Đang tải... (xem toàn văn)
- Các liên kết Hydro, ion, lực Vanderwals yếu hơn liên kết cộng hóa trị nhiều nhưng chúng xác định tổ chức của các phân tử khác nhau trong tế bào, nhờ chúng các nguyên tử dù đã có liên[r]
(1)ĐẠI HỌC HUẾ Nguyễn Thị Mai Dung
Giáo trình
Sinh học đại cương
(2)Chương I.
CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG I Các nguyên tố liên kết hóa học
1 Các nguyên tố thể sống
Tế bào cấu tạo từ nguyên tố vốn có tự nhiên Tuy nhiên 92 ngun tố có tự nhiên có 22 nguyên tố có sinh vật Các nguyên tố chia thành nhóm dựa theo vai trị tham gia vào chất sống, tạo chất hữu cơ, ion hay có dấu vết Trong
- Các nguyên tố tham gia cấu tạo chất hữu :N, O, C, H, P, S - Các ion : K+, Na+, Mg++, Ca++, Cl
Các nguyên tố có dấu vết: Fe, Mn, Co, Cu, Zn, B, V, Al, Mo, I, Si
Trong thể sinh vật C, H, O, N chiếm tới 96% thành phần tế bào Các nguyên tố khác có vết gọi vi lượng hay vi tố
Vai trò chủ yếu nguyên tố thể người:
- Oxygen (O) chiếm khoảng 65%, tham gia cấu tạo hầu hết chất hữu cơ, phân tử nước tham gia vào trình hơ hấp
- Carbon (C) chiếm khoảng 18%, tạo liên kết với nguyên tử khác, tạo khung chất hữu
- Hydrogen (H) chiếm khoảng 10%, thành phần nước hầu hết chất hữu
- Nitrogen (N) có khoảng 3%, tham gia cấu tạo protein, acid nucleic
- Calcium (Ca) có khoảng 1,5% thành phần xương răng, có vai trị quan trọng co cơ, dẫn truyền xung thần kinh đông máu
- Phosphor (P) có khoảng 1%, giữ vai trị quan trọng chuyển hoá lượng, thành phần acid nucleic
- Kalium (K) (Potassium), có khoảng 0,4% cation (ion+) chủ yếu tế bào, giữ vai trò quan trọng cho hoạt động thần kinh co
- Sulfua (S) có khoảng 0,3%, có mặt thành phần phần lớn protein
- Natrium (Na) (Sodium), có khoảng 0,2% cation chủ yếu dịch mơ, giữ vai trị quan trọng cân chất dịch, dẫn truyền xung thần kinh
- Magnesium (Mg) khoảng 0,1% thành phần nhiều hệ enzyme quan trọng, cần thiết cho máu mô
- Chlor (Cl) khoảng 0,1%, anion (ion-) chủ yếu dịch thể, có vai trị cân nội dịch
- Sắt (Fe) (Ferrum) có dấu vết, thành phần hemoglobin, myoglobin số enzyme
(3)2 Các liên kết hóa học
Các tính chất hóa học nguyên tố trước tiên xác định số lượng xếp điện tử lớp lượng ngồi
Ví dụ : Hydrogen có điện tử lớp ngồi cùng, carbon có 4, nitrogen có oxygen có
Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc ngun tử nguyên tố H, C, N, O
Các nguyên tử kết hợp với cách xác liên kết hóa học để tạo nên hợp chất
* Liên kết hóa học lực hút gắn nguyên tử với Mỗi liên kết chứa hóa học định Phụ thuộc vào số điện tử lớp cùng, nguyên tử nguyên tố hình thành số lượng đặc hiệu liên kết với nguyên tử nguyên tố khác
- Có loại liên kết hóa học chủ yếu liên kết cộng hóa trị liên kết ion
Trong hoạt động sống liên kết quan trọng liên kết hydro tương tác yếu (như lực hút van der waals vàì tương tác kỵ nước)
