CHƯƠNG II: CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG

Chia sẻ: Trần Thanh Phương Dung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

290
lượt xem 69
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tên ( tỉ lệ %) O (65) Chức năng Tham gia hô hấp, thành phần của nứơc và hầu hêt các chất hữu cơ Tạo khung chất hữu cơ Có trong hầu hết các chất hữu cơ, thành phần của nước Thành phần của protein, nucleic acid Thành phần của xương và răng, quan trọng trong co cơ, dẫn truyền xung thần kinh và đông máu Thành phần nucleic acid, xương, phân tử ATP – chuyển năng lượng Cation chủ yếu trong tb, quan trọng cho họat động thần kinh và co cơ Thành phần phần lớn protein Cation chủ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG II: CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SỰ SỐNG

II.1. Các nguyên t c u t o nên ch t s ng SINH HOÏC A Nguyên t đa lư ng Nguyên t vi lư ng CHÖÔNG II: CÔ SÔÛ HOÙA HOÏC CUÛA SÖÏ SOÁNG TS. Nguy n Hoài hương Tæ leä töông ñoái vaø chöùc naêng cuûa caùc nguyeân toá II. 2. Các liên k t và tương tác hóa h c trong cô theå ngöôøi Liên k t hóa h c: l c hút gi a các nguyên t t o nên phân t Teân Chöùc naêng Tương tác hóa h c: ( tæ leä %) O (65) Tham gia hoâ haáp, thaønh phaàn cuûa nöùôc vaø haàu heât caùc chaát höõu cô Caùc nguyeân toá tham gia C (18) Taïo khung chaát höõu cô caáu taïo chaát soáng H (10) Coù trong haàu heát caùc chaát höõu cô, thaønh phaàn cuûa nöôùc N (3) Thaønh phaàn cuûa protein, nucleic acid Caùc nguyeân Ca (1,5) Thaønh phaàn cuûa xöông vaø raêng, quan troïng trong co cô, Các nguyên t góp Caùc Caùc nguyeân daãn truyeàn xung thaàn kinh vaø ñoâng maùu chung đi n t toá trong ion toá vi löôïng chaát P (1) Thaønh phaàn nucleic acid, xöông, phaân töû ATP – chuyeån höõu cô naêng löôïng L c hút tĩnh đi n gi a các C K+ Fe V K (0,4) Cation chuû yeáu trong tb, quan troïng cho hoïat ñoäng thaàn nhóm ch c phân c c H Na+ Mn AL kinh vaø co cô L c hút tĩnh đi n gi a N Mg++ Co Mo S (0,3) Thaønh phaàn phaàn lôùn protein O Ca++ Cu I các ion trái d u Na (0,2) Cation chuû yeáu trong dòch cuûa moâ, vai troø caân baèng chaát P Cl- Zn Si Tương tác gi a các phân dòch, trong daãn truyeàn xung thaàn kinh. S B Mg (0,1) Caàn thieát cho maùu vaø caùc moâ, thaønh phaàn cuûa nhieàu heä t không phân c c khi có enzyme quan troïng m t các phân t phân c c Cl (0,1) Anion chuû yeáu cuûa dòch cô theå, caân baèng noäi dòch Tương tác gi a các đám Fe (veát) Thaønh phaàn cuûa hemoglobin, myoglobin vaø moät soá enzyme mây đi n t c a các phân I (veát) Thaønh phaàn cuûa hormone tuyeán giaùp t không phân c c 1
Phân t không phân Phân t phân c c do s c c phân b đi n t không đ ng đ u Liên k t ion Liên k t c ng hóa tr L c gi nh ng ph n không phân c c c a phân t / các phân t không phân c cl iv i nhau g i là tương tác k nư c Quá trình t o thành micelle c a các phân t acid béo do tương tác Liên k t hydro k nư c Tương tác k nư c: các đuôi hydrocarbon có xu hư ng “xích l i g n nhau” và “tránh xa” các phân t nư c 2
II. 3. Thành ph n vô cơ c a ch t s ng 1. Nöôùc (H2O) Chaát voâ cô ñôn giaûn chieám phaàn lôùn treân traùi ñaát Chieám gaàn 70-80% cô theå sinh vaät Söï soáng baét nguoàn töø nöùôc Vì sao ? = Bán kính t i thi u mà hai nguyên t có th ti n l i g n nhau Phaân töû phaân cöïc Taïo thaønh lieân keát hydro Tương tác van der Waals: tương tác gi a các đám mây đi n t c a các nguyên t không mang đi n khi chúng g n nhau C u t o đ c bi t c a phân t nư c Liên k t hydro gi a các phân t nư c t o s k t dính gi a các phân t nư c Liên k t hydro gi a các phân t nư c v i các phân t phân c c khác, ví d như cellulose vách Liên k t hydro gi a các phân t t bào th c v t nư c: Nư c đá: m ng lư i liên k t hydro ch t ch Mô hình v n Nư c l ng: liên k hydro liên t c chuy n nư c hình thành và phá v khi nư c trong m ch d n ch y th c v t Hơi nư c: không có liên k t hydro 3
Nư c đóng vai trò dung môi: 2. Acid, base và đ pH Ch t hòa tan t o liên k t hydro v i phân t Acid: ch t cho H+ nư c Base: ch t nh n H+ pH = -log[H+] Dung d ch đ m 3. Các ch t vô cơ khác M t s vi sinh v t có kh năng thích nghi trong đi u ki n pH Mu i: NaCl, KCl, NaHCO3, CaCl2, CaCO3, MgSO4, NaH2PO4 c c đoan (vi khu n ưa acid, vi Nguyên t vi lư ng: I, Mn, Zn, Fe khu n ưa ki m) Khí hòa tan: CO2, O2 Ph n l n sinh v t c n duy trì pH n đ nh (pH sinh lý = 7.4) Duy trì H nh dung d ch đ m Dung d ch đ m là h n h p c a m t acid y u và m t base tương ng Ví d : H2CO3 và HCO3- Trong vùng đ m, pH ít thay đ i ngay c khi thêm m t lư ng Ph n ng theo chi u sang ki m l n ph i n u thêm acid và sang trái n u thêm base 4
H p ch t hưu cơ = Các nhóm ch c II. 3. Các h p ch t h u cơ phân t nh sư n hydrocarbon + các nhóm ch c 1. Tính ch t c a các h p ch t h u cơ nh hư ng đ n ch c năng c a chúng trong cơ th Các hydrocarbon - Kích thư c phân t - Đ phân c c - Đ hòa tan - Tính acid/ ki m - Nhóm ch c - Các d ng đ ng phân Hydrocarbon Các d ng đ ng phân Không phân c c Đ ng phân = các h p ch t cùng công th c hóa h c, khác v s s p Không tan trong nư c/ tan trong dung môi h u cơ: k nư c x p các nguyên t trong phân t . (hydrophophe) Các d ng đ ng phân chính trong t nhiên: Các nhóm ch c Đ ng phân c u trúc Phân c c, th m chí có kh năng phân ly thành ion: ái nư c Vd: (hydrophile) Tan trong nư c 5
Đ ng phân quang h c: khi có 4 nguyên t khác nhau g n vào môt nguyên t C, S s p x p các nguyên t khác nhau xung quang nguyên t C sao cho hai phân t đ i x ng qua gương L- Acid lactic và D–acid lactic II. 4. Các đ i phân t sinh h c 1. Đ c đi m chung c a các đ i phân t sinh h c Carbohydrate Đ i phân t sinh h c: Mw > 1000 Lipid Là polymer sinh h c t o thành t các monomer nh liên k t c ng hóa Protein tr Acid nucleic nMonomer Polymer +nH2O Thành ph n hóa h c c a các mô 6
Ph n ng trùng ngưng: t ng h p Ch c năng các đ i phân t sinh h c: biopolymer t Ch c năng ph thu c vào monomer Tính ch t hóa h c nhóm ch c c a monomer C u trúc không gian Các ch c năng chính D tr năng lư ng H tr c u trúc B ov Ph n ng th y phân: Xúc tác phân h y biopolymer thành các monomer V n chuy n Đi u hòa Chuy n đ ng Lưu tr thông tin. a) Ñöôøng ñôn (monosaccharide) 2. Carbohydrate (CH2O)n (n=2-7) C u t o chung: (C-H-OH) Chöùa nhoùm chöùc aldehyte hoaëc Đư ng đơn (monosaccharide): monomer ketone vaø nhieàu nhoùm hydroxyl Đư ng đôi (disaccharide): dimer Ñöôøng naêm (pentose): ribose (thaønh phaàn cuûa ATP, RNA, NADH), Oligosaccharide: 3-20 monosaccharide deoxyribose thaønh phaàn cuûa DNA Polysaccharide: polymer c a đư ng đơn Ñöôøng saùu: glucose, fructose. Ch c năng: Döï tröõ naêng löôïng: ñöôøng, tinh boät vaø glycogen. Laøm thaønh phaàn caáu truùc teá baøo: nhö cellulose trong thaønh teá baøo thöïc vaät vaø nhieàu loïai ñoäng vaät nguyeân sinh, chitin trong lôùp voû coân truøng vaø ñoäng vaät chaân ñoát. Vai trò trong quá trình nh n bi t, truy n tín hi u gi a các phân t , tương tác gi a các t bào, ph n ng mi n d ch (glycoconjugate: glycolipid và glycoprotein, proteoglycan). 7
Đ ng phân anomer t n t i đ ng th i trong dung d ch D n xu t c a đư ng đơn Glucoronic acid: Đư ng phosphate: h p ch t trung gian trao đ i ch t Đư ng amino: glucosamine, galactosamine (thành ph n s n) α-D-glucose β-D-glucose b) Ñöôøng ñoâi (disaccharide) Liên k t 1,4 glycoside 8
c) Polysaccharide (glycan) Tinh boät Amylose (200 – 20 000 α- Glucose) Cellulose (polymer Amylopectin (phaân nhaùnh) cuûa β-Glucose) Glycogen (polymer cuûa α- Glucose, phaân nhaùnh, moãi nhaùnh Chitin (polymer chöùa khoaûng 13 phaân töû Glucose) cuûa N-acetyl-D- glucosamine) Peptidoglycan: vách t bào vi khu n Gram+ Polysaccharide vi khu n và n m men Sephadex: dextran t ng h p ng d ng trong s c ký 9
Các polysac charide quan d) Glycoconjugate tr ng đóng i) Proteoglycan: vai trò d tr Protein liên k t c ng hóa tr năng v i v i glycan (heparan lư ng sulfate, keratan sulfate, và c u chondroitin sulfate) trúc Đ i phân t sinh h c trên b m t t bào ho c ch t ngo i bào. Thành ph n chính c a s n. Proteoglycan c a ch t ngo i bào a) Các oligosaccharide ii) Glycoprotein (trong glycoprotein và glycolipid) đóng vai trò v trí Oligosaccharide liên k t c ng hóa tr v i protein nh n bi t và liên k t b) Giai đo n đ u tiên c a N m ngoài màng sinh ch t t bào, trong ch t ngo i bào, trong máu, lây nhi m c a virus: virus trong m t s bào quan như b Golgi, các h t ti t và tiêu th . g n vào glycoprotein b m t t bào Đóng vai trò v trí nh n bi t (recognition site) ho c v trí liên k t (binding c) Đ c t vi khu n (t , ho site) đ i v i các protein khác. gà) g n vào glycolipid b m t t bào trư c khi xâm iii) Glycolipid nh p d) Vi khu n (H.pylory) liên Thành ph n lipid màng t bào, trong đó đ u ái nư c là oligosaccharide. k t v i t bào đ phát tri n Đóng vai trò v nh n bi t (recognition site) ho c v trí liên k t (binding e) Giúp cho s tương tác site) đ i v i các protein khác. gi a t bào-t bào. f) Liên k t gi a enzyme và glycoprotein đ v n enzyme t b Golgi sang tiêu th Ch c năng glycoprotein và glycolipid 10
3) Lipid Thành ph n chính: hydrocarbon đa d ng; Tính ch t chung: k nư c Phân l ai: Triglyceride Phospholipid Carotenoid Sterol & steroid Sáp Ch c năng D tr năng lư ng (triglyceride) T o c u trúc c a màng th bào (phospholipid) S c t quang h p (carotenoid) Truy n tín hi u (hormone steroid) Cách nhi t Cách đi n cho t bào th n kinh Bao ph bên ngòai l p t bào bi u bì da, lá cây và lông đ ng v t (d u, sáp). Các acid béo i) M , d u = Triglyceride a) Acid béo no (n i đơn gi a các Ch c năng d tr năng lư ng, cách nhi t (ch ng l nh) C) – phân t acid béo th ng C u t o: ester c a glycerol và các acid béo chi m ít không gian b) Acid béo không no (n i đôi gi a m t s C) – phân t gáp khúc chi m nhi u không gian Tính l ng Đi m nóng ch y M đ ng v t: ch a nhi u acid béo no, th r n to thư ng, đi m nóng ch y cao D u th c v t, d u cá: ch a nhi u acid béo không no, th l ng to thư ng, đi m nóng ch y th p 11
ii) Phospholipid: c u t o nên Tính lư ng c c c a phospholipid màng t bào Hai nhóm -OH c a glycerol t o liên k t ester v i acid béo, Đ u ái Nhóm -OH th ba t o ester v i nư c m t nhóm phosphate, nhóm phosphate này g n v i m t nhóm phân c c Acid béo thi t y u: Đuôi k nư c Phosphatidyl choline Các phospholipid t o thành màng lipid đôi nh tính ch t lư ng c c S đa d ng c a lipid màng t bào iii) Carotenoid = s c t h p th ánh sáng Đư c t ng h p do trùng ngưng các isoprene AÙi nöôùc S c t quang h p (th c v t) Màu c a carotenoid: màu càr t, cà chua, bí đ , lòng đ tr ng, bơ Kî nöôùc = Rhodopsin = s c t m t (đ ng v t) Phosphatidyl choline Sphingomyelin Cholesterol Các glycolipid 12
iv) Steroid Sterol: rư u (-OH) Tính ch t: lư ng c c C u t o màng t bào cùng v i phospholipid, tăng tính n đ nh cho màng t bào nhân th c Steroid hormone Fungi Testosterone, estradiol: hormone sinh d c nam, n Cortisol, aldosterol: hormone v thư ng th n, đi u hòa trao đ i ch t glucose. Ti n ch t c a hormone steroid, acid m t 4. Protein v) Sáp bao ph b m t Đ i phân t sinh h c c u t o t các amino acid: nAmino acid Da, lông Polypeptide Lá Kích thư c: nh (50 - 27000 amino acid) Ch c năng: ngăn da G m 1 ho c nhi u chu i polypeptide m ch th ng (không phân nhánh) không th m nư c, b o v lá cây kh i m t Polypeptide Protein (t o thành c u trúc không gian) nư c C u trúc không gian đóng vai trò quy t đ nh ch c năng Ch c năng đa d ng: C u trúc Xúc tác V n chuy n B ov V n đ ng Ho t tính sinh h c 13
a) Amino acid = monomer c a protein Trong t nhiên: L-amino acid α-aminoacid: nhóm -COOH, nhóm –NH2 và m ch nhánh đ u g n vào Cα Ch c năng: Thành ph n c a protein, phospholipid Ch t d n truy n th n kinh Ti n ch t H p ch t trung gian Phân lo i các amino acid theo tính ch t c a m ch nhánh 1. M ch nhánh mang đi n 2. M ch nhánh phân c c nhưng không mang đi n 3. M ch nhánh không phân c c k nư c 4. Các amino acid đ c bi t 14
b) Liên k t peptide n i các amino acid c) C u trúc không gian c a protein Caáu truùc baäc II: Xoaén alpha Caáu truùc beta (phieán xeáp) Caáu truùc baäc I Chu i polypeptide Caáu truùc baäc II Caáu truùc baäc III Caáu truùc baäc IV i) C u trúc b c I c a protein: trình t ii) C u trúc b c II c a protein = C u trúc không gian c c b c a m t đo n aminoacid trong chu i polyepeptide polypeptide trong phân t protein Liên k t hydro gi a các nhóm peptide trong m ch chính đo n polypeptide α-Helix Phi n x p beta 15
iii) C u trúc b c III c a protein: C u trúc không gian t ng quát S t o thành c u c a toàn b s i polypeptide: disulfide (khi s i Các liên k t tham gia t o thành polypeptide có ch a các c u trúc b c III: Cys – y u t quan tr ng nh hư ng đ n c u trúc -Liên k t hydro n i phân t b c III -Liên k t ion -Tương tác k nư c -Tương tác Van der Waals -C u disulfide (liên k t c ng hóa tr ) Các tương tác y u t o nên c u trúc b c III c a protein iv) C u trúc b c IV c a protein C u trúc không gian t ng quát c a protein đư c t o nên t nhi u ti u đơn v (s i polypeptide) Phân t hemoglobin đư c c u t o t hai ti u đơn v α và hai ti u dơn v β Chæ coù caáu truùc xoaén alpha Chæ coù caáu truùc phieán xeáp beta Nhieàu caàu disulfide Các d ng bi u di n cáu trúc S đa d ng c a c u trúc b c III không gian c a protein 16
v) Các y u t nh hư ng lên c u trúc không gian c a TOÙM TAÉT CAÁU TRUÙC PROTEIN protein Möùc caáu Nhi t đ Moâ taû Lieân keát hoùa hoïc Ví duï: Hemoglobin truùc pH Caáu Chuoãi truùc baäc Lieân keát pepide S có m t c a các ion, polypeptide I nhóm phân c c Xoaén alpha (α- Caáu Lieân keát Hydro giöõa caùc helix), phieán truùc baäc nhoùm peptide doïc theo xeáp beta (β- II maïch chính sôïi polypeptide pleated sheet) Toaøn boä caáu Lieân keát vaø caùc töông taùc S bi n tính c a protein Caáu truùc khoâng gian khaùc giöõa caùc nhoùm R hoaëc (denaturation): protein truùc baäc cuûa sôïi giöõa nhoùm R vaø maïch III m t c u trúc không gian polypeptide chính sôïi polypeptide Toå hôïp caáu truùc bình thư ng v n có Lieân keát vaø caùc töông taùc Caáu khoâng gian cuûa Thư ng kèm theo s m t khaùc giöõa caùc nhoùm R, vaø truùc baäc caùc polypeptide ho t tính giöõa caùc maïch chính cuûa IV taïo thaønh moät caùc sôïi polypeptide phaân töû protein Khi protein bi n tính thu n ngh ch – hi n tư ng h i bi n (renaturation) Protein hình c u: các nhóm k nư c n m sâu bên trong, các nhóm phân c c hư ng ra môi trư ng nư c - hình c u vi) T m quan tr ng c a c u trúc không gian c a protein C u trúc không gian c a BI t đư c c u trúc không gian c a protein nh hư ng lên: enzyme protease c a virus HIV giúp thi t k thu c cho b nh ADIS là ch t c Hình d ng c a protein Quy t đ nh ho t tính sinh h c ch enzyme này. Các nhóm ch c bên ngoài c a protein b m t phân t ti p xúc v i môi trư ng xung quanh 17
Beänh “boø ñieân” do bieán ñoåi caáu truùc baäc III cuûa prion protein (caáu truùc giaøu alpha chuyeån sang caáu truùc giaøu beta) Prion = proteinacoeus infectious particle Beänh hoàng caàu hình lieàm do sai khaùc moät amino acid trong Hemoglobin (Glu Val). Haäu quaû: thieáu maùu, roái loaïn tuaàn hoaøn, naõo suy Taàm quan troïng cuûa caáu truùc baäc I d) Ch c năng c a protein: đa d ng 5) Acid nucleic = polynucleotide Polymer c a các nucleotide : nnucleotide acid nucleic Nucleotide Protein caáu truùc: Base Nucleoside collagen Adenine Adenosine Guanine Guanosine Cytosine Cytidine Thymine Thymidine Uracil Uridine Protein xuùc taùc: Enzyme Protein vaän chuyeån: Chymotryspsin (enzyme heä Hemoglobin vaän chuyeån tieâu hoùa, thuûy phaân peptide) O2 trong maùu Protein vaän ñoäng Protein coù hoaït tinh Myosin (co cô) Protein baûo veä: sinh hoïc khaùc: khaùng theå (protein heä Insulin hexamer Ví duï: Cytidine monophosphate mieãn dòch) 18
RNA (ribonucleic acid) DNA (deoxyribonucleic acid) C u trúc và ch c năng DNA C u trúc không gian c a DNA: đ ng nh t Hình ch p phân t hai m ch xo n kép đ i song song DNA qua kính hi n vi DNA: Thông tin di truy n ph thu c vào đi n t trình t base trong DNA So sánh trình t base trong DNA gi a các loài đ nghiên c u v ti n hóa. C u trúc và ch c năng c a RNA Ch c năng 1: RNA đóng vai trò trong Gi thuy t RNA có trư c sinh t ng h p protein (mRNA, tRNA, C u trúc không gian: gi ng rRNA) Caùc teá baøo tieán protein hoùa theo ba böùôc: Ch c năng 2: xúc tác ph n ng Thay theá tieàn c a các nucleotide c a chính RNA baèng RNA mình và các phân t khác Tieán hoùa cuûa RNA sao cho protein coù theå sinh toång hôïp töø RNA Tieán hoùa caùc Ribozyme = RNA đóng vai enzyme sao cheùp trò enzyme DNA vaø toång hôïp RNA töø DNA Gi thuy t v ngu n g c s s ng: RNA có trư c DNA, RNA xúc tác t ng h p protein DNA đư c t ng h p t RNA 19