Các đại phân tử sinh học

Đặc điểm của các đại phân tử:Hình thành từ những phân tử nhỏ cùng loại monomer, liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị Có khối lượng phân tử lớn, phổ biến, có mặt trong mọi tế bào

Chương 2 CÁC ĐẠI PHÂN

TỬ SINH HỌC

Đặc điểm của các đại phân tử:

Hình thành từ những phân tử nhỏ cùng loại (monomer), liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị

Có khối lượng phân tử lớn, phổ biến, có mặt trong mọi tế bào và cơ thể sống, đóng vai trò quan trọng trong mọi hoạt động sống của cơ thể

Mỗi phân tử có một chức năng nhất định và sự tương tác với nhau

Thường xuyên biến đổi, tổng hợp lại mới từ những tiểu phân tử, phân giải thành các tiểu phân tử, vận chuyển đến

cơ quan khác, rồi có thể lại được tổng hợp mới lại

Các đại phân tử sinh học

Axit Nucleic

Protein

Lipit

Polysaccarit

1 NUCLEIC ACID1.1 Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền :

a. Thí nghiệm của Griffith: TN phát hiện hiện tượng biến nạp

của phế cầu khuẩn Streptococcus pneumoniae gây bệnh viêm phổi ở người và làm cho chuột chết do Frederick Griffith, người Anh, tiến hành vào năm 1928.

Phế cầu khuẩn có 2 dạng:

• Dạng S (khuẩn lạc nhẵn): có vỏ bao tế bào bằng

polysaccharit -> cản trở bạch cầu phá vỡ tế bào vi khuẩn -> chuột chết

cả vi khuẩn S và R

-> một nhân tố nào đó của chủng S đã truyền sang chủng R

và nhờ protein còn sống của R hoạt hoá tạo ra thể vi khuẩn S và gây bệnh làm chuột chết

Năm 1944, Oswald Avery và 2 đồng nghiệp khác là Colin MacLeod và Maclyn McCarty đã xác định tác nhân gây biến nạp chính là DNA

Sau khi xử lí vi khuẩn S sống bằng protease- enzyme phân huỷ protein, hoặc bằng RNase-enzyme phân huỷ RNA -> khả năng biến nạp vẫn còn

Xử lí bằng DNase - enzyme phân huỷ DNA -> hoạt tính biến nạp không còn -> chứng tỏ DNA chính là

nhân tố gây biến nạp

1.1 Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền

a Thí nghiệm của Griffith:

Thí nghiệm của Griffith (1928)

Thí nghiệm nghiên cứu sự xâm nhiễm của DNA thực khuẩn thể (bacteriophage) vào tế bào vi khuẩn thông qua phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ S35 và P32 của Alfred Hershey và Martha Chase tiến hành vào năm 1952 chứng minh khi thực khuẩn thể xâm nhập vào tế bào vi khuẩn thì chỉ có DNA được đưa vào trong tế bào vi khuẩn còn protein của thực khuẩn thể vẫn nằm bên ngoài tế bào vi khuẩn

Ngày nay người ta đã khẳng định ở đâu có DNA (một ít trường hợp là RNA) thì ở đó chứa gen mang thông tin di truyền qui định và có thể tạo thành tính trạng

1.1 Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền

b Thí nghiệm của Hershey và Chase (1953)

Thí nghiệm của Hershey và Chase (1953)

Cấu trúc và chu trình sống của phage T2

1 AXIT NUCLEIC

1.1 Cấu trúc axit Nucleic:

Axit Nucleic là vật chất mang

thông tin di truyền, có cấu tạo là

một polymer với monomer là

các nucleotit Axit Nucleic gồm

hai loại là ARN và ADN.

Nucleotit:Là cấu trúc cơ bản

của axit Nucleic Một Nucleotit

gồm 3 thành phần:

• Nhóm photphat

• Đường pentô (5C)

• Bazơ nitơ.

1 AXIT NUCLEIC

Bazơ nitơ gồm hai nhóm:

• Nhóm Purin: gồm Adenine (A),

Guanine (G)

• Nhóm Pyrimidin: gồm Thymine

(T), Cytosine (C) và Uracil (U)

Các Nucleotit khác nhau chỉ khác

nhau ở nhóm bazơ nitơ, do đó có 5

loại Nucleotit sẽ mang tên của 5

loại bazơ nitơ

Trong phân tử axit Nucleic, các

Nucleotit nằm kề nhau liên kết với

nhau bằng liên kết photphodiester

tạo thành chuỗi dài Trình tự chính

xác của các bazơ trong ADN và

ARN đặc trưng cho thông tin di

truyền của tế bào và cơ thể.

Bazơ nitơ:

1 AXIT NUCLEIC

1.2 ADN (Axit Deoxyribonucleic)

Ptử ADN là một chuỗi xoắn kép,

gồm hai sợi đơn Mỗi sợi đơn là

một chuỗi nucleotit Có 4 loại

Nucleotit: A, T, G, C

Hai sợi đơn lk với nhau bằng

liên kết hydro theo nguyên tắc

bổ sung: A – T =2 lk H2, G - C =

3 lk H2.

Mỗi sợi đơn có một trình tự định

hướng: một đầu 5’ mang nhóm

photphat tự do, một đầu 3’

mang nhóm OH tự do (quy ước

là 5’ ->3’).

Hai sợi đơnhướng đối song

song và ngược chiều nhau Mỗi

mạch đơn (ssDNA) mang trình

tự các bazơ khác nhau-> mang

thông tin di truyền khác nhau

Chuỗi xoắn kép DNA

1 AXIT NUCLEIC

1.2 ADN (Axit Deoxyribonucleic)

Biến tính: là khả năng sợi kép DNA trong điều kiện nhiệt độ cao gần điểm sôi hoặc

pH < 3 hay trên 10 có thể sẽ tách rời thành 2 sợi đơn

Hồi tính: Sau khi DNA bị biến tính, nếu điều kiện trên quay lại trạng thái ban đầu một cách từ từ thì 2 sợi đơn này lại có thể ghép bổ sung thành sợi kép ban đầu (hồi tính)

Ứng dụng:lai DNA và PCR

 Cấu trúc ADN của sinh vật Eucaryota:

Dạng mạch thẳng (Prokaryota: mạch vòng)

ADN kết hợp chặt chẽ với Pr histone.

Nén chặt trong nhân ở nhiếu mức độ: nucleosome -> NST

ADN gồm những trình tự mã hóa (exon) xen kẽ với những TT ko mã hóa (intron) Tùy mức độ hiện diện trong nhân - Chia 3 loại

• Các TT lặp lại nhiều lần: chiếm 10-15% genome Là những TT AND ngắn (10-200kb), ko mã hóa, tập trung ở những vùng chuyên biệt/NST (tâm động, đầu mút NST)

• Các TT lặp lại TB: 25-40%, là những đoạn AND có kt lớn hơn

(100-1000kb) Không mã hóa hoặc mã hóa cho rARN, tARN, 5SARN

• Các TT duy nhất: là các gen mã hóa cho các Protein, có TT đặc trưng cho từng gen

1 AXIT NUCLEIC

1.2 ADN (Axit Deoxyribonucleic)

AXIT NUCLEIC

1.2 ADN (Axit Deoxyribonucleic)

 Vai trò của ADN:

ADN là nơi lưu trư các thông tin di truyền, tham gia vào cấu trúc nhiễm sắc thể

Có khả năng truyền đạt thông tin di truyền cho thế

hệ sau thông qua sự sao chép (tái bản) và phân ly trong phân bào

Có khả năng phiên mã tạo ra các phân tử ARN, từ

đó dịch mã để tạo nên các Protein đặc thù và tạo nên tính đa dạng của sinh vật

Cấu trúc NST:

1.3 ARN (Axit Ribonucleic)

Phân tử ARN có cấu trúc

tương tự như ADN, nhưng

khác biệt với ADN ở 3 điểm

Phân tử ARN là một

chuỗi đơn

Đường pentose của phân

tử ARN là đường ribose

Thymin được thay bằng

uracil trong phân tử

ARN.

 Các loại ARN: mARN,

1.3.1 ARN thông tin (mARN)

Chiếm 2 – 5%/tổng lượng ARN trong TB

Là bản sao TT của gen Có vai trò trung tâm chuyển TTDT

mã hóa trên phân tử ADN đến bộ máy giải mã để tổng hợp Pr tương ứng.

Kích thước sợi mARN thường dài, từ 900 – 1200 Nucleotit

Thời gian tồn tại trong tế bào rất ngắn

1.3.1 ARN thông tin (mARN)

SV nhân sơ: mARN là

bản sao nguyên vẹn của

gen, sau phiên mã được

sd ngay làm khuôn để

dịch mã tổng hợp Pr.

SV nhân chuẩn: mARN

sau phiên mã từ gen

trong nhân phải trải qua

1 quá trình hoàn thiện

trước khi ra tế bào chất

tham gia vào dịch mã:

gắn mũ m7G vào đầu 5’,

đuôi poly A vào đầu 3’

1.3.2 ARN vận chuyển (tARN)

Chiếm 10-15%/tổng ARN trong

TB

Là 1 mạch polynucleotit ngắn,

khoảng 75-95 Nucleotit

Cấu trúc dạng lá trẽ 3-4 nhánh

(do sợi đơn tự cuộn xoắn)

Một nhánh tiếp nhận aa: đầu

1.3.2 ARN vận chuyển (tARN)

1.2.3 ARN Ribosome (rARN)

Là thành phần chính của Rbx,

tgia vào QT giải mã

Chiếm 80%/tổng số ARN TB,

chủ yếu nằm ở TBC

Có cấu trúc mạch đơn với

nhiều khúc cuộn, chứa

Sơ đồ cấu trúc của ribosom

2 Protein

2.1 Cấu trúc, thành phần

Pr có chứa các nguyên tố: C, H, O,

N, P, S Là 1 đại phân tử, đơn

phân là các axit amin (aa)

Có hơn 20 loại aa khác nhau

Cấu tạo của 1 aa: 1 nguyên tử Cacbon ở trung tâm (C) liên kết với:

2 Protein2.1 Cấu trúc, thành phần (tiếp):

Nhóm trung tính kỵ nước: ở nhánh bên sẽ không mang điện tích

Nhóm trung tính phân cực: nhánh bên thường mang nhóm

OH

2 Protein

2.1 Cấu trúc, thành phần (tiếp):

Các aa lk với nhau bằng lk peptit: hình thành do sự kết hợp

nhóm amin của một aa nay với nhóm cacboxyl của aa kế tiếp-> giải phóng 1 ptu nước.

2 Protein

2.1 Cấu trúc, thành phần (tiếp):

Peptit: là một chuỗi nối tiếp nhiều

aa (< 30aa).

Polypeptit: số lượng aa lớn hơn

(>= 30 axit amin) Chuỗi

polypeptide có 2 aa ở 2 đầu tận

cùng: 1 đính nhóm NH2, 1 đính

gốc COOH  chiều tổng hợp: đầu

N -> đầu C

Protein: là 1 đv chức năng, cấu

trúc phức tạp trong không gian

Một protein đc ht từ 1 hoặc nhiều

trong chuỗi polypeptid

• Nối bằng liên kết cộng hóa

2 Protein

2.1 Cấu trúc, thành phần (tiếp):

 Các bậc cấu trúc của Protein:

Cấu trúc bậc II:

• Là sự uốn các phần của từng chuỗi

thành cấu trúc đều đặn trong

không gian theo kiểu dạng xoắn α

hay phiến gấp nếp β.

• Lk hydro đóng vai trò QT tạo nên

cấu trúc bậc hai.

• Yếu tố nào ảnh hưởng đến cấu

trúc bậc hai thì đều ảnh hưởng đến

hoạt tính và chức năng của

protein.

2 Protein

2.1 Cấu trúc, thành phần (tiếp):

 Các bậc cấu trúc của Protein:

Cấu trúc bậc III:

• Được ht do các chuỗi polypeptíde cuộn

xoắn hay gấp khúc tạo nên ptử có cấu

hình không gian ba chiều (cấu hình 3D).

• Quy định hoạt tính, chức năng của

protein.

• Được tạo nên bởi các liên kết yếu: lk

ion, lk kỵ nước, lk disulphit giữa 2

amino acid chứa lưu huỳnh

• Khi có tác động của nhiệt độ, pH, hoặc

hoá chất độc sẽ dẫn đến làm thay đổi

hình thù 3D -> ah đến chức năng, hoặc

gây bệnh

2 Protein

2.2 Vai trò

 Vai trò xúc tác: Hầu hết các enzim có bc là Pr, xúc tác cho các pư

trong TB, có khả năng xúc tác lớn và tính đặc hiệu cao

 Vai trò cấu trúc: Pr là yếu tố cấu tạo cơ bản của TB và mô: MSC,

chất nguyên sinh, collagen, elastin keratin…

 Vai trò vận chuyển: vc khí nhờ Hb, vc chất dd nhờ serum albumin co trong máu…

 Vai trò vận động: actin và myosin là Pr vận động cơ, tubulin là

thành phần của thoi vô sắc, vận động lông, roi…

 Vai trò bảo vệ: kháng nguyên – có vai trò bảo vệ lớn trong phản

ứng miễn dịch, một số làm đông máu: thrombin, fibrinogen.

 Vai trò dự trữ: ovalbum (lòng trắng trứng) cung cấp Nitơ cho

phôi, casein (sữa), Pr trong hạt – cc N cho hạt nảy mầm.

 Vai trò như các chất có hoạt tính sinh học cao: insulin – đk lượng

đường trong máu, các Pr điều hòa hđ của gen…

3 Lipit

3.1 Cấu trúc

Thành phần: 3 ngt chính: C, H, O;

thêm P, N, không tan trong nước

Cấu tạo: Glyxerol liên kết với axit

béo = lk este

Axit béo: chưa no (chưa bão hòa),

no (bão hòa)

Axit béo không no dễ bị oxy hóa

dẫn đến bị aldehyt hay ôxi hóa

Axit béo no:

CH3(CH2)10COOH: lauric acid,

CH3(CH2)12COOH: palmitic acid

Axit béo không no:

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COO

3.2 Các lipit quan trọng: phospholipit và Steroit

 Phospholipit:

 Cấu tạo bởi glyxeril,

axit béo, axit

phosphoric, thường có

thêm hợp chất Nitơ.

 Phân cực: cực ưa nước

(chứa nhóm P) + cực

kỵ nước (axit béo)

→ trong môi trường nước

xếp thành lớp kép: đầu

ưa nước tiếp xúc với

môi trường nước, phần

kỵ nước hướng vào

nhau cấu tạo nên màng

 Steroit

Cấu tạo từ alcol vòng (sterol) và axit béo

phân tử lớn thường là axit palmitic, axit

stearic, axit oleic.

Gồm cholesterol, nhiều hormon như

testosteron,estrogen…

- Ngoài ra còn có những loại lipit khác như

lipit có đính thêm thành phần đường gọi là

3.2 Các lipit quan trọng: phospholipit và Steroit

3 Lipit

3.3 Vai trò

Có vai trò quan trọng trong cấu trúc màng sinh chất

và các màng cơ bản khác trong tế bào

Đóng vai trò là chất dinh dưỡng dự trữ như các giọt dầu, giọt mỡ trong tế bào thực vật, động vật

Lớp mỡ ngoài vai trò dự trữ còn có vai trò cách

nhiệt, làm cho da mềm mại

Điều hòa: nhiều hormon trong cơ thể có bản chất là steroit có vai trò điều hòa hoạt động sinh lý của cơ thể như hormon của miền vỏ tuyến trên thận, các hormon sinh dục

4 Polysaccarit

4.1 Cấu trúc

 Polysaccarit là loại đường đa,

phân tử lượng lớn, không có vị ngọt, không tan trong nước.

 Cấu tạo: monosaccarit

(glucose) lk = glycoside: giữa

C1 của một phân tử đường với nhóm hydroxyl của phân tử kế tiếp.

 Những polysaccarit quan trọng

4 Polysaccarit

4.2 Vai trò

Dự trữ chất dinh dưỡng: glycogen là nguồn

dự trữ của tế bào động vật còn tinh bột là

nguồn dự trữ của tế bào thực vật

Cấu trúc tế bào: xenlulose là thành phần

qua trọng của vách tế bào thực vật