Sinh học 10: Tứ đại phân tử hữu cơ

Thế giới sống của chúng ta rất đa dạng và phong phú về số lượng cũng như chất lượng. Để làm nên sự phong phú ấy không thể không kể đến vai trò của 4 đại phân tử hữu cơ. Chúng là thành phần cấu tạo nên tế bào và từ tế bào hình thành nên mô và các hệ cơ quan, cơ thể rồi từ đó hình thành nên sự sống. Đó là: Cacbonhidrat (Đường loại), Protein (chất đạm – Đản bạch chất), Lipit (chất béo – chi loại), Axit nucleic (Hạch toan).

I, Cacbonhidrat (Saccarit)

Là những hợp chất cấu tạo từ 3 nguyên tố C,H,O theo nguyên tắc đa phân. Công thức chung của Cacbonhirat là Cn(H2O)m với (m,n >= 3 và n,m thuộc N)
1, Cấu trúc của cacbonhidrat
Tuỳ theo số lượng các đơn phân trong phân tử mà Cacbohiđrat được chia thành: đường đơn, đường đôi và đường đa.
– Cấu trúc của monosaccarit (Đường đơn): Gồm các loại đường có từ 3 – 7 nguyên tử Cacbon trong phân tử. Tuy nhiên, phổ biến và quan trọng nhất là: Hexozo (6C- có 6 nguyên tử cacbon trong phân tử đường đơn) bao gồm glucozo (C6H12O6 – Đường nho), fructozo (C6H12O6 – đường mật ong), galactozo (C6H12O6 – đường sữa); Pentozo (5C) bao gồm ribozo (C5H10O5 – có vai trò quan trọng trong cấu tạo của ARN, ATP, ADP,… ), Deoxyzibozo (C5H10O4 – Thành phần cấu trúc của ADN).
– Cấu trúc của đisaccarit (Đường đôi): Gồm hai phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glicozit và loại đi một phân tử nước sau khi hình thành đường đisaccarit.
Những đường đôi thông dụng bao gồm: Saccarozo (Đường mía – cấu tạo từ glucozo + fructozo); Lactozo (đường sữa, glucozo + galactozo); mantozo (Đường mạch nha, glucozo + glucozo); Trehalozo (Đường cỏ, Glucozo + Glucozo); …..
– Cấu trúc của Polisaccarit (Đường đa – ): Là những phân tử được cấu tạo từ những monosaccarit qua phản ứng trùng ngưng và loại nước. Polisaccarit có hai dạng mạch là mạch thẳng mạch phân nhánh.
Mạch thẳng bao gồm xenlulozo (có trong màng tế bào thực vật); Kitin (có trong vỏ các loài giáp xác). Mạch phân nhánh bao gồm Tinh bột và glicozen (dự trữ trong gan)

Đường đơn thông dụng

Đường đôi thông dụng
Tinh bột

2, Chức năng của Cacbonhidrat
– Cacbonhirat là nguồn cung cấp năng lượng chính cho hoạt động sống: Ví dụ khi ta đưa thức ăn vào miệng nhai kĩ thì khi đó enzim amilaza có trong nước bọt sẽ xúc tác làm cho thức ăn phân giải thành glucozo cho cơ thể dễ tiêu hóa và khi đó ta nhai kĩ thì có vị ngọt xuất hiện.
– Cacbonhidrat là nơi dữ trữ năng lượng: Ví dụ qua quá trình quang hợp thì cây cối tổng hợp được tinh bột dự trữ trong cây
– Cacbonhidrat là thành phần xây dựng nên nhiều bộ phận của tế bào: Ví dụ, xenlulozo là thành phần cấu tạo nên cấu trúc của thành tế bào thực vật; Thành tế bào của nhiều loại nấm cũng được cấu tạo từ kitin
– Cacbonhidrat còn có chức năng vận chuyển các chất qua màng: Khi một số polysaccarit kết hợp với protein (glicoprotein) có vai trò vận chuyển các chất qua màng sinh chất và góp phần “nhận biết” các vật thể lạ lúc qua màng.  

II, Protein (Chất đạm)

1, Cấu tạo của Protein
Protein là những phân tử sinh học, hay đại phân tử, chứa một hoặc nhiều mạch dài của các nhóm axit amin. Protein được cấu tạo từ các nguyên tố C, O, N, H, S; ngoài ra còn chứa 1 số nguyên tố khác như P, Fe, Mn, Zn, Cu, Ca, v.v
Protein được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân trong đó đơn phân của nó là các axit amin (a.a). Trong tự nhiên, người ta tìm thấy được 20 loại axit amin khác nhau. Mỗi axit amin gồm 3 thành phần: Gốc -R, nhóm amin (-NH2), nhóm cacboxyl (-COOH). Hai nhóm trên liên kết với nhau qua nguyên tử cacbon trung tâm – nguyên tử liên kết với một nguyên tử H và gốc -R

Cấu tạo một axit amin

Các bậc cấu trúc của protein
Bậc 1: Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit (-CO-NH-) hình thành nên chuỗi polypeptide. Đầu mạch polypeptide là nhóm amin của axit amin thứ nhất và cuối mạch là nhóm cacboxyl của axit amin cuối cùng. Cấu trúc bậc một của protein thực chất là trình tự sắp xếp của các axit amin trên chuỗi polypeptide. Cấu trúc bậc một của protein có vai trò tối quan trọng vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Sự sai lệch trong trình tự sắp xếp của các axit amin có thể dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và tính chất của protein.
Bậc 2: Là sự sắp xếp đều đặn các chuỗi polypeptide trong không gian. Chuỗi polypeptide thường không ở dạng thẳng mà xoắn lại tạo nên cấu trúc xoắn α và cấu trúc nếp gấp β, được cố định bởi các liên kết hyđro giữa những axit amin ở gần nhau. Các protein sợi như keratin, Collagen… (có trong lông, tóc, móng, sừng)gồm nhiều xoắn α, trong khi các protein hình cầu có nhiều nếp gấp β hơn.
Bậc 3: Các xoắn α và phiến gấp nếp β có thể cuộn lại với nhau thành từng búi có hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein. Cấu trúc không gian này có vai trò quyết định đối với hoạt tính và chức năng của protein. Cấu trúc này lại đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của nhóm -R trong các mạch polypeptide. Chẳng hạn nhóm -R của cystein có khả năng tạo cầu đisulfur (-S-S-), nhóm -R của prolin cản trở việc hình thành xoắn, từ đó vị trí của chúng sẽ xác định điểm gấp, hay những nhóm -R ưa nước thì nằm phía ngoài phân tử, còn các nhóm kị nước thì chui vào bên trong phân tử… Các liên kết yếu hơn như liên kết hyđro hay điện hóa trị có ở giữa các nhóm -R có điện tích trái dấu.
Bậc 4: Khi protein có nhiều chuỗi polypeptide phối hợp với nhau thì tạo nên cấu trúc bậc bốn của protein. Các chuỗi polypeptide liên kết với nhau nhờ các liên kết yếu như liên kết hyđro.

Các bậc cấu trúc của protein

Trong 4 bậc cấu trúc thì cấu trúc bậc 1 là quan trọng nhất vì trình tự các axit amin trên chuỗi polypeptide sẽ thể hiện tương tác giữa các phần trong chuỗi polypeptide, từ đó tạo nên hình dạng lập thể của protein và do đó quyết định tính chất cũng như vai trò của protein. Khi protein bị biến tính do các tác nhân như nhiệt độ, độ pH, các tác nhân vật lý, hóa học, sinh học thì các cấu trúc bậc 4, bậc 3, bậc 2 bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc 1 của nó. Có được điều này bởi vì cấu trúc bậc 1 chứa liên kết bền (-CO-NH-). Ví dụ các em thấy thịt bò khi nấu chín, nếu người ta muốn nhừ thì cho thêm 1 lát dứa vào, vì trong dứa có chứa enzym bromelain có khả năng phân hủy protein trong thịt bò làm thịt bò mềm ra. Các em tưởng tượng rằng nếu enzym này phá vỡ cấu trúc bậc 1 của thịt bò thì thịt bò chúng ta ăn vụn như cám vậy.

2, Chức năng

Chức năng của Protein

III, Lipit (Chất béo)

Chất béo (lipit) bao gồm một nhóm các hợp chất hòa tan trong các dung môi hữu cơ như ete, benzen, clorofooc và thường không hòa tan trong nước và nhẹ hơn nước. Chất béo không cấu tạo theo nguyên tắc đa phân. Các lipit được tạo nên từ CH và O nhưng chúng có thể chứa các nguyên tố khác như P và N.

1, Cấu tạo
Lipit có 2 loại là lipit đơn giản và lipit phức tạp
a, Lipit đơn giản (Mỡ, dầu, sáp)
– Mỡ được cấu tạo từ một phân tử glixêrol(một loại rượu 3 cacbon) liên kết với 3 axit béo. Mỗi axit béo thường gồm từ 16 đến 18 nguyên tử cacbon.  Các liên kết không phân cực C – H trong axit béo làm cho mỡ và dầu có tính kị nước
+ Mỡ của động vật đều chứa các axit béo no
+ Mỡ của thực vật đều chứa axit béo không no gọi là dầu
– Sáp: Mỗi phân tử sáp chỉ chứa một đơn vị nhỏ axit béo liên kết với một rượu mạch dài thay cho glyxerol. Vì sáp có tính kỵ nước nên khi mùa đông về, người ta bôi sáp để chống thoát hơi nước trên da, giữ cho da mềm mại, không bị nứt nẻ

Kết quả hình ảnh cho cấu tạo hóa học của mỡ
Cấu trúc phân tử của mỡ và dầu, sáp

b) Lipit phức tạp (photpholipit và stêrôit)
– Photpholipit có cấu trúc gồm 2 phân tử axit béo liên kết với 1 phân tử glixêrol, vị trí thứ 3 của phân tử glixêrol được liên kết với nhóm phôtphat, nhóm này nối glixêrol với 1 ancol phức( côlin hay axêtylcôlin). Photpholipit có tính lưỡng cực: đầu ancol phức ưa nước và đuôi kị nước.
Stêrôit:Là lipit có cấu trúc mạch vòng, có tính chất lưỡng cực.Ví dụ : Cholesteron làm nguyên liệu cấu trúc nên màng sinh chất.  Các steroit khác có lượng nhỏ nhưng hoạt động như một hoocmon hoặc vitamin

Cấu trúc lipit phức tạp

c) Vitamin và các sắc tố
– Là dung môi hòa tan các vitamin A,D,E,K (bản chất là lipit)
– Sắc tố có lipit điển hình là carotenoit

2, Chức năng

Cấu trúc nên hệ thống các màng sinh học: Photpholipit, colesterol.
Dự trữ năng lượng (mỡ và dầu): Mang nhiều năng lượng. Ví dụ như cơ thể đói thì sẽ lấy bớt 1 phần lipit ra để duy trì năng lượng cho cơ thể. Hoặc là khi mùa đông về, chúng ta nên ăn những đồ xào hoặc rán để cơ thể tỏa ra nhiệt chống chịu với thời tiết lạnh
– Tham gia vào nhiều chức năng sinh học khác: Ostrogen là loại hoocmôn có bản chất là Steroit; các loại sắc tố như diệp lục, một số loại vitamin A, D, E, K cũng là một dạng lipit).
*) Khuyến cáo: Chúng ta nên sử dụng ít mỡ động vật vì tiếp thụ nhiều mỡ động vật khiến cho cholesterol trong máu tăng cao gây chứng bệnh xơ vữa động mạch

IV. Axit Nucleic (ADN, ARN)

Axit nucleic (Hạch toan- Hạt có chứa axit) là một trong những đại phân tử hữu cơ quan trọng có chức năng bảo quản, lữu trữ và truyền tải thông tin di truyền cho thế giới sống.

1, ADN (axit đêôxyribônuclêic)
ADN ở tế bào nhân thực (động vật, thực vật, nấm và nguyên sinh vật) được lưu trữ bên trong nhân tế bào và một số bào quan, như ty thể hoặc lục lạp .Ngược lại, ở sinh vật nhân sơ (vi khuẩn và vi khuẩn cổ), do không có nhân tế bào, DNA nằm trong tế bào chất. Phân tử ADN ở các tế bào nhân sơ thường có cấu trúc dạng vòng còn phân tử ADN ở các tế bào nhân thực lại có cấu trúc dạng thẳng.
b. Cấu trúc ADN
– Đơn phân cấu tạo nên ADN là các nucleotit (Nu) gồm 3 thành phần: Đường deoxyribozo (C5H10O4); Bazo nito (A – Adenin,T – Tiroxin ,G – Guanin , X – Xitozin, tên gọi của các Nucleotit); Nhóm photphat (H3PO4). Tên của 4 Nu đều được gọi theo tên của bazo nito. Mỗi Nu có khối lương phân tử là 300 dvC
– Các Nu trên một mạch đơn của ADN liên kết với nhau bằng liên kết hóa trị giữa đường deoxyribozo và axit photphoric giữa hai Nu kế tiếp theo một chiều xác định từ 3′ – 5′ tạo thành các chuỗi polynucleotit
– Trên hai mạch đơn của ADN chạy song song và ngược chiều nhau (3′ – 5′; 5′ – 3′). Các Nu trên 2 mạch của ADN liên kết với nhau bằng liên kết hidro. Cụ thể A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro, G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro và ngược lại
– Cấu trúc không gian của ADN do Rosalind Franklin tìm ra nhưng được Watson và Crick công bố đầu tiên vào năm 1953. Theo đó ADN có 2 chuỗi polynucleotit xoắn kép song song quanh trục, tạo nên xoắn kép đều và giống 1 cái cầu thang xoắn. Mỗi bậc thang là một cặp bazo liên kết bổ sung với nhau, tay thang là phân tử đường và axit Photphoric của 2 nucleotit kế tiếp liên kết cộng hoá trị với nhau.

c. Chức năng của ADN
Quy định tính đa dạng và đặc thù của các loài sinh vật: Do ADN được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, từ 4 loại nucleotit → làm ADN vừa đa dạng lại vừa đặc thù.  Mỗi loại ADN có cấu trúc riêng, phân biệt với nhau ở số lượng, thành phần, trật tự các nucleotit.
Lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền ở các loài sinh vật: Trình tự nucleotit trên mạch polynucleotit chính là thông tin di truyền, nó quy định trình tự các nucleotit trên ARN từ đó quy định trình tự các axit amin trên phân tử protein.

2, ARN (AXIT RIBÔNUCLÊIC)
 ARN là một phân tử polyme cơ bản có nhiều vai trò sinh học trong mã hóa (cấu tạo các bộ mã di truyền quy định axit amin), dịch mã (tổng hợp protein), điều hòa, và biểu hiện của gen. RNA và DNA là các axit nucleic, và, cùng với lipid, protein và cacbohydrat, tạo thành bốn loại đại phân tử cơ sở cho mọi dạng sự sống trên Trái Đất.
a. Cấu trúc ARN
– Đơn phân của ARN là các ribonucleotit cấu tạo bởi: Đường ribozo (C5H10O5); nhóm photphat (H3PO4); bazo nito (A – Adenin; U – Uraxin; G – Guanin; X – Xitozin). Từ 4 bazo nito ta có 4 đơn phân của ARN là rA, rU, rG, rX
– Các ribonucleotit liên kết với nhau theo một chiều xác định (5’ –  3’) tạo thành chuỗi polyribonucleotit. Mạch polyribonucleotit có các liên kết hoá trị giữa đường và axit Photphoric giữa 2 ribonucleotit kết tiếp.
– Có 3 loại ARN:
+ mARN (ARN thông tin): Là một chuỗi polyribonucleotit dưới dạng mạch thẳng, có trình tự ribonucleotit đặc biệt để ribozo có thể nhận biết ra chiều thông tin di truyền và tiến hành dịch mã.
+ tARN (ARN vận chuyển): Là một chuỗi polyribonucleotit cuộn xoắn, gồm từ 80 – 100 đơn phân, có đoạn các cặp bazo liên kết theo nguyên tắc bổ sung (A – U; G – X) → 3 thuỳ.  Có 2 đầu: Một đầu mang axit amin, một đầu mang bộ ba đối mã (một trong các thuỳ tròn) và đầu mút tự do.
+ rARN (ARN ribosome): Là một chuỗi polyribonucleotit chứa hàng trăm đến hàng nghìn đơn phân trong đó 70% số riboucleotide có liên kết bổ sung tạo nên vùng xoắn kép cục bộ.

b. Chức năng của ARN
– mARN: truyền đạt thông tin di truyền ADN -> ARN -> Protein -> Tính trạng
– tARN: vận chuyển các a.a tới ribozo để tổng hợp protein.  Mỗi loại tARN chỉ vận chuyển một loại a.a.
– rARN: là thành phần chủ yếu của ribozo, nơi tổng hợp protein.     

Các phân tử ARN thực chất là những phiên bản được đúc trên một mạch khuôn của gen trên phân tử ADN nhờ quá trình phiên mã.  Sau khi thực hiện xong chức năng của mình, các phân tử mARN thường bị các enzym của các tế bào phân giải thành các ribonucleotit còn rARN và tARN tương đối bền vững được tái sử dụng lại.
Chú ý: Ở một số loại virut, thông tin di truyền không lưu giữ trên ADN mà được lưu giữ trên ARN.  VD: Virus dại, HIV…

So sánh ADN và ARN

Tài liệu có sử dụng một số tư liệu của đồng nghiệp

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *