Lý thuyết Hóa Sinh Handout ĐCN

Lecture summary #1 HÓA HỌC GLUCID (CARBOHYDRATES) A) INTRO: Q: Glucid (carbohydrate) gì? A: Là hợp chất hữu có cơng thức chung (CH2O)n hay CnH2nOn n≥3 Phân loại: loại (saccharide tiếng Hy Lạp có nghĩa đƣờng, )  Monosaccharide (MS đƣờng đơn): đƣờng đơn giản nhất, khơng bị thủy phân Ví dụ: glucose, fructose, galactose…  Disaccharide (DS đƣờng đôi): MS nối với liên kết glycoside Ví dụ: Maltose, lactose, succrose  Oligosaccharide (OS): gồm từ -12 MS  Polysaccharide (PS): Là polimer đƣợc cấu thành từ MS  PS thuần: Gồm nhiều MS liên kết tạo thành mạch polimer dài (thẳng, nhánh) Ví dụ: tinh bột, glycogen, cellulose  PS tạp: Ngồi MS, có thêm chất khác Ví dụ: glycoprotein Chức năng:  Chiếm 2% trọng lƣợng khô động vật, 80-90% trọng lƣợng khô thực vật  Cung cấp lƣợng chủ yếu cho thể (4 Cal/1 gram)  Tham gia vào thành phần nhiều chất thể: acid nucleic, glyprotein, glycolipid…  Tham gia cấu trúc DNA, màng tế bào…  Chống thối hóa protein B) Monosaccharide:  Đồng phân Aldose – Ketose Triose (3C) Glyceraldehyde Dihydroxyacetone CHO CHOH CH2 OH CH2OH C O CH2 OH Aldo-triose  Hệ chiếu Fisher – Cacbon bất đối C* Keto-triose CHO H C CHO OH CH2 OH HO C H CH2 OH D-Glyceraldehyde L- Glyceraldehyde *** Đa số đƣờng tự nhiên dạng D!!!! Tetrose (4C) CHO CHO CHO H OH HO H HO H OH HO H H CH2OH CH2OH OH gần cuối nằm phía bên phải → D D- erythrose CHO H H OH HO CH2OH L- erythrose OH H CH2OH D - Threose L - threose Hexoese (6C) CHO H CHO OH HO H OH H HO H H OH HO H H OH H CH2OH OH CH2OH D- glucose D - Galactose Đóng vòng: CH 2OH OH H H OH H HO OH H OH CH2OH H OH HO H OH C H H α – D - Glucose O CH 2OH O OH H H OH H HO H H OH OH D - Glucose Nhóm CH2OH OH (C1) trái chiều →α Nhóm CH2OH OH (C1) chiều →β β – D - Glucose CH2OH HO OH OH CH2OH H OH O H H H H OH D - Galactose O H HO H H OH H OH α – D - Galactose CH2OH O H HO H OH H H OH H OH β – D - Galactose CH2OH CH2OH O H CH2OH HO H OH H OH OH O HO CH2OH H H OH α – D - Fructose H β – D - Fructose Fructose FU3D4 (Fructose Cacbon C3 có OH up, Cacbon C4 OH down)!!!! Ribose – Đường 5C (Pentose) CH2OH H RDD – Ribose down down!!!! OH O H H →→ RNA H OH OH β – D – Ribose CH2OH H OH O →→ DNA H H H OH (Giống nhƣ ribose ngoại trừ Cacbon C2 khơng liên kết với nhóm OH mà với H) H β – D – Deoxyribose C) Disaccharides Polisaccharides:  Maltose: α –D– Glucose + β – D – Glucose liên kết α – 1,4 Glycosid CH2OH CH2OH H OH H HO OH H OH O OH H O H H CH2OH H OH HO H OH H H OH O H H H CH2OH H O OH H H OH H O HO H OH H H OH  Lactose: β – D – Galactose + β – D – Glucose liên kết β – 1,4 Glycosid CH2OH CH2OH CH2OH H OH H H H H H H OH OH H OH H H OH H H H H H OH O O OH H H CH2OH HO O OH OH H OH O OH H O OH H OH  Succrose: α – D – Glucose + β – D – Fructose liên kết α,β–1,2 Glycosid CH2OH CH2OH O H H H OH H HO H OH H O H OH H OH CH2OH H CH2OH H H OH HO OH HO OH CH2OH O H H O O HO CH2OH H H OH H *** Maltose Lactose có nhóm OH tự vị trí C1, Succrose khơng có nhóm OH tự nên khơng chuyển dạng mạch thẳng đƣợc, Maltose lactose có tham gia phản ứng khử, succrose khơng!!!!  