1. Gluxit
a. Monosaccharide (đường đơn)
Từ các polyalcol có từ 3C đến 7C bị khử
hyđro sẽ tạo ra các phân tử đường đơn tương ứng. Tuỳ theo vị trí khử H2
sẽ tạo ra 2 dạng đường:
- Nếu khử H2 tại C1
sẽ cho đường dạng aldose.
- Nếu khử H2 tại C2
sẽ cho đường dạng catose.
Trong nguyên tử đường đơn có chứa các
nguyên tử C bất đối nên có các dạng đồng phân lập thể. Số lượng đồng phân lập
thể được tính bằng công thức A = 2n . Trong đó: A là số đồng phân, n là số
lượng nguyên tử C bất đối có trong phân tử.
Người ta qui định lấy vị trí nhóm OH
của nguyên tử C bất đối ở xa nhóm định chức nhất để phân thành 2 nhóm đồng
phân:
- Nếu tại C bất đối đó nhóm OH quay
phía phải thì phân tử đó thuộc đồng phân D.
- Nếu tại C bất đối đó nhóm OH quay
phía trái thì phân tử đó thuộc đồng phân L.
Đa số các phân tử đường có 5C trở lên ở trong dung dịch đều có
cấu trúc dạng vòng. Có 2 loại vòng: vòng 5 cạnh và vòng 6 cạnh. Khi hình thành
cấu trúc dạng vòng làm xuất hiện thêm một nguyên tử C bất đối mới sẽ xuất hiện
dạng đồng phân mới. Nhóm OH tạo ra này gọi là nhóm OH - glucozid. Nếu nhóm OH -
glucozid quay lên trên thì có dạng đồng phân β, nếu nhóm OH - glucozid quay
xuống dưới thì tạo ra dạng đồng phân α.
Trong tế bào có nhiều loại
monosaccharide khác nhau, trong đó có một số loại khá phổ biến:
- Triose: aldehyl - glyceric,
dioxiaceton.
- Tetraose: erytrose...
- Pentose: ribose, ribulose, xilulose
...
- Cetose: cedoheptulose.
b. Disaccharide
Disaccharide là đường đôi do 2 đơn vị
monosaccharide liên kết với nhau tạo thành. Liên kết giữa 2 monosaccharide là
liên kết glucozid. Có nhiều loại disaccharide tồn tại trong tế bào. Trong đó,
phổ biến nhất là maltose, saccharose, lactore.
- Maltose là loại đường đôi do 2 phân
tử α.D.glucose liên kết với nhau bằng liên kết (1 - 4) glucozid.
![]() |
Đường Maltose |
Maltose là thành phần trung gian cấu
trúc nên tinh bột và cũng là sản phẩm phân huỷ tinh bột hay glycogen không hoàn
toàn.
- Saccharose là loại đường
đôi do phân tử α.D.glucose ngưng
tụ với phân tử β.D.fructose tạo nên. Hai monosaccharide này liên kết với nhau
bằng liên kết (1α - 2β) glucozid tạo nên:
![]() |
Saccharose |
- Lactose là loại đường
đôi do phân tử β.D.galactose
ngưng tụ với phân tử α.D.glucose tạo nên. Liên kết giữa 2 monosaccharide này là
liên kết (1- 4) glucozid: Lactose có
nhiều trong cơ thể động vật nhất là trong sữa.
![]() |
Lactose |
c. Polysaccaride
Polysaccharide là các gluxit phức với
phân tử rất lớn gồm nhiều đơn vị monosaccharide
liên kết với nhau tạo nên. Polysaccharide không có vị ngọt như monosaccharide
hay disaccharide, không tan trong nước mà chỉ tạo dung dịch keo. Đây là
nhóm chất hữu cơ phổ biến và có khối lượng lớn nhất trên trái đất.
Polysaccharid rất đa dạng về chủng loại. Trong cơ thể sinh vật có rất nhiều
loại polysaccharide khác nhau, trong đó
phổ biến nhất là tinh bột, glycogen, cellulose.
Tinh bột
Tinh bột là chất dự
trữ rất phổ biến ở thực vật. Có nhiều trong các mô dự trữ như hạt, củ. Tinh bột
không phải là đơn chất mà là hỗn hợp các
chuỗi thẳng các phân tử amylose và chuỗi phân nhánh là amilopectin. Tỷ lệ 2
nhóm chất này trong tinh bột quyết định các tính chất lý - hoá của chúng, quyết
định chất lượng của chúng (độ dẻo, độ nở ...)
* Amylose. Amylose là
polysaccharide được tạo nên từ các phân
tử α.D.glucose. Các α.D.glucose liên kết
với nhau bằng liên kết (1α - 4) glucozid tạo nên chuỗi polysaccharide. Mối liên
kết glucozit được tạo ra sẽ loại một phân tử H2O. Do chỉ có loại liên kết (1α -
4) glucozid cấu tạo nên amylose nên phân tử amylose có cấu trúc mạch thẳng.
Amylose được tạo ra từ 5000 - 1000 phân
tử α.D.glucose (có khi chỉ khoảng 250 - 300 phân tử). Chuỗi phân tử glucose
xoắn lại với nhau theo hình xoắn lò xo. Sự hình thành dạng xoắn do hình thành
các liên kết hyđro giữa các glucose tạo ra. Mỗi vòng xoắn có 6 đơn vị glucose
và được duy trì bởi liên kết hyđro với các vòng xoắn kề bên. Khoảng không gian
giữa các xoắn có kích thước phù hợp cho một số phân tử khác liên kết vào, ví dụ
như iod. Khi phân tử iod liên kết vào vòng xoắn sẽ làm cho các phân tử glucose
thay đổi vị trí chút ít và tạo nên phức màu xanh đặc trưng.
Dạng xoắn của amylose chỉ tạo thành
trong dung dịch và ở nhiệt độ thường. Khi ở nhiệt độ cao chuỗi xoắn sẽ bị duỗi
thẳng ra và không có khả năng liên kết với các phân tử khác.
![]() |
amylose |
- Liên kết (1α - 4) glucozid tạo mạch
thẳng.
- Liên kết (1α - 6) glucozid tạo mạch
nhánh.
Cứ khoảng 24 - 30 đơn vị glucose trên
mạch sẽ có một liên kết (1α - 6) glucozid để tạo mạch nhánh. Trên mạch nhánh
cấp 1 lại hình thành mạch nhánh cấp 2, cứ như vậy phân tử amylopectin phân
nhánh nhiều cấp rất phức tạp.
Trong tinh bột tỷ lệ amylopectin chiếm
khoảng 80%, còn amylose chiếm 20%. Tỷ lệ này thay đổi ở các nhóm sinh vật khác
nhau.
Tinh bột là nguyên liệu dự trữ trong
thực vật. Đây là dạng dự trữ thích hợp nhất vì tinh bột không có khả năng thấm
qua màng tế bào nên không thể thất thoát ra khỏi tế bào. 3.1.3.2. Glycogen Glycogen
là polysaccharide dự trữ ở động vật, đó là tinh bột ở động vật. Cấu trúc của
glycogen giống tinh bột nhưng mức độ phân nhánh nhiều hơn ở tinh bột, cứ khoảng
8 - 12 đơn vị glucose đă có một liên kết (1α - 6) glucozid để tạo nhánh mới.
Ở động vật và người, glucogen được dự
trữ chủ yếu ở gan. Sự phân huỷ và tổng hợp glycogen được hệ thống các hoocmon
điểu khiển một cách chặt chẽ để điều hoà sự ổn định lượng glucose trong máu
luôn là hằng số 1%.
Cellulose
Trong các hợp chất hữu cơ có trong cơ
thể sinh vật thì cellulose có tỷ lệ cao hơn cả. Nó là thành phần chính của
thành tế bào thực vật. Cũng như amylose, amylopectin, cellulose là chất trùng
hợp từ nhiều đơn phân. Thành phần
đơn phân của cellulose là β.D.glucose.
Các phân tử β.D.glucose liên kết với nhau bằng liên kết (1β - 4) glucozid thay
nhau 1 "sấp" và 1 "ngửa". Sự thay đổi về thành phần và cấu
tạo này dẫn đến sự khác biệt về tính chất giữa cellulose và amylose. Phân tử
cellulose không cuộn xoắn như amylose
mà chỉ có cấu trúc dạng mạch thẳng. Cấu trúc này tạo điều kiện hình thành các
liên kết hyđro giữa các phân tử cellulose nằm song song với nhau, tạo nên cấu
trúc màng cellulose và vi sợi (micro fibrin) trong cấu trúc màng cellulose của
tế bào thực vật. Các sợi này không tan trong nước, rất bền về cơ học nên tạo nên
lớp màng cellulose bền chắc.
2. Lipid
So với gluxit, lipid là hợp chất phức
tạp hơn và có nhiều chức năng trong cơ thể sống. Một đặc trưng chung của nhóm
chất này là chứa nhiều nhóm CH3 nên chúng ít hay không hoà tan trong nước mà
chỉ hoà tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân cực như etanol, clorofooc,
ete ...
Lipid có nhiều loại khác nhau:
a. Lipid đơn giản
Lipid đơn giản gồm: Triglyceric, Sap, Steric
Lipid phức tạp gồm: Photpholipid, Spingo lipid, Gluco lipid...
Lipid đơn giản là nhóm lipid chứa 2
thành phần là alcol và acid béo. Tuỳ theo thành phần alcol mà tạo ra 3 loại
lipid đơn giản khác nhau:
Triglyceric (chất béo)
Triglyceric (chất béo) có trong thực
vật là dầu, trong động vật là mỡ. Thành phần chất béo gồm glycerin và acid béo.
Các acid béo liên kết với glycerin bằng liên kết ester. Glycerin có thể liên
kết với 1 acid béo tạo ra monoglyceric, với 2 acid béo tạo ra diglyceric và với
3 acid béo tạo ra triglyceric. Thành phần dầu, mỡ chứa cả monoglyceric,
diglyceric, triglyceric và một ít acid béo tự do, glycerin tự do.
Mỡ động vật và dầu thực vật về bản chất
hoá học giống nhau, chúng chỉ khác nhau về thành phần acid béo. Ở động vật chứa
acid béo no và có mạch C dài nên nhiệt nóng chảy cao, còn ở dầu thực vật chứa
acid béo không no và có mạch C ngắn nên nhiệt nóng chảy thấp.
Dầu và mỡ là những chất dự trữ trong cơ
thể thực vật và động vật. Dầu và mỡ là những chất có năng lượng lớn nên chúng
là chất cung cấp nguồn năng lượng đáng kể cho cơ thể hoạt động. Lớp mỡ động vật
còn có tác dụng chống rét, điều hoà nhiệt độ. Mỡ, dầu còn là môi trường hoà tan
cho một số chất có hoạt tính sinh học cao như vitamin, hoocmon nên có vai trò
rất quan trọng trong cơ thể.
Sáp
Thành phần của sáp gồm 1 phân tử acid
béo no và một alcol mạch thẳng bậc 1 liên kết với nhau bằng liên kết ester:
Có nhiều loại alcol và nhiều loại acid
béo khác nhau tạo nên nhiều loại sáp khác nhau.
Sáp thành thành chính của chất bảo vệ
trên bề mặt lá, trên mặt ngoài của một số côn trùng ...
Sterit
Sterit được tạo ra từ 1 phân tử alcol
mạch vòng bậc 1 và một acid béo. Alcol của sterit là sterol. Sterol là một chất
rất quan trọng trong tế bào động vật và người. Từ sterol hình thành nên nhiều
hoocmon quan trọng của cơ thể. Ngoài ra cholesterol là một loại lipid cùng với
phospholipid cấu tạo nên màng tế bào.
b. Lipid phức tạp
Lipid phức tạp là nhóm lipid mà trong
thành phần ngoài alcol và acid béo còn có các chất khác. Tuỳ thành phần nhóm
chất này mà tạo ra nhiều nhóm lipid phức tạp khác nhau trong đó quan trọng nhất
là nhóm phospholipid.
Phospholipid
Phospholipid là nhóm lipid phức tạp mà
trong thành phần, ngoài glycerin, acid béo còn có H3PO4 và một số nhóm chất
khác. Trong 3 nhóm OH của glycerin, 2 nhóm tạo liên kết ester với H3PO4 để tạo
nên acid phosphatic. Qua H3PO4 của acid phosphatic liên kết thêm với các chất
khác sẽ tạo nên các loại phospholipid khác nhau.
Trong các loại phospholipid trên thì phosphatidyl
- colin (leucitin) có vai trò quan trọng hơn cả. Nó là thành phần của màng tế
bào. Trong cấu trúc của leucitin, 2 phân tử acid béo hấp dẫn nhau nên chúng
cùng xếp trên cùng một hướng. Đầu cuối của acid béo chứa gốc kỵ nước (CH3) nên
hình thành nên đầu kỵ nước của leucitin. Liên kết giữa C2 và C3 của glycerin có
thể bị quay vặn đi 1 góc 180o làm cho nhóm P phân cực nằm về chiều
ngược lại với 2 chuỗi acid béo và hình thành đầu ưa nước của leucitin. Do cấu
trúc đặc biệt đó mà leucitin là một phân tử vừa kỵ nước vừa ưa nước. Khi
phospholipid trộn với nước, chúng có thể làm thành lớp bề mặt hay tạo mixen.
Một dạng cấu trúc quan trọng nhất là
cấu trúc lớp kép phospholipid. Cấu trúc này gồm 2 lớp lipid quay vào nhau, các
đầu ưa nước quay ra ngoài tạo liên kết hydro với các phân tử nước xung quanh,
còn các đầu kỵ nước quay vào trong với nhau. Từng phân tử có thể chuyển động từ
phía này sang phía kia một cách tuần hoàn tự do bên trong các lớp của chính bản
thân nó ... Sự phân bố theo dạng lớp lipid kép này khá bền vững, đây là cơ sở cấu
trúc cho tất cả màng tế bào.
Spingolipid
Là lipid phức tạp. Thành phần gồm
spingorin, alcol, acid béo, H3PO4.
3. Prôtêin
a. Acid amin - đơn vị cấu trúc
protein
Thành phần cấu tạo nên protein là các
acid amin. Acid amin là hợp chất hữu cơ chứa 2 nhóm cơ bản: amin (NH2) và
cacboxyl (COOH) với công thức cấu tạo tổng quát là:
Các axit amin được phân biệt nhau bởi
gốc R. Trong protein có 20 loại acid amin khác nhau.
Do trong phân tử Aa có chứa nguyên tử
Cα bất đổi nên tồn tại 2 dạng đồng phân
lập thể:
Trong 2 dạng trên chỉ có dạng L.acid
amin mới tham gia cấu tạo protein còn dạng D.acid amin chỉ tồn tại tự do trong
tế bào.
b. Cấu tạo protein
Cấu tạo protein bậc I
Từ các acid amin, nhờ liên kết peptid
nối chúng lại với nhau tạo nên chuỗi polypeptid:
Chuỗi polypeptid là cơ sở cấu trúc bậc
I của protein. Tuy nhiên, không phải mọi chuỗi polypeptid đều là protein bậc I.
Nhiều chuỗi polypeptid chỉ tồn tại ở dạng tự do trong tế bào mà không tạo nên
phân tử protein. Những chuỗi polypeptid có trật tự acid amin xác định thì mới
hình thành phân tử protein. Người ta xem cấu tạo bậc I của protein là trật tự các acid amin có trong chuỗi
polypeptid. Thứ tự các acid amin trong chuỗi có vai trò quan trọng vì là cơ sở
cho việc hình thành cấu trúc không gian của protein và từ đó qui định đặc tính
của protein.
Phân tử protein ở bậc I chưa có hoạt
tính sinh học vì chưa hình thành nên các trung tâm hoạt động. Phân tử protein ở
cấu trúc bậc I chỉ mang tính đặc thù về thành phần acid amin, trật tự các acid
amin trong chuỗi.
Trong tế bào protein thường tồn tại ở
các bậc cấu trúc không gian. Sau khi chuỗi
polypeptid - protein bậc I được
tổng hợp tại ribosome, nó rời khỏi
ribosome và hình thành cấu trúc không gian (bậc II, III, IV) rồi mới di
chuyển đến nơi sử dụng thực hiện chức năng của nó.
Cấu tạo protein bậc II
Từ cấu trúc mạch thẳng của protein (cấu
trúc bậc I), hình thành các liên kết nội phân tử, đó là liên kết hyđro làm cho
chuỗi mạch thẳng cuộn xoắn lại tạo nên cấu trúc bậc II của protein. Cấu trúc
bậc II của protein là kiểu cấu trúc không gian ba chiều.
Sở dĩ chuỗi polypeptid có thể cuộn xoắn lại được là do
trong các liên kết trên chuỗi polypeptid
thì liên kết peptid (C - N) là liên kết
bền vững, còn các liên kết xung quanh nó (Cα - C) (Cα - N) là liên kết yếu có
thể quay quanh trục của liên kết peptid:
Liên kết 1: liên kết peptid là liên kết
bền vững.
Liên kết 2: liên kết Cα - C là liên kết yếu.
Liên kết 3: liên kết Cα - N là liên kết
yếu.
Do các liên kết (Cα - C) (Cα
- N) có thể quay quanh liên kết
peptid (C - N) nên chuỗi polypeptid có thể cuộn xoắn lại tạo cấu trúc
bậc II của protein.
Có nhiều kiểu cấu trúc protein bậc II
khác nhau, phổ biến nhất là xoắn α, gấp nếp β, xoắn colagen.
* Xoắn α. Trong kiểu xoắn này,
chuỗi polypeptid xoắn lại theo kiểu xoắn
ốc. Mỗi vòng xoắn có 3,6Aa, khoảng cách giữa 2 Aa là 1,5 Ao. Vậy
chiều dài một vòng xoắn là 5,4 Ao. Các Aa liên kết với nhau bằng
liên kết hyđro để tạo sự xoắn.
Cấu trúc protein bậc II dạng xoắn lò xo
do nhiều liên kết hyđro tạo nên, nhưng năng lượng của mỗi liên kết rất nhỏ nên
xoắn α có thể được kéo dài ra hay co ngắn lại như 1 chiếc lò xo. Tính chất này
cho phép giải thích khả năng đàn hồi cao của các protein hình sợi dạng lò xo.
Cấu trúc bậc II dạng xoắn α là cơ sở
hình thành cấu trúc protein hình cầu hay hình sợi xoắn.
* Gấp nếp β. Từ 2 đến nhiều chuỗi polypeptid có thể hình thành cấu trúc bậc II theo
dạng gấp nếp β. Trước hết, từng chuỗi tự gấp nếp theo dạng cấu trúc lượn sóng
nhờ sự linh động của các liên kết (Cα - C) và (Cα - N) trong chuỗi polypeptid.
Sau đó, giữa 2 chuỗi gần nhau hình thành liên kết hydro: nhóm CO của chuỗi này
liên kết với nhón NH của chuỗi kia tạo nên một thể thống nhất.
Cấu trúc protein theo dạng gấp nếp β
cho phép phân tử có thể gấp lại ở bất kỳ vị trí nào trong chuỗi, nhưng nếu kéo
căng ra dễ dàng bị đứt. protein bậc II theo dạng gấp nếp β là cơ sở tạo nên
phân tử protein dạng sợi như fibrion.
*
Xoắn colagen. Cấu trúc bậc II theo dạng xoắn colagen chỉ có ở loại protein colagen. Đây là dạng xoắn α đặc
biệt. Từ 3 chuỗi polypeptid ở dạng xoắn
α, chúng lại xoắn vào với nhau tạo nên sợi siêu xoắn - xoắn cấp 2.
Cấu trúc bậc II của protein là sự
chuyển giao giữa cấu trúc mạch thẳng (bậc I) sang cấu trúc không gian. Protein
ở dạng cấu trúc bậc II chưa hình thành các tâm hoạt động nên chưa có hoạt tính
sinh học. Bởi vậy, các protein chức năng (protein enzyme, protein vận chuyển...)
không tồn tại ở dạng bậc II này. Chỉ có một số protein cấu trúc mới tồn tại ở
cấu trúc bậc II như protein vắt qua màng, protein trong sợi cơ ...
Cấu tạo protein bậc III
Từ cấu trúc bậc II, nhờ các loại liên
kết khác nhau như liên kết disunfit, liên kết ion, liên kết kỵ nước nối các Aa
ở các vị trí khác nhau lại với nhau làm cho phân tử protein cuộn xoắn lại chặt
hơn, chuyển từ cấu trúc dạng sợi sang cấu trúc dạng khối (cầu, bầu dục ..).
Cấu trúc bậc III của protein tạo ra phụ
thuộc sự có mặt các gốc R chứ không còn liên quan đến liên kết hydro như trong
cấu trúc bậc II.
Mức độ cuộn xoắn, mức độ cấu trúc bậc
III của phân tử protein phụ thuộc sự có mặt và vị trí của các Aa có khả năng
tạo nên các loại liên kết ion, disunfit, kỵ nước. Bởi vậy, thành phần Aa khác
nhau sẽ tạo nên cấu trúc bậc III không giống nhau. Ở cấu trúc bậc III, phân tử
protein đă hình thành các trung tâm hoạt động do có điều kiện để tập hợp các Aa
thích hợp lại gần nhau để tạo tâm hoạt động. Đã có tâm hoạt động nên protein bậc III có hoạt tính
sinh học và tham gia thực hiện các chức năng sinh học của chúng như chức năng
xúc tác (enzyme), chức năng điều tiết (nguyên sinh chất), chức năng vận chuyển
...
Cấu tạo protein bậc IV
Ở một số phân tử protein còn có cấu
trúc phức tạp hơn. Trong các phân tử này, có một số phân tử protein bậc III có cùng
chức năng liên kết lại với nhau nhờ liên kết hấp dẫn để tạo nên phân tử protein
lớn hơn, phức tạp hơn - protein bậc IV.
Ví dụ phân tử hemoglobin (Hb) gồm 4
phân tử protein bậc III kết hợp lại: 2 tiểu thế β và 2 tiểu thế α. Mỗi
tiểu thể là một phân tử protein bậc III.
Hai phân tử dạng α và dạng β có cấu trúc khác nhau làm cho chúng có thể ăn khớp
vào nhau nhờ lực hút tĩnh điện. Giữa các tiểu thể không hình thành liên kết
cộng hoá trị nên chúng dễ tách rời ra thành các protein độc lập ở cấu trúc bậc
III.
c. Tính chất, vai trò protein
Tính chất protein
* Tính chất lưỡng tính. Do thành phần
protein là các phân tử acid amin, mà acid amin là chất lưỡng tính nên protein
cũng là phân tử lưỡng tính. Ngoài ra, do trong thành phần Aa của protein có 2
nhóm:
- Các Aa acid: trong cấu tạo có 2 nhóm
COOH, trong đó 1 nhóm dùng để tạo liên kết
peptid còn một nhóm hình thành ion COO-.
- Các Aa kiềm: trong cấu trúc có 2 nhóm
NH2, trong đó một nhóm tạo liên kết peptid
còn một nhóm hình thành NH3+.
Như vậy, phân tử protein vừa có khả
năng phân ly như 1 acid tạo COO- vừa có khả năng phân ly như một chất kiềm tạo
NH3+ nên mang tính lưỡng tính. Sự phân ly của protein phụ thuộc pH môi trường.
Nếu protein tích điện thì các phân tử
nước sẽ liên kết chung quanh phân tử, bởi liên kết ion tạo nên lớp màng bao bọc
bảo vệ cho protein. Ở điểm đẳng điện, do protein trung hoà về điện nên không có
màng nước bao bọc, các phân tử bị kết vón vào nhau gây hiện tượng kết tủa.
* Kết tủa và biến tính. Khi dung dịch
protein có pH bằng điểm đẳng điện, lớp màng nước không được tạo thành sẽ làm
cho các phân tử protein không tích điện kết vón lại với nhau. Hoặc do một tác
nhân nào đó làm mất màng nước như nhiệt độ cao, acid đặc.... các phân tử
protein không được bảo vệ bởi màng nước cũng bị kết vón lại - đó chính là sự
kết tủa của protein.
Có nhiều tác nhân gây nên hiện tượng
kết tủa của phân tử protein như pH, các muối vô cơ, các acid hữu cơ, acid vô
cơ, nhiệt độ ....
Sự kết tủa có thể thuận nghịch, có thể
không thuận nghịch. Sự kết tủa thuận nghịch là sự kết tủa mà khi không còn tác
nhân gây kết tủa nữa thì protein lại trở lại trạng thái hoà tan bình thường.
