1

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí1

Chương 2

Cấu trúc và chức năng cácĐại phân tử Sinh học

Đại phân tử (Polymer)

Monomer: Mono = một; mer = đơn vị

Đại phân tử là gì?

Poly = nhiều; mer = đơn vị. Một polymer là một phân tửlớn chứa nhiều đơn vị (monomer) nhỏ liên kết với nhau.

2

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí3

o Protein (55%)

o Nucleic acid (23,6%)

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

o Lipid (9,1%)

o Polysaccharide (5%)

Các đại phân tử sinh học quan trọng

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí4

Monosaccharide

- 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 tríkhoâng gian cuûa nhoùm OH- trong maïch carbon

3

Glucose

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí5

Glucose, một monosaccharide, dễ dàng chuyển đổi giữa 3 dạng đồng phân.

Monosaccharide

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí6

4

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí7

- 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.

Polysaccharide

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí8

Ti thể Hạt glycogen

0.5 m

Glycogen

Lạp thể Tinh bột

Amylose Amylopectin

1 m

Polysaccharide

5

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí9

Tế bào thực vật

0.5 m

Vách tế bào]

Sợi cellulose trongvách tế bào

Vi sợi

CH2OH

CH2OH

OH

OH

O

OOH

OCH2OH

O

OOH

OCH2OH OH

OH OHO

O

CH2OH

O

OOH

CH2OH

OO

OH

O

O

CH2OHOH

CH2OHOH

OOH OH OH OH

O

OH OH

CH2OH

CH2OH

OHO

OH CH2OH

O

O

OH CH2OH

OH

Glucose monomer

O

O

O

O

O

O

Liên kết giữa hai phân tửcellulose song song là cầu nốihydrogen giữa nguyên tửcarbon 3 và 6.

Khoảng 80phân tửcellulose liênkết để hìnhthành vi sợi,cấu trúc chínhcủa vách tế bào

Một phân tửcellulose là mộtpolymer -glucosekhông phân nhánh.

OH

OH

O

OOH

Phân tửCellulose

Polysaccharide

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí10

Chitin, một polysaccharide quan trọng khác

– Được tìm thấy ở bộ xương ngoài của động vật chân đốt.

– Có thể được sử dụng như chỉ khâu trong phẫu thuật

O

CH2OH

OHH

H OH

H

NH

C

CH3

O

H

H

OH

Polysaccharide

6

Chức năng của Polysaccharide

Polysaccharide có 2 chức năng chính:

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

2. Cấu trúc: cellulose, thành phần chính của vách tếbào thực vật, là polymer dồi dào nhất trên tráiđất. Chitin, là polymer dồi dào thứ hai trên tráiđất, là thành phần cấu tạo nên lớp vỏ ngoài củađộng vật chân đốt, giáp xác, nhện, cũng như làvách tế bào của một số loại nấm

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí11

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí12

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…

Lipid

Chất béo bão hòa

Stearic acid

Chất béo chưa bão hòa Cầu nối đôi

Oleic acid

7

Acid béo bão hòa vs chưa bão hòa

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí13

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí14

Cấu trúc Phospholipid

Gồm một đầu ưa nước và đuôi kị nước

CH2

O

PO O

O

CH2CHCH2

OO

C O C O

Phosphate

Glycerol

(a) Structural formula (b) Space-filling model

Acid béo

(c) Phospholipid symbol

Hydrophilichead

Hydrophobictails

–

CH2 Choline+N(CH3)3

Lipid

8

Màng đôi phospholipid

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí15

Màng tế bào

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí16

9

Sự di chuyển qua màng

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí17

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí18

HO

CH3

CH3

H3C CH3

CH3

Lipid

Steroid, cholesterol

– Được tìm thấy trên màng tế bào

– Là tiền chất của một vài loại hormones

Sáp

– Là loại lipid tìm thấy trong vỏ bao bên ngoài ở thực vậthoặc bao bọc ở động vật.

10

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí19

- 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 nhaùnhbeân trong phaân töû

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

Protein

+H3NAmino end

Amino acidsubunits

pleated sheet

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí20

11

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí21

O

O–

H

H3N+ C C

O

O–

H

CH3

H3N+ C

H

C

O

O–

CH3 CH3

CH3

C C

O

O–

H

H3N+

CH

CH3

CH2

C

H

H3N+

CH3CH3

CH2

CH

C

H

H3N+ C

CH3

CH2

CH2

CH3N+

H

C

O

O–

CH2

CH3N+

H

C

O

O–

CH2

NH

H

C

O

O–

H3N+ C

CH2

H2C

H2N C

CH2

H

C

Không phân cực

Glycine (Gly) Alanine (Ala) Valine (Val) Leucine (Leu) Isoleucine (Ile)

Methionine (Met) Phenylalanine (Phe)

C

O

O–

Tryptophan (Trp) Proline (Pro)

H3C

S

O

O–

Amino acid

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí22

O–

OH

CH

2

C C

H

H3N+

O

O–

H3N+

OH CH3

CH

C C

HO–

O

SH

CH2

C

H

H3N+ C

O

O–

H3N+ C C

CH2

OH

H H H

H3N+

NH2

CH2

O

C

C C

O

O–

NH2 O

C

CH2

CH2

C CH3N

+

O

O–

O

Phân cực

Tích điện

–O O

C

CH

2

C CH3N

+

H

O

O–

O– O

C

CH

2

C CH3N

+

H

O

O–

CH

2

CH

2CH

2

CH

2

NH3+

CH

2

C CH3N

+

H

O

O–

NH2

C NH2+

CH

2CH

2CH

2

C CH3N

+

H

O

O–

CH

2

NH+

NHCH

2

C CH3N

+

H

O

O–

Serine (Ser) Threonine (Thr)Cysteine

(Cys)

Tyrosine(Tyr)

Asparagine(Asn)

Glutamine(Gln)

Acidic Basic

Aspartic acid (Asp)

Glutamic acid (Glu)

Lysine (Lys) Arginine (Arg) Histidine (His)

Amino acid

12

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí23

Protein- 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 bêntrong sợi polypeptide do liên kết hydrogen

+ Cấu trúc bậc ba là cấu trúc uốn khúc nhiều hơn do các liên kết khôngcộng hóa trị hoặc cộng hóa trị (liên kết –SH)

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

|S|

S|

|S|

S|

| S | S |

| S | S |

| S | S |

Tóc thẳng Xoăn tự nhiên

Chức năng của Protein1. Cấu trúc (structure): Bao gồm keratin (protein trong tóc và móng) và collagen

(protein trong mô liên kết). Duy trì các cấu trúc cơ quan.

2. Xúc tác (catalysis): Các enzyme xúc tác các phản ứng hoá học chuyên biệt vớitốc độ nhanh gấp nhiều lần bình thường.

3. Bảo vệ (protection): Các kháng thể (antibody) có khả năng phát hiện và loại bỏcác yếu tố ngoại lai xâm nhập, báo động hệ miễn nhiểm.

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

5. Vận động (movement): các sợi actin và myosin tìm thấy trong cơ vân.

6. Tính hiệu (signaling): là các hormone như insulin điều hòa lượng đường trongmáu.

7. Điều hòa (regulation): các protein tham gia vào việc điều hòa biểu hiện củagene thông qua việc cho phép phiên mã (ON) hay không phiên mã (OFF) cácgene cấu trúc, hoặc hoạt hóa hay bất hoạt các enzyme.

13

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí25

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí26

–

Amino acid subunits

+H3NAmino

end

o

Carboxyl end

oc

GlyProThr Gly

Thr

Gly

GluSeuLysCysPro

LeuMet

Val

Lys

Val

LeuAsp

AlaValArgGly

SerPro

Ala

Gly

lle

SerProPheHisGluHis

Ala

Glu

ValValPheThrAla

Asn

Asp

SerGlyPro

ArgArg

TyrThr

lle

Ala

Ala

Leu

Leu

SerProTyrSer

TyrSerThr

Thr

Ala

ValVal

ThrAsnPro

LysGlu

Thr

Lys

SerTyrTrpLysAlaLeu

GluLle Asp

Cấu trúc bậc 1

14

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí27

O C Xoắn

Tấm

Amino acidNCH

C

O

C N

H

C

O H

R

C N

H

C

O H

C

R

N

HH

RC

O

R

C

H

N

H

C

O H

NC

O

R

C

H

N

H

H

C

R

C

O

C

O

C

N

HH

R

C

C

O

N

HH

C

R

C

O

N

H

R

C

H C

ON

HH

C

R

C

O

N

H

R

C

H C

O

N

HH

C

R

C

O

N H

H C R

N HO

O C N

C

RC

H O

CHR

N H

O C

RC

H

N H

O CH C R

N H

CC

N

R

H

O C

H C R

N H

O C

RC

H

H

C

R

N

H

C

OC

N

H

R

C

H C

O

N

H

C

Cấu trúc bậc 2

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí28

Cấu trúc bậc 3

CH2CH

OH

O

CHO

CH2

CH2 NH3+ C-O CH2

O

CH2SSCH2

CH

CH3

CH3

H3C

H3C

Tương tác kỵnước vàvan der Waals

Polypeptidebackbone

Liên kếthydrogen

Liên kết Ion

CH2

Cầu disulfide

Liên kết yếu:Liên kết hydrogen giữa 2 cực của chuỗi. Liên kết ionic giữa 2 chuỗi tích điệnLiên kết kỵ nước và tương tác van der Waals

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

15

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí29

Cấu trúc bậc 4

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

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 30

- 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

Nucleic acid

Nitrogenousbase

Nucleoside

O

O

O

O P CH2

5’C

3’CPhosphate

group Pentosesugar

Nucleotide

O

16

Nicotine adenine dinucleotideNAD

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 31

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 32

- Lieân keát coäng hoùa trò giöõa caùcnhoùm ñöôøng vaø phosphate cuûa hainucleotide keà nhau taïo thaønhkhung ñöôøng phosphate

- Trình töï caùc base (A, T, G, C, U)trong boä khung quyeát ñònh ñaëctröng cuûa phaân töû nucleic acid

- DNA coù caáu truùc maïch ñoâi gaén vôùinhau baèng lieân keát hydrogen giöõaA - T vaø G - C. Hai maïch coù trìnhtöï boå sung cho nhau.

- RNA chæ coù maïch ñôn

Nucleic acid

17

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 33

Cấu trúc DNA

DNA là chuỗi xoắn kép cấu tạo gồm– phân tử đường

– Nhóm phosphat

– Một base (A,C,G,T)

DNA luôn luôn được tổng hợp theochiều 5’ P - 3’ OH trong quá trình saochép5’ ATTTAGGCC 3’

3’ TAAATCCGG 5’

Chức năng của các Nucleotide

Monomer cho các Nucleic Acid

Vận chuyển năng lượng hóa học từ một phân tử đếnphân tử khác (ví dụ ATP).

18

Nucleoside vs Nucleotide

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 35

DNA của prokaryote

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 36

19

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 37Nhiễm Sắc Thể: Nơi chứa phân tử DNA

Cấu trúc nhiễm sắc thể

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 38

20

Cấu trúc nhiễm sắc thể

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 39

Histone là những protein tích điện tích dương vì chúng chứa nhiềulượng amino acid arginine và lysine, do đó histone liên kết chặt vớiDNA tích điện âm.

Bộ NST người (2n = 46)

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 40

21

Bộ NST người (2n = 46)

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 41

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 42

22

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí43

Tính choïn loïc ñoàng phaân quang hoïctrong heä thoáng soáng

- Ñoàng phaân quang hoïc (ñoàng phaân laäp theå, stereoisomer): hieän dieän ôûphaân 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 theátrong heä thoáng soáng

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí44

Caùc lieân keát hoùa hoïc trong heä thoáng sinh hoïc

Liên kết cộng hóa trịLiên kết hydrogen Tương tác kỵ nướcLực Van der Waals

23

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí45

Hydrogen atoms (2 H)

Hydrogenmolecule (H2)

+ +

+ +

+ +

Liên kết cộng hóa trị

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

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí46

Liên kết hydrogen

d – d +

d +

Water(H2O)

Ammonia(NH3)

OH

H

d +

d –

N

HH H

d+ d+

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

24

Liên kết hydro

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí47

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí48

Liên kết Van der Waals

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

25

24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí49

Tương tác kỵ nước

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