Cellulose: polimer từ β – D – Glucose kết nối với liên kết β– 1,4 Glycosid CH2OH H CH2OH O H CH2OH CH2OH O H H OH H HO OH H H O H O OH O H O H H H O H OH H H H OH OH H H OH H H OH  Tinh bột (glucid dự trữ thực vật): polimer từ α – D – Glucose kết nối với liên kết α–1,4 Glycosid ( α–1,6 Glycosid phân nhánh) *** Cơ thể ngƣời khơng có enzym để bẻ gãy liên kết β – D – Glucose, ta khơng thể tiêu hóa đƣợc cellulose (giấy, cỏ… )!!! Nhƣng ăn rau cần thiết cellulose kích thích nhu động ruột, giúp ruột phế thải chất bã chống táo bón!! Thành phần tinh bột : gồm 20% amylose 80% amylopectin  Amylose có cấu tạo chuỗi thẳng các α – D – Glucose kết nối với liên kết α–1,4 Glycosid  Amylopectin: Ngồi liên kết α–1,4 Glycosid, có liên kết α–1,6 Glycosid nên mạch phân nhánh  Glycogen: Là dạng dự trữ glucid động vật Đƣợc tổng hợp từ α – D – Glucose có cấu tạo giống nhƣ tinh bột, nhƣng phân nhánh nhiều Có tế bào gan cơ!! ****************** Vấn đề cần quan tâm thêm:  Nguyên nhân, tình trạng béo phì bệnh liên quan  HFCS (High fructose corn syrup) – Xi ro bắp Fructose Lecture summary #2 HÓA HỌC LIPID (CHẤT BÉO) Chủ đề:  Lipid (Intro)  Acid béo tự do, triglycerides  Lipid màng  Sterols, steroids  Lipoprotein A) INTRO Q: Lipid gì? A: Lipid nhƣng hợp chất 1) không tan nƣớc 2) tan dung môi hữu *** Phân tử lipid không phân cực/ kị nƣớc Q: Chức năng: A: Đa dạng  Là nguồn dự trữ lƣợng  Tham gia cấu tạo tế bào  Một số lipid hormon (xúc tác sinh hóa)  Những chức khác nhƣ vitamins… Q: Sự khác biệt lipid nhóm hợp chất sinh học lại (carbohydrate, protein, nucleic acid)?? A: Cấu tạo phân tử lipid tƣợng polimer/ mononer nhƣ nhóm hợp chất lại Phân loại lipid: Acid béo tự (free fatty acid) – lipid đơn giản nhất, vai trò nhƣ nhiên liệu cung cấp lƣợng Triacylglycerol/ triglycerides – nguồn dự trữ lƣợng Phospholipid Spingolipid lipid màng Glycolipid Steroid – lipid màn, hormone B) ACID BÉO (FREE FATTY ACIDS) Q: Acid béo gì? A: Là mạch hydrocarbon gắn với nhóm carboxylic (-COOH) Q: Chức năng? A: Là nguồn cung cấp lƣợng cho thể Vì phân tử acid béo chứa nhiều liên kết no C-H, C-C (nhiều so với glucid), nên q trình thối hóa sinh nhiều lƣợng Tham gia xây dựng cấu trúc lipid màng Cấu tạo acid béo: O O + R R OH O + H - R – mạch hydrocarbon (thông thƣờng từ 4C – 36C, thƣờng có số C số chẵn) (sẽ đƣợc giới thiệu chuyển hóa tổng hợp lipid) ACID BÉO ACID BÉO BÃO HỊA (khơng có liên kết bội C=C) ACID BÉO CHƢA BÃO HÕA (Có liên kết bội C=C) Cis Trans Q: Độ bất bão hòa ( số liên kết bội C=C mạch hydrocarbon) ảnh hƣởng đến nhiệt độ sôi nhƣ nào? A: Lực Van der Waals (lực liên kết phân tử) Có yếu tố ảnh hƣởng đến tƣơng tác phân tử ( Lực Van der Waals) Độ dài mạch hydrocarbon ( số lƣợng C): Mạch dài → số lƣợng nguyên tử lớn → tăng cƣờng lực tƣơng tác phân tử → nhiệt độ sơi tăng Độ bất bão hòa (số liên kết C=C mạch hydrocarbon) : Nếu số lƣợng liên kết Cis C=C tăng mạch bị gấp khúc nhiều đoạn (khơng mạch thẳng) → phân tử khó tiến lại gần → lực liên kết Van der Waals giảm → nhiệt độ sội giảm Ví dụ Tên acid béo Cơng thức Số C Số liên kết C=C Lauric acid CH3(CH2)10COOH 12 Lalmitic acit CH3(CH2)14COOH 16 Stearic acid CH3(CH2)16COOH 18 Oleic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7 COOH 18 Linoleic acid CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2 (CH2)6COOH 18 Nhiệt độ o nóng chảy, C 44,2 63,1 89,6 12 -5 *** Dầu thƣờng có nhiều liên kết Cis C=C phân tử nên điều kiện thƣờng có dạng lỏng!!!!! Quy ước – Danh pháp: Acid béo (FA) 18:1 (∆9) cis Carbon (Omega) 18 CH3 Số C Số liên kết C=C Vị trí liên kết C=C ***Clinical correlate: O Carbon  - O C O - C CH3 n 10 O Carbon  Carbon  Carbonyl Carbon Acid béo ω –3 có nhiều dầu cá, chữa bệnh tim mạch!!! Số C 16 18 20 16 18 20 Công thức CH3(CH2)14COOH CH3(CH2)16COOH CH3(CH2)18COOH CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7 COOH CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7 COOH CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4 (CH2)2COOH Tên hệ thống a hexadecanoic a octadecanoic a eicosanoic a cis ∆9 hexadecenoic a cis ∆9 octadecenoic a cis ∆5,8,11,14 eicosaenoic Tên thông thƣờng a palmatic a stearic a arachidic a palmatoleic a oleic a arachidonic C) TRIACYLGLYCEROL (TAG)/ TRIGLYCERIDES (TG) Q: Cấu tạo? A: Là chất béo (Fats) Gồm FA (axit béo) liên kết với glycerol liên kết ester O H2C OH HC OH H2C OH - R1 O O + R2 OO 3H2O R3 O Glycerol O FA H2C O O R1 HC O O H2C O R2 R3 Ester ***(R1, R2, R3 giống khác nhau) Q: Chức năng? A: Nguồn lƣợng dự trữ Insulation?? Nguồn lƣợng dự trữ:  Dạng lƣợng dự trữ LỚN cấu tạo từ acid béo (9,2Cal/ 1gram)  Nếu acid béo dạng tự → làm thay đổi pH mơi trƣờng → TG giải pháp  TG đƣợc lƣu trữ tế bào mỡ (adipose cell)  TG kị nƣớc không bị hydrat hóa (khác với glycogen) → TG khơng phải mang theo phân tử nƣớc nên khối lƣợng nhỏ!!!!  Lipase enzyme giúp làm phân hủy TG giải phóng axit béo (lúc thể đói, lúc vận động lâu dài) Insulation  Rất nhiều mô mỡ đƣợc phân bố dƣới da → giảm thoát nhiệt thể, giữ ấm (đặc biệt động vật, mùa đơng khơng có áo ấm, lò sƣởi, hay gấu bắc cực) D) LIPID MÀNG: Lipid màng = Đầu (phân cực) + Đuôi (không phân cực) Lipid màng – Glycerophospholipid:  Một số glycerophospholipid có liên kết ETE (ether) 10 Lecture summary #7 CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG I II III IV V VI (HÔ HẤP TẾ BÀO) Intro – Chuyển hóa lượng – Hơ hấp tế bào Đường phân Chu trình acid citric (Chu trình Krebs) Phosphoryl hóa oxy hóa Hơ hấp kị khí (Chu trình Cori) Điều hòa hơ hấp tế bào I Intro – chuyển hóa lượng: Tế bào cần có lƣợng từ nguồn bên để SỐNG thực nhiệm vụ khác Năng lƣợng dự trữ phân tử hữu thức ăn chủ yếu bắt nguồn từ mặt trời Q trình “hơ hấp tế bào” phân giải chất hữu tạo ATP Dòng lượng quay vòng hóa học hệ sinh thái Dòng lƣợng chảy vào hệ sinh thái dƣới dạng ánh sáng mặt trời cuối rời khỏi hệ dƣới dạng nhiệt, nguyên tố hóa học cần cho sống đƣợc quay vòng lại Con đƣờng chuyển hóa giải phóng lƣợng dự trữ nhờ phân giải phân tử phức tạp đƣợc gọi đƣờng DỊ HĨA Trong đƣờng này, phản ứng oxy hóa khử (sự dẫn chuyền electron) đóng vai trò chủ yếu Hợp chất hữu + O2 → CO2 + H2O + Năng lượng (ATP + Nhiệt) Khác với phản ứng cháy nhiên liệu hay H2 + O2 → H2O + Năng lƣợng , phát nổ!!! Hô hấp tế bào oxy hóa glucose theo nhiều bƣớc (mỗi bƣớc đƣợc xúc tác loại enzyme) Nguyên tử H không đƣợc chuyển trực tiếp cho O2 mà chuyển đến hợp chất mang electron – Coemzyme NAD+ HAPPY STUDYING Page 67 | | H – C – OH + NAD+ | → C=O | + NADH + H+ NADH đƣợc hình thành dạng lƣợng dự trữ dùng để tạo ATP Hô hấp tế bào sử dụng chuỗi chuyền electron để chia độ sụt electronn đến O2 thành số bƣớc giải phóng lƣợng: GLUCOSE → NADH → chuỗi chuyền electron → Oxy Các giai đoạn hô hấp tế bào: Gồm giai đoạn: Đường phân : Xảy bào tƣơng Chu trình acid citric : Xảy bên chất ty thể Phosphoryl hóa oxy hóa: Sự chuyền electron chế hóa thấm Trong đƣờng phân, phân tử glucose bị phân giải thành hai phân tử Pyruvate Pyruvate xâm nhập vào ty thể, chu trình acid citric oxy hóa thành CO2 NADH chất mạng electron tƣơng tự Coenzyme FADH2 cuyển electron nhận từ glucose cho chuỗi chuyền electron đƣợc gắn vào màng ty thể Trong q trình Phosphoryl hóa oxy hóa, chuỗi chuyền electron biến lƣợng thành ATP HAPPY STUDYING Page 68 Ngồi q trình Phosphoryl hóa oxy hóa để tạo ATP, số ATP đƣợc tạo nhờ truyền trực tiếp nhóm phosphate từ chất hữu cho ADP nhờ emzyme (gọi phosphoryl hóa mức chất!!!) II ĐƯỜNG PHÂN (sơ lượt) Đƣờng phân (glycolysis) có nghĩa phân giải đƣờng Q trình đƣờng phân xảy KHƠNG CẦN O2 Glucose có 6C → phân giải thành đƣờng 3C → chuyển thành Pyruvate (3C) Gồm 10 phản ứng (mỗi phản ứng tƣơng đƣợc xúc tác enzyme đặc hiệu) pha: o Pha đầu tƣ lƣợng: steps, tiêu thụ ATP o Pha thu hồi lƣợng: steps, tạo ATP ATP đƣợc tạo nhờ phosphoryl hóa mức chất NAD+ bị khử thành NADH Hiệu lƣợng thực từ đƣờng phân (1 phân tử Glucose) 2ATP 2NADH - HAPPY STUDYING Page 69 HAPPY STUDYING Page 70 HAPPY STUDYING Page 71 III CHU TRÌNH ACID CITRIC ( CHU TRÌNH KREBS) Đƣờng phân giải phóng phần nhỏ lƣợng dự trữ glucose Phần lớn lƣợng lại đƣợc dự trữ phân tử pyruvate Pyruvate vào ty thể, dƣới tác dụng O2 enzyme chu trình acid citric oxy hóa hồn tồn glucose Khi vào ty thể pyruvate bị biến đổi thành acetyl CoA ( Pyruvate mang điện tích nên phải xâm nhập vào tế bào thơng qua vận chuyển chủ động với hỗ trợ protein vận chuyển) Nhóm carboxyl pyruvate (-COO-) bị oxy hóa hồn tồn sinh CO2 2 carbon lại (acetyl) liên kết với CoA (CoA-SH) thành acetyl CoA (CH3CO-S-CoA) Năng lƣợng sinh chuyển NAD+ thành NADH Enzyme pyruvate dehydrogenase Acetyl CoA vào chu trình acid citric; CO2 khuếch tán khỏi tế bào HAPPY STUDYING Page 72 Trong chu trình acid citric pyruvate (3C) bị phân giải thành: - 3CO2 - ATP - 4NADH, FADH2 HAPPY STUDYING Page 73 HAPPY STUDYING Page 74 IV PHOSPHORYL HÓA OXY HÓA Trong phosphoryl hóa oxy hóa, chế hóa thẩm kèm với chuyền electron để tổng hợp ATP  NADH FADH2 chuyển electron chuỗi chuyền electron qua cung cấp lƣợng để tổng hợp ATP thơng qua phosphoryl hóa oxy hóa  Con đường chuyền electoron: chuỗi chuyền electron, lƣợng electron tử NADH FADH2 đƣợc giải phóng qua số bƣớc Ở phần cuối chuỗi, electron đƣợc chuyền cho O2, khử thành H2O  Hóa thẩm: chế liên kết lƣợng Ở số bƣớc định dọc theo chuỗi chuyền electron, chuyền electron làm cho phức hệ protein tế bào chuyển H+ từ chất ty thể đển khoảng hai lớp màng ty thể, dự trữ lƣợng dƣới dạng lực vận động H+ (gradient H+) Khi H+ khuếch tán trở lại vào chất thông qua ATP synthase truyền qua thúc đẩy phosphoryl hóa ADP thành ATP HAPPY STUDYING Page 75 HAPPY STUDYING Page 76 Tính tốn lượng từ q trình hơ hấp tế bào: Có lƣợng (ATP) đƣợc sinh thối hóa hồn tồn phân tử Glucose??? Đường phân Chu trình Krebs (2:2:2) Đối với pyruvate x2 pyruvate 4NADH NADH ATP FADH2 FADH2 NADH ATP ATP (NADH trình đƣờng phân vào ty thể chuyển để chuyển thành ATP theo chế chủ động bị động) Quy đổi mức lƣợng NADH (trong ty thể) = 2,5 ATP NADH (trong bào tƣơng)= 1,5 2,5 ATP (tùy theo chế xâm nhập vào ty thể) FADH2 = 1,5 ATP Từ Glucose: NADH = ATP NADH = 20 ATP FADH2 = ATP ATP = ATP total: 30 – 32 ATP Khoảng 34% hóa tiềm glucose đƣợc chuyển cho ATP Tỷ lệ phần trăm thực tế cao ∆G thấp điều kiện tế bào Phần lại lƣợng dự trữ bị dƣới dạng NHIỆT Con ngƣời dùng số nhiệt để trì thân nhiệt (37oC) phân tán phần lại thơng qua chế đổ mồ hôi chế làm lạnh khác Hô hấp tế bào hiệu việc biến đổi lƣợng!!!! Ôtô hiệu biến đổi khoảng 25% lƣợng dự trữ xăng thành lƣợng để xe di chuyển V HƠ HẤP KHỊ KHÍ HAPPY STUDYING Page 77 Trong hơ hấp tế bào, q trình phosphoryl hóa oxy hóa cần O2 để oxy hóa hồn tồn chất ban đầu tạo lƣợng ATP Nếu q trình hơ hấp tế bào diễn thiếu oxy (hoặc khơng có ty thể nhƣ trƣờng hợp hồng cầu RBC) Glucose bị đƣờng phân đến pyruvate (q trình khơng cần O2) Sau pyruvate bị chệch hƣớng khỏi chu trình acid citric, lên men acid lactic (lactate) thiếu oxy để tạo ATP Trong trình lên men Lactate, pyruvate bị khử trực tiếp NADH để tạo thành lactate khơng giải phóng CO2 Lactate thừa đƣợc máu mang tới gan Lactate bị biến đổi trở lại thành pyruvate nhớ tế bào gan (chu trình Cori) HAPPY STUDYING Page 78 VI ĐIỀU HỊA HƠ HẤP TẾ BÀO: Đường phân, chu trình acid citric liên kết với nhiều đường chuyển hóa khác Đƣờng phân chu trình acid citric giao tuyến chủ yếu đƣờng dị hóa đồng hóa (sinh tổng hợp) tế bào a) Hiện tượng dị hóa: - Các carbohydrate, chất béo, protein đƣợc dùng nhƣ nhiên liệu hô hấp tế bào sinh lƣợng Monomer phân tử xâm nhập vào đƣờng phân chu trình acid citric - Tinh bột, đƣờng succrose, glycogen… bị thủy phần thành glucose làm nhiên liệu cho hô hấp - Chất béo bị phân hủy thành glycerol acid béo: o Glycerol chuyển thành Glyceraldehyde-3-phosphate (chất trung gian đƣờng phân) o Acid béo → Acetyl CoA , NADH, FADH2 (chất béo cho nhiều lƣợng, đồng nghĩa với việc muốn giảm béo phải vận động nhiều để dùng hết lƣợng dự trữ có chất béo) - Protein sử dụng để làm nhiên liệu, trƣớc hết chúng phải đƣợc tiêu hóa thành amino acid Amino acid dùng để tổng hợp protein cho thể Nếu du amino acid đƣợc enzyme chuyển đổi thành sản phẩm trung gian trình đƣờng phân chu trình acid citric Trƣớc tiên amino acid bị khử amin sinh NH3, urea… b) Sinh tổng hợp (các đường đồng hóa) - Tế bào cần vật chất nhƣ lƣợng (không phải chất hữu đem oxy hóa tạo thành ATP!!!) - Cơ thể phải tự tổng hợp chất cần thiết nhƣ amino acid, protein, DNA, RNA, glycogen, lipoprotein, TG dự trữ, tân tạo đƣờng…← Các hợp chất sản phẩm trung gian đƣờng phân, chu trình acid citric chuyển hƣớng vào đƣờng đồng hóa dƣới dạng tiền chất Tuy nhiên đƣờng đồng hóa khơng phát sinh mà tiêu thụ ATP o Ví dụ: Glucose tạo từ pyruvate, acid béo tạo từ Acetyl CoA Sự điều hòa hơ hấp tế bào thông qua chế liên hệ ngược - Cơ chế điều hòa: TẾ BÀO KHƠNG LÃNG PHÍ lƣợng để tạo nhiều chất mà cần Khi tế bào đủ ATP hơ hấp tế bào chậm lại… - Cơ chế điều hòa: liên hệ ngƣợc (sản phẩm cuối đƣờng chuyển hóa ức chế enzyme xúc tác bƣớc đầu đƣờng) o Ví dụ: thể thiếu ATP → AMP kích thích Phosphofructosekinase hoạt động → q trình đƣờng phân diễn mạnh mẽ → hô hấp tế bào tăng → ATP o Nếu thể đƣng ATP → Acid citric ATP sinh ức chế enzyme Phosphofuctosekinase làm cho enzyme hoạt hóa → trình đƣờng phân bị gián đoạn → hơ hấp tế bào chậm lại HAPPY STUDYING Page 79 HAPPY STUDYING Page 80 HAPPY STUDYING Page 81 ... điều kiện vật lý hóa học mơi trƣờng!!!!! HAPPY STUDYING Page 29 Bảng tóm tắt chức protein Chức Ví dụ Tăng tốc có chọn lọc Các enzyme tiêu hóa xác tác thủy Protein enzyme phản ứng hóa học phân... khác 13  Acid mật (Bile acid)  Làm nhũ tƣơng hóa chất béo (fats) → làm thối hóa đƣợc fats  Steroid hormones: 1) Sex steroids : Đƣợc tổng hợp quan sinh dục Testosterone – Male sex steroid (testes)...  Tham gia cấu tạo tế bào  Một số lipid hormon (xúc tác sinh hóa)  Những chức khác nhƣ vitamins… Q: Sự khác biệt lipid nhóm hợp chất sinh học lại (carbohydrate, protein, nucleic acid)?? A: Cấu