Bài giảng Chương 2: Cấu trúc và chức năng các đại phân tử sinh học

Đại phân tử (Polymer)

Chương 2 Cấu trúc và chức năng các Đại phân tử Sinh học

Monomer: Mono = một; mer = đơn vị  Đại phân tử là gì? Poly = nhiều; mer = đơn vị. Một polymer là một phân tử lớn chứa nhiều đơn vị (monomer) nhỏ liên kết với nhau.

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Monosaccharide

Các đại phân tử sinh học quan trọng

- Daïng ñôn phaân chöùa 4 – 7 C laø phoå bieán nhaát trong teá baøo - Ñôn phaân thöôøng coù söôøn caáu truùc chung, khaùc nhau ôû caùc nhoùm theá vaø vò trí

khoâng gian cuûa nhoùm OH- trong maïch carbon

- Protein (55%) - Nucleic acid (23,6%)

DNA 3,1%; RNA 20,5%)

- Lipid (9,1%) - Polysaccharide (5%)

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Polysaccharide

Tinh bột

Lạp thể

Ti thể

Hạt glycogen

- Lieân keát giöõa caùc ñôn phaân laø lieân keát glycoside - Caùc polysaccharide khaùc nhau do khaùc höôùng lieân keát glycoside (,

), khaùc ñôn phaân, khaùc toå hôïp caùc loaïi ñôn phaân

- Caùc polysaccharide quan troïng cellulose, glycogen, tinh boät, chitin.

0.5 m

1 m

Glycogen

Amylose

Amylopectin

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

1

Polysaccharide

Sợi cellulose trong vách tế bào

 Chitin, một polysaccharide quan trọng khác

Vi sợi

Vách tế bào]

80 Khoảng tử phân liên cellulose hình kết để thành sợi, vi cấu trúc chính của vách tế bào

– Được tìm thấy ở bộ xương ngoài của động vật chân đốt. – Có thể được sử dụng như chỉ khâu trong phẫu thuật

0.5 m

Tế bào thực vật

CH2O H

H OH

OH OH CH2OH CH2OH O O O O OH OH OH O O O CH2OH OH OH O O CH2OH OH OH CH2OH O O O O H CH2OH O OH OH

Phân tử Cellulose

CH3

O O O OH O OH O CH2OH OH CH2OH OH OH CH2OH O O O OH O H CH2OH O OH

phân

nguyên

giữa

O O O OH O CH2OH O OH CH2OH

Liên kết giữa hai phân tử cellulose song song là cầu nối hydrogen tử carbon 3 và 6.

O H

tử Một cellulose là một polymer -glucose không phân nhánh.

 Glucose monomer

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Lipid

Chức năng của Polysaccharide

Stearic acid

 Polysaccharide có 2 chức năng chính:

Chất béo bão hòa

Thaønh phaàn quan troïng cuûa maøng Lipid ñôn giaûn: triglyceride Lipid phöùc taïp: coù chöùa P, N, S, caùc nhoùm ñöôøng, ethanol amine, serine, choline Phospholipid quan troïng trong caáu truùc maøng. Steroid, saùp…

1. Dự trữ năng lượng: tinh bột là chất dự trữ năng lượng chính ở thực vật trong khi ở động vật là glycogen

Oleic acid

2. Cấu trúc: cellulose, thành phần chính của vách tế bào thực vật, là polymer dồi dào nhất trên trái đất. Chitin, là polymer dồi dào thứ hai trên trái đất, là thành phần cấu tạo nên lớp vỏ ngoài của động vật chân đốt, giáp xác, nhện, cũng như là nấm vách

một

loại

bào

của

số

tế

Chất béo chưa bão hòa Cầu nối đôi

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Lipid

 Steroid, cholesterol

H3C

CH2

CH3

Cấu trúc Phospholipid Gồm một đầu ưa nước và đuôi kị nước + N(CH3)3

Choline

CH2

– Được tìm thấy trên màng tế bào – Là tiền chất của một vài loại hormones

CH3

Phosphate

–

O PO O

CH2

Glycerol

CH2 O

CH3

C O C O

 Sáp

Acid béo

– Là loại lipid tìm thấy trong vỏ bao bên ngoài ở thực vật

hoặc bao bọc ở động vật.

Hydrophilic head Hydrophobic tails

(c) Phospholipid symbol

(a) Structural formula

(b) Space-filling model

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

2

Amino acid

Protein - Caáu taïo bôûi chuoãi caùc amino acid noái vôùi nhau baèng lieân keát peptide - Hai möôi amino acid khaùc nhau veà tính chaát hoùa hoïc cuûa caùc nhaùnh

CH3

beân trong phaân töû

CH2

CH3

- Ñaëc tính raát ña daïng cuûa caùc protein do trình töï amino acid

CH3

H3C

CH3

CH2

C C

H3N+

O–

H Glycine (Gly)

H Valine (Val)

H Leucine (Leu)

H Isoleucine (Ile)

H Alanine (Ala)

Không phân cực

CH3

CH2

H2C

CH2

H2N

O–

CH2

H3N+

Amino acid subunits

O–

+H3N Amino end

Phenylalanine (Phe)

Proline (Pro)

Methionine (Met)

Tryptophan (Trp)

21/02/2016 3:24:33 CH

pleated sheet

Nguyễn Hữu Trí

Amino acid

Protein

NH2 O C

NH2 C

- Phân tử protein có bốn cấp độ cấu trúc: + Cấu trúc bậc một là trình tự các amino acid + Cấu trúc bậc hai do sự hình thành các vòng xoắn hoặc các phiến bên

CH2

Phân cực

OH CH

OH CH3 CH

CH2

trong sợi polypeptide do liên kết hydrogen

CH2

C C

2 C C

C C

H3N +

C C

H3N +

+ Cấu trúc bậc ba là cấu trúc uốn khúc nhiều hơn do các liên kết không

O–

cộng hóa trị hoặc cộng hóa trị (liên kết –SH)

Serine (Ser)

Threonine (Thr)

H Glutamine (Gln)

H Tyrosine (Tyr)

H Cysteine (Cys)

Asparagine (Asn)

+ Cấu trúc bậc bốn là sự kết hợp của nhiều phân tử polypeptide

Basic

Acidic

|S |S|

NH+

NH2

O–

–O

+ NH3 CH

2 CH

C NH2 CH

C CH

Tích điện

2CH

2 CH

|S |S|

2CH

2 C C

H3N +

2 CH

O–

2CH

O–

2 C C

H3N +

2 CH

O–

2 C C

H3N +

O–

2 C C

H3N +

O–

|S |S|

Lysine (Lys)

Histidine (His)

H Arginine (Arg)

| S | S |

Glutamic acid (Glu)

Aspartic acid (Asp)

Xoăn tự nhiên

Tóc thẳng

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Cấu trúc bậc 1

Chức năng của Protein

GlyPro Thr Gly

Thr

Gly

Glu

Seu

Lys

Cys

Pro

Leu

Amino acid subunits

Met

Val

Lys

1. Cấu trúc: Bao gồm keratin (protein trong tóc và móng) và collagen (protein trong mô liên kết). Duy trì các cấu trúc cơ quan.

Val

Leu

Asp

AlaValArgGly

Ser

Pro

Ala

2. Xúc tác: Các enzyme xúc tác các phản ứng hoá học chuyên biệt

với tốc độ nhanh gấp nhiều lần bình thường.

3. Bảo vệ: Các kháng thể (antibody) có khả năng phát hiện và loại

bỏ các yếu tố ngoại lai xâm nhập, báo động hệ miễn nhiểm.

GluLle Asp

Thr

Lys

Ser

Tyr

Trp

Lys

Ala

Leu

Gly

lle

Ser

ProPheHisGluHis

Ala

Glu

Val

Thr

Phe

Val

Ala

4. Vận chuyển: các protein màng vận chuyển các chất xuyên màng, protein máu như hemoglobin, vận chuyển oxygen, sắt, và các chất khác.

Asn

lle

Thr

Asp

Ala

Tyr

Arg

Ser

Ala

Arg

GlyPro

Leu

5. Co bóp: các sợi actin và myosin tìm thấy trong cơ vân.

Ser

Pro

Tyr

Ser

Tyr

Ser

Thr

Ala

+H3N Amino end

Val

6. Tính hiệu: là các hormone như insulin điều hòa lượng đường

Val

LysGlu

Thr

AsnPro

Carboxyl end

trong máu.

