƒ Tồn tại trong cơ thể dưới dạng muối hoặc ester

của acid phosphoric

ƒ Có khả năng cao nhất trong việc thực hiện sự

vận chuyển các nhóm và năng lượng.

LƯU HUỲNH

ƒ Có trong thành phần của mạch peptide,

trong một số acid amin

( cystein, cystin, methionin)

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG

Acid, base, muối:

Š Hầu hết các chất vô cơ trong cơ thể ở trạng thái hòa tan và phân ly thành ion

Š Các ion vô cơ có ý nghĩa quan trọng đối với việc:

- duy trì áp suất thẩm thấu

- sự vận chuyển nước và các chất hòa tan

- giúp cho dung dịch keo protid bền vững

- giữ cho pH của cơ thể không đổi

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG

3 Các hợp chất hữu cơ:

Š Các cấu trúc hữu cơ cơ bản

Các acid béo Các đường đơn Các α aminoacid Các nucleotide Alcol, aldehyde, ceton, amin, izopren, các hợp chất vòng và dị vòng.

Chương 2: PROTIDE

Amino acide

Peptide

Protein

AMINO ACIDE

Š Cấu tạo chung

Š Phân loại Amino acide (Aa)

AMINO ACIDE

1 Cấu tạo chung:

2 Phân loại Aa:

Š Dựa vào cấu tạo hóa học

Š Dựa vào tính phân cực của gốc R

Š Dựa vào gốc R

AMINO ACIDE

AMINO ACIDE

5 Các Aa ít gặp:

AMINO ACIDE

6 Một số tính chất của Aa:

Š Màu sắc và mùi vị

Š Tính tan của Aa

AMINO ACIDE

ƒ Biểu hiện tính quang học của Aa

AMINO ACIDE

ƒ Tính lưỡng tính của Aa:

AMINO ACIDE

7.3/ Hóa tính do 2 nhóm chức –NH2 và –COOH :

Phản ứng với hợp chất ninhydrin tạo thành phức chất màu xanh tím

Š Cấu tạo và danh pháp

Š Các liên kết ảnh hưởng đến cấu trúc của peptide và

protein

Š Tính chất của peptide

Š Các xác định thứ tự Aa trong chuỗi polypeptide

Š Peptide có hoạt tính sinh học

1 Cấu tạo và danh pháp:

Š Cấu tạo:

Š Danh pháp:

- Gọi theo số Aa có trong chuỗi peptide

- Gọi tên theo gốc Aa

- Gọi theo tên riêng

3 Tính chất của peptide:

Š Tính acide base

Š Tính chất hóa học

Š Xác định Aa – C cuối:

„ Phương pháp dùng phản ứng khử

„ Dùng enzyme carboxypeptidase đặc hiệu

Š Thủy phân polypeptide thành những peptide

nhỏ

Š Cấu trúc phân tử protein

Š Phân loại protein

Š Tính chất lý hóa của protein

Š Chiết xuất và tinh chế protein

Š Chức năng của protein

1 Cấu trúc phân tử protein:

Š Cấu trúc bậc 1:

Š Cấu trúc bậc 2 :

„ Cấu trúc xoắn α:

„ Cấu trúc phiến nếp gấp β:

„ Cấu trúc quay β:

„ Cấu trúc xoắn collagen:

Š Cấu trúc bậc 3:

Š Cấu trúc bậc 4:

4 Chiết xuất và tinh chế protein:

Š Nghiền nát nguyên liệu

Š Chiết bằng nước, dd NaCl hay (NH 4 ) 2 SO 4

Š Dùng các phương pháp sắc ký, điện di…để tách các

phân đoạn protein mong muốn

Š Tinh chế các phân đoạn thu được bằng các phương

pháp thích hợp

Š Kiểm tra lại độ thuần nhất và tinh khiết của protein

Đại cương

Š Định nghĩa Glucide (Carbohydrate):

Hợp chất polyalcol có chứa một nhóm aldehyde hoặc cetone Phân bố rộng rãi trong tự nhiên

Công thức cấu tạo chung: C x (H 2 O) y

Đại cương

Š Phân loại Glucide

Monosaccharide: chỉ gồm 1 đơn vị aldehyde hay cetone

Oligosaccharide: từ 2 -10 monosaccharide

Polysaccharide: > 10 monosaccharide

Đại cương

Š Chức năng sinh học:

Š Là nguồn năng lượng

Š Giữ vai trò của các chất dự trữ

Š Giữ vai trò khung, chức năng bảo vệ

Š Chức năng đặc thù

Š Tham gia vào thành phần của các chất có hoạt tính sinh học cao

- Các monosaccharide được gọi tên:

Số carbon( theo tiếng Hylạp) + ose

- CHO – CH2OH là monosaccharide đơn giản nhất

- Phổ biến nhất trong tự nhiên là pentose và hexose.

2 Đồng phân quang học:

Quy ước Fischer:

Quy tắc của Van’t Hoff:

3 Công thức vòng của monosaccharide

Sự tạo thành dạng vòng xảy ra do tác dụng của nhóm –OH cùng phân tử

monosaccharide tạo thành dạng hemiacetal hay hemiketal

Monosaccharide

4 Đồng phân epime :

5 Hiện tượng hỗ biến:

6 Tính chất của monosaccharide:

Tính chất lý học:

„ Tan trong nước

„ Không tan trong dung môi hữu cơ

„ Có tính quay cực ( trừ biose vì không có C*)

„ Không bay hơi

„ Có vị ngọt

1 Disaccharide:

Š Tạo thành do sự kết hợp của 2 monose cùng loại

hay khác loại nhờ liên kết glucosidic

Š Chỉ có tính khử khi ít nhất 1 trong 2 nhóm –OH

glucoside ở trạng thái tự do.

Oligosaccharide

Polysaccharide

1 Polysaccharide thực vật:

1 Tinh bột:

- là polysaccharide dự trữ của thực vật, do

quang hợp tạo thành

- cấu tạo gồm 2 phần: amylose và amylopectine

( còn có khoảng 2% phospho dưới dạng ester)

2 Cellulose:

Š Được cấu tạo bởi các phân tử β D-glucose thông

qua liên kết 1-4 glucosidic

Š Có dạng hình sợi dài, nhiều sợi kết hợp song song

với nhau tạo thành chùm nhờ các liên kết hydro

3 Hemicellulose:

Trong hemicellulose khi monose nào chiếm đa

số thì hemicellulose có tên tương ứng với

monose đó:

„ Xylan ( xylose chiếm đa số)

„ Araban ( arabinose chiếm đa số)

„ Galactan ( galactose chiếm đa số)…

4 Inulin:

Là polysaccharide dự trữ của TV do những phân tử

β D-fructose liên kết với nhau bằng liên kết 1-2 và

tận cùng bằng một phân tử saccharose

5 Pectin:

Thành phần chính là galacturonic acid có nhóm – COOH bị methyl hóa

„ Có cấu tạo giống amylopectin nhưng mang

nhiều nhánh hơn và các nhánh ngắn hơn

2.4 Heparin :

- Là heteropolysaccharide có tác dụng chống lại sự đông máu( do kết hợp với antiprothrombin III trong máu)

Polysaccharide

Chương 4: LIPIDE

Khái quát chung về lipide

Các acide béo và alcol thường gặp trong lipide Lipide đơn giản

Lipide phức tạp

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LIPIDE

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LIPIDE

3 Chức năng sinh học của Lipid:

Š Thành phần cấu trúc cơ bản của tế bào

Š Cung cấp nhiều năng lượng

Š Cung cấp các acid béo chưa no cần thiết cho

các chức phận bình thường của cơ thể

Š Dung môi của nhiều chất có hoạt tính sinh

học

Š Chức năng bảo vệ

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ LIPIDE

ACIDE BÉO

1 Đặc điểm:

- Là các acid monocarboxylic mạch thẳng, có số

carbon chẵn (4 – 36C)

- Là sản phẩm thủy phân của lipid

- Acid béo bảo hòa

- Acid béo không bảo hòa

- Tính chất vật lý phụ thuộc vào độ dài của

mạch Carbon và mức độ không bảo hòa.

ACIDE BÉO

2 Danh pháp:

Š Các nguyên tử C trong mạch được đánh số

theo thứ tự tính từ gốc carboxyl (-COOH)

Š Có thể gọi theo tên thông thường hay tên theo

quy ước quốc tế

Š Ký hiệu được dùng để chỉ số C có trong mạch,

số lượng và vị trí của các liên kết đôi ( số mũ của Ì)

ACIDE BÉO

3 Phân loại:

Š Acid béo bảo hòa: C n H 2n+1 COOH

„ Acid béo bảo hòa mạch thẳng (acid stearic, acid lignoceric…)

„ Acid béo bảo hòa có mạch nhánh (acid Tuberculostearic)

„ Acid béo bảo hòa mang chức alcol (acid cerebronic)

ACIDE BÉO

Acid béo không bảo hòa:

„ Acid béo không bảo hòa có một nối đôi( acid

ACIDE BÉO

4 Tính chất vật lý của acid béo:

- tỉ trọng < 1

- độ tan trong nước giảm theo chiều dài mạch C và độ bảo hòa của acid béo

- các acid béo thường gặp trong thiên nhiên không tan

trong nước và tan trong dung môi hữu cơ

- muối của acid béo dễ tan hơn acid béo tương ứng

- acid béo chưa no có điểm nóng chảy thấp hơn so với acid béo no tương ứng

ACIDE BÉO

Phản ứng oxy hóa:

- Oxy hóa bởi oxy:

CH 3 -(CH 2 ) n -CH = CH- (CH 2 ) n -COOH

CH 3 - (CH 2 ) n -COOH + HOOC- (CH 2 ) n -COOH

- Oxy hóa bởi ozon:

Tạo thành một ozonid Ozonid bị thủy phân tạo 2 aldehyde và H 2 O 2 Aldehyde sau đó tiếp tục bị oxy hóa thành acid.

