Bài giảng môn Hóa sinh

BÀI GIẢNG HOÁ SINH ĐẠI CƯƠNG GIÁO VIÊN GIẢNG DẠY: TIẾN SĨ LÊ THỊ PHÚ Giới thiệu mơn học • Là mơn khoa học trẻ tuổi kỷ XX • Là giao thoa mơn Hóa Hữu mơn Sinh vật học (?) • Hóa Sinh hay Sinh hóa mơn khoa học nghiên cứu sở phân tử sống: – Thành phần cấu tạo – Bản chất chế hóa học – Sự trao đổi chất tồn thể vi sinh vật mơi trường xung quanh • Sự phát triển rộng rãi sâu sắc ngành Hóa Sinh giúp giải vấn đề phức tạp sống Phân phối chương trình • • • • • • • • Chương 1: Sinh học tế bào hóa sinh (0.5 buổi) Chương 2: Protein (2 buổi) Chương 3: Glucid(1.5 buổi) Chương 4: Lipid (1.5 buổi) Chương 5: Vitamin (1 buổi) Chương 6: Enzyme (1 buổi) Chương 7: Axit Nucleic (1 buổi) Chương 8: Trao đổi chất (1.5 buổi) (*) buổi ~ tiết Chương 1: Sinh học Tế bào Hóa Sinh Các ngun tố sinh học Nước vai trò thể sống Axit, Bazơ pH Các hợp chất Carbon Các ngun tố sinh học • Ngun tố sinh học ngun tố có thành phần hóa học thể sống có vai trò sinh học định • Trong số 92 ngun tố có tự nhiên, có 16 ngun tố thường sử dụng để tạo thể Trong số 16 ngun tố có ngun tố chiếm 99% khối lượng thể • Các ngun tố thể tồn với tỷ lệ khác nhau, chúng có nhiều mơi trường tự nhiên • Chia làm nhóm lớn – Ngun tố lương lớn (đa lượng): chiếm tỉ lệ cao thể, tham gia xây dựng tế bào mơ; q trình chuyển hóa – Ngun tố lượng nhỏ (vi lương): chiếm tỉ lệ thấp, đơi dạng vết; đóng vai trò quan trọng hoạt động sống Vd: Zn++ hoạt hóa số enzyme; I tham gia vào tạo hormon giáp trạng; Fe++ tham gia tạo helmoglobin hồng cầu, … Hàm lượng nguyên tố (%) 70 60 50 40 30 20 10 O 65% 18% C 10% H 3% N 2% Ca 1% P • Các ngun tố hóa học khác chiếm khoảng 1%; K: 0.35%; S: 0.24%; Cl: 0.16%; Mn: 0.15%; Mg: 0.05%; Fe: 0.04%; Cu, Zn, Iốt o dang vết Hinh Thành phần tỉ lệ ngun tố sinh học Các ngun tố hóa học thể khơng phải tập hợp ngẫu nhiên mà ngun tố có tính chất đặc biệt thích hợp làm sở cho sống Nước • Phần lớn H O thể sống tồn dạng H2O • H2O chiếm khoảng 70% thể • H2O phân tử đặc biệt, đóng vai trò sinh lý quan trọng Nước - Cấu tạo & Tính chất • Nước cấu tạo từ ngun tử H ngun tử O • Liên kết cộng hóa trị – Góc liên kết 104.5 • Phân tử phân cực Nước – Cấu tạo Tính chất • Liên kết Hydro – Là loại tương tác đặc biệt hình thành ngun tử âm điện ngun tử H liên kết với ngun tử âm điện khác – Là liên kết hình thành phân tử giống (intermolecularly)hay phần khác phân tử (intramolecularly) – Mạnh lực val der Vaals, yếu lk cộng hóa trị liên kết ion – Tạo cấu trúc khơng gian cho đại phân tử, protein acid nucleic • Biến đổi phân tử dinh dưỡng nhận từ mơi trường xung quanh thành phân tử đại phân tử tiền chất tế bào – Thực phản ứng polymer hóa tổng hợp protein, axit nucleic, lipid, polysaccharide,… – Tổng hợp phân rã phân tử sinh học tiến trình thực chức sinh học đặc thù tế bào Trao đổi chất • Có loại: – Trao đổi axit amin protein – Trao đổi gluxit – Trao đổi lipid – Trao đổi muối khống, nước, vitamin – Trao đổi axit nucleic – … • Trao đổi chất liên quan mật thiết với trao đổi lượng Trao đổi chất (tt) • Dựa vào hình thức thu nhận lượng, chia sinh giới thành nhóm – Nhóm tự dưỡng (autotroph) – Nhóm dị dưỡng (heterotroph) Trao đổi chất (tt) • Thuật ngữ – Q trình trao đổi chất, biến dưỡng, q trình chuyển hóa chất (metabolism) • Tổng hợp tất biến đổi hóa học xảy tế bào thể sống • Chu trình biến đổi vật chất qua nhiều giai đoạn (phản ứng) xúc tác enzyme – Đường chuyển hóa (pathway) thứ tự giai đoạn phản ứng biến đổi – Chất trao đổi trung gian (metabolite) thành phần tham gia q trình biến đổi Trao đổi chất • Gồm phase có tính định hướng trái ngược lại bổ xung chặt chẽ cho – Q trình phân rã chất (catabolism) Carbohydrate Lipid Protein • Các chất dinh dưỡng hữu (protein, gluxit, lipit) bị phân rã thành phần tử nhỏ đơn giản hơn: axit lactic, CO2, NH3,… • Giải phóng lượng tự phần lượng tích lũy dạng ATP số chất khử vận chuyển e (NADH, NADPH) ADP HPO42NADP+ NAD+ – Q trình tổng hợp sinh chất (anabolism) • Tổng hợp đại phân tử sinh học (gluxit, lipid, protein, axit nucleic,…) từ tiền chất đơn giản • Sử dụng lượng tạo q trình catabolism quang hợp Protein Polysaccharide Lipid Nucleic axit CO2 H2O NH3 ATP NADPH NADH Amino axit Đường Axit béo Gốc chứa N Điều hòa trao đổi chất • Đảm bảo hoạt động tế bào sống nhịp nhàng, uyển chuyển tiết kiệm • Điều hòa mức độ – Trực tiếp nhanh • Enzyme điều hòa dị lập thể • Chất điều biến: ức chế/hoạt hóa enzyme – Ở mức độ cao hơn, đặc biệt thể sống bậc cao • Hocmon, nội tiết tố: vận chhuyển đến mơ/cơ quan ức chế/kích thích hoạt động nhịp nhàng • Điều hòa tổng thể thời gian tác động dài – Điều hòa cách thay đổi nồng độ enzyme • Cân q trình tổng hợp phân rã enzyme Năng lượng sinh học - Khái niệm • Cơ thể cần lượng cho hoạt động sống • Năng lượng cơng nghiệp vs lượng sinh học Năng lượng cơng nhiệp Năng lượng sinh học Hệ nhiệt động học: lượng trước chuyển sang cơng ln qua khâu nhiệt Giải phóng lượng nhanh, ạt Hệ hóa động học: chuyển từ lượng hóa học sang cơng mà khơng qua khâu nhiệt nên lương sử dụng với hiệu cao >50-60% Giải phóng lượng dần dần, bậc Năng lượng tích lũy chất giống “acquy sinh học”; cụ thể liên kết cao ester (~) - với axit phosphoric phân tử ATP Sự giải phóng lượng kèm theo NLSH – Sự phosphoryl oxy hóa • Là q trình vận chuyển electron (e-) proton (H+) từ hệ thống oxy hóa khử thấp tới hệ thống oxy hóa khử cao; lượng giải phóng q trình tích lũy mối liên kết cao ATP- đường tích lũy lượng cho thể sống • Có hai loại phosphoryl hóa – Phosphoryl hóa dãy chất: q trình xảy H tách khỏi chất tạo nên ATP – Phosphoryl hóa dãy hơ hấp: q trình tạo ATP Tiến trình sau: H từ chất chuyển sang NAD, lại chuyển tiếp sang NADP sau chuyển sang hệ xytocrom Điền tử oxy sử dụng, sau oxy kết hợp với hydro tạo thành nước Sự trao đổi Gluxit • Sự phân giải gluxit – Sự chuyển hóa monosacarit (glucose) – Sự phân giải polysaccharide disaccharide • Sự tổng hợp gluxit – Tổng hợp gluxit đơn giản – Tổng hợp oligosaccharide – Tổng hợp polysaccharide – Sự chuyển hóa tương hỗ gluxit Sự chuyển hóa glucose • Là phân tử trung tâm q trình TĐC nói chung dị hóa nói riêng • Nguồn cung cấp lượng chủ yếu cho hoạt động tế bào thể sống – Glucose bị oxi hóa hồn tồn đến CO2 H2O, giải phóng lượng khoảng 2.840kJ/mol • Cung cấp tiền chất cần thiết để tổng hợp hầu hết phân tử sinh học tế bào Glycogen tinh bột, đường Dự trữ Glucose Oxy hóa chu trình pentose phosphate Ribose-5-phosphate Oxy hóa chu trình đường phân Pyruvate Sự chuyển hóa glucose • Trong điều kiện yếm khí – Glucose – Glucose axit lactic + 2ATP rượu etylic + CO2 + H2O + ATP • Trong điều kiện hiếu khí – Glucose CO2 + H2O + 38 ATP • Giống – Chu trình đường phân: glucose pyruvate • Khác – L.men lactic: pyruvate (E.dehydrogenase) – L.men etylic: axit lactic • pyruvate acetaldehyde (E pyruvate decarboxylase) • Acetaldehyde rượu ethylic (E alcohol dehydrogenase) Chu trình đường phân • Ngun liệu đầu: glucose, glycogen tinh bột – Tinh bột glycogen bị phosphoryl hóa từ phân tử glucose • giai đoạn • phase – Phase chuẩn bị (tiêu hao ATP để hoạt hóa glucose) – Phase hồn trả tạo ATP • 10 phản ứng • Cân tổng thể Glucose + 2ADP + 2Pi + NAD+ 2Pyruvate + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O Chu trình axit citric (3C) • Ngun liệu đầu: – Pyruvate Acetyl-CoA – Acetyl-CoA vào qui trình 3C • phản ứng giai đoạn – Bắt đầu kết hợp acetyl vào oxaloacetate kết thúc việc hồn trả lại oxaloacetate • sp: 4CO2 + 4H2O + 3NADH + 1FADH +1ATP Lên men ethanol • Nấm men số vi sinh vật lên men ethanol • Tái tạo NAD+ • giai đoạn: – Decarboxyl hóa pyruvate nhờ E pyruvate decarboxylase thành acetaldehyde – Khử acetaldehyde thành ethanol nhờ E alcohol dehydrogenase Lên men lactic • Xảy mạnh mẽ mơ động vật (thiếu oxy) • Tái tạo NAD+ • Khử pyruvate thành lactate (axit lactic) nhờ E lactate dehydrogenase [...]... Dung dch m l dung dch cha cỏc cht cú kh nng gi pH ca dung dich khụng thay i ngay ca khi thờm axit hoc baz Hn hp {Axit yu + mui baz liờn hp} (thng gp) Quỏ trỡnh sinh hc ph thuc vo pH ca mụi trng xu th gi pH t bo n nh ti giỏ tr ti u h m sinh hc Mt s dung dch m cú mt trong c th sng Cỏc hp cht Carbon Carbon chim 85% khi lng T nguuyờn t carbon to ra hng trm hp cht khỏc nhau, úng vai trũ c trng quan... phõn t nh protein Phõn t nc bao quanh cỏc i phõn t trng thỏi sol Khi cỏc i phõn t liờn kt vi nhau to nờn mang li tha hn ch s chuyn ng ca cỏc phõn t tan trang thỏi gel Sol Gel Hin tng ụng mỏu Nguyờn sinh cht t bo l dng gel S hũa tan cỏc i phõn t trong nc Vitamin A Axit, Baz v pH Axit l cht cho H+ [H+]: nng ion H+ trong dung dch, mol/L HCl H+ + Cl- Baz l cht nhn H+ H2O l phõn t lng tớnh H2O ... giao thoa mơn Hóa Hữu mơn Sinh vật học (?) • Hóa Sinh hay Sinh hóa mơn khoa học nghiên cứu sở phân tử sống: – Thành phần cấu tạo – Bản chất chế hóa học – Sự trao đổi chất tồn thể vi sinh vật mơi... tiết Chương 1: Sinh học Tế bào Hóa Sinh Các ngun tố sinh học Nước vai trò thể sống Axit, Bazơ pH Các hợp chất Carbon Các ngun tố sinh học • Ngun tố sinh học ngun tố có thành phần hóa học thể sống... quanh • Sự phát triển rộng rãi sâu sắc ngành Hóa Sinh giúp giải vấn đề phức tạp sống Phân phối chương trình • • • • • • • • Chương 1: Sinh học tế bào hóa sinh (0.5 buổi) Chương 2: Protein (2 buổi)