Hóa sinh

- Có tính đặc thù cho từng loại sinh vật VD: xây dựng cây phả hệ dựa vào trật tự axitamin + Khác nhau về tỷ lệ thành phần protein + Khác nhau về số lượng protein + Khác nhau về protei

HÓA SINH

Chương 1: Protein

I Khái niệm và chức năng của protein

- Protein là polymer sinh học được cấu tạo từ các amino acid liên kết với nhau bằng liên kết peptide

- Nguyên tố chính trong protein: C, H, O, N, S, ngoài ra còn có nguyên tố khác như P, Fe, Cu, Mn…

- Có tính đặc thù cho từng loại sinh vật

VD: xây dựng cây phả hệ dựa vào trật tự axitamin

+ Khác nhau về tỷ lệ thành phần protein

+ Khác nhau về số lượng protein

+ Khác nhau về protein giữa các cơ quan, bộ phận trong cơ thể sinh vật

+ Khác nhau giữa các giai đoạn

- Tầm quan trọng của protein phụ thuộc vào chức năng của protein, không phụ thuộc vào số lượng

VD: Enzym là 1 protein chiếm số lượng ít so với protein trên da

nhưng thiếu nó thì cơ thể không sống được

- Protein là 1 đại phân tử sinh học: vì nó bao gồm các chuỗi amino acid kết hợp với nhau tạo thành 1 chuỗi dài

- Sự khác nhau về protein giữa thực vật và động vật:

+ Ở động vật hàm lượng protein cao hơn so với thực vật

* Chức năng :

- Xúc tác: Tham gia các phản ứng hóa sinh xúc tác giúp thúc đẩy tốc độ

của phản ứng sinh học

+ Enzym có cấu trúc hóa học là protein, nếu không có thì các phản ứng hóa sinh không xảy ra dẫn đến quá trình sinh trưởng, phát triển không xảy ra

VD: Tinh bột → đường

Enzim xúc tác là Amylaza ( có trong tuyến nước bọt, cắt các monosaccharide trong tinh bột ra thành đường đơn )

- Điều hòa: Không tham gia trực tiếp như enzym, tham gia vào quá trình

trao đổi chất trong cơ thể sinh vật

VD: Insullin điều hòa quá trình trao đổi carbohydrat Nếu như bị rối loạn

chuyển hóa và insullin không được tạo ra thì sẽ không xảy ra quá trình chuyển hóa carbonhydrat trong cơ thể sinh vật ==> gây bệnh tiểu đường Muốn hết bệnh cần phải bổ sung từ ngoài vào bằng cách tiêm hoocmon insullinvì cơ thể ta không tự tạo được insullin

-Vận chuyển:

+ Hemoglobin ( liên quan đến hồng cầu) trong máu vận chuyển oxi và chất dinh dưỡng Đột biến hồng cầu hình lưỡi liềm gây ra hiện tượng thiếu máu vì nó không vận chuyển được oxi

+ Serum albunine vận chuyển axit béo trong máu

- Cấu trúc: 1 số phân tử tham gia cấu trúc tạo nên tê bào của sinh vật.

VD: + Collagen ==> chức năng cấu trúc trên da người: Chân gà, gân bò

( collagen tự nhiên)

+ Sợi tơ tằm do con tằm nhả ra có cấu trúc từ protein - Fibroin

- Co rút và chuyển động:

+ Các sợi actin và actinminosine tham gia quá trình co cơ ==> Giúp chuyển động

+ Trong quá trình phân bào - Nguyên phân , giai đoạn nhân lên nhiễm sắc thể có thành phần tâm động cũng là 1 loại protein có chức năng co rút và chuyển động

- Bảo vệ: 1 số protein có chức năng bảo vệ cơ thể sinh vật khỏi vật lạ

VD: Ở nhiệt độ quá thấp, sinh vật chết do trong cơ thể sinh vật có 2 loại

nước: Nước liên kết và nước tự do Nước tự do tham gia phản ứng hóa sinh, vận chuyển, khi nhiệt độ giảm nước sẽ đóng băng ==> quá trình vận chuyển bị cản trở ==> gây chết sinh vật ( quá trình trao đổi chất bị ngừng lại )

+ Đối với gấu Bắc cực có tập tính ngủ đông nhưng trong quá trình ngủ đông quá trình trao đổi chất vẫn diễn ra vì nước không bị đóng băng Điều này là do có loại protein chống đông máu - Fibrinogen

