Tài liệu Thành phần hoá học của tế bào

THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA TẾ BÀO Tổ sinh trường THPT chuyên Thái Nguyên. A. Một số vấn đề lý thuyết cơ bản về thành phần hóa học của tế bào. Thế giới quanh ta, từ viên đá nhỏ vô tri đến viên kim cương rực rỡ, từ thanh thép bé nhỏ đến tòa nhà to lớn, từ loài côn trùng sặc sỡ đến con người thông mình, tất thảy đều được cấu thành từ các nguyên tố hóa học. Toàn bộ sinh giới đa dạng được cấu tạo từ khoảng 25 nguyên tố, trong đó có nguyên tố cơ bản như C, H, O, N…. Mấu chốt của sự đa dạng tuyệt vời của sinh giới là sự sắp xếp linh hoạt của các nguyên tố. Tựu chung lại, các đại phân tử sinh học cấu trúc nên thế giới sống như Prôtein, Axit nucleic, Lipit, Cacbohydrat… đều cấu tạo từ những nguyên tố chung, và sự sai khác giữa các loài về cấu trúc là không đáng kể - nhưng đủ tinh tế để tạo nên từng loài khác nhau. Tất cả hoạt động của thế giới sống đều diễn ra ở mức độ phân tử. Do đó sự hiểu biết về cấu trúc hóa học của đơn vị sống cơ bản – tế bào – là vô cùng cần thiết. Từ đó ta có thể giải thích thấu đáo về mọi hiện tượng xảy ra trong sinh giới, cũng như điều khiển được các hiện tượng đó theo hướng có lợi nhất cho con người. 1. Các nguyên tố của tế bào: 1.1. Các nguyên tố của tế bào: Trong số 92 nguyên tố hoá học cấu tạo nên vỏ trái đất, có khoảng 25 nguyên tố là cần thiết cho sự sống, người ta gọi chúng là các nguyên tố cơ bản của tế bào. Như vậy ở cấp độ nguyên tử giới vô cơ và hữu cơ là thống nhất. Các nguyên tố hoá học thường tồn tại dưới dạng muối hay hợp chất với các chất hữu cơ. Ví dụ: Fe có trong hemoglobin; Mg có trong chlorophil; Cu có trong hemocyanin. Tuỳ từng tế bào, từng loại mô, cơ thể các nguyên tố hoá học có hàm lượng đặc trưng. + Các nguyên tố có hàm lượng  0,01% đến hàng chục % trọng lượng khô của tế bào được gọi là các nguyên tố đa lượng. Ví dụ: C, H, O, N, S, P, Ca, Mg, Na, Cl. + Các nguyên tố có hàm lượng nhỏ hơn 0,01% đến 0,001% được gọi là các nguyên tố vi lượng. Ví dụ: Cu, Zn, Mn, F... + Các nguyên tố có hàm lượng cực nhỏ <10 -6 nguyên tố siêu vi lượng. 1 được gọi là các 1.2. Vai trò của các nguyên tố hoá học trong tế bào - Các nguyên tố C, H, O, N là 4 nguyên tố chính xây dựng nên các hợp chất hữu cơ quan trọng trong tế bào. Trong đó cacbon là nguyên tố đặc biệt quan trọng trong việc tạo nên sự đa dạng của các đại phân tử hữu cơ. - Sự phân bố không đồng đều của một số ion khoáng ở 2 bên màng nguyên sinh chất là cơ sở xuất hiện điện thế màng và sự lan truyền dòng điện sinh học. - Một số nguyên tố có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với tế bào. Ví dụ: K+ có nồng độ cao trong các tế bào cơ, có vai trò quan trọng trong dẫn truyền các xung thần kinh và co cơ; Fe là thành phần quan trọng của hemoglobin; Ca 2+ có nhiều trong các tế bào xương, sụn, máu; S là thành phần của nhiều amino axit như xistein, methionin. Đặc biệt nhóm SH có vai trò quan trọng tạo nên cấu trúc bậc 3 của protein. Một số nguyên tố vi lượng là thành phần không thể thiếu được của các enzyme. - Các chất khoáng hoà tan quyết định áp suất thẩm thấu của tế bào, do dó chi phối khả năng hút nước của tế bào theo cơ chế thẩm thấu. 2. Nước và vai trò của nước trong tế bào Nước được cấu tạo từ một nguyên tử ôxi kết hợp với 2 nguyên tử hidro bằng các liên kết hoá trị. Phân tử nước có tính phân cực: mang điện tích dương ở khu vực gần với nguyên tử hydro và mang điện tích âm ở khu vực gần với nguyên tử ôxi. Sự hấp dẫn tĩnh điện giữa các phân tử nước qua mối liên kết hidro tạo ra mạng lưới nước khiến cho nó có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sống. Nước chiếm khoảng 80 – 85 % khối lượng chất nguyên sinh. Nước là môi trường hoà tan các chất vô cơ, đảm bảo cho sự tồn tại trạng thái keo của chất nguyên sinh. Nước có ý nghĩa đặc biệt trong trao đổi chất nội bào, vì các quá trình sinh lý chỉ xảy ra trong môi trường nước. Các phân tử nước tham gia vào hàng loạt các phản ứng sinh hoá trong tế bào như phản ứng thuỷ phân, quang hợp, phản ứng enzyme. Nước có vai trò quan trọng trong việc làm ổn định nhiệt của cơ thể cũng như nhiệt độ môi trường. Nhờ có các liên kết hidro gắn kết các phân tử nước với nhau làm cho nước có sức căng bề mặt giúp cho một số sinh vật có thể sống trên mặt nước. Nước liên kết hidro với các chất khác tạo lực mao dẫn giúp cây có thể hút nước từ đất lên lá. 2 Sự trao đổi nội bào có thể tạo ra lượng nước đáng kể (sự hình thành liên kết peptit, quá trình hô hấp, sự hình thành các liên kết hoá trị trong chuỗi polynucleotit...). Tuy vậy lượng nước đó vẫn chưa đủ để duy trì trạng thái cân bằng nước trong tế bào, mô, cơ thể. Bởi vì các hoạt động sinh lí của tế bào như quá trình hô hấp, tiêu hoá...đã tiêu tốn một lượng nước đáng kể. Để đảm bảo trạng thái cân bằng nước trong tế bào cần thiết có sự bổ sung nước từ ngoài vào tế bào. Nước ở trong tế bào có thể ở trạng thái tự do hay liên kết với các phân tử vô cơ hoặc hữu cơ. Hàm lượng nước trong tế bào là một chỉ tiêu thể hiện mức hoạt động sinh lý của tế bào. Ví dụ: ở tế bào già (lá già, hạt khô...) lượng nước ít, hoạt động sinh lí yếu; ở tế bào non (mô phân sinh, đỉnh sinh trưởng, động vật đang giai đoạn lớn) hàm lượng nước cao. 3. Sơ lược cấu tạo và vai trò của các hợp chất hữu cơ chính 3.1. Gluxit: Thành phần cấu tạo nên gluxit chủ yếu là 3 nguyên tố C, H, O với tỷ lệ H : O = 2 : 1. Ví dụ: C6H12O6 hoặc C12H22O11. Gồm 3 nhóm: mônôsacarit; đisacarit; pôlisacarit (đường đơn, đường đôi và đường đa). Gluxit là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho tế bào. Gluxit chủ yếu ở dạng ẩn nhập và vật liệu dự trữ của tế bào. Đường đơn (monosacarit) 3C gọi là triozơ, đường 5C gọi là pentozơ và đường 6C gọi là hexozơ (-glucose và -glucose). Một số đường đơn có vai trò đặc biệt quan trọng trong tế bào. Ví dụ: C6H12O6 là nguồn năng lượng cơ bản của tế bào; C5H10O5 là thành phần ARN; C5H10O4 là thành phần ADN. Hình 1. Ba cấu trúc khác biệt của glucose Đường đôi (disacarit) là đường có cấu tạo từ 2 đơn vị monosacarit kết hợp lại. Chúng thường gặp như chất trung gian trong quá trình đứt gãy hoặc 3 tổng hợp polisacarit. Ví dụ: mantoz gồm 2 phân tử -glucoz kết hợp với nhau thông qua liên kết glycozit 1-4. Hình 2. Sự tạo thành mantose Đường mía (saccarose) cấu tạo từ glucose và fructose kết hợp với nhau bằng liên kết glycozit 1-2. Mối liên kết glycozit làm ảnh hưởng đến tính chất hoá học của các monosacarit hợp phần và làm mất tính khử của chúng. Đường đa (polysacarit) là các hydratcacbon phức gồm nhiều đơn vị monosacarit liên kết với nhau. Chúng không có vị ngọt như đường, không tan trong nước mà chỉ hình thành các dung dịch keo. Tinh bột, glycogen, cellulose là những polysacarit phức tạp nhất, chúng có cùng công thức (C6H10O5)n. a) b) Hình 3: Cấu trúc của tinh bột (a) và cấu trúc của cellulose (b) 3.2. Lipit Lipit hoà tan kém trong nước, chỉ hoà tan tốt trong các dung môi hữu cơ như ete, benzen, axeton, cồn, chlorofoc...Tính chất đó của lipit liên hệ với sự có mặt của mạch cacbuahydro béo hay mạch vòng benzen. Lipit được chia làm 2 nhóm: Nhóm 1: Lipit đơn giản: là este của alcol và axit béo. Thuộc nhóm này gồm có: + Triglyxerit: Là chất béo dự trữ, bao gồm dầu (thực vật) và mỡ (động vật), chúng đều là este của glyxerin và 3 axit béo. Mỡ, dầu là những nguyên liệu dự trữ tốt nhất, chứa năng lượng hoá học lớn. Ngoài ra chúng còn có vai trò cách nhiệt, bảo vệ cơ học và giảm sự mất nước. 4 + Sáp: Sáp tạo thành lớp mỏng bao phủ trên bề mặt lá, thân, quả của nhiều loại cây. Sáp cũng có ở động vật, ví dụ như sáp ong, sáp lông cừu...Sáp được tạo thành từ các alcol bậc 1 mạch thẳng, phân tử lớn với các axit béo bậc cao. +) Steroit: là este của alcol vòng và axit béo phân tử lớn. Các axit béo thường gặp là axit palmitic, axit stearic, axit oleic. Các steroit như colesterol là thành phần chính của màng tế bào, axit mật giúp cho sự nhũ tương hoá mỡ trong quá trình tiêu hoá. Một số steroit khác hoạt động như các hoocmon sinh dục, vitamin... Hình 4 Nhóm2: Lipit phức tạp: trong phân tử của chúng ngoài alcol và axit béo còn có các thành phần khác như các gốc axit photphoric, colin, sacarit. Trong đó, Photpholipit là một trong những lipit phức tạp quan trọng nhất vì cùng với protein chúng là thành phần cốt yếu của tất cả các màng tế bào. Các phân tử photpholipit có thể phân bố thành cấu trúc lớp kép. Lớp kép là cơ sở cấu trúc cho tất cả các loại màng tế bào. Hình 5 : Cấu trúc của photpholipit 3.3. Prôtêin 5 Prôtêin là một chất đại phân tử sinh học có trọng lượng phân tử lớn (13.103 – 4.107 đvC). Đơn vị cấu trúc cơ sở là các axit amin. Có 20 loại axit amin khác nhau. Mỗi axit amin có thể gặp nhiều lần trong một phân tử prôtêin. Tính chất đặc thù và đa dạng của protein được quy định bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các axitamin. Các axit amin nối với nhau bởi liên kết peptit tạo nên chuỗi polypeptit Hình 6: Sự hình thành liên kết peptit. -Liên kết peptit là liên kết hình thành giữa nhóm -NH2 của axit amin này với nhóm –COOH của axit amin kia khi đã loại đi một phân tử nước. Liên kết này góp phần hình thành nên chuỗi pôlypeptit. Như vậy các chuỗi pôlypeptit mang tính chất phân cực rõ rệt. Cấu trúc không gian của protein được chia theo 4 bậc cấu trúc (Hình 7. Các bậc cấu trúc của prôtêin( A: Cấu trúc bậc 1; B: Cấu trúc bậc 2; b1: Cấu trúc bậc 2 xoắn β; b2: Cấu trúc bậc 2 xoắn α; C: Cấu trúc bâc 3; D: Cấu trúc bậc 4) Cấu trúc bậc I: Các prôtêin có cấu trúc bậc 1 do các chuỗi thẳng các axit amin nối lại với nhau (cấu trúc Hình 7 của chuỗi polypeptit). Ví dụ: insulin Cấu trúc bậc II: Xoắn alpha và xoắn beta 6 Chuỗi pôlypeptit cuộn lại thành cấu trúc không gian ba chiều. Cấu trúc xoắn alpha và beta được tạo thành do các liên kết hidro bên trong phân tử. Cách xắp xếp như vậy tạo cho prôtêin có tính dẻo, chịu được sức căng như prôtêin tơ lụa, mạng nhện, lông vũ, vảy, vuốt ở chim và bò sát. Cấu trúc này đóng vai trò chủ yếu trong việc xác định các tính chất sinh học đặc trưng cho từng loại prôtêin. Cấu trúc bậc III: Các prôtêin khối cuộn, các chuỗi pôlypeptit cuộn lại phức tạp có dạng cuộn hay khối cầu nhờ các gốc R tích điện và phân cực và cầu disunfit (S-S). Đặc trưng của prôtêin cuộn là các enzyme, các hocmon, các kháng thể và phần lớn prôtêin máu. Cấu trúc bậc IV: Các phân tử prôtêin được tạo bởi 2 hay nhiều hơn 2 chuỗi polypeptit có cấu trúc bậc 3. Ví dụ: phân tử hemoglobin có 4 chuỗi polypeptit, 2 chuỗi  và 2 chuỗi  cuộn lại. Prôtêin giữ vai trò quan trọng trong toàn bộ hoạt động sống của cơ thể sinh vật: Kiến tạo tế bào và cơ thể, bảo vệ (kháng thể), xúc tác phản ứng (enzym), điêu hoà các quá trình sống (hoocmon), cảm ứng và vận động 3.4. Axit nuclêic. Axit nucleic được tạo thành do các mônônuclêotit kết hợp với nhau qua liên kết phôtphodieste. Axit nucleic gồm 2 loại là axit đeôxiribônuclêic (ADN) và axit ribônuclêic (ARN). 3.4.1. ADN(axit đêoxiribônuclêic ) : Cấu tạo từ 5 nguyên tố C, H, O, N, P. Đơn phân là các nuclêôtit, mỗi nuclêôtit đều gồm 3 thành phần: - Đường C5H10O4 . - Axit phôtphoric. - Một trong 4 loại bazơ A, T, G, X. Trong đó bazơ liên kết với đường pentôzơ bằng liên kết glucozit. Axit phôtphoric liên kết với đường pentôzơ bằng liên kết este. Đây là các mối liên kết bền vững chính vì vậy mà nó đảm bảo cấu trúc bền vững của từng đơn phân nuclêôtit, là cơ sở cho sự bền vững của ADN. Các đơn phân liên kết với nhau bằng liên kết ester bền vững, đảm bảo sự bền vững trên một mạch đơn. 7 ADN ở sinh vật nhân thực có cấu trúc mạch kép( 2 mạch đơn). 