Giáo Trình Hóa Sinh PDF

UBND TỈNH SƠN LA TRƢỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ GIÁO TRÌNH HÓA SINH NGÀNH: DƢỢC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐYT ngày tháng năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Y tế Sơn...

UBND TỈNH SƠN LA TRƢỜNG CAO ĐẲNG Y TẾ GIÁO TRÌNH HÓA SINH NGÀNH: DƢỢC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐYT ngày tháng năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Y tế Sơn La Sơn La, năm 2020  TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm./.  LỜI GIỚI THIỆU Hóa sinh là một ngành khoa học sự sống. Những thành tựu của Hóa sinh có ý nghĩa quan trọng trong Y – Dược Trong Y học, các xét nghiệm hóa sinh được sử dụng rộng rãi để sàng lọc, chẩn đoán, tiên lượng và theo dõi điều trị bệnh. Trong ngàng Dược, hóa sinh giúp tìm hiểu cơ chế tác dụng của thuốc ở cấp độ tế bào và phân tử, từ đó giúp thiết kế ra các phân tử thuốc tác dụng tại đích đặc hiệu. Giáo trình Hóa sinh – đối tượng cao đẳng Dược nhằm cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về cấu tạo và thành phần hóa học của các hợp chất trong cơ thể sống, mối liên quan giữa cấu trúc và chức năng, các quá trình chuyển hóa của chúng và năng lượng trong cơ thể, từ đó vận dụng được kiến thức để giải quyết được những vấn đề thực tế liên quan về chuyên môn và học các môn học chuyên ngành khác. Môn Hóa sinh gồm 2 đơn vị học trình lý thuyết, chia làm 2 phần: - Phần 1: cấu trúc, chức năng và sự chuyển hóa của các chất cơ bản trong cơ thể. - Phần 2: hóa sinh về nước, chất vô cơ, máu, gan, thận và nước tiểu. Nội dung của giáo trình bao gồm các chương/bài sau: Chương 1. Glucid Chương 2. Lipid Chương 3. Acid amin và Protein Chương 4. Hemoglobin và acid nucleic Chương 5. Enzym Chương 6. Hormon Chương 7. Trao đổi chất, oxy hóa sinh học, chu trình Krebs Chương 8. Chuyển hóa Glucid Chương 9. Chuyển hóa Lipid Chương 10. Chuyển hóa protid và acid nucleic Chương 11. Sự trao đổi nước và các chất vô cơ Chương 12. Hóa sinh máu Chương 13. Hóa sinh Gan Chương 14. Hóa sinh thận và nước tiểu Trong quá trình biên soạn, chúng tôi lấy giáo trình Hóa sinh học (Sách đào tạo dược sĩ ĐH, 2015), chủ biên GS.TS. Nguyễn Xuân Thắng làm tài liệu tham khảo. Tuy nhiên, lần đầu biên soạn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi mong nhận được góp ý từ các nhà giáo, các nhà khoa học, các bạn đọc và các sinh viên để cuốn sách được sửa chữa, bổ sung hoàn thiện hơn. NHÓM BIÊN SOẠN Ths. Phạm Thị Thanh Tâm Ths.Bs. Tòng Thị Thanh  MỤC LỤC Trang Chương 1. Glucid............................................................................... 1 Chương 2. Lipid................................................................................ 8 Chương 3. Acid amin và Protein........................................................ 13 Chương 4. Hemoglobin và acid nucleic............................................. 21 Chương 5. Enzym.............................................................................. 27 Chương 6. Hormon............................................................................ 34 Chương 7. Trao đổi chất, oxy hóa sinh học, chu trình Krebs............ 39 Chương 8. Chuyển hóa Glucid.......................................................... 46 Chương 9. Chuyển hóa Lipid............................................................ 54 Chương 10. Chuyển hóa protid và acid nucleic................................ 61 Chương 11. Sự trao đổi nước và các chất vô cơ............................... 67 Chương 12. Hóa sinh máu................................................................. 73 Chương 13. Hóa sinh Gan................................................................. 78 Chương 14. Hóa sinh thận và nước tiểu............................................ 83  1 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC 1. Tên môn học: Hóa sinh 2. Mã môn học: 420110 Thời gian thực hiện môn học: 30 giờ (Lý thuyết: 28 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 0 giờ; Kiểm tra: 02 giờ). 