Chương 2 CÁC ĐẠI PHÂN TỬ SINH HỌC

Đặc điểm của các đại phân tử: Hình thành từ những phân tử nhỏ cùng loại (monomer), liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị Có khối lượng phân tử lớn, phổ biến, có mặt trong mọi tế bào và cơ thể sống, đóng vai trò quan trọng trong mọi hoạt động sống của cơ thể. Mỗi phân tử có một chức năng nhất định và sự tương tác với nhau Thường xuyên biến đổi, tổng hợp lại mới từ những tiểu phân tử, phân giải thành các tiểu phân tử, vận chuyển đến cơ quan khác, rồi có thể lại được tổng hợp mới lại. Tồn tại hơn 200 loại đại phân tử, các đại phân tử chính: axit nucleic, Protein, Lipit, polysacarit

Các đại phân tử sinh học Axit Nucleic Protein Lipit Polysaccarit

1. NUCLEIC ACID Phế cầu khuẩn có 2 dạng: 1.1. Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền: Thí nghiệm của Griffith: TN phát hiện hiện tượng biến nạp của phế cầu khuẩn Streptococcus pneumoniae gây bệnh viêm phổi ở người và làm cho chuột chết do Frederick Griffith, người Anh, tiến hành vào năm 1928. Phế cầu khuẩn có 2 dạng: Dạng S (khuẩn lạc nhẵn): có vỏ bao tế bào bằng polysaccharit -> cản trở bạch cầu phá vỡ tế bào vi khuẩn -> chuột chết Dạng R (khuẩn lạc ráp): không có vỏ bao, bị bạch cầu tiêu diệt -> không gây bệnh.

1. NUCLEIC ACID Tiến hành TN 1.1. Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền: Thí nghiệm của Griffith: Tiến hành TN Tiêm vi khuẩn S sống gây bệnh cho chuột thì chuột chết. Tiêm vi khuẩn R sống không gây bệnh cho thì chuột sống. Tiêm vi khuẩn S bị đun chết cho chuột thì chuột sống Tiêm hỗn hợp vi khuẩn S bị đun chết với R sống cho chuột thì chuột chết. Trong xác chuột chết tìm thấy có cả vi khuẩn S và R. -> một nhân tố nào đó của chủng S đã truyền sang chủng R và nhờ protein còn sống của R hoạt hoá tạo ra thể vi khuẩn S và gây bệnh làm chuột chết.

1. 1. Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền a 1.1. Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền a. Thí nghiệm của Griffith: Năm 1944, Oswald Avery và 2 đồng nghiệp khác là Colin MacLeod và Maclyn McCarty đã xác định tác nhân gây biến nạp chính là DNA Sau khi xử lí vi khuẩn S sống bằng protease- enzyme phân huỷ protein, hoặc bằng RNase-enzyme phân huỷ RNA -> khả năng biến nạp vẫn còn. Xử lí bằng DNase - enzyme phân huỷ DNA -> hoạt tính biến nạp không còn -> chứng tỏ DNA chính là nhân tố gây biến nạp.

Thí nghiệm của Griffith (1928)

1. 1. Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền b 1.1. Bằng chừng về ADN là vật chất di truyền b. Thí nghiệm của Hershey và Chase (1953) Thí nghiệm nghiên cứu sự xâm nhiễm của DNA thực khuẩn thể (bacteriophage) vào tế bào vi khuẩn thông qua phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ S35 và P32 của Alfred Hershey và Martha Chase tiến hành vào năm 1952 chứng minh khi thực khuẩn thể xâm nhập vào tế bào vi khuẩn thì chỉ có DNA được đưa vào trong tế bào vi khuẩn còn protein của thực khuẩn thể vẫn nằm bên ngoài tế bào vi khuẩn. Ngày nay người ta đã khẳng định ở đâu có DNA (một ít trường hợp là RNA) thì ở đó chứa gen mang thông tin di truyền qui định và có thể tạo thành tính trạng.

Thí nghiệm của Hershey và Chase (1953) Cấu trúc và chu trình sống của phage T2

1. AXIT NUCLEIC 1.1. Cấu trúc axit Nucleic: Axit Nucleic là vật chất mang thông tin di truyền, có cấu tạo là một polymer với monomer là các nucleotit. Axit Nucleic gồm hai loại là ARN và ADN. Nucleotit:Là cấu trúc cơ bản của axit Nucleic. Một Nucleotit gồm 3 thành phần: Nhóm photphat Đường pentô (5C) Bazơ nitơ.

1. AXIT NUCLEIC Bazơ nitơ gồm hai nhóm: Nhóm Purin: gồm Adenine (A), Guanine (G) Nhóm Pyrimidin: gồm Thymine (T), Cytosine (C) và Uracil (U) Các Nucleotit khác nhau chỉ khác nhau ở nhóm bazơ nitơ, do đó có 5 loại Nucleotit sẽ mang tên của 5 loại bazơ nitơ Trong phân tử axit Nucleic, các Nucleotit nằm kề nhau liên kết với nhau bằng liên kết photphodiester tạo thành chuỗi dài. Trình tự chính xác của các bazơ trong ADN và ARN đặc trưng cho thông tin di truyền của tế bào và cơ thể.

Bazơ nitơ:

1. AXIT NUCLEIC 1.2. ADN (Axit Deoxyribonucleic) Cấu trúc: Ptử ADN là một chuỗi xoắn kép, gồm hai sợi đơn. Mỗi sợi đơn là một chuỗi nucleotit. Có 4 loại Nucleotit: A, T, G, C. Hai sợi đơn lk với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên tắc bổ sung: A – T =2 lk H2, G - C = 3 lk H2. Mỗi sợi đơn có một trình tự định hướng: một đầu 5’ mang nhóm photphat tự do, một đầu 3’ mang nhóm OH tự do (quy ước là 5’ ->3’). Hai sợi đơnhướng đối song song và ngược chiều nhau. Mỗi mạch đơn (ssDNA) mang trình tự các bazơ khác nhau-> mang thông tin di truyền khác nhau

Chuỗi xoắn kép DNA

AXIT NUCLEIC 1.2. ADN (Axit Deoxyribonucleic) Đặc tính của DNA Biến tính: là khả năng sợi kép DNA trong điều kiện nhiệt độ cao gần điểm sôi hoặc pH < 3 hay trên 10 có thể sẽ tách rời thành 2 sợi đơn Hồi tính: Sau khi DNA bị biến tính, nếu điều kiện trên quay lại trạng thái ban đầu một cách từ từ thì 2 sợi đơn này lại có thể ghép bổ sung thành sợi kép ban đầu (hồi tính) Ứng dụng:lai DNA và PCR.

1. AXIT NUCLEIC 1.2. ADN (Axit Deoxyribonucleic) Cấu trúc ADN của sinh vật Eucaryota: Dạng mạch thẳng (Prokaryota: mạch vòng) ADN kết hợp chặt chẽ với Pr histone. Nén chặt trong nhân ở nhiếu mức độ: nucleosome -> NST ADN gồm những trình tự mã hóa (exon) xen kẽ với những TT ko mã hóa (intron). Tùy mức độ hiện diện trong nhân -. Chia 3 loại Các TT lặp lại nhiều lần: chiếm 10-15% genome. Là những TT AND ngắn (10-200kb), ko mã hóa, tập trung ở những vùng chuyên biệt/NST (tâm động, đầu mút NST) Các TT lặp lại TB: 25-40%, là những đoạn AND có kt lớn hơn (100-1000kb). Không mã hóa hoặc mã hóa cho rARN, tARN, 5SARN Các TT duy nhất: là các gen mã hóa cho các Protein, có TT đặc trưng cho từng gen

AXIT NUCLEIC 1.2. ADN (Axit Deoxyribonucleic) Vai trò của ADN: ADN là nơi lưu trư các thông tin di truyền, tham gia vào cấu trúc nhiễm sắc thể. Có khả năng truyền đạt thông tin di truyền cho thế hệ sau thông qua sự sao chép (tái bản) và phân ly trong phân bào. Có khả năng phiên mã tạo ra các phân tử ARN, từ đó dịch mã để tạo nên các Protein đặc thù và tạo nên tính đa dạng của sinh vật.

Cấu trúc NST:

1.3. ARN (Axit Ribonucleic) Phân tử ARN có cấu trúc tương tự như ADN, nhưng khác biệt với ADN ở 3 điểm Phân tử ARN là một chuỗi đơn Đường pentose của phân tử ARN là đường ribose Thymin được thay bằng uracil trong phân tử ARN. Các loại ARN: mARN, tARN, rARN

1.3.1. ARN thông tin (mARN) Chiếm 2 – 5%/tổng lượng ARN trong TB Là bản sao TT của gen. Có vai trò trung tâm chuyển TTDT mã hóa trên phân tử ADN đến bộ máy giải mã để tổng hợp Pr tương ứng. Kích thước sợi mARN thường dài, từ 900 – 1200 Nucleotit Thời gian tồn tại trong tế bào rất ngắn

1.3.1. ARN thông tin (mARN) SV nhân sơ: mARN là bản sao nguyên vẹn của gen, sau phiên mã được sd ngay làm khuôn để dịch mã tổng hợp Pr. SV nhân chuẩn: mARN sau phiên mã từ gen trong nhân phải trải qua 1 quá trình hoàn thiện trước khi ra tế bào chất tham gia vào dịch mã: gắn mũ m7G vào đầu 5’, đuôi poly A vào đầu 3’ và ghép nối các đoạn mã hóa với nhau

1.3.2. ARN vận chuyển (tARN) Chiếm 10-15%/tổng ARN trong TB Là 1 mạch polynucleotit ngắn, khoảng 75-95 Nucleotit Cấu trúc dạng lá trẽ 3-4 nhánh (do sợi đơn tự cuộn xoắn) Một nhánh tiếp nhận aa: đầu tận cùng là CCA. Enzym Aminoacyl-tARN synthetaza xúc tác gắn chính xác từng loại aa vào ptử tARn tương ứng.

1.3.2. ARN vận chuyển (tARN) Nhánh đối mã (anticodon): mang bộ ba đối mã phù hợp với bộ 3 mã hóa trên mARN. Một hoặc hai nhánh phụ: làm tăng tính ổn định của mARN Vai trò: Vận chuyển aa đến bộ máy giải mã để tổng hợp Pro theo mã trên mARN tương ứng.

1.2.3. ARN Ribosome (rARN) Là thành phần chính của Rbx, tgia vào QT giải mã Chiếm 80%/tổng số ARN TB, chủ yếu nằm ở TBC. Có cấu trúc mạch đơn với nhiều khúc cuộn, chứa khoảng 100-150 Nucleotit. Theo hệ số lắng chia rARN thành nhiều loại: Eukaryote: 28S, 18S, 5,8S và 5S. Prokaryote: 23S, 16S và 5S Rbx gồm: 1 tiều phần lớn và một tiểu phần nhỏ (Pr + rARN) Nhiều rRNA còn có chức năng xúc tác như enzyme.

rARN) Sơ đồ cấu trúc của ribosom

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần Có hơn 20 loại aa khác nhau Pr có chứa các nguyên tố: C, H, O, N, P, S. Là 1 đại phân tử, đơn phân là các axit amin (aa) Có hơn 20 loại aa khác nhau Cấu tạo của 1 aa: 1 nguyên tử Cacbon ở trung tâm (C) liên kết với: 1ngtử H 1 nhóm amin (-NH2) 1 nhóm cacboxyl (-COOH) 1 gốc R Các axit amin khác nhau bởi gốc bên R -> 4 nhóm aa

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần (tiếp): 4 nhóm aa: Nhóm kiềm: ở pH TB, gốc amin ở nhánh bên bị ion hóa thành NH3+ mang điện tích dương. Nhóm acid: ở pH TB, gốc COOH nhánh bên bị ion hoá sẽ mang điện tích âm Nhóm trung tính kỵ nước: ở nhánh bên sẽ không mang điện tích. Nhóm trung tính phân cực: nhánh bên thường mang nhóm OH.

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần (tiếp): Các aa lk với nhau bằng lk peptit: hình thành do sự kết hợp nhóm amin của một aa nay với nhóm cacboxyl của aa kế tiếp-> giải phóng 1 ptu nước.

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần (tiếp): Peptit: là một chuỗi nối tiếp nhiều aa (< 30aa). Polypeptit: số lượng aa lớn hơn (>= 30 axit amin). Chuỗi polypeptide có 2 aa ở 2 đầu tận cùng: 1 đính nhóm NH2, 1 đính gốc COOH  chiều tổng hợp: đầu N -> đầu C Protein: là 1 đv chức năng, cấu trúc phức tạp trong không gian. Một protein đc ht từ 1 hoặc nhiều nhiều chuỗi polypeptit -> 4 bậc cấu trúc: bậc I, II, III và bậc IV.

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần (tiếp): Các bậc cấu trúc của Protein: Cấu trúc bậc I: là TT sắp xếp của các aa trong chuỗi polypeptid Nối bằng liên kết cộng hóa trị bền vững Quy định tính đặc thù của phân tử protein, đồng thời còn quy định cấu trúc không gian của phân tử protein.

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần (tiếp): Các bậc cấu trúc của Protein: Cấu trúc bậc II: Là sự uốn các phần của từng chuỗi thành cấu trúc đều đặn trong không gian theo kiểu dạng xoắn α hay phiến gấp nếp β. Lk hydro đóng vai trò QT tạo nên cấu trúc bậc hai. Yếu tố nào ảnh hưởng đến cấu trúc bậc hai thì đều ảnh hưởng đến hoạt tính và chức năng của protein. Là dạng trung gian chuyển tiếp để phân tử protein hình thành nên cấu trúc bậc ba phức tạp hơn.

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần (tiếp): Các bậc cấu trúc của Protein: Cấu trúc bậc III: Được ht do các chuỗi polypeptíde cuộn xoắn hay gấp khúc tạo nên ptử có cấu hình không gian ba chiều (cấu hình 3D). Quy định hoạt tính, chức năng của protein. Được tạo nên bởi các liên kết yếu: lk ion, lk kỵ nước, lk disulphit giữa 2 amino acid chứa lưu huỳnh. Khi có tác động của nhiệt độ, pH, hoặc hoá chất độc sẽ dẫn đến làm thay đổi hình thù 3D -> ah đến chức năng, hoặc gây bệnh

2. Protein 2.1. Cấu trúc, thành phần (tiếp): Các bậc cấu trúc của Protein: Cấu trúc bậc IV: Được ht do 2 hoặc nhiều chuỗi polypeptit thành phần tương tác với nhau tạo nên. Hầu hết các Pr chỉ chứa một chuỗi polypeptit, một số ít khác như hemoglobin chứa tới 4 polypeptit. Một polypeptit: 5 - 4000 aa. Trong tế bào, protein luôn được tổng hợp, phân giải

2. Protein 2.2. Vai trò Vai trò xúc tác: Hầu hết các enzim có bc là Pr, xúc tác cho các pư trong TB, có khả năng xúc tác lớn và tính đặc hiệu cao Vai trò cấu trúc: Pr là yếu tố cấu tạo cơ bản của TB và mô: MSC, chất nguyên sinh, collagen, elastin. keratin… Vai trò vận chuyển: vc khí nhờ Hb, vc chất dd nhờ serum albumin co trong máu… Vai trò vận động: actin và myosin là Pr vận động cơ, tubulin là thành phần của thoi vô sắc, vận động lông, roi… Vai trò bảo vệ: kháng nguyên – có vai trò bảo vệ lớn trong phản ứng miễn dịch, một số làm đông máu: thrombin, fibrinogen. Vai trò dự trữ: ovalbum (lòng trắng trứng) cung cấp Nitơ cho phôi, casein (sữa), Pr trong hạt – cc N cho hạt nảy mầm. Vai trò như các chất có hoạt tính sinh học cao: insulin – đk lượng đường trong máu, các Pr điều hòa hđ của gen…

3. Lipit 3.1. Cấu trúc Thành phần: 3 ngt chính: C, H, O; thêm P, N, không tan trong nước Cấu tạo: Glyxerol liên kết với axit béo = lk este Axit béo: chưa no (chưa bão hòa), no (bão hòa) Axit béo không no dễ bị oxy hóa dẫn đến bị aldehyt hay ôxi hóa. Axit béo no: CH3(CH2)10COOH: lauric acid, CH3(CH2)12COOH: palmitic acid Axit béo không no: CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH: palmitoleic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH: oleic acid.

3.2. Các lipit quan trọng: phospholipit và Steroit Cấu tạo bởi glyxeril, axit béo, axit phosphoric, thường có thêm hợp chất Nitơ. Phân cực: cực ưa nước (chứa nhóm P) + cực kỵ nước (axit béo) → trong môi trường nước xếp thành lớp kép: đầu ưa nước tiếp xúc với môi trường nước, phần kỵ nước hướng vào nhau cấu tạo nên màng sinh chất và màng cơ bản trong tế bào

3.2. Các lipit quan trọng: phospholipit và Steroit Cấu tạo từ alcol vòng (sterol) và axit béo phân tử lớn thường là axit palmitic, axit stearic, axit oleic. Gồm cholesterol, nhiều hormon như testosteron,estrogen… - Ngoài ra còn có những loại lipit khác như lipit có đính thêm thành phần đường gọi là glycolipit

3. Lipit 3.3. Vai trò Có vai trò quan trọng trong cấu trúc màng sinh chất và các màng cơ bản khác trong tế bào Đóng vai trò là chất dinh dưỡng dự trữ như các giọt dầu, giọt mỡ trong tế bào thực vật, động vật Lớp mỡ ngoài vai trò dự trữ còn có vai trò cách nhiệt, làm cho da mềm mại Điều hòa: nhiều hormon trong cơ thể có bản chất là steroit có vai trò điều hòa hoạt động sinh lý của cơ thể như hormon của miền vỏ tuyến trên thận, các hormon sinh dục

4. Polysaccarit 4.1. Cấu trúc Polysaccarit là loại đường đa, phân tử lượng lớn, không có vị ngọt, không tan trong nước. Cấu tạo: monosaccarit (glucose) lk = glycoside: giữa C1 của một phân tử đường với nhóm hydroxyl của phân tử kế tiếp. Những polysaccarit quan trọng trong tế bào đó là: tinh bột, glycogen, chitin, cellulose

4. Polysaccarit 4.1. Cấu trúc Tinh bột Hạt tinh bột, dự trữ Nl, có trong TB thực vật + vi khuẩn. cấu tạo từ α-D-glucose 2 dạng: amylose và amylopectin Amylose gồm những phân tử đường đơn glucose nối với nhau thành mạch thẳng, hình chuỗi dài. Amilopectin: phân nhánh. Công thức chung: (C6H10O5)n

4. Polysaccarit 4.1. Cấu trúc Cellulose Cấu tạo từ β – D – glucose, có ở thành tế bào thực vật

4. Polysaccarit 4.1. Cấu trúc Chitin Cấu tạo tương tự như cellulose: không phân nhánh, nhóm OH được thay bằng -NH-CO-CH3. Vỏ tôm, cua, lớp vỏ cutin của côn trùng, thành tế bào một số loài nấm và tảo lam.

Cấu tạo từ α-D-glucose, phân nhánh 4. Polysaccarit 4.1. Cấu trúc Glycogen Cấu tạo từ α-D-glucose, phân nhánh Có trong tế bào động vật (dự trữ trong gan) và tảo lam.

4. Polysaccarit 4.2. Vai trò Dự trữ chất dinh dưỡng: glycogen là nguồn dự trữ của tế bào động vật còn tinh bột là nguồn dự trữ của tế bào thực vật Cấu trúc tế bào: xenlulose là thành phần qua trọng của vách tế bào thực vật