Đại phân tử sinh học

TIỂU LUẬN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ĐHCT đây là bài tiểu luận nhóm của khóa 13DHSH có sự hướng dẫn của giảng viên bậc tiến sĩ. Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo nếu bạn muốn sử dụng mục đích khác vui lòng liên hệ chính chủ để mua bản quyền.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA SINH HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG -o0o TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: TÊN ĐỀ TÀI: CÁC ĐẠI PHÂN TỬ SINH HỌC NHÓM: 02 Thành phố Hồ Chí Minh, 28 tháng năm 2023 Lời cam đoan Chúng em xin cam đoan đề tài tiểu luận: Các đại phân tử sinh học nhóm 02 nghiên cứu thực Chúng em kiểm tra liệu theo quy định hành Kết làm đề tài trung thực không chép từ tập nhóm khác Các tài liệu sử dụng tiểu luận có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG .2 I KHÁI NIỆM CÁC ĐẠI PHÂN TỬ SINH HỌC II Cấu trúc chức đại phân tử sinh học Cacbohydrat 1.1 Cấu tạo chức 1.2 Phân loại 1.2.1 Đường đơn (monosaccarit) 1.2.2Đường đôi (disaccarit) - Về phân loại chức .5 LIPID .6 2.1 Cấu tạo 2.2 Acid béo Protein .8 3.1 Cấu tạo Protein .9 3.2 PROTEIN GỒM CÓ BẬC CẤU TRÚC + Cấu trúc bậc  Xoắn alpha Xoắn alpha 11 + Cấu trúc bậc 12 +Cấu trúc bậc 13 3.3 CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN 13 Acid nucleic 14 PHẦN KẾT .18 TÀI LIỆU THAM KHẢO .19 PHỤ LỤC 19 PHẦN MỞ ĐẦU Qua phân tích nhà khoa học, cá thể sống trung bình cấu tạo từ tế bào cấu trúc tế bào đa dạng nhà khoa học chia chúng thành nhóm lớn:nhóm chất vơ nhóm chất hữu Trong có lẽ đại phân tử sinh học cấu tạo từ chất hữu đóng vai trị quan trọng đề tài sở hấp dẫn cho số nghiên cứu chuyên đề sinh học như: Tế bào học, Sinh lí học thực vật, Sinh lí học động vật, Di truyền học, Tiến hóa… chúng có cấu trúc vơ phức tạp, lại có chức định cho tế bào Không kiến thức chúng ứng dụng nhiều nghiên cứu lĩnh vực đời sống nên hơm tìm hiểu sâu cấu trúc chức đại phân tử sinh học PHẦN NỘI DUNG I KHÁI NIỆM CÁC ĐẠI PHÂN TỬ SINH HỌC Đầu tiên ta phải định nghĩa chất hữu gì: Các chất hữu hợp chất cacbon (trừ CO2 cacbonat hợp chất vơ chứa cacbon) Đó phân tử tạo thành liên kết nguyên tử cacbon với H, O N theo nhiều cách khác ngun tử cacbon đóng vai trị quan trọng khung với electron lớp vỏ Đại phân tử sinh học hiểu phân tử có kích thước lớn tế bào Chúng cấu tạo nên nguyên tử C kết hợp với H,O,N liên kết cộng hoá trị phân tử nhỏ gọi monome Những monome giống khơng giống nhau, chúng ln có cấu trúc hố học tương tự Những phân tử cấu tạo nên từ monomer có khối lượng lớn gọi đại phân tử Những phân tử lớn thường thực vài chức kết hợp như: dự trữ lượng, cấu trúc, vận chuyển,mang thông tin di truyền thường khơng loại trừ lẫn ( có chức năng) Những chức phân tử lớn có liên quan mật thiết đến hình dạng cấu trúc độ dài tính chất hố học monomer nhờ chúng tham gia đắc lực vào cấu trúc tổ chức quan tạo lên sự vững cho tổ chức quan II Cấu trúc chức đại phân tử sinh học Cacbohydrat Trong đời sống, thực vật xanh có khả tự tổng hợp chất hydrat cacbon khác từ CO2 H2O nhờ vào lượng ánh sáng gọi sinh vật tự dưỡng Động vật người cung cấp chất hydrat cacbon từ thực vật sinh vật dị dưỡng, cacbohydrat cấu tạo có chức gì? 1.1 Cấu tạo chức Cacbohydrat hay gọi Gluxit (chất đường) chất hữu thành phần gồm: C, H O kết hợp theo tỷ lệ khoảng nguyên tử cacbon với hai nguyên tử hydro nguyên tử oxy, công thức chung Cn(H2O)m Hydrat cacbon thành phần thức ăn mà thể người sử dụng để tạo lượng, tham gia hầu hết vào việc tích trữ vận chuyển lượng (như tinh bột, glycogen), tham gia cấu trúc tế bào mơ, dẫn xuất hydrocacbon có vai trị q trình làm việc hệ miễn dịch, thụ tinh, phát triển sinh học thể 1.2 Phân loại Các hydrat cacbon quan trọng chia làm nhóm: đường đơn (monosaccarit), đường đơi (disaccarit) đường phức (polysaccarit) 1.2.1 Đường đơn (monosaccarit) - Về Cấu tạo: Monome carbohydrate gọi monosacarit, glucide đơn giản chứa cacbon, hydro oxy theo tỷ lệ 1:2:1, công thức chung (CH2O)n, có chứa từ - nguyên tử C liên kết với với nhóm OH- Do có nhiều nhóm OH- phân cực nên đường đơn dễ dàng hoà tan nước - Về phân loại:Tuỳ theo số nguyên tử C mà người ta phân biệt đường: loại đường quan trọng đường Carbon (gọi triose) gồm đường đơn giản glyceraldehyde, dihydroxyacetone; đường (gọi pentose) gồm ribose deoxyribose; đường (gọi hexoz) gồm glucose,fructose, glactose - Về chức năng: đơn phân cấu tạo ARN ADN(đường Carbon),nguồn lượng cho trình chuyển lượng tế bào (đường ) , Ngoài ra, đường đơn cấu thành tạo nên đường đôi (disaccarit) đặc biệt trùng hợp tạo nên đường phức tạp glicogen (chất dự trữ glucoz gan), tinh bột (gluxit dự trữ thực vật), xenlulozơ (chất tạo nên lớp vá cứng tế bào thực vật) 1.2.2Đường đôi (disaccarit) - Về cấu tạo: Disaccarit đường đôi tạo thành trùng hợp hai monosacarit (cùng loại khác loại) với phân tử H2O - Disaccarit hợp chất tinh thể hòa tan nước Các monosacarit bên chúng liên kết liên kết glycosid (1), vị trí chúng định α- β- kết hợp hai (α-,β-) - Về chức năng: Đối với thể người, đường đôi quan trọng lactoz - đường (hoặc carbohydrate) tự nhiên có sữa Thành phần lactoz phân tử đường lớn tạo thành từ hai phân tử đường nhỏ glucose galactose Đối với thực vật đường đơi quan trọng là: saccaroz (đường mía củ cải đường) thành phần có glucoz fructoz, cịn đường maltoz (có kẹo mạch nha) gồm hai phân tử glucoz tạo nên 1.2.3 Polysaccarit - -Về cấu tạo: Polysaccarit phân tử phức tạp, tạo thành trùng hợp ba nhiều monosacarit - Về phân loại chức  Thường thể sử dụng làm chất dự trữ lượng nâng đỡ  Đối với người, polysaccarit chia làm nhóm: +Polysaccharide tiêu hóa: - Chẳng hạn tinh bột, tiêu hóa (phân hủy) miệng ruột non vài bước, cuối sản sinh glucose hấp thụ - Chúng nguồn lượng, cung cấp nguyên tử cacbon để tổng hợp chất béo , protein chất khác thể + Polysaccharide tiêu hóa: - Chất xơ ăn kiêng xenluloza, thúc đẩy qua thức ăn qua đường ruột giúp trì đặn ruột - Một số polysaccharide khơng tiêu hóa, inulin (2) thúc đẩy phát triển vi khuẩn đường ruột có lợi  Đối với thực vật, thực vật lưu trữ phân tử glucose dạng tinh bột polysaccarit Các phân tử tinh bột có hai dạng - chuỗi phân nhánh cao tương tự glycogen chuỗi dài, cuộn trịn, khơng phân nhánh Thực vật tạo loại polysaccharide lớn gọi cellulose Cellulose chất mang lại sức bền độ cứng cho tế bào thực vật, chiếm khoảng 50% gỗ LIPID Lipid nhóm phân tử hữu lớn, khơng phân cực Chúng khơng hịa tan nước, tan dung môi hữu Lipid bao gồm triglycerid, phospholipid, steroid, sáp sắc tố Lipid khơng tan nước liên kết C - H lipit khơng phân cực, cịn nước có tính phân cực cặp electron bị lệch phía oxygen 2.1 Cấu tạo Phân tử lipid có tỷ lệ nguyên tử Carbon Hydro nguyên tử oxy cao so với Carbohydrate phân tử lipid có số lượng lớn liên kết carbon-hydro nên chúng dự trữ nhiều lượng số chất hữu khác 2.2 Acid béo Acid béo thành phần cấu tạo nên hầu hết lipid, có chuỗi carbon dài khơng phân nhánh Hai đầu acid béo có thuộc tính khác Đầu cacboxyl phân cực, có tính ưa nước (hydrophilic) bị hút phân tử nước Ngược lại, đuôi hydrocarbon phân tử acid béo không phân cực Đầu có xu hướng khơng tương tác với phân tử nước có tính kỵ nước (hydrophobic) Dựa vào cấu trúc, acid béo chia thành hai loại acid béo bão hòa (no) acid béo khơng bão hịa (khơng no) Ở acid béo bão hịa khơng có liên kết đơi nguyên tử carbon nên tham gia tạo nên chuỗi có nhiều nguyên tử hydro liên kết với khung carbon, ví dụ acid palmitic, acid steric,…Ngược lại, acid béo khơng bão hịa có nhiều liên kết đơi ngun tử carbon số lượng hydro liên kết với khung carbon hơn, ví dụ acid linoleic, acid oleic,… Có ba loại lipid quan trọng sinh vật chứa acid béo triglyceride (chất béo), phospholipid sáp Triglyceride dù khơng phải polymer hình thành từ phân tử nhỏ phản ứng khử nước Một triglyceride bao gồm ba phân tử acid béo liên kết phân tử glycerol Triglyceride chất béo trung tính ln có máu thức ăn chuyển hóa ngày gan tạo Triglyceride chuyển thành lượng nuôi tế bào triglyceride thể nhiều đối diện nguy mắc bệnh tim, mạch máu, viêm tụy cấp…Phospholipid loại lipid thành phần tất màng tế bào Chúng tạo thành dạng hai lớp (gọi lớp kép), dạng giọt (gọi micell) liposome để che chắn đuôi kỵ nước không tiếp xúc với nước Tế bào sinh vật có cấu trúc màng tế bào chất cấu tạo lớp đôi phospholipid Đây hàng rào ngăn cách bên tế bào mơi trường bên ngồi Sáp loại lipid cấu trúc bao gồm chuỗi acid béo dài liên kết với chuỗi rượu dài, sáp không thấm nước Ở thực vật, sáp tạo thành lớp phủ bảo vệ bề mặt bên ngồi, ví dụ sáp polyethylene, sáp carnauba,…để bảo quản số hoa tươi Sáp tạo thành lớp bảo vệ động vật, ví dụ ráy tai giúp ngăn vi sinh vật xâm nhập vào ống tai 2.3 Steroid Không giống hầu hết chất béo khác, bao gồm acid béo, phân tử steroid cấu tạo từ bốn vịng carbon hợp với nhóm chức khác gắn liền với chúng Steroid dạng lipid cấu tạo từ bốn vòng carbon hợp với nhóm chức khác Cholesterol loại steroid quan trọng động vật Đây thành phần màng tế bào động vật tiền chất để tổng hợp steroid khác, chẳng hạn hormone giới tính động vật có xương sống Ở động vật có xương sống, cholesterol tổng hợp gan thu nhận thông qua chế độ ăn uống Nồng độ cholesterol máu cao góp phần vào bệnh xơ vữa động mạch Xơ vữa động mạch tình trạng mảng xơ vữa tích tụ bên thành động mạch, khiến động mạch bị thu hẹp, giảm lưu lượng máu đến quan quan trọng thể Xơ vữa động mạch làm tăng nguy hình thành cục máu đơng dẫn đến nhồi máu tim tai biến mạch máu não Protein Chúng ta biết Protein hay gọi chất đạm - thành phần dưỡng chất quan trọng mà thể cần bổ sung hàng ngày, giúp trì sống tăng cường sức khỏe Mặc dù quan trọng bổ sung nhiều Protein gây nhiều ảnh hưởng xấu.Vậy cụ thể Protein vai trị Protein thể nào? 3.1 Cấu tạo Protein - Protein đại phân tử, cấu tạo từ nhiều mạch acid amin liên kết với liên kết peptid Hiện có tất 20 loại acid amin tự nhiên trình tự xếp acid amin chuỗi dẫn đến tạo thành nhiều loại Protein khác - Acid amin đơn vị sở (monomer) cấu tạo nên protein,được tạo nên từ thành phần: nhóm amin (-NH 2), nhóm cacboxyl (COOH) nguyên tử C trung tâm dính với nguyên tử H nhóm chất R (mạch bên) có khả thay đổi tính chất acid amin Cơng thức tổng quát amino acid -Trong không gian cách liên kết acid amin nên thường chuỗi polipeptide đoạn -CO-NH-CH- hay lặp lại mạch bên (gốc R) acid amin không tham gia tạo thành khung mạch 3.2 PROTEIN GỒM CÓ BẬC CẤU TRÚC + Cấu trúc bậc - Cấu trúc bậc protein thực chất trình tự xếp acid amin chuỗi polypeptide Nó có vai trị vơ quan trọng thể tương tác phần chuỗi polypeptide, từ tạo nên hình dạng lập thể protein dựa vào định tính chất vai trị protein -Trình tự acid amin chuỗi quan trọng xếp sai lệch nhỏ làm thay đổi cấu trúc tính chất protein - Tất nhiên khơng phải chuỗi polypeptide cấu trúc bậc protein chúng tồn dạng tự tế bào mà khơng tạo nên phân tử protein -Trong tế bào protein thường tồn dạng cấu trúc không gian Sau chuỗi polypeptide tổng hợp ribosome, chúng tách khỏi ribosome hình thành bậc cấu trúc (II,III,IV) + Cấu trúc bậc - Là xếp đặn chuỗi polypeptide không gian Chuỗi polypeptide thường không dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn alpha nếp gấp Beta, cố định liên kết Hydro (3) nằm acid amin gần Các Protein dạng sợi keratin hay Collagen (có tóc, móng ) gồm nhiều xoắn alpha, cịn protein hình cầu có nhiều nếp gấp Beta 10  Xoắn alpha - Là cấu trúc mạch polypeptide xoắn chặt lại tương tự lò xo, theo chiều xoắn ốc phải Xoắn alpha cấu tạo liên kết H nhóm NH nhóm C=O dọc theo chuỗi protein - Cấu trúc xoắn alpha giữ vững chủ yếu nhờ liên kết hydro (3), nhóm -CO-NH tạo liên kết hydro với nhóm -CO-NHkhác Các liên kết hydro dược tạo thành với số lượng tối đa, bảo đảm độ bền vững cấu trúc 11  Gấp nếp Beta - Trong cấu trúc phiến gấp nếp Beta đoạn mạch polypeptit thường duỗi dài không cuộn xoắn chặt xoắn alpha Các nếp gấp Beta gồm sợi Beta kết nối với hai ba liên kết hydro khung, tạo thành gấp nếp - Sự liên kết gấp nếp B có liên quan đến hình thành sợi amyloid mảng amyloid quan sát thấy bệnh thối hóa tinh bột, đặc biệt bệnh Alzheimer + Cấu trúc bậc - Là hình dạng ba chiều protein, gấp cuộn tổ chức lại bên phân tử tạo nên cấu trúc bậc cao bậc Cấu trúc bậc ba có chuỗi “xương sống” polypeptide với nhiều cấu trúc bậc hai protein - Cơ sở liên kết disulfid, liên kết hình thành từ hai phân tử cystein nằm xa mạch peptid gần cấu trúc không gian cuộn lại mạch oevtid nên bền vững - Cấu trúc phụ thuộc hồn tồn vào tính chất nhóm -R mạch polypeptide, liên kết yếu liên kết Hydro hay điện hóa trị có nhóm -R có điện tích trái dấu - Cấu trúc bậc tạo nên trung tâm hoạt động phần lớn loại enzym Sự thay đổi cấu trúc bậc ba dẫn đến thay đổi hướng xúc tác enzym khả xúc tác hoàn toàn 12 +Cấu trúc bậc - Khi protein có nhiều chuỗi polypeptit phối hợp với nhau, tiểu phần protein có cấu trúc bậc hồn chỉnh kết hợp lại liên kết ngang hình thành nên cấu trúc bậc Thực chất cấu trúc bậc đề cập đến số lượng xếp tiểu đơn vị protein có liên quan đến nhau, chuỗi polypeptit liên kết với nhờ liên kết yêu liên kết Hydro -Sự hình thành cấu trúc bậc bốn tạo điều kiện cho q trình điều tiết sinh học thêm tinh vi, xác.Rất nhiều trường hợp protein phải tổ hợp lại có hoạt tính sinh học, trường hợp này, cấu trúc bậc bốn điều kiện để hình thành nên tính protein 3.3 CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN Tầm quan trọng Protein nhấn mạnh tên theo tiếng Hy lạp có nghĩa “đầu tiên” “chính” Trong hầu hết tế bào protein chiếm 50% khối lượng khơ 13 chúng cịn cơng cụ hầu hết hoạt động sống sinh vật Dưới số loại protein chức nó: + Protein xúc tác (Enzyme): có chức làm tăng tốc độ cho phản ứng hoả học cách chọn lọc + Protein dự trữ: có chức dự trữ acid amin, Vd: thực vật có protein trữ hạt +Protein hormone: có chức điều hịa hoạt động thể, Vd: insulin -một loại hormone tuyến tuỵ tiết giúp điều chỉnh nồng đọ đường máu động vật có xương +Protein co vận động: có chức giúp sinh vật sống hoạt động, Vd: actin myosin chịu trách nhiệm cho co +Protein phịng vệ: có chức phịng chống lại bệnh tật, Vd: tạo kháng thể giúp tiêu diệt virus, vi khuẩn +Protein vận chuyển: có chức vận chuyển chất dinh dưỡng, Vd Hemoglobin-protein chứa sắt có máu vận chuyển oxy từ phổi đến phận khác thể +Protein thụ thể: có chức tạo đáp ứng tế bào với chất kích thích hố học, Vd: thụ thể màng tế bào thần kinh phát tín hiệu hố học tế bào thần kinh khác phát +Protein cấu trúc: có chức định hình cấu trúc tạo nên khung tế bào -Đối với đời sống người protein đóng vai trị vơ quan trọng, ví dụ người tập gym hay thể hình việc cung cấp điều tiết lượng protein hàng ngày cần thiết giúp phục hồi phát triển bắp,hỗ trợ giảm mỡ,cung cấp lượng,cải thiện tinh thần,duy trì phát triển thể,… Acid nucleic 14 Acid nucleic phân tử hữu lớn phức tạp, lưu trữ truyền đạt thông tin di truyền qua hệ thể sống Có loại AND (chứa thơng tin xác định đặc tính đạo hoạt động tế bào) ARN (lưu trữ chuyển thông tin xác định từ AND cần thiết) 4.1 ADN (deoxyribonucleic acid) Năm 1869, Friedrich Miescher - nhà hoá sinh gốc Thuỵ Điển người phát tồn ADN trình nghiên cứu vết mủ băng cứu thương Lúc đó, ơng gọi vật chất lạ "nuclein" thấy chúng xuất nuclei tế bào Sau nghiên cứu sâu hơn, nhà khoa học đặt nhiều nghi vấn mối liên hệ "nuclein" việc di truyền động vật Do đó, nói Friedrich Miescher phần đặt tên cho vật chất vậy.Tuy nhiên, câu hỏi Friedrich Miescher phải lâu sau giải đáp mà đến đầu kỷ XX, Thomas Hunt Morgan tìm chứng thuyết phục mối quan hệ ADN di truyền qua hệ Francis Crick James Watson nhận cấu trúc phân tử chuỗi xoắn kép vào năm 1953, hai ơng đạt giải Nobel cơng trình khoa học + ADN đại phân tử hữu cấu tạo theo nguyên tắc đa phân đơn phân nucleotide, thường nhân tế bào +Thành phần nguyên tố gồm C,N,H,O,P 4.1.1 CẤU TẠO CỦA NUCLEOTIDE +Axit photphoric (H3PO4) +Đường Deoiribozo( C5H10O4) +Bazơ nitơ gồm bốn loại A,T,G,X Puirin: nu có phân tử lớn A,G 15 nu có phân tử nhỏ T,X Đường nu liên kết với nhóm photphat nu liên kết photphodieste 4.1.2 Cấu trúc không gian ADN +Các nuclêôtit nối với tạo thành chuỗi pôlinuclêôtit +ADN chuỗi xoắn kép gồm hai mạch hai chuỗi xoắn song song ngược chiều theo nguyên tắc bổ sung (A =T ,G=X) -Thực tế, mạch xoắn xung quanh mạch cố định theo chiều ngược kim đồng hồ Cấu trúc xoắn kép ADN người khác nhau, có đặc điểm riêng biệt Do có tính đặc thù nên nhờ phân tích ADN nhà khoa học khám phá phát triển tiến hoá giống lồi tìm giải pháp tối ưu để hạn chế, điều trị bệnh đột biến ADN di truyền -Mỗi chu kỳ xoắn dài 34 ångstrưm (3,4 nm) có bán kính 10 ångstrưm (1,0 nm) Theo nghiên cứu, đo đạc dung dịch, chuỗi phân tử DNA rộng 22–26 Å (2.2–2.6 nm, đơn phân nucleotide dài 3,3 Å (0,33 nm) - Các nuclêôtit mạch liên kết với liên kết hydro: A liên kết với T = liên kết hydro G liên kết với X = liên kết hydro -ADN tồn hai dạng : ADN sinh vật nhân thực dạng mạch thẳng ADN sinh vật nhân sơ dạng mạch vòng 4.1.3 Chức ADN Gồm chức quan trọng +Mã hố thơng tin di truyền đa dạng khổng lồ số lượng thành phần trình tự xếp nu 16 +Bảo quản thông tin di truyền diễn q trình chép ADN có xuất sai hỏng phân tử ADN tổng hợp enzyme sửa sai có mặt tế bào để sửa sai lỗi sai +Bảo tồn thơng tin di truyền có cấu trúc bền nhờ q trình nhân đơi ADN nên thơng tin di truyền đc truyền từ hệ sang hệ sau 4.2 ARN( acid ribonucleic) -ARN đại phân tử hữu cấu tạo theo nguyên tắc đa phân đơn phân nuclêôtit, nằm tế bào chất Giống ADN,Thành phần nguyên tố ARN gồm C,N.H.O.P -Đặc trưng cấu trúc ARN có chuỗi pơlyribơnuclêơtit (xem hình) tức phân tử ARN có mạch đơn, dạng tuyến tính (mạch thẳng) xoắn đơi có liên kết hydro nội Đối với phân tử ADN có ARN khác biệt có tới ba loại 4.2.1 mARN(ARN thơng tin) +mARN cấu tạo từ chuỗi polinuclêôtit dạng mạch thẳng, mARN có chức truyền đạt thơng tin di truyền tử mạch gốc ADN đến chuỗi polipepetit Để thực chức truyền đạt thông tin di truyền từ ADN đến protein ARN có: +Trình tự nucleotit đặc hiệu giúp cho riboxom nhận liên kết vào ARN Mã mở đầu: tín hiệu khởi đầu phiên mã + Các codon mã hoá axit amin Mã kết thúc: mang thơng tin kết thúc q trình dịch mã 4.2.2 tARN( ARN vận chuyển) - tARN có cấu trúc với thuỳ, có thuỳ mang ba đối mã có trình tự bổ sung với ba mã hoá axit amin phân tử mARN , 17