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

Nội dung text: Bài giảng Sinh học phân tử - Chương 2: Cấu trúc và chức năng các đại phân tử sinh học

1. Chương 2 Cấu trúc và chức năng các Đại phân tử Sinh học 24/03/2016 2:55:03 SA 1 Nguyễn Hữu Trí 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. 1
2. Các đại phân tử sinh học quan trọng o Protein (55%) o Nucleic acid (23,6%) DNA 3,1%; RNA 20,5%) o Lipid (9,1%) o Polysaccharide (5%) 24/03/2016 2:55:03 SA 3 Nguyễn Hữu Trí 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 24/03/2016 2:55:03 SA 4 Nguyễn Hữu Trí 2
3. Glucose Glucose, một monosaccharide, dễ dàng chuyển đổi giữa 3 dạng đồng phân. 24/03/2016 2:55:03 SA 5 Nguyễn Hữu Trí Monosaccharide 24/03/2016 2:55:03 SA 6 Nguyễn Hữu Trí 3
4. Polysaccharide - 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. 24/03/2016 2:55:03 SA 7 Nguyễn Hữu Trí Polysaccharide Lạp thể Tinh bột Ti thể Hạt glycogen 0.5 m 1 m Glycogen Amylose Amylopectin 24/03/2016 2:55:03 SA 8 Nguyễn Hữu Trí 4
5. Polysaccharide Khoảng 80 phân tử Sợi cellulose trong cellulose liên vách tế bào Vi sợi kết để hình Vách tế bào] thành vi sợi, cấu trúc chính của vách tế bào 0.5 m Tế bào thực vật CH2OH OH CH2OH OH O O O O OH OH OH OH O O O O O O CH2OH OH CH OH H 2 CH2OH OH CH2OH OH Phân tử O O O O OH OH OH OH O O O Cellulose O O O Liên kết giữa hai phân tử CH2OH OH CH OH H 2 cellulose song song là cầu nối CH2OH OH CH2OH OH O O O OH O OH OH OH Một phân tử hydrogen giữa nguyên tử O O O O O O CH OH OH CH OH cellulose là một carbon 3 và 6. H 2 2 polymer -glucose  Glucose monomer khơng phân nhánh. 24/03/2016 2:55:03 SA 9 Nguyễn Hữu Trí Polysaccharide  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 CH2O H H O OH H OH H OH H H NH C O CH3 24/03/2016 2:55:03 SA 10 Nguyễn Hữu Trí 5
6. Chức 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 11 Nguyễn Hữu Trí Lipid Thành phần quan trọng của màng Stearic acid Lipid đơn giản: triglyceride Lipid phức tạp: có chứa P, N, S, Chất béo bão hịa các nhóm đường, ethanol amine, serine, choline Phospholipid quan trọng trong cấu trúc màng. Steroid, sáp Oleic acid Chất béo chưa bão hịa Cầu nối đơi 24/03/2016 2:55:03 SA 12 Nguyễn Hữu Trí 6
7. Acid béo bão hịa vs chưa bão hịa 24/03/2016 2:55:03 SA 13 Nguyễn Hữu Trí Lipid Cấu trúc Phospholipid Gồm một đầu ưa nước và đuơi kị nước CH2 + N(CH3)3 Choline CH2 O Phosphate O P O– O CH CH 2 CH2 Glycerol O O C O C O Acid béo Hydrophilic head Hydrophobic tails (a) Structural formula (b) Space-filling model (c) Phospholipid symbol 24/03/2016 2:55:03 SA 14 Nguyễn Hữu Trí 7
8. Màng đơi phospholipid 24/03/2016 2:55:03 SA 15 Nguyễn Hữu Trí Màng tế bào 24/03/2016 2:55:03 SA 16 Nguyễn Hữu Trí 8
9. Sự di chuyển qua màng 24/03/2016 2:55:03 SA 17 Nguyễn Hữu Trí Lipid  Steroid, cholesterol – Được tìm thấy trên màng tế bào H3C CH3 – Là tiền chất của một vài loại hormones CH3 CH3 CH3  Sáp HO – Là loại lipid tìm thấy trong vỏ bao bên ngồi ở thực vật hoặc bao bọc ở động vật. 24/03/2016 2:55:03 SA 18 Nguyễn Hữu Trí 9
10. Protein - 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 + H3N Amino end Amino acid subunits pleated sheet 24/03/2016 2:55:03 SA 19 Nguyễn Hữu Trí 24/03/2016 2:55:03 SA 20 Nguyễn Hữu Trí 10
11. Amino acid CH3 CH3 CH3 CH CH2 CH3 CH3 H CH3 CH CH H C CH O O 3 O 2 O 3 O + H N+ + + + H3N C C 3 C C H3N C C H3N C C H3N C C O– O– O– O– O– H H H H H Glycine (Gly) Alanine (Ala) Valine (Val) Leucine (Leu) Isoleucine (Ile) Khơng phân cực CH3 CH2 S H C CH NH 2 2 O CH2 H2N C C CH CH O– 2 O 2 CH2 O O H H N+ + + 3 C C H3N C C H3N C C O– O– O– H H H Methionine (Met) Phenylalanine (Phe) Tryptophan (Trp) Proline (Pro) 24/03/2016 2:55:03 SA 21 Nguyễn Hữu Trí Amino acid OH NH2 O C NH2 O OH SH C CH Phân cực OH CH3 2 CH CH CH CH CH O O 2 O CH2 O 2 O 2 O H N 2 H N H N H N H N 3 3 C 3 H3N 3 C C 3 C C + C C + C + C C + C C + + O– O– O– O– O– O– H H H H H H Cysteine Tyrosine Asparagine Glutamine Serine (Ser) Threonine (Thr) (Cys) (Tyr) (Asn) (Gln) Acidic Basic NH + NH + –O O O– O 3 2 NH CH + C C C NH2 2 NH CH CH Tích điện CH CH CH O 2 O H N 2 CH2 CH CH2 H N 2 3 C C 3 C C + O 2 + – 2 CH 2 – O H3N CH O + C C H H 2 O O– H N CH2 3 C C H + O – 2 O H3N H + C C O– H Aspartic acid Glutamic acid Lysine (Lys) Arginine (Arg) Histidine (His) (Asp) (Glu) 24/03/2016 2:55:03 SA 22 Nguyễn Hữu Trí 11
12. 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 24/03/2016 2:55:03 SA 23 Nguyễn Hữu Trí 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. 12
13. 24/03/2016 2:55:03 SA 25 Nguyễn Hữu Trí Cấu trúc bậc 1 GlyProThr Gly +H N Thr 3 Gly Amino acid Glu Amino Seu ProCysLys Leu subunits Met end Val Lys Val Leu Asp Ala Arg Val Gly Ser Pro Ala Glu Lle Asp Thr Lys Ser Lys TrpTyr LeuAla Gly lle Ser Pro PheHis GluHis Ala Glu Val AlaThrPheVal Asn lle Thr Asp Tyr Ala Arg Ser Arg Ala GlyPro Leu Leu Ser Pro SerTyr Ser Tyr Thr Thr Ala Val o Val LysGlu c Thr AsnPro o– Carboxyl end 24/03/2016 2:55:03 SA 26 Nguyễn Hữu Trí 13
14. Tấm  H H O H O H O H H O H H R R R Amino acid C C N C C N C C N C C N N N C N C N C R C C R C R C R C C Cấu trúc bậc 2 H H H O H O H O H H O R R R R O O C H C H O C H O C H H H H N C N H C N C H C N C N H C N C N H C N H H H H C O C O C O C O C R R R R H R H C C N H O C N H O C H N N H O C O C Xoắn H H C R C H C R H R C R N H N H O C O C O C N H O C N H C C R R 24/03/2016 2:55:03 SA 27 Nguyễn Hữu Trí Cấu trúc bậc 3 Tương tác kỵ nước và CH CHCH2 van der Waals 2 H C O 3 CH3 Liên kết H H3C CH3 Polypeptide hydrogen O CH backbone HO C CH2 CH2 S S CH2 Cầu disulfide O + - CH2 NH3 O C CH2 Liên kết Ion 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. 24/03/2016 2:55:03 SA 28 Nguyễn Hữu Trí 14
15. 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 29 Nguyễn Hữu Trí Nucleic acid - 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 Nucleoside Nitrogenous base O 5’C O O CH P 2 O O Phosphate 3’C group Pentose sugar Nucleotide 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 30 15
16. Nicotine adenine dinucleotide NAD 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 31 Nucleic acid - 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 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 32 16
17. 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’ 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 33 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). 17
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 18
19. Nhiễm Sắc Thể: Nơi chứa phân tử DNA 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 37 Cấu trúc nhiễm sắc thể 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 38 19
20. Cấu trúc nhiễm sắc thể 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. 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 39 Bộ NST người (2n = 46) 24/03/2016 2:55:03 SA Nguyễn Hữu Trí 40 20
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 21
22. 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 43 Nguyễn Hữu Trí 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 24/03/2016 2:55:03 SA 44 Nguyễn Hữu Trí 22
23. Liên kết cộng hĩa trị Được tạo ra do gĩp chung điện tử giữa các nguyên tử Hydrogen atoms (2 H) + + + + + + Hydrogen molecule (H ) 24/03/2016 2:55:03 SA 45 2 Nguyễn Hữu Trí Liên kết hydrogen Liên kết hydrogen cĩ xu hướng hình thành giữa các nguyên tử cĩ điện âm với nguyên tử Hydro gắn với Oxygen hay Nitrogen d – d + Water H (H2O) O H d + d – Ammonia N (NH3) H H d+ H d+ 24/03/2016 2:55:03 SA d + 46 Nguyễn Hữu Trí 23
24. Liên kết hydro 24/03/2016 2:55:03 SA 47 Nguyễn Hữu Trí Liên kết Van der Waals Xảy ra khi các phân tử gần kề nhau do tương tác giữa các đám mây điện tử. 24/03/2016 2:55:03 SA 48 Nguyễn Hữu Trí 24
25. 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. 24/03/2016 2:55:03 SA 49 Nguyễn Hữu Trí 25