I. Khái niệm và thành phần cấu tạo của các phân tử sinh học trong tế bào
- Khái niệm: Phân tử sinh học là những phân tử hữu cơ được tổng hợp và tồn tại trong các tế bào sống.
- Các phân tử sinh học chính bao gồm: protein, lipid, carbohydrate, nucleic acid.
- Đặc điểm chung của các phân tử sinh học:
+ Có kích thước và khối lượng phân tử lớn.
+ Thường được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân hợp thành nên được gọi là các polymer.
+ Thành phần hóa học chủ yếu của các phân tử sinh học là các nguyên tử carbon và các nguyên tử hydrogen, chúng liên kết với nhau hình thành nên bộ khung hydrogen đa dạng. Bộ khung hydrogen có khả năng liên kết với các nhóm chức khác nhau tạo ra một số hợp chất với các đặc tính khác nhau.
II. Các phân tử sinh học
1. Carbohydrate – chất đường bột
- Là hợp chất hữu cơ được cấu tạo từ ba nguyên tố là C, H, O với tỉ lệ 1 : 2 : 1 và công thức cấu tạo chung là Cn(H2O)m.
- Được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân với đơn phân chủ yếu là glucose, fructose và galactose.
- Nguồn cung cấp đường và tinh bột cho người và động vật: các bộ phận dự trữ đường và tinh bột của thực vật như củ, quả, hạt, thân cây,...
- Phân loại: Dựa theo số lượng đơn phân trong phân tử mà người ta chia carbohydrate thành 3 loại là đường đơn, đường đôi, đường đa.
2. Lipid – chất béo
- Được cấu tạo từ ba nguyên tố chính là C, H, O.
- Là một nhóm chất rất đa dạng về cấu trúc nhưng có đặc tính chung là kị nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ như ether, acetone.
- Không có cấu trúc đa phân.
- Nguồn chất béo cung cấp cho con người: mô mỡ của các loài động vật, dầu thực vật lấy từ nhiều loại hạt, quả khác nhau như lạc, vừng,...
3. Protein – chất đạm
a) Chức năng của protein
- Trong cơ thể, protein tham gia vào hầu hết tất cả các hoạt động sống của tế bào:
+ Cấu trúc: Nhiều loại protein tham gia cấu trúc nên các bào quan, bộ khung tế bào.
+ Xúc tác: Protein cấu tạo nên các enzyme xúc tác cho các phản ứng hóa học trong tế bào.
+ Bảo vệ: Các kháng thể có bản chất là protein giữ chức năng chống lại các phân tử kháng nguyên từ môi trường ngoài xâm nhập vào cơ thể qua các tác nhân như vi khuẩn, virus,…
+ Vận động: Protein giúp tế bào thay đổi hình dạng cũng như di chuyển.
+ Tiếp nhận thông tin: Protein cấu tạo nên thụ thể của tế bào, giúp tiếp nhận thông tin từ bên trong cũng như bên ngoài tế bào.
+ Điều hòa: Nhiều hormone có bản chất là protein đóng vai trò điều hòa hoạt động của gene trong tế bào, điều hòa chức năng sinh lí của cơ thể.
- Nguồn nguyên liệu để xây dựng các loại protein trong cơ thể người: thịt, sữa của các loài động vật và từ hạt cũng như một số bộ phận khác của thực vật.
+ Cần sử dụng đa dạng các nguồn thực phẩm giàu protein để cung cấp đủ nguồn amino acid dùng làm nguyên liệu để tổng hợp protein.
b) Cấu trúc của protein
- Cấu trúc hóa học:
+ Protein được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là các amino acid.
+ Cấu tạo amino acid: Mỗi amino acid được cấu tạo từ 1 nguyên tử carbon trung tâm liên kết với 1 nhóm amino (-NH2), một nhóm carboxyl (-COOH), một nguyên tử H và một chuỗi bên còn gọi là nhóm R. Có 20 loại amino acid tham gia cấu tạo nên các protein, trong đó, có 9 amino aicd không thay thế.
+ Các amino acid liên kết với nhau bằng liên kết peptide tạo nên chuỗi polypeptide → Từ 20 loại amino acid có thể tạo ra vô số chuỗi polypeptide khác nhau về số lượng, thành phần và trình tự cách sắp xếp các amino acid.
- Cấu trúc không gian:
+ Protein có 4 bậc cấu trúc không gian:
Cấu trúc bậc 1: Trình tự các amino acid trong một chuỗi polypeptide.
Cấu trúc bậc 2: Chuỗi polypeptide cuộn xoắn lại hoặc gấp nếp.
Cấu trúc bậc 3: Chuỗi polypeptide cuộn xoắn lại hoặc gấp nếp tạo nên cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng do có sự tương tác đặc thù giữa các nhóm chức R của các amino acid trong chuỗi polypeptide.
Cấu trúc bậc 4: Hai hay nhiều chuỗi polypeptide liên kết với nhau tạo nên cấu trúc bậc 4.
+ Cấu trúc không gian của protein (bậc 3 và bậc 4) được duy trì nhờ các liên kết yếu như: liên kết hydrogen, tương tác kị nước, tương tác Van der Waals và liên kết cộng hóa trị S-S, liên kết ion.
+ Chức năng của protein được quyết định bởi cấu trúc bậc 1, nhưng protein chỉ thực hiện được chức năng khi có cấu trúc không gian (bậc 3, bậc 4).
+ Hiện tượng biến tính của protein là hiện tượng protein bị mất cấu trúc không gian, xảy ra do sự biến đổi của các điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, áp suất, nồng độ ion. Khi bị biến tính, protein bị mất chức năng sinh học.
4. Nucleic acid
- Nucleic acid còn gọi là acid nhân, gồm 2 loại là: DNA và RNA.
- Nguồn cung cấp nguyên liệu để tổng hợp các nucleic acid cho cơ thể người là từ các loại thực phẩm. Khi bị rối loạn chuyển hóa uric acid, nếu ăn nhiều thức ăn giàu nucleic acid, nhân purin trong nucleic acid sẽ dễ chuyển hóa thành uric acid tích lũy lại trong các khớp xương gây nên bệnh goute.