ALCOL CỦA LIPID

ALCOL CỦA LIPID

ALCOL CỦA LIPID

ALCOL CỦA LIPID

2 Alcol mạch vòng: sterol

„ Là dẫn xuất của nhân steroid, một dẫn xuất

của nhân cyclopetanoperhydrophenantren

„ Có ý nghĩa sinh lý học, là thành phần của các

hormon của tuyến thượng thận, tuyến sinh dục, của các acid mật, của vitaminD…

LIPIDE ĐƠN GIẢN

1 Glycerid ( acyl glycerol):

Š Cấu tạo hóa học:

- Là ester của glycerol và acid béo

- Tùy theo số và vị trí nhóm OH của glycerol được

ester hóa mà ta có monoglycerid, diglycerid vàtriglycerid

- Glycerid thuần nhất

- Glycerid hỗn tạp

LIPIDE ĐƠN GIẢN

Š Cách gọi tên:

Gọi tên tùy theo acid béo có trong thành phần cấu tạo

„ Tristearin là triglycerid có cả 3 gốc acid béo đều làacid stearic

LIPIDE ĐƠN GIẢN

Š Tính chất lý hóa:

„ Ở dạng tinh khiết không có mùi vị và màu

„ Nhiệt độ nóng chảy tăng theo số acid béo, độ dài và

độ bảo hòa của acid béo

„ Không tan trong nước, không tạo được nhũ tươngbền, tan trong các dung môi hữu cơ

„ Monoglycerid và diglycerid có tính phân cực, dễ tạo

ra các micell, tan trong các dung môi không phâncực

LIPIDE ĐƠN GIẢN

Š Chỉ số savon hóa: số mg KOH cần thiết để savonhóa 1g chất béo

Š Chỉ số acid: số mg KOH cần thiết để trung hoà acid béo tự do của 1g chất béo

Š Chỉ số iode: số gam iode liên kết với 100g chất béo

LIPIDE ĐƠN GIẢN

LIPIDE ĐƠN GIẢN

3 Sterid: là ester của acid béo và alcol mạch vòng là sterol

Cholesterol

LIPIDE PHỨC TẠP

1 Phospholipid:

Š Glycerolphospholipid ( glycerolphosphatid)

O CH2 CH2 NH +

3

O CH2 CH NH + 3

COO

LIPIDE PHỨC TẠP

Š Phosphatidyl inositol

H H

H H

H

OH

OHOH

OHOH

Inôzitol phôtphatit

LIPIDE PHỨC TẠP

Š Phosphosphingolipid:

Š Là thành phần cấu tạo quan trọng của màng

tế bào động vật và thực vật, đặc biệt ở mô

não và thần kinh

Š Chất tiêu biểu là Sphingomyelin có nhiều trong não và mô thần kinh

LIPIDE PHỨC TẠP

2 Glucolipid:

Š Thành phần cấu tạo ngoài alcol và acid béo còn

có thêm các ose ( glucose, galactose ….)

Š Glucosphingolipid là những glucolipid chính được tìm thấy ở các tổ chức của động vật

Chương 5: ACIDE NUCLEIC

Thành phần hóa học của acide nucleic

Cấu trúc của Acide nucleic

Cấu trúc của Acide nucleic

6 Sự tạo thành nucleic acid

7 Một số nucleotide quan trọng không tham gia

cấu tạo nucleic acid

8 Các coenzyme nucleotide

Đường pentose

Š D-ribose ( đường của RNA)

Š 2-D-desoxyribose ( đường của DNA)

Š Cấu trúc vòng furanose

Š Cấu hình không gian β

Base nitơ

Š Thành phần đặc trưng của các nucleotide

Š Thuộc 2 loại hợp chất dị vòng:

„ Các base pyrimidine: Thymine T, Cytosine C, Uracil U

„ Các base purin: Adenine A, Guanine G

Š DNA chứa 4 loại base chính: A, G, T, C

Š RNA chứa 4 loại base chính :A, G, U, C

Base nit

Phosphoric acid

Š Là acid vô cơ có chứa phospho.