21/02/2016 3:24:33 CH

o c – o

Nguyễn Hữu Trí

3

Tấm 

Amino acid

H H H O H O O O H H H R R C C C C C C C N N N C C C C H C N R R R R

Cấu trúc bậc 2

Cấu trúc bậc 3

N H R C N H N H NC H C O O H C O H C O H R R R R O O O O H H H C H H H H C C H C C C C N H C N N N N H N H N H N H C C C O C C H C O C H C O C O

Tương tác kỵ nước và van der Waals

CH2 CH2 O H

H3C H3C

CH3 CH3

Polypeptide backbone

R R R R R H H C C O C N H N H O C N H N H O C O C

Xoắn 

Liên kết hydrogen HO

CH2

H C R R H C R N H H C R N H O C O C O C H O C N N H C C R R

CH2 SS CH2 Cầu disulfide O

CH2

C-O

CH2 NH3

Liên kết Ion

Liên kết yếu:

Liên kết hydrogen giữa 2 cực của chuỗi. Liên kết ionic giữa 2 chuỗi tích điện Liên kết kỵ nước và trương tác van der Waals

Liên kết mạnh:

Cầu nối disulfide hình thành từ liên kết cộng hóa trị.

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Cấu trúc bậc 4

Nucleic acid - DNA vaø RNA - Ñöôïc taïo thaønh töø caùc ñôn phaân

nucleotide.

- Moät phaân töû nucleotide goàm ñöôøng,

phosphate vaø base nitric

- DNA vaø RNA khaùc nhau ôû thaønh

phaàn ñöôøng trong nucleotide

Nucleoside

Nitrogenous base

5’C

CH2

3’C

O O P O Phosphate group

Kết quả của sự tương tác bởi 2 hay nhiều hơn các chuỗi polypeptide

Pentose sugar

Nucleotide

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Nucleic acid

Cấu trúc DNA

 DNA là chuỗi xoắn kép cấu tạo gồm

- Lieân keát coäng hoùa trò giöõa caùc nhoùm ñöôøng vaø phosphate cuûa hai nucleotide keà nhau taïo thaønh khung ñöôøng phosphate

– phân tử đường – Nhóm phosphat – Một base (A,C,G,T)

 DNA luôn luôn được tổng hợp theo

- Trình töï caùc base (A, T, G, C, U) trong boä khung quyeát ñònh ñaëc tröng cuûa phaân töû nucleic acid - DNA coù caáu truùc maïch ñoâi gaén vôùi nhau baèng lieân keát hydrogen giöõa A - T vaø G - C. Hai maïch coù trình töï boå sung cho nhau. - RNA chæ coù maïch ñôn

chiều 5’ P - 3’ OH trong quá trình sao chép 5’ ATTTAGGCC 3’ 3’ TAAATCCGG 5’

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

4

Chức năng của các Nucleotide

 Monomer cho các Nucleic Acid  Vận chuyển năng lượng hóa học từ một phân tử đến

phân tử khác (ví dụ ATP).

Nhiễm Sắc Thể: Nơi chứa phân tử DNA

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Caùc lieân keát hoùa hoïc trong heä thoáng sinh hoïc

Tính choïn loïc ñoàng phaân quang hoïc trong heä thoáng soáng

- Ñoàng phaân quang hoïc (ñoàng phaân laäp theå, stereoisomer): hieän dieän ôû phaân töû coù nguyeân töû C chöùa boán nhoùm theá khaùc nhau; laø aûnh qua göông cuûa nhau

- Ñoàng phaân D cuûa ñöôøng, ñoàng phaân L cuûa amino acid chieám öu theá

trong heä thoáng soáng

Liên kết cộng hóa trị Liên kết hydrogen Tương tác kỵ nước Lực Van der Waals

21/02/2016 3:24:33 CH

Nguyễn Hữu Trí

Liên kết cộng hóa trị

Liên kết hydrogen

Được tạo ra do góp chung điện tử giữa các nguyên tử

Hydrogen atoms (2 H)

Liên kết hydrogen có xu hướng hình thành giữa các nguyên tử có điện âm với nguyên tử Hydro gắn với Oxygen hay Nitrogen

d –

d +

Water (H2O)

O

d +

d –

N

Ammonia (NH3)

H d+

Hydrogen molecule (H2)

21/02/2016 3:24:33 CH

d +

Nguyễn Hữu Trí

5

Liên kết Van der Waals

Tương tác kỵ nước

Xảy ra khi các phân tử gần kề nhau do tương tác giữa các đám mây điện tử.

Xảy ra giữa các nhóm của những phân tử không phân cực. Chúng có xu hướng xếp kề nhau và không tan trong nước.

21/02/2016 3:24:33 CH

Bài giảng Chương 2: Cấu trúc và chức năng các đại phân tử sinh học