Giáo trình môn học Hóa sinh học (Nghề: Nuôi trồng thủy sản)

Giáo trình Hóa sinh học giới thiệu cho học viên những kiến thức về cấu tạo, chức năng của các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sống và các quá trình chuyển hóa các chất cũng như ứng dụng của chúng trong ngành Nuôi trồng thủy sản. Giáo trình gồm 4 chương, mời các bạn cùng tham khảo để biết thêm các nội dung chi tiết.

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KINH TẾ, KỸ THUẬT VÀ THỦY SẢN

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: HÓA SINH HỌC NGHỀ: NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTKTTS ngày tháng năm 2020

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Kinh tế, Kỹ thuật và Thủy sản)

Bắc Ninh, tháng 9 năm 2020

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN:

Giáo trình “Hóa sinh học” là tài liệu phục vụ công tác giảng dạy, học tập, nghiên cứu, tham khảo tại Trường Cao đẳng Kinh tế, Kỹ thuật và Thủy sản Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh đều bị nghiêm cấm

MỤC LỤC

CHƯƠNG I PROTEIN VÀ SỰ CHUYỂN HÓA PHÂN TỬ PROTEIN 7

1 Khái niệm và vai trò của protein 7

1.1 Khái niệm protein 7

1.2 Vai trò của protein 8

2 Cấu tạo phân tử protein 9

2.1 Amino acid – đơn vị cấu tạo cơ sở của protein 9

2.2 Cấu trúc không gian của phân tử protein 16

3 Đặc tính lý hóa của protein 22

3.1 Protein tồn tại trong sinh vật ở trạng thái keo 22

3.2 Lưỡng tính và điểm đẳng điện 23

3.3 Hiện tượng mất nguyên tính và sa lắng 23

3.4 Tính đặc trưng sinh học 24

4 Phân loại protein 24

5 Chuyển hóa phân tử protein 26

5.1 Sự phân giải phân tử protein 26

5.2 Các đường hướng chuyển hóa chung của amino acid 26

5.3 Chu trình ure (ORNITHIN) 27

CHƯƠNG II LIPID VÀ SỰ CHUYỂN HÓA PHÂN TỬ LIPID 29

1 Khái niệm và vai trò của lipid 29

1.1 Khái niệm 29

1.2 Vai trò của lipid 30

2 Thành phần cấu tạo của lipid 31

3 Phân loại và các tính chất của lipid 32

3.1 Lipid đơn giản 32

3.2 Lipid phức tạp 34

4 Chuyển hóa lipid 38

4.1 Chuyển hóa glycerin 38

4.2 Chuyển hóa acid béo (Chu trình β - oxi hóa) 39

4.3 Tổng hợp acid béo 41

CHƯƠNG III GLUCID VÀ SỰ CHUYỂN HÓA PHÂN TỬ GLUCID 43 1 Khái niệm và vai trò của glucid 43

2 Phân loại glucid 43

2.1 Monosaccharide 43

2.2 Disaccharide 44

2.3 Polysaccharide 45

3 Tính chất lý học và hóa học của glucid 48

4 Chuyển hóa glucid 49

4.1 Chu trình EMP 49

4.2 Chu trình Krebs 52

CHƯƠNG IV ENZYME 56

1 Khái niệm enzyme 56

2 Trung tâm hoạt động của enzyme 57

3 Cơ chế tác dụng của enzyme 59

4 Hoạt tính xúc tác của enzyme 59

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng enzyme 60

5.1 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme 60

5.2 Ảnh hưởng của nồng độ cơ chất [S] 60

5.3 Ảnh hưởng của chất kìm hãm (inhibitor) 61

5.4 Ảnh hưởng của chất hoạt hóa (activator) 63

5.5 Ảnh hưởng cuả nhiệt độ 63

5.6 Ảnh hưởng của pH 64

6 Phân loại enzyme 65

7 Cách gọi tên enzyme 65

CHƯƠNG V VITAMINE 67

1 Khái niệm và phân loại vitamine 67

2 Vitamine tan trong dầu 68

2.1 Vitamine A (retinol, axerophthol) 68

2.2 Vitamine D (là antirachitic factor, calcitriol ) 68

2.3 Vitamine E (Tocopherol) 69

2.4 Vitamine K 70

2.5 Vitamine Q (Ubiquinon) 71

3 Vitamine tan trong nước 71

3.1 Vitamine B1 (Thiamin) 71

3.2 Vitamine B2 (Riboflavin) 72

3.3 Vitamine B3 73

3.4 Viatmine B5 (Acid patothenic) 73

3.5 Vitamine B6 (Pyridoxin) 74

3.6 Vitamine C (Ascorbic acid) 75

3.7 Viatmine H (Biotin, Vitamine B7) 75

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Hóa sinh

Mã môn học:

I Vị trí, tính chất môn học

- Ví trí: Hoá sinh là môn học cơ sở nghề bắt buộc, thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Nuôi trồng thủy sản, được giảng dạy cho người học trước khi học các môn học /mô-đun chuyên ngành

- Tính chất: Hóa sinh là môn học giới thiệu cho học viên những kiến thức

về cấu tạo, chức năng của các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sống và các quá trình chuyển hóa các chất cũng như ứng dụng của chúng trong ngành Nuôi trồng thủy sản

II Mục tiêu môn học

- Kiến thức:

Nắm vững các kiến thức cơ bản về vai trò, đặc tính hóa lý, cấu tạo hóa học và cấu trúc phân tử của các chất có trong cơ thể sống như protein, lipid, glucid, vitamine, enzyme …

Nắm vững kiến thức về quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể sống

- Kỹ năng:

Sử dụng được các dụng cụ, thiết bị dùng trong phân tích hóa sinh;

Định tính và định lượng được các chất cơ bản có trong cơ thể sống bằng các phản ứng hóa sinh học

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:

Nghiêm túc, tỉ mỉ, thận trọng, đảm bảo an toàn phòng thí nghiệm

III Nội dung môn học:

Chương I: Protein và sự chuyển hóa phân tử protein

Chương II Lipid và sự chuyển hóa phân tử lipid

Chương III Glucid và sự chuyển hóa phân tử glucid

Chương IV Enzyme

Chương V: Vitamin

CHƯƠNG I PROTEIN VÀ SỰ CHUYỂN HÓA PHÂN TỬ PROTEIN

Giới thiệu:

Protein giữ vai trò quan trọng trong tất cả các quá trình sinh học Ý nghĩa đáng kể của chúng được thể hiện qua các chức năng như tạo hình, xúc tác sinh học, điều hòa chuyển hóa, cung cấp năng lượng… Với sự phát triển của khoa học, vai trò và ý nghĩa của protein đối với sự sống càng được khẳng định Cùng với nucleic acid, protein là cơ sở vật chất của sự sống

Mục tiêu:

- Nắm vững các kiến thức về cấu tạo, vai trò và tính chất của protein

- Phân tích được quá trình chuyển hóa protein trong cơ thể sống

- Định tính và định lượng được hàm lượng protein trong mẫu phân tích

Nội dung chính:

1 Khái niệm và vai trò của protein

1.1 Khái niệm protein

Protein hay còn gọi là chất đạm, là những phân tử sinh học hay đại phân

tử, chứa một hoặc nhiều mạch các amino acid, liên kết với nhau bởi liên kết peptid Các protein khác nhau chủ yếu do về trình tự các amino acid khác nhau, trình tự này do các nucleotide của gen quy định.Trong tự nhiên có khoảng 20 amino acid

Protein là hợp chất hữu cơ có ý nghĩa quan trọng bậc nhất trong cơ thể sống, về mặt số lượng, protein chiếm không dưới 50% trọng lượng khô của tế bào; về thành phần cấu trúc, protein được tạo thành chủ yếu từ các amino acid vốn được nối với nhau bằng liên kết peptide Cho đến nay người ta đã thu được nhiều loại protein ở dạng tinh thể và từ lâu cũng đã nghiên cứu kỹ thành phần các nguyên tố hoá học và đã phát hiện được rằng thông thường trong cấu trúc của protein gồm bốn nguyên tố chính là C, H, O, N với tỷ lệ C ≈ 50%, H ≈ 7%,

O ≈ 23% và N ≈ 16% Ngoài ra trong protein còn gặp một số nguyên tố khác

1.2 Vai trò của protein

- Là thành phần cấu tạo nhân và nguyên sinh chất của tế bào

Protein là thành phần thiết yếu của cơ thể sinh vật, tham gia vào mọi quá trình bên trong tế bào Protein là thành phần quan trọng của nhân tế bào, chất gian bào, duy trì và phát triển mô

Protein cấu trúc nên khung tế bào, tạo các khung đỡ giúp duy trì hình dáng tế bào Quá trình phát triển của cơ thể, từ việc hình thành cơ, đổi mới phát triển của tế bào, phân chia tế bào đều gắn liền với quá trình tổng hợp protein

- Tham gia điều khiển hoạt động sinh lý của cơ thể (chức năng điều hòa) Protein có vai trò như chất đệm, giúp cân bằng pH, đảm bảo cho hệ tuần hoàn vận chuyển các ion

Protein kéo nước từ tế bào và các mạch máu, giúp điều hòa nước trong cơ thể Khi lượng protein trong máu thấp, áp lực thẩm thấu trong lòng mạch giảm

sẽ xảy ra hiện tượng phù nề

- Xúc tác các phản ứng chuyển hóa của cơ thể (lipase, urease…)

Một số protein là enzyme xúc tác cho các phản ứng sinh hóa, quá trình trao đổi chất trong cơ thể sống

- Tham gia vào các quá trình bảo vệ cơ thể (các kháng thể)

Các tế bào bạch cầu có thành phần chính là protein, có nhiệm vụ chống lại các tác nhân có hại xâm nhập cơ thể

- Tham gia vận chyển và các chất dinh dưỡng

Phần lớn các chất vận chuyển các chất dinh dưỡng là protein Protein vận chuyển các chất dinh dưỡng được hấp thu từ quá trình tiêu hóa thức căn vào máu, từ máu vận chuyển đến các mô, qua màng tế bào Hemoglobin có trong hồng cầu là một protein có vai trò vận chuyển oxy lấy từ phổi cung cấp cho các

tế bào khác trong cơ thể

- Cung cấp năng lượng

Protein cung cấp năng lượng cho cơ thể, chiếm 10-15% năng lượng của khẩu phần ăn Protein là yếu tố chiếm nhiều sau nước, chiếm 50% trọng lượng thô ở người trưởng thành

2 Cấu tạo phân tử protein

2.1 Amino acid – đơn vị cấu tạo cơ sở của protein

Amino acid (còn gọi là acid amin) là chất hữu cơ mà phân tử chứa ít nhất một nhóm carboxyl (COOH) và ít nhất một nhóm amine (NH2), trừ Proline chỉ

có nhóm NH2 (thực chất là một imino acid) Đây là đơn vị cơ bản cấu tạo nên protein, là monome để tạo nên chất polyme protein

Công thức cấu tạo chung: (H2N)x – R – (COOH)y hoặc

Hình 1.1 Công thức cấu tạo chung của các amino acid

2.1.1 Phân loại amino acid

Trong tự nhiên, người ta đã tìm được 250 amino acid nhưng protein trong

cơ thể sinh vật mặc dù khác nhau cũng chỉ chứa 20 loại amino acid nhất định

Hiện nay, người ta phân loại amino acid theo nhiều kiểu khác nhau, mỗi

kiểu phân loại đều có ý nghĩa và mục đích riêng

- Phân loại theo hóa học: Dựa vào cấu tạo phân tử và các lý hóa tính, người ta chia amino acid ra làm các loại:

+ Amino acid mạch thẳng: Gồm mạch thẳng trung tính, mạch thẳng tính acid (acid glutamic, acid aspartic), mạch thẳng tính kiềm (Lysine, Arginine)

+ Amino acid mạch vòng: Gồm vòng đồng nhất (Phenylalanine, Tyrosine)

và dị vòng (Histidine, Tryptophan, Proline)

- Phân loại theo sinh lý (giá trị dinh dưỡng):

+ Amino acid cần thiết (loại không thay thế được): Là loại rất cần cho sự phát triển bình thường của cơ thể động vật, nhưng cơ thể động vật không tự tổng hợp được, chúng phải thường xuyên được cung cấp từ thức ăn Ở động vật trưởng thành có 8 loại amino acid cần thiết là Valine, Leucine, Isoleucine, Lysine, Threonine, Methionine, Tryptophan và Phenylalanine

Đối với động vật còn non còn cần 2 loại amino acid cần thiết nữa là Histidine và Arginine

+ Amino acid không cần thiết (loại thay thế được): Là loại cơ thể tự tổng hợp được từ sản phẩm chuyển hóa trung gian khác

- Dựa vào cấu tạo gốc R: Nhóm R được biểu thị như một chuỗi bên Hiện nay, cách phân loại các amino acid đang được nhiều người sử dụng nhất là dựa vào gốc R của amino acid và được chia làm 5 nhóm:

+ Nhóm I: Gồm 7 amino acid có R không phân cực, kỵ nước, đó là: Glycine, Alanine, Proline, Valine, Leucine, Isoleucine và Methionine

+ Nhóm II: các amino acid có gốc R là nhân thơm, thuộc nhóm này có 3 amino acid: Phenylalanine, Tyrosine và Tryptophan

Phenylalanine Tyrosine Tryptophan

+ Nhóm III: các amino acid có gốc R base, tích điện dương, thuộc nhóm này có 3 amino acid là Lysine, Histidine và Arginine, trong phân tử chứa nhiều nhóm amin

+ Nhóm IV: các amino acid có gốc R phân cực, không tích điện, thuộc nhóm này có 5 amino acid (Hình 1.5)

+ Nhóm V: các amino acid có gốc R acid, tích điện âm, đó là Aspartate (Asp, D) và Glutamate (Glu, E), trong phân tử chứa hai nhóm carboxyl (hình 1.6)

Bảng 1.1 Các amino acid thường gặp

Tên amino acid Viết tắt Tính chất

Tích điện (base)

2.1.2 Tính chất lý hoá của amino acid

- Màu sắc và mùi vị của amino acid

Các amino acid thường không màu, không mùi Nhiều loại có vị ngọt kiểu đường như Glycine, Alanine, Valine, Serine, Histidine, Tryptophan; một số loại

có vị đắng như Isoleucine, Arginine hoặc không có vị như Leucine Bột ngọt hay còn gọi là mì chính là muối của natri với glutamic acid (monosodium glutamate)

- Tính tan của amino acid

Các amino acid thường dễ tan trong nước, các amino acid đều khó tan trong alcohol và ether (trừ Proline và hydroxyproline), không tan trong các dung môi hữu cơ, chúng cũng dễ hoà tan trong acid và kiềm loãng (trừ Tyrosine)

- Biểu hiện tính quang học của amino acid

Tất cả các amino acid (trừ glycin) đều chứa trong phân tử ít nhất một nguyên tử carbon bất đối (ký hiệu là C* hoặc Cα) Khối tứ diện của 4 nhóm bao quanh nguyên tử carbon anpha tạo nên hoạt tính quang học trên các amino acid, nghĩa là làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang bên phải ký hiệu là (+) (dạng D) hoặc quay sang bên trái ký hiệu là (-) (dạng L), còn gọi là đồng phân lập thể (hình 1.7) Góc quay đặc hiệu của amino acid phụ thuộc vào pH của môi trường Tất cả các amino acid tồn tại trong protein đều thuộc dạng L – amino acid, dạng D – amino acid rất ít gặp Chỉ những L protein mới tham gia cấu trúc protein hay amino acid trong cơ thể ở dạng đồng phân quay cực trái (dạng L)

Hình 1.2 Đồng phân lập thể của Alanine

- Tính lưỡng tính của amino acid

Phân tử amino acid có nhóm carboxyl –COOH mang tính chất acid, nhường proton (H+) để phân li thành COO-, mặt khác có nhóm amin - NH2 mang tính chất kiềm, dễ nhận proton (H+) để thành NH3+ Vì vậy, amino acid kết tinh tồn tại ở dạng ion lưỡng cực mà trong dung dịch dạng ion lưỡng cực chuyển một phần nhỏ thành dạng phân tử

Trong môi trường acid, amino acid ở dạng cation (tích điện dương), nếu tăng dần pH amino acid lần lượt nhường proton thứ nhất chuyển qua dạng lưỡng cực (trung hoà về điện), và tiếp tục tăng pH amino acid sẽ nhường proton thứ hai chuyển thành dang anion (tích điện âm)

C = O

CH 2 NH

O

Z n

C = O

CH 2 NH

O

Z n

Hình 1.3 Tính lưỡng tính của amino acid

Người ta ứng dụng tính chất lưỡng tính của amino acid để điện di phân tích hỗn hợp amino acid bằng dòng điện một chiều

Ở giá trị pH nào đó của môi trường mà phân tử amino acid có tổng điện tích dương bằng số tổng điện tích âm, amino acid trung hòa về điện, pH đó gọi

là điểm đẳng điện của amino acid (ký hiệu là pI)

- Các phản ứng hoá học của amino acid

Các amino acid đều có nhóm carboxyl và nhóm amin liên kết với Cα Vì vậy, chúng có những tính chất hoá học chung Mặt khác các amino acid khác nhau bởi gốc R, do đó, chúng cũng có những phản ứng riêng biệt Có một số phản ứng hóa học của amino acid như sau:

+ Tạo phức hợp muối với kim loại như đồng, kẽm

Hình 1.4 Phức hợp amino acid với kim loại

+ Phản ứng của gốc R

Do các amino acid có cấu tạo gốc R khác nhau, nên người ta có thể dùng

để xác định từng amino acid riêng rẽ nhờ phản ứng đặc trưng của nó, ví dụ phản ứng oxi hóa khử do nhóm -SH của Cysteine, phản ứng tạo muối do các nhóm COOH hay NH2 của Glutamate hay Lysine, phản ứng tạo ester do nhóm OH của Tyrosine

+ Phản ứng chung

Là phản ứng có sự tham gia của cả hai nhóm α - COOH và α - NH2 Tất

cả các amino acid trong phân tử protein đều phản ứng với hợp chất ninhydrin tạo

thành phức chất màu xanh tím, riêng imino acid như Proline tạo thành màu vàng

Dưới tác dụng của ninhydrin ở nhiệt độ cao, amino acid tạo thành NH3,

CO2 và aldehyde tương ứng có mạch polypeptide ngắn đi một carbon; đồng thời ninhydrin chuyển thành diceto oxy hindriden Diceto oxy hindriden, NH3 mới tạo thành tiếp tục phản ứng với một phân tử ninhydrin khác để tạo thành phức chất màu xanh tím (hình 1.5)

Hình 1.5 Phản ứng của protein với ninhydrin

Phản ứng này rất nhạy, có thể phát hiện đến microgram amino acid, vì vậy được dùng nhiều trong phân tích định tính và định lượng amino acid (trong các phương pháp sắc ký và điện di)

Ngoài amino acid, peptide, protein, muối amon, amoniac, v.v cũng tạo màu với thuốc thử ninhydrin Vì vậy, muốn xác định chính xác amino acid cần phải loại bỏ các chất này Để xác định amino acid liên kết trong peptide hoặc protein phải thủy phân các chất này để tạo thành amino acid tự do rồi mới thực hiện phản ứng với ninhydrin

2.2 Cấu trúc không gian của phân tử protein

Tính chất của protein được quyết định bởi chuỗi amino acid của nó, và chuỗi này đựợc biết đến như cấu trúc bậc một của protein Phụ thuộc vào bản chất và trình tự xắp xếp của các amino acid trong chuỗi, những phần khác nhau của phân tử hình thành nên cấu trúc bậc hai, như cấu trúc xoắn alpha (‘cuộn’) hay cấu trúc nếp gấp beta (phẳng) (hình 1.15) Sự gấp cuộn hơn nữa và tổ chức lại bên trong phân tử hình thành nên cấu trúc bậc cao hơn hay là cấu trúc bậc ba Mỗi protein bao gồm các cấu trúc xoắn alpha, cấu trúc nếp gấp beta và các phần ngẫu nhiên

OH OH O

Hình 1.6 Sơ đồ các bậc cấu trúc của protein

2.2.1 Cấu trúc bậc I

Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của amino acid thứ nhất ở dạng tự

do và cuối mạch là nhóm carboxyl tự do của amino acid cuối cùng Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các amino acid trên chuỗi polypeptide, được giữ vững bằng liên kết peptide và có vai trò tối quan trọng vì trình tự các amino acid trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do

đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các amino acid có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein

Liên kết peptide là liên kết đồng hóa trị nên rất bền vững Để phá vỡ liên kết này, trong phòng thí nghiệm người ta phải dùng những tác nhân mạnh như acid HCl, H2SO4… với nồng độ 4 – 6N, đun ở nhiệt độ 1020C kéo dài trong 24 giờ

Số lượng các amino acid trong chuỗi làm cho chuỗi peptide dài ngắn khác nhau: 2 amino acid gọi là di peptide, 3 gọi là tri peptide, 4 – 10 gọi là olygo

This image cannot currently be displayed.

peptide và > 10 gọi là polypeptide Trung bình mỗi chuỗi có khoảng 150 amino acid, ví dụ Insuline có 51 aa, glucagon có 19 aa…

Hình 1.7 Cấu trúc bậc nhất của ribonuclesae của bò

Sự khác nhau của các protein về cấu trúc bậc I tạo nên tính đặc trưng sinh học của protein đó, từ đó quyết định đặc tính, tính trạng của sinh vật Tính đặc trưng này riêng cho từng loại protein và được di truyền rất chặt chẽ qua nhiều thế hệ (được mã hóa trong DNA)

Hiện nay, nhiều loại protein đã biết được trình tự các amino acid trong chuỗi polypeptide như: ribonuclease là một protein có 124 amino acid được nối với nhau thành một chuỗi, có 4 cầu disulfua (hình 3.18); hemoglobin là protein

có 4 chuỗi polypeptide, 2 chuỗi α ( mỗi chuỗi 141 amino acid) và 2 chuỗi β (mỗi chuỗi 146 amino acid); trypsinogen bò (229 amino acid); kimotrypsin bò (229 amino acid); alcol dehydrogenase ngựa (374 amino acid); glutamate dehydrogenase bò (500 amino acid) v.v

Tầm quan trọng của việc xác định cấu trúc bậc I của protein

- Là bước đầu tiên quan trọng để xác định cơ sở phân tử hoạt tính sinh học

và tính chất hóa lý của protein Là dấu hiệu rõ nhất về sự sai khác giữa protein này với protein khác

- Là cơ sở xác định cấu trúc không gian của phân tử protein dựa trên qui luật hình thành các liên kết hóa học

- Là yếu tố góp phần quan trọng trong nghiên cứu bệnh lý phân tử khi vị trí các amino acid bị thay đổi

This image cannot currently be displayed.

- Cấu trúc bậc I là phiên bản của mã di truyền Vì vậy, cấu trúc này nói lên quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa của thế giới sống

- Việc xác định được cấu trúc bậc I là cơ sở để tổng hợp nhân tạo protein bằng phương pháp hoá học hoặc bằng kỹ thuật của công nghệ sinh học

2.2.2 Cấu trúc bậc II

Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở gần nhau trong mạch polypeptide Đó là sự sắp xếp đều đặn hay xoắn gọn lại của các chuỗi polypeptide trong không gian tạo nên những đoạn có cấu trúc kiểu xoắn α (được xác định là thứ nhất) và cấu trúc gấp nếp β (được xác định là thứ hai)

Sự ổn định cấu trúc được cố định bởi các liên kết hydro giữa những amino acid

ở gần nhau Nếp gấp β khác nhiều so với nếp gấp α Một chuỗi polypeptide trong nếp gấp β gọi là một dây (sợi) hầu như được duỗi ra hoàn toàn chứ không cuộn chặt như trong xoắn α Dạng nếp gấp β được ổn định nhờ các liên kiết di sulfid (-S-S-) được hình thành từ 2 nhóm Sulfuahydryl (-SH) của 2 amino acid Cys khi chúng ở gần nhau trong không gian

Một sai khác là nếp gấp β được làm ổn định bởi các liên kết hydrogen giữa các nhóm CO và NH trong các sợi polypeptide khác nhau, trong khi đó ở xoắn α, liên kết hydrogen là giữa các nhóm NH và CO trong cùng một sợi Những chuỗi kế cận trong nếp gấp β có thể chạy cùng một hướng (nếp β song song) hoặc các hướng đối nghịch (nếp β đối song song)

Hình 1.8 : Ví dụ cấu trúc xoắn alpha A: mô hình giản lược; B: mô hình phân

tử; C: nhìn từ đỉnh; D: mô hình không gian

Hình 1.9 : Cấu trúc nếp gấp beta (các mũi tên chỉ hướng chuỗi amino acid)

Các protein sợi (có trong lông, tóc, móng, sừng) như keratin, collagen gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein cầu có nhiều nếp gấp β hơn Tuy nhiên, gấp β là một cấu trúc có trong nhiều protein hơn xoắn α

2.2.3 Cấu trúc bậc III

Là cách sắp xếp gọn lại trong không gian của chuỗi peptid khi đã có cấu trúc bậc II Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein

Hình 1.10 Cấu trúc bậc III của myoglobin

Cấu trúc bậc III của protein được ổn định là nhờ liên kết disulfid và một loạt các liên kết phụ, nhưng chủ yếu là nhờ các liên kết phụ, có lực nối yếu và có mặt khắp nơi trong phân tử protein Đó là:

- Liên kết hydro >N…H…N< Đây là liên kết xuất hiện trong trường hợp chất có hiện tượng phân cực, giữa hai nhóm mang điện tích âm có khoảng cách

từ 2-3A0 có hydro ở giữa

- Liên kết của các nhóm kỵ nước (nhóm không ưa nước, chỉ chứa C, H như Val, Leu ) nhóm này có tính đẩy nước và bị nước đẩy, trong dung dịch keo khi chúng gần nhau sẽ tạo thành một đám tạo nên lực liên kết

- Lực Vanderval (lực hấp dẫn vi mô): Là lực nối xuất hiện giữa các nhóm phân tử khi chúng nằm gần nhau trong một khoảng cách bằng 1,5 – 2 lần đường kính phân tử

- Liên kết ion xuất hiện giữa các amino acid còn dư nhóm carboxyl COOH) và nhóm amin (-NH2) trong dung dịch chúng phân li thành COO- và NH3+

( Liên kết peptide xuất hiện giữa các amino acid con dư nhóm ( COOH

và -NH2 khi chúng ở gần nhau (số lượng liên kết này cũng rất ít)

Đặc điểm của các liên kết này là năng lượng liên kết thấp, nó là liên kết yếu nhưng nó có mặt ở khắp nơi trong phân tử protein nên tác dụng ổn định cấu trúc của nó là rất lớn, đồng thời do yếu nên dễ chịu ảnh hưởng của môi trường (t0, pH)

Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide Chẳng hạn nhóm -R của Cysteine có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử Các liên kết yếu hơn như liên kết hydro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu

Trong cấu trúc bậc 3, điều có ý nghĩa quyết định đối với hoạt tính của protein là thông qua việc hình thành cấu trúc bậc 3 trong phân tử protein hình thành nên các trung tâm hoạt động (nơi diễn ra các phản ứng hóa sinh)