3. Vị trí , tính chất của môn học 3.1. Vị trí: Môn Hóa sinh nằm trong khối kiến thức cơ sở ngành. 3.2. Tính chất: Giáo trình cung cấp kiến thức, kỹ năng và năng lực tự chủ và trách nhiệm cho người học liên quan đến các chất và quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể. Qua đó, người học đang học tập tại trường sẽ: (1) có bộ giáo trình phù hợp với chương trình đào tạo của trường; (2) dễ dàng tiếp thu cũng như vận dụng các kiến thức và kỹ năng được học vào môi trường học tập và thực tế lâm sàng. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của môn học: Môn Hóa sinh trang bị cho sinh viên các kiến thức cơ bản về cấu trúc, tính chất và chức năng các thành phần cấu tạo chủ yếu của tế bào; quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể sống liên quan chặt chẽ đến tác dụng của thuốc và bệnh học. Vận dụng được kiến thức lý thuyết trong việc phát hiện, phòng và điều trị một số bệnh lý, giải quyết những vấn đề thực tế liên quan về chuyên môn Dược. 4. Mục tiêu môn học 4.1. Về kiến thức A1. Trình bày được những kiến thức cơ bản cấu trúc, tính chất và chức năng các thành phần cấu tạo chủ yếu của tế bào. A2. Trình bày được quá trình chuyển hóa các chất trong cơ thể sống. A3. Trình bày được cấu trúc và chức năng sống của các cơ quan trong cơ thể. 4.2. Về kỹ năng B1. Vận dụng được kiến thức lý thuyết trong việc phát hiện, phòng và điều trị một số bệnh lý. B2. Vận dụng được kiến thức lý thuyết để giải quyết những vấn đề thực tế liên quan về chuyên môn Dược. 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm C1. Thể hiện được năng lực tự học, tự nghiên cứu trong học tập.  2 C2. Chịu trách nhiệm về kết quả học tập của bản thân, sự chính xác trong công tác chuyên môn sau này. 5. Nội dung môn học 5.1. Chƣơng trình khung Thời gian học tập (giờ) Trong đó Số Thực Mã Tên môn học, tín Tổng hành/thực MH chỉ số Lý tập/thí Kiểm thuyết nghiệm/bài tra tập/thảo luận Các môn học I 22 435 156 256 23 chung/đại cƣơng 420101 Chính trị 4 75 41 29 5 420102 Tiếng anh 6 120 42 72 6 420103 Tin học 3 75 15 58 2 420104 Giáo dục thể chất 2 60 4 52 4 Giáo dục quốc phòng 420105 5 75 36 35 4 - an ninh 420106 Pháp luật 2 30 18 10 2 Các môn học II chuyên môn ngành, 101 2370 796 1453 121 nghề II.1 Môn học cơ sở 24 495 199 269 27 420107 Sinh học 2 45 14 29 2 420108 Xác suất thống kê 2 45 14 29 2 420109 Giải phẫu – Sinh lý 4 75 43 26 6 420110 Hóa sinh 2 30 29 0 1  3 420111 Hóa đại cương-vô cơ 3 60 28 29 3 420112 Hóa hữu cơ 3 60 28 29 3 Vi sinh – Ký sinh 420113 3 60 29 28 3 trùng 420114 Hóa phân tích 4 90 28 58 4 Môn học chuyên 59 1500 441 992 67 II.2 môn, ngành nghề 420115 Pháp chế Dược 3 60 28 26 6 420116 Thực vật dược 4 75 43 28 4 420117 Bào chế 5 105 43 58 4 420118 Hóa dược 5 105 43 58 4 420119 Dược liệu 5 105 43 58 4 420120 Kiểm nghiệm 5 105 43 58 4 420121 Dược lý I 2 30 28 0 2 420122 Dược lý II 5 105 43 58 4 420123 Tổ chức quản lý dược 3 60 28 26 6 420124 Quản lý tồn trữ thuốc 2 30 28 0 2 420125 Dược học cổ truyền 4 90 28 58 4 420126 Dược lâm sàng 6 180 43 130 7 Thực hành nghề 5 225 217 8 420127 nghiệp 1 Thực hành nghề 5 225 217 8 420128 nghiệp 2 II.3 Môn học tự chọn 18 375 156 192 27  4 Nhóm 1 18 375 156 192 27 420129 Bệnh học 4 75 43 28 4 Anh văn chuyên 2 45 15 28 2 420130 ngành 420131 Marketing Dược 2 45 14 26 5 420132 Kinh tế dược 2 45 14 26 5 Kỹ năng giao tiếp bán 4 90 28 58 4 420133 hàng Quản trị kinh doanh 2 45 14 26 5 420134 dược Đảm bảo chất lượng 2 30 28 0 2 420135 thuốc Nhóm 2 18 375 156 192 27 420129 Bệnh học 4 75 43 28 4 Anh văn chuyên 2 45 15 28 2 420130 ngành Đạo đức hành nghề 2 30 28 0 2 420131 Dược Một số dạng bào chế 2 45 14 26 5 420132 đặc biệt