2 mạch đơn này liên kết với nhau nhờ nguyên tắc bổ sung trong đó A liên kết với T bằng 2 liên kết hyđro và G liên kết với X bằng 3 liên kết hyđro. Cấu trúc này giúp cho ADN: - Đảm bảo tính ổn định cấu trúc không gian - Đảm bảo ADN có kích thước lớn (vật chất đảm bảo di truyền là đại phân tử và đa phân tử) - Đảm bảo ADN nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo toàn - Thuận lợi cho việc phục hồi các tiền đột biến về trạng thái bình thường - Tạo ra tính đối cực. Ở pH sinh lý, các axit nucleic có tính axit và tích điện âm, do đó dễ dàng kết hợp với các cation, đặc biệt là các protein có tính kiềm tạo thành các nucleoprotein. 3.4.2. ARN(axit ribônuclêic):Cấu tạo từ 5 nguyên tố C, H, O, N, P. Đơn phân là các ribônuclêôtit, mỗi nuclêôtit đều gồm 3 thành phần: - Đường C5H10O5 . - Axit phôtphoric. - Một trong 4 loại bazơ A, U, G, X. Có 3 loại mARN, tARN, rARN Hình 8: Các loại ARN - mARN: Dạng mạch đơn không có liên kết hiđrô độ bền vững kém - tARN: Cấu trúc một mạch được cuộn lại tạo thành các thùy tròn( một thuỳ mang bộ ba đối mã khớp với mARN, một thuỳ liên kết với ribôxôm, một thuỳ liên kết với enzyme). Trong phân tử tARN có liên kết hiđrô nhưng số lượng ít. 8 - rARN: Có trúc một mạch được cuôn lại, số liên kết hiđrô chiếm 70%, và được liên kết với prôtêin tạo thành ribôxôm Thời gian tồn tại của chúng phụ thuộc vào độ bền vững của phân tử do liên kết hiđrô tạo ra và trạng thái tồn tại của chúng trong tế bào 9 B. Câu hỏi và bài tập vận dụng. Câu 1. Chú thích hình vẽ sau, qua đó nêu vai trò của nước trong tế bào Hình1. Hình2. Hướng dẫn trả lời: 1 2 Hình 1: Phân tử nước gồm 2 nguyên tử hiđrô hình thành 2 mối liên kết với ôxi tạo 1 góc 104,5o. Nước có tính phân cực, điện tích (+) gần với mỗi nguyên tử hiđrô, điện tích (-) gần với nguyên tử oxi. Hình 2: Biểu diễn liên kết hiđrô giữa các phân tử nước. Có liên kết hiđrô mạnh trùng với trục O-H, liên kết hiđrô yếu lệch với trục O-H. Các liên kết này dễ tạo thành và dễ mất đi, chính vì vậy mà nước có thể tồn tại ở trạng thái lỏng. Vai trò: Với tính phân cực của nước và trạng thái tồn tại của nước làm cho nước trở thành hợp chất có vai trò vô cùng quan trọng trong các cơ thể sống. Là môi trường hoà tan và môi trường phản ứng của các hợp chất vô cơ và hữu cơ , điều hoà nhiệt độ duy trì trạng thái cân bằng cần thiết, tham gia các phản ứng sinh hoá, bảo vệ các hạt keo chống lại ngưng kết và biến tính. Câu 2. Tại sao lá rau để vào ngăn đá tủ lạnh khi đã ra ngoài lại rất nhanh bị hỏng? trong khi đó lá của một số cây sống ở vùng băng tuyết lại vẫn xanh? Hướng dẫn trả lời: - Khi để vào ngăn đá thì nước bị đóng băng - Liên kết hidro bền vững, thể tích tế bào tăng - Cấu trúc tế bào bị phá vỡ, khi để ra ngoài môi trường thì tế bào lá rau nhanh bị hỏng 10 - Trong đó, lá của một số cây sống trong vùng băng tuyết vẫn xanh vì ở cây đó sản sinh ra một loại prôtêin chống lại sự đóng băng nước trong tế bào lá khi nhiệt độ xuống thấp. Câu 3. Các đặc tính nào đảm bảo cho nước có vai trò quan trọng đối với sự sống, đặc điểm nào là tối quan trọng? Hướng dẫn trả lời: * Đặc tính của nước phù hợp với vai trò đối với sự sống: - Phân cực cao nên nước là dung môi tốt cho các phản ứng sinh hoá xảy ra - Nhiệt dung đặc trưng cao nên làm ổn định nhiệt độ cơ thể cũng như nhiệt độ môi trường - Nhiệt bay hơi cao nên làm giảm nhiệt độ cơ thể, điều hoà nhiệt độ - Nước đá nhẹ hơn nước bình thường, nổi, nên mùa đông lớp nước bề mặt đóng băng tạo nên lớp cách nhệt do đó sinh vật được bảo vệ - Có lực gắn kết, nước có sức căng bề mặt giúp một số sinh vật di chuyển được trên mặt nước, lực mao dẫn có thể giúp cây hút nước từ rễ lên lá. * Đặc điểm tối