Kết tủa không thuận nghịch là dạng kết tủa mà khi không còn tác nhân gây kết
tủa, phân tử protein vẫn không hoà tan trở lại. Ví dụ protein kết tủa do muối (NH4)2SO4
khi không còn tác nhân muối thì protein trở lại trạng thái hoà tan. Còn khi kết
tủa bởi nhiệt độ cao thì dù có làm nguội dung dịch protein trở lại, protein
cũng không hoà tan được.
Khi phân tử protein bị kết tủa, cấu
trúc không gian của phân tử bị thay đổi do các liên kết hyđro, các liên kết
ion, liên kết kỵ nước bị ảnh hưởng.
Mạch polypeptid bị tháo gỡ để hình thành các vùng cuộn thưa ngẫu nhiên.
Cấu trúc không gian bị phá vỡ, tâm hoạt động bị biến dạng không còn hoạt động
bình thường hay mất khả năng hoạt động .... Kết quả là tính chất của protein bị
biến đổi - đó là sự biến tính của protein.
Sự biến tính cũng có khả năng thuận
nghịch và bất thuận nghịch liên quan đến sự kết tủa thuận nghịch và bất thuận
nghịch. Các phân tử enzyme khi biến tính không còn khả năng xúc tác. Các
protein chức năng không còn hoạt tính để thực hiện chức năng.
Vai trò
protein
Protein là chất hữu cơ có vai trò đặc biệt trong cơ thể sống. Protein
gắn liền với sự sống, tồn tại cùng sự tồn tại của sự sống. Có thể tóm tắt các
chức năng chủ yếu của protein như sau:
- Protein là thành phần chủ yếu cấu tạo
nên tế bào, đặc biệt là cấu trúc nên màng tế bào.
- Protein - enzyme là chất xúc tác sinh
học, xúc tác các phản ứng hoá sinh xảy ra trong tế bào nên có vai trò quyết
định quá trình trao đổi chất-năng lượng của cơ thể.
- Protein của nguyên sinh chất có vai trò
điều tiết các hoạt động sống xảy ra trong cơ thể. Nó quyết định các tính chất
của nguyên sinh chất.
- Nhiều loại protein có chức năng vận
chuyển như hemoglobin vận chuyển O2 trong máu, các chất làm nhiệm vụ vận chuyển
qua màng ....
- Protein trong cơ có vai trò vận động.
- Nhiều loại protein là các loại kháng
thể được tạo ra trong cơ thể đề kháng lại các kháng nguyên gây bệnh giúp cho cơ
thể miễn dịch với bệnh tật.
- Một số protein là hoocmon như insulin
có vai trò quan trọng trong điều tiết hoạt động sinh lý của cơ thể (như insulin
điều chỉnh lượng glucose trong máu ổn định ở 1%).
Ngoài ra, tùy cơ thể mà protein còn một số vai trò đặc trưng khác.
4. Acid nucleic
a. Cấu tạo nucleotide
Thành phần nucleotide
Nucleotide có 3 nhóm thành phần:
- H3PO4.
- Bazơ nitơ.
- Đường pentose.
Từ 3 nhóm thành phần trên liên kết với
nhau tạo ra nucleotide. Từ đường pentose liên kết với bazơ nitơ tạo
nên nucleozid - liên kết nỗi giữa C1 của pentose với N3 (nếu là bazơ pirimidin)
hay với N9 (nếu là bazơ nitơ purin) là liên kết glucozid (N - C) và loại đi 1
phân tử H2O. Từ nucleozide, nhóm OH của C5 của pentose liên kết ester với H3PO4
tạo nên nucleotide. Có 2 nhóm nucleotide: ribonucleotide và dezoxiribo nucleotide. Mỗi nhóm có 4 loại nucleotide chính và nhiều nucleotide hiếm (nucleotide chính biến đổi
thành)
Từ các nucleotide mono P có thể liên
kết thêm 1 H3PO4 tạo ra nucleotide - Di
P hay liên kết thêm với 2 H3PO4 tạo nên
nucleotide - Tri P. nucleotide - Tri P là nhóm nucleotide có vai trò rất
quan trọng trong cơ thể, đặc biệt là
ATP. Trong cấu tạo của nucleotide - Tri P có 2 liên kết giàu năng lượng - gọi
là liên kết cao năng tạo ra ở 2 nguyên tử P ngoài cùng.
Ngoài các nucleotide thường trên, trong
phân tử acid nucleic, đặc biệt trong ARN còn có nhiều nucleotide hiếm do
các nucleotide thường biến đổi bằng
nhiều cách:
- Biến đổi bazơ nitơ (metyl hoá hay tio
hoá...).
- Biến đổi pentose (metyl hoá).
- Thay đổi cấu trúc bazơ N.
- Thay đổi kiểu cấu trúc nucleotide.
c. Cấu tạo acid nucleic
Cấu tạo chuỗi poly nucleotide
Từ các đơn phân nucleotide liên kết lại
bằng liên kết photphodiester tạo nên chuỗi poly nucleotide. Các ribonucleotide
nối với nhau cho chuỗi polyribonucleotide, còn các dezoxiribonucleotide nối với
nhau sẽ tạo nên chuỗi poly dezoxiribonucleotide.
Liên kết ester được tạo ra từ nhóm
C3'-OH của nucleotide trước với nhóm OH còn lại của H3PO4 ở đầu 5' của nucleotide sau. Hai nhóm OH loại 1 phân tử
nước và nối lại với nhau bằng liên kết ester. Như vậy, phân tử H3PO4 đă tạo ra 1 liên kết ester trong nucleotide và 1 liên kết ester nối 2
nucleotide lại với nhau, do đó gọi là
liên kết photphodiester.
Chuỗi polynucleotide mang tính phân
cực. Đầu trái luôn có nhóm P là đầu 5',
đầu phải luôn luôn có nhóm OH tự do tại C3 nên gọi là đầu 3'. Chuỗi polynucleotide
chỉ nối dài theo chiều 5'-3', tức là
nucleotide mới vào liên kết để kéo dài chuỗi chỉ được nối thêm vào đầu
3'. Từ 4 loại nucleotide (trong ADN là dAMP, dGMP, dCMP và dTMP; trong ARN là AMP,
GMP, CMP, UMP) sẽ tạo nên vô số các chuỗi polynucleotide khác nhau. Các chuỗi
polynucleotide được phân biệt nhau bởi 3 yếu tố:
- Thành phần các nucleotide.
- Số lượng các nucleotide.
- Trật tự sắp xếp các nucleotide.
Từ polyribonucleotide tạo ra ARN, còn
từ polydezoxiribonucleotide sẽ tạo ra ADN.
Cấu tạo ADN
(aciddezoxiribonucleic)
* Đặc điểm cấu tạo AND. Phân tử ADN được tạo ra từ hai chuỗi
polynucleotide - hai chuỗi này xếp song song và ngược chiều nhau. Sự đối song
của phân tử ADN bảo đảm có sự liên kết bổ sung giữa hai chuỗi qua các bazơ
nitơ. Bazơ nitơ quay vào phía giữa hai chuỗi nên hai chuỗi phải ngược chiều
nhau.
Sự đối song cũng đảm bảo sự ổn định cho
cấu trúc phân tử ADN. Để có các liên kết bổ sung giữa hai chuỗi thì hai chuỗi
phải song song.
Các bazơ nitơ của hai polynucleotide
liên kết với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên lý bổ sung: A chuỗi này liên
kết với T chuỗi kia bằng 2 liên kết hydro và ngược lại G chuỗi này liên kết với
C chuỗi kia bằng 3 liên kết hydro.
Tính chất bổ sung trên bảo đảm cho hai
chuỗi luôn song song và khoảng cách giữa hai chuỗi không đổi do trong cặp bazơ
bổ sung bao giờ cũng có một bazơ purin có kích thước lớn đi kèm một bazơ
pirimidin có kích thước bé.
ADN có nhiều kiểu cấu trúc khác nhau.
Mỗi kiểu cấu trúc tồn tại trong điều kiện riêng và chúng có thể chuyển đổi lẫn
nhau khi thay đổi các điều kiện tương ứng. Hiện nay, người ta tìm thấy trong tế
bào ADN tồn tại ở dạng B, A, C, D, Z, E... trong đó, dạng B phổ biến hơn và có
vai trò trong cơ chế truyền đạt thông tin di truyền.
Thành phần của ADN cũng rất đa dạng. Sự
đa dạng của chuỗi polynucleotide đã phân tích ở trên tạo nên sự đa dạng của
ADN.
Hình thái ADN trong tế bào cũng rất đa
dạng. Có loại ADN sợi đơn thẳng, sợi đơn dạng vòng, sợi kép thẳng, sợi kép dạng
vòng ...
Kích thước ADN cũng rất đa dạng, từ vài
trăm cặp bazơ đến hàng triệu cặp bazơ. * Cấu trúc không gian ADN dạng B (theo
Watson - Crick). Kết hợp nhiều công trình nghiên cứu về ADN trước đó,
đặc biệt là nghiên cứu của Sachgaff cùng những nghiên cứu của mình, năm
1953, Watson và Crick đã công bố mô hình cấu trúc không gian của ADN.
Mặc dù đến nay người ta đă phát hiện
thêm nhiều dạng cấu trúc khác của ADN, cũng như xác định được cấu trúc thực của
ADN có khác so với mô hình lý thuyết của Watson - Crick, nhưng sự ra đời mô
hình của Watson - Crick đã trở thành bước ngoặt trong sinh học, báo hiệu sự ra
đời của sinh học phân tử. Cấu trúc không gian của ADN, theo Watson - Crick, có
những đặc điểm cơ bản sau:
- Hai chuỗi polynucleotide đối song,
xoắn theo chiều phải.
- Khung dizoxiriboza và H3PO4 nằm ngoài
bề mặt phân tử.
- Các bazơ nitơ hướng vào phía trong
chuỗi xoắn. Mặt phẳng các bazơ nitơ song
song với nhau và thẳng góc với trục phân tử. Hai bazơ nitơ của hai chuỗi liên kết
với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên
tắc bổ sung (A = T, G ≡ C). Hai cặp bazơ nitơ gần nhau xếp lệch góc 36oC.
Đường kính chuỗi xoắn 2 nm. Mặt phẳng
hai cặp bazơ nitơ liền nhau cách nhau 0,34 nm. Mỗi vòng xoắn có 10 cặp bazơ
nitơ với chiều dài 3,4nm. Kích thước trên là theo tính toán của Watson - Crick,
là kích thước gốc. Gần đây, qua xác định bằng thực nghiệm, người ta thấy ADN dạng
B (dạng của Watson - Crick) có trung bình 10,5 cặp bazơ nitơ trên một vòng xoắn
và chiều dài vòng xoắn là 3,6nm (thay vì 10 cặp và 3,4nm ở mô hình Watson -
Crick).
c. Cấu tạo ARN
ARN là loại acid nucleic có những đặc
điểm về thành phần, cấu tạo giống ADN nhưng cũng có những đặc trưng riêng. Thành
phần ARN chứa riboza thay vì dezoxiribo
ở ADN. Bazơ nitơ của ARN, ngoài những thành phần giống ADN, còn có U đặc
trưng riêng của ARN, T cũng có trong thành phần của ARN.
Đơn phân của ARN là ribonucleotide. Từ
ribonucleotide liên kết với nhau tạo thành chuỗi polyribonucleotide. ARN cấu
tạo từ 1 chuỗi polyribonucleotide nhưng cũng có những đoạn tạo liên kết bổ sung
giữa hai phần khác nhau của chuỗi, trong đó, A liên kết với U thay cho T. Có
nhiều loại ARN với cấu tạo và chức năng khác nhau, ARN thông tin (ARNm), ARN
vận chuyển (ARNt), ARN ribosome (ARNr), tiền ARN (proARN), ARN phân tử nhỏ của
nhân (¸Nh s¸ng ARN), ARN mồi (primer ADN)...
*mARN.
mARN được tổng hợp ở trong dịch
nhân từ ADN. ARNm có đời sống rất ngắn: ở procariote ARNm chỉ tồn tại trong vài
sau phút khi thực hiện xong quá trình dịch mã, còn ở eucariote có thể kéo dài
từ vài phút đến vài ngày. ARNm được tái tạo rất nhanh và nó chỉ tồn tại trong
thời gian của một thông tin. Một ARNm có thể được đọc nhiều lần nếu tiến hành
dịch mã trên polyribosome.
Kích thước ARNm tuỳ thuộc kích thước
phân tử protein do nó phụ trách tổng hợp. Số lượng ARNm ở các tế bào khác nhau
không giống nhau. Ở tế bào người có khoảng 80.000 - 100.000 ARNm khác nhau trong
một tế bào.
* tARN.
tARN là loại có kích thước bé
chỉ có khoảng 75 - 90 nucleotide với hằng số lắng là 4,5s (M = 25000 - 30.000).
Trong thành phần của ARNt có khoảng 30 loại nucleotide hiếm, chiếm 10% tổng số
nucleotide của phân tử.
Nhiệm vụ của ARNt là vận chuyển acid
amin từ tế bào chất đến ribosome để tổng hợp protein ở đó,
cho nên với mỗi acid amin phải có ít
nhất một ARNt tương ứng.
Nhưng trong tế bào, do một Aa có thể mã
hoá bởi nhiều bộ ba, cho nên cũng sẽ có nhiều ARNt cùng vận chuyển một loại
acid amin. ARNt có cấu trúc không gian đặc trưng. Phân tử ARNt có cấu trúc chia
nhiều thuỳ như dạng lá chẻ ba, trong đó, có đoạn dạng vòng không có liên kết bổ
sung, có đoạn hình thành liên kết bổ sung. Người ta chia ARNt ra làm 5 vùng có
thành phần chức năng khác nhau.
* rARN.
rARN được tổng hợp trong nhân
con và ngay sau đó liên kết với protein để tạo nên các phân tử
ribonucleoprotein là các tiền ribosome. Qua quá trình trưởng thành, các
ribonucleoprotein này chuyển từ nhân con ra tế bào chất và tạo thành ribosome ở
đó.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.
Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng (1992), Hoá Sinh học, Nxb Giáo dục Hà
Nội.
2.
Nguyễn Như Hiền, Trịnh Xuân Hậu (2000), Tế bào học, Nxb Đại học Quốc gia
Hà Nội.
3.
Nguyễn Bá Lộc (2000), Hoá sinh, Nxb Giáo dục Hà Nội.
DOWNLOAD:
1 nhận xét:
Simply want to say your article is as surprising.
The clearness in your put up is simply great and i could suppose you
are a professional on this subject. Well with your permission allow me to clutch your RSS feed to keep up to date with forthcoming post.
Thanks a million and please continue the enjoyable work.
Here is my site: best quotes ever
Đăng nhận xét