Overview of carbohydrate Nó là chất hữu cơ phổ biến trong thực vật, động vật và sinh vật (lactose, saccharose, tinh bột, cellulose...)
CN (H2O) n
Nhóm hàn: aldehyde (CHO), xeton (C = O), hydroxyl (-OH) Vai trò sinh học Năng lượng trực tiếp của tế bào động vật Tham gia cấu tạo mô bào (trong phức hợp glycoprotein trên màng tế bào, mucopolysaccharide gắn kết mô bào..) Giải độc gan (acid glucuronic)
Phân loại đường đơn (monosaccharide) Dựa trên Nhóm chức năng Số lượng carbon Đồng phân quang học
- Nhóm Aldose (CHO): glucose, galactose, mannose ribose... - Ketose (C=O): fructose... Theo nhóm chức hóa học
Theo số lượng carbon + OSE TRI ( 3C) TETRA (4C) PENT ( 5C ) HEX ( 6C) Pentose (5C) Hexose (6C) Ribose , Ribulose, Xylose, Xylulose … Fructose, Galactose, Glucose , Gulose….
Glucose: quan trọng nhất trong khẩu phần Tham gia cấu tạo acid nucleic Fructose:Độ ngọt cao nhất Galactose: hiện diện trong sữa
Theo đồng phân quang học Đồng phân quang học là cấu hình lập thể trong không gian của phân tử, xem xét sự định hướng khác nhau của các nguyên tố trong cấu hình không gian: Có cùng công thức phân tử và các lọai liên kết giống nhau Sự sắp xếp trong không gian khác nhau Tính chất khác nhau Tế bào có thể nhận biết được sự khác biệt này.
Đồng phân quang học: Đồng phân đối quang (Enantiomers) và đồng phân không đối quang (Diastereomers) Cấu hình Fisher enantiomers diastereomers
Đồng phân đối quang D và L Dựa vào nhóm OH liền kề với rượu bậc nhất (-CH 2 OH)
HO C CH 2 OH CH 2 OH H CHO HO Số lượng đồng phân quang học (2 n ) học phu thuộc số lượng carbon bất đối với n là số carbon bất đối Carbon bất đối : là carbon được điều hòa hóa trị bởi bốn nhóm chức khác nhau CHO CHO C CH 2 OH H H OH CH 2 OH H CHO OH Carbon bất đối
Một số tính chất hóa học của đường đơn (monosacharide) Tính khử Tính oxi hóa Phản ứng lên men Hình thành glycosides
Tính khử D o nhóm OH tự do ở C 1 (aldose) hay C 2 (ketose) Aldehyde acid aldonic Glucose (ở dạng mở vòng) khử ion Cu 2+ trong dung dịch thuốc thử Benedict, cho kết tủa màu đỏ gạch Cu 2 O và sản phẩm acid gluconic
Tính khử Thông thường, nhóm chức ketone không bị oxy hóa, tuy nhiên nó có thể sắp xếp với một nhóm hydroxyl liền kề tạo thành nhóm chức aldehyde
Tính oxi hóa Carbonyl bị khử tạo thành các polyalcol no
Qua trinh lên men Là một quá trình sinh hóa phức tạp xảy ra dưới sự xúc tác của enzyme
Khả năng thành lập glycosidic OH glycoside(aldehyde, ketone) Liên kết glycosidic: OH glycosidic + OH khác
POLYSACCHARIDE Đồng thể (monosacharide) Dị thể (monosaccharide and non-carbohydrate) Oligosaccharide (8-10 unit of monosaccharide): β- glucan, FOS, β- Fructan…
Polysaccharide đồng thể Tinh bột Amylose (mạch thẳng, liên kết Glycosidic 1- 4) Amylospectin (mạch nhánh, liên kết 1,4 & 1,6)
Polysaccharide đồng thể Glycogen Có số đơn vị glucose ít hơn amylospectin, phân nhánh nhiều (α-1,4 và α- 1,6) Glycogen không tan trong nước. Khi phân giải cho sản phẩm là đường đơn Glucose Glycogen trong cơ: là nguồn dự trữ glucose cho các tế bào cơ, chỉ được sử dụng nội bộ Glycogen trong gan: là nguồn glucose dự trữ, khi cần thiết sẽ là nguồn nguyên liệu cho các tế bào khác
Cellulose ( thành tế bào thực vật ) Polysaccharide được tạo thành từ monome β- glucose, được liên kết bởi một số và glycocide β-1,4 Cellulose được tạo thành trong cây xanh nhờ quá trình quang hợp: 6nCO +5nH O Chlorophyl (C H O ) +6nO 2 2 6 10 5 n 2
(Tham khảo) Hemicellulose là polysaccharide được tìm thấy trong thành tế bào của thực vật. Các đơn vị của chúng bao gồm xyloglucans,
xylan, mannan và glucomannan, cũng như β 1,3 và β 1,4- glucan.
Source: Kelly C. Coelho de Carvalho, Sérgio Roberto Montoro, Maria Odila Hilário Cioffi, Herman Jacobus Cornelis Voorwald, Chapter 13 - Polyhydroxyalkanoates and Their Nanobiocomposites With Cellulose Nanocrystals, Editor(s): Sabu Thomas, Robert Shanks, Sarathchandran Chandrasekharakurup, In Micro and Nano Technologies, Design and Applications of Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems, William Andrew Publishing, 2016, Pages 261- 285, ISBN 9780323394086, https://doi.org/10.1016/B978-0-323-39408-6.00012- 1 . (https:// www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780323394086000121) ( Tham khảo ) Trong quá trình xử lý kiềm, sợi trải qua quá trình trương nở và các thành phần vô định hình, hòa tan trong dung dịch kiềm, được loại bỏ để lại
sợi cellulose lỏng lẻo hơn
Dextran Dextran được tổng hợp từ sucrose bởi một số vi khuẩn lên men yếm khí lactic acid. Dextran là nguồn polysaccharide dự trữ của nấm men Dextran capsule được vi khuẩn lên men yếm khí sản sinh giúp liên kết các tế bào vi khuẩn để hình thành màng sinh học (biofilm)- điều này giúp các vi sinh vật phát triển và chống lại các yếu tố bất lợi của môi trường.