quan trọng là tính phân cực của nước: do đôi điện tử chung giữa oxi và hiđrô bị kéo lệch về phía oxi nên phía nguyên tử oxi mang nhiều điện tích âm, còn hiđrô mang điện tích dương, phân tử nước có hai hai đầu tích điện trái dấu. Do đó các phân tử nước có khả năng liên kết với nhau và liên kết với các phân tử phân cực khác và thể hiên được các đặc tính lý hóa của mình Câu 4. a. Hãy cho biết vai trò chủ yếu của nước trong các thành phần cấu trúc sau:Trong tế bào chất, không bào, lục lạp. b. Nước có vai trò như thế nào đối với sự sống? Tính chất nào của phân tử nước quyết định vai trò đặc biệt của nó đối với sự sống. Hướng dẫn trả lời: a. - Trong tế bào chất: Nước chủ yếu đóng vai trò cấu trúc - Trong không bào: Nước là dung môitốt và là môi trường cho các phản ứng sinh hoá xảy ra - Trong lục lạp: Nước là nguyên liệu cung cấp H+ và e b. - Đó là tính phân cực. Nhờ có tính phân cực giúp các phân tử nước liên kết với nhau và với các phân tử phân cực khác. - Vai trò: 11 + Là dung môi + Điều hòa nhiệt độ + Tạo sức căng bề mặt + Tham gia vào các phản ứng sinh hóa trong cơ thể + Là môi trường sống cho một số sinh vật Câu 5. Ở một số vùng, để cây táo sinh trưởng và phát triển tốt, người ta thường đóng một số đinh kẽm vào thân cây, hãy giải thích tại vì sao? Hướng dẫn trả lời: - Zn là nguyên tố vi lượng nên cần với một lượng nhỏ nhưng nó có vai trò rất quan trọng. - Nguời ta đóng đinh kẽm vào thân cây để cây có thể khuếch tán từ từ và cung cấp Zn cho cây. Câu 6. Một loại polysaccarit được cấu tạo bởi các phân tử glucozo liên kết với nhau bằng liên kết 1β - 4 glicozit thành mạch thẳng không phân nhánh. a, Tên của loại pôlysaccarit này? b, Ở tế bào nấm, chất hóa học nào thay thế vai trò của loại polysaccarit. Hãy cho biết đơn phân cấu tạo nên chất hóa học này? Hướng dẫn trả lời: a, Loại polysaccarit này là Xenlulozo b, Chất hóa học thay thế vai trò của loại polysaccarit trên là Kitin. Đơn phân cấu tạo nên Kitin là Glucozo liên kết với N- axetynglucozamin Câu 7. Tại sao nói tinh bột là nguyên liệu dự trữ lí tưởng trong tế bào? Hướng dẫn trả lời: - Tinh bột là hỗn hợp của amilozo và amilopeptin + Amilozo: 250 – 300 phân tử glucozo trùng phân nối với nhau bằng liên kết glicozit 1α – 4, có dạng xoắn lò xo bền vững, giữa các vòng xoắn có các liên kết hidro + Amilopeptin: có cấu trúc phân nhánh, mỗi phân nhánh bắt đầu bằng liên kết glicozit 1α – 6, chiếm tới 80% trong tế bào, nhanh chóng đuợc tổng hợp cũng như phân ly để đảm bảo cung cấp 1 luợng đường đơn cần thiết cho cơ thể. - Tinh bột không khuếch tán ra khỏi tế bào và không có hiệu ứng thẩm thấu Câu 8. Điểm giống và khác nhau giữa cacbonhidrat và lipit? Hướng dẫn trả lời: 12 * Giống nhau: - Được cấu tạo từ C, H, O - Đều có thể cung cấp năng luợng cho tế bào * Khác nhau Đặc điểm Cấu trúc Cacbonhidrat Lipit - C, H, O trong đó có nhiều O - C, H, O trong đó có ít O - Có liên kết glicozit - Có liên kết este - Tan nhiều trong nuớc - Dễ bị thủy phân Tính chất - Không tan trong nuớc, kị nước - Tan trong dung môi hữu cơ - Cung cấp và dự trữ năng lượng - Tham gia cấu trúc màng, thành Vai trò phần của vitamin, hoocmon - Cấu trúc tế bào - Dự trữ năng luợng và nhiều chức năng sinh học khác Câu 9. Tại sao khi chúng ta hoạt động thể chất như tập thể dục thể thao thì các tế bào cơ lại sử dụng đuờng glucoza trong hô hấp hiếu khí mà lại không dùng mỡ để hô hấp nhằm tạo ra nhiều ATP hơn? Hướng dẫn trả lời: - Năng lượng được giải phóng từ mỡ chủ yếu là từ các axit béo. Axit béo có tỉ lệ oxi/cacbon (O/C) thấp hơn nhiều so với đuờng glucozo. Vì vậy khi hô hấp hiếu khí, các axit béo của tế bào cần tiêu tốn nhiều oxi hơn. Khi hoạt động thể chất mạnh thì lượng oxi mang đến tế bào bị giới hạn bởi khả năng hoạt động của hệ tuần hoàn. Vì thế, mặc dầu phân giải mỡ tạo ra nhiều năng lượng hơn so với phân giải glucozo nhưng tế bào cơ lại không thể sử dụng mỡ trong truờng hợp oxi không cung cấp đầy đủ. Câu 10. Steroit là chất gì? Hãy nêu một số chất steroit và vai trò của chúng? Hướng dẫn trả lời: - Các chất stêrôit là hợp chất hữu cơ giống lipit là không tan trong nước mà tan trong dung môi hữu cơ. - Trong cơ thể thuộc stêrôit có: + Colesteron là chất tham gia vào thành phần cấu tạo của màng tế bào 13 + Axit mật giúp cho sự tiêu hóa mỡ trong quá trình tiêu hóa + Cooctiestererol: là hoocmon được sản xuất ở phần cơ trên ở tuyến thận, tham gia các phản ứng stress +Ostrogen: hoocmon sinh dục cái + Testosteron: hoocmon sinh dục nam + Canxiferol: Vitamin D2 kích thích sự hấp thụ canxi và photphat ở ruột non. + Esdison: hoocmon gây lột xác ở côn trùng Câu 11. Các chất hữu cơ trong tế bào như tinh bột, dầu, prôtêin và axit nucleic a. Được cấu tạo từ những đơn phân nào? b.Tên gọi các liên kết giữa các đơn phân trong mỗi chất hữu cơ đó? c. Vai trò của liên kết này trong cơ thể sống? Hướng dẫn trả lời: a. Các đơn phân - Gluxit cấu tạo từ các đơn phân là glucozo - Protein cấu tạo từ các đơn phân là axit amin - Lipit cấu tạo từ các đơn phân là glixerin và axit béo - Axit nucleic cấu tạo từ các đơn phân là nucleotit b. Tên gọi các liên kết - Các phân tử glucozo liên kết với nhau bằng liên kết glucozit - Các phân tử axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit - Các phân tử glixerin và axit béo liên kết với nhau bằng liên kết este - Các phân tử nucleotit liên kết với nhau bằng liên kết photphodieste c. Vai trò: Đảm bảo tính bền vững của các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sống Câu 12. Quan sát và mô tả hình vẽ sau, từ đó nêu ra những điểm giống và khác nhau của 2 phân tử này? Xenlulôzơ Tinh bột ơ 14 Hướng dẫn trả lời: - Hình vẽ mô tả cấu trúc của 2 loại pôlisaccarit là tinh bột và xenlulôzơ + Tinh bột: Cấu tạo từ đơn phân glucôzơ liên kết với nhau bằng liên kết α-1,4 glucôzit và 1,6 glucôzit tạo thành các mạch có phân nhánh + Xenlulozơ: Cấu tạo từ đơn phân glucôzơ bằng mối liên kết β-1,4 glucoozit 1sấp, 1 ngửa, làm thành một mạch thẳng không có sự phân nhánh. - Sự giống và khác nhau: + Giống: * Cấu trúc: - Đều là đại phân tử gồm nhiều đơn phân glucôzơ. - Các đơn phân được liên kết với nhau bằng liên kết glucôzit bền chắc. * Chức năng: Thành phần cấu trúc của tế bào. + Khác nhau: Nội dung Liên kết Xenlulôzơ Tinh bột β-1,4 glucozit Dạng mạch Mạch thẳng Chức năng Cấu trúc thành tế bào α-1,4 glucôzit và 1,6 glucôzit Phân nhánh Dự trữ năng lượng Câu 13. a) Tại sao tế bào sử dụng photpholipit để cấu tạo màng cơ sở ? b) Phân biệt dầu, mỡ, sáp ? Hướng dẫn trả lời: a) Phôtpholipit có cấu trúc gồm 2 axit béo liên kết với glixêrol, vị trí thứ 3 của phân tử glixêrol được liên kết với nhóm photphat, nhóm này nối glixêrol với một ancol phức. Các liên kết không phân cực C-H trong axit béo làm cho đầu mang axit béo có tính kị nước, còn đầu ancol phức ưa nước, vì thế chúng có thể tạo thành lớp màng mỏng trên mặt nước nên tế bào mới sử dụng chúng để tạo nên các dạng màng ngăn, ngăn cách tế bào với môi trường, hệ thống màng ngăn cách các tế bào thành từng ô. b) Dầu, mỡ, sáp đều là các dạng lipit đơn giản thường gặp trong các cơ thể sống.Trong điều kiện thường: - Dầu: Ở trạng thái lỏng do có chứa nhiều axit béo không no - Mỡ: Ở trạng thái nửa lỏng, nửa rắn do có chứa nhiều axit béo no - Sáp: Ở trạng thái rắn, chỉ chứa một đơn vị nhỏ axit béo liên kết với một rượu mạch dài thay cho glixerol. 15 Câu 14. a. Thế nào là axít amin thay thế, axít amin không thay thế? giải thích tại sao trong dinh dưỡng, chúng ta phải sử dụng prôtêin một cách đa dạng? b. Prôtêin trong tự nhiên có những bậc cấu trúc nào? bậc cấu trúc nào quyết định đến cấu trúc không gian của nó? Hướng dẫn trả lời: a) Axít amin thay thế là các axít amin mà cơ thể người và động vật có thể tự tổng hợp được. - Axít amin không thay thế là các axít amin mà cơ thể người và động vật không thể tự tổng hợp được, phải lấy từ bên ngoài qua thức ăn. Một số axit amin không thay thế: lizin, valin, triptôphan... - Sử dụng prôtêin một cách đa dạng để cung cấp đầy đủ các axít amin cho cơ thể, vì mỗi loại prôtêin có một số axít amin khác nhau. Nếu không sử dụng đa dạng prôtêin thì cơ thể sẽ bị thiếu các axít amin không thay thế. b) Prôtêin có bốn bậc cấu trúc: - Cấu trúc bậc 1 của prôtêin là trình tự sắp xếp các axit amin trong chuỗi pôlipeptit (một phân tử prôtêin đơn giản có thể chỉ được cấu tạo từ vài chục axit amin nhưng cũng có những phân tử prôtêin bao gồm nhiều chuỗi pôlipeptit với số lượng axit amin rất lớn). - Cấu trúc bậc 2 là cấu hình của mạch pôlipeptit trong không gian, được giữ vững nhờ các liên kết hiđrô giữa các axit amin ở gần nhau. Cấu trúc bậc 2 có dạng xoắn anpha hoặc gấp nếp bêta. - Cấu trúc bậc 3 là hình dạng của phân tử prôtêin trong không gian 3 chiều, do xoắn bậc 2 cuốn xếp theo kiểu đặc trưng cho mỗi loại prôtêin, tạo thành khối hình cầu. Cấu trúc này đặc biệt phụ thuộc vào tính chất của các nhóm (-R) trong mạch pôlipeptit, như tạo liên kết đisunphua (-S-S-) hay liên kết yếu như liên kết hiđrô. Khi prôtêin có 2 hay nhiều chuỗi pôlipeptit phối hợp với nhau tạo nên cấu trúc bậc 4. Cấu trúc bậc một prôtêin có vai tò rất quan trọng, nó xác định nên tính đặc thù, đa dạng của prôtêin đồng thời quyết định cấu trúc bậc hai, bậc ba của prôtêin. Vì vậy cấu trúc bậc một là cấu trúc quyết định nên cấu trúc không gian của prôtêin. Câu 15. Khi bị nhiễm khuẩn cơ thể thường phản ứng lại, làm cho ta bị sốt. a. Phản ứng như vậy có tác dụng gì? 16 b.Từ thực tế trên có thể suy ra tính chất protein của người và của vi khuẩn có gì khác nhau? Hướng dẫn trả lời: a, Phản ứng như vậy có tác dụng làm biến tính prôtêin của vi khuẩn vì vậy hạn chế sự sinh sản và phát tán của vi khuẩn trong cơ thể. b, Thực tế cho thấy prôtêin của vi khuẩn biến tính ở nhiệt độ thấp hơn của prôtêin ở cơ thể người. Câu 16. Hãy hoàn chỉnh bảng sau? Loại prôtêin Chức năng Ví dụ Prôtêin vận chuyển Prôtêin thụ thể Prôtêin hoocmôn Prôtêin enzyme Prôtêin dựu trữ Prôtêin co dãn Prôtêin cấu trúc Prôtêin bảo vệ Hướng dẫn trả lời: Loại prôtêin Prôtêin trúc Chức năng Ví dụ cấu Cấu trúc nên tế bào và Kêratin cấu tạo nên lông, tóc, móng. cơ thể Sợi côlagen cấu tạo nên mô liên kết Prôtêin enzim Xúc tác các phản ứng Lipaza thuỷ phân lipit sinh hoá Xenlulaza thuỷ phân xenlulôzơ Prôtêin hoocmôn Điều hoà chuyển hoá vật Insulin điều chỉnh hàm lượng đường chất của tế bào và cơ thể trong máu … Prôtêin dự trữ Dự trữ các axit amin Anbumin dự trữ trong trứng gà … Glôbulin dự trữ trong các cây họ đậu vận Vận chuyển các chất Hêmôglôbin vận chuyển O2 và CO2 Chilômicrôn vận chuyển côlestêrôn Prôtêin chuyển Prôtêin thụ thể Giúp tế bào nhận tín hiệu Các prôtêin thụ thể trên màng sinh hoá học chất Prôtêin co dãn Co cơ, vận chuyển, phân Actin và miôzin trong cơ bào Sợi tubulin trong thoi phân bào Prôtêin bảo vệ Chống bệnh tật Các kháng thể, intefêron chống lại 17 sự xâm nhập của virut và vi khuẩn Câu 17. Hãy chỉ ra các bậc cấu trúc và liên kết trong các bậc cấu trúc của phân tử prôtein trong hình vẽ sau? Hướng dẫn trả lời: Hình 1: Cấu trúc bậc 1, có liên kết peptit . Hình 2: Cấu trúc bậc 3, cầu disulfit bền chắc. Liên kết hidro yếu giữa các nhóm R. Liên kết điện hoá trị, liên kết yếu giữa các nhóm R tích điện trái dấu. Hình 3: Cấu trúc bậc 2, có liên kết hidro, là mạch polipeptit tạo thành vòng xoắn lò so (xoắn α) hoặc mạch polipeptit kéo dài và nằm song song với liên kết hidro (nếp gấp β) . Câu18. Tính chất của prôtêin? Hướng dẫn trả lời: - Prôtêin là đại phân tử, cấu trúc gồm 2 nhóm chính là amin (-NH 2 ) và cacboxyl (-COOH). * Sự biến tính - Dưới tác dụng của các tác nhân vật lý như tia cực tím, sóng siêu âm, khuấy cơ học... hay tác nhân hóa học như axit, kiềm mạnh, muối kim loại nặng,... các cấu trúc bậc hai, ba và bậc bốn của protein bị biến đổi nhưng không phá vỡ cấu trúc bậc một của nó, kèm theo đó là sự thay đổi các tính chất của protein so với ban đầu. Đó là hiện tượng biến tính prôtêin. * Sau khi bị biến tính, protein thường thu được các tính chất sau: + Độ hòa tan giảm do làm lộ các nhóm kỵ nước vốn đã chui vào bên trong phân tử prôtêin. + Khả năng giữ nước giảm + Mất hoạt tính sinh học ban đầu + Tăng độ nhạy đối với sự tấn công của enzim prôtêaza do làm xuất hiện các liên kết peptit ứng với trung tâm hoạt động của prôtêaza + Tăng độ nhớt nội tại + Mất khả năng kết tinh 18 Câu 19. Hình vẽ dưới đây mô tả một chuỗi polypeptit ngắn với 8 axit amin theo trình tự 1  8 từ trái qua phải như sau 1 2 a. Hãy viết công thức các nhóm chức vào các ô chữ nhật số 1 và số 2 b. Gọi tên và kiểu của phản ứng tạo liên kết giữa hai axit amin. Hướng dẫn trả lời: a. Công thức các nhóm chức 1. -NH2 2. -COOH b. Liên kết peptit. Liên kết này được hình thành giữa nhóm cacboxyl cuả axit amin này với nhóm amin của axit amin khác đồng thời giải phóng một phân tử nước. - Kiểu phản ứng là phản ứng trùng ngưng Câu 20. Nêu những điểm khác nhau về cấu tạo và chức năng của prôtêin và axit nuclêic? Hướng dẫn trả lời: Axit nucleic Prôtêin - Chiều dài phân tử lớn, hàng trăm mm - Chiều dài phân tử prôtêin nhỏ, tối đa 0,1mm - Khối lượng phân tử ADN lớn, hàng - Khối lượng phân tử prôtêin nhỏ, triệu đvc tối đa 1,5 triệu đvC - ADN có 2 mạch, ARN có 1 mạch - Prôtêin có 1, 2, 3, hoặc 4 chuỗi pôlypeptit - Đơn phân là các nuclêôtit hoặc ribonu - Đơn phân là axit amin - Trong ADN có 4 loại nu (A, T, G, X). - Trong prôtêin có hơn 20 loại axit trong ARN có 4 loại ribonu (A, U, G, X) amin - Các nu trên mạch đơn nối với nhau - Chuỗi pôlypeptit nối với nhau bằng liên kết cộng hoá trị bằng liên kết peptit - Thể hiện tính axit - Vừa thể hiện tính axit, vừa thể hiện tính bazơ - Axit nucleic có khả năng sao chép. - Không có khả năng tự nhân đôi. - Thực hiện chức năng di truyền. - Tham gia vào các hoạt động sống của tế bào và cơ thể. 19 Câu 21. Vì sao khi ta nấu canh cua (cua giã nhỏ và được lọc lấy nước để nấu canh) thì có hiện tượng đóng lại từng mảng nổi lên mặt nước nồi canh? Hướng dẫn trả lời: - Hiện tượng đóng thành mảng là do prtêin cua bị vón cục lại - Trong môi trường nước của tế bào, protein thường giấu kín phần kỵ nước ở bên trong là lộ phần ưu nước ở bên ngoài. - Khi có nhiệt độ cao, các phân tử chuyển động hỗn loạn làm cho các phần kỵ nước ở bên trong bộc lộ ra ngoài nhưng do bản chất kỵ nước nên các phần kỵ nước của phân tử này ngay lập tức lại liên kết với phần kỵ nước của phân tử khác làm cho các phân tử nọ kết dính với phân tử kia do vậy có hiện tượng pr đóng lại từng mảng nổi lên mặt nước nồi canh Câu 22. Mô tả hình vẽ sau, chỉ rõ thành phần cấu trúc, các mối liên kết giữa các thành phần và ý nghĩa của các mối liên kết đó ? Hướng dẫn trả lời: - Hình vẽ mô tả cấu trúc các loại nuclêôtit của ADN gồm 4 loại A, T, G, X - Các nuclêôtit đều gồm 3 thành phần: Đường C 5H10O4, axit photphoric và bazơ nitric. Các nuclêôtit khác nhau ở thành phần thứ 3 là bazơ có 4 loại A, T, G, X +/ Bazơ liên kết với đường pentozơ bằng liên kết glucozit +/ Axit photphoric liên kết với đường pentozơ bằng liên kết este Đây là các mối liên kết bền vững chính vì vậy mà nó đảm bảo cấu trúc bền vững của từng đơn phân nuclêôtit, là cơ sở cho sự bền vững của ADN. Câu 23. a. Tại sao một phân tử ADN ở tế bào sinh vật nhân thực có 2 mạch đơn? b. Hình vẽ dưới đây cho thấy các loại liên kết trong phân tử ADN 20