Thành phần hóa học và phân tử của vi khuẩn

Tài liệu mô tả về thành phần hóa học và phân tử của vi khuẩn. Giới thiệu sơ lượt về bảng tuần hoàn và các nguyên tố cấu tạo nên tế bào vi khuẩn. . Các yếu tố chính của hệ thống sống là C, H, O, N, S và P. Các nguyên tố nhỏ là Na, Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu và Zn.

Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Bacteriology at UW- Madison Ken Todar's Microbial World Thế giới vi sinh vật Ken Todar University of Wisconsin – Madison Đại học Wisconsin- Madison Chemical and Molecular Composition of Microbes Thành phần hóa học phân tử vi khuẩn From atoms to elements to molecules to macromolecules to life Từ nguyên tử đến nguyên tố đến phân tử đến đại phân tử đến sống Chemistry is essential to the study of living things Hóa học điều cần thiết để nghiên cứu sinh vật sống Not to sound irreverent, but much of life is based on chemical reactions Không phải nói quá, phần lớn sống dựa phản ứng hóa học This article will address a few principles of chemistry and biochemistry to prepare you for these topics which will inevitably come up in The Microbial World Bài viết đề cập đến vài nguyên tắc hóa học hóa sinh để chuẩn bị cho bạn chủ đề mà xuất Thế giới vi sinh vật All matter in the Universe is composed of elements Tất vật chất Vũ trụ bao gồm nguyên tố It is the elements that are identified and described in the Periodic Table of the Elements (Table 1), familiar to all beginning chemistry students Đó nguyên tố xác định mơ tả Bảng tuần hồn ngun tố (Bảng 1), quen thuộc với tất sinh viên hóa học ban đầu Elements are made up of atoms which consist of a variety of subatomic particles, the most important of which in biology are the negatively-charged electron (e-) and the positively-charged proton (H+) Các nguyên tố tạo thành từ nguyên tử bao gồm nhiều hạt hạ nguyên tử, quan trọng sinh học electron tích điện âm (e-) proton tích điện dương (H+) Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Each element has distinct properties due to the distinct nature of its atom and the behavior of electrons, protons and other subatomic particles in its make-up Mỗi ngun tố có tính chất riêng biệt tính chất riêng biệt nguyên tử thành phần electron, proton hạt hạ nguyên tử khác cấu tạo The atom is the fundamental unit of an elements and cannot be broken down further without changing the properties of the element Nguyên tử đơn vị nguyên tố bị phá vỡ thêm mà khơng làm thay đổi tính chất ngun tố If an atom loses or gains one or more electrons, it will acquire an electrical charge Nếu nguyên tử bị nhận thêm nhiều electron, bị thay đổi điện tích Such atoms are referred to as ions Các nguyên tử gọi ion Thus, if a sodium (Na) atom were to lose an electron it would acquire a positive charge and be symbolized Na + Do đó, nguyên tử natri (Na) bị 1electron, trở thành điện tích dương ký hiệu Na+ If a chlorine (Cl) atom were to gain an electron it would symbolized Cl- Nếu nguyên tử clo (Cl) nhận thêm electron, có kí hiệu Cl - Positively charged ions are called cations; negatively charged ions are anions Các ion tích điện dương gọi cation; ion tích điện âm gọi anion Table Image PeriodicTable.jpg The Periodic Table of Elements Given in the table are the distinct characteristics of the Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương atom that comprises the element: atomic number of the element (in the upper right corner of the element symbol) is the number of protons in the atom; atomic weight (below the symbol of the element) is derived from the combined weight of electrons, neutrons and protons which make up the atom The atomic weight of an element must be known to calculate the molecular weight of a chemical compound that is formed when elements bond together together into molecules The major elements of living systems are C, H, O, N, S, and P Minor elements are Na, Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn Bảng Hình ảnh periodicTable.jpg Bảng tuần hoàn nguyên tố Cho bảng đặc điểm riêng biệt nguyên tử bao gồm nguyên tố: số nguyên tử nguyên tố (ở góc bên phải ký hiệu nguyên tố) số lượng proton nguyên tử; trọng lượng nguyên tử (dưới ký hiệu nguyên tố) có nguồn gốc từ trọng lượng kết hợp electron, nơtron proton tạo nên nguyên tử Trọng lượng nguyên tử nguyên tố phải biết để tính trọng lượng phân tử hợp chất hóa học hình thành nguyên tố liên kết với thành phân tử Các yếu tố hệ thống sống C, H, O, N, S P Các nguyên tố nhỏ Na, Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co, Ni, Cu Zn A cell, the fundamental unit of life on Earth, is composed of organic matter, the exact definition of which will be given below Một tế bào, đơn vị sống Trái đất, bao gồm chất hữu cơ, định nghĩa xác đưa Organic material is made up of a relatively small handful of elements, cells being composed of over 97% carbon (C), oxygen (O), nitrogen (N), hydrogen (H), phosphorus (P) and sulfur (S) Vật liệu hữu tạo thành từ số nguyên tố, tế bào tạo thành từ 97% carbon (C), oxy (O), nitơ (N), hyđro (H), phot (P) lưu huỳnh (S) Table The major elements of bacteria Bảng Các nguyên tố vi khuẩn Carbon Oxygen Nitrogen Hydrogen Phosphorus Sulfur C O N H P S 50% 20 15 When two or more elements interact with one another and achieve stability, a chemical compound is formed Khi hai nhiều nguyên tố tương tác với đạt ổn định, hợp chất hóa học hình thành The smallest part of the compound that retains the chemical properties of the compound is termed a molecule Phần nhỏ hợp chất tạo thành tính chất hóa học hợp chất gọi phân tử The atoms in a molecule are joined to one another by some sort of chemical bond Các nguyên tử phân tử nối với loại liên kết hóa học Thus, two atoms of oxygen (O) joined together form O2, or molecular oxygen; two atoms of nitrogen (N) joined together form N2 (nitrogen gas); carbon (C) bonded with two atoms of O forms CO2 (carbon dioxide), the predominant gases in earth's atmosphere Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Do đó, hai nguyên tử oxy (O) liên kết với tạo thành O2, oxy phân tử; hai nguyên tử nitơ (N) liên kết với tạo thành N2 (khí nitơ); carbon (C) liên kết với hai nguyên tử O tạo thành CO (carbon đioxit), khí chủ yếu khí trái đất Two atoms of hydrogen (H) joined to an atom of oxygen form a molecule of H2O or water, which is the predominant liquid on the planet Hai nguyên tử hydro (H) kết hợp với nguyên tử oxy tạo thành phân tử H2O nước, chất lỏng chiếm ưu hành tinh Table Major types of chemical bonds in biological molecules Bảng Các loại liên kết hóa học phân tử sinh học Ionic bond: Force that hods ions together in a molecule Liên kết ion: Lực hút tĩnh điện ion lại với phân tử Covalent Bond: Force resulting from sharing electrons among the atoms of a molecule Liên kết cộng hóa trị: Lực liên kết cách dùng chung electron nguyên tử phân tử Hydrogen Bond: The force from attractions between oppositely charged poles of adjacent molecules Liên kết hyđro: Lực hút cực tích điện trái dấu phân tử liền kề When a covalent bond is formed between a carbon atom (C) and a hydrogen atom (H), an organic molecule is born Khi liên kết cộng hóa trị hình thành ngun tử carbon (C) nguyên tử hyđro (H), phân tử hữu tạo Since carbon atoms can bond to themselves in chains of great length, and since each carbon atom has four bonding sites to other atoms, elements or molecules, it makes sense to think that there are endless possibilities for the structure of different organic molecules Vì nguyên tử carbon liên kết với theo chuỗi có chiều dài lớn ngun tử carbon có bốn vị trí liên kết với nguyên tử, nguyên tố phân tử khác, nên có ý nghĩa cấu trúc phân tử hữu khác có nhiều khả khác First, let's just look at some possibilities for a "one-carbon" organic molecule Đầu tiên, xét số khả cho phân tử hữu "một carbon" CH4 is methane, or natural gas CH4 metan, khí tự nhiên CH3OH is methanol an alcohol that is an excellent fuel but causes blindness if you drink it CH3OH metanol loại rượu nhiên liệu tuyệt vời gây mù bạn uống HCHO is formaldehyde, the stuff they will try to embalm you with Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương HCHO formaldehyd, thứ mà chúng dùng để ướp xác bạn HCOOH is formic acid, put into insecticides and used in the dye industry HCOOH axit formic, đưa vào thuốc trừ sâu sử dụng ngành công nghiệp nhuộm HCN is cyanide, a powerful respiratory poison HCN cyanide, chất độc