HÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 20HÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNGHÓA SINH Y HOC 2015 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNG15 PGS.TS LÊ XUÂN TRƯỜNG
Trang 3Chương Ï MỞ ĐẦU
1 SINH NGUYÊN TÓ (nguyên tố sinh học)
Sinh nguyên tố là những: nguyên tố có trong phần hóa học của cơ thể sống và có vai trò
sinh học nhất định Chúng tham gia cầu tạo tế bào và mô (tạo hình), tham gia quá trình chuyển
hóa các chất và chuyển hóa năng lượng (tạo năng), tham gia vào những hoạt động sinh lý của cơ thể
Sinh nguyên tổ cũng là những nguyên tố hóa học xây nên các phân tử không sống (các chất
vô cơ), nhưng với những tỷ lệ khác Vỏ trái đất có khoảng 90 nguyên tố, nhiều nhất là O, Si, Al; co thé sống có khoảng 30 sinh nguyên tố, nhiều nhất là H, C, O,N (bảng 1.1)
Bảng 1.1 Thành phần tương đối của những nguyên tố hóa học chính ở vỏ trái đất và ở cơ thể người (tính theo % tổng số nguyên tử) Vỏ trái đất Cơ thê người O 47 H 63 Sỉ 28 O 25,5 AI: 7,9 Cc 9,5 - Fe 4,5 N 1,4 Ca 3,5 Ca 0,31 Na 2,5 P 0,22 K 2,5 Cl 0,08 Mg 22 K 0,06 Tỉ 9,46 S 0,05 H 0,22 Na 0,03 Cc 0,19 Mg | 0,01 Nhu vay, vé mat nguyén t6, gidi sống (hữu cơ) và giới không sống (vô cơ) có sự thống nhất, nhưng không đồng nhất
Trang 4HÓA SINH Y HỌC
chất vô cơ (muối, nước) và các hợp chất hữu cơ (glucid, lipid, protid, acid nucleic ) xây đựng tế bào và mô, tham gia các quá trình chuyến hóa
+ Nguyên tô lượng nhỏ (vi lượng): chiếm tỷ lệ rất thấp, không đóng vai trò gì đáng kế trong chức năng tạo hình, nhưng đóng vai trò trong hoạt động sống (hoạt hóa hay ức chế các enzym, tham gia quá trình tạo máu )
Ví dụ: Zn ”” hoạt hóa một số enzym, I tham gia tao hormon giáp trạng, Fe”” tham gia tao
hemoglobin của hồng cầu, myoglobin của cơ và một số enzym oxy - hóa khử, Cu”” tham gia
quá trình tạo máu
Bảng sau đây trình bày thành phần nguyên tố của cơ thé người (bảng 1.2.)
Bảng 1.2 Tỷ lệ của một số nguyên tố của cơ thể người (tính theo % thân trọng) 0 6243 - S 0,16 Zn 0,002 C 21,15 cl 0,08 Br 0,002 H 9,86 Na 0,09 AI — 0,001 N 3,10 Mg 0,027 Si 0,001 Ca 1,90 ] 0,014 Cu — 0/0002 P 0,95 F 0,009 Mn — 0,00005 0,23 Fe 0,005 Co _0,000003
Một điều cần chú ý là các nguyên tế không ở trạng thái tự do mà kết hợp frong các phần tử của các chất vô cơ (nước chiếm trên 60 %, muối vô cơ chiếm 4 - 5% thân trọng người) và các chất hữu cơ (glucid, lipid, protid ), đó là các phân tử sinh học hay các sinh phân tử
2 SINH PHAN TU (phan tir sinh hoc)
Gồm ba nhóm lớn
2.1 Các chất cơ bản (glucid, lipid, protid va acid nucleic)
Các chất này gồm những phân tử lớn (các đại phân tử tham gia xây dựng tế bào) và các đơn vị cầu tạo (xây dựng nên các đại phân tử) (bảng 1.3)
Bảng 1.3 Các chất cơ bản (glucid, lipid, protid va acid nucleic)
Chat Đại phân tử „ Đơn vị câu tạo
Glucid Polysacarid (tinh bét, glycogen ) Monosacarid (glucose ) Lipid Triglycerid, phospholipid Acid béo, alcol (glycerol )
Protid Protein Acid amin
Acid nuleic - ADN, ARN Mononucleotid
2.2 Các chất xúc tác sinh học
Các chất xúc tác sinh học có hàm lượng nhỏ nhưng xúc tác mạnh mẽ các phản ứng wà quá trình hóa học xảy ra trong cơ thể sống Gồm ba loại chất enzym (men), vitamin (sinh tố) và
Trang 5
Chương l: MỞ ĐÀU
* Enzym: có bản chất là protein, do mọi tế bào sản xuất, xúc tác các phản ứng hóa học (chất
tham gia phán ứng do enzym xúc tác được gọi là cơ chất của enzym), do đó có tác dụng quyết định trong chuyền hóa các chat
* Vitamin: cé bản chất hóa học khác nhau (amin, acid, alcol, aldehyd ); thực vật và vi sinh
vật tông hợp được; cơ thé người và động vật không tổng hợp được phần lớn các vitamin, phai
đưa từ thức ăn vào; nhiều vitamin tham gia cấu tạo và hoạt động của enzym
* Hormon: do các sinh vật bậc cao sản xuất, đặc biệt là động vật và người, phần lớn do các tuyến chuyên biệt sản xuất; có tác dụng điều hòa chức năng các cơ quan và xúc tác các quá trình chuyển hóa thông qua hoạt động của các enzym
Như vậy, enzym, vitamin và hormon có liên quan với nhau chặt chẽ trên cơ sở hoạt động
của enzym là trung tâm
2.3 Sản phẩm chuyển hóa
Trong quá trình chuyển hóa các chất, những sản phẩm chuyển hóa trung gian (acid, alcol,
aldehyd, ceton, amin ) được tạo thành Chúng có thể được sử dụng để tổng hợp các chất khác nhau hoặc bị thoái hóa tiếp tục thành các sản phẩm thoái hóa cuối cùng đào thải khỏi cơ thẻ
Những biến đổi hóa học đó được xúc tác bởi các chất xúc tác sinh học (hình 1.1) | A —_;» B—-C——D we Z
Cochitctuyénhéa — —- Sảnphẩm trung gian Sản phẩm cuỗi cùng
Giucid, pid, protid, Acid, alcol, ceton, | CƠ:, HạO, rẻ
acid nucleic | amin, aldehyd acid uric
Chất xúc tác sinh hoc: enzym, vitamin, hormon
Hình 1.1 Quan hệ giữa các chát trong cơ thể sống
Bảng dưới đây nêu lên một ví dụ về thành phần các chất trong một loại tế bào (bảng 1.4) Bảng 1.4 Các cấu tử hóa học chính của vi khuẩn E coii Cấutửb % tổng trọng Số gần đúng của mỗi loại phân tử Nước 70 1 Protein (kể cả các enzym) 15 3.000 AND 1 - ARN 6 > 3.000 Glucid 3 5 Lipid 2 20
Đơn vị cấu tạo và các chất trung gian 2 500
Trang 6HÓA SINH Y HỌC 3 TE BAO
TẾ bào là đơn vị cấu trúc và chức năng của moi co thé sinh vat Co thé sinh vật đơn bào chỉ gồm một tế bào, cơ thể sinh vật đa bào gồm nhiều tế bào Ở những sinh vật bậc càng cao thì
tế bào biệt hóa càng cao tạo thành những mô khác nhau có cấu trúc và chức năng khác nhau,
chúng tạo thành những cơ quan khác nhau Virus là đại phân tử gồm acid nucleic và protein Chúng chỉ có thể sinh sản khi nằm trong tế bào chủ (thực khuẩn thể trong tế bào vi khuẩn, các virus khác trong trong tế bào thực vật hoặc động vật)
Nhìn chung, có hai loại tế bào: zế bào nhân sơ hay không nhân (prokaryote) và tế bào nhân
thật hay có nhân (eukaryote) 3.1 Tế bào nhân sơ
Trong tế bào nhân sơ không có màng nhân tạo nên nhân thực thụ, nhiễm sắc thể tương ứng
với một vùng gọi là vùng nhân hay thể nhân (nuclear zone hay nuclear body hay nucleoid) (hình
1.2)
a
Chat nhiễm sắc
Hình 1.2 Các thành phần của một tế bào nhân sơ điển hình
Sinh vật nhân sơ là những cơ thể nhiều nhất và phổ biến nhất ở trái đất Chúng gồm tảo xanh lục và vi khuẩn Vi khuẩn có ba hình dạng cơ bản: cầu (coccus), que (bacillus), xoắn
(spirillum)
Vi khuẩn có hai nhóm: vi khuẩn thật (eubacteria) va vị khuẩn cổ (archaebacteria) Vi khuẩn
thật thường sống ở đất, nước, những cơ thê sinh vật lớn hơn Vi khuẩn cổ sống ở môi trường bất
thường như nước mặn, suối nóng, đáy sâu đại dương và gồm vi khuẩn lưu huỳnh và sinh vật
sinh methan (methanogen) oo
Trang 7Chương l: MO’ DAU
Lipopolysacarid va protein
Hình 1.3 Cấu tạo thành tế bào vi khuẩn Gram (+) và Gram (-)
Màng bào tương dày khoảng 8nm, gồm một lớp lipid đôi chứa protein và có thể có những chỗ gấp nếp tạo thành những mesosơm Đó có thể là nơi nhân đôi ADN và một số phản ứng enzym khác Ở những vi khuẩn quang hợp mesosom chứa những protein và sắc tố tiếp nhận ánh
sáng và tạo ATP
Thành tế bào dày 3 - 25nm, gồm peptidoglycan (một phức hợp của oligosacarid và protein), trong đó có những D-acid amin (đa số acid amin tự nhiên có dạng L), cho nên peptidoglycan khang lại sự phân giải bởi protease Nó bị phân giải bởi lysozym, một enzym có trong nước mắt, chất nhày và chất tiết khác của cơ thể Bào dịch chứa nhiều đại phân tử (ARNm, ARNt, enzym va ribosom), chất hữu cơ và chất vô cơ Màng ngoài của vi khuẩn Gram 4m rat dé cho thấm qua những phân tử tương đối lớn (PLT > 1.000 dalton) do những protein
porin tạo thành những lỗ ở lớp lipid đơi Giữa màng ngồi và thành tế bào là chu tương (periplasm), khoang chứa những protein do tế bào tiết ra
3.2 Tế bào nhân thật
Trang 8| HÓA SINH Y HỌC
tế bào có màng bao quanh (íy thể, bộ máy Golgi, lưới nội bảo tương, Ïysosom, peroxisom) Có
thê coi nhân tế bào là một bào quan đặc biệt Ribesom Lưỡi aaa ze nội chất ‘a tễ bao hat a bã ian `Ñ` Lysosom Ming sinh chit a) Té bao động vật Luới nội chất tron 8) Tế bảo thực vật
Hình 1.4 Tế bào với các bào quan
Có thể dùng siêu ly tâm để tách biệt các thành phần của tế bào để nghiên cứu
Kết hợp với việc nghiên cứu về mặt hình thái nhờ kính hiển vỉ quang học và kính hiển vị
điện tử người ta đã xác định được các thành phần của tế bào (hình 1.4.)
Tế bào động vật và tế bào thực vật có cùng cấu trúc cơ bản, nhưng cũng có một số bào
quan và cầu trúc mà tế bào này có, tế bào kia không (ví dụ: lục lạp, không bào và thành tế bào ở tế bào thực vật; lysosom ở tế bào động vật)
Trang 9Chương l: MỞ ĐÀU Bang 4.5 Chỉ dấu và chức năng chính của các phân đoạn tế bào (cấu trúc dưới tế bảo)
Bao quan/phan đoạn Chi dau Chive nang chinh Nhan ADN Chứa nhiễm sắc thể
(có màng đôi) Nơi tổng hợp ARN
Ty thé Glutamat Chu trinh acid citric | (có màng đôi) Dehydrogenase Phosphoryl oxy hóa ‘| Ribosom ' Hàm lượng cao Tong hợp protein
(không màng) của ARN
Lưới nội bào tương
(có màng đơn) Glucose 6-phosphatase ˆ Ribosom gắn vào (tổng hợp protein); tổng hợp lipid; oxy-hóa nhiều chất lạ (thuốc, chất ô nhiễm ) nhờ cytocrom P450 Lysosom Phosphatase acid Chứa nhiêu hydrolase (có màng đơn)
Mang bào tương Na", K” - ATPase Chuyên vận các phân tử vào và ra tế
(có rnàng đơn) 5'-Nucleotidase bào, dính kết liên bào và thông tin liên bảo Bo may Golgi - Galactosyl-transferase Chia loại protein nội bào; giycosyl-hóa, (có màng đơn) sulfat-hóa
Peroxisom Catalase Thoái hóa một số acid béo và acid amin,
(có màng đơn) Oxydase của acid uric phân giải HạO;
Bộ xương tế bào
(không màng) Không có chỉ dâu
Enzym đặc hiệu Vi sợi, vi ông và sợi trung gian Màng tế bào ¡Glycoprotein Glycolipid 42 " Cholesterol Té bao chit Hình 1.5 Màng tế bào động vật
Màng tế bào động vật, tức màng bào tương là giới hạn ngoài của tế bào Đó là lớp lipid đôi
Trang 10HÓA SINH Y HỌC Nhân tẾ bào Màng ngoài ————— Lưới nội chất hạt Hình 1.6 Nhân tế bào
Nhân tế bào có màng nhân gồm màng trong và màng ngoài Màng nhân có nhiều lỗ nhân khiến cho các chất trong nhân và trong bào dịch có thể qua lại Nhân tế bào chứa toàn bộ các ADN nhiễm sắc thể ở dạng sợi nhiễm sắc (ADN xoắn kép cuộn quanh những phân tử protein
histon) Ở kỳ giữa của nguyên phân tế bào sợi nhiễm sắc trở thành nhiễm sắc thể điển hình
Trong nhân có hạch nhân Đó là một vùng dày đặc, không có màng bao bọc và là nơi tổng hợp
những ARNr
Lưới nội bào tương
Ribosom -
Hình 1.7 Lưới nội bào tương
Lưới nội bào tương gồm những tắm dẹt, túi và ống có màng, chiếm một khoảng nội bào lớn Màng của lưới nội bào tương là cầu trúc nối tiếp của màng ngoài của màng nhân Có hai loại: có
-_ Lưới nội bào tương sẳn sùi có ribosom bám vào bẻ mặt
Trang 11Chương I: MỞ ĐẦU
-_ Lưới nội bào tương nhắn không có ribosom bám vào và có chức năng chuyển hóa lipid Lưới nội bào tương sẵn sùi là nơi xây ra sự tong hop protein mang va protein (iết ra ngoài
tế bào Trong khoang lòng của lưới nội bào tương có những enzym tham gia sự biến đổi sau
dịch mã của những protein đó (glycosyl-hóa, phân giải protein )
Ribosom là bộ máy sinh tổng hợp protein Bé may Golgi
Bộ máy Golgi là một hệ thống mạng lưới những túi đẹt xếp chồng theo thứ tự độ lớn giảm dần, tham gia vào sự biến đổi, phân loại và đua nhận những đại phân ¿ử để bài iết hoặc phân phối cho những bào quan khác Chung quanh bộ máy Golgi có nhiều những túi nhỏ (= 50 nm) có chức năng vận chuyền các chất giữa bộ máy Golgi và những bộ phận khác của tế bào ới nội chất và thể Hình 44 8 Bộ máy Golgi Ty thể Hình 1.9 Ty thể
Ty thể có hình bầu dục, đài khoảng 2 uum, đường kính khoảng 0,5 um, có hai màng (màng ngoài và màng trong) Màng ngồi là một lớp đơi lipid có nhiều protein Màng trong cũng là một lớp đôi lipid có nhiều protein hơn màng ngoài và được gấp nếp thành những mào Những enzym của chuỗi hô hấp tế bào gắn vào màng trong của ty thể
Trang 12HÓA SINH Y HOG _
Khoang khuôn của ty thể chứa cáo ©ozy1a của chủ trink acid citric vA cha sw oxy hóa của aoid báo
Như vậy, ty thể là nha may san sich ¡
phản ứng giữa oxy thở vào và những phân tử đỉnh dưỡng TaD Lysosom (tiéu (hô) va peroxisom (hình 1 iO} ~, 3 ăng lượng (đặc biệt là năng luoug du itt ATP) fs SAG š ms & v “ mm th 3 Š VPeroxisoxa Ay80s0nn lưäng xuộf lớp \ Lãi tỉnh thể 7 trai oxilane Tập hợp cnzym , Hình 1.10 Lysosom và Peroxisom
Peroxisom có hình đạng và kích thước tương tự lysosom, chứa những 'enzym oxy hóa (oxydase xúc tác phản ứng tạo thành hydroperoxyd H;O; có tính độc) và catalase (xúc tac sw
phân hủy HạO;¿ > HạO và 1⁄4 O¿)
Lysosom có hình cầu, đường kính 0,2 - 0,5 um, cé mang đơn bao bọc, chứa nhiều
hydrolase (protease hay proteinase, lipase, phosphatase, nuclease, polysacaridase va mucopolysacaridase) Bộ xương của tẾ bào Vĩ ông
Hình 1.11 Bộ xương của tế bào
Bộ xương của tế bào trong bào dịch tạo thành thm lưới giúp duy trì hình đạng tế bào và tạo
cơ sở cho sự chuyển động của tế bào Nó gồm ba loại sợi: vi ống (đường kính 25 nm), vi sợi hay sợi actin (đường kính 8 nm) và sợi trung gian (đường kính 10 nm)
Bao dich
Đó là phần nỗi sau khi ly tâm làm lắng cặn tất cả những thành phần hữu hình của tế bào (bào
quan, bộ xương tế bào, ribosom tự do), nơi xảy ra nhiều quá trình chuyển hóa, ví dụ đường phân
Trang 133.3
Chương I: MỞ ĐÀU Chu trình tế bào
Gồm hai pha: phân bao (M) và pha liên phân bào kế tiếp nhau, pha liên phân bảo hay gian
kỳ (kỳ trung gian) lại có ba giai đoạn: G1, S, G2 (hình 1.12)
Phân cha Giờ mm Nguyên phân Kỳ đầu _Ky giữa Ky san “Kỳ cuối Kỳ trung gian Hình 1.12 Chu trình tế bào
Trong hình 1.12, M là ký hiệu của phân bào nguyên nhiễm hay nguyên phân
Giai đoạn G¡: Tích lũy vật chất, khoảng 5 - 10 giờ Giai đoạn S: Tổng hợp ADN (nhân đôi) khoảng 6 - 8 giờ
Giai đoạn G;: Chuẩn bị phân chia, khoảng 2 - 6 giờ
Bốn thời kỳ của phân bào nguyên nhiễm hay nguyên phân hay gián phân (M), (hình 1.13.): K) trước hay kỳ đầu (khoảng 10 - 15 phút): hình thành thoi phân bào; hạch nhân và màng nhân biến dần
Ky giita (khoảng 25- 35 phút): nhiễm sắc thể có hình dạng điển hình, tâm động gắn với thoi vô sắc, các nhiễm sắc thể tập trung ở mặt phẳng xích đạo cúa tế bào
Trang 14HÓA SINH Y HỌC
4 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CƠ THẺ SÓNG
4.1 Tính chất tự tổ chức của vật sống
Tế bào là đơn vị cầu tạo và chức năng của cơ thể sống, gồm những phần khác nhau sắp xếp
thành những cấu trúc nhất định gọi là bảo quan (nhân, ty thé, ribosom ) Ở cơ thể đa bào, các tế
bao được biệt hóa thành những mô, cơ quan khác nhau Mỗi mô, mỗi cơ quan, mỗi loại tế bào,
mỗi bào quan và mỗi loại sinh phân tử đều có những chức năng sinh học nhất định Về mặt phân
tử, có sự liên quan giữa cấu trúc hóa học và chức năng sinh học của các sinh phân tử; có sự nhận
biết lẫn nhau giữa các phân tử (enzym — co chất; hormon — thể nhận; acid nucleic — protein) -
Cơ thể sống là tập hợp các phân tử trong một cơ cấu tổ chức nhất định: sinh vật sử dụng
các phân tử đơn giản tạo thành các phân tử lớn hơn và phức tạp hơn, các phức hợp phân tử, các
bào quan, rồi lại đến tế bào và cơ thể (hình 1.14) Sinh vật tự tổ chức nên cơ thể của chúng Co thé Phân tử lượng: 7 Tế bào 10 - 10° x Bao quan Nhân, ty thể, hạt lục, thé Golgi 10° - 10° I Phức hợp trên Acid nuleic phân tử Ribosom, phức hợp enzym 100 — 350 †
Nueleotid Đại phân tử 3 Polysacarid Lipid Protein Đơn vị cấu tạo Glucose Acidbéo Acidamin 30-250 3 18—44 | Chat trung gian 3 Pyruvat, citrat, malat, pyruvat, acetat, base nito Tiền chất CO, H,0, NHs3, Nz Hình 1.14 Từ phân tử đến cơ thé
4.2 Chuyển hóa các chất và chuyển hóa năng lượng
Các phản ứng hóa học Xây ra trong cơ thể sinh vật là các phản ứng hóa sinh Nhiều phản ứng hóa sinh xảy ra liên tiếp (A^3B>C>D> Z) tạo nên một chuỗi phản ứng hóa sinh Các
phản ứng và chuỗi phản ứng hóa sinh với những mối liên quan ching chịt tạo nên quá trình chuyển hóa các chất Trong quá trình chuyên hóa đó năng lượng được chuyển từ dạng này sang
dạng khác (hóa năng, cơ năng, nhiệt năng ) Đứng về mặt khả năng chuyên hóa các chất và chuyển dạng năng lượng, người ta chia sinh vật ra làm hai dạng lớn:
Trang 15
Chương I: MO’ BAU - Sinh vật tự dưỡng (thực vật, vi khuẩn quang hợp, một số tảo có nhân và mốc): có khả
năng thu năng lượng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ (glucid, lipid, protein ) từ các chất
vô cơ đơn giản (CO;, H;O, NHạ) Vi khuẩn hóa tự dưỡng (chemoautotrophic) dùng năng lượng từ phản ứng oxy hóa những hợp chất vô cơ như H;, NHạ, HS
- Sinh vật dị dưỡng (động vật và người): không có khả năng trên mà chỉ có khả năng sử dung năng lượng hóa học tiềm tang trong các chất glucid, lipid, protid ở thức ăn lấy từ sinh vật tự “dưỡng chuyển thành công cơ học (co cơ), công dưới dạng điện (chuyển xung động thần kinh),
công thâm thầu (vận chuyến tích cực các chất ngược với gradient nồng độ), công hóa học (tổng
hợp các phân tử) Sơ đồ dưới đây (hình 1.15), thể hiện mối liên quan giữa hai đạng sinh vật đó GLUCID LIPID CO; PROTID HạO Thức ăn (dị dưỡng) ĐỘNG VẬT ẹ Năng lượng (nhiệt, công) ỡng) : CO, HạO NH;
Hình 1.15 Liên quan giữa sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng
Về mặt nhiệt động học, vật sống là một hệ thống hở (có trao đổi vật chất và năng lượng với
môi trường)
4.3 Khả năng tự điều hòa
Các quá trình chuyển hóa trong cơ thể sống bao gồm hàng loạt các phản ứng hóa học xảy ra liên tục nhằm giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống hoặc tổng hợp nên các chất tham gia xây dựng tế bào Các quá trình này luôn luôn được điều hòa sao cho phù hợp với nhu cầu của cơ thể, không thừa và cũng không thiếu Tính chất tiết kiệm là một đặc điểm của chuyển hóa các chất trong cơ thể sống
4.4 Sự sinh sản
Đây là một thuộc tính quan trọng của sinh học, giúp cho sinh vật sinh ra các hệ con cháu, thế hệ con giống thế hệ bố mẹ về khối lượng, hình thái và cả cấu trúc bên trong, chức năng sinh lý cơ sở phân tử của quá trình này là sự nhân đôi của phân tử ADN (từ một phân tử tạo ra hai phân tử giống hệt nhau)
5 VAI TRÒ CỦA HÓA SINH HỌC ĐÓI VỚI Y HỌC
-_ Hóa sinh đi sâu nghiên cứu vào bản chất của sự sống và các quá trình bệnh lý Vì vậy, nó
đóng vai trò to lớn trong nghiên cứu y học, công tác phòng và chữa bệnh
Trang 16HÓA SINH Y HỌC
CÂU HỎI TỰ LƯỢNG GIÁ
1, Chọn câu đúng
A Lysosom có đường kính khoảng 5-7trm
B Màng của lysosom là màng đôi
C Lysosom chứa nhiều hydrolase D Peroxisom cũng chứa nhiều hydrolase 2 Chọn câu sai
A Sinh nguyên tố là những nguyên tố hóa học của cơ thể sống và có vai trò sinh học nhất định
B Natri là một nguyên tố vi lượng
C Sinh phân tử gồm 3 nhóm lớn: các chất cơ bản, sản phẩm chuyến hóa và các chất xúc
tác sinh học
D Protein là đại phân tử sinh học
3 Chọn câu đúng
A Tế bào nhân sơ (hay không nhân) không có ‘acid nucleic B Tế bào nhân thật (hay có nhân) không có màng nhân C Tế bào vi khuẩn có kích thước khoảng 0,1 - 10 pm
D.Vi khuẩn Gram (+) có thành tế bao mỏng hơn thành tế bào của vi khuẩn Gram (-)
4 Chọn câu đúng
A Mỗi bào quan hoặc phân đoạn của tế bào đều có chỉ dấu và những chức năng riêng B Chỉ dấu của nhân tế bào là catalase
C Chỉ dấu của lysosom là ADN
D Chi dấu của bộ máy Golgi là phosphatase acid 5 Chọn câu đúng
A Màng tế bào động vật dày khoảng 2-3 um B Nhân tế bào có màng nhân đơn rất dày C Ribosom cũng có mang là một lớp lipid đôi
D Có hai loại lưới nội bào tương: sẵn sùi (có ribosom bám vào bề mặt) và nhẫn (không
có ribosom bám vào) 6 Chọn câu sai
A Lưới nội bào tương là nơi Xảy ra sự tổng hợp protein màng và protein tiết ra ngoài tế
bảo
B Bộ máy Golgi là một hệ thống mạng lưới những thể dẹt xếp chồng C Ty thể có hai màng (màng ngoài và màng trong)
D Ty thể chứa toàn bộ các enzym thủy phân
Trang 17
Chương l: MỞ ĐÀU 7 Chon cau sai
A Bộ xương của tế bào nhân thật gồm ba loại sợi: ví ống, Vi soi va sợi trung gian B Bào dịch là chất lỏng còn lại sau khi ly tâm làm lắng cặn các thành phần hữu hình
của tế bào
C Pha liên phân bào (gian kỳ) trong chu trình tế bào gồm 3 giai đoạn: G1, S, G2
D Giai đoạn GI là giai đoạn nhân đôi ADN
8 Chọn câu đúng
A Pha nhân bào chiếm quá nửa thời gian của chu trình tế bào B Ở kỳ trước ADN nhân đôi
C Giai đoạn G2 là giai đoạn tế bào tích lũy vật chất
D Ở kỳ giữa của gián phân nhiễm sắc thé có hình dạng điển hình 9 Chọn câu sai
A Chuỗi phản ứng hóa sinh bao gồm những phản ứng hóa sinh xảy ra liên tiếp
B Thực vật có khả năng thu năng lượng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản
C Về mặt nhiệt động học, vật sống là một hệ thống kín
D Cơ thể sống có khả năng tự điều hòa các quá trình chuyển hóa sao cho phù hợp với
nhu cầu của cơ thể
CÂU HỎI NGHIÊN CỨU BÀI HỌC
1 Những đặc điểm chung của những sinh nguyên tố H, C, N, O (có nguyên tử số lần lượt là 1, 6, 7, 8)
2 Hãy trình bày một số monomer và polymer sinh học tương ứng
Trang 18Chương | HOA HOC GLUCID MUC TIEU 1 BAI CUONG 1.1 Dinh nghia Glucid bao gồm những hợp chất hữu cơ là MS hay khi thủy phân cho ra MS và/hoặc dẫn xuất của MS 1.2 Phần loại
Glucid được chia thành bốn loại:
— Monosacarid (MS, ose hay đường đơn): là đơn vị cấu tạo của glucid, không bị thủy phan Vi du: glucose, fructose, galactose
— Disacarid (DS, đường đôi): do hai MS nối với nhau bằng liên kết glycosid Ví dụ:
maltose, lactose, sacarose
- Oligosacarid (OS): gồm từ 3 đến 12 MS nối với nhau bằng liên kết glycosid Tùy theo sé MS cé trong phan tử, Os lại chia thành trisacarid gồm 3MS, tétrasacarid gom 4MS Nhiều OS là thành phần cấu tạo của các polysacarid tạp
~ Polysacarid (PS) chia hai nhóm:
+ PS thuần: gồm nhiều MS cùng loại nối với nhau bằng liên kết glycosid tạo thành mạch thẳng hoặc mạch nhánh Ví dụ: tỉnh bột, glycogen, cellulose
+ PS tạp: gồm nhiều MS khác loại, dẫn xuất của MS hoặc có thêm các chất khác như
acid sulfuric, acid acetic Vi dy: mucopolysacarid, glycoprotein 1.3 Vai trò
Glucid chiếm khoảng 2% trọng lượng khô của động vật, 80-90% trọng lượng khô của thực
_ vật; là thức ăn chủ yếu của động vật, cung cấp nguồn năng lượng chủ yếu cho cơ thể tiến hành các chức năng khác nhau Glucid còn đóng vai trò tạo hình, tham gia vào thành phần cấu tạo của nhiều chất trong cơ thể như acid nucleic, các protein tap, glycoprotein, glycolipid
Trang 19Chương tl: HOA HOC GLUCID
2 MONOSACARID 2.1 Cầu tạo — danh pháp
MS do các nguyên tế C, H, O tạo thành; gồm có một chức khử, còn lại là chức alcol (một carbon thuộc nhóm carbonyl mang chức khử aldehyd hoặc ceton) Tất cả các carbon còn lại đều liên kết voi nhém hydroxyl (OH), alcol bac 1 hoặc bậc 2 MS là những aldehyd-alcol (hay polyhydroxy aldehyd) được gọi là aldose, hoặc ceton-alcol (hay polyhydroxy ceton) được gọi là cetose H | CH20H O-O co (GHOH)› (CHOH)n CHaOH _ CHaOH Aldose Cetose
Hình 2.1 Công thức tổng quát của MS
n biểu thị số nhóm alcol bậc 2 và bằng 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 tùy từng loại MS
Gọi tên MS theo số carbon: triose, tétrose, pentose, hexose, heptose Có thể coi acid
neuraminic là một MS, tức nomose (9C) hoặc theo số carbon kèm theo tiếp đầu ngữ aldo hay ceto (chỉ loại aldose hay cetose) Ví dụ: aldotriose, cetohexose MS có nhiều loại đồng phân:
— Đồng phân hóa học: các MS có cùng công thức tổng quát nhưng khác nhau ở nhóm chức khử aldehyd hoặc ceton Ví dụ: glucose và frucfose
_ Đồng phân lập thể enatiomer: dạng D và L Ký hiệu D và L dùng để chỉ về loại, về nguồn gốc từ D hoặc L — giyceraldehyd (là một aldotriose, MS đơn giản nhất) Loại D gồm những MS có nhóm OH đứng ở bên phải của carbon bất đối xứng xa nhóm
carbonyl nhất (tức là carbon đứng cạnh carbon cuối cùng) Loại L thì ngược lại có nhóm
OH đứng ở bên trái và là ảnh của loại D qua gương Phần lớn các MS trong tự nhiên
đều thuộc loại D
— Đồng phân quang học MS: trừ dioxyaceton, các MS đều có carbon bất đối (C’: carbon kết hợp với 4 nhóm khác nhau) do đó đều có tính quang hoạt (tức khả năng ian quay mat phẳng của ánh sáng phân cure) và có tác dung dang đồng phân quang học ' (ĐPQH) Số DPQH N =2", trong đó n là số C” Ví dụ: glyceraldehyd có 1C” nên có 2 = 2 ĐPQH Dấu (+) hoặc (-) chỉ khả năng làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải hoặc sang trái
Như vậy, ký hiệu D và L thể hiện một khía cạnh về cấu trúc Còn ký hiệu (+) và (-) (hay d, dextrogyre là quay phải và I, levogyre là quay trái) chỉ khả năng làm quay mặt phẳng của ánh sáng
Trang 20HÓA SINH Y HỌC
phân cực của một MS nhất định
định, trong đó t là nhiệt độ thí ng (thuộc dãy D hoặc L) Mỗi MS có góc quay đặc biệt [œ]D nhất
hiệm, D là độ dài sóng của ánh sáng đơn sắc (thường là của Na), } Ị ị H—C-—0H I 0H—G-—H l _ C= 0 : =0 CH;OH CH20H H—C- —0H H0 —0 — ! _ CHạ0H CH20H Loại D Loại L D(+} Giyceraldehyd L(-} Glyceraldehyd Hình 2.2 Đồng phân quang học của MS 2.2 Công thức 2.2.1 Công thức thẳng Vi du: glucose là một aldohexose có các dạng công thức sau: er HOCH Công thức thẳng h i J l HCO e— H0—C——H —c ` i J1 OH H-0—0H P = ore cH H¿0H GH20H 4h0 HO +H20 0: đỏ
- (0D Qeeluaos , (Đảng cấu GỤ)- (tông hức Haươn) Dang pyran-p {B-D-plucopyrarioss)
Hình 2.3 Các dạng công thức của phân tử glucose
2.2.2 Hệ chiếu Fischer (dang cau oxy)
Công thức thẳng còn có nhiều nhược điểm nên Tollens cho rằng,
các MS có từ 5C trở lên còn có cấu tạo vòng gọi là đạng cầu oxy Cầu
20
ngồi cơng thức thẳng,
Trang 21Chương Hl: HOA HQC GLUCID |
hay bán cetal nội phân tử) được hình thành do phản ứng giữa —OH alcol va -OH cia hydrat
aldehyd, nên dạng vòng của aldose là bán acefal vòng nội và của cetose là bán cefal vòng nội Nhóm —OH ở C¡ của aldose được gọi là -OH bán acetal còn nhóm —OH ở C¿ của ceftose được gọi là —-OH bán cetal Khi đó C¡ của aldose và C¿ của cetose trở thành C” MS có những dạng
đồng phân mới œ và B, là những đồng phân anome: dạng œ có -OH bán acefal ở cùng bên với cầu oxy; dạng B có -OH bán acetal ở khác bên với cầu oxy Khi đó glucose có số đồng phân
quang học là 2Š = 32, thay vì là 16
2.2.3 Công thitc Haworth
Haworth cho rằng MS khi đóng vòng có thể ở dạng bền pyran có 6 cạnh (gọi là pyranose,
cầu oxy nối từ C¡ đến C¿) hoặc dang it bền hơn, furan có 5 canh (goi 1a furansose, cầu oxy nối
từ C¡ đến C¿)
Theo công thức Haworth: -
~ MS loại D có chức alcol bậc nhất (CHạOH) nằm ở trên mặt phẳng lục giác (loại L thì nằm ở đưới mặt phẳng) — Nhóm -OH nằm ở bên phải trong công thức thẳng thì trong công thức vòng nằm ở dưới mặt phẳng 7 | — Dạng œ có -OH bán acetal nằm ở đưới mặt phẳng Dạng B có —-OH ban acetal & phía trên mặt phẳng
Tóm lại, glucose là một bán acetal vòng nội của một aldehyd — alcol, trong dung dịch nước
có hiện tượng chuyển quay (mutarotation) rồi đạt trạng thái cân bằng động của 3 dạng: dạng thang, dang o va dang B
œDglucose ~————> dangthang @————* f Dglucose
# 37% : #0,1% # 63%
Khi pha œ D glucose vào dung dịch, lúc đầu dung dịch ở góc quay đặc hiệu là +112°2 của
dạng œ Sau đó, dạng œ giảm dần, dạng tăng lên, nên góc quay giảm dần cho đến khi cân bằng động được thiết lập, góc quay của dung dịch ổn định (ở trạng thái cân bằng động như trên) là
+52°7 Khi pha B D glucose vao dung dich thi hiện tượng chuyển quay bắt đầu từ +18”7 tới góc quay ôn định là +52°7 Trong dung dịch, hơn 99% glucose ở đưới dạng pyranose
2.3 Tính chất
Các MS dễ tan trong nước, có vị ngọt
Các MS (trừ dioxyaceton) đều có tính quang hoạt (khả năng quay cực), ứng dụng đề có thé định lượng MS bằng phân cực kế (polarimetre)
2.3.1 Tinh khử hay phản ứng bị oxy hóa
— Các MS có tính khử do có nhóm chứa khử aldehyd hoặc ceton Khi cho MS tác dụng với muối kim loai ning (Cu, Hg™ ) trong môi trường kiềm nóng, MS sẽ khử các kim loại này Các phản ứng được ding dé định tính và định lượng đường, đặc biệt là với
thuốc thử Fehling MS sẽ khử Cu” thành Cu” dưới dạng oxyd đồng I (Cu;O) tủa màu
đỏ gạch Còn MS bị oxy hóa thành acid
Trang 22HÓA SINH Y HỌC
— MS có thê bị oxy hóa hay ở chức alcol bậc 1 của C cuối để tạo nên acid tương ứng
CQOH
Ví dụ: glucose bị oxy hóa ở C¡
tạo acid gluconic, ở € tạo acid glucuronic
Acid-D-glucuronic
Acid glucuronic có vai trò quan trọng trong sự khử độc cho cơ thể và cũng là thành phần
của PS tạp
2.3.2 Tính oxy hóa hay bị khử
Các MS có thể bị khử tạo thành các chất đa rượu (polyalcol) (CHoOH | ———— Sorbitol —C Fructose { C— - { C— t ‘CH20H Vidy: Glucose + Ha
3.3.3 Tác dụng của acid vô cơ manh (tae furfural)
Các acid vô cơ mạnh (như HaSO, đậm đặc, HCI đậm đặc) làm mắt nước của MS, biến đổi MS thành các furfural hay dẫn xuất của furfural Các chất này sẽ kết hợp với những chất thuộc
loại phenol để cho những hợp chất màu đặc biệt dùng cho việc định loại các MS
Ví dụ: phản ứng Molish, phản ứng Seliwanoff, phản ứng định lượng glucose bằng Ortho - Toluidin
2.3.4 Phan ting tao este
Trang 23Chương II: HÓA HỌC GLUCID |
2.3.5 Phản ứng tạo gÌycosid
Liên kết glycosid hình thành do nhóm -OH bán acetal của MS kết hợp với 1 nhóm -OH của một chất khác (R-OH), tạo liên kết O-glycosid, hợp chất tạo thành có tên chung là các
glycosid Mỗi loại MS cho glycosid tương ứng Các N-glycosid hiếm hơn, do kết hợp với nhóm NH, cia mot chất khác (R—NH;) Vi du: nucleosid Je glycosyl : se 6S Tên kết 0-Giycosid 0-BEycosid Rone “2s << itn kt NI - Giycosid N-Glycosid Hình 2.4 Liên kết glycosid
Liên kết glycosid cũng chính là liên kết nối các MS lại với nhau dé tạo thành DS, PS 2.4 Một số MS thường gặp và các dẫn xuất của MS
2.4.1 Triose
D-—glyceraldehyd và dioxyaceton là những sản phẩm chuyến hóa trung gian của glucid 2.4.2, Pentose
Hai pentose quan trong la ribose, tham gia cấu tạo acid ribonucleic (ARN) va deoxyribose (là ribose mất oxy ở C¿), tham gia cấu tao acid deoxyribonucleic (ADN) Ngoai ra, các D- ribulose và D-—xylulose là những sản phẩm chuyển hóa trung gian của glucid, gặp nhiều trong con đường hexose monophosphat, chu trình pentose
2.4.3 Hexose
D-glucose (còn gọi là đường nho, dextrose): có nhiều trong nho, là thành phần cấu tạo
của nhiều giucid quan trọng ở động vật và người như sacarose, lactose, tỉnh bột,
glycogen, cellulose Ở người, glucose có ở khắp các mô và dịch, là cơ chất chuyển hóa chủ yếu của giucid
Eructose (đường quả): có nhiều trong trái cây, mật ong
Galactose: là đồng phân êpime của glucose ở Cạ, tham gia cấu | tao lipid tap, sita (lactose)
Manose: là đồng phân êpime của glucose ở C;
Trong tự nhiên, các MS thường gặp nhiều nhất là pentose và hexose, đặc biệt là glucose
Trang 24HÓA SINH Y HỌC 2.4.4 Các dẫn xuất của N4S 24 H CH20H i 5 thơ | 2 PH:0H —0—0h 4 79 Ho—~OH i —OH - 0 | CH2OH t H tH CH20H HC—OH HC—OH Dioxyaceton | | D-Glyceraldehyd CH20H CH20H D-Ribulose D-Xylulose , H:0H HOH2C O CH2OH am a-D-Ribosa —_-_ a-D-Deoxyribose a-D-Galactose -a-D-Fructose a-D-Manose Hình 2.5 Một số MS thường gặp
Các glycosid: liên kết Blycosid giữa các MS tạo thành các DS, OS va polysacarid
Các glycosid rất phổ biến trong thực vật, một số có dược lực tính mạnh nên được dùng
để chữa bệnh, như digitalin, ouabain trong bệnh tim mạch, streptomycin la mét khang
sinh -
Các acid uronic: như acid galacturonic, acid glucuronic đóng vai trò sinh học quan trọng
trong cơ thể, tham gia cơ chế khử độc, liên hợp bilirubin tại gan, là thành phần cấu tạo
của PS tạp
Este phosphat: các este phosphat của các MS, đặc biệt là glucose, là những sản phẩm chuyển hóa trung gian và là đạng hoạt hóa của các cơ chất chuyển hóa của glucid Osamin: nhém ~OH của MS được thay bằng nhóm amin (CNH;), các osamin có thể được acetyl hóa Glucosamin tham gia cầu tạo nhiều PS tạp Galactosamin tham gia cầu tạo glycolipid và PS tạp của sun (chondroitin sulfat)
Trang 25Chương II: HÓA HỌC GLUCID COOH œ0 -Ý gốc acid pyruvic i Hộ~-g _ HsC—CO—HNCH — CHOH *- : HOCH nn Ho—OH Hệ~œ | NH, ~ CHOH
* Glucosamin - Acid N-acetyl-neuraminic
3 DISACARID (BUONG DO},
Cấu tạo: do hai MS nối với nhau Nếu cả hai nhóm —OH bán acetal (hoặc bán cetal) của 2 ` MS đều tham gia tạo liên kết glycosid, DS tạo thành không còn tính khử Nếu —OH thứ hai tham ˆ gia tạo liên kết glycosid là một ~OH alcol của MS thứ hai, DS tạo thành còn tính khử Các DS _ thường gap va quan trong 14 maltose, lactose, sacarose,
3.1 Maltose
Có trong 1 mam n lia, men bia, kẹo mạch nha, là sản phẩm do sự thủy phân tinh bột Cầu tạo bởi hai phân tử œ-D-glucopyranose kết thợp với nhau bằng liên kết 1,4 glucosid Có tính khử 3.2 Lactose (đường sữa)
Có nhiều trong sữa Do I phân tử -D-galactopyranose nối với 1 phân tử œ-D-
glucopyranose bằng liên kết 1,4—B galactosid Có tính khử 3.3 Sacarose (đường mía)
Có nhiều trong mía, củ cải đường Do 1 phân tử œ-D-glucopyranose nối với 1 in tử B- D-fuctofuranose bằng liên kết 1,2—oœ, B ølucosid Không có tính khử
Trang 26HÓA SINH Y HỌC 20H Sacarose 1 œ Maltose liền kết 1,2 {œ -D-guoopyranoayl-{ † —› 4}-D-glucopyranose O ôa, P-ghicosiÂd CH20H ` CHeOH 0 0 OH2E 1¥3p 0 4 H B ⁄ ĐH | Liên kết 1,4-p-Galactosid CH:OH Lacluse ƒrÙ-galaclopyrancsyi{1 ~ 4}-D-giucopyranoss o-D-glicopyranosy!-(1 ~» 2)-p -D-fructoturanosid Hình 2,6 Một số DS thường gặp 4 POLYSACARID 4.1 PS thuần 4.1.1 Tỉnh bội
Là thức ăn glucid chính của người, là thức ăn dự trữ của thực vật, có nhiều trong các loại củ (khoai lang, khoai tây ), các loại hạt ngũ cốc (lúa, ngô ) tích tụ trong tế bảo dưới dạng hạt,
có hình dạng kích thước cấu tạo khác nhau tùy nguồn gốc Tác dụng với iod cho màu xanh tím
đặc trưng
Cấu tạo bởi hai loại phân tử amylose (20%) và amylopectin (80%), có công thức tổng quát
là (CzH¡oO;)n - ,
Amylose: tan trong nước, cho màu xanh với iod, có cấu tạo chuỗi thắng do các đơn vị œ— D-glucose nối với nhau bằng liên kết œ 1—»4 ølucosid Mạch amylose có thể xoắn, mỗi chu kỳ
xoắn gồm 6 đơn vị glucose
Amylopectin: không tan trong nước, gây tính keo cho hồ tỉnh bột, gồm các đơn vị œ-D-
glucose nối với nhau bằng liên kết œ 1—> 4 glucosid và œ 1-96 glucosid nên có nhiều mạch
nhánh (nơi các chỗ phân nhánh là liên kết œ 1—>6 glucosid) -
Tỉnh bột bị thủy phân (bởi acid vô cơ và nhiệt hoặc bởi enzym amylase trong đường tiêu hóa) tạo thành các sản phẩm trung gian gọi là dextrin cho màu khác nhau với iod, cuối cùng cho maltose, rồi glucose Hai chất này không cho màu với iod
Hồ tỉnh bột —› amylodextrin —> erythrodextrin —> acrodextrin > maltose —> glucose Các hạt tỉnh bột không tan trong nước lạnh, khi đun nóng tạo thành dung dịch keo gọi là hồ tỉnh bột Tỉnh bột không có tính khử
4.1.2 Glycogen
Là glueid dự trữ của động vật, có nhiều trong gan, cơ, là nguồn cung cấp năng lượng chính
Trang 27Chương Il: HÓA HỌC GLUCID
nỗi với nhau bằng liên kết œ—1,4 glucosid và liên kết œ-1,6 glucosid noi chỗ phân nhánh Phân tử glycogen gồm các chuỗi phân nhánh phức tạp có kết cấu nằm thành một dạng hình cầu, đường kính
khoảng 2lnm, trọng lượng phân tử rất lớn Tác dụng với iod cho màu đỏ nâu CH20H _ Nên kết a-1,6-glucosid any co `*——_—— Liên kết œ-1,4-glucosid
Liên kết glucosld trong phân tử tỉnh bột và Glycogen
ORO Vòng xoắn của amylose 2 Cấu trúc phân nhánh của glycogan - Hình 2.7 Một số PS thường gặp
4.1.3, Cellulose
Là thành phần cấu tạo chính của thực vật, do sự kết hợp ở vị trí 1—»4 của các phân tử B-D-
glucose, không có mạch nhánh -
Cellulose không có vai trò dinh đưỡng trong cơ thể người và địch tiêu hóa không có enzym thủy phân liên kết B 1—>4 glucosid Nhưng cellulose ăn vào hàng ngày, từ hoa quả, các loại rau giúp thức ăn để được tiêu hóa hơn đo kích thích các nhu động ruột, giúp ruột già phế thải
những chất bã chống lại sự táo bón Ở động vật ăn cỏ, loài nhai lại như bò, có các vi sinh vật
trong ống tiêu hóa sản xuất enzym thủy phân cellulose
—_ Ngoài ra còn có một số PS thuần khác như:
+ Dextran: là PS thuần phân nhánh, gồm các gốc œ-D-glucose nối với nhau bằng liên kết œ 1—>6 glucosid, còn có nhiều liên kết phân nhánh (1—>2; 1—>3 hoặc 1—>4
Trang 28HÓA SINH Y HỌC
4,2 Polysacarid tạp
PS tạp là những phân tử lớn có cầu trúc phức tạp, có nhiều trong tự nhiên và đóng nhiều vai trò sinh học quan trọng trong thành phần có các MS khác loại, dẫn xuất của MS hay có thêm các
chất khác, như ozamin, acid uronic, acid sialic, acid neuraminic, acid sulfuric, acid acetic PS tạp gồm:
4.2.1, Mucopolysacarid (glycosaminoglycan va proteoglycan)
Mucopolysacarid 14 nhiing hon chAt carbon hydrat nhite tan, c6 thank phan 1 những đường
amin (ozamin) và acid uronic Khi có gắn với protein chúng được gọi là proteoglycan, là thành
phần của các chất căn bản trong các mô động vật, chủ yếu có trong các mô liên kết, mô nâng đỡ
(xương, sụn) là thành phần trong các dịch nhây Một số chất quan trong như:
~ Acid hyaluronic: & thay tinh dich, dịch khớp xương, có tính rất nhờn nên dịch ở các
khớp xương giúp khớp xương chuyển van dé dang
~ Chondroitin sulfat: tùy theo thành phần hóa học có ba loại A, B và C Có nhiều trong sụn, các mô liên kết, mô bảo vệ và mô nâng đỡ như da, gân, van tim, thành động mạch — Heparin: có nhiều ở gan, phổi, máu, là một chất chống đông máu được sản xuất ở gan
Heparin tổng hợp được dùng làm chất chống đông máu dùng trong y khoa
4.2.2 Mucoprotein (glycoprotein)
LÀ các protein có gắn những chuỗi oligosacarid Thành phan glucid trong cấu trúc của glycoprotein cé thể là các MS, osamin, acid sialic, acid neuraminic
Glycoprotein gặp trong các dịch, mô, màng tế bào Nhiều hormon có bản chất là
glycoprotein nhu LH, FSH, TSH của tuyến yên trước, nhiều glycoprotein giữ vai trò quan trọng ở màng tế bảo, ví dụ như các kháng nguyên nhóm máu A,B, O ở màng hồng cầu Các dịch sinh
lý trong cơ thể (máu, nước tiểu, nước bọt ) cũng chứa glycoprotein Hầu như các loai protein huyết tương đều có bản chất hóa học là glycoprotein như các kháng thể, orosomucoid, transferrin, prothrombin, fibrinogen
Ngoài ra, cấu trúc màng tế bào còn chứa PS tạp dưới dạng glycolipid
Trang 30HÓA SINH Y HỌC CAU HOI TU LƯỢNG GIÁ 1 Công thức mày là: A a-D-glucose CHaOH B a-D-galactose | do C a-D-mannose Ki ì D a-D-fructose 2 Cong thire may la: CHoOH CHaOH O O O A Saccarose B Lactose C Maltose D Cellulose 3 Đường nao sau đây được gọi là đường sữa: A Galactose B Fructose C Glucose : D Lactose 4 Các chất sau đây, chất nào được dùng để thăm đò chức năng lọc của cầu thận: A Heparin B Cellulose C Inulin D Insulin 5 Chat nao sau đây thường dùng để thay thế huyết tương: A Inulin B Glucose C Cellulose D Dextrin
6 Đường nào sau đây tham gia vào thành phần cấu tạo của ADN, ARN: A Galactose và Glucose - B Fructose va Lactose
C Ribose va Ribulose D Deoxyribose va Ribose
7 a~-D-glucose Ia:
A Aldopentose B Cetopentose
C Cetohexose D Aldohexose
Trang 31Chương ll: HÓA HỌC GLUCID
8 Chọn tập hợp đúng cho đường có chức aldose:
A Glucose — galactose — arabinose — ribulose
B Mannose — fructose — galactose — ribose C Erythrose — ribose — mannose — glucose D Mannose — glucose — xylulose — galactose
9 Các chất sau đây khi thủy phân đều cho ra glucose, NGOẠI TRỪ:
A Heparin —B.Amylose C Maltose _ E, Amylopectin
10 Điều nào sau đây KHONG DUNG với galactose: A La déng phan epime cua glucose ở C2
B Là đồng phân epime của glueose ở C4
C Tham gia cấu tạo đường lactose
D Là một aldohexose
CÂU HỎI NGHIÊN CỨU BÀI HỌC
1 Trong số những chất glucid sau đây, chất nào có tính khử?
a/ Galactose e/ Xylose _ i/ Glucosamin b/ B-methylgalactosid f/ Fructose j/ Acid gluconic c/ Maltose g/ Mannitol k/ Sorbitol
d/ Manose h/ Ribose I/ Saccarose
2 Người ta tiến hành phản ứng khử hai chat D-manose va D-glucose béi Naborobydrna,
Trả lời các câu hỏi sau đối với các sản phẩm được tạo thành:
2.1 Xác định tên và vẽ công thức của chúng: 2.2 Các sản phẩm này có tính khử hay không?
2.3 Chúng có bao nhiêu carbon bắt đối?
3 Cho ba chất glucid sau: saccarose, lactose, maltose Trong số 6 tính chất liệt kê sau đây, xác định tính chất nào phù hợp với từng chất nêu trên
1 Có tính khử
2 Có trên hai chức alcol bật nhất
3 Có hiện tượng chuyển quay
4 Có chứa glucose :
5 Có thể được tạo thành từ sự thủy phân glycogen
6 Có thể được tạo thành từ sự thủy phân tỉnh bột
Trang 32Chương IH HÓA HỌC LIPID MỤC TIÊU 1 ĐẠI CƯƠNG 1.1 Đặc điểm chung
Lipid là những hợp chất hữu cơ phổ biến trong tự nhiên và trong cơ thể động vật, thực vật và vi sinh vật Lipid có đặc tính không tan trong nước hoặc ít tan trong nước (nói chung là dung môi phân cực), nhưng lại dé tan trong dung, môi hữu cơ (dung môi không phân cực) Không phải mọi lipid đều hòa tan như nhau trong tất cả các dung môi nói trên, mà mỗi lipid hòa tan trong một dung môi tương ứng, nhờ đặc tính này người ta có thể phân tích riêng từng loại Chất béo không hòa tan với nước, chúng có thể tạo thành dung dịch nhũ tương
Tên gọi lipid (bắt nguồn từ chữ Hy Lạp “lipos” tức là mỡ) dùng để chỉ chung các loại mỡ,
dầu và các chất béo giống mỡ ở động vật và thực vật Về mặt hóa học, lipid là hợp chất hữu cơ
đa chức Giống như các carbohydrat khác, lipid được tạo nên từ C, H, O nhưng có thêm các nguyên tố N, P, S và có tỷ lệ O ít hơn carbohydrat
`1.2 Vai trò
Lipid có nhiều ý nghĩa quan trọng đối với cơ thể sinh vật:
- Chức năng cầu tao mang té bao: trong mang sinh học, lipid 6 trang thai liên kết với protein tao thanh hop chất lipoprotein, chính nhờ tính chất này đã tạo cho màng sinh vật có được tính thấm thấu chọn lọc, tính cách điện Đó là những thuộc tính hết sức quan trọng của tế bào sinh vật Màng tế bào gồm hai phần: phần ưa nước (hydrophilic) và phần ky nước (hydrophobic), giúp bảo vệ cơ quan bên trong tế bao
- Chức năng dự trữ năng lượng: chất béo cần thiết cho sự sống của động vật và thực vật trong nhiều mặt Chúng thường được biết đến như năng lượng từ thức ăn Lipid là chất dự trữ năng lượng, tiết kiệm thể tích nhất, khi oxy hóa lgam mỡ có thể thu được 9,3 kilocalo; cao gap déi so véi glucid hay protid Cung cắp 20-30% năng lượng cho các hoạt động sống
- Chức năng dung môi hòa tan vitamin: lipid là dung môi hòa tan nhiều vitamin quan trọng như vitamin A, D, E, K Vì thế, nếu khẩu phần ăn thiếu lipid lâu ngày thì động vật dễ mắc các bệnh thiếu vitamin kể trên
- Chức năng bảo vệ cơ học: lipid dưới da của động vật có tác dụng gối đệm và giữ ấm cho
cơ thể nhờ tính êm, dẫn nhiệt kém
Trang 33Chuwong Ill: HOA HOC LIPID
- Chức năng cung cấp nước nội sinh: các loài động vật ngủ đông, động vật di cu, các loại sâu kén lipid còn là nguồn cung cấp nước, vì khi oxy héa lipid thì có 107g nước được sinh ra
Ngoài ra, lipid còn là tiền chất của các hợp chất sinh học quan trọng như hormon steroid, acid mật, vitamin D, prostaglandin
Hình 3.1 Màng tế bào
1.3 Cấu tạo
- Phần lớn các chất lipid có chứa hai thành phân chính là acol và acid béo (AB), liên kết với nhau bằng liên kết este hoặc liên kết amid
acol — acid aminoalcol — acid
Ị
liên kết este liên kết amid
- Ngoài ra, lipid có thể kết hợp với các chất như kết hợp glucid (glycolipid) có vai trò trong tham gia cầu tạo màng tế bào hoặc kết hợp với protein (lipoprotein) giữ vai trò vận chuyên, hòa tan lipid trong máu và hap thu vitamin tan trong dầu (các vitamin A, D, E, Kì
1.4 Phân loại
Có nhiều cách phân loại lipid (đựa vào thành phan, tinh chất, vai trò, nguồn gốc )
* Dựa vào thành phần hóa học tính chất, lipid có thể phân loại như sau:
1.4.1, Lipid thity phân được (lipid that, lipid xà phòng hóa được): - Đặc điểm chung: có liên kết este
- Phân nhóm:
+ Lipid don gian (lipid thuần): gồm các nguyên tố C, H, O (glycerid, cerid, sterid)
+ Lipid tạp: còn có các nguyên tổ P, N, S (phosphatid, sphingolipid, glycolipid ) 1.4.2 Lipid không thủy phân được (lipoid, lipid không xà phòng hóa được):
- Không | chứa liên két este (acid béo tự do, acol mạch dài, alcol mạch vòng và dẫn xuất như
acid mật, muối mật, hormon sinh dục )
Trang 34HÓA SINH Y HỌC * Ngoài ra, có thể phân loại dựa vào vai trò, chức năng của lipid * Cách phân loại khác: - Lipid đơn giản:
+ Triacylglycerol: glycerol + acid béo
+ Chất sap (waxes): alcohol cao phân tử + acid béo - Lipid phức tạp:
+ Phospholipid: glycerol + acid béo + acid phosphoric + chat cé nitrogen + Cerebrosid (glycolipid): acid béo + carbohydrat + chất có nitrogen + Sulfolipid
+ Aminolipid + Lipoprotein
- Các chất chuyển hóa từ lipid: cholesterol, acid mat, vitamin D, hormon steroid
2 ACID BEO (AB)
2.1 Cấu trúc
:
- AB là acid hữu cơ monocarboxyl, công thức chung R - COOH AB có thể ở dạng tự do
hoặc dạng liên kết este hoặc amid
- Các AB thường gặp trong thiên nhiên thường có số C chẵn, đa số có từ 14 - 22C, Tuy
nhiên, cũng có thể gap AB mạch ngắn hoặc có số C lẻ (AB có IIC: acid undecylenic do tuyến
nhờn da đầu tiết ra ở tuổi dậy thì ) - Có hai loại AB (hinh 3.1):
+ AB chưa bão hòa: có một hay nhiều liên kết đôi
+ AB bão hòa: không có liên kết đơi
Ngồi ra, cịn có AB mạch thang, AB mạch nhánh hoặc AB mạch vòng
Trang 35Chwong Ili: HOA HOC LIPID AB bão hòa %0 co So ScÁ
AB chưa bão hòa
Hình 3.2 Công thức cấu tạo của AB bão hòa và AB chưa bão hòa
oho Se
* Cac AB bão hòa C,H_+1COOH (bang 3.1)
Bảng 3.1 Các acid béo bão hòa Tên AB Công thức Acid acetic CH:COOH
Acid propionic CH3CH2COOH Acid butyric CHạCH;CHạCOOH Acid palmitic CisHs, COOH Acid stearic C17H34COOH Acid arachidic CigHag9 COOH Acid lignoceric Ca3H47COOH * Các AB chưa bão hòa (hình 3.3) “4 ole: Hạ H HH HH; Hạ 9 Acid oleic ae rr ee Ci3H3,02 HG A a» “aN £ & A KK a” È 0H Cc Co Cc Đ Đ Â H Hạ H H, H; Hạ H H; Acid linoleic Hp H HH HH tb He He Q CisH3202 oN A fe fq A A A Ỳ ~0H He C C Cc £ P P_ H H; HB H H H HH, Acid linolenic ’ HH HH HH Hk Hb H CisHs202 HP 0= G- C=C ¢ cc’ ¢-on S/O ONY NZ ONY NS ec c C ee ee Hz Hạ Hạ H Hạ H, HH;
Hình 3.3 Các acid béo chưa bão hòa
Theo nghiên cứu, người ta thấy rằng AB chưa bão hòa thường có dạng đồng phân cis hơn là đồng phân trans (hình 3.4)
Trang 36HÓA SINH Y HỌC Hình 3.4 Dạng đồng phân cis, trans của AB chưa bão hòa 2.2 Danh pháp
- Có nhiều cách gọi tên AB:
+ Tên thông thường
+ Tên hệ thống: tên mạch carbon theo số C của chuỗi + đuôi “oie”
Ví dụ: CisH3;COOH, tén thông thường là acid palmitic, tên hệ thống là acid hexadecanoic
- Cách viết ký hiệu của AB:
+ Độ dài AB được ký hiệu bằng số nguyên tử C, còn số liên kết đôi được ký hiệu bằng số đứng sau dấu “ : ” giữa chúng ˆ
+ VỊ trí liên kết đôi được ký hiệu bởi dấu delta trong ngoặc đơn (A), đứng sau ký
hiệu AB và vị trí liên kết đôi viết phía trên bên phải
AB được ký hiệu: X:V(® 3
X: số C của chuỗi
Y: số liên kết đôi
a, b, c: vị trí liên kết đôi được tính từ C1
- Ngoài ra, AB còn được viết theo cách khác:
Tính theo vị trí liên kết đôi đầu tiên (tính theo chiều Cn > C1), AB chia thành 4 họ: 7 (n- 7), 9 (n-9), 6 (n-6), 3 (n-3) Ví dụ: acid linoleic dai 18C, có 2 liên kết đôi ở vị trí 9 và 12, ký hiệu là 18:2), - Một số AB thường gặp: Bảng 3.2 Một số AB thường gặp
Tên gọi Công thức Nơi có nhiều
Acid butylic CH3s(CH2)2COOH
Mỡ sữa (bơ) Acid caproic CH3(CH2)4COOH
Bơ, dừa
Acid caprylic CH3(CH2)sCOOH Bơ, dừa, não cá
Acid palmitic CH;(CH:›)›2COOH Dâu mỡ động, thực vật
Trang 37Chương Ill: HÓA HOC LIPID
+ AB mạch trung bình ( 8 - 14C)
+AB mạch dai (> 16C): Tường gap la cac AB c616, 18, 20C +AB mạch rat dai (> 22C) | * Một số AB mạch: ngắn và trung bình: Acid acetic SỐ Acid butyric ._ Hình 3.8 Acid béo mạch ngắn Bảng 3.3 Một số AB mạch ngắn và trung bình
Tên - | Tên Công thức © séc Nhiét d6 néng chay thông thường : - hệ hóa học
cha | Acid butan C4:0 -8 C6:0 -3 Acid , _ | C8:0 -decanoic : C10:0 31 hà ÓC C12:0 Acid tetradecanoic C14:0 * Một số AB khác: - AB có nhóm OH OH - AB mach nhanh: 6 vi khuẩn Gram dương: CH: - CH - (CHa) - - COOH | CH¡ - AB mach vòng: ở động vật có vú, prostaglandin có nhiêu ở các tế bao - Ácid prostanoic -_2.4 Tính chất 2.4.1 Lý tính
- Tính chất lý hóa của lipid nói chung phụ thuộc rất nhiều vào thành phần AB của nó > tính chất lý hóa của AB phụ thuộc chiều dài và độ no của bộ khung carbon: bộ khung carbon càng dài, càng no thì độ hòa tan trong nước càng thấp
Trang 38HÓA SINH Y HỌC
- Ở nhiệt độ phòng, AB có độ dài từ 12 - 24C ở dạng rắn (dạng sáp), còn các AB chưa no
có cùng độ dài thì dạng lỏng Điều này được giải thích: AB no có bộ khung C dễ dàng xoay xung quanh các liên kết C - C tạo nên sự sắp xếp ổn định của đầu phân cực và đuôi ky nước
trong một tập hợp cấu trúc chặt do đó ở nhiệt độ phòng chúng ở dạng rắn Trong khi liên kết đôi
ở dạng đồng phân cis làm phân tử AB chưa bão hòa bị gấp khúc, tạo nên sự sắp xếp lỏng lẻo nên dễ bị phá vỡ, do đó ở nhiệt độ phòng ở dạng lỏng
- Chiều dài, độ no của AB cũng ảnh hưởng đến điểm nóng chảy Vidu: acid stearic (18) có F =70°C
acid oleic (18:1) có F=13,4°C
2.4.2 Hóa tính
- Giống như các acid hữu cơ khác,
+ Phản ứng tạo xà phòng (trung hòa): oO
R-COOH + KOH — R-COOK + HO + Phan img tao este:
R-COOH + HO-CHz+-R' ——> RerO-CRoeR + no Oo - Phản ứng khử (AB chưa no): khi có mặt platin (paladi), ở nhiệt độ thường có thể khử AB chưa no dễ dàng Sa Ung dụng: trong công nghiệp người ta dùng phản ứng trên để chế biến dầu thành magarin (bơ thực vật) - Phản ứng oxy hóa: sản phẩm tạo thành tùy thuộc số liên kết đôi của mạch R và chất oxy hóa
+ Chất oxy hóa là O›:
R-CH=CH-R'-COOH + 202 ——-+ R-COOH + HOOC-R'-COOH
+ Chat oxy héda Ia ozon O;: | 0 R—HG-CH— R'+ 03 —» R “HO” ‘CH-R' 0-0 |Ho R-G-H + H-O-R'+ Ho, Oo 1) - Phan img halogen héa: R-CH=CH-R' + Ip ——» R-CHI-CHI-R' Chỉ số iôt: số gam iôt có thé được hấp thu bởi 100g chất béo (cho biết độ chưa no của AB), 2.5 Vai trò
- Mạch R: xây dựng màng tế bào, màng bào quan, tác dụng cách nhiệt
- Cung cấp năng lượng cho tế bào sử dụng
- Dự trữ năng lượng
- Được tổng hợp từ các phân tử nhỏ ở các tế bào (mô gan, mô mỡ)
Trang 39Chương Ill: HOA HOC LIPID 3 GLYCERID (Acylglycerol) 3.1 Cầu tạo La este cla glycerol và AB H 0 I lÏ H—C—o0—C-R1 9 | R2^—C-O-aC—H QO H — C —0 a R3 h Triglycerid
R1, R2, R3 là gốc AB giống nhau hoặc khác nhau, no hoặc chưa no và sắp xếp bất kỳ - Tùy theo số và vị trí nhóm OH của glycerol được este hóa, ta có các loại glycerid như sau: mm ——R MG | MG Monoglycerid (Monoacylglycerol) e—Rl —RI ——RI1 R2 — R2 R2 R3 DG “DG TG DG: Diglycerid (Diacylglycerol) TG: Triglycerid (Triacylglycerol)
Hinh 3.6 Triglycerid (Triacylglycerol)
- Tùy theo thành phần và vị trí của các AB, các glycerid có thể có các dang déng phân D và L
Trang 40HOA SINH Y HỌU
_ > Các chất béo trong thiên nhiên thường là những hỗn hợp phức tạp của nhiều loại glycerid
Mg@ là glycerid động vật có nhiều AB no, dầu thực vật là glycerid chứa nhiều AB chưa no 3.2 Tính chất
3.2.1 Lý tính
- Độ nóng chảy tăng theo số lượng và độ dài của mạch AB no Ở nhiệt độ bình thường,
glycerid của động vật (mỡ): nhiều AB no (thể đặc), còn glycerid của thực vật: nhiều AB chưa
no (thể lỏng)
- Tính hòa tan: không tan trong nước (dung môi phân cực) MG và DG có nhóm OH tự do nên phần nào có tính phân cực hơn TG, tạo các micell tan trong dung môi không phân cực
- Mùi vị: không màu, không mùi, không vi 3.2.2 Hóa tính - Phản ứng thủy phân (xà phòng hóa): —H— C— R,COOK CHạ—O — C—R¿ ¬ 1 CHO -G-R, + 3KOH—* Hc-on+ RzCOOK 0 | 1
CHạ~O —€—Rạ HạC—OH RaCOOK
- Chỉ số xà phòng hóa: số mg KOH dùng để xà phòng hóa 1g chat béo
Ý nghĩa: phân tử lượng trung bình của các AB tham gia thành phân của chất béo đem phân
tích (chỉ số này tăng khi mạch AB càng ngắn) 3.3 Vai trò - Dự trữ năng lượng - Cách nhiệt - Tạo chất đệm che chở các cơ quan bên trong tránh các tác nhân cơ học 4 PHOSPHATID 4.1 Cấu tạo - Thuộc loại lipid xà phòng hóa được (có liên két este) - Là lipid phức tạp - Là dẫn xuất của acid L - phosphatidic, cấu tạo gồm phosphatidic acid và nhóm chất hữu co base nito : _CHạ~O—C —Rụ CHạ-0—€ —Rị 0
Rza—C —O—CH —— Ro—C —O-—CH
6 CHz~Oo—l'~O | oon fl CH,—O—F Oo mm — base nito
OH -
acid L - phosphatidic phosphatid °
Hinh 3.7 Cau tao phosphatid