Thayhienedu.com chia sẽ đến các em Lý Thuyết Sinh Học 10 thống nhất 1 bộ sách trên cả nước là Kết nối tri thức với cuộc sống.
BÀI 5. CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC
I. KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN CẤU TẠO CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC TRONG TẾ BÀO
- Khái niệm: Phân tử sinh học là những hợp chất hữu cơ
được tổng hợp và tồn tại trong các tế bào sống.
- Các nhóm chính: Carbohydrate, Lipid, Protein,
Nucleic acid.
- Nguyên tắc cấu tạo:
+ Đa số được cấu tạo theo nguyên tắc đa
phân (polymer), gồm nhiều đơn phân (monomer) hợp thành (trừ lipid).
+ Bộ khung carbon (C) liên kết với hydrogen (H),
oxygen (O), nitrogen (N), phosphorus (P), sulfur (S) và các nhóm chức tạo sự đa
dạng.
Ví dụ thực tế: Tại sao carbon được gọi là "khung xương của
sự sống"? Nhờ có 4 electron hóa trị, một nguyên tử carbon có thể liên kết
đồng hóa trị với 4 nguyên tử khác, tạo nên mạch carbon mạch thẳng, mạch nhánh
hoặc mạch vòng vô cùng đa dạng, làm nền tảng để xây dựng nên mọi cơ quan, tế
bào trong cơ thể chúng ta.
II. CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC CHÍNH
1. Carbohydrate (Chất đường bột)
- Cấu tạo chung: Gồm các nguyên tố C, H, O với tỉ lệ 1 : 2 : 1. Công
thức chung: Cₙ(H₂O)ₘ.
a. Đường đơn
(Monosaccharide)
- Gồm các loại
đường có 6 carbon: Glucose (đường nho), Fructose (đường
quả), Galactose (đường sữa).
- Vai trò: Cung cấp năng lượng cho tế bào, làm nguyên liệu cấu
tạo nên các loại đường khác.
Ví dụ: Khi cơ thể bị suy nhược hoặc mệt mỏi sau khi vận
động mạnh, các bác sĩ thường truyền dịch đường Glucose trực tiếp vào tĩnh mạch.
Vì Glucose là đường đơn, tế bào có thể hấp thụ ngay lập tức để giải phóng năng
lượng mà không cần tốn thời gian tiêu hóa.
b. Đường đôi
(Disaccharide)
- Do hai phân tử
đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic (loại đi
1 phân tử H₂O).
- Gồm: Sucrose (đường
mía = Glucose + Fructose), Maltose (đường mạch nha = Glucose +
Glucose), Lactose (đường sữa = Glucose + Galactose).
- Vai trò: Đường vận chuyển năng lượng trong cơ thể sinh vật.
Ví dụ: Hiện tượng "bất dung nạp lactose" ở
một số người khi uống sữa tươi (gây đau bụng, tiêu chảy) là do cơ thể họ thiếu
enzyme lactase để cắt đứt liên kết glycosidic của đường đôi lactose trong sữa
thành các đường đơn để hấp thụ.
c. Đường đa
(Polysaccharide)
- Gồm: Tinh
bột (dự trữ năng lượng ở thực vật), Glycogen (dự trữ
năng lượng ở động vật và nấm), Cellulose (cấu tạo thành tế bào
thực vật), Chitin (cấu tạo thành tế bào nấm và vỏ tôm, cua).
Ví dụ: Tại sao trâu, bò ăn cỏ (chứa cellulose) lại béo
tốt, trong khi con người ăn rau chứa cellulose chỉ để làm chất xơ chống táo
bón? Đó là vì trong dạ dày của loài nhai lại có hệ vi sinh vật cộng sinh tiết
ra được enzyme cellulase để phân giải cellulose thành glucose, còn cơ thể người
thì không tự sản sinh được enzyme này.
Tổng
Hợp Các Loại Đường
|
Loại Carbohydrate |
Đơn phân cấu tạo |
Đại diện tiêu biểu |
Vai trò chính |
|
Đường đơn |
(Không có) |
Glucose, Fructose, Galactose |
Cung cấp năng lượng nhanh cho tế bào. |
|
Đường đôi |
Glucose, Fructose, Galactose |
Sucrose, Maltose, Lactose |
Vận chuyển chất dinh dưỡng. |
|
Đường đa |
Glucose |
Tinh bột, Glycogen, Cellulose, Chitin |
Dự trữ năng lượng hoặc cấu trúc tế bào. |
2. Lipid (Chất béo)
- Đặc tính chung: Kị nước (không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ), không cấu tạo theo nguyên tắc đa phân.
a. Mỡ và dầu (Triglyceride)
+ Mỡ: Chứa acid béo no (thường đông đặc ở nhiệt độ phòng,
có nhiều ở động vật).
+ Dầu: Chứa acid béo không no (thường hóa lỏng ở
nhiệt độ phòng, có nhiều ở thực vật).
- Vai trò: Dự trữ năng lượng hóa thạch lâu dài, cách
nhiệt, bảo vệ cơ quan nội tạng.
- Ví dụ: Lớp mỡ dưới da dày của gấu Bắc Cực vừa
đóng vai trò là "kho dự trữ năng lượng" giúp chúng vượt qua mùa đông
khan hiếm thức ăn, vừa là lớp phao cách nhiệt hoàn hảo giúp gấu không bị mất
nhiệt dưới cái lạnh âm hàng chục độ C.
b. Phospholipid
- Cấu tạo: 1 glycerol + 2 acid béo (đuôi kị nước) + 1 nhóm phosphate liên kết choline (đầu ưa nước) ⇒ Phân tử lưỡng cực.
- Vai trò: Thành phần chính cấu tạo nên màng sinh chất
(màng tế bào).
Ví dụ: Nguyên lý hoạt động của xà phòng phòng
dịch dựa trên tính chất lưỡng cực giống phospholipid. Phần đuôi kị nước của phân tử xà phòng sẽ len lỏi bám
chặt vào vỏ lipid của virus/vi khuẩn, đầu ưa nước hướng ra ngoài liên kết với
nước giúp kéo trôi và tiêu diệt tác nhân gây bệnh khi ta rửa tay dưới vòi nước.
c. Steroid
- Cấu tạo: Không chứa acid béo, gồm các nguyên tử carbon liên
kết tạo thành 4 vòng phẳng.
- Đại diện: Cholesterol, Estrogen,
Testosterone, Vitamin D.
- Vai trò: Cấu tạo màng sinh chất, thành phần của
hormone sinh dục giúp điều hòa sinh lý cơ thể.
- Ví dụ: Tập thể hình lạm dụng tiêm hormone
steroid đồng hóa để tăng cơ bắp nhanh chóng sẽ gây ức chế sản sinh testosterone
tự nhiên của cơ thể, dẫn đến các tác dụng phụ nghiêm trọng như teo tinh hoàn và
vô sinh ở nam giới.
d. Carotenoid
- Là nhóm sắc tố màu vàng, cam, đỏ có bản chất là
lipid.
- Ví dụ: Việc ăn cà rốt, bí đỏ hoặc cà chua chưng
trong mỡ/dầu giúp cơ thể hấp thụ tốt tiền chất Vitamin A (Beta-carotene) vì
carotenoid tan rất tốt trong chất béo, giúp mắt chúng ta sáng khỏe hơn.
3. Protein (Chất đạm)
- Cấu tạo một amino acid: Gồm 1 carbon trung tâm liên
kết với 1 nhóm amino (-NH₂), 1 nhóm carboxyl (-COOH), 1 nguyên tử H và 1 chuỗi
bên (nhóm R) quyết định tính chất riêng của amino acid đó.
- Liên kết giữa các đơn phân: Liên kết
peptide (hình thành giữa nhóm -COOH của amino acid trước và nhóm -NH₂
của amino acid sau, loại đi 1 phân tử H₂O).
a. Các bậc cấu
trúc của Protein
- Bậc 1: Trình tự sắp xếp các amino acid trong chuỗi
polypeptide dạng mạch thẳng.
- Bậc 2: Chuỗi polypeptide co xoắn (\alpha) hoặc gấp nếp
(\beta) nhờ liên kết hydrogen giữa các bộ khung peptide.
- Bậc 3: Cấu trúc không gian 3 chiều (3D) đặc trưng, quyết
định hoạt tính sinh học của protein.
- Bậc 4: Do 2 hay nhiều chuỗi polypeptide liên kết với nhau
tạo thành phức hợp (Ví dụ: Hemoglobin trong máu).
- Hiện tượng
biến tính: Khi bị tác động bởi nhiệt
độ cao, pH cực đoan,... cấu trúc không gian 3D của protein bị phá hủy làm chúng
mất chức năng sinh học.
Ví dụ: Khi chúng ta vắt chanh (acid) vào sữa đậu nành,
môi trường pH giảm đột ngột làm biến tính protein trong sữa đậu nành, khiến
chúng đông tụ lại thành các mảng kết tủa trắng (đây chính là cách dân gian làm
đậu phụ).
b. Vai trò của
Protein
- Cấu trúc
(collagen, keratin), xúc tác (enzyme), bảo vệ (kháng thể), vận chuyển
(hemoglobin), điều hòa (hormone insulin), vận động (actin, myosin).
Ví dụ: Sợi tóc và móng tay được cấu tạo chủ yếu từ
keratin - một loại protein cấu trúc rất bền vững, không tan trong nước, giúp
bảo vệ các đầu ngón tay và da đầu khỏi các tác nhân cơ học từ môi trường.
4. Nucleic Acid (Acid nhân)
- Gồm 2
loại: DNA (Deoxyribonucleic acid) và RNA (Ribonucleic
acid). Đơn phân là nucleotide.
a. DNA
(Deoxyribonucleic acid)
- Cấu tạo: Gồm 2 chuỗi polynucleotide xoắn kép, song song và
ngược chiều (3' → 5' và 5' → 3').
- Đơn phân
(Nucleotide): Gồm nhóm phosphate,
đường deoxyribose (5 carbon) và 4 loại nitrogenous base: Adenine (A), Thymine
(T), Guanine (G), Cytosine (C).
- Liên kết:
+ Trên 1 mạch:
Liên kết phosphodiester bền vững.
+ Giữa 2 mạch:
Liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với T bằng
2 liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng 3 liên kết
hydrogen.
- Chức năng: Lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
Ví dụ: Nhờ tính đặc trưng và cực kỳ ổn định trong trình
tự các nucleotide của phân tử DNA ở mỗi người (ngoại trừ cặp song sinh cùng
trứng), công nghệ xét nghiệm DNA được ứng dụng rộng rãi trong việc xác định
quan hệ huyết thống và truy tìm tội phạm tại các hiện trường vụ án.
b. RNA
(Ribonucleic acid)
- Cấu tạo: Thường chỉ gồm 1 chuỗi polynucleotide dạng mạch
thẳng hoặc tự xoắn cục bộ.
- Đơn phân: Gồm nhóm phosphate, đường ribose và 4 loại
base: A, U (Uracil), G, C (không có T).
- Phân loại
& Chức năng:
+ mRNA (RNA thông tin): Làm khuôn cho quá trình dịch mã
tổng hợp protein.
+ tRNA (RNA vận chuyển): Vận chuyển amino acid tới
ribosome.
+ rRNA (RNA ribosome): Cấu tạo nên ribosome - nơi tổng
hợp protein.
Ví dụ: Công nghệ vaccine mRNA phòng ngừa đại dịch
COVID-19 (như Pfizer hay Moderna) hoạt động bằng cách đưa một đoạn mạch mRNA
nhân tạo mang thông tin mã hóa protein gai của virus SARS-CoV-2 vào tế bào
người. Tế bào sẽ sử dụng "bản khuôn" mRNA này để tự tổng hợp protein
gai lành tính, từ đó kích thích hệ miễn dịch tạo ra kháng thể bảo vệ cơ thể.