Cơ sở hóa học của sự sống

CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG3.Các chất hữu cơ phân tử nhỏ 4.Các đại phân tử sinh học... Các liên kết hóa học Tính chất hóa học của 1 nguyên tố: số lượng và sự sắp xếp lớp điện tử ngoài cù

Trang 1

SINH HỌC PHÂN TỬ VÀ TẾ BÀO DƯỢC MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL

Bài 1: Cơ sở hoá học của sự sống 0

Giảng viên: ThS Chu Thị Bích Phượng

Email: ctbphuong@hutech.edu.vn

Liên hệ: Sáng thứ 7 hàng tuần tại VP khoa Dược (A 03.26)

Trang 2

CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG

BÀI 1:

Tài liệu tham khảo:

Trang 3

CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG

3.Các chất hữu cơ phân tử nhỏ

4.Các đại phân tử sinh học

Trang 4

1 Các nguyên tố trong cơ thể sống

3 nhóm nguyên tố tham gia vai trò cơ thể sống:

cấu tạo từ các nguyên tố

trong TN, tuy nhiên chỉ có

22/92 nguyên tố có trong

SV; trong đó 16 nguyên tố

có trong tất cả các sinh vật

Trang 5

2 Các liên kết hóa học

Tính chất hóa học của 1 nguyên tố: số lượng và

sự sắp xếp lớp điện tử ngoài cùng

Liên kết hóa học:

Lực hút nối các nguyên tử lại với nhau để tạo thành phân tử

Năng lượng của liên

Trang 7

Cho đến nay, chưa thấy có hiện tượng dùng chung 4 cặp e giữa các nguyên tử

6 Bài 1: Cơ sở hoá học của sự sống

Trang 8

nguyên tử tạo thành phân

tử Mối tương tác giữa

các phân tử (hay các

phần khác nhau của một

phân tử sinh học lớn)

được chi phối bởi một

loạt các liên kết yếu gọi là

các kiểu liên kết không

cộng hóa trị  giúp cấu

trúc của phân tử bền

vững hơn

 Liên kết không phải cộng hóa trị: lực hấp dẫn giữa các điện tử có điện tích trái dấu

Các kiểu liên kết này

thường yếu  dễ bẻ gãy

hoặc thay đổi

Tinh thể NaCl

Trang 9

Vai trò của liên kết ion:

Khi hòa tan trong

nước, mỗi ion riêng lẻ

bị phân tử nước bao

quanh Điều này cản

trở các ion trái dấu

đến gần nhau để hình

thành cầu nối ion

Khi hòa tan trong

nước, mỗi ion riêng lẻ

bị phân tử nước bao

quanh Điều này cản

trở các ion trái dấu

đến gần nhau để hình

thành cầu nối ion

Liên kết ion duy trì sự hoà tan của muối NaCl trong nước

Trang 10

Liên kết ion đóng vai trò quan trọng giúp các phân tử protein (vàng) gắn vào phân tử DNA

Lk hình thành giữa N mang điện dương của protein và

O mang điện

âm của DNA

- Cầu nối giữa các ion tự do không

quan trọng trong tế bào

- Các liên kết này đóng vai trò quan

trọng cấu trúc các phân tử SH

Vai trò của liên kết ion (tt):

Trang 11

2 Các liên kết hóa học

Gốc tự do là nguyên nhân gây lão hóa

Lão hóa xảy ra do sự

hư hại cấu trúc DNA

obitan nguyên tử chứa

tối đa 2 electron Vd:

Vd: nước bị phơi tia

tử ngoại của mt

Ảnh hưởng: gây biến đổi hóa học nhiều loại phân tử (protein, nucleic acid, protein)

Video 1

Trang 12

 Liên kết hydro: xảy ra khi nguyên tử hydro

(H) liên kết với một nguyên tử mang điện âm

khác (O hoặc N)

Cặp electron dùng chung hướng về phía nguyên tử tích điện âm, làm H

mang điện dương một phần  nhân của H mang điện dương có thể tiến

về phía một nguyên

tử mang điện âm thứ hai để tạo lk hydro

Trang 13

 Tương tác kỵ nước : sự tương tác giữa các phân tử kỵ nước khi chúng được trộn với nước

Sự tập hợp giúp làm giảm bề mặt tiếp xúc với vùng phân cực xung quanh (nước)

Hydrophobic interactions

of the type just described

are

not classiﬁed as true

bonds because they do

not result from an

attraction between

hydrophobic molecules

 Lực hút van der Waals: lực tương tác yếu để nối hai phân tử ở rất gần nhau do tương tác giữa các đám mây điện tử

Lực hút này có vai trò quan trọng đối với các phân tử SH

Trang 15

Các phân tử nước dính vào nhau ảnh hưởng đến tính chất của nước: sức căng bề mặt, nhiệt năng cao, hấp thu nhiệt lượng, bốc hơi,…

Trang 16

3 Nước

 Vai trò của nước trong cơ thể sống:

 Là dung môi hòa tan nhiều loại hợp chất trong tế bào, là môi trường giúp vật liệu trong tế bào di chuyển

 Quyết định cấu trúc, loại tương tác của các phân

Trang 17

-Fe trong hemoglobin

-Co trong vit B12

Vai trò của muối vô cơ:

- Giúp các hoạt động sinh lý diễn ra bình thường

- Duy trì áp suất thẩm thấu

Trang 18

5 Các hơp chất hữu cơ phân tử nhỏ

Trang 19

5.1 Acid amin

Khái niệm: Là các chất hữu cơ chứa đồng thời 2 nhóm chức amin (-NH2) có tính kiềm và nhóm carboxyl (-COOH) có tính acid Là đơn vị cấu trúc

cơ bản của protein

Công thức chung:

Nguyên tử C trung tâm (Cα)

Nhóm biến đổi (R) khác nhau cho mỗi amino acid

Trang 20

 Phân loại: 20 loại amino acid tham gia vào cấu tạo protein được phân làm 4 nhóm dựa vào gốc R

Tính chất lưỡng tính của amino acid:

- Vừa có tính acid vừa có tính base

- Các ion lưỡng cực COO- và NH3+ : dung dịch các amino acid có tính đệm giữ pH môi trường ổn định

Trang 21

Nhóm amino acid kỵ nước,

gốc R béo Glycine (Gly), Alanine (Ala), Valine (Val), Leucine (Leu), Isoleucine

(Ileu), Methionine (Met), Proline (Pro), Cysteine (Cys)

Nhóm amino acid kỵ nước,

gốc R vòng thơm Phenylalanine (Phe), Tyrosine (Tyr), Tryptophane (Trp)

Nhóm amino acid phân cực,

gốc R tích điện Arginine (Arg), Lysine (Lys), Histidine (His), Aspartate (Asp),

Glutamate (Glu)

Nhóm amino acid phân cực,

gốc R không tích điện Serine (Ser), Threonine (Thr), Asparagine (Asn), Glutamine (Gln)

20

Bảng phân loại nhóm R trong amino acid

Trang 23

Trang 24

 Vai trò:

- Tạo phân tử acid nucleic

- Tạo ATP (adenosine triphosphate)

- Tạo GTP (guanosine triphosphate)

- Tạo cAMP (adenosine monophosphate vòng)

Trang 25

6 Các đại phân tử sinh học

là các hợp chất có tỷ lệ

C:H:O là 1:2:1

 Polysaccharide

 Lipid

 Protein

 Acid nucleic

Trang 26

- Dự trữ và cung cấp năng lượng

- Cung cấp sườn C để tạo thành các phân tử khác

là các hợp chất có tỷ lệ

C:H:O là 1:2:1

25

Cho ví dụ?

Trang 27

6.1 Carbohydrates (glycans):

Cho ví dụ?

Trang 28

 Các đường đơn (monosaccharide):

- Khái niệm: là các glucide đơn giản, công thức (CH2O)n, là các aldehyde hay cetone có thêm 2 nhóm hydroxyl (OH) hay nhiều hơn

- Phân loại: Dựa vào số C

- Một số đường đơn quan trọng:

• Đường sáu cacbon (hexose): n=6



Trang 29

Trang 30

 Cấu trúc cơ bản: mạch thẳng

- Đồng phân cấu trúc: công thức phân tử giống nhau nhưng cấu trúc (cách liên kết giữa các nguyên tử)khác nhau

Trang 31

 Cấu trúc vòng:

 Là đơn phân cho việc tạo các đường phức

- Là cấu trúc bền vững trong dung dịch

-Nhóm OH của C đầu tiên nằm dưới vòng: -Nhóm OH cuả C đầu tiên nằm trên vòng: β

30

Bài 1: Cơ sở hoá học của sự sống

Các dạng cấu trúc đường đơn:

Trang 32

 Các đường đôi (disaccharide):

- Khái niệm: Là đường cấu tạo từ 2 đơn vị monosaccharide kết hợp lại

- Các loại disaccharide quan trọng:

Maltose, saccharose, lactose

- Liên kết glycoside: C1 (đường 1) + -OH (đường 2)

Trang 33

- Maltose: Là phân tử cấu tạo từ 2 phân tử glucose kết hợp với nhau bằng liên kết -1,4 -glycoside

-Tách nước Liên kết -1,4 -glycoside

Maltose

• Trong cơ thể maltose là sản phẩm trung gian

của tiêu hóa tinh bột

Trang 34

- Saccharose (đường mía):

• Là phân tử cấu tạo từ -glucose kết hợp

-fructose với nhau bằng liên kết -1,2 -glycoside

Không còn tính khử

- Lactose (đường sữa):

• Là phân tử cấu tạo từ

Trang 35

 Các đường đa (polysaccharide):

- Khái niệm: Là những polymer cấu tạo từ các đơn phân (monomer) đường đơn chủ yếu là glucose

Chúng thường không có vị ngọt, là hợp chất không tan với MW cao

- Các loại polysaccharide quan trọng:

Bài 1: Cơ sở hoá học của sự sống

Trang 36

Cấu trúc amylose

Liên kết -1,4 -glycoside

250-300 đơn vị glucose

Liên kết hydro giữa các vòng xoắn

Trang 37

Cấu trúc phân nhánh amylopectin

Trang 39

Trang 41

 Chitin:

• Là 1 polymer cấu tạo từ các đơn phân acetyl

-glucosamin nối với nhau bằng liên kết -1, 4 -glycoside

Trang 42

 Phân loại: 2 nhóm chính: nhóm có nhân glycerol

và nhóm có nhân sterol Nhân kết hợp với các acid béo và các chất khác tạo nhiều loại lipid khác nhau

Trang 43

Trang 44

 Các acid béo (fatty acids):

- Là các acid hữu cơ có nhóm cacboxyl (-COOH),

là các mạch hydrocarbon no hay không no

- Các loại acid béo thường gặp:

Acid béo no:

Acid palmitic (Dầu cọ)

Acid stearic

Trang 45

Acid béo không no: có nối đôi

Trang 47

Phospholipid:

- Là nhóm lipid quan trọng nhất, là thành phần chủ yếu của tất cả màng tế bào

Cấu tạo: hai nhóm -OH của một phân tử glycerol gắn với 2 phân tử acid béo, nhóm OH thứ

ba gắn với 1 nhóm phosphate Nhóm phosphate này lại gắn tiếp với 1 nhóm alcol phức khác

Vai trò: là thành phần chính của màng sinh học

Trang 48

Cấu trúc phospholipid

Trang 49

Cholesterol

Trang 50

6.3 Protein:

Khái niệm: polymer sinh học được tạo ra từ các đơn phân là amino acid nối thành chuỗi

2 yếu tố cơ bản quyết định vai trò của protein

trong hoạt động chức năng:

+ Bản chất của các amino acid trong phân tử

protein dựa trên nhóm bên R của chúng

+ Hình dạng cấu trúc của phân tử protein

Trang 51

Liên kết peptide: được hình thành giữa nhóm amin (-NH2) và nhóm carboxyl (-COOH) nối các amino acid lại thành chuỗi.

Trang 52

Cầu nối disulfde được

hình thành từ các aa

chứa nhóm -SH

acid amin chứa nhóm -SH

Trang 53

 Các bậc cấu trúc của phân tử protein

Trang 54

Cấu trúc bậc 1

53

Thành phần và thứ tự sắp xếp của các aa trên chuỗi polypeptide -Số lượng peptide chứa n gốc acid amine: Pn = n! = 1.2.3.4….n -Số lượng protein từ 20 aa: 20 18

Biết cấu trúc bậc 1  biết mã di truyền,

quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa của protein Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các aa có thể dẫn đến biến đổi cấu trúc

và chức năng của protein

Trang 55

- Liên kết H đóng vai trò quan trọng, bình ổn cấu trúc bậc 2

Trang 56

Cấu trúc xoắn -helix

thành cấu trúc xoắn - Liên kết Hydro : nguyên tử O của nhóm carbonyl (–C=O) và nguyên

tử H của nhóm imin (-NH-) duy trì và tạo cấu trúc xoắn helix

- Chu kỳ xoắn: 5,4 A (0,56 nm - 3,6 gốc acid amine)

Cách 4 aa ra 1 vòng xoắn

 liên kết 5,1

Trang 57

56

Cấu trúc xoắn -helix

* Trong không gian:

Xoắn chiếm tỷ lệ cao

nhất trong tất cả các loại

nằm trên cùng 1

mp trong vòng xoắn, R nằm ngoài vòng xoắn

Vòng xoắn được giữ bởi lk H

Tất cả các gốc amid trong chuỗi đều tham gia tạo liên kết H

có rất nhiều liên kết H tồn tại giữa các vòng xoắn

cấu trúc xoắn helix bền vững

Trang 58

Cấu trúc phiến gấp (nếp gấp) β

* Trên mặt phẳng:

• Cấu trúc nếp β được hình thành do sự tương tác giữa hai chuỗi polypeptide hay giữa các đoạn mạch của chuỗi polypeptide bằng lk hydro

• Các chuỗi có thể song song hoặc đối song

• Cấu trúc tấm đối song ổn định hơn

Trang 59

58

Liên kết hydro trong cấu trúc bậc 2 của protein

Trang 60

Cấu trúc phiến gấp (nếp gấp) β

Các chuỗi bên (gốc R của aa) quay lên trên

hoặc xuống dưới mặt phẳng của tấm beta

* Trong không gian:

Trang 61

 Sự sắp xếp trong không gian ba chiều của tất cả các nguyên tử trong phân tử protein

 Được hình thành do sự tương tác của các gốc R của các acid amin ở rất xa nhau bằng nhiều kiểu liên kết:

Cấu trúc của protein:

Sự cuộn lại của các

LK hydro: lk giữa hai

nguyên tử có độ âm điện

khác nhau

Lực hấp dẫn phân tử

Liên kết yếu

Số lượng lớn liên kết yếu giúp ổn định cấu trúc bậc 3

pH, nhiệt độ, các chất phân cực hay chất oxy hóa  cấu trúc bậc 3

bị thay đổi, mất hoạt tính

Trang 62

- Là sự tổ hợp của các đơn phân (chuỗi đơn polypeptide) tạo nên đại phân tử

(tetramer), …

liên kết disulfide, liên kết ion, liên kết kỵ nước, liên kết hydro, lực Van-der Wall

Trang 63

62

Hemoglobin gồm 4 tiểu đơn vị: 2 chuỗi (141 aa), 2 chuỗi (146 aa)

4 tiểu đơn vị sắp xếp thành

khối dạng cầu Mỗi chuỗi

đều có thể lk với hai chuỗi

cùng loại và chuỗi khác

loại Mỗi chuỗi chứa một

nhóm Hem là vòng

protoporphyrin chứa Fe

Hem là trung tâm lk O2

-> Hb có thể lk với 4 phân

tử O2

Trang 64

nucleotide Nucleic acid

m haii

deoxyribonucleic acid (DNA)

ribonucleic acid (RNA)

các thế hệ

Trang 65

3 thành phần:

• Đường desoxyribose

5-• Acid phosphoric

•Các base chứa nitrogen: A, T, C, G

Trang 66

Vai trò DNA:

 Là nơi lưu giữ các thông tin di truyền, là cơ sở

di truyền ở mức phân tử, tham gia vào cấu trúc của nhiễm sắc thể

 Truyền đạt thông tin di truyền cho các thế hệ

thông qua sự sao chép

 DNA có chức năng phiên mã cho ra các RNA,

từ đây sẽ dịch mã để tạo nên protein đặc thù

và tạo nên tính trạng đa dạng của sinh vật

Trang 67

Base chứa nitrogen:

Adenine (A), Guanine (G),

Cytosine (C), Uracil (U)

Trang 68

Phân loại RNA:

Tất cả các tế bào đều có 3 loại RNA quan trọng:

 RNA thông tin (mRNA):

 RNA vận chuyển (tRNA)

 RNA ribosom (rRNA) Vai trò:

Giữ vai trò trung gian trong tổng hợp protein

Trang 69

TỔNG HỢP: Các liên kết hóa học

các phân tử hút vào nhau khi có mặt các hợp chất phân cực Lực hút Van der

Waals

Lực liên kết yếu giữa các nguyên tử do các đám mây điện tử mang điện tích trái dấu

Yếu

Trang 71

TỔNG HỢP: ĐẠI PHÂN TỬ SINH HỌC

Trang 72

Lipid không có cấu

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	3,8 MB