2.1 Liên kết cộng hóa trị :
Liên kết cộng hóa trị tạo góp chung điện tử nguyên tử
Ví dụ : Sự gắn nguyên tử Hydrogen tạo thành phân tử khí Hydrogen Trong phân tử nước có nguyên tử H nối liên kết cộng hóa trị với nguyên tử O :
(4)
Ví dụ : Hai nguyên tử Oxygen liên kết đôi với hai cặp điện tử thành phân tử Oxygen
2.2 Liên kết ion :
Khi nguyên tử nhận thêm điện tử trở nên tích điện gọi ion Những nguyên tử có 1, 2, điện tử lớp ngồi có xu hướng điện tử trở thành ion mang điện dương (cation) Các nguyên tử có hay 6, điện tử lớp ngồi có xu hướng nhận điện tử trở thành ion mang điện âm (anion)
Do điện tích khác dấu, cation anion kết hợp với nhờ liên kết ion Liên kết ion khác với liên kết cộng hóa trị khơng góp chung điện tử
Ví dụ : Na+ + Cl- = NaCl (muối ăn) 2.3 Liên kết Hydro tương tác yếu khác :
- Liên kết Hydro :
Liên kết hyđro có xu hướng hình thành nguyên tử có điện âm với nguyên tử Hydrogen gắn với Oxy hay Nitơ Các liên kết Hydro tạo phần phân tử hay phân tử Các liên kết Hydro yếu liên kết cộng hóa trị 20 lần giữ vai trò quan trọng hoạt động sống
- Lực hút van der waals xảy phân tử gần kề tương tác đám mây điện tử
- Tương tác kỵ nước xảy nhóm phân tử khơng phân cực Chúng có xu hướng xếp kề không tan nước trường hợp giọt dầu nhỏ tự kết
- Các liên kết Hydro, ion, lực Vanderwals yếu liên kết cộng hóa trị nhiều chúng xác định tổ chức phân tử khác tế bào, nhờ chúng nguyên tử dù có liên kết cộng hóa trị phân tử tương tác lẫn
- Các tương tác yếu giữ vai trị quan trọng khơng chúng xác định vị trí tương đối phân tử mà cịn định hình phân tử mềm dẻo protein acid nucleic
II Các chất vô cơ
Trong thành phần chất sống, chất vô chiếm tỉ lệ nhiều chất hữu Chúng gồm có nước acid, base, muối chất khí hòa tan Trong số nước chiếm tỷ lệ cao quan trọng cho sống
1 Nước (H2O)
Trong thể sinh vật nước chiếm phần lớn, cá biệt sứa nước chiếm 98%, động vật có vú nước chiếm 2/3 trọng lượng thể Nước chất vô đơn giản, có số lượng lớn hành tinh, có tính chất lý hóa đặc biệt nên chiếm phần lớn chất sống có lẽ sống bắt nguồn từ môi trường nước Cơ thể sinh vật sinh ra, phát triển, chết môi trường nước dù dạng hay dạng khác
(5)hydro Các phân tử nước tập hợp lại thành mạng lưới nhờ liên kết hydro Bản chất dịnh vào phân tử nước xác định phần lớn tính chất đặc biệt nó, sức căng bề mặt, nhiệt cao, hấp thu nhiều nhiệt lượng, thay đổi nhiệt
Do chất phân cực, phân tử nước tập hợp xung quanh ion phân tử khác phân cực Các chất tham gia với liên kết hydro nước gọi ưa nước dễ hoà tan nước Các phân tử không phân cực làm đứt mạng lưới liên kết hydro nước Chúng phân tử kỵ nước Các phân tử kỵ nước đẩy phân tử nước để đứng kề