Š Đóng vai trò quan trọng trong trao đổi

chất và năng lượng của tế bào.

Š Có thể hình thành liên kết esther với các gốc đường tại vị trí C5’ và C3’ tạo nên các nucleotide và chuỗi polynucleotide

Sự tạo thành nucleoside

Š Là sản phẩm thủy phân không hoàn toàn của nucleic acid.

Š Là hợp chất giữa Base Nitơ và Pentose, liên kết

với nhau bằng liên kết β -N-glucoside

Š Danh pháp của các nucleoside bắt nguồn từ các base tương ứng:

- dẫn xuất của purine có đuôi –osine

- dẫn xuất của pyrimidine có đuôi -idine

Sự tạo thành nucleotide

Š Là những esther phức tạp của các nucleoside trên với phosphoric acid.

Sự tạo thành nucleic acid

Š Các nucleotide trong RNA hay DNA nối với nhau bằng liênkết 3’,5’-phosphodiester giữa gốc đường của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide kế tiếp tạo chuỗi

polynucleotide.

Š Các chuỗi này bao giờ cũng được kéo dài từ chiều

5’ – 3’

Š Thường người ta biểu diễn trình tự base 5’ – 3’ theo

chiều từ trái sang phải

Một số nucleotide quan trọng không

tham gia cấu tạo nucleic acid

Š ADP là dẫn xuất của Adenine, tham gia quá trình

phosphoryl hóa-oxy hóa

Š ATP là dẫn xuất của Adenine, tham gia quá trình

phosphoryl hóa-oxy hóa, là nguồn phosphate cao năngtrong tế bào

Một số nucleotide quan trọng không

tham gia cấu tạo nucleic acid

Š cAMP( AMP vòng) được hình thành từ ATP, thường

liên kết với màng bào tương của tế bào và tham gia

nhiều quá trình chuyển hóa

Š UDP và UTP: là những dẫn xuất của Uracil

Š CDP và CTP: là những dẫn xuất của cytidine

Các coenzyme nucleotide

Š Vitamin B5 ( pantothenic acid) trong coenzyme

A(SH-CoA)

Š Vitamin B2 (riboflavine) trong coenzyme flavin

adenine dinucleotide (FAD)

Š Vitamin PP (nicotinamide) trong coenzyme

nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)…

CẤU TRÚC CỦA ACIDE NUCLEIC

Š Cấu trúc của DNA:

Š Cấu trúc của RNA:

„ RNAr (ribosomal RNA)

„ RNAt (transfer RNA)

„ RNAm (messenger RNA)

Cấu trúc của DNA

(desoxyribonucleic acid)

Cấu trúc của RNA

(ribonucleic acid)

Một số loại RNA khác có vai trò nhất định

trong bộ máy tổng hợp protein :

„ snRNA (small nuclear)

„ hnRNA (heterogenous nuclear)

„ scRNA (small cytoplasmid)

Š Acid nucleic bị biến tính khi đun ở nhiệt độ cao, thêm acid hay kiềm để ion hóa các base DNA giàu các base GC có Tm cao ( nhi ệ t đ ộ ch ả y )

Chương 6: VITAMIN

Khái quát chung về Vitamin

Các Vitamin tan trong nước

Các Vitamin tan trong chất béo

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VITAMIN

Š MW bé, có hoạt tính sinh học

Š Có ảnh hưởng lớn đối với sự trao đổi chất

Š Không được tổng hợp ở động vật bậc cao

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ VITAMIN

Š Có cấu tạo hóa học rất khác nhau và được

phân loại dựa vào độ hòa tan:

„ Nhóm Vitamin hòa tan trong nước: B1, B2,

B6, B12, C, folate, pantothenate, biotin.

„ Nhóm Vitamin hòa tan trong chất béo : A, D,

E, K

CÁC VITAMIN TAN TRONG NƯỚC

C

β

α γ

NH CH2 CH2 COOH

β - alanin

Vitamin B 6

CH2OH HO

Vitamin B 12

CH2 CO NH2

CH3

CH3N

H CH2

CN

+

OHOHC

Acid atscocbic Acid dehydroatscocbic

CÁC VITAMIN TAN TRONG

4

6

7 8

β- caroten

18

19

20 21 22 23 24 25

Nhóm Vitamin K

CH3

(CH2)2CH

VITAMIN và các chất giống vitamin

Vitamin tan

trong nước

Chức năng

Thiamin B1 Là tiến chất tạo coenzyme TPP, thiếu vitamin B1

là nguyên nhân gây bệnh beri beri

Riboflavin B2 Tạo coenzyme FMN và FAD, thiếu B2 sẽ ảnh

hưởng đến sự phát triển của cơ thể

Pyridoxine B6 Là tiền chất của pyridoxal phosphate, sự thiếu