Chương 1 thành phần hóa học của cơ thể sống (bộ môn sinh học đại cương)

1.1 CƠ THỂ SỐNG TỔ HỢP NHIỀU NGUYÊN TỐ KHÁC NHAU Cơ thể sống, vớ dụ cơ thể người, được cấu tạo gồm nhiều hệ cơ quan cú chức năng sinh lý nhất định, như hệ da cú chức năng bảo vệ, cảm gi

Sinh học đại cương NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2005 Tr 7 – 19 Từ khoá: Thành phần hóa học của cơ thể sống, thành phần vô cơ, , nước, muối vô cơ, lipit, gluxit, protein, axit lucleic, đại phân tử, siêu cấu trúc Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả Mục lục Chương 1 THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA CƠ THỂ SỐNG 3

1.1 CƠ THỂ SỐNG TỔ HỢP NHIỀU NGUYÊN TỐ KHÁC NHAU 3

1.2 CẤU THÀNH VÔ CƠ CỦA CƠ THỂ SỐNG 5

1.2.1 Nước 5

1.2.2 Các chất muối vô cơ 6

1.3 CẤU THÀNH HỮU CƠ CỦA CƠ THỂ SỐNG 7

1.3.1 Cấu tạo các chất hữu cơ, các phản ứng sinh hoá 7

1.3.2 Gluxit (hydrat cacbon) 8

1.3.3 Lipit 9

1.4 PROTEIN 10

1.4.1 Cấu trúc của protein 10

1.4.2 Enzym - chất xúc tác sinh học 11

1.5 AXIT NUCLEIC 12

1.5.1 Cấu tạo của axit nucleic 12

1.5.2 Các loại axit nucleic và vai trò của chúng 13

1.6 CÁC PHỨC HỆ ĐẠI PHÂN TỬ, SIÊU CẤU TRÚC 15

PGS TS Nguyễn Như Hiền

Phần 1

SINH HỌC PHÂN TỬ VÀ SINH HỌC TẾ BÀO

Chương 1

THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA CƠ THỂ SỐNG

MỤC TIÊU:

Sau khi học xong chương này, sinh viên sẽ cú khả năng:

9 Trình bày được cấu tạo và thành phần hóa học của cơ thể sống

9 Trình bày được tớnh chất và chức năng của cỏc chất hữu cơ quan trọng: hydrat cacbon,

lipit

9 Trình bày được tớnh chất và chức năng của protein

9 Trình bày được tớnh chất và chức năng của ADN, ARN trong quỏ trỡnh truyền thụng

tin di truyền qua thế hệ

1.1 CƠ THỂ SỐNG TỔ HỢP NHIỀU NGUYÊN TỐ KHÁC NHAU

Cơ thể sống, vớ dụ cơ thể người, được cấu tạo gồm nhiều hệ cơ quan cú chức năng sinh

lý nhất định, như hệ da cú chức năng bảo vệ, cảm giỏc; hệ cơ - xương cú chức năng vận

động; hệ tiờu hoỏ cú chức năng dinh dưỡng; hệ tuần hoàn cú chức năng vận chuyển mỏu,

oxy và khớ cacbonic; hệ hụ hấp cú chức năng trao đổi khớ oxy và khớ cacbonic; hệ tiết niệu

cú chức năng bài tiết nước tiểu; hệ miễn dịch cú chức năng bảo vệ cơ thể, chống cỏc tỏc

nhõn gõy bệnh; hệ sinh dục cú chức năng sản sinh ra cỏc tinh trựng, trứng và cỏc hợp tử

nhằm duy trỡ cỏc thế hệ; hệ cảm giỏc và thần kinh cú chức năng thu nhận, xử lý và phỏt

thụng tin để điều hoà điều khiển hoạt động của toàn bộ cơ thể

Hệ cơ quan bao gồm nhiều cơ quan, như hệ tuần hoàn gồm cú tim là cơ quan phõn phỏt

mỏu, hệ mạch là cơ quan vận chuyển mỏu và mỏu cú chức năng vận chuyển cỏc chất, khớ

oxy và khớ cacbonic Mỗi cơ quan được cấu tạo từ cỏc mụ khỏc nhau như biểu mụ, mụ liờn

kết, mụ cơ, mụ xương, mụ thần kinh v.v Mỗi mụ được cấu tạo bởi nhiều tế bào cú cựng

diện cấu tạo và chức năng nhất định Vớ dụ da người được cấu tạo gồm lớp biểu bỡ bao ở

mặt ngoài và lớp chõn bỡ nằm ở phớa dưới Lớp biểu bỡ được cấu tạo bởi nhiều biểu mụ cú

chức năng bảo vệ, cũn lớp chõn bỡ được cấu tạo từ mụ liờn kết cú chức năng nõng đỡ dinh

dưỡng Biểu bỡ được cấu tạo từ cỏc tế bào biểu mụ nền cú chức năng sản sinh ra cỏc tế bào biểu mụ khỏc nhau như tế bào biểu mụ sừng cú chức năng chế tiết chất sừng, múng tay, múng chõn, túc; cỏc tế bào sắc tố cú chức năng tiết sắc tố melanin v.v

Như vậy, cơ thể người là cơ thể đa bào gồm nhiều tế bào biệt hoỏ khỏc nhau, trong lỳc

đú vi khuẩn hay trựng Amip là cơ thể đơn bào Cơ thể chỳng chỉ gồm một tế bào độc nhất

nhưng cú đầy đủ đặc tớnh của một cơ thể sống

Tế bào là đơn vị tổ chức cơ bản của vật chất sống - là vật chất đặc trưng cho cơ thể sống

từ con vi khuẩn đến con người

Vật chất sống khỏc với vật chất vụ cơ bởi nhiều đặc tớnh:

9 Vật chất sống là một hệ thống mở, tồn tại và phỏt triển nhờ 3 dũng trao đổi: vật chất,

năng lượng và thụng tin với mụi trường

9 Hệ thống sống là hệ cú tổ chức cao theo cấp bậc lệ thuộc: từ tổ chức tế bào, mụ, cơ

quan, cơ thể, quần thể đến hệ sinh thỏi và là hệ mở cho nờn entropi của hệ phỏt triển theo

chiều hướng giảm (entropi – là thước đo mức độ năng lượng vụ ớch của hệ) cũn lượng thụng tin phỏt triển theo chiều hướng tăng

9 Hệ thống sống cú đặc tớnh tự tỏi bản theo mó hoỏ thụng tin đặc trưng cho mỡnh, từ đõy hệ thống sống cú thể biến đổi vật chất lạ thành vật chất của mỡnh, biến đổi thụng tin lạ thành bản mó thụng tin đặc trưng cho mỡnh và cũng từ đõy sỏng tạo nờn cỏc hệ tổ chức vật chất và bản mó thụng tin mới (tức là cỏc cụng cụ, mỏy múc, cỏc cụng trỡnh khoa học, kỹ thuật, văn hoỏ, nghệ thuật v.v )

Đú là ba đặc tớnh cơ bản để ta phõn biệt vật chất sống với vật chất vụ cơ

Nếu ta dựng phương phỏp phõn tớch hoỏ học để phõn tớch một tế bào, mụ, cơ quan hoặc cơ thể người hay một sinh vật nào khỏc ta sẽ thấy rừ vật chất sống được cấu tạo gồm nhiều nguyờn tố tồn tại trong thế giới vụ cơ, trong đú cú những nguyờn tố đúng vai trũ quyết định như: cacbon (C), hydro (H), oxy (O), nitơ (N), photpho (P), sunphua (S) là những nguyờn tố dựng làm vật liệu cấu tạo, chỳng chiếm đến 98%; một số nguyờn tố khỏc cần thiết cho quỏ trỡnh sinh lý như natri (Na), kali (Ka), canxi (Ca), clo (Cl), magie (Mg), sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm (Zn), coban (Co), iod (I), mangan (Mn) v.v (xem bảng 1).như tế bào biểu

mô sừng có chức năng chế tiết chất sừng, móng tay, móng chân, tóc; các tế bào sắc tố có chức năng tiết sắc tố melanin v.v

Như vậy, cơ thể người là cơ thể đa bào gồm nhiều tế bào biệt hoá khác nhau, trong lúc

đó vi khuẩn hay trùng Amip là cơ thể đơn bào Cơ thể chúng chỉ gồm một tế bào độc nhất nhưng có đầy đủ đặc tính của một cơ thể sống

Tế bào là đơn vị tổ chức cơ bản của vật chất sống - là vật chất đặc trưng cho cơ thể sống

từ con vi khuẩn đến con người

Vật chất sống khác với vật chất vô cơ bởi nhiều đặc tính:

9 Vật chất sống là một hệ thống mở, tồn tại và phát triển nhờ 3 dòng trao đổi: vật chất, năng lượng và thông tin với môi trường

9 Hệ thống sống là hệ có tổ chức cao theo cấp bậc lệ thuộc: từ tổ chức tế bào, mô, cơ quan, cơ thể, quần thể đến hệ sinh thái và là hệ mở cho nên entropi của hệ phát triển theo chiều hướng giảm (entropi – là thước đo mức độ năng lượng vô ích của hệ) còn lượng thông tin phát triển theo chiều hướng tăng

9 Hệ thống sống có đặc tính tự tái bản theo mã hoá thông tin đặc trưng cho mình, từ đây

hệ thống sống có thể biến đổi vật chất lạ thành vật chất của mình, biến đổi thông tin lạ thành bản mã thông tin đặc trưng cho mình và cũng từ đây sáng tạo nên các hệ tổ chức vật chất và bản mã thông tin mới (tức là các công cụ, máy móc, các công trình khoa học, kỹ thuật, văn hoá, nghệ thuật v.v )

Đó là ba đặc tính cơ bản để ta phân biệt vật chất sống với vật chất vô cơ

Nếu ta dùng phương pháp phân tích hoá học để phân tích một tế bào, mô, cơ quan hoặc

cơ thể người hay một sinh vật nào khác ta sẽ thấy rõ vật chất sống được cấu tạo gồm nhiều nguyên tố tồn tại trong thế giới vô cơ, trong đó có những nguyên tố đóng vai trò quyết định như: cacbon (C), hydro (H), oxy (O), nitơ (N), photpho (P), sunphua (S) là những nguyên tố dùng làm vật liệu cấu tạo, chúng chiếm đến 98%; một số nguyên tố khác cần thiết cho quá trình sinh lý như natri (Na), kali (Ka), canxi (Ca), clo (Cl), magie (Mg), sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm (Zn), coban (Co), iod (I), mangan (Mn) v.v (xem bảng 1)

Bảng 1

Các nguyên tố quan trọng nhất cấu tạo nên cơ thể người

Oxy (Oxygen) Cacbon (Carbon) Hydro (Hydrogen) Nit¬ (Nitrogen) Canxi (Calicium) Photpho (Photphorus) Sunphua (Sulfur) Kali (Potasium) Clo (Chlorine) Natri (Sodium) Magie (Magnesium) S¾t (Iron)

§ång (Copper) KÏm (Zinc) Iod (Iodine) Magan (Manganese)

O

C

H

N

Ca

P

S

K

Cl

Na

Mg

Fe

Cu

Zn

I

Mn

62,8 19,4 9,3 5,1 2,0 0,6 0,6 0,35 0,16 0,15 0,05 0,004 vÕt vÕt vÕt vÕt

Theo dinh dưỡng học thì những nguyên tố có hàm lượng < 0,001% được gọi là nguyên

tố vi lượng, chúng rất cần thiết cho hoạt động sống và nâng cao chất lượng hoạt động sống Trong cơ thể sống, các nguyên tố tồn tại có thể ở dạng các nguyên tử, dạng ion, nhưng chúng thường liên kết với nhau tạo nên các phân tử đơn giản hoặc phức tạp Về phương diện hoá học thì người ta kể đến các cấu thành vô cơ và hữu cơ của cơ thể

1.2 CẤU THÀNH VÔ CƠ CỦA CƠ THỂ SỐNG

Các chất vô cơ trong cơ thể thường ở dạng nước (H2O) và các muối vô cơ

1.2.1 Nước

1.2.1.1 Nước là thành phần chiếm nhiều nhất trong cơ thể

Nước chiếm đến 60-65% trọng lượng cơ thể trưởng thành, ở phôi nước chiếm đến 95%,

ở trẻ sơ sinh chiếm 70%

Trong các mô cứng như xương, răng, móng, nước cũng chiếm từ 10-20% Đối với các

mô, cơ quan lượng nước bị thay đổi > 10% sẽ dẫn đến tình trạng bệnh lý

1.2.1.2 Tính chất và vai trò của nước

Nước tuy được cấu tạo đơn giản chỉ gồm 2 nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử oxy (H2O) nhưng nước có tính chất rất đặc biệt: phân tử H2O có tính phân cực, do đó các phân tử nước thường liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và tạo nên cột nước liên tục (như trong các mạch gỗ của cây) hoặc tạo nên các màng phim bề mặt (con bọ cất vó có thể đứng

và chạy trên bề mặt nước ao) Nước có vai trò rất quan trọng đối với sự sống thể hiện chủ yếu ở các sự kiện sau đây:

Nước là môi trường khuếch tán cho các chất của tế bào, tham gia tạo nên các chất lỏng sinh học như máu, dịch gian bào, dịch não tuỷ v.v

Nước là dung môi cho các muối vô cơ, các chất hữu cơ có mang gốc “phân cực” (ưa nước) như -OH (hydroxyl), NH2 (amin), -COOH (cacboxyl), -CO (cacbonyl) v.v

Khi nước được dùng làm môi trường khuếch tán, hay dung môi, nước ở trạng thái tự do,

nó chiếm đến 95% nước cơ thể

Nước liên kết chiếm khoảng 5%, là nước ở trạng thái liên kết lỏng lẻo với các đại phân tử (đóng vai trò giữ sự ổn định) nhờ liên kết hydro (là liên kết yếu) có tác dụng duy trì cấu tạo ổn định của các phức hệ đại phân tử Ngoài ra, nước còn tham gia vào các quá trình trao đổi chất, quá trình tiết và quá trình điều hoà nhiệt của cơ thể

Lượng nước trong cơ thể luôn luôn được đổi mới, thời gian cần thiết để đổi mới một lượng nước bằng trọng lượng cơ thể là tuỳ thuộc vào môi trường trong cơ thể sống Ví dụ: đối với amip là 7 ngày, đối với người là 4 tuần, với lạc đà là 3 tháng, với rùa là một năm, với cây xương rồng và thực vật sa mạc là 29 năm

Một người 60 kg cần cung cấp 2 - 3l nước/ngày để đổi mới lượng nước của cơ thể, duy

trì hoạt động sống bình thường

1.2.2 Các chất muối vô cơ

1.2.2.1 Các chất muối vô cơ tồn tại dưới 2 dạng

Dạng ít nhiều hoà tan trong nước Chúng có trong thành phần cứng như: xương, móng, tóc, v.v đó là các muối silic, magie, phổ biến nhất là các muối canxi (cacbonat canxi, photphat canxi) Chất gian bào của xương chủ yếu được cấu tạo từ hydroxiapatit canxi Dạng các ion