CH 3 O C C H O H N C C C H 2 O O H H H NHCOCH 3 H CH 2 OH H OH H O O H H NHCOCH 3 H CH 2 OH H OH Glycoprotein
Chapter 2 LIPID AND ITS METABOLITES
Rút lui TAG: triacylglycerol / triglyceride FA: axit béo MP – điểm nóng chảy PG: prostaglandin
Tổng quan Lipids Phân tử không phân cực-không hòa T an trong nước hòa tan trong dung môi hữu cơ Chức năng
Năng lượng dự trữ (1g chất béo = 9,3kcal)
Thành phần của màng (phospholipid)
Dung môi của vitamin (A, D, E và K ) - Cung cấp nước nội sinh (100g nước béo) 107g
Các dạng của lipit Lipit là các este hình thành từ sự kết hợp giữa axit béo và rượu . Một số ví dụ về lipit bao gồm: Triacylglycerol : Là tri-ester của glycerol và axit béo . Đây là dạng lipit chính lưu trữ năng lượng trong cơ thể dưới dạng mỡ. Wax (Sáp) : Là một este của rượu chuỗi dài và axit béo . Sáp thường có mặt trong lớp bảo vệ của thực vật và động vật, ví dụ như lớp sáp trên bề mặt lá cây. Lipit phức hợp : Gồm rượu , axit béo , và một thành phần không phải lipit . Các lipit này có vai trò quan trọng trong các chức năng sinh học như cấu trúc màng tế bào. Phospholipid : Bao gồm glycerol , axit béo , axit phosphoric , và một hợp chất chứa nitrogen . Phospholipids là thành phần chủ yếu cấu tạo nên màng tế bào, giữ vai trò quan trọng trong việc duy trì tính thấm chọn lọc và cấu trúc màng. Glycolipid : Bao gồm rượu (như glycerol hoặc sphingosine ), axit béo , và carbohydrate (mono- hoặc oligosaccharide). Glycolipids tham gia vào các chức năng nhận diện và tương tác tế bào. Lipoprotein : Là hợp chất bao gồm phospholipid , cholesterol tự do , triglyceride , cholesterol ester , và protein . Lipoproteins có vai trò vận chuyển các lipit trong cơ thể, đặc biệt là cholesterol và triglycerides trong máu. Sulfolipid và Aminolipid : Là các lipit chứa nhóm sulfon (sulfolipid) và nhóm amino (aminolipid), tham gia vào các chức năng sinh học đặc biệt. Chất chuyển hóa của lipit (Cholesterol là tiền chất): Acid mật , được tổng hợp từ cholesterol, có vai trò quan trọng trong việc tiêu hóa chất béo. Vitamin D , được tổng hợp từ cholesterol và cần thiết cho sự hấp thu canxi. Hormone steroid , bao gồm cortisol, testosterone, estrogen, có vai trò điều hòa các quá trình sinh lý trong cơ thể. Những lipit và chất chuyển hóa của chúng đóng vai trò quan trọng trong các chức năng cấu trúc, sinh lý và chuyển hóa trong cơ thể
Carbon skeleton Common name Structure 2:0 Acetic acid CH 3 COOH 3:0 Propionic acid CH 3 CH 2 COOH 4:0 Butyric acid CH 3 CH 2 CH 2 COOH 12:0 Lauric acid CH 3 (CH 2 ) 10 COOH 14:0 Myristic acid CH 3 (CH 2 ) 12 COOH 16:0 Palmitic acid CH 3 (CH 2 ) 14 COOH 18:0 Stearic acid CH 3 (CH 2 ) 16 COOH 20:0 Arachidic acid CH 3 (CH 2 ) 18 COOH 24:0 Lignoceric acid CH 3 (CH 2 ) 22 COOH Axit béo là axit cacboxylic với hydrocacbon chuỗi dài từ 4 đến 36 cacbon (C4 đến C36). ( trong khi đọc ) Saturated FA (C n H 2n+1 COOH)
Một số PG: co bóp cơ trơn của tử cung (kinh nguyệt và chuyển dạ). Để tăng nhiệt độ cơ thể (gây sốt) và gây viêm và đau.
Thromboxane (tiểu cầu) hoạt động trong quá trình hình thành cục máu đông. Leukotriene: sự co bóp mạnh mẽ của các cơ trơn của phổi. Nonsteroidal anti- inflammatory drugs (NSAIDs)
Source: Botting, R.M., Botting, J.H. Pathogenesis and Mechanisms of Inflammation and Pain. Clin. Drug Investig. 19, 1–7 (2000). https://doi.org/10.2165/00044011- 200019002-00001 Tham khảo
Source: Lipids and Their Functions in Biochemical Systems (chapter 17).. Denniston Topping Caret 5 th Edition. Liên kết đôi hình thành cấu hình -cis
-cấu hình cis gây ra cho chuỗi hydrocacbon bị cong, dẫn đến đóng gói kém nhiệt độ nóng chảy thấp hơn
Ở nhiệt độ phòng (250C): độ đặc như sáp (FA bão hòa) nhưng chất lỏng dầu (FA không bão hòa)
Alcohol
Triacylglycerol (Neutral fat) : Glycerol+ FA Ester linkage Hydroxyl phân cực của glycerol và cacboxylat phân cực của axit béo về cơ bản không hòa tan trong nước
Hydration of triacylglycerol (acid,bazo,enzyme lipase)
Chức năng sinh học của triacylglycerol Động vật có các tế bào đặc biệt được gọi là tế bào mỡ, vừa tạo ra chất béo vừa lưu trữ nó trong các hạt mỡ trong tế bào.
Phục vụ như một nguồn năng lượng
Cung cấp vật liệu cách nhiệt
Góp phần vào cấu trúc của màng bằng cách hình thành một lớp kép lipid (liên quan đến phospholipid )
Phospholipid
Phosphatidylethanolamine (Lecithin)
Phosphatidylserine Phospholipid được làm giàu trong tim của động vật có xương sống, màng của vi khuẩn ưa vị
Cấu trúc màng
Source: Lehninger Principles of Biochemistry, 4 th edition
Protein màng ngoại vi tương tác với các nhóm đầu cực của lipid (c) hoặc liên kết với bề mặt của protein tích hợp (d ).
Các protein khác được neo chặt vào màng bởi một phân tử lipid cộng hóa trị (e). Màng tích hợp Protein (A và B) tương tác rộng rãi với vùng hydrocacbon của lớp kép
Transbilayer Movement Di chuyển từ tờ rơi này sang tờ rơi kia rất chậm
được xúc tác bởi một nắp đậy; ngược lại, khuếch tán bên trong lá chét
rất nhanh và không cần xúc tác protein.
Chức năng màng
Nhiệt hạch màng Nhận
Bề mặt của chúng trở nên gần gũi, đòi hỏi phải loại bỏ các phân tử nước thường liên quan đến các nhóm đầu phân cực của lipid;
Cấu trúc hai lớp của chúng bị phá vỡ cục bộ, dẫn đến sự hợp nhất của lá chét bên ngoài của mỗi màng (hợp nhất bán hạch)
Hai lớp của chúng hợp nhất để tạo thành một lớp kép liên tục duy nhất.
Quá trình nhiệt hạch được kích hoạt vào thời điểm thích hợp hoặc để đáp ứng với một tín hiệu cụ thể
Cơ chế ra vào tế bào Khuếch tán qua lớp kép lipid
Quá trình này cho phép các phân tử nhỏ và ưa mỡ, bao gồm hầu hết các loại thuốc, dễ dàng đi vào và ra khỏi tế bào Source: Tracy B. Fulton. Diffusion and Transport Across Cell Membranes (lecture)
Chuyển động ròng của các chất tan tích điện tiếp tục cho đến khi điện thế điện hóa này bằng không . Chuyển động ròng của các chất hòa tan trung tính điện hướng về phía nồng độ chất tan thấp hơn cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng
Vận chuyển thụ động Chất tan di chuyển bằng cách khuếch tán đơn giản từ vùng có nồng độ cao hơn, qua màng, đến vùng có nồng độ thấp hơn, cho đến khi hai ngăn có nồng độ chất tan bằng nhau. Chất tan cực trong vận chuyển này cần năng lượng kích hoạt lớn
Sự khuếch tán được tạo điều kiện thuận lợi bởi màng protein làm giảm năng lượng hoạt hóa để vận chuyển các hợp chất và ion phân cực. Màng protein tăng tốc chuyển động này bởi các chất vận chuyển
Classification of transporters
Ba loại hệ thống giao thông chung. Nó không cung cấp cho dù đây là các quá trình đòi hỏi năng lượng (vận chuyển chủ động) hay không phụ thuộc vào năng lượng (vận chuyển thụ động).
S (in) Uniporters
Vận chuyển tích cực dẫn đến chuyển động của chất tan chống lại nồng độ hoặc gradient điện hóa
Sự tích tụ của chất tan trên điểm cân bằng
Vận chuyển hoạt động sơ cấp: năng lượng được giải phóng bởi quá trình thủy phân ATP thúc đẩy chuyển động của chất tan chống lại gradient điện hóa. chuyển đổi ATP sang ADP + Pi.
Vận chuyển hoạt động thứ cấp: vận chuyển endergonic (lên dốc) của một chất tan được kết hợp với dòng chảy hoạt động (xuống dốc) của một chất tan khác ban đầu được bơm lên dốc bằng phương tiện vận chuyển chủ động sơ cấp .
X trong (b) thường là natri (Na+) S (chất tan) Co-transport
Chất vận chuyển ATPase loại P là một protein không thể thiếu
Mô động vật: Na + K + ATPase (antiporter) và Ca2 + ATPase (uniporter cho Ca2 +) Tế bào cùng (dạ dày): H + K + ATPase
F0F1 ATPase: bơm proton H + (chuỗi vận chuyển điện tử
Na + thấp hơn trong tế bào so với môi trường xung quanh và nồng độ K cao hơn 2K+ inward and 3K+ outward
Sphingolipids Nổi bật trong màng sinh chất của tế bào thần kinh, và một số là các vị trí nhận dạng rõ ràng trên bề mặt tế bào.
Các phần carbohydrate của một số sphingolipid xác định các nhóm máu của con người
Lipoprotein particle Cholesterol and TAG are transported by lipoprotein particles
Vận chuyển lipid Lipoprotein mật độ rất thấp (VLDL); lipoprotein mật độ trung bình (IDL); lipoprotein mật độ thấp (LDL); lipoprotein mật độ cao (HDL )
Blood level of certain lipoprotein can serve diagnostic purpose to liver for excretion De novo cholesterol synthesis Cholesterol is present LDL, so-called “bad cholesterol” (atherosclerotic plaques in arteries) HDL- move “good cholesterol” (from macrophages and the peripheral tissues) transfer cholesterol ester (to tissue) steroid hormone synthesis or converted into bile salts (liver)
Cholesterol Alkyl side chain Steroid nucleus Source: adapted from https://pbscholesterol101.weebly.com/structure-and-functional-differences-between-hdl-and-ldl.html Polar head Cholesterol is major sterol in animal tissue
Steroids derived from cholesterol Testosterone
Bile acid
Chỉ số glyceride (khi đọc)
- Giá trị axit: là khối lượng kali hydroxit (KOH) tính bằng miligam cần thiết để trung hòa axit béo tự do / 1g chất béo trung tính. Giá trị này đo lường chất lượng chất béo trung tính. Chỉ số A tốt nhất cho lipid là xấp xỉ 3-4 (<10).
Chỉ số glycerid (Tiếp theo)
Giá trị saponization: đại diện cho số miligam kali
Hydroxit cần thiết để xà phòng hóa 1g chất béo trong các điều kiện quy định. Nó là thước đo trọng lượng phân tử trung bình (hoặc chiều dài chuỗi) của tất cả các axit béo hiện có.
Giá trị saponification = Chỉ số axit + chỉ số este hóa
Giá trị iốt: lượng iốt tính bằng gam được sử dụng để bão hòa gấp đôi
Liên kết của 100g glycerid
Xà phòng và chất tẩy rửa Xà phòng có đuôi hydrocacbon dài không tích điện
Cũng có một nhóm carboxylate tích điện âm ở cuối
Tạo thành micelle hòa tan các hạt dầu và bụi bẩn
Nước "cứng" chứa nồng độ Ca2+ và Mg2+ cao
Các cation trong nước tạo thành muối axit béo kết tủa
Can thiệp vào hoạt động nhũ hóa của xà phòng
Để lại một cặn bẩn trên bề mặt bồn rửa
Chapter 3 CẤU TRÚC PROTEIN
Protein là đại phân tử sinh học phong phú nhất.
Nó là polyme của các axit amin, với mỗi dư lượng axit amin được nối với hàng xóm của nó bằng một loại liên kết cộng hóa trị cụ thể. Một số chức năng của protein:
Thành phần hóa học chính trong hợp chất hoạt tính sinh học (enzyme, kháng thể, hormone, chất dẫn truyền thần kinh...)
Hồng cầu: hemoglobin protein vận chuyển oxy.
Protein keratin: thành phần cấu trúc chính của tóc, vảy, sừng, len, móng tay và lông.
Cung cấp 10-15% nhu cầu năng lượng Tổng quan về protein
Amino acid (AA) Có 20 axit amin phổ biến (AA) ( α- amino
axit). Chúng có một nhóm cacboxyl và một nhóm amin liên kết với cùng một nguyên tử cacbon (cacbon)
AA khác nhau ở các chuỗi bên của chúng (nhóm R) khác nhau về hiệu ứng điện tích đối với độ hòa tan của chúng trong nước General structure of amino acid (except Proline - cyclic amino acid)
Stereoisomerism in - amino acids (except glycine) Các dư lượng axit amin trong các phân tử protein chỉ là L
đồng phân lập thể.
Dư lượng axit amin D
chỉ được tìm thấy ở một số ít (peptide nhỏ trong
thành tế bào vi khuẩn và một số peptide nhất định
thuốc kháng sinh) α- carbon as chiral center
Charge of amino acid (AA) Nhìn chung, AA là ion lưỡng cực trong nước do nhóm cacboxylic (người hiến tặng H+) và nhóm amin (nhận H+). Tuy nhiên, điện tích của AA phụ thuộc vào điện tích của chuỗi bên (nhóm R) và pH của dung môi dipolar
Axit amin có thể được phân loại theo nhóm R Nhóm R không phân cực, béo
Nhóm R không sạc Polar
Nhóm R tích điện dương
Nhóm R tích điện âm
Nhóm R thơm
Nonpolar, aliphatic R groups
Polar un- charged R groups
Polar basis amino acids ( Positively charged R groups) Polar acidic amino acids (Negatively charged R groups)
Aromatic R groups
Protein là polypeptide chứa hơn 50 dư lượng axit amin. Oligopeptide (một số axit amin được kết hợp theo cách này như tripeptide, tetrapeptide, pentapeptide...).
Peptide là sản phẩm được tạo ra bởi một liên kết amide (liên kết peptide) giữa các axit amin . Protein Dehydration
Oxytocin peptide nhỏ (dư lượng 9AA) được tạo ra bởi tuyến yên sau kích thích co bóp tử cung. Bradykinin (dư lượng 9AA) ức chế viêm mô. Độc tố trong nấm: amanitin, nhiều loại kháng sinh.
Polypeptide: hemoglobin trong hồng cầu, cytochrome
Protein conformation Cấu trúc chính Hình dạng thứ cấp Cấu trúc bậc ba Cấu trúc bậc Tứ Cấu trúc protein thoát khỏi trạng thái ổn định tại bộ cho
điều kiện (ví dụ: có năng lượng tự do Gibbs thấp nhất (G) - 20 đến 65 kJ / mol )
Primary conformation: forms planar peptide group Oxy của cacbonyl và hydro của nhóm amit được phân bố trong cấu hình trans
Cấu trúc chính Hình dạng sơ cấp thiết lập axit amin
trên chuỗi phẳng, và nó vẫn chưa cho thấy hoạt tính sinh học của protein.
Trình tự của một protein là duy nhất đối với protein đó và xác định cấu trúc và chức năng của protein
Source: https://www.khanacademy.org/science/biology/macromolecules/proteins-and-amino-acids/a/orders-of-protein- structure Sự thay đổi của axit amin đơn lẻ theo trình tự protein làm cho phân tử hemoglobin tập hợp thành các sợi dài
Source: https://www.khanacademy.org/science/biology/macromolecules/proteins-and-amino-acids/a/orders-of-protein- structure Liên quan đến thiếu máu hồng cầu hình liềm Các tế bào hình liềm bị mắc kẹt khi cố gắng đi qua mạch máu Khó thở , chóng mặt , nhức đầu và đau bụng . hồng cầu bình thường Tế bào hình liềm
Secondary conformation Secondary structure show the α- helix and β-sheet - a description of how the main chain of a protein is arranged in space. It is maintained by hydrogen bonds between amide hydrogens and carbonyl oxygens of the peptide backbone
Tertiary Conformation Myoglobin (Kendrew 1958) and hemoglobin (Perutz 1960) gave us the proven experimental insights into tertiary structure as the segments of secondary structures fold back to each other into final 3- dimensional shape Most of the secondary structure interactions occurs in backbone while it is the side chains that define the tertiary interactions. Tertiary structure of polypeptide is form in three- dimensional space, proteins are globular or elliptical (enzyme, albumin, globulin…)
Cấu trúc bậc ba Gấp – được sử dụng khác nhau trong các bối cảnh khác nhau – rộng nhất là sự sắp xếp 3 chiều có thể tái tạo và dễ nhận biết
Miền – một vùng có cấu trúc bậc ba nhất định, nó được gấp lại độc lập với một chức năng cụ thể.
Mô típ hoặc đơn giản là nếp gấp (cấu trúc siêu thứ cấp) một tiểu đơn vị có thể nhận biết được của nếp gấp. Các mô típ không thể gấp lại hoặc tiến hóa độc lập và chỉ được tìm thấy dưới dạng các mảnh của protein Nó có thể (hoặc có thể không) được xác định bởi một chức năng hóa học hoặc sinh học độc đáo. Nó xuất hiện trong nhiều cấu trúc phức tạp
Cấu trúc bậc ba Tương tác cho cấu trúc ổn định:
Tương tác ion: -NH2 và -COOH
Liên kết hydro
Cầu lưu huỳnh: giữa các chuỗi bên có chứa lưu huỳnh của cysteine
lực phân tán van der Waals:
Tương tác kỵ nước
Cấu trúc bậc ba Tertiary conformation of a protein is an important part of understanding how the protein functions. It explores the dynamic protein via how protein interacts with other molecules.
Cấu trúc bậc tứ được tạo thành từ nhiều cấu trúc bậc ba còn được gọi là tiểu đơn vị, sử dụng cầu lưu huỳnh Nhiều protein chỉ cho thấy chức năng hoạt tính sinh học khi nó là cấu trúc bậc bốn (Hemoglobin, myoglobin, diệp lục ...) Cấu trúc bậc bốn
Chức năng của nhiều protein liên quan đến sự liên kết có thể đảo ngược của các phân tử khác Một phân tử liên kết đảo ngược bởi một protein được gọi là phối tử. Một phối tử có thể là bất kỳ loại phân tử nào, bao gồm cả một protein khác.
Protein liên kết phối tử ở vị trí liên kết.
Sự thay đổi cấu trúc của protein thường kết hợp với sự liên kết chặt chẽ giữa phối tử và protein được gọi là cảm ứng phù hợp.
Nhóm heme [như phối tử trong (b)] được trình bày trong myoglobin: với Porphyrins (a) bao gồm bốn vòng pyrrole Vòng pyrrole Liên kết với Histidine trong globin
Hemoglobin bao gồm 4 globin và 4
hemes
Globin được chia thành α- globin (141 axit amin) và β- globin (164 axit amin)
Mỗi quả cầu chứa một heme
Hemoglobin Also Transports H + and CO 2
Charge of protein Điện tích ròng của protein là điện tích trung bình của dư lượng axit amin tạo nên protein
Điện tích ròng của protein phụ thuộc vào loại AA, số lượng và độ pH của dung môi.
Điểm đẳng điện (pl): protein không có điện tích ròng
Vỏ hydrat hóa protein Trong môi trường nước, bề mặt protein tương tác với nước xung quanh để tạo thành lớp vỏ hydrat hóa.
Nước nhúng vào nhóm ưa nước như -NH2,
-COOH...
Vỏ hydrat hóa của protein là một trong những yếu tố ổn định cấu hình, duy trì áp suất thẩm thấu keo, ngăn chặn sự kết tụ của protein trong quá trình chuyển giao của nó.
Hydration shell of protein Hydration shell of protein maintain osmotic pressure on blood vessel. It plays crucial role of transportation of water, nutrient and waste products.
Sự biến tính của protein Các protein biến tính có thể thể hiện một loạt các đặc điểm, từ sự thay đổi cấu trúc và
mất khả năng hòa tan do kết tụ do tiếp xúc với các nhóm kỵ nước
Thay đổi pH điều kiện cơ bản hơn AA ion hóa gây ra sự mở ra
Vỏ khử nước dung môi hữu cơ trung tính
Sốc nhiệt (40-700C): tổng hợp
Albumin
Globulin ( α, β, γ) Chức năng:
Albumin (chiếm 55% protein máu): gây ra áp suất thẩm thấu keo trong huyết tương của mạch máu - một chất mang, trong quá trình vận chuyển lipid và hormone steroid α- globulin: thành phần của lipoprotein và glycoprotein Albumin & globulin (albumen trứng, huyết tương,
huyết thanh...)
Albumin và globulin β – globulin: transferrin protein mang (Fe), seruloplasmin (Cu) γ – globulin: một nhóm gamma globulin là globulin miễn dịch, còn được gọi là "kháng thể" (IgA, IgM, IgG, IgD, IgE)
Video https:/ /www.youtube.com/watch?v=rIiegij3DQs
blood (hydrostatic) pressure and osmotic pressure (áp suất thủy tĩnh và áp suất thẩm thấu) Hydrostatic pressure: xu hướng để đẩy dịch và các chất hòa tan của nó thông qua các lỗ mao mạch vào khoảng kẽ osmotic pressure (generated by the plasma proteins): xu hướng gây ra chuyển động của dịch bằng cách thẩm thấu từ các khoảng kẽ vào máu
1. Áp suất mao mạch (Pc), có xu hướng đẩy chất lỏng ra ngoài qua màng mao mạch. Áp suất dịch kẽ (Pif), có xu hướng giữ chất lỏng bên trong các màng mao mạch khi Pif là dương, nhưng đẩy ra bên ngoài khi Pif là âm. Áp suất thẩm thấu (Πp) của huyết tương trong lòng mao mạch, có xu hướng gây thẩm thấu chất lỏng vào bên trong qua màng mao mạch. Áp suất thẩm thấu (Πif) của dịch kẽ, có xu hướng tạo ra áp lực thẩm thấu của chất lỏng ra bên ngoài qua màng mao mạch. Tính tổng lực: NFP = Pc - Pif - Πp - Πif Source: Dịch lọc qua mao mạch: áp lực thủy tĩnh, áp lực keo huyết tương và hệ số lọc mao mạch. https:// www.dieutri.vn/sinhlyng uoi/dich- loc- qua- mao-mach- ap- luc- thuy- tinh- ap- luc- keo- huyet- tuong- va- he- so- loc- mao-mach
Chapter 4 NUCLEIC ACID
ĐẠI CƯƠNG Nucleic acid: nuclein– acid (phosphoricacid) ▪ Nucleoprotein thuộc nhóm protein phức tạp hiện diện trong tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật; tập trung ở nhân, tế bào chất, bào quan của tế bào như mytochondria,ribosome
Vai trò sinh học Bảo tồn và truyền đạt thông tin d i truyền Tham gia quá trình sinh tổng hợp protein và tổng hợp glycoprotein (trung gian hoạt hóaphan ứng vận chuyển methyl ghép cặp protein vàglucid) - Tham gia quá trình trao đổi năng lượng sinh học (Dự trữ năng lượng để sử dụng cho phản ứng vận chuyển phosphate trong tương lai-ATP)
Base Nitrogen Source: http://pratclif.com/biologie-moleculaire/dna/bases.htm
Pentose
NUCLEOTIDE N 1 Base pyrimidin N 9 Base purin C’ 1 Ribose C’ 5 H 3 PO 4 (RNA) C’1 deoxyribose C’ 5 H 3 PO 4 (DNA)
Cyclic adenosine monophosphate (c.AMP) .
Polynucleotide
NUCLEIC ACID Liên kết hydrogen NUCLEIC ACID Liên kết hydrogen Base purine = Base pyrimidine Base Adenine = Base Thymine Base Guanine = Base Cytosine Liên kết theo qui luật bổ sung đôi base A - T (2 liên kết hydrogen) G - C (3 liên kết hydrogen) N1 - Purin N1 - Pyrimidin C2 - Purin C2 - Pyrimidin C6 - Purin C6 - Pyrimidin
) DNA (Deoxyribonucleic acid) - Cấu trúc xoắn kép 2 chuỗi polynucleotid (Watson và Circk , 1953) - Vật chất di truyền của sinh vật - Sản phẩm của quá trình truyền tín hiệu di truyền là các loại RNA RNA (Ribonucleic acid) - m.RNA - t.RNA - r.RNA - n.RNA
t.RNA (Transfer RNA- RNA vận chuyển) s.RNA (Soluble RNA- RNA hoà tan) Lump DHU TC t.RNA (Transfer RNA-RNA vận chuyển ) s.RNA (Soluble RNA-RNA hoà tan) . 75 phân tử nucleotide . Đầu 3’ liên kết amino acid . Nút anticodon . Nút TC- nhận ribosome . Nút DHU- nhận enzyme . Nút lump -anticodon
n E z yme and coenzyme
Nearly all known enzymes are proteins However, RNA was a biocatalyst early in evolution Glow of the luminescent jellyfish:
Phân loại enzyme Protein đế enzyme: chỉ polypeptide. Hoạt động xúc tác của chúng phụ thuộc vào một vị trí hoạt động được tạo thành bởi các thành phần axit amin
Enzyme polyme: apoenzyme + đồng yếu tố (không phải protein) = holoenzyme
Cofactor được gọi là chất kích hoạt subtrate
Apoenzyme chứa vị trí hoạt động cũng phù hợp với chất nền
Coenzymes can be either tightly or loosely bound to the enzyme Most coenzyme is originated by vitamin Source: Biochemistry 7 th edition. Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer
Example of metal ion co- factor Example of metalloenzyme: carbonic anhydrase contains zinc Cofactor
The active site of enzyme The active site of an enzyme is the region that binds the substrates. Lowers the ΔG of the reaction rate-enhancement of enzyme action. The active site takes up a small part of the total volume of an enzyme Specificity (absolute, relative (group), stereo-specificity) Lysozyme with several components of the active site shown in color
Specificity of Enzymes (ref.) Absolute specificity - the enzyme will catalyze only one reaction. Group specificity - the enzyme will act only on molecules that have specific functional groups, such as amino, phosphate and methyl groups. Linkage specificity - the enzyme will act on a particular type of chemical bond regardless of the rest of the molecular structure. Stereochemical specificity - the enzyme will act on a particular steric or optical isomer.
The complex of enzyme- substrate Substrates are bound to enzymes by multiple weak attractions: electrostatic interactions, hydrogen bonds, and van der Waals forces hydrogen bonds between enzyme and substrate often enforce a high degree of specificity- -- - (induce fit model) Adapted by: copyright 2007 Pearson Education, Inc. Publishing as Benjamin Cummings
Lock- and- key model Sự gắn kết vừa vặn giữa S và TTHD của E Giống như sự gắn kết giữa ổ khóa và chìa khóa Chìa khóa tương tự như một E và S là một ổ khóa. Cấu trúc được hình thành tạm thời gọi là phức hợp enzyme- cơ chất (E- S) Sản phẩm tạo thành có hình dạng khác với cơ chất ban đầu Khi hình thành, sản phẩm được phóng thích từ TTHD E ra khỏi phản ứng mà không có sự thay đổi về tính chất cũng như cấu hình và nó sẽ gắn kết với một cơ chất khác.
Induced- fit model Một số protein có thể thay đổi hình dạng của nó Khi một E gắn kết với S, nó sẽ làm thay đổi cấu trúc E TTHD sẽ được thay đổi thành một cấu hình đặc biệt Sự kết hợp E- S làm suy yếu các liên kết trên S Các liên kết của S được kéo căng làm cho các phản ứng dễ dàng hơn (làm giảm năng lượng kích hoạt)
Điều này giải thích các enzyme có thể phản ứng với một loạt các chất nền cùng loại Induced- fit model Induced- fit model Lock- and- key model
Enzyme as energy transformation The energy barrier in a chemical reaction is called the activation energy. In any reaction, they need the activation energy to move transition state . The outcome is that the initial substrate is converted to the final product. Enzyme act by lowering activation energy
How do enzymes lower the activation energy? The active site of an enzyme is organized so that the substrate fits well The active site fits better to the transition state. Therefore, the transition state is easier to attain and the activation energy is, therefore, lower.
Factors affecting E activity Concentration of reactant pH Temperature Inhibitor
Effect of pH Mỗi E có một khoảng pH hoạt động. Ngoài khoảng đó, E sẽ bị biến tính Thay đổi cấu trúc của enzyme Các TTHD bị bóp méo và các cơ chất sẽ không còn phù hợp với nó Ở pH có giá trị hơi khác với giá trị tối ưu của enzyme, sự thay đổi nhỏ trong điện tích của enzym và phân tử cơ chất của nó sẽ xảy ra Sự thay đổi này trong ion hóa sẽ ảnh hưởng đến các gắn kết của các chất nền với TTHD
Temperature Q10 (hệ số nhiệt độ) = tốc độ phản ứng gia tăng khi tăng 10 ° C Đối với các phản ứng hóa học Q10 = 2 đến 3? (Tỷ lệ các phản ứng tăng gấp đôi hoặc gấp ba khi tăng thêm 10 ° C nhiệt độ) Phản ứng có sự kiểm soát E tuân theo quy tắc này vì đó là phản ứng hóa học NHƯNG nhiệt độ cao sẽ làm phân hủy protein Nhiệt độ tối ưu cho một phản ứng có E sẽ là một sự cân bằng giữa Q10 và biến tính.
Ảnh hưởng của nhiệt độ Đối với hầu hết các enzyme, nhiệt độ tối ưu là khoảng 30 ° C Một vài vi khuẩn có enzym có thể chịu được nhiệt độ rất cao lên đến 100 ° C Hầu hết các enzyme hoàn toàn biến tính ở 70 °C
Inhibitor Enzyme inhibitors are molecules that interact with enzymes (temporary or permanent) Reducing the rate of an enzyme- catalyzed reaction or prevent enzymes to work in a normal manner Hóa chất ngăn chặn enzyme nhưng thường không tiêu diệt enzyme Nhiều loại thuốc và chất độc là những chất
Inhibitor Có hai loại: I rreversible inhibitor Reversible inhibitor (competitive and noncompetitive inhibitor)
Ảnh hưởng của chất ức chế E I rreversible inhibitor: Kết hợp với các nhóm chức năng của các axit amin trong các TTHD, không thể phục hồi. Ví dụ : khí độc thần kinh Diisopropyl fluorophosphate (DIFP) có chứa photpho hữu cơ, kết hợp có dư lượng serine trong enzyme acetylcholine esterase .
Ảnh hưởng của chất ức chế E Sự ức chế hồi phục ( reversible inhibitors): Có hai loại: cạnh tranh và không cạnh tranh
Ảnh hưởng của chất ức chế E Chất ức chế cạnh tranh : cạnh tranh với các phân tử cơ chất tại vị trí TTHD của E. Hoạt động của chất ức chế là tỷ lệ thuận với nồng độ của nó. Tương tự như cấu trúc của cơ chất Enzyme inhibitor complex Reversible reaction E + I EI
Chất ức chế cạnh tranh Source: http://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Organic_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_Organic_Chemistry_(Bruice)/31%3A_The_Organic_Chemistry_of_Drugs%3A_Discovery_and_Desi gn/31.07%3A_Drugs_as_Enzyme_Inhibitors
Ảnh hưởng của chất ức chế E Không cạnh tranh ( noncompetitive inhibitor) : không phải là chịu ảnh hưởng của nồng độ của cơ chất. Nó ức chế bằng cách gắn kết với enzyme (enzyme tự do hoặc phức hợp của enzyme và cơ chất) nhưng không phải ở vị trí hoạt động. Kết quả : thay đổi cấu hình ba chiều của enzyme hoặc thay đổi cấu hình trung tâm hoạt động
Ảnh hưởng của chất ức chế E Ví dụ Liên hợp Cyanide với sắt trong các enzym cytochrome oxidase. Kim loại nặng, Ag, Hg, kết hợp với- SH nhóm. Có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng một chelating (kìm hãm) như EDTA.
Sự ức chế hồi phản (feedback inhibition): là một quá trình sinh hóa bình thường, chất ức chế không cạnh tranh được sử dụng để kiểm soát một số hoạt động của enzyme. Trong quá trình này, các sản phẩm cuối cùng sẽ ức chế enzyme xúc tác bước đầu tiên trong một loạt các phản ứng
Adapted by: copyright 2007 Pearson Education, Inc. Publishing as Benjamin Cummings
Adapted by: copyright 2007 Pearson Education, Inc. Publishing as Benjamin Cummings
vitamin và coenzyme
vitamin Đại cương Hợp chất hữu cơ với một lượng nhỏ là cần thiết cho sự tăng trưởng bình thường của động vật Khoảng 14- 30 chất được biết đến như là vitamin Được cung cấp từ thức ăn và không cung năng lượng Nhiều vitamin là coenzyme
Coenzyme Đại cương Enzyme (heteroprotein): apoenzyme + coenzyme 2 loại : nhóm ngoại và cosubstract
vitamin Phân loại (tính năng hòa tan- tính phân cực) Vitamin hòa tan trong chất béo - A, D, E và K Vitamin hòa tan trong nước Vitamin nhóm B (B 1 , B 2, B 3 , B 6 , B 7 , B 12 và pantothenic acid (B 5 )) Ascorbic acid (vitamin C)
vitamin Phân loại (chức năng coenzyme của chúng; ngoại trừ vitamin C) Vitamin mang chức năng chuyển giao nhóm Vitamin mang chức năng oxy hóa khử
Thiamine (vitamin B1) Tan trong nước, cồn. Bền trong môi trường acid nhưng không bền trong môi trường kiềm Nguồn cung cấp: hạt ngũ cốc nguyên vỏ và thịt Thiamine coenzyme (thiamine pyrophosphate- TPP) participate: carboxylate pyruvate acetyl- CoA Α- ketoglutarate succinyl CoA (Kreb cycle) Pentose phosphate pathway and systhesis of valine in bacteria, yeast and plants
Thiazole ring Pyrimidine
Riboflavin (vitamin B2) Bền với nhiệt, dễ bị phân hủy bởi ánh sáng, bị oxid hóa bởi oxygen không khí Cơ thể động vật thượng đẳng không tổng hợp được (ngoại trừ thực vật và vi sinh vật) Tham gia cấu trúc của 02 coenzyme FMN ( Flavin mononucleotide) và FAD ( flavin adenine dinucleotide) đóng vai trò vận chuyển điện tử trong các phản ứng oxy hóa khử và chuyển hóa năng lượng.
Niacin và niacinamide ( v N i g t u a ồ m n n i i a n c i n P : t P ừ ) c ác protein có chứa tryptophane (60 mg tryptophan chuyển đổi đến 1 mg niacin) Thức ăn: hạt ngũ cốc, rau xanh, nấm men... Nicotinamide: thành phần cấu tạo của 2 coenzyme Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) và Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate (NADP) đóng vai trò vận chuyển điện tử trong các phản ứng oxy hóa khử và chuyển hóa năng lượng.
NADP +
Pyridoxine (vitamin B6) Các dạng Vit B6: pyridoxal, pyridoxin, và pyridoxamin Là coenzyme của nhiều loại enzyme khác nhau tham gia vào quá trình biến dưỡng các amino acid: chuyển nhóm amin, khử carboxyl, khử nhóm OH, SH...
Chuyển giao amino acid
Pantothenic acid (vitamin B5) Được phân lập từ nấm men và máu Có trong mô động vật, hạt nguyên vỏ, vi sinh vật Thành phần cấu tạo coenzyme A (chuyển giao nhóm acyl)
Biotin Có trong lòng đỏ trứng Ăn nhiều lòng trắng trứng sống dẫn đến thiếu biotin Nguồn: gan, sữa, trứng Vi khuẩn đường ruột cung phần lớn nhu cầu biotin cho cơ thể
Biotin được neo vào một dư lượng lysine trên enzyme thông qua các nhóm axit cacboxylic. Điều này cho phép việc bổ sung CO 2 ở vị trí N1 của biotin.
Acetyl carboxylase is a biotin- dependent enzyme that catalyzes the irreversible carboxylation (transport CO 2 ) of acetyl-CoA to produce malonyl- CoA Elongation of fatty acid (Source: Fatty acid synthesis (Chapter 28). Download from https://www.ccrc.uga.edu/~rcarlson/bcmb3100/Chap28.pdf
Cobalamin (vitamin B12) Chỉ được tổng hợp từ VSV và các thức ăn có nguồn gốc động vật
Vitamin B12 is involved cellular metabolism in two active coenzyme 5-deoxyadenosylcobalamin ( and methylcobalamin Chuyển nhóm methyl từ folate đến coenzyme THFA (thành dạng hoạt động), thiếu B12 dẫn đến thiếu hụt folate
Acid folic (Vitamin B9) Nguồn: lá, rau xanh, gan và ngũ cốc nguyên hạt Thiếu hụt acid folic: chứng thiếu máu Chuyển đổi vitamin B- 12 để tạo thành coenzyme Coenzyme acid tetrahydrofolic (THFA) catalyze the reaction with the role as monocarbon (CH 3 ) transfer.
Tetrahydrofolic acid (THF hay FH4)
H 4 folate and coenzyme Vitamin B12 play important roles in catabolism of AA Rearrangement of CH 3 of methionine in catabolism
Vitamin C (acid ascorbic) Chất chống oxy hóa- chất cho điện tử giảm thiểu thiệt hại gốc tự do, tái cấu trúc vitamin E bị oxy hóa để tái sử dụng
Vitamin C (acid ascorbic) Kích hoạt tổng hợp collagen Tăng cường hấp thu sắt (non-heme) Mang chức năng riêng của hệ thống miễn dịch Được tổng hợp từ glucose (không hiện diện trong VSV)
Vitamin tan trong dầu (A,D,E và K)
Tổng quan Phân tử kị nước, không phân cực Vận chuyển đến gan, giữ lại trong gan (A, D và K), trong mô mỡ (Vitamin E) Được vận chuyển vào máu nhờ lipoprotein Đường loại thải: phân Mang độc tính nếu cung dư thừa
Vitamin A (retinol)
Fatty acid (Liver) Được vận chuyển thông qua hệ thống hạch bạch huyết Dự trữ trong gan
Vitamin D
Vitamin D3 and D2 Khác nhau cách tổng hợp và sự gia tăng nồng độ vitamin D trong máu. Khi được cơ thể hấp thụ vitamin D2 và D3 đều được gan chuyển hóa lần lượt thành 25 – hydroxyvitamin D2 và 25 – hydroxyvitamin D3 (calcidiol). vitamin D3 tạo ra lượng calcidiol cao hơn so với D2
Vitamin E Nguồn thực phẩm: Dầu thực vật, mầm lúa mì, măng tây, hạnh nhân, đậu phộng và hạt hướng dương Vitamin E là chất chống oxy hóa mạnh nhất. Chống lại sự peroxide hóa các phospholipid ở màng tế bào
Vitamin K Hấp thụ và vận chuyển Hấp thụ trong ruột non, qua các hạt nhũ trấp trong hệ thống bạch huyết. Vận chuyển qua lipoprotein và được lưu trữ trong gan Bài tiết Chủ yếu là mật, lượng nhỏ trong nước tiểu Chức năng Duy trì tỷ lệ bình thường của các yếu tố làm đông máu II, VII, IX và X
Vitamin K
Phần đọc thêm
Source: Jeremy M. Berg John L. Tymoczko Lubert Strye. Biochemistry, 7 th edition, 2012. W.H. Freeman and Company, New York, ISBN 13: 9781429229364 ISBN 10:1429229365 Glutamate của prothrom bin- một chất chelator yếu của Ca+ γ- carboxyglutamate của prothrombin- chelator mạnh hơn nhiều Ca2+
Fibrinogen Prothrombine (là một Protein do gan sản xuất). Thromboplastin (do tổ chức bị tổn thương sản xuất ra). Calci Proaccelerin (yếu tố không ổn định). Proconvertin (yếu tố ổn định). antihemophilic factor Yếu tố chống Hemophilia B (yếu tố Christmas) Stuart Yếu tố chống Hemophilia C yếu tố Hageman (yếu tố tiếp xúc) yếu tố ổn định Fibrin. - Yếu tố tiểu cầu.
10 dư lượng glutamate đầu tiên (miền Gla của prothrombin) được carboxyl hóa thành γ- carboxyglutamate bởi một hệ thống enzyme phụ thuộc vitamin K .