mạnh cho hô hấp CO(NH2)2 is urea, a waste product in urine (Actually, urea doesn't contain a carbon to hydrogen bond (C-H), but it nonetheless should be considered an "organic" molecule.) CO (NH2)2 urê, chất thải nước tiểu (Trên thực tế, urê không chứa liên kết carbon với hyđro (C-H), dù nên coi phân tử "hữu cơ") Image C-1.jpg Some 1-Carbon organic molecules As the number of carbon atoms in an organic molecule is increased, correspondingly-different organic compounds are created Khi số lượng nguyên tử carbon phân tử hữu tăng lên, hợp chất hữu khác tạo Example are given in the table below Ví dụ ghi bảng sau Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Image C-2.jpg Some C-2 and C-3 organic molecules Depending on the occurrence of so-called "functional groups" on an organic molecule, it will have particular chemical properties and activities Tùy thuộc vào xuất gọi "nhóm chức" phân tử hữu cơ, có tính chất hoạt động hóa học cụ thể Some important functional groups in biological molecules are listed and described below: Một số nhóm chức quan trọng phân tử sinh học liệt kê mô tả đây: -CH3 methyl group, the beginning group of fatty acids, many amino acids, some vitamins -CH3 nhóm methyl, nhóm khởi đầu axit béo, nhiều axit amin, số vitamin -NH3 amino group, seen in amino acids, peptides and proteins - Nhóm amin -NH3, thấy axit amin, peptide protein -PO4 phosphate group that occurs in phospholipids, nucleotides and some vitamins Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Nhóm -PO4 phosphate xuất phospholipids, nucleotide số vitamin -SH sulfhydryl group in certain amino acids, vitamins and proteins - SH nhóm sulfhydryl số axit amin, vitamin protein - OH hydroxyl group seen in alcohols and sugars -OH nhóm hydroxyl tìm thấy rượu đường -CHO is an aldehyde group as in acetaldehyde or formaldehyde - CHO nhóm aldehyd acetaldehyd formaldehyd - C=O is a ketone group characteristic of key compounds in important metabolic pathways - C = O nhóm xeton đặc trưng hợp chất trình trao đổi chất quan trọng -COOH is a carboxyl group, as in carboxylic acids and fatty acids - COOH nhóm carboxyl, axit cacboxylic axit béo Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Image FunctionalGroups.jpg Some important functional groups in molecules encountered in microbiology Chức hình ảnh Group.jpg Một số nhóm chức quan trọng phân tử gặp phải vi sinh Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương In any case, different arrangements of C, H, O, N, P and S atoms comprise the the molecules that make up the structural and functional components of cellular life Trong trường hợp, xếp khác nguyên tử C, H, O, N, P S bao gồm phân tử tạo nên thành phần cấu trúc chức sống tế bào But usually this requires that these monomeric "small" molecules be polymerized into polymeric "large" molecules called macromolecules Nhưng thơng thường, điều đòi hỏi phân tử "nhỏ" monome phải trùng hợp thành phân tử "lớn" polyme gọi đại phân tử There are four fundamental types of macromolecules that occur in all forms of cells Có bốn loại đại phân tử xảy tất dạng tế bào Polysaccharides are composed of carbohydrate (sugar) molecules; lipids are composed of fatty acids; proteins are composed of amino acid molecules; and nucleic acids (DNA and RNA) are made up of molecules called nucleotides Polysacarit bao gồm phân tử carbohyđrate (đường); lipit bao gồm axit béo; protein bao gồm phân tử axit amin; axit nucleic (ADN ARN) tạo thành từ phân tử gọi nucleotide These are the molecules of microbes and all other forms of life Đây phân tử vi khuẩn tất dạng sống khác Table 4: Macromolecules that make up cell material Bảng 4: Các đại phân tử tạo nên vật liệu tế bào Macromolecule Primary Subunits Đại phân tử Tiểu đơn vị Where found in a bacterial cell Proteins Flagella, pili, cell walls (thành tế bào), cytoplasmic membranes(màng tế bào), ribosomes, cytoplasm (tế bào chất) (as enzymes) (như enzyme) amino acids axit amin Nơi tìm thấy tế bào vi khuẩn Polysaccharides sugars or other capsules, inclusions (storage), cell walls (thành tế bào) carbohydrate molecules (Đường phân tử carbohiđrate khác) Phospholipids fatty acids Membranes (màng tế bào) Nucleic Acids (DNA/RNA) nucleotides DNA: nucleus, nucleoid (chromosome), plasmids rRNA: ribosomes; mRNA, tRNA: cytoplasm How macromolecules run living systems Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Làm để đại phân tử chạy hệ thống sống All microbial cells have various structural and functional components composed of macromolecules that account for almost every aspect of their existence and behavior as cells Tất tế bào vi sinh vật có thành phần cấu trúc chức khác bao gồm đại phân tử chiếm gần khía cạnh tồn hoạt động chúng tế bào All cells have essential structural components such as a chromosome (DNA), ribosomes, a cell membrane, and some sort of cell wall or surface layer Tất tế bào có thành phần cấu trúc nhiễm sắc thể (ADN), ribosome, màng tế bào số loại thành tế bào lớp bề mặt Also, all cells have a self-replicating genome and hundreds of enzymatic proteins that are responsible for the business reactions of life Ngoài ra, tất tế bào có gen tự chép hàng trăm protein enzyme chịu trách nhiệm cho phản ứng quan trọng sống As discussed above, these macromolecules are made up of monomeric subunits such as carbohydrates, lipids, nucleotides or amino acids Như thảo luận trên, đại phân tử tạo thành từ tiểu phân carbohydrate, lipid, nucleotide axit amin It is the arrangement or sequence in which the subunits are put together, called the primary structure of the molecule, that often determines the exact properties that the macromolecule will have Đó xếp trình tự tiểu phân đặt nhau, gọi cấu trúc phân tử, thường xác định thuộc tính xác mà đại phân tử có Thus, at a molecular level, the primary structure of a macromolecule determines its function or role in the cell, and the functional aspects of cells are related directly to the structure and organization of the macromolecules in their cell make-up Do đó, cấp độ phân tử, cấu trúc đại phân tử xác định chức vai trò tế bào, khía cạnh chức tế bào có liên quan trực tiếp đến cấu trúc tổ chức đại phân tử cấu tạo tế bào chúng It is the diversity within the primary structure of these molecules that accounts for the diversity that exists among life forms Chính đa dạng cấu trúc phân tử dẫn đến đa dạng tồn dạng sống Let us now look briefly at the composition and function of the macromolecules of microbial cells Bây xem xét ngắn gọn thành phần chức đại phân tử tế bào vi sinh vật Carbohydrates 10 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Carbohydrates are organic compounds of carbon, hydrogen and oxygen Carbonhydrate hợp chất hữu carbon, hyđro oxy Their empirical formula, (CH2O)n, is widely used as a symbol for an organic compound Công thức thực nghiệm chúng, (CH2O) n, sử dụng rộng rãi công thức tổng quát cho hợp chất hữu Carbohydrates have a vital function as energy sources for many types of cells Carbonhydrate có chức quan trọng nguồn lượng cho nhiều loại tế bào They are also found in several bacterial structures including capsules and the cell wall Chúng tìm thấy số cấu trúc vi khuẩn bao gồm viên nang thành tế bào The common notion of a carbohydrate is a sugar such as glucose or sucrose, but certain alcohols and aldehydes also apply Khái niệm thông thường carbohydrate loại đường glucose saccarozơ, số rượu aldehyd áp dụng Carbohydrate molecules, also called "saccharides", can be polymerized into polysaccharides which most often occur in microbial cells in the form of starch, glycogen and cellulose Các phân tử carbohydrate, gọi "sacarit", trùng hợp thành polysacarit thường xảy tế bào vi sinh vật dạng tinh bột, glycogen cellulose Starch and glycogen are stored in microbial cells as reserves of energy; cellulose is a component of cell walls in the protista, and otherwise is the most abundant polymer on the planet because of its occurrence in the Plant Kingdom Tinh bột glycogen lưu trữ tế bào vi sinh vật dạng dự trữ lượng; cellulose thành phần thành tế bào protista, mặt khác polymer có nhiều hành tinh xuất Vương quốc Thực vật Complex types of polysaccharides also occur in the cell surface structures of the bacteria (walls, capsules, etc.) Các loại polysacarit phức tạp xuất hiệntrong cấu trúc bề mặt tế bào vi khuẩn (vách, viên nang, v.v…) 11 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Image