Hóa sinh học ngành công nghệ sinh học nguyễn thị hải thanh ( cập nhật 2015)

Xác định bản chất protein, các ph ản ng lên men và oxi hóa sinh học... Đị hà ghĩaàá itàá i Định nghĩa: - Axit amin là một phân tử hữu cơ có ch a một nhóm amin NH2 và nhóm carboxyl COOH

Bài gi ảng Hóa sinh học

Gi ới thiệu:

Câu h ỏi, bình luận, quan tâm

 Gi ảng viên: ThS Nguyễn Thị Hải Thanh

B ộ môn Sinh học – Viện CNSH&MT haithanh227@yahoo.com.vn

Tính đa d ạng c a sự sống

a Quần thể vi sinh vật b Quần thể ngựa

Hóa sinh h ọc là gì?

 “Là m ột nhánh c a khoa học nghiên c u các hợp chất hóa h ọc, các phản ng và các quá trình xảy ra trong

c ơ thể sinh vật sống” (Từ điển Hóa sinh và sinh học phân t ử)

 Hóa sinh h ọc nghiên c u phương th c nh đó sinh

v ật thể hiện những đặc tính c a sự sống

L ịch sử ra đ i c a Hóa sinh học

- S ự kiện tổng hợp được ure c a Vole (Friedrich Wohler, 1828)

- N ửa cuối 19: Dẫn liệu về cấu trúc axit amin, xacarit, lipit, bản chất c a liên

k ết peptit 1897 Bucne thành công trong thí nghiệm lên men vô bào

- N ửa đầu 20: thành tựa về Hóa sinh dinh dưỡng, phát hiện bệnh liên quan đến dinh dưỡng không đ chất, vitamin, hormon Xác định bản chất

protein, các ph ản ng lên men và oxi hóa sinh học

Đ ối tượng

 Theo c ấu tạo hóa học:

 Hóa sinh tĩnh: protein, lipid, glucid, vitamin, enzym, hormon

 Hóa sinh động (quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào)

 Hóa sinh ch c năng (c ơ s hóa học c a các hoạt động

ng d ụng c a HSH

 Nuôi tr ồng

 Ch ế biến, bảo quản thực phẩm

 Nghiên c u dinh d ưỡng – Xây dựng công th c th c ăn cho động vật nuôi

 Chăn nuôi gia súc, gia cầm (Hormon tăng trư ng, chế phẩm sinh học - probiotics)

 Y – Dược

Vấ àđềà :àPROTEIN

PROTEIN - Khái iệ

Thuậtà gữ:

• P otità t àgọià hu gà h à hấtàhữuà ơà à hiềuàt o gàthịt,à ,à

t ứ g,à gàvớiàglu idàv àlipidàtạoà à ơàthểà ủaà ọiàđộ gàvậtàv àthự àvậtà– từàđiể àTiế gàViệt à

Ví dụ về vai trò ủa protein

• Á hàs gàtừàđo àđ àl àkếtà uảà ủaàphả àứ gàli à ua àđế àp otei à

lu ife i àv àáTP,àđượ à àt à ởiàe z àlu ife ase

• Hồ gà ầuà à hứaà ộtàsốàlượ gàlớ à %àvềàkhốiàlượ g à àp otei àvậ à

hu ể àO2 là hemoglobin

• P otei àke ati ,à àt o gàtấtà ảà àđộ gàvậtà à ươ gàsố g,àl àth hà

phầ à ấuàt à hủà ếuà ủaàt ,àvả ,àsừ g, l g,à gàv àl gàvũ,àt o gàđ ààsừ gàtếàgi àđe

Cấuàt àph àtửàp otei

Các m c độ cấu trúc c a protein

Đị hà ghĩaàá itàá i

Định nghĩa:

- Axit amin là một phân tử hữu cơ có ch a 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

Đị hà ghĩaàá itàá i

Định nghĩa:

- Axit amin là một phân tử hữu cơ có ch a 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

