Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 2: Cấu trúc và chức năng các Đại phân tử Sinh học

118/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn1 Chương 2 Cấu trúc và chức năng các Đại 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 tử lớn chứa nhiều đơn vị (monomer) nhỏ liên kết với nhau. 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn2 218/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn3 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 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn4 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 trí khoâng gian cuûa nhoùm OH- trong maïch carbon 3Glucose 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn5 Glucose, một monosaccharide, dễ dàng chuyển đổi giữa 3 dạng đồng phân. Monosaccharide 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn6 418/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn7 - 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 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn8 Ti thể Hạt glycogen 0.5 m Glycogen Lạp thể Tinh bột Amylose Amylopectin 1 m Polysaccharide 518/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn9 Tế bào thực vật 0.5 m Vách tế bào] Sợi cellulose trong vách tế bào Vi sợi CH2OH CH2OH OH O H O O OH O CH2OH O O OH O CH2OH OH OH OH O O CH2OH O O O H CH2OH O O O H O O CH2OHOH CH2OHOH O OH OH OH OH O OH OH CH2OH CH2OH OH O OH CH2OH O O OH CH2OH OH  Glucose monomer O O O O O O Liên kết giữa hai phân tử cellulose song song là cầu nối hydrogen giữa nguyên tử carbon 3 và 6. Khoảng 80 phân tử cellulose liên kết để hình thành vi sợi, cấu trúc chính của vách tế bào Một phân tử cellulose là một polymer -glucose không phân nhánh. OH OH O O OH Phân tử Cellulose Polysaccharide 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn10  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 CH2O H OH H H OH H NH C CH3 O H H OH Polysaccharide 6Chức năng của Polysaccharide  Polysaccharide có 2 chức năng chính: 1. Dự trữ năng lượng: tinh bột là chất dự trữ năng lượng chính ở thực vật trong khi ở động vật là glycogen 2. Cấu trúc: cellulose, thành phần chính của vách tế bào thực vật, là polymer dồi dào nhất trên trái đất. Chitin, là polymer dồi dào thứ hai trên trái đất, là thành phần cấu tạo nên lớp vỏ ngoài của động vật chân đốt, giáp xác, nhện, cũng như là vách tế bào của một số loại nấm 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn11 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn12 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 7Acid béo bão hòa vs chưa bão hòa 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn13 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn14 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 Hydrophilic head Hydrophobic tails – CH2 Choline + N(CH3)3 Lipid 8Màng đôi phospholipid 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn15 Màng tế bào 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn16 9Sự di chuyển qua màng 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn17 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn18 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 vật hoặc bao bọc ở động vật. 10 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn19 - 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 nhaùnh beân trong phaân töû - Ñaëc tính raát ña daïng cuûa caùc protein do trình töï amino acid Protein +H3N Amino end Amino acid subunits pleated sheet 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn20 11 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn21 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 + CH3 CH3 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 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn22 O– OH CH 2 C C H H3N + O O– H3N + OH CH3 CH C C H O– 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 C H3N + O O– O Phân cực Tích điện –O O C CH 2 C C H3N + H O O– O– O C CH 2 C C H3N + H O O– CH 2 CH 2CH 2 CH 2 NH3 + CH 2 C C H3N + H O O– NH2 C NH2 + CH 2CH 2CH 2 C C H3N + H O O– CH 2 NH+ NH CH 2 C C H3N + 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 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn23 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 bên trong sợi polypeptide do liên kết hydrogen + Cấu trúc bậc ba là cấu trúc uốn khúc nhiều hơn do các liên kết không cộng 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 Protein 1. 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 với tốc độ nhanh gấp nhiều lần bình thường. 3. Bảo vệ (protection): Các kháng thể (antibody) có khả năng phát hiện và loại bỏ các 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 trong máu. 7. Điều hòa (regulation): các protein tham gia vào việc điều hòa biểu hiện của gene thông qua việc cho phép phiên mã (ON) hay không phiên mã (OFF) các gene cấu trúc, hoặc hoạt hóa hay bất hoạt các enzyme. 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn24 13 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn25 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn26 – Amino acid subunits +H3N Amino end o Carboxyl end o c GlyProThr Gly Thr Gly Glu SeuLysCysPro Leu Met Val Lys Val Leu Asp AlaValArgGly Ser Pro Ala Gly lle Ser ProPheHisGlu His Ala Glu Val ValPheThrAla Asn Asp Ser GlyPro Arg Arg Tyr Thr lle Ala Ala Leu Leu Ser ProTyr Ser TyrSerThr Thr Ala Val Val Thr AsnPro LysGlu Thr Lys Ser TyrTrpLysAlaLeu GluLle Asp Cấu trúc bậc 1 14 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn27 O C Xoắn  Tấm  Amino acid NC H C O C N H C O H R C N H C O H C R N H H R C O R C H N H C O H N C O R C H N H H C R C O C O C N H H R C C O N H H C R C O N H R C H C O N H H C R C O N H R C H C O N H H C R C O N H H C R N H O O C N C R C H O CH R N H O C R C H N H O C H C R N H C C N R H O C H C R N H O C R C H H C R N H C O C N H R C H C O N H C Cấu trúc bậc 2 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn28 Cấu trúc bậc 3 CH2 CH O H O CHO CH2 CH2 NH3 + C-O CH2 O CH2SSCH2 CH CH3 CH3 H3C H3C Tương tác kỵ nước và van der Waals Polypeptide backbone Liên kết hydrogen Liên kết Ion CH2 Cầu disulfide Liên kết yếu: Liên kết hydrogen giữa 2 cực của chuỗi. Liên kết ionic giữa 2 chuỗi tích điện Liên kết kỵ nước và tương tác van der Waals Liên kết mạnh: Cầu nối disulfide hình thành từ liên kết cộng hóa trị. 15 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn29 Cấu trúc bậc 4 Kết quả của sự tương tác bởi 2 hay nhiều hơn các chuỗi polypeptide Nucleic acid - 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 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn30 Nitrogenous base Nucleoside O O O O P CH2 5’C 3’C Phosphate group Pentose sugar Nucleotide O 16 Nicotine adenine dinucleotide NAD 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn31 Nucleic acid - Lieân keát coäng hoùa trò giöõa caùc nhoùm ñöôøng vaø phosphate cuûa hai nucleotide keà nhau taïo thaønh khung ñöôøng phosphate - Trình töï caùc base (A, T, G, C, U) trong boä khung quyeát ñònh ñaëc tröng cuûa phaân töû nucleic acid - DNA coù caáu truùc maïch ñoâi gaén vôùi nhau baèng lieân keát hydrogen giöõa A - T vaø G - C. Hai maïch coù trình töï boå sung cho nhau. - RNA chæ coù maïch ñôn 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn32 17 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 theo chiều 5’ P - 3’ OH trong quá trình sao chép 5’ ATTTAGGCC 3’ 3’ TAAATCCGG 5’ 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn 33 Chức năng của các Nucleotide  Monomer cho các Nucleic Acid  Vận chuyển năng lượng hóa học từ một phân tử đến phân tử khác (ví dụ ATP). 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn34 18 Nucleoside vs Nucleotide 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn35 DNA của prokaryote 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn36 19 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn37 Nhiễm Sắc Thể: Nơi chứa phân tử DNA Cấu trúc nhiễm sắc thể 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn38 20 Cấu trúc nhiễm sắc thể 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn39 Histone là những protein tích điện tích dương vì chúng chứa nhiều lượng amino acid arginine và lysine, do đó histone liên kết chặt với DNA tích điện âm. Bộ NST người (2n = 46) 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn40 21 Bộ NST người (2n = 46) 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn41 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn42 22 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn43 Tính choïn loïc ñoàng phaân quang hoïc trong heä thoáng soáng - Ñoàng phaân quang hoïc (ñoàng phaân laäp theå, stereoisomer): hieän dieän ôû phaân 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 theá trong heä thoáng soáng 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn44 Caùc lieân keát hoùa hoïc trong heä thoáng sinh hoïc Liên kết cộng hóa trị Liên kết hydrogen Tương tác kỵ nước Lực Van der Waals 23 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn45 Hydrogen atoms (2 H) Hydrogen molecule (H2) + + + + + + Liên kết cộng hóa trị Được tạo ra do góp chung điện tử giữa các nguyên tử 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn46 Liên kết hydrogen d – d + d + Water (H2O) Ammonia (NH3) O H H d + d – N H H H d+ d+ Liên kết hydrogen có xu hướng hình thành giữa các nguyên tử có điện âm với nguyên tử Hydro gắn với Oxygen hay Nitrogen 24 Liên kết hydro 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn47 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn48 Liên kết Van der Waals Xảy ra khi các phân tử gần kề nhau do tương tác giữa các đám mây điện tử. 25 18/05/2020 4:10:46 CH nhtri@hcmuaf.edu.vn49 Tương tác kỵ nước Xảy ra giữa các nhóm của những phân tử không phân cực. Chúng có xu hướng xếp kề nhau và không tan trong nước.