CH1.jpg (above) Structure of two important carbohydrates, in this case the sugars fructose and glucose Glucose and fructose are isomers because they have identical molecular formulas (C 6H12O6) but different structural formulas Glucose is shown in its chain form and in its more common ring form Glucose and fructose are monosaccharides Two other common sugars, sucrose and lactose, are disaccharides, because they consist of two sugars molecules bonded together Sucrose is made up of glucose plus fructose, and lactose is composed of glucose and galactose Polysaccharides such as starch, glycogen or cellulose are made up of hundreds of sugar molecules polymerized into a polysaccharide macromolecule Hình ảnh CH1.jpg (ở trên) Cấu trúc hai loại carbohydrate quan trọng, trường hợp đường fructose glucose Glucose fructose chất đồng phân chúng có cơng thức phân tử giống hệt (C6H12O6) công thức cấu tạo khác Glucose thể dạng chuỗi dạng vòng phổ biến Glucose fructose monosacarit Hai loại đường phổ biến khác saccarozơ lactose đisacarit chúng bao gồm hai phân tử đường liên kết với Saccarozơ tạo thành từ glucose cộng với fructose, đường sữa tạo thành từ glucose galactose Các polysacarit tinh bột, glycogen cellulose tạo thành từ hàng trăm phân tử đường trùng hợp thành đại phân tử polysacarit Image CH2.jpg (below) The structure for two disaccharides and one polysaccharide During the synthesis of the dissaccharides water is removed from the reactants during the process This is referred to as "dehydration synthesis" The polysaccharide pictured is a very complex arrangement of glucose molecules that have been joined together in a linear and branched fashion Hình ảnh CH2.jpg (bên dưới) Cấu trúc hai đisacarit polysacarit Trong trình tổng hợp chất hòa tan, nước loại bỏ khỏi chất phản ứng trình Điều gọi "tổng hợp nước" Các polysacarit hình xếp phức tạp phân tử glucose nối với theo kiểu thẳng phân nhánh 12 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Lipids Lipids are a broad group of organic molecules that dissolve in organic solvents such as benzene, ether or alcohol, but generally not dissolve in water Lipid nhóm phân tử hữu hòa tan dung môi hữu benzen, ete rượu, thường không tan nước Like carbohydrates, lipids are composed of C, H and O, but the proportion of O is much lower Giống carbohydrate, lipid bao gồm C, H O, tỷ lệ O thấp nhiều 13 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương The best known lipids are fats Các lipit biết đến nhiều chất béo Fats serve living organisms including some microbes as important energy sources Chất béo có sinh vật sống bao gồm số vi khuẩn nguồn lượng quan trọng They are located in storage granules in bacteria and they are structural components of the cell membrane of most organisms Chúng nằm hạt lưu trữ vi khuẩn chúng thành phần cấu trúc màng tế bào hầu hết sinh vật Fats are made up of a 3-carbon glycerol molecule attached to (or 3) long-chain fatty acids Chất béo tạo thành từ phân tử glycerol có carbon gắn với (hoặc 3) axit béo chuỗi dài Each fatty acid usually has 16 or 18 carbon atoms in the chain Mỗi axit béo thường có 16 18 nguyên tử carbon chuỗi There are two major types of fatty acids The saturated fatty acids contain the maximum number of carbon to hydrogen bonds (C-H), while the unsaturated fatty acids contain less than the maximum Có hai loại axit béo axit béo bão hòa chứa số lượng liên kết carbon với hyđro tối đa (C H), axit béo không bão hòa chứa mức tối đa An unsaturated fatty acid molecule reveals itself immediately by the occurrence of one or more double bonds between adjacent carbon atoms (C=C) Một phân tử axit béo khơng bão hòa phản ứng xuất nhiều liên kết đôi nguyên tử carbon liền kề (C = C) 14 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Image Lip1.jpg The molecular structures of fat components and synthesis of fat Fats consist of glycerol (a 3-carbon alcohol) and fatty acids The fatty acids may be saturated or unsaturated as shown Unsaturated fats contain less hydrogen Fat synthesis occurs when fatty acids are joined to glycerol during a dehydration reaction Hình ảnh Lip1.jpg Các cấu trúc phân tử thành phần chất béo tổng hợp chất béo Chất béo bao gồm glycerol (một loại cồn carbon) axit béo Các axit béo bão hòa khơng bão hòa biểu diễn Chất béo khơng bão hòa chứa hyđro Sự tổng hợp chất béo xảy axit béo nối với glycerol phản ứng khử nước Proteins Proteins are by far the most abundant organic components of microorganisms and other living things Protein thành phần hữu phong phú vi sinh vật sinh vật sống khác They function as structural materials in bacterial cell walls, cell membranes and ribosomes, and they function as enzymes, a group of biological molecules that regulate the rate of most chemical reactions in biological systems Chúng hoạt động vật liệu cấu trúc thành tế bào vi khuẩn, màng tế bào ribosome, chúng hoạt động enzyme, nhóm phân tử sinh học điều chỉnh tốc độ hầu hết phản ứng hóa học hệ thống sinh học Denaturation of proteins in an organism as with heat or chemicals, usually leads to cell death 15 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Sự biến tính protein sinh vật với nhiệt hóa chất, thường dẫn đến chết tế bào Proteins are composed of amino acids that are linked to one another by a peptide bond Protein bao gồm axit amin liên kết với liên kết peptide Each free amino acid has a carboxyl (-COOH) and a free amino (-NH2) as part of its molecular structure Mỗi axit amin tự có nhóm carboxyl (-COOH) nhóm amino tự (-NH2) phần cấu trúc phân tử During protein synthesis two amino acids can be joined together by a dehydration reaction that combines the carboxy group of one amino acid to the amino group of another amino acid via a peptide bond (CO:NH) as shown below Trong trình tổng hợp protein, hai axit amin nối với phản ứng khử nước kết hợp nhóm carboxyl axit amin với nhóm amino axit amin khác thông qua liên kết peptide (CO- NH) There are 20 amino acids used during protein synthesis Có 20 axit amin sử dụng trình tổng hợp protein Since proteins are polypeptides (many amino acids joined together) consisting of up to hundreds of amino acid molecules, there is unlimited potential in theie primary structure Vì protein polypeptide (nhiều axit amin liên kết với nhau) bao gồm tới hàng trăm phân tử axit amin, nên có khả vơ hạn cấu trúc sơ cấp 16 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Image AA1.jpg Structural formulas of several important amino acids The so called "side groups" (highlighted blue) differ and determine the exact compound, but the "amino acid" portion of the molecule is the same in all molecules consisting of an amino (NH2) group and a carboxyl (acid) (COOH) group Hình ảnh AA1.jpg Công thức cấu tạo số axit amin quan trọng Cái gọi "nhóm bên" (màu xanh lam bật) khác xác định hợp chất xác, axit amin phân tử giống tất phân tử bao gồm nhóm amino (NH2) nhóm carboxyl (axit) (COOH) 17 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Image AA2.jpg Amino acids are joined together to form peptides or polypeptides or proteins (depending on how many AA are joined together This cartoon shows how one amino acid is joined to the next by a type of bond called a peptide bond The -OH from the acid group of alanine combines with -H from the amino group of valine to form water (H2O) The open bonds then link together to form a peptide bond between the two amino acids forming the dipeptide alanylvaline Hình ảnh AA2.jpg Các axit amin nối với để tạo thành peptide polypeptide protein (tùy thuộc vào số lượng AA nối với Hình ảnh trình bày cho thấy axit amin nối với loại liên kết gọi liên kết peptide -OH từ axit nhóm alanine kết hợp với -H từ nhóm amino valine tạo thành nước (H2O) Các liên kết mở sau liên kết với tạo thành liên kết peptide hai axit amin tạo thành alanylvaline It is the exact sequence of amino acids in a protein, encoded by the genetic material (DNA), that determines the function of the protein in either its structural or enzymatic role in the cell Đây chuỗi xác axit amin protein, mã hóa vật liệu di truyền (ADN), xác định chức protein vai trò cấu trúc enzyme tế bào The chain of amino acids in the protein represents the primary structure of the protein Chuỗi axit amin protein đại diện cho cấu trúc protein Most proteins have a secondary structure that forms when the amino acid chain twists itself into a helical pattern Hầu hết protein có cấu trúc thứ cấp hình thành chuỗi axit amin xoắn thành mơ hình xoắn ốc Hydrogen bonds and S-S (disulfide) bonds help maintain this structure Liên kết hyđro liên kết S-S (disulfide) giúp trì cấu trúc In addition, many proteins including enzymatic proteins, have a tertiary structure that results from the coiled (secondary) structure folding back on itself Ngoài ra, nhiều protein bao gồm protein enzyme, có cấu trúc bậc ba, kết từ cấu trúc cuộn (thứ cấp) tự gấp lại Hydrogen bonding maintains the protein in its tertiary structure Liên kết hyđro trì protein cấu trúc bậc ba If subjected to heat or chemicals, the bonds break easily and the protein becomes denatured, thereby losing its activity Nếu chịu nhiệt hóa chất, liên kết dễ dàng bị phá vỡ protein bị biến tính, hoạt động 18 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Image lysozyme.gif The primary structure of the enzyme lysozyme The protein is a polypeptide chain of 129 amino acids There are four pairs of cysteines that form disulfide bridges within the molecule Secondary structure of the molecule forms when the amino acid chain twists itself into a helical pattern Tertiary structure of the protein results from the coiled (secondary) structure folding back on itself Almost all proteins that are enzymes must maintain their tertiary structure in order to be active Therefore, proteins are denatured by chemical or physical events that destroy their tertiary structure Hình ảnh lysozyme.gif Cấu trúc enzyme lysozyme Protein chuỗi polypeptide gồm 129 axit amin Có bốn cặp cystein tạo thành cầu nối đisulfide phân tử Cấu trúc thứ cấp phân tử hình thành chuỗi axit amin xoắn thành mơ hình xoắn ốc Cấu trúc bậc ba protein kết cấu trúc cuộn (thứ cấp) tự gấp lại Hầu tất protein enzyme phải trì cấu trúc bậc ba chúng để hoạt động Do đó, protein bị biến tính phản ứng hóa học vật lý phá hủy cấu trúc bậc ba chúng 19 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Nucleic Acids The nucleic acids are among the largest macromolecules that occur in cells Các axit nucleic đại phân tử lớn xuất tế bào There are two types of nucleic acids found in all cellular organisms: Deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA) Có hai loại axit nucleic tìm thấy tất sinh vật tế bào: axit deoxyribonucleic (ADN) axit ribonucleic (ARN) DNA acts as the genetic material of the chromosome, and RNA mainly functions during the synthesis and construction of proteins ADN đóng vai trò vật liệu di truyền nhiễm sắc thể ARN chủ yếu hoạt động trình tổng hợp xây dựng protein Both DNA and RNA are composed of repeating subunits called nucleotides Cả ADN ARN tạo thành từ tiểu phân lặp lại gọi nucleotide A nucleotide has three molecular components: a carbohydrate molecule (deoxyribose or ribose), a phosphate (PO4) group, and a nitrogen-containing base, which is either a purine or a pyrimidine Một nucleotide có ba thành phần phân tử: phân tử carbohydrate (deoxyribose ribose), nhóm phot phat (PO4) bazơ chứa nitơ purine pyrimidine In DNA and RNA the purine bases are adenine (A) and guanine (G); in DNA the pyrimidine bases are thymine (T) and cytosine (C), but in RNA uracil (U) occurs in place of thymine Trong ADN ARN, bazơ purin adenine (A) guanine (G); ADN bazơ pyrimidine thymine (T) cytosine (C), RNA uracil (U) xuất thay cho thymine DNA occurs in the chromosome of the cell and its function is to pass on genetic information to progeny cells and to direct the synthesis of proteins ADN xuất nhiễm sắc thể tế bào chức truyền thông tin di truyền đến tế bào điều khiển trình tổng hợp protein To form the complete DNA molecule, two single strands of DNA oppose each other in a ladder-type arrangement where opposing bases hydrogen bond to one another Để tạo thành phân tử ADN hoàn chỉnh, hai chuỗi ADN đơn lẻ đối lập theo kiểu xếp bậc thang nucleotide đối hai chuỗi liên kết với liên kết hyđro G and C line up opposite one another as does A and T G C xếp hàng đối diện A T This forms the "complementary" double strand of DNA and ensures that one strand of DNA can encode precisely for the opposite strand of DNA which is required for faithful DNA replication 20 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Điều tạo thành chuỗi ADN "bổ sung" đảm bảo chuỗi ADN mã hóa xác cho chuỗi ADN đối diện cần thiết để chép ADN trung gian Image Nuc1.jpg The molecular structure of nucleotide components Nucleotides, the components of DNA and RNA are composed of a carbohydrate (sugar), phosphate ions (PO4), and a nitrogenous base The carbohydrates in nucleotides are ribose and deoxyribose Phosphate is formed from phosphoric acid The nitrogenous bases include adenine and guanine, which are purine molecules, and thymine, cytosine and uracil which are pyrimidine molecules Four bases occur in both DNA and RNA However, DNA contains thymine and no uracil and RNA contains uracil and no thymine At the bottom left in the drawing, a DNA nucleotide and an RNA nucleotide have been formed from the component molecules Hình ảnh Nuc1.jpg Cấu trúc phân tử thành phần nucleotide Nucleotide thành phần ADN ARN bao gồm carbohydrate (đường), ion photphat (PO4) chất sở nitơ Các carbohydrate nucleotide ribose deoxyribose Photphat hình thành từ axit photphoric Các bazơ nitơ bao gồm adenine guanine, phân tử purine thymine, cytosine uracil phân tử pyrimidine Bốn nucleotide xuất ADN 21 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương ARN Tuy nhiên, ADN chứa thymine khơng có uracil ARN chứa uracil khơng có thymine Ở phía bên trái hình vẽ, nucleotide ADN nucleotide ARN hình thành từ phân tử thành phần Image Nuc2.jpg Formation of a double-stranded molecule of deoxyribonucleic acid (DNA) (a) Two single-stranded DNA molecules line up next to each other to form a double-stranded molecule Adenine (A) molecules always oppose Thymine (T) molecules, and Guanine (G) molecules always oppose Cytosine (C) (b) The double-stranded DNA molecule is is twisted as shown to form the "double helix" that is characteristic of chromosomal DNA in all living organisms Hình ảnh Nuc2.jpg Sự hình thành chuỗi xoắn kép axit deoxyribonucleic (ADN) (a) Hai phân tử ADN mạch đơn xếp cạnh để tạo thành chuỗi xoắn kép Các phân tử Adenine (A) liên kết với phân tử Thymine (T) phân tử Guanine (G) liên kết với phân tử Cytosine (C) (b) Phân tử AND xoắn kép bị xoắn thể để tạo thành "chuỗi xoắn kép" đặc trưng cho ADN nhiễm sắc thể tất sinh vật sống RNA occurs as a single stranded molecule although there may be regions of the molecule where complementary base pairing can take place as in DNA ARN xuất phân tử mạch đơn có vùng phân tử nơi việc ghép cặp dựa nguyên tắc bổ sung diễn ADN There are three primary classes of RNA, each of which has a role during the process of protein synthesis 22 Dịch giả: Nguyễn Trà Ánh Dương Có ba loại ARN chính, loại có vai trò q trình tổng hợp protein Messenger RNA (mRNA) occurs in the cytoplasm of bacterial cells and functions as a carrier of the genetic message for protein synthesis from the DNA to the ribosome which is the site of protein synthesis ARN thông tin (mARN) xuất tế bào chất tế bào vi khuẩn hoạt động chất mang thông tin di truyền để tổng hợp protein từ ADN đến ribosome nơi tổng hợp protein Ribosomal RNA (rRNA) is associated with the ribosomes and stabilizes the protein synthesizing machinery during the process ARN ribosome (rRNA) liên kết với ribosome ổn định máy tổng hợp protein trình Transfer RNAs (tRNA) are relatively small molecules of RNA that transfer specific amino acids from the cytoplasm to the ribosome and the growing polypeptide chain, during the process of protein synthesis ARN vận chuyển (tARN) phân tử ARN tương đối nhỏ, vận chuyển axit amin cụ thể từ tế bào chất sang ribosome chuỗi polypeptide phát triển, trình tổng hợp protein 23 ... nơtron proton tạo nên nguyên tử Trọng lượng nguyên tử nguyên tố phải biết để tính trọng lượng phân tử hợp chất hóa học hình thành ngun tố liên kết với thành phân tử Các yếu tố hệ thống sống C,... hỏi phân tử "nhỏ" monome phải trùng hợp thành phân tử "lớn" polyme gọi đại phân tử There are four fundamental types of macromolecules that occur in all forms of cells Có bốn loại đại phân tử xảy... động vật liệu cấu trúc thành tế bào vi khuẩn, màng tế bào ribosome, chúng hoạt động enzyme, nhóm phân tử sinh học điều chỉnh tốc độ hầu hết phản ứng hóa học hệ thống sinh học Denaturation of proteins