Ph àloạiàa itàa i

.àC àa itàa i àt u gàt hà ạ hàkh gàv g

2 Imino axit (prolin)

.àC àh d o ilàa itàa i à ạ hàkh gàv g

.àC àa itàa i à hứaàìà ạ hàkh gàv g

Sự tạo thành Ơầu ơisunưit ở xistƯin

.àC àa itàa i àa itàv àa ità ủaà h gà

.àC àa itàa i àkiề

Vòng imidazole

.àC àa itàa i àthơ àv àdịàv gàthơ

Vòng

phenyl

Các axit amin không thay thế

• L à àa itàa i à ơàthểà gườiàv àđộ gàvậtàkh gàtựàtổ gàhợpà đượ ,àphảiàđưaàtừà go iàv oà uaàthứ àă

• C àa itàa i à ầ àthiếtàđốiàvớià ơàthểà àt àthuộ àv oà hữ gà điềuàkiệ à i gà iệt.àƠà gườià à àa itàa i àkh gàtha àthế:à

vali à V ,àlơ i à L ,àisolơ i à I ,àt eo i à T ,àlizi à K ,à etio i à M ,à phe lala i à F ,àt ptopha à W àỞàđộ gàvậtà à o à go ià à axit amin này còn có thêm Histidin và Arginine

• P otei àho àhảo:

• Chứaàđầ àđủàa tàa i à

• Tỷàlệàgiữaàa itàa i àtha àthế/kh gàtha àthếàhợpàlý

• Đượ à ơàthểàsi hàvậtàhấpàthụ

Liên kết peptit giữa các axit amin tạo thành ấu trúc ậ I ủa huỗi polipeptit

Cấu trúc bậc 1 của protein

Cách gọi tên peptit

• Gh pàtấtà ảàt à àa itàa i à ấuàtạoà à àtheoàthứàtựàsắpà ếpà ủaà

h gàt o gà huỗiàpeptità ắtàđầuàtừàa itàa i àthứà à đầuà N ,à hữ gà

a itàa i à oà à h à a o làtha àgiaàt o gàli àkếtàpeptitàđu iàủaà àđổiàth hà l

Pentapeptit: Serylglycyltyrosylalan ylleucine hay là Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu

ìựàsắpà ếpàkh gàgia à ủaàp otei

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

 Nhóm pƯptit ‘phẳng’ và ‘Ơứng’, H Ơủa nhóm –NH- luôn ở vị trí trans so với nhóm O Ơủa –CO-

 Khoảng ƠáƠh giữa C và N trong liên kết pƯptit là 1.32 A, nằm giữa

khoảng liên kết C-N đ n (1.46A)và đôi (1.27A)

 Liên kết C-N là Ơứng, liên kết N-Cα và Cα-C linh động MạƠh pƯptit Ơó xu

h ớng xoắn

Cấuàt à ậ à

Ribonucleaza

Hình 3 Thay đổi Ơấu trúƠ ribonuƠlƯaza khi khử Ưnzym ở những điều kiện xáƠ định

Cấuàt à ậ à

• M àtảà ốià ua àhệàgiữaà ấuàt àv à hứ à ă gà ủaàp otei à

• àha à hiềuà huỗiàpolipeptitàh hà ầuà ủaàph àtửàp otei àtươ gàt àkh gàgia à vớià hau.àC àthểàph àliàthuậ à ghị hàth hà àphầ àdướiàđơ àvịà pdđv àKhià

ph àli,àhoạtàt hàsi hàhọ à ủaà à àthểà ịàtha àđổiàhoặ à ấtàho àto

• Kếtàhợpàvớià ộtà hấtà oàđ àd àl àph àtửà à ũ gàk oàtheoà hữ gà iế àđổià hấtà

đị hàt o gà ấuàt àkh gàgia

.àMộtàsốàt hà hấtà ua àt ọ gà ủaàa itàa i àv àp otei

• Mộtàsốàt hà hấtà hu gà ủaàa itàa i

• T hà hấtàlưỡ gàt hà ủaàa itàa i àv àp otei

• Khảà ă gàhấpàthụàtiaàtửà goạià ủaàdu gàdị hàp otei

• T hàkeoàv àsựàkếtàtủaà ủaàp otei

• C àphả àứ gàd gàđểàđị hàt h,àđị hàlượ gàa itàa i àv àp otei

Một số tính hất chung ủa axit amin

Tính hoạt quang

• Các axit amin có khả ă g làm quay ặt phẳ g ánh sáng phân ự

• Tất ả các a.a trong tự nhiên (t ừ glyxin) đều có Cαà ất đối ứ g

• Dựa vào ấu hình Fisher ủa glyceraldehyd xác đị h ấu trúc lập thể

ủa các aminoacid

T hàlưỡ gàt hà ủaàa itàa i àv àp otei à

Điể àđẳ gàđiệ à isoele t i àpH

• pHi c a axit amin:

Giá trị pH tại đó axit amin không tích điện

ng dụngμ để tách các axit amin bằng điện di

• Yếu tố phụ thuộcμ Cấu tạo mạch bên R

• Ph àl àth hà atio :àHis,àL s,àá g,àpIàv gàkiề

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

• Mạ hà àkh gàph à ự :àpI~

• pHi c a protein

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

• pH<pIμ protein là một đa cation, số điện tích +>-; pH>pIμ là một đa anion; pH=pIμ protein bị kết

t a

Sử dụng pHi để tách các axit amin bằng điện di

Khảà ă gàhấpàthụàtiaàtửà goạià ủaàdu gàdị hà protein

• Bướ às

gàλ=180-,àl àv gàhấpà thụà ủaàli àkếtàpeptit

• Bướ às

gàλ=250-:àv gàhấpàthụà ủaà àa itàa i à

thơ à

• Ứ g dụ g: Đị h lượ g

protein

T hàkeoàv àsựàkếtàtủaàp otei

• H aàta àt o gà ướ àp otei àtạoàth hàdu gàdị hàkeo;à

• T hàkeoàđượ àdu àt à hờ:

• ìựàt hàđiệ à gàdấuà ủaàp otei

• Lớpàvỏàh d atà aoà ua hàp otei

ìựà iế àt hà ủaàp otei

• Kh ià iệ :àDướiàt àdụ gà ủaà à

C àphả àứ gàd gàđểàđị hàt hàv àđị hàlượ gà protein, axit amin

Phản ng biure

• Phản ng đặc trưng cho liên kết peptit (có từ 2 liên kết peptit trở lên)

• Peptit và protein phản ng với Cu2+ trong môi trường

kiềm tạo ra ph c chất màu tím hoặc tím đỏ, hấp thụ cực đại ở =540nm Định lượng protein bằng phương pháp so màu

Phả àứ gà uà iu e

Các phản ng dùng để định tính và định

lượng protein, axit amin

Phản ng với thuốc thử Folin-Ciocalteau

• Nguyên lý c a phương pháp Lowry dùng định lượng protein

• Thuốc thử có ch a axit phosphomolipdic và axit

phosphovonphramic làm tăng độ nhạy phản ng biure

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

Phản ng với thuốc thử nyhydrin

• á.aàphả àứ gàvớià i h d i àtạoàphứ à uà a hàt ,à

àgọiàl à uàt à‘uhe a ,àhấpàthụà hàs gàtạià λ=à à‘i gàp oli à hoà uàv gà

LIPID

1 Khái ni ệm và vai trò

 Nhóm h ợp chất hữu cơ có chung tính chất: không tan trong

n ước, chỉ tan trong các dung môi không phân cực như: ete, benzen, chloroform…có cấu tạo hóa học rất khác nhau

 Là ch ất phổ biến trong động vật và thực vật động vật chủ yếu

có trong mô m ỡ, óc, sữa… thực vật chủ yếu cây, hạt có

d ầu (đậu nành, đậu phộng, thầu dầu, oliu, cọ…)

1.2 Vai trò c ủa Lipid

 Thành phần cấu trúc (phospholipids, cholesterol)

 D ự trữ năng l ng (axit béo, triacylglycerol)

 Cung cấp năng l ng (9.3kcal/g) và các acid béo cần

thiết cho quá trình sinh tr ởng và phát triển

 Hormon (Hormon giới tính: Estrogen, testosteron)

 Ch ất vận chuyển vitamin tan trong dầu và sterol

 Chất vận chuyển điện tử (coenzyme Q,plastpquinone)

 Ch ất màu hấp thụ ánh sáng (carotenoid)

 Yếu tố nhũ t ơng hóa (muối mật)

 ảnh h ởng lớn đến sinh tr ởng, đặc biệt là giai đoạn ấu Trùng và giống, giai đoạn nuôi vỗ thành thục

Lipid đơn giản

 Triacylglycerol

 Sterid

 Sáp

Hình 3.1 Công thứƠ Ơấu tạo Ơủa tryaƠylglyƠƯrols

b.C ấu tạo hóa học: Axit béo

(Fatty Acids)

- Là các axit cacboxylic, d ẫn xuất c a hydrocacbon

- CT chung: Axit béo = nhóm carboxyl + m ột chuỗi dài

H2C C

H2

H2C C

H2

H2C C

H2

H2C

18:1 =Oleic acid=9-Octadecenoic acid

Hình 3.2 CTCT Ơủa một số axit béo

Phân lo ại:

- Axit béo no : các liên k ết C-C đều là các liên

k ết đơn;

- Axit béo không no: ch a t ừ một liên kết đôi

tr lên trong chu ỗi hydrocacbon: các liên

k ết đôi bao gi cũng cách nhau một nhóm

CH2

- Axit béo ko no m ột nối đôi

- PUFA (Polyunsatured fatty acids) trong m ạch có ít

Cấu hình không gianμ Dạng trans & cis

c a các axit béo không no

Dạng cis Ơủa olƯiƠ axit

G ọi tên

 Tên thông th ư ng

 Tên h ệ thống: tên gốc hydrocacbon + oic Có 1 nối đôi: +enoic, 2 nối đôi: +dienoic; 3 nối đôi : +trienoic

 Ký hi ệu số lượng nối đôi trong phân tử = số lượng C: số

l ượng nối đôi (18:1)

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), -linolenic axit ( ω- 3): octadecatrienoic axit

DHA (Docosahexaenoic Acid) C 22:6 (n-3)

Tính ch ất hóa học các axit béo

 Là các axit y ếu, phân ly theo pt:

RCOOH RCOO- + H+

 pH sinh lý các axit t ồn tại dạng anion, axit

béo l ưỡng cực: đầu ưa nước (carboxilat) và

đầu kỵ nước (đầu cacbon omega), trong H2O

có định hướng rõ ràng

 Trong c ơ thể sống axit béo tồn tại trong dạng kết

h ợp trong các lipid khác: triaxylglycerol, sterid

và các lipid ph c t ạp

pH=4.5

m ặt, giảm độ bền c a các giọt dầu

 Tr ạng thái rắn hay lỏng c a chất béo phụ thuộc vào thành ph ần axit béo no hay chưa no

 Axit béo no, chất béo trạng thái rắn, có nhiệt độ đông đặc và nóng chảy cao, tăng theo độ ph c tạp c a mạch

C

 Axit béo chưa no, chất béo trạng thái lỏng, nhiệt độ

đông đặc và nóng chảy thấp, giảm theo chiều tăng c a

d Tính ch ất hóa học c a triglicerit

1 Ph ản ứng thủy phân:

- Th y phân dưới tác dụng c a axit hoặc enzym (lipaza) tạo ra

axit béo bậc cao và glycerol

- Th y phân dưới tác dụng c a kiềm: tạo ra xà phòng, phản

- 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 c a thực phẩm,

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

Thành ph ần cấu tạo c a sterol

Cholesterol t ương đối k ỵ nước

Có m ột nhóm phân cực, nhóm OH, làm nên tính

Cholesterol

Đầu

phân ƠựƠ

Chuỗi bên alkyl

Nhân steroid

không tan trong n ớƠ, tan

trong ơung môi hữu Ơ

Chiếu xạ tia ƠựƠ tím biến ƯrgostƯrol thành calciferol

(vitamin D2)

c Tính ch ất

 Tính ch ất vật lý: không tan trong nước, tan trong dung môi c a chất béo, nhi ệt độ nóng chảy cao

 Tính ch ất hóa học:

- B ị th y phân dưới tác dụng c a kiềm và enzym tương ng

- Sterol b ền với các yếu tố th y phân

3.1.3.Sáp

- Là este c a axit béo chuỗi dài

(C14-36) v ới alcohol chuỗi dài

(C16-30)

- Điểm nóng chảy cao (60-100oC)

- D ự trữ năng lượng (Sinh vật phù

du)

- K ị 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

O O

Oleoyl alcohol Stearic acid

Các ph ương pháp định lượng

lipid, axit béo

 Xác định hàm lượng lipid bằng phương pháp Soxhlet

 Xác định hàm lượng lipid, axit béo bằng các phương pháp sắc

ký

SACCHARIDE

) Khái niệm

• 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 (y Lạp, sakcharon, nghĩa là

“đường

• Đa số tạo nên từ C và (2O với CT chung C n (H 2 O) 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

II Vai trò

1 Cung cấp năng lượng ở dạng nhiệt năng : 1g

glucid khi oxihoa cung cấp 6.8Kcal

2 Cung cấp năng lượng ở dạng hóa năng (ATP cho

các quá trình chuyển hóa)

3 Vai trò cấu trúc, tạo hình : thành phần cấu trúc

của ARN và ADN

4 Vai trò bảo vệ : mucopolisaccharide

trung gian tế bào cho tương tác – nhận dạng –

kết dính giữa các tế bào

thành ph ầ n khác

• Glucose

Polysaccharide

Đơn giản

Ph c hợp

1 Monosaccharide Monose, monoz và các dẫn xuất

Định nghĩa

Là aldehyde hoặc keto của rượu đa chức polyol

Dựa vào số lượng C - một monosaccharide có thể là triose, tetrose, pentose, hexose hoặc heptose

Các monose có từ C trở lên có xu hướng tạo vòng

Cấu tạo

1.2.1 CT cấu tạo chung: Các monosaccharide có thể là aldose hoặc keto (aldose hay là ketose)

1.2.2 Các Monosaccharide có trung tâm bất đối

1.2.3 Các monosaccharide phổ biến có cấu trúc vòng

1.2.4 Sinh vật có chứa nhiều dẫn xuất hexose

.Tính chất vật lý, hóa học

Một số monose tiêu biểu

CT c ấu tạo chung

• Chuỗi C không phân nhánh , các nguyên tử C liên kết với nhau bằng

liên kết đơn CT cấu tạo chung

Monosaccharide có các trung tâm bất đối

• Công thức biểu diễn cấu tạo

dihydrixyacetone đều chứa một hay

nhiều nguyên tử C bất đối Số đồng phân

lập thể là 2n n là số C bất đối

• Công thức (aworth: cấu trúc vòng Hình 3 : Liên kết theo chiều ngang

nằm trước mặt phẳng c a giấy Liên kết dọc nằm sau mặt phẳng c a giấy

Một số ví dụ về các monoza

(ọ Aldose

(ọ Ketose

Các monosaccharide phổ biến có cấu trúc vòng

• Phản ứng chuyển vòng

Phản ng chuyển vòng 6 cạnh

c a D-glucose

Phản ng chuyển vòng 5 cạnh

c a D-fructose

Công thức Haworth

Dạng tồn tại của vòng pyranose

a 2 dạng tồn tại của vòng pyranose dạng axial quanh trục , nhóm thế song song với trục dọc xuyên vòng,hoặc dạng eq xích đạo , vuông góc với trục thẳng Các nhóm thế dạng eq chiếm ưu thế nhóm thế cồng kềnh

b Cấu hình chuỗi của glucopyranose

1.4.1 Tác dụng với các chất khử

• Aldoza 1 polyol

• Xetoza polyol đồng phân

• HOC(CH2OH)nCHOH CH2OH(CHOH)n

• CH2OH C=O(CHOH)n CH2OH(CHOH)nCH2OH + CH2OH(CHOH)nCH2OH

Phản ứng khử của D-glucose

2H +

Tác dụng với các chất oxi hóa

• Các xetoza không bị oxi hóa

• Các aldoza bị oxi hóa [O]:

• [O] nhẹ: Nếu là gốc CHO bị [O] tạo COOH, gọi là aldonic

Nếu gốc CH2OH thì gọi là uronic

• Nếu [O] mạnh thì cả 2 gốc sẽ bị chuyển thành COOH = đi axit

• Uronic có ý nghĩa lớn trong việc đào thải chất cặn bã ra khỏi cơ thể

Phản ứng Fehling xác định nồng độ glucose

Phản ng oxi hóa này (H2O2) được sử dụng để xác định

nồng độ đư ng cho chuẩn đoán tiểu đư ng