Các muối vô cơ ở dạng ion là thành phần rất quan trọng cần thiết cho các hoạt động sống, đó là các cation như Na+, K+, Ca++, Mg++ và các anion như Cl−, SO4−, CO3H−, NO3−, PO4H−, v.v

Chúng có thể ở dạng tự do hoặc liên kết với các phân tử khác

1.2.2.2 Các chất vô cơ đóng vai trò đáng kể trong cơ thể

Chúng tham gia vào các phản ứng sinh hoá, hoặc đóng vai trò chất xúc tác (ví dụ ion

Mg++), hoặc tham gia vào sự duy trì các điều kiện lý hoá cần thiết cho đa số phản ứng sinh hoá dẫn đến nhiều tính chất sinh lý tế bào như tính thẩm thấu, tính dẫn truyền, tính mềm dẻo, tính co rút, v.v Sự cân bằng các ion khác nhau trong môi trường nội môi là cần thiết

để đảm bảo cho các quá trình sống diễn ra bình thường

1.3 CẤU THÀNH HỮU CƠ CỦA CƠ THỂ SỐNG

1.3.1 Cấu tạo các chất hữu cơ, các phản ứng sinh hoá

1.3.1.1 Chất hữu cơ là những hợp chất chứa cacbon và chỉ có trong cơ thể sống

Đó là những phân tử được tạo thành do sự liên kết các nguyên tử C với H, O, N theo nhiều cách khác nhau, trong đó C đóng vai trò quan trọng vì C với 4 điện tử ở vòng ngoài cùng có khả năng liên kết với 4 hoá trị với H, O hoặc N theo nhiều cách tạo nên vô vàn phân

tử chất hữu cơ đa dạng Ví dụ C có thể liên kết với H để tạo ra CH4 (Methane), C2H6 (Ethane), C3H8 (Propan), C2H4 (Ethylen) hoặc C liên kết với H và O để tạo nên gluxit hoặc lipit, hoặc C liên kết với H, O và N để tạo nên protein và axit nucleic v.v

Người ta phân biệt các chất hữu cơ đơn giản (các monome - đơn phân) có khối lượng phân tử chỉ vài chục hoặc vài trăm dalton, như axit axetic, đường glucoz và các chất hữu cơ phức tạp (các polime - đa phân) được tạo thành do tổ hợp từ nhiều monome với nhau, chúng

có khối lượng phân tử lớn- từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn dalton nên được gọi là các đại

phân tử (macromolecule) Ví dụ glicogen có trong gan là một chất trùng hợp gồm nhiều đơn

hợp là glucoz

Các đại phân tử chủ yếu của cơ thể sống là protein và axit nucleic Chúng có cấu trúc rất phức tạp và đặc trưng, chúng đóng vai trò quyết định trong tổ chức và hoạt động của cơ thể sống Vì vậy, Engel đã từng định nghĩa: “Sống - là phương thức tồn tại của các thể albuminoit” (tức là đại phân tử)

Các đại phân tử có thể kết hợp với nhau tạo nên các phức hệ đại phân tử, các siêu cấu trúc từ đó hình thành nên các cấu thành của tế bào

1.3.1.2 Các phản ứng sinh hoá - cơ sở của sự trao đổi chất (metabolism)

Phản ứng sinh hoá là phản ứng hoá học xảy ra trong cơ thể sống, giữa các chất hoá học

cấu tạo nên cơ thể với sự tham gia của chất xúc tác sinh học - các enzym Sự trao đổi chất là

tập hợp nhiều giai đoạn của các phản ứng sinh hoá

Người ta phân biệt hai quá trình của trao đổi chất:

9 Sự đồng hoá (anabolism) là quá trình tổng hợp chất trong đó từ các chất bé, đơn giản phản ứng với nhau để tạo thành các chất lớn hơn và phức tạp hơn

9 Sự dị hoá (catabolism) là quá trình trong đó từ các chất lớn hơn và phức tạp hơn phân giải để cho ra các sản phẩm bé hơn và đơn giản hơn

9 Hai quá trình đồng hoá và dị hoá luôn kết hợp với nhau: quá trình dị hoá cung cấp năng lượng và sản phẩm cho quá trình đồng hoá, còn quá trình đồng hoá lại cung cấp sản phẩm cho quá trình dị hoá và tích luỹ năng lượng từ quá trình dị hoá

Các cấu thành hữu cơ của cơ thể sống vừa là nguyên liệu (cơ chất) vừa là sản phẩm cho các phản ứng sinh hoá, đồng thời cũng là chất xúc tác sinh học cho các phản ứng (các enzym) Các cấu thành hữu cơ rất đa dạng về cấu trúc và chức năng, những chất hữu cơ quan trọng nhất được phân vào 4 loại: gluxit, lipit, protein và axit nucleic

1.3.2 Gluxit (hydrat cacbon)

Gluxit hay còn gọi là hydrat cacbon (chất đường) là chất trong thành phần gồm có: C, H

và O được kết hợp theo công thức chung (CH2O)n Chúng đóng vai trò dự trữ năng lượng và tham gia vào yếu tố nâng đỡ và bảo vệ

Thực vật xanh có khả năng tự tổng hợp các chất hydrat cacbon khác nhau từ CO2 và H2O với sự sử dụng năng lượng ánh sáng (được gọi là sinh vật tự dưỡng) Động vật và con người được cung cấp các chất gluxit từ thực vật là sinh vật dị dưỡng Các chất gluxit có tầm quan trọng được chia thành 3 nhóm: đường đơn (monosaccarit), đường đôi (disaccarit) và đường phức (polysaccarit)

1.3.2.1 Monosaccarit

Monosacarit là gluxit đơn giản có công thức chung là (CH2O)n, trong đó có chứa từ 3 - 8 nguyên tử C liên kết với nhau và với nhóm OH Do có nhiều nhóm OH phân cực nên các đường đơn dễ dàng hoà tan trong nước

Tuỳ theo số nguyên tử C mà người ta phân biệt đường trioz (3C), đường pentoz (5C), đường hexoz (6C) Đường pentoz, ví dụ: riboz và deoxyriboz có vai trò rất quan trọng, chúng

có trong axit nucleic Đường hexoz, ví dụ: glucoz là nguồn nhiện liệu cho quá trình đường phân và hô hấp hiếu khí - là quá trình chuyển hoá năng lượng của tế bào Các đường đơn là cấu thành tạo nên các đường đôi (disaccarit) và đặc biệt khi trùng hợp tạo nên các đường phức tạp như glicogen (chất dự trữ glucoz trong gan), như tinh bột (gluxit dự trữ ở thực vật), như xenluloz (chất tạo nên lớp vỏ cứng của tế bào thực vật)

1.3.2.2 Disaccarit

Disaccarit là đường đôi được tạo thành do sự trùng hợp hai monosacarit (cùng loại hoặc khác loại) với sự mất đi phân tử H2O Đường đôi có vị ngọt và tan trong nước và là dạng đường vận chuyển trong cơ thể và được cơ thể dùng làm chất dự trữ cacbon và năng lượng Đối với cơ thể người đường đôi quan trọng hơn cả là lactoz có trong sữa, được tạo thành do

sự liên kết glucoz với galactoz Đối với thực vật các đường đôi quan trọng là: saccaroz (đường mía và củ cải đường) trong thành phần có glucoz và fructoz, còn đường maltoz (có trong kẹo mạch nha) gồm hai phân tử glucoz tạo nên Trong gan khi glicogen bị thuỷ phân cũng tạo nên đường maltoz

1.3.2.3 Polysaccarit

Các polysaccarit được tạo thành do sự trùng hợp các đường đơn Chúng không tan trong nước và thường được cơ thể sử dụng làm chất dự trữ năng lượng hoặc nâng đỡ Ví dụ, hàng nghìn phân tử glucoz kết hợp với nhau tạo thành glicogen là dạng gluxit dự trữ năng lượng

có nhiều trong gan và cơ Khi trong máu có quá nhiều glucoz (do thức ăn cung cấp), glucoz

sẽ vào gan, ở đây chúng trùng hợp thành glicogen và khi trong máu có quá ít glucoz (khi đói) glicogen sẽ phân giải thành glucoz đi vào máu

Đối với thực vật, các polysaccarit quan trọng là tinh bột - dạng dự trữ glucoz của thực vật; và xenluloz là chất tạo nên các phần cứng của cây Khi ta ăn các thức ăn thực vật thì tinh bột là nguồn cung cấp glucoz, còn xenluloz không tiêu hoá được (vì chúng ta không có hệ enzym để phân giải xenluloz thành glucoz) sẽ đi vào ống tiêu hoá ở dạng sợi tuy không cung cấp năng lượng nhưng được xem như một nhân tố ngăn cản sự phát triển của ung thư ruột già

Ngoài các polysaccarit kể trên còn có loại polysaccarit phức tạp hơn là các phức chất giữa polysaccarit với các cấu thành khác Các chất heparin (chất chống đông máu), sunphat chondroitin (tạo nên chất cơ bản của mô liên kết), axit hialuronic (tạo nên màng tế bào trứng) đều là các polysaccarit phức tạp đóng vai trò của chất ximăng gắn kết hoặc bảo vệ

Polysaccarit có thể liên kết với lipit tạo thành glicolipit hoặc với protein tạo thành glicoproteit - là những cấu thành quan trọng của màng sinh chất

1.3.3 Lipit

Lipit là những phân tử được cấu thành từ C, H và O, trong đó C và H liên kết với nhau nhờ liên kết đồng hoá trị (C - C, C - H), đó là những liên kết không phân cực, vì vậy lipit thường không hoà tan trong nước, mà hoà tan trong các dung môi hữu cơ như benzen, este và clorofoc

Trong cơ thể, lipit có vai trò rất đa dạng:

Một số lipit đóng vai trò là chất dự trữ năng lượng như mỡ Số năng lượng tích trong lipit (tính theo gram) gấp đôi so với gluxit

Một số lipit khác như photpholipit là cấu thành bắt buộc của màng tế bào Một số lipit đóng vai trò là tín hiệu điều chỉnh các quá trình sống (như các hormon steroit, prostaglandin, một số vitamin)

Người ta chia các lipit ra các nhóm cơ bản sau đây:

1.3.3.1 Axit béo, mỡ trung tính, dầu

Axit béo là phân tử gồm mạch dài tạo nên do liên kết C với H và ở cuối mạch là nhóm cacboxyl (axit) Người ta phân biệt ra axit béo no và axit béo không no

Thuộc axit béo no là phân tử mà trong mạch không chứa liên kết đôi và liên kết ba (giữa

các nguyên tử C) (-CH2-CH2-), còn axit béo không no là phân tử mà trong mạch có liên kết đôi (-CH=CH-) và liên kết ba (-CH/CH-) Bơ và mỡ bò chứa nhiều axit béo no, còn dầu thực vật thường là các axit béo chưa no Vì thức ăn giàu axit béo no (bơ, mỡ động vật) gây bệnh huyết áp cao, bệnh mạch vành tim nên để tránh bệnh đó ta nên ăn dầu thực vật Trong cơ thể

các axit béo không ở trạng thái tự do mà thường liên kết với glicerol để tạo thành triglicerit

hay là mỡ trung tính Trong cơ thể người chúng chiếm đến 95% lipit tổng số và thường được tập trung trong các mô mỡ và là nguồn dự trữ năng lượng chủ yếu

Một số mỡ trung tính ở trạng thái lỏng (dầu thực vật) một số ở trạng thái rắn (như sáp ong) Khi cơ thể cần giải phóng năng lượng tích trong mỡ thì triglicerit sẽ bị phân giải thành axit béo và glicerol Các axit béo sẽ bị phân giải nhờ các phản ứng sinh hoá và năng lượng được giải phóng sẽ được tích vào ATP

1.3.3.2 Photpholipit

Photpholipit là nhóm lipit mà trong thành phần có đến 2 phân tử axit béo liên kết với một phân tử glicerol; ngoài ra còn có nhóm photphat liên kết với glicerol Photpholipit là phân tử lưỡng tính: đuôi axit béo không phân cực là kỵ nước, còn đầu photphat phân cực là

ưa nước

Photpholipit là cấu thành bắt buộc và quan trọng của tất cả các loại màng tế bào

1.3.3.3 Steroit và Colesterol

Steroit và Colesterol là những lipit không chứa các axit béo và trong phân tử có cấu trúc vòng Colesterol là cấu thành quan trọng của màng tế bào và khi trong máu chứa lượng dư thừa colesterol là nguyên nhân dẫn đến các bệnh tim mạch

Thuộc steroit là các hormon sinh dục như testosteron và estrogen, chúng đóng vai trò điều hoà sự phát triển, tập tính và sinh sản của cơ thể động vật và người

1.3.3.4 Một số vitamin là lipit

Các vitamin A, D, E và K là lipit có vai trò quan trọng trong sự điều hoà các chức năng của cơ thể

1.4 PROTEIN

1.4.1 Cấu trúc của protein

Protein là những chất trùng hợp sinh học thuộc loại các đại phân tử (macromolecule) có khối lượng phân tử rất lớn đạt tới hàng nghìn và hàng chục nghìn dalton Chúng chiếm khối lượng 80% trọng lượng khô của tế bào Chúng có cấu tạo rất phức tạp và có vai trò quyết định trong cơ thể sống Protein là vật liệu xây dựng nên tế bào và mô Protein là cơ sở phân

tử của tất cả hoạt động sống Các chất xúc tác sinh học - các enzym - đều là protein Protein đóng vai trò chất chuyên chở (như hemoglobin trong máu), chất bảo vệ và nâng đỡ (như keratin trong da và collagen trong mô liên kết) Protein đóng vai trò bảo vệ, chống kẻ thù (như kháng thể, interferon) Nhiều hormon quan trọng đều là protein (như insulin v.v ) Protein - thể hiện tính đặc thù và tính đa dạng của cơ thể và của mô

Protein có bốn cấp cấu trúc:

1.4.1.1 Cấu trúc cấp 1 - Axit amin

Các đơn hợp cấu tạo nên protein là các axit amin, có đến 20 loại axit amin khác nhau tạo

nên tất cả các loại protein trong cơ thể sinh vật (trong cơ thể người có trên 100.000 loại protein khác nhau)

Axit amin là phân tử gồm có nguyên tử C trung tâm liên kết với bốn nhóm phân tử khác nhau trong đó có ba nhóm giống nhau cho tất cả các axit amin (nhóm - NH2 gọi là nhóm

amin; nhóm –COOH gọi là nhóm cacboxyl; và -H), còn nhóm thứ 4 (gốc -R) là nhóm khác

nhau ở các axit amin khác nhau

Công thức chung của axit amin là:

R

OH

O H

Gốc R qui định tính chất hoá học khác biệt giữa các axit amin, (có thể là axit, bazơ, phân cực hoặc không phân cực) đồng thời chúng cũng qui định nên đặc tính cấu tạo và chức năng của phân tử protein khi chúng tham gia vào thành phần của protein đó Ví dụ, trong enzym những gốc R đặc thù qui định nên tính liên kết của enzym với phân tử mà chúng xúc tác phản ứng