Trung tâm hoạt động được hình thành từ một số aa nằm xa nhau trên chuỗi peptid, do có cấu trúc bậc 3 mà chúng gần nhau trong không gian để phối hợp thực hiện chức năng của protein Các gốc amino acid thường tham gia vào trung tâm hoạt động là Cys với nhóm –SH; Ser, Tyr, Tre với nhóm –OH; Lys, Arg với nhóm –NH2; Glu, Asp với –COOH; His với nhóm imidazon Những yếu

tố ảnh hưởng tới trung tâm hoạt động là những yếu tố ảnh hưởng tới các liên kết trong cấu trúc bậc 3, từ đó ảnh hưởng tới hoạt tính protein Trong cơ thể động vật, các yếu tố đó là nhiệt độ và độ pH, là những điều kiện tối ưu của protein chức năng

2.2.4 Cấu trúc bậc bốn

Là cách tập hợp, kết hợp với nhau của một số tiểu phần protein đã có cấu trúc bậc 3 tạo nên những tổ hợp phức tạp và qua đó tạo cho phân tử protein có

Phosphorylase b (dime)

Phosphorylase a (tetrame)

đặc tính mới Mỗi một chuỗi polypeptide đó được gọi là một tiểu đơn vị (subunit), chúng gắn với nhau nhờ các liên kết hydrogen, tương tác Vanderval giữa các nhóm phân bố trên bề mặt của các tiểu đơn vị để làm bền cấu trúc bậc

IV Ví dụ: Hb có 4 tiểu phần liên kết với nhau bằng cấu trúc bậc 4 theo hình tứ diện đều

Hình 1.11 Cấu trúc bậc IV của hemoglobin (hemoglobin là protein có 4 chuỗi polypeptide gồm 2 chuỗi α và 2 chuỗi β)

Phân tử Phosphorylase thực hiện phản ứng phân giải glycogen thành gluco trong chuyển hóa đường, khi ở trạng thái dime (dạng phosphorylase b) chúng không hoạt lực, khi chuyển sang dạng Tetrame (dạng phosphorylase-a) thì chúng có hoạt lực

Cấu trúc bậc 4 có ý nghĩa rất quan trọng, đây chính là cách điều hòa hoạt tính của protein đồng thời cũng tiết kiệm được nguyên liệu

3 Đặc tính lý hóa của protein

3.1 Protein tồn tại trong sinh vật ở trạng thái keo

Môi trường trạng thái keo của protein là nước Tiêu chuẩn của hệ keo phụ thuộc vào kích thước hạt hòa tan (1-150μm) Đặc tính của hệ keo là vừa có tính

lỏng (tốc độ phản ứng như môi trường lỏng) vừa có đặc tính rắn (có hình thể nhất định)

Protein là keo ưa nước vì protein mang những nhóm ưa nước (NH2, COOH, -OH) Keo protein có đặc tính điển hình của keo ưa nước như gây áp suất thẩm thấu thấp, khả năng khuếch tán ít; độ nhớt cao; khả năng hấp phụ các chất cao, vì nó có cấu trúc phức tạp, diện tích tiếp xúc với môi trường so với khối lượng rất lớn nên protein có đặc tính này Các chất mà protein hấp thụ có thể là ở thể hơi, lỏng, rắn, chúng được liên kết với phân tử protein theo nhiều kiểu liên kết, liên kết này có thể bền nếu là liên kết hóa học hoặc không bền nếu

-là liên kết do sự hấp dẫn phân tử hoặc tĩnh điện Điểm đáng chủ ý -là hiện tượng hấp phụ của protein không hỗn loạn mà có tính đặc trưng rõ rệt mà điển hình là các phản ứng huyết thanh miễn dịch (kháng thể chỉ kết hợp với kháng nguyên tương ứng)

Hiện tượng trương nở của protein cũng có bản chất là hiện tượng hấp phụ, chất hấp phụ ở đây là nước (protein khô có thể hấp phụ tới 50% khối lượng nước so với bản thân của chúng) và có khả năng khuếch tán ánh sáng, khi có ánh sáng đi qua dung dịch protein ta thấy được các tia khuếch tán, hiện tượng này gọi là hiện tượng tin đan

3.2 Lưỡng tính và điểm đẳng điện

Keo protein là keo ở trạng thái mang điện, có thể dương hoặc âm Điện tích trong hạt keo là điện tích phân ly của các gốc amino acid dư nhóm carboxyl, nhóm amin Điện tích dương hay âm phụ thuộc vào số lượng của các nhóm -COO- và NH3+ trong phân tử protein Sự phân ly này còn phụ thuộc vào pH môi trường Trị số pH môi trường làm cho trị số phân ly của các gốc đó tiến tới bằng nhau để điện tích trượt tiêu thì giá trị pH đó gọi là điểm đẳng điện, ký hiệu là pI Tại điểm đẳng điện hạt keo protein không bền, vì nó mất một yếu tố là sức đẩy tĩnh điện Điểm đẳng điện của đa số protein là nằm ở dưới 7, phía acid Ví dụ: pI của cazein là 4.7, albumin là 4.8, globulin là 5.4

3.3 Hiện tượng mất nguyên tính và sa lắng

Protein tồn tại ổn định trong môi trường nhất định, khi môi trường thay đổi (pH và t0) làm ảnh hưởng tới cấu trúc bậc 3, tới điện tích, sẽ làm thay đổi tính chất của protein như khả năng xúc tác của các enzyme bị giảm sút hoặc mất hẳn, trường hợp đó gọi là trường hợp mất nguyên tính

Khi tác động của những yếu tố môi trường không sâu sắc hoặc quá nhanh thì phân tử protein có thể trở lại trạng thái ban đầu (hoàn nguyên - khôi phục lại nguyên tính) Nếu tác động của các yếu tố môi trường kéo dài và mạnh thì phân

tử protein bị biến đổi cấu trúc mà phổ biến là cấu trúc bậc 3 hoàn toàn rối loạn, lúc đó một số thuộc tính của trạng thái keo bị mất như khả năng có điện tích, khả năng thủy hóa và các phân tử protein bị tụ lại với nhau kết tủa và sa lắng

3.4 Tính đặc trưng sinh học

Đây là sự khác nhau của các protein về mặt cấu trúc (trước hết là bậc 1)

và chức năng như tính đặc hiệu của enzyme, hiện tượng choáng do việc truyền máu, hiện tượng không dung hòa khi vá da hoặc cấy ghép mô Các loại phản ứng này rất tinh vi và phức tạp Tính đặc trưng sinh học này được di truyền chặt chẽ qua acid nucleic

4 Phân loại protein

Chưa có một cách phân loại nào phản ảnh tết nhất bản chất và số lượng của nhóm chất hữu cơ quan trọng này Ngày nay, người ta có thể phân loại protein theo các cơ sở sau đây:

 Dựa vào hình dạng của protein:

Dựa và hình dạng của protein người ta tạm phân hình thể protein thành hai dạng: dạng cầu và dạng sợi

- Protein dạng cầu

Protein dạng cầu là loại protein mà phân tử của nó thường cuộn lại thành vòng, thành búi, gần tròn hoặc bầu dục Điển hình của dạng protein này là: Albumin, globulin ở trong, sữa, huyết thanh, enzyme pepsin, dịch vị Loại này thường hoà tan trong nước

- Protein dạng sợi

Protein loại này với mạch peptid không cuộn rõ, chỉ gấp nếp dọc chuỗi, nên nói chung có chiều dài rõ rệt Điển hình của dạng protein này là: fibroin ở tơ tằm, miosin ở sợi cơ, colagen và elastin ở da và gân Đặc tính của loại này là không hoà tan trong nước và có khả năng co giãn ở một chừng mực nào đó

 Dựa vào chức năng của protein

- Protein co giãn cơ (actin, miosin của cơ)

- Protein dự trữ (Femtin ở gan dự trữ sắt)

- Protein men trao đổi chất (Pepsin dạ dày thuỷ phân protein)

- Protein hormon (Insulin, vasopressin)

- Protein kháng thể

- Protein độc tố

- Protein có chức năng đặc biệt (Hemoglobin mang oxygen, rodopsin trong quá trình thị giác, virus)

 Dựa vào giá trị dinh dưỡng của protein

Các nhà sinh vật học lại dựa vào giá trị dinh dưỡng hay tầm quan trọng của protein đối với sự sống để phân loại protein Theo quan điểm này protein chia làm 2 loại:

- Protein có giá trị dinh dưỡng không hoàn toàn

Đó là những protein chứa không đầy đủ hoặc đầy đủ nhưng tỷ lệ không cân đối các acid amin thiết yếu Loại này thường là các protein thực vật

- Protein có giá trị dinh dưỡng hoàn toàn

Đó là những protein chứa đầy đủ với tỷ lệ cân đối các acid amin thiết yếu Loại này thường là các protein động vật như trứng, sữa, thịt

 Dựa vào cấu tạo hoá học của protein

- Protein đơn giản

Đấy là những protein khi bị thuỷ phân hoàn toàn sẽ cho ta các acid amin Các đại diện chính của lớp này là albumin và globulin (là hai loại protein dạng cầu rất phổ biến trong cấu tạo của mô bào động vật và thực vật Thành phần gồm hoàn toàn các acid amin trong đó tỷ lệ acid amin có tính acid khá cao)

n Amino acid Protein protease

5 Chuyển hóa phân tử protein

5.1 Sự phân giải phân tử protein

Thủy phân là con đường phân giải protein phổ biến ở thực vật và động vật Quá trình thủy phân protein xảy ra tại lysosome, nơi chứa nhiều enzyme thủy phân protein là protease Quá trình thủy phân xảy ra qua 2 giai đoạn

- Nhờ peptid-peptido hydrolase, protein bị thủy phân thành các đoạn peptid ngắn

- Nhờ peptid-hydrolase thủy phân tiếp các peptid thành amino acid Kết quả chung là :

5.2 Các đường hướng chuyển hóa chung của amino acid

Amino acid bị phân giải bằng con đường khác nhau

+ Khử amine: Bằng nhiều con đường khác nhau, các amino acid bị khử nhóm amine tạo ra các sản phẩm tương ứng

Khử amin bằng các enzyme khử Nhờ enzyme khử xúc tác, amino acid bị khử thành acid tương ứng và giải phóng NH3

Khử amin bằng con đường thủy phân :

Khử amin bằng con đường oxy hóa

2 OH

R – CH – COOH + O

2  R – C – COOH + NH

3 NH

2 O

(3)

Ty lạp thể (mitochondria)

Tế bào chất (cytosol)

Pi (2)

H2N – C – NH2O Ure

H2N – C – NH2O

Carbamoyl phosphat

-NH3+

H2O

+ Phản ứng khử carboxyl: Phản ứng tạo các amin hữu cơ:

Phản ứng khử carboxyl là cơ chế tổng hợp một loạt hợp chất hữu cơ có hoạt tính sinh học

5.3 Chu trình ure (ORNITHIN)

Ở động vật có xương sống bao gồm cả loài có vú, chất cặn bã nitơ là urea được tổng hợp ở gan và được bài tiết qua nước tiểu và mô hôi và các dịch khác Trong tế bào gan NH4

+ được biến đổi thành urea qua chu trình urea Chu trình này được xác lập từ năm 1932 bởi Hans Krebs và Kurt Henseleit

Chuỗi phản ứng tạo ure gọi là chu trình ornithin, xảy ra một phần ở ty lạp thể và một phần ở tế bào chất, vòng này được hoàn thành nhờ có sự tham gia của 5 enzyme:

(1)Carbamoyl phospphat-synthetase

(2) Ornitin transcarbamoylase

(3) Argino succinat synthetase

(4) Argino succinase (5) Arginase

Hình 1.12 Chu trình ure (ornithin)

CHƯƠNG II LIPID VÀ SỰ CHUYỂN HÓA PHÂN TỬ LIPID

mà mỗi lipid hoà tan trong dung môi tương ứng của mình, nhờ đặc tính này người ta có thể phân tích riêng từng loại

Mục tiêu:

- Nắm vững các kiến thức về cấu tạo, vai trò và tính chất của lipid

- Phân tích được quá trình chuyển hóa lipid trong cơ thể sống

- Xác định được các tính chất đặc trưng của lipid

Lipid rất phổ biến ở động vật cũng như ở thực vật và tồn tại dưới 2 dạng

mỡ nguyên sinh chất (dạng liên kết) và dạng dự trữ (dạng tự do)

- Mỡ nguyên sinh chất: là thành phần của màng tế bào cũng như các bào quan khác Ví dụ: ty thể, lạp thể dạng này không bị biến đổi ngay cả khi con người bị bệnh béo phì hoặc bị đói

- Dạng dự trữ (dạng tự do) có tác dụng cung cấp năng lượng cho cơ thể, bảo vệ các nội quan, là dung môi cần thiết cho một số chất khác

Căn cứ vào thành phần hoá học người ta chia lipid ra làm 2 loại:

- Lớp lipid đơn giản: là những ester của alcol và acid béo, trong phân tử chỉ chứa C, H, O

- Lớp lipid phức tạp: ngoài alcol và acid béo còn có chứa các dẫn xuất phospho, sulfua nghĩa là ngoài C, H, O còn có một số nguyên tố khác như

N, P, S

1.2 Vai trò của lipid

Lipid đối với cơ thể sinh vật có nhiều ý nghĩa quan trọng

- Chức năng dự trữ năng lượng: Lipid là chất dự trữ năng lượng, tiết kiệm thể tích nhất, khi oxi hóa 1 gam mỡ cơ thể thu được 9,3 Kcal Đem so với lượng cảm của một gam đường hoặc protein (4,l Kcal/1gram) Cung cấp lượng năng lượng rất cao cho cơ thể, gấp 2,5 lần so với protein Nhu cầu năng lượng hàng ngày của động vật do mỡ cung cấp khoảng 30-40% hoặc hơn nữa tùy loài động vật và trạng thái sinh lý của cơ thể

- Tham gia vào cấu trúc cơ thể (màng tế bào, nhân tế bào) Chức năng quan trọng nhất của lipid là cấu tạo màng tế bào (màng sinh học) Trong màng sinh học lipid ở trạng thái liên kết với protein tạo thành hợp chất lipoproteid Chính nhờ tính chất của hợp chất này đã tạo cho màng sinh vật có được tính thẩm thấu chọn lọc, tính cách điện Đó là những thuộc tính hết sức quan trọng của tế bào sinh vật, màng các cơ quan tử của nó

- Cung cấp các acid béo quan trọng cho cơ thể, điều hòa hoạt động cho cơ thể (nội tiết tố, chất béo nội tạng…) Một acid béo rất cần thiết mà cơ thể không

tự tổng hợp được mà cần phải cung cấp cho cơ thể là linoleic acid Thiếu chất này da bị viêm và khô, bong vẩy, sự tăng trưởng cơ thể giảm

- Chức năng dung môi hoà tan vitamine Lipid là dung môi hoà tan nhiều loại vitamine quan trọng như vitamine A, D, K, E (nhóm vitamine hòa tan trong lipid) Vì thế, nếu khẩu phần thiếu lipid lâu ngày thì động vật dễ mắc bệnh thiếu vitamine kể trên

- Làm cofactor trợ giúp hoạt động xúc tác của enzyme, chất vận chuyển điện tử, là sắc tố hấp thu ánh sáng, yếu tố nhũ hóa, hormone và các chất vận chuyển thông tin nội bào

- Chức năng bảo vệ cơ học Lipid dưới da của động vật có tác dụng gối đệm

và giữ ấm cho cơ thể nhờ tính êm, dẫn nhiệt kém Bảo vệ trước tác dụng cơ học

- Chức năng cung cấp nước nội sinh Đối với loài động vật ngủ đông, động vật di cư, các loại sâu kén lipid còn là nguồn cung cấp nước, vì khi oxi hóa l00g mỡ thì có l07g nước được sinh ra

- Đối với cơ thể 4% sức nặng cơ thể là chất béo, chúng có mặt hầu hết trong các bộ phận của cơ thể, cơ bắp, thần kinh trung ương

Ngoài ra, lipid còn có thể liên kết với nhiều chất đơn giản khác thành những phức hợp có tính chất sinh học khác nhau Những phức hợp ấy giữ vai trò quan trọng trong các hoạt động về thần kinh và bắp thịt

2 Thành phần cấu tạo của lipid

Về mặt hoá học lipid là những ester giữa alcol và acid béo

Hình 2.1 Cấu tạo lipid

Acid béo là thành phần không thể thiếu của tất cả lipid, là đơn vị cấu tạo của lipid Đã phát hiên hơn 70 acid béo có từ 14-22 C (có số carbon chẵn), nhiều nhất là loại có 16C, 18C, 20C Acid béo thường gặp là những acid béo có số carbon chẵn, mạch thẳng, có thể no hay không no

Tùy theo thành phần acid béo và rượu mà có các lipid khác nhau Ở thực vật, khả năng tổng hợp acid béo thường phong phú hơn ở động vật, nhất là một số acid béo giữ vai trò quan trọng như:

- Acid linoleic (18C có 2 liên kết kép) C18H32O2:

CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2–CH=CH-CH2–CH=CH-(CH2)3–COOH

Những loại acid béo này đối với cơ thể động vật gọi là “lipid cần thiết” và còn được gọi là vitamine F, chúng có tác dụng quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển mô bào, giúp cho quá trình phân bào

Ở nhiệt độ phòng, lipid động vật (mỡ), thường ở trạng thái rắn (mỡ bò,

mỡ cừu ) Lipid loại này chứa chủ yếu các gốc acid béo no Một số ít lipid động vật ở trạng thái lỏng (dầu cá ), do thành phần gốc acid béo không no tăng lên

Lipid thực vật (dầu thực vật) hầu hết ở trạng thái lỏng (dầu lạc, dầu dừa )

do chứa chủ yếu gốc acid béo không no

3 Phân loại và các tính chất của lipid

3.1 Lipid đơn giản

 Glycerid

Là ester của rượu glycerol và acid béo bậc cao, là mỡ dự trữ phổ biến ở động vật và thực vật

Hình 2.2 Cấu tạo glycerid

Trong glycerid nếu có 1 gốc R ta gọi là monoglycerid, nếu có 2 gốc R ta gọi diglycerid, và 3 gốc R-triglycerid R1, R2, R3 là mạch carbon của các acid tương ứng Các acid này có thể giống hoặc khác nhau Trong tự nhiên thường là

ở dạng triglycerid, dạng mono và diglycerid thì ít hơn nhiều Dạng triglycerid

“đơn” rất ít, chủ yếu là dạng “hỗn tạp” Các R1,R2 và R3 thường là khác nhau

Các nguyên tử carbon của glycerol được đánh số 1,2,3 theo thứ tự từ trên xuống dưới Các liên kết ester ở C1 và C3 cũng gọi là liên kết ester α (hoặc α và α’), còn liên kết C2 gọi là liên kết ester β

Số lượng gốc R (khác nhau) rất lớn, do đó nếu tại các vị trí α, α’, β ta lần lượt thay thế các gốc R khác nhau, ta sẽ có số lượng các đồng phân triglycerid

α’ CH 2 O – CO – R 3

khá lớn Ví dụ: nếu có 5 gốc R khác nhau tham gia cấu tạo triglycerid thì ta thu được 75 dạng cấu tạo triglycerid khác nhau

Ngoài ra, triglycerid còn có các dạng đồng phân L và D, triglycerid chất béo tự nhiên có dạng L

Như vậy, chất béo tự nhiên là một hỗn hợp cực kỳ phức tạp, đa dạng của các triglycerid đơn và phức Tuy nhiên, trong thành phần chất béo tự nhiên ngoài triglycerid, còn có các acid béo tự do, photphatid, sterin, carotenoit, vitamine… (cần lưu ý rằng triglycerid tự nhiên thuộc dãy L) Ví dụ: trong dầu thực vật ta thấy hàm lượng glycerid thường 95-96%, acid béo tự do 1-2%, photphatide 1-2%, sterin 0,3-0,5%, và ngay cả carotenoid và các vitamine cũng

có mặt với một lượng rất nhỏ

 Sáp (cerid)

Cerid là những ester của rượu và acid béo, có ở động thực vật Ở thực vật sáp tạo thành lớp mỏng bao phủ lấy thân, lá, quả Lớp sáp bao phủ ở quả giữ cho chúng khỏi bị thấm nước vào, khỏi bị khô và khỏi bị vi sinh vật làm hại Khi lớp sáp trên bề mặt quả bị vi phạm, quả dễ bị hỏng trong quá trình bảo quản

Ở nhiệt độ thường sáp ở thể rắn, không tan trong nước, ít tan trong rượu, nhưng tan trong dung môi hữu cơ Nhiệt độ nóng chảy từ 83 – 90ºC Sáp được ứng dụng rộng rãi để làm nến, sáp bôi và các thuốc cao, đại diện đáng chú ý là sáp có ở động vật như sáp ong, lông cừu (lalonin)

Sáp ong bảo vệ ấu trùng ong phát triển bình thường và bảo vệ cho ong khỏi bị hư hỏng Lalonin giữ cho lông cừu khỏi bị thấm ướt Lalonin được dùng nhiều trong y học và trong công nghệ mỹ phẩm

Ngoài ra, sáp ong và sáp cá voi còn có rượu tự do, acid béo tự do và hydrocarbon

- Lanolin (sáp len)

Lanolin là hỗn hợp nhiều ester của acid béo và rượu Loại chất này có nhiều ở lông cừu lanolin dễ ngấm nước thành chất quánh nhuyễn dùng trong kỹ nghệ nước hoa, xà phòng, vật liệu cách điện, sơn, làm khuôn in, bút chì, phục hồi các bức tranh

Trong các thành phần của sáp, ngoài các ester của alcol với acid béo phân

tử lớn, còn có các hydrocarbon, acid béo tự do và alcol phân tử lớn tự do

Sáp cũng được tìm thấy trong than đá, than bùn, gọi là sáp khoáng Sáp khoáng có chứa acid montanic và ester của nó

So với mỡ trung tính, tất cả các sáp đều bền hơn dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt, các chất oxi hóa và các yếu tố khác Ngoài ra, sáp cũng khó bị thủy phân, do đó dễ dàng bảo quản trong thời gian dài

 Sterid

Là ester của rượu sterol và acid béo Sterol tiêu biểu là cholesterol, acid mật Sterol có thể chuyển hóa thành các chất điều hòa sinh học khác nhau (các hormone sinh dục, hormone corticoid, vitamine D, dẫn suất acid mật ) và tham gia tạo thành màng tế bào Acid béo thường là palmitic, oleic, ricinoleic

Sterid cũng như sterol, là chất rắn không màu, không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ như ete, chlorofooc…

Các sterid có thể bị thủy phân dưới tác dụng của kiềm hoặc enzyme tương ứng Sterol bền với các yếu tố thủy phân

Các sterid quan trọng ở động vật gồm các sterol mà tiêu biểu là cholesterol và các dẫn xuất acid mật, muối mật, vitamine D, các hormone steroid

3.2 Lipid phức tạp

Là ester của rượu đa chức với các acid béo bậc cao và có thêm thành phần phụ như gốc acid phosphoric, base có nitơ…

Tùy theo gốc rượu tham gia trong thành phần, người ta chia phospho-lipid

ra 3 nhóm lớn:

- Glycerophospholipid (rượu là glycerin) hay phosphoglycerid hoặc photphatit

- Inozitphospholipid (rượu là Inozit)

- Sphingophospholipid (rượu là Sfingozin)

 Glycerophospholipid (phosphatid)

Ở vị trí C3 của glycerol, nhóm –OH bị ester hóa với acid phosphoric, do

đó hợp chất này còn gọi là phosphatidat hoặc diaxyglycerol, có công thức cấu tạo chung của glycerophospholipid như sau:

Phosphattidat Dẫn xuất của Phosphattidat

Hình 2.3 Công thức cấu tạo glycerophospholipid

Glycerophospholipid là diester của phosphoric acid Một phía phosphoric acid liên kết với glycerol, phía kia liên kết với X Tùy cấu tạo của X ta có các loại glycerophospholipid khác nhau

Tên gọi Các loại X Công thức cấu tạo X

Hình 2.4 Một số loại glycerophospholipid

Các gốc acid béo thường gặp trong phosphatidat là acid palmitic, stearic

và các acid béo không no khác

Gốc acid phosphoric của phosphatidat có thể phản ứng với nhóm hydroxyl (-OH) của các chất khác như serin, etanolamin, cholin, glycerol, inozynto tạo thành dẫn xuất tương ứng Phần lớn các phosphoglycerid gặp trong tự nhiên là dẫn xuất của phosphatidat và cũng thường được gọi là phosphatid

 Glyceroglycolipid

Glycolipid là lipid phức tạp không chứa phospho, trong thành phần của chúng có chứa hexose, thường là galactose hay các dẫn xuất của galactose, đôi khi là glucose Thuộc nhóm này có monogalactosyldiacylglycerid (MGDG), Digalactosyldiacylglycerid (DGDG) và Sulfoglucosylglycerid (sulfolipid) khá

phổ biến trong lục lạp và các thành phần khác của tế bào ở lá Vai trò chất này chưa rõ, nhưng người ta cho rằng các galactosylglycerid có vài trò quan trọng trong trao đổi chất

Hình 2.5 Một số loại glyceroglycolipid

 Sphingolipid

Là những lipid phức tạp không chứa phospho, trong thành phần có cấu tử glucid, thường là galactose hoặc các dẫn xuất của galactose (N- Acetyl galactozamin) Gồm 2 nhóm:

- Cerebroside: Được tạo nên từ amin rượu 2 nguyên tử chưa no sphingosine, acid béo và galacactose Các cerebroside khác nhau bởi gốc R Trong phân tử cerebroside rượu sphingosine liên kết với acid béo bằng liên kết peptide, với galactose (X) bằng liên kết glucosidic

Các cerebroside khác nhau về thành phần acid béo, có nhiều trong mô thần kinh, hồng cầu, bạch cầu, tinh trùng…

Các chất điển hình của cerebroside như cerebron (frenozin), keratin, nervon Ở não, người ta phát hiện cerebroside có chứa lưu huỳnh

- Ganglyoside: là những glycolipid cao phân tử phức tạp nhất, gồm acid béo (thường là stearic), sphingosine, galactose, glucose galactosamin và acid neuraminic Trong thiên nhiên, neuraminic thường có ở dạng N-acetyl và N-glycosyl Cấu tạo giống cerebroside nhưng X là phức hợp oligosaccharide

Hình 2.6 Công thức cấu tạo Ganglyoside

Ganglyoside có vai trò đảm bảo chức năng bình thường của hệ thần kinh

4 Chuyển hóa lipid

Dưới tác dụng của lipase, các lipid bị thủy phân thành các glycerin, acid béo, và một số thành phần khác tham gia cấu tạo nên lipid

4.1 Chuyển hóa glycerin

4.1.1 Sự phân giải glycerin

Glycerin được biến đổi thành glycerol 3P nhờ xúc tác của enzyme glycerol kinase, sau đó bị oxi hóa thành glyceraldehit 3P Sự phân giải này theo

2 chiều hướng, tiếp tục bị oxi hóa trong phản ứng đường phân và chu trình Krebs để biến hoàn toàn thành CO2, và H2O và năng lượng, hoặc bằng các phản ứng ngược với đường phân để tổng hợp nên saccharide hoặc sẽ đi theo con đường lên men lactic

Để tham gia vào quá trình tổng hợp chất béo, glycerol ở dạng glycerophosphate Glycerophosphate được tạo ra từ quá trình đường phân Quá trình phân giải và tổng hợp glycerin được hình thành theo sơ đồ sau: