Lý thuyết các phân tử sinh học - Sinh 10 Kết nối tri thức

I. Khái niệm và thành phần cấu tạo của các phân tử sinh học trong tế bào

Phân tử sinh học là những phân tử hữu cơ chỉ được tổng hợp và tồn tại trong các tế bào sống. 

Các phân tử sinh học chính bao gồm protein, lipid, carbohydrate, nucleic acid. Trong đó, protein, carbohydrate và nucleic acid là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phản hợp thành. Vì vậy, những loại phân tử sinh học này có kích thước rất lớn và được gọi là các polymer.

Thành phần hoá học chủ yếu của các phân tử sinh học là khung cacbon và các nguyên tử hydrogen, chúng liên kết với nhau hình thành nên bộ khung hydrocarbon rất đa dạng. 

II. Các phân tử sinh học

1. Carbohydrate - chất đường bột

Carbohydrate được cấu tạo từ ba loại nguyên tố C, H và O với tỉ lệ 1:2:1 và công thức cấu tạo chung là (CH2O)n, trong đó n là số nguyên tử carbon. Carbohydrate được chia thành ba nhóm: đường đơn (monosaccharide), đường đôi (disaccharide) và đường đa (polysaccharide). 

Nguồn thực phẩm cung cấp đường và tinh bột cho con người và động vật đều bắt nguồn từ các bộ phận dự trữ đường và tinh bột của thực vật như củ, quả, hạt thân cây (ví dụ: củ cải đường, mía …).

a) Đường đơn

Đường đơn có 6 nguyên tử cacbon, gồm ba loại chính là glucose, fructose và galactose (H 5.1). 

Các loại đường đơn này có hai chức năng chính: 

(1) dùng làm nguồn cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào; 

(2) dùng làm nguyên liệu để cấu tạo nên các loại phân tử sinh học khác.

b) Đường đôi

Đường đôi được hình thành do hai phân tử đường đơn liên kết với nhau (sau khi loại một phân tử nước) bằng một liên kết cộng hoá trị (được gọi là liên kết glycosidic). 

Đường đôi còn được gọi là đường vận chuyển và các sinh vật vận chuyển nguồn năng lượng là glucose đến các bộ phận khác nhau của cơ thể hoặc nuôi dưỡng con non (do đường đôi sẽ không bị phân giải trong quá trình vận chuyển). 

Ví dụ: được tổng hợp từ lá cây, sau đó liên kết với nhau thành đường đối sucrose rồi vận chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây. Đường lactose là đường sữa, được sản xuất để cung cấp cho các con non.

c) Đường đa

Đường đa là loại polymer được cấu tạo từ hàng trăm tới hàng nghìn phân tử đường đơn lớn là glucose). 

Đường đa hay còn gọi là đường phức, bao gồm các loại tinh bột, glicogen, cellulose, chitin.

2. Lipit - Chất béo:

Lipid là một nhóm chất rất đa dạng về cấu trúc nhưng có đặc tính chung là kị nước. 

Các loại mỡ động vật hormone sinh dục (như testosterone, estrogen, dầu thực vật, phospholipid) một số sắc tố, sáp và một số loại vitamin đều là lipid.

3. Protein - Chất đạm:

a) Chức năng của protein

• 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 của các amino acid trong chuỗi polypeptide.
• Cấu trúc bậc 4: Hai hay nhiều chuỗi polipeptit liên kết với nhau.

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 hoá trị S-S (disulphide) cũng như liên kết ion

Cấu trúc không gian của protein bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Khi điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ ...

4. Nucleic acid

Nucleic acid hay còn gọi là acid nhân vì ban đầu được phát hiện chủ yếu ở trong nhân tế bào. Có hai loại acid nhân là DNA và RNA.

Sơ đồ tư duy các phân tử sinh học: