Bài giảng Hóa Sinh - Chương I: Thành phần hóa học của cơ thể và tính chất của các phân tử tham gia vào quá trình sinh hóa

CHƯƠNG I : THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CƠ THỂ VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC PHÂN TỬ THAM GIA VÀO QUÁ TRÌNH SINH HÓA1.1. NGUỒN GỐC CỦA CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC HỮU CƠ 1.2. THÀNH PHẦN CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỬ THAM GIA CẤU TẠO PHÂN TỬ HỢP CHẤT SINH HỌC HỮU CƠ 1.3. SỰ HÌNH THÀNH CÁC PHÂN TỬ HỢP CHẤT SINH HỌC HỮU CƠ – CÁC DẠNG LIÊN KẾT TRONG PHÂN TỬ 1.4. SỰ PHÙ HỢP GiỮA CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC HỮU CƠ Những đặc trưng cơ bản của cơ thể sống- Sự phức tạp và có tổ chức cao. Mỗi hợp chất hữu cơ tham gia vào cơ thể sống đều đảm nhận chức năng nhất định. - Khả năng trao đổi chất và năng lượng với môi trường xung quanh và chuyển hoá chúng thành các dạng năng lượng khác ( cơ năng, điện năng...) .- Khả năng vận động, cảm ứng và sinh sản. 1.1. NGUỒN GỐC CỦA CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC HỮU CƠ 	Những phân tử sinh học hữu cơ nguyên thuỷ được hình thành một cách tự nhiên do sự tương tác của các hợp chất vô cơ dưới tác động của các bức xạ và phóng điện trong không khí. Các quá trình này đã tạo ra một lượng khá lớn các hợp chất hữu cơ đơn giản, từ đó quá trình tiến hoá đã chọn lọc, xuất hiện dạng tương tác đặc trưng để hình thành nên các cơ thể sống. 	Dạng tương tác đặc trưng của cơ thể sống đó là tương tác giữa Axit nucleic và Protit Tiến hóa tiền sinh học 4 tỷ năm cách đây các phân tử vô cơ trên quả đất phản ứng với nhau để hình thành các hợp chất hữu cơ - Thực nghiệm cho thấy có thể tạo ra các phân tử đường, lipit, acid amin và nucleotit bằng cách sử dụng tia lửa điện, ánh sáng và nhiệt độ Trộn NH3, CH4,H2 và H2O ở 800C1.2. THÀNH PHẦN CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC NGUYÊN TỬ THAM GIA CẤU TẠO PHÂN TỬ HỢP CHẤT SINH HỌC HỮU CƠTrong hơn 100 nguyên tố hoá học có hơn 20 nguyên tố tham gia vào thành phần cấu tạo cơ thể sống, trong đó chiếm chủ yếu là các nguyên tố cacbon (C), hydro (H), oxy (O) và nitơ (N). Tổng số lượng các nguyên tố này chiếm tới 99% khối lượng chung của tế bào sống. Các nguyên tố tham gia cấu tạo cơ thể sống được chia thành 3 nhóm: nhóm các nguyên tố cơ bản, các nguyên tố vi lượng và các nguyên tố siêu vi lượng Các nguyên tố C, H, O, N, P và S được sử dụng nhiều nhất trong cơ thể sống đều có một đặc tính chung là chúng đều tạo ra các mối liên kết đồng hoá trị bằng cách ghép đôi các điện tử. Ví dụ : H nhận 1 điện tử, O nhận 2 điện tử, N nhận 3 điện tử, C nhận 4 điện tử, P nhận 5 điện tử và S nhận 6 điện tử.	Trong các nguyên tố trên, nguyên tố Cacbon tạo ra những mối liên kết bền vững nhất trong các phân tử sinh học hữu cơ. Các nguyên tử cacbon liên kết đồng hoá trị với nhau tạo nên bộ khung của hầu hết các hợp chất hữu cơ có trong cơ thể sống. Chính vì vậy người ta gọi hợp chất hữu cơ là hợp chất của cacbon 1.3. SỰ HÌNH THÀNH CÁC PHÂN TỬ HỢP CHẤT SINH HỌC HỮU CƠ – CÁC DẠNG LIÊN KẾT Các nguyên tử có trong các hợp chất hữu cơ kết hợp với nhau nhờ mối liên kết hoá học, độ bền vững của các liên kết phụ thuộc vào khoảng cách giữa các hạt nhân của các nguyên tử tương tác. 	Các liên kết được hình thành có một năng lượng gọi là năng lượng liên kết. Năng lượng liên kết là lượng năng lượng cần thiết để phá vỡ các mối liên kết giữa các nguyên tử. Ngoài ra còn có góc liên kết giữa các nguyên tử, qua đó có thể xác định hình dạng của các phân tử. Ví dụ : Trong phân tử metan (CH4) các phân tử được xắp xếp như sau : nguyên tử cacbon nằm ở vị trí trung tâm của tứ diện, còn 4 nguyên tử hydro nằm ở 4 đỉnh của tứ diện. Cấu trúc tứ diện của nguyên tử cacbon gây ra hiện tượng không đối xứng ở nhiều phân tử chất sinh học hữu cơ.Ngoài ra còn có các liên kết khácLiên kết ion. Trong liên kết ion điện tử của nguyên tử này có thể chuyển đến nguyên tử cùng liên kết với nó . Ví dụ : Trong phân tử Clorua Natri (NaCl), Na có 11 điện tử sẽ cho 1 điện tử (electron) để trở thành ion dương, còn Clo sẽ nhận 1 điện tử để thành ion âm. Liên kết hydro : Là những mối liên kết điện tích giữa Hydro và Nitơ hay hydro và Oxy của các phân tử hợp chất sinh học hữu cơ. Các hạt nhân nguyên tử hydro tích điện dương sẽ liên kết với nguyên tử của nhóm bên cạnh mang điện tích âm bằng mối tương tác điện khá mạnh. Tương tác Vandơvan : Xuất hiện giữa các phân tử phân cực. Lực tương tác này tạo nên sự hydrat hoá - đó là tạo ra các màng nước bao quanh các phân tử tích điện của hợp chất sinh học hữu cơ. Cấu tạo nguyên tử Natri và Clo11+17+Click để xem hoạt ảnh11+ and 10- = 1+Na+17+ and 18- = 1-Cl-Click để xem ví dụ khác+-Magiê and Oxy12+8+Click để xem hoạt ảnh 12+ và 10- = 2+Mg2+8+ và 10- = 2-O2-2+2-Click để xem ví dụ khácMagiê và ChloClick để xem hoạt ảnh17+ và18- = 1-Cl-17+ và 18- = 1-Cl-12+ và 10- = 2+Mg2+17+12+17+Click để lựa chọn liên kết--2+Liên kết ionIon Magiê (Mg2+)Các ví dụ về liên kết ionCác nguyên tử kim loại cho đi 2 electron có thể hình thành nên các liên kết ion với những nguyên tử phi kim loại cần có thêm 1 electron nữa để điền đầy lớp năng lượng ngoài cùng của chúng:Ví dụ, Magiê phản ứng với Flo hình thành Magiê florua:Magiê nguyên tử (Mg)2 ion florua (F-)2 nguyên tử Flo (F)Công thức của Magiê florua là MgF2 Ion Magiê (Mg2+)Các ví dụ về liên kết ionCác nguyên tử kim loại có khả năng cho đi 2 electron để hình thành những liên kết ion với các nguyên tử phi kim loại cần thêm 2 electron nữa để điền đầy lớp vỏ năng lượng ngoài cùng của chúng:Ví dụ.Magiê phản ứng với Oxy tạo thành Magiê oxit:Magiê Nguyên tử (Mg) oxit ion (O2-) Oxy nguyên tử (O)Cho nên công thức của Magiê oxít là MgOLiên kết hydro giữa các phân tử nướcLIÊN KẾT HYDROLiên kết Van der Waals1.4. SỰ PHÙ HỢP GiỮA CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC HỮU CƠ Axit nucleic có chức năng lưu giữ và truyền thông tin di truyền cần thiết cho quá trình tổng hợp protit và các chất khác. Protit có chức năng xúc tác cho tất cả các phản ứng trong cơ thể, tham gia vào các cấu trúc của tế bào và đảm nhiệm nhiều chức năng sinh học khác. Gluxit thực hiện hai chưc năng chính là cung cấp năng lượng và tham gia cấu tạo màng tế bào. Lipit là thành phần cấu tạo chính của màng và dạng năng lượng dự trữ cơ bản. 	Để thực hiện các chức năng sinh học đặc thù của mình, các phân tử sinh học hữu cơ phải có hoạt tính hoá học cao, có tính ổn định và khả năng hoà tan tốt trong môi trường nước. Cấu tạo một số chất Axit aminRCHCOO-NH2a-amino acidGlyAlaValLeuIleProPheTyrTrpCysMetAlkyl groupAromatic groupThiol groupAxit aminLysArgHisSerThrAspGluAsnGlnNitrogen groupHydroxyl groupCarboxyl group