Đại cương cơ sở hóa học của sinh học phân tử

Tài liệu Đại cương cơ sở hóa học của sinh học phân tử có nội dung giới thiệu đến bạn đọc một số kiến thức hữu ích như: Liên kết cộng hóa trị và tương tác không cộng hóa trị, tương tác ion là lực hút giữa các ion chứa điện tích trái dấu, liên kết hydrogen xác định độ hòa tan trong nước của phân tủ không tích điện, tương tác van der Waals do các lưỡng cực điện tạm thời gây ra, hiệu ứng kị nước làm các phân tử không phân cực kết tụ,... Mời các bạn tham khảo để nắm bắt nội dung chi tiết.

Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đại cương cơ sở hóa học của sinh học phân tử ĐẠI CƢƠNG CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA SINH HỌC PHÂN TỬSự sống của tế bào phụ thuộc vào hàng ngàn phản ứng và tương tác hóa học. Những phản ứng vàtương tác này phối hợp một cách tinh vi theo không gian, thời gian và do chỉ lệnh di truyền cũngnhư môi trường chi phối. Nghiên cứu những tương tác và phản ứng như vậy ở mức độ phân tử sẽgiúp chúng ta giải pháp các câu hỏi cơ bản về sự sống của tế bào. Những câu hỏi đó là: Tế bàohấp thụ dinh dưỡng và thông tin từ môi trường như thế nào? Chúng chuyển hóa năng lượng vàdự trữ chúng trong chất dinh dưỡng thành hoạt động tế bào ra sao? Tế bào chuyển đổi nănglượng lưu giữ trong dinh dưỡng thành cấu trúc của chúng như thế nào? Tế bào liên kết với nhautạo thành mô như thế nào? Tế bào giao tiếp với nhau như thế nào để một sinh vật phức tạp có thểtăng trưởng và thích nghi cao với môi trường? Một trong những mục tiêu của sinh học phân tử tếbào là cung cấp đáp án dưới dạng thuộc tính của từng phân tử và ion cho các câu hỏi trên cũngnhư nhiều câu hỏi khác về cấu trúc, chức năng của tế bào và sinh vật.Hình 1.1: Các phân tử hóa học và tương tác hóa học điển hình trong giới sinh học(Theo Lodish’s Molecular Cell Biology 5th)Ví dụ, các thuộc tính của nước, một trong những phân tử như vậy, đã và đang kiểm soát tiến hóa,cấu trúc và chức năng của tế bào. Bạn sẽ không thể hiểu sinh học phân tử nếu không thực sự thấuhiểu các tính chất của nước đã kiểm soát hóa học của sự sống ra sao. Sự sống đầu tiên được phátsinh từ môi trường nước. Chiếm 70-80% trọng lượng của hầu hết các loại tế bào, nước là phân tửphong phú nhất trong hệ sinh học. Chính trong môi trường lỏng này các tiểu phân tử và ion(chiếm 7% trọng lượng vật chất) lắp ráp thành đại phân tử, đại phân tử tích hợp thành bộ máy vàhình thể của tế bào, tức toàn bộ phần trọng lượng còn lại của cơ thể sinh vật. Các tiểu phân tửgồm amino acid, nucleotide, lipid và đường.Nhiều phân tử sinh học dễ hòa tan trong nước gọi là ưa nước. Các phân tử khác là chất dạng béo,dầu phân tách với nước nên gọi là kị nước. Ngoài ra nhiều phân tử sinh học khác (Ví dụ nhưphospholipid) chứa cả vùng kị nước và ưa nước nên được gọi là lưỡng phần. Phospholipid cấuthành màng linh động như bức tường bao quanh tế bào và các cơ quan tử. Hoạt động nhịp nhàngcủa tế bào, mô và sinh vật phụ thuộc vào tất cả các loại phân tử kể trên, từ những phân tử nhỏnhất đến lớn nhất. Thực vậy, xét trên sự sinh tồn của loài người thì một ion đơn giản (H+) đóngvai trò quan trọng không kém những phân tử DNA khổng lồ mang mã di truyền (Khối lượngDNA trong nhiễm sắc thể số 1 của người gấp 8,6x1010 lần khối lượng proton!). Tương tác hóahọc của tất cả các phân tử lớn, nhỏ này với nước và với nhau xác định bản chất của sự sống.Thật may cho chúng ta, trong khi có rất nhiều loại phân tử sinh học tham gia tương tác và phảnứng trong rất nhiều con đường phức tạp để tạo nên tế bào và sinh vật sống thì số nguyên lý hóahọc cần để hiểu các quá trình tạo nên mức độ phân tử lại không thay đổi qua hàng triệu năm.Trong chương này, chúng ta xem xét những nguyên tắc then chốt, một số trong đó, hẳn bạn đãbiết rõ. Chúng ta bắt đầu với liên kết công hóa trị với vai trò kết nối nguyên tử thành phân tử.Tiếp đến là những liên kết không cộng hóa trị, giúp ổn định nhóm nguyên tử thuộc cấu trúc chứcnăng bên trong và giữa các phân tử. Sau đó chúng ta đề cập đến những tính chất trọng yếu củacác đơn vị cấu trúc hóa học cơ bản tham gia cấu thành đại phân tử và tổ hợp đại phân tử. Sau khixem xét cân bằng hóa học liên quan đến hầu hết các hệ sinh học chúng ta kết thúc chương vớicác nguyên lý năng lượng hóa sinh cơ bản, bao gồm vai trò lưu trữ và chuyển hóa năng lượngcủa ATP (adenosine triphosphate) trong trao đổi chất của tế bào.1.1 Liên kết cộng hóa trị và tương tác không cộng hóa trịLực hấp dẫn giữa các nguyên tử là “keo” dính chúng lại với nhau trong phân tử. Các phân tử sinhhọc cũng tương tác với nhau thông qua lực này. Các lực mạnh tạo thành liên kết cộng hóa trị khihai nguyên tử dùng chung một (liên kết đơn) hoặc nhiều cặp điện tử (liên kết đôi, liên kết ba…).Lực hấp dẫn yếu trong các tương tác không cộng hóa trị cũng quan trọng không kém bởi chúngxác định tính chất và chức năng của nhiều phân tử sinh học như protein, acid nucleic,carbohydrate, và lipid. Đầu tiên chúng ta sẽ thảo luận về liên kết cộng hóa trị và sau đó đến bốnloại tương tác không cộng hóa trị chính: liên kết ion, liên kết hydrogen, tương tác van der Waalsvà hiệu ứng kị nước.Cấu hình điện tử của nguyên tử xác định số lượng và tính chất của các liên kết cộng hóa trị mànó tạo thành Hydrogen, oxygen, carbon, nitrogen, phosphorus, lưu huỳnh là các chất phổ biếnnhất trong phân tử sinh học. Những nguyên tử này hiếm khi tồn tại độc lập mà luôn tham gia tạoliên kết. Chúng dễ dàng hình thành liên kết cộng hóa trị sử dụng điện tử nằm trong orbital lớpngoài cùng. Số lượng và mô ...