Lượng nước thể nhiều hay ít, tăng hay giảm tùy thuộc vào giai đoạn phát triển trao đổi chất sinh vật Lúc non, nước chiếm tỷ lệ cao lúc già Nước thay đổi quan khác
Ví dụ : Ở chất xám nước chiếm 85% , chất trắng 75%, xương 20% men có 10%
Hình 1.2 Cấu trúc khơng gian nước (a,b), liên kết hydro(c), phân tử nước tạo mạng
- Nước có vai trị quan trọng thể sống :
+ 95% nước dạng tự có vai trị quan trọng q trình chuyển hóa trao đổi chất tế bào, tế bào môi trường Các chất hóa học tan nước nhờ nước mà phân phối đều, chúng có hội gặp để phản ứng với
(6)Các kiến thức sinh học có nhiều ứng dụng trực tiếp gían tiếp cho người Thế giới sinh vật cung cấp phần lớn nhu cầu bản- tạo môi trường sống cho người sinh học có nhiều ứng dụng thực tiễn:
1 Trực tiếp người
- Y học lĩnh vực ứng dụng nhiều kiến thức sinh học trực tiếp cho người Các kiến thức sinh học giúp người biết giữ gìn vệ sinh phịng ngừa bệnh tật Nhiều phát minh lớn sinh học tạo nên cách mạng y học như: tìm vaccine, tìm chế gây viêm nhiễm vi sinh vật giúp ngăn ngừa nhiều bệnh dịch hiểm nghèo Phần lớn thuốc chữa trị có nguồn gốc sinh vật dược thảo, chất chiết xuất tách từ thể sinh vật, thuốc kháng sinh
- Kiến thức sinh học cần cho giáo dục Việc hiểu biết tâm sinh lý lứa tuổi, nghiên cứu chế trí nhớ tìm gen, chất làm tăng trí nhớ hứa hẹn tiến vượt bậc xã hội loài người
- Cơ sở sinh học hoạt động xã hội vấn đề quan trọng Luật nhân gia đình quy định cấm kết người có họ hàng trực hệ đời, dựa sở giao phối cận huyết dễ sinh bệnh di truyền Nhiều ngành văn nghệ, thể thao cần khiếu đạt kết cao
2 Các ngành sản xuất có đối tượng sinh vật
Các kiến thức sinh học sở khoa học mà từ xây dựng nên biện pháp hữu hiệu làm cho sinh vật tạo nhiều sản phẩm Xã hội loài người phát triển ngành sản xuất nông, lâm, ngư nghiệp công nghiệp vi sinh để thoả mãn nhu cầu ngày cao theo kịp đà tăng dân số
3 Một vài ứng dụng công nghệ sinh học
Kỹ thuật di truyền đời tạo bùng nổ công nghệ sinh học mở triển vọng vô to lớn để hiểu biết cải tạo giới sinh vật:
- Thu nhận chất quý nuôi cấy tế bào - Giải mã gen người
(7)Tài liệu tham khảo
Tài liệu tiếng Việt
1. Hoàng Đức Cự, (1998), Sinh học đại cương (Sinh học phân tử - tế bào) tập I nxb ĐHQG Hà Nội
2. Nguyễn Đình Giậu, (2000), Sinh học đại cương, Sinh học thực vật, Sinh học động vật NXB Đại học Quốc gia TP HCM
3 Nguyễn Như Hiền (2000), Tế bào học, NXB ĐHQG Hà Nội
4. Trịnh Hữu Hằng, (19980, Sinh học thể động vật Sinh học đại cương II, NXB Đại học Quốc gia
5. Phạm Thành Hổ, (2004) Sinh học đại cương, NXB Đại học Quốc gia TP HCM 6. Nguyễn Chi Mai, (2000), Sinh học đại cương, Sinh học thể Tủ sách Đại học
Khoa Học Tự Nhiên TP HCM
7. Bùi Trang Việt, (2003) Sinh học tế bào, NXB Đại học Quốc gia TP HCM
Tài liệu tiếng Anh
8. Bruce Alberts, at all (1983), Molecular biology of the cell, New York and London