Bài giảng Sinh học phần tử - Chương 2: Cấu trúc và chức năng các đại phân tử sinh học - Nguyễn Hữu Trí

124/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí1
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.
224/03/2016 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 
- Dạng đơn phân chứa 4 – 7 C là phổ biến nhất trong tế bào
- Đơn phân thường có sườn cấu trúc chung, khác nhau ở các nhóm thế và vị trí
không gian của nhóm OH- trong mạch carbon
3Glucose
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
424/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí7
- Liên kết giữa các đơn phân là liên kết glycoside
- Các polysaccharide khác nhau do khác hướng liên kết glycoside (,
), khác đơn phân, khác tổ hợp các loại đơn phân
- Các polysaccharide quan trọng cellulose, glycogen, tinh bột, 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
524/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí9
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
khơng phân nhánh.
OH
OH
O
O
OH
Phân tử
Cellulose
Polysaccharide
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí10
 Chitin, một polysaccharide quan trọng khác
– Được tìm thấy ở bộ xương ngồi của động vật chân đốt.
– Cĩ 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 cĩ 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 ngồi của
động vật chân đốt, giáp xác, nhện, cũng như là
vách 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
Thành phần quan trọng của màng
Lipid đơn giản: triglyceride
Lipid phức tạp: có chứa P, N, S, 
các nhóm đường, ethanol amine, serine, choline
Phospholipid quan trọng trong cấu trúc màng.
Steroid, sáp
Lipid
Chất béo bão hịa
Stearic acid
Chất béo chưa bão hịa Cầu nối đơi
Oleic acid
7Acid béo bão hịa vs chưa bão hịa
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 đuơi 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 đơi phospholipid
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí15
Màng tế bào
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí16
9Sự 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 ngồi ở thực vật
hoặc bao bọc ở động vật.
10
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí19
- Cấu tạo bởi chuỗi các amino acid nối với nhau bằng liên kết peptide
- Hai mươi amino acid khác nhau về tính chất hóa học của các nhánh
bên trong phân tử
- Đặc tính rất đa dạng của các protein do trình tự amino acid
Protein
+H3N
Amino end
Amino acid
subunits
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
+
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
Khơng 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
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
2
CH
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
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí23
Protein
- Phân tử protein cĩ bốn cấp độ cấu trúc:
+ Cấu trúc bậc một là trình tự các amino acid
+ Cấu trúc bậc hai do sự hình thành các vịng 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 khơng
cộng hĩa trị hoặc cộng hĩa 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 |
Tĩc thẳng Xoăn tự nhiên
Chức năng của Protein
1. Cấu trúc (structure): Bao gồm keratin (protein trong tĩc và mĩng) và collagen
(protein trong mơ liên kết). Duy trì các cấu trúc cơ quan.
2. Xúc tác (catalysis): Các enzyme xúc tác các phản ứng hố học chuyên biệt với
tốc độ nhanh gấp nhiều lần bình thường.
3. Bảo vệ (protection): Các kháng thể (antibody) cĩ 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 hịa lượng đường trong
máu.
7. Điều hịa (regulation): các protein tham gia vào việc điều hịa biểu hiện của
gene thơng qua việc cho phép phiên mã (ON) hay khơng phiên mã (OFF) các
gene cấu trúc, hoặc hoạt hĩa 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
+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
ProPheHisGluHis
Ala
Glu
Val
ValPheThrAla
Asn
Asp
Ser
GlyPro
Arg
Arg
Tyr
Thr
lle
Ala
Ala
Leu
Leu
Ser
ProTyrSer
TyrSer
Thr
Thr
Ala
Val
Val
Thr
AsnPro
LysGlu
Thr
Lys
Ser
TyrTrpLysAlaLeu
GluLle Asp
Cấu trúc bậc 1
14
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí27
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
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí28
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 hĩa 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 và RNA
- Được tạo thành từ các đơn phân nucleotide.
- Một phân tử nucleotide gồm đường, phosphate và base nitric
- DNA và RNA khác nhau ở thành phần đường trong nucleotide
Nucleic acid
Nitrogenous
base
Nucleoside
O
O
O

O P CH2
5’C
3’C
Phosphate
group Pentose
sugar
Nucleotide
O
16
Nicotine adenine dinucleotide
NAD
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 31
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 32
- Liên kết cộng hóa trị giữa các
nhóm đường và phosphate của hai
nucleotide kề nhau tạo thành
khung đường phosphate
- Trình tự các base (A, T, G, C, U)
trong bộ khung quyết định đặc
trưng của phân tử nucleic acid
- DNA có cấu trúc mạch đôi gắn với
nhau bằng liên kết hydrogen giữa
A - T và G - C. Hai mạch có trình
tự bổ sung cho nhau.
- RNA chỉ có mạch đơn
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
– Nhĩm phosphat
– Một base (A,C,G,T)
 DNA luơn luơn được tổng hợp theo
chiều 5’ P - 3’ OH trong quá trình sao
chép
5’ ATTTAGGCC 3’
3’ TAAATCCGG 5’
Chức năng của các Nucleotide
 Monomer cho các Nucleic Acid
 Vận chuyển năng lượng hĩa học từ một phân tử đến
phân 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 37
Nhiễm 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 nhiều
lượng amino acid arginine và lysine, do đĩ histone liên kết chặt với
DNA 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 chọn lọc đồng phân quang học
trong hệ thống sống
- Đồng phân quang học (đồng phân lập thể, stereoisomer): hiện diện ở
phân tử có nguyên tử C chứa bốn nhóm thế khác nhau; là ảnh qua 
gương của nhau
- Đồng phân D của đường, đồng phân L của amino acid chiếm ưu thế
trong hệ thống sống
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí44
Các liên kết hóa học trong hệ thống sinh học
Liên kết cộng hĩa trị
Liên kết hydrogen 
Tương tác kỵ nước
Lực Van der Waals
23
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí45
Hydrogen atoms (2 H)
Hydrogen
molecule (H2)
+ +
+ +
+ +
Liên kết cộng hĩa trị
Được tạo ra do gĩp 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)
O
H
H
d +
d –
N
H
H H
d+ d+
Liên kết hydrogen cĩ xu hướng hình thành giữa các
nguyên tử cĩ điện âm với nguyên tử Hydro gắn với
Oxygen 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 giữa
các đám mây điện tử.
25
24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí49
Tương tác kỵ nước
Xảy ra giữa các nhĩm của những phân tử khơng phân
cực. Chúng cĩ xu hướng xếp kề nhau và khơng tan
trong nước.