+ Con vắt, đĩa cũng tiết một protein chống đông máu

- Dự trữ: Protein làm chất dự trữ trong cơ thể sinh vật

VD:+ Hạt ngô - zein là 1 loại protein dự trữ

+ Sữa - Casein là protein dự trữ

- Chức năng đặc biệt khác: xảy ra ở 1 số động vật

VD: Monellin là 1 protein có vị ngọt

II Cấu trúc protein

1 Đơn vị Protein

1.1 Amino acid

- Protein được cấu tạo từ các amino acid

- Cấu tạo của amino acid:

- Dạng đồng phân L - ɑ - amino acid: là dạng amino acid tham gia vào cấu trúc protein

- Có 20 amino acid tham gia vào cấu trúc protein, hiện nay thêm 2 loại mới: Selenocytesine, pyrrolysine

- Dựa vào gốc R của Amino acid chia làm 5 nhóm:

+ R không phân cực ( nhóm ankane - amino acid kị nước) : có 7 loại, Alanin - Proline - Valine - Leucine - Isoleucine - Methionine

+ R phân cực, không mang điện ( có chứa 1 nhóm phân cực ) : có 5 loại, Serin - Threonine - Cysetine - Asparagine - Glutamine

+ R là các vòng thơm: có 3 loại, Phenylamin Tyrosine -Tryptophan

+ R mang điện tích âm ( -COO-) : có 2 loại, Aspartate - Glutamate

+ R mang điện tích dương: có 3 loại, Lysine - Arginine - Histidine

- Ngoài ra còn có Amino acid phi protein: cấu trúc có amin và carbonyl nhưng không tham gia cấu tạo protein nhưng vẫn được tìm thấy trong cơ thể sinh vật

VD: + Ornithine có trong thịt, cá, trứng, sữa; tăng cường chức năng

giải độc gan, có trong chu trình ure

+ Citrilline có trong chu trình ure, sản phẩm phụ trong chu trình ure

- Amino acid cần thiết ( không thay thế được): con người không thể tự tổng hợp được mà phải lấy từ ngoài chủ yếu là từ nông sản, thực vật, có

9 loại

==> Nếu thiếu sẽ rối loạn dinh dưỡng > ảnh hưởng đến trao đổi chất > ảnh hưởng sự sinh trưởng và phát triển

- Ngoài việc tham gia vào cấu trúc protein còn có 1 số chức năng khác: Vd: Alanine hoặc arginine giúp sinh vật chống chịu lạnh

1.2 Tính chất hóa lý của amino acid

1.1.1 Tính chất vật lý

- Tính acid - base ( carbonyl - amin )

+ Trong môi trường trung tính: tồn tại ở dạng ion lưỡng cực

+ Trong môi trường acid: thể hiện tính base vì nó nhận 1 H+ trung hòa nhóm carbonyl lúc này chỉ còn nhóm amin còn phân cực

+ Trong môi trường base: thể hiện tính acid vì nó phân ly và bị mất đi

1 proton ( H+)

- Tính hoạt quang

1.1.2 Tính chất hóa học: do cấu trúc quyết định ( R, Amine, Carboxyl )

- Tính chất hóa học của R

- Phản ứng hóa học của nhóm carboxyl

- Phản ứng hóa học của nhóm Amine: phản ứng này thường được dùng

để định lượng axit amin

1.3 Peptide: Là 1 phân tử protein ( số lượng vài chục acid amin )

- 2 con đường tạo ra phân tử peptide:

+ Tổng hợp (sự liên kết giữa các amino acid với nhau)

+ Sự thoái hóa protein (bị cắt đoạn )

- Liên kết peptide (liên kết cộng hóa trị) được hình thành bằng phản ứng giữa nhóm carboxyl của amino acid đứng trước và nhóm amin của amino acid kế nó và loại đi 1 phân tử nước

- Cách gọi tên:

+ Theo số amino acid có trong chuỗi peptide

+ Theo gốc amino acid ( Đầu C giữ nguyên tên, Đầu N (n-1) thay đuôi thành “yl” )

+ Gọi theo tên riêng: Insulline, …

- Các peptide tự nhiên:

+ Glutathione: có trong mô của động vật có vú, hoạt động như một chất chống oxy hóa

+ Oxytocin: được sản sinh từ vùng dưới đồi của não, có tác dụng làm co cơ trơn

- Mỗi loại protein có khối lượng phân tử và số lượng polypeptid khác nhau

2 Cấu trúc của phân tử protein

- Có 4 bậc cấu trúc, ngoài ra còn có cấu trúc Domin ( chuỗi polypeptid cuộn lại thành hình cầu )

2.1 Cấu trúc bậc 1:

- VD: Insulline

+ Có 51 aa

+ Từ 2 chuỗi peptide ( A: 21 aa - B: 30 aa )

+ Biết được mỗi chuỗi có bao nhiêu aa

+ Biết được liên kết bằng 2 cầu nối disulfua(2S)

==> Cấu trúc bậc :

+ Thể hiện số lượng amino acid

+ Thành phần, trật tự sắp xếp các aa trong chuỗi peptide ( protein ) + Liên kết cộng hóa trị giữa các amino acid

+ Vị trí cầu nối

- Nhưng bậc 1 không chỉ rõ vị trí, sự sắp xếp không gian 3 chiều

- Tầm quan trọng của việc xác định cấu trúc bậc I:

+ Bước đầu xác định cơ sở phân tử và hoạt tính sinh học, tính chất hóa

lý của protein

+ Nhận biết sự sai khác của các protein

+ Cơ sở ban đầu xác định cấu trúc không gian

+ Yếu tố quan trọng góp phần xác định được các bệnh lý di truyền hoặc xác định mối quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hóa giữa các loài

Vd: Trong chuỗi của phân tử hemoglobin (trong hồng cầu) , amino acid thứ 6 thông thường là Glutamat nhưng vì đột biến di truyền thì nó thành Valine ==> gây ra hiện tượng hồng cầu hình lưỡi liềm ==> thiếu máu

+ Cơ sở tổng hợp nhân tạo protein bằng phương pháp hóa học, giải pháp về công nghệ sinh học

2.2 Cấu trúc bậc II : giúp xác định sự sắp xếp của các nguyên tử trong

không gian 3 chiều

- Có các loại cấu trúc:

+ Cấu trúc xoắn

- Bên trong lõi là nhóm peptid ( nhóm CO - NH với C )

- Mạch bên: R quay ra phía ngoài

- Chiều dài đoạn xoắn nhỏ hơn 40 A

- 1 vòng xoắn 3,6 A ( aa )

- Vòng xoắn bền vững nhờ liên kết H được tạo từ nhóm carboxyl của

lk peptide 1 lk với H của NH của lk peptide số 5

- Sự tạo thành và độ bền của xoắn phụ thuộc vào pH của môi trường tế bào, trật tự aa, thành phần aa

+ Cấu trúc phiến nếp gấp B: tìm thấy trong phi protein - tơ tằm,

điểm khác nhau:

- Duỗi dài ra cuộn xoắn chặt

- Khoảng cách giữa các aa dài hơn so với xoắn

- Lk H được tạo thành ở 2 lk kề nhau => beta Chạy cùng hướng còn alpha ngược hướng

+ Cấu trúc kiểu xoắn Collagen:

- 3 mạch polipeptide bện vào nhau siêu xoắn

- Cấu trúc bện siêu xoắn bền vững > làm căng da

- Liên kết với nhau bằng lk hydro được tạo thành giữa nhóm NH của 1 mạch polypeptid với nhóm CO của 1 mạch polypeptid khác

- Nhóm Hydroxylproline cũng góp phần làm bền cấu trúc xoắn = lk hidro

+ Ngoài 3 cấu trúc trên còn có Protein hình cầu có đoạn không xoắn

có dạng vô định hình

2.3 Cấu trúc bậc III

- Lk peptide kị nước, cuộn trong phần lõi

- Gốc không kị nước nằm ở xung quanh

> Sự sắp xếp của các phân tử trong protein

- Chia thành 2 nhóm: Protein dạng sợi và Protein hình cầu

- Đặc điểm

+ Mạch polypeptid cuộn lại rất chặt, trong lòng phân tử protein chứa ít nước

+ Các gốc R ưa nước nằm ở bề mặt ở trạng thái hydrat hóa

+ Các gốc kị nước bao bọc trong lòng phân tử

+ Các protein có chức năng sinh học giống nhau tức là các protein có cấu trúc bậc III giống nhau

==> Cấu trúc bậc III quyết định đến hoạt tính sinh học của protein

- Cấu trúc được giữ vững nhờ

+ Cầu Disulfua

+ Lực tương tác Van der waals

+ lk hydro

+ lực ion

- Quá trình cuộn gấp

- Sự biến tính protein: là sự đứt gãy giữa các liên kết kỵ nước và cầu

disulfua mà không đứt gãy lk peptid của amino

- Loại bỏ tác nhân gây biến tính mà protein quay lại ban đầu ( hình thành lại liên kết kị nước và cầu disulfua được gọi là biến tính thuận nghịch, nếu không quay lại thì là biến tính không thuận nghịch

+ VD: Trứng chín thành trứng sống

+ Tác nhân gây đứt liên kết: pH ( làm thay đổi điện tích phân tử), nhiệt

độ, dung môi hữu cơ, chất tẩy rửa, loại gây kết tủa protein

2.4: Cấu trúc bậc IV

- Cấu trúc phức tạp: các mạch protein riêng lẻ kết hợp với nhau

- Sự kết hợp giữa các tiểu đơn vị > protein lớn

> Mô tả mối quan hệ giữa các tiểu đơn vị

- Các mạch đồng nhất giống nhau, các tiểu đơn vị ( mạch polypeptid theo cấu trúc bậc III ) không quá 3 tiểu đơn vị khác nhau

- Số lượng tiểu đơn vị trong protein thường chẵn

- Cấu trúc đồng nhất protomor - đối xứng cao bền vững

Vd: - Phân tử hemoglobin :

+ có 4 tiểu đơn vị - tetratomor

+ 2 dạng tiểu đơn vị: 2 mạch và 2 mạch

- Phân tử myoglobin

+ Nhân là sắt ( thiếu máu bổ sung sắt )

+ vị trí tiếp nhận và nhường O2

Cả 2 phân tử trên có chức năng giống nhau

- Phân tử Protein hình thành từ tiếu đơn vị thường là chẵn, đồng nhất tối đa 3 kiểu tiểu đơn vị khác nhau

III Phân loại Protein

1 Protein đơn giản

- Thủy phân chỉ cho ra L - - amino acid

+ Albumin: Lòng trắng trứng, huyết thanh của máu

+ Glabulin: có trong hạt của các loài họ Đậu

+ Prolamin: hầu hết trong phần nội nhũ , hạt ngô, hạt lúa

+Glutelin: trong phần nội nhũ họ Hoa Thảo

+ Histidin: Dễ tan trong nước, không tan trong , tế bào nhân thực

2 Protein tổng hợp

- Thủy phân cho ra aa và các nhóm khác ( nhóm ngoại)

- Nucleoprotein: acid nucleic - tromg tinh dịch của cá

- Cromoprotein: nhóm ngoại là các hợp chất có màu

VD: Quả gấc chứa carotein ( màu đỏ ) , hoa có màu - Lipoprotein: nhóm

ngoại là lipid, vai trò vận chuyển lipid

VD: màng bán thấm: N- lớp lipid kép

- Glycoprotein: nhóm ngoại là saccharide

- Khi thủy phân > aa + đường

IV 1 số hợp chất quan trọng của protein

- Khối lượng và hình dạng: hình cầu, hình sợi

+ Hình cầu: Tan trong nước và dung dịch muối loãng, rất hoạt động về

mặt hóa học, hoạt động xúc tác tốt ( enzyme)

+ Hình sợi: Trơ về mặt hóa học, có chức năng cơ học ( sợi tơ tằm,

collagen )

- Tính chất của protein ( phụ thuộc vào trình tự sắp xếp, vị trí không gian ( bậc III) và liên kết peptide

+ Tính lưỡng cực giống aa

+ Dung dịch keo protein

+ Biến tính do các tác nhân

+ Hấp thu tia tử ngoại ( đo phổ xác định protein có hay không )

V Vitamin và hormone

1 Vitamin: hợp chất hữu cơ có bản chất hóa học khác nhau

+ Vitamin là cần thiết dù chỉ là 1 lượng nhỏ: Vì vitamin là thiết yếu cho

sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật

> Vitamin tham gia thành phần cấu tạo các coenzym -> tham gia vào thành phần 1 số enzym

==> Chất xúc tác cho phản ứng sinh học

- Nhu cầu cần vitamin tùy vào trạng thái sinh lý

* Vitamin tan trong nước

- Vitamin B2 - dẫn xuất quan trọng FAD - mô

- Vitamin C - trái cây - tham gia quá trình chuyển hóa thành collagen

* Vitamin tan trong chát béo: đồ ăn cần dầu mỡ

- Giảm sức đề kháng

- VItamin D - trong cá, dầu dừa, lòng trắng trứng - vai trò quan trọng hấp thu canxi vào trong xương

- Vitamin K - máu khó đông, chậm đông

- Vitamin E - chất chống oxy hóa

2 Hormone

- Điều hòa quá trình hóa sinh nhưng không tham gia trực tiếp

- Tác dụng đến quá trình trước khi nó diễn ra, tốc độ sinh tổng hợp enzym

và protein, ảnh hưởng xúc tác enzym, thay đổi tính thấm của tế bào, một

số chức năng khác: sự tiết sữa, …

+ Hormone động vật: Steroid và amin

- Estrogen: ở buồng trứng, sự phát triển cần thiết cho pH niêm mạc tử

cung, chu kỳ kinh nguyệt

-Progesterone: thể vàng trong buồng trứng, dưỡng thai, bảo vệ thai

==> 2 hormone này được ứng dụng trong thụ tinh ống nghiệm

+ Hormone thực vật: điều hòa nội sinh trong các cơ thể thực vật tự sản sinh ra

VD: + Quá trình sinh trưởng

+ Quá trình biệt hóa tế bào: tế bào gốc thành các tế bào có chức năng khác nhau ( cho đỉnh sinh trưởng vào môi trường nuôi cấy + hormone của

bộ phận muốn nuôi cấy như lá, cành … )

- Có tác dụng đặc hiệu với 1 số quá trình

- Auxin là 1 dẫn xuất indol có tác dụng với quá trình sinh trưởng

- Cytokinins là dẫn xuất của aldenin: kích thích sự phân chia tế bào, sinh trưởng chồi chính, không kìm hãm chồi phụ, chậm quá trình lão hóa, già hóa thực vật

- Gibberilline: vừa sinh trưởng, vừa phân chia

> Đặc biệt có tác dụng phá trạng thái ngủ của hạt

VD: Lạc phơi bóc ra > trạng thái ngủ ; Khi gieo trồng > cây sinh

trưởng > phá trạng thái ngủ

+ Kích thích ra hoa của cây dài ngày

VD: điều, macca …

+ Sinh tổng hợp enzym trong cơ thể thực vật

- Absciric acid: Gây rụng lá, rụng quả, kìm hãm quá trình sinh hóa lý

VD: Kết nhiều quả non > sau quá trình sinh trưởng > rụng chỉ còn 1/3

- Ethylen: Chuối xanh giấu trong ethylen / đất đèn

> Sản phẩm trung gian của trao đổi chất trong thực vật

> Trong quả hoa lá

> Thúc đẩy quá trình chín quả

> Công nghệ sau thu hoạch: chất độc hại

Chương 2: Enzyme

I Enzyme và bản chất của enzyme

- Enzyme là trung tâm của quá trình hóa sinh

> Thiếu enzyme > ko xúc tác cho các phản ứng hóa sinh

- Có mặt ở mọi tb - hơn 3000 loại

- Là những protein làm nhiệm vụ xúc tác cho phản ứng hóa sinh trong tế bào

- Chiếm 1/4 bộ gen mã hóa trong bộ gen của con người

==> Có vai trò quan trọng:

+ Xúc tác quá trình trong cơ thể

+ Hoạt động hằng ngày: ăn protein cũng cần enzyme chuyển hóa

VD: Thúc đẩy quá trình phân hủy thành dạng đơn giản > đu đủ, thơm

( glumexia) > cắt mạch bớt > enzyme cắt nhanh hơn

- Muối dưa cà, sữa chua > enzyme vi sinh vật tác dụng vào cơ chất

- Bản chất enzyme là protein ( trong lĩnh vực hóa sinh)

ARN <==> xúc tác phản ứng hóa sinh

Ribozyme (enzyme đơn giản)

Enzyme ( phức tạp )

- Một số enzyme có thành phần không phải là protein nhưng lại có hoạt tính xúc tác gọi là Cofactor

* Cofactor chia làm 2 loại:

+ Ion kim loại: Zn, Mg, Mo, Ni

+ Coenzyme: hợp chất hữu cơ > tham gia vào thành phần enzyme ( liên kết với phân tử protein cấu tạo enzyme )

* Bản chất hóa học của Enzyme:

+ Do bản chất của protein đấy có hoạt động là xúc

+ Một số Enzyme ngoài protein còn yêu cầu thêm ion kim loại hoặc Coenzyme

+ Ngoài ra 1 số enzyme với hoạt tính xúc tác cần phải vừa có kim loại, vừa có Coenzyme, vừa có protein trong cấu trúc

* Trung tâm hoạt động của enzyme ( trung tâm hoạt tính )

- Chiếm tỷ lệ V tương đối nhỏ trong phân tử enzyme

- Có nhiều nhóm chức khác nhau ( lk E-S thông qua các nhóm chức khác

nhau VD: OH- , SH-, carbocyl aa

- Có cấu trúc không gian xác định

II Cơ chế tác dụng của enzyme

1 Sự hình thành phức hợp E -S ( Enzyme - Substrate)

- Phức hợp E - S là giai đoạn đầu tiên trong phản ứng xúc tác enzyme

- Sự tương tác giữa E và S có tính đặc hiệu rất cao

==> Đưa ra 2 giả thuyết giải thích sự hình thành E - S

+ Thuyết ổ khóa - chìa khóa: chỉ giải thích được tính đặc hiệu, không giải thích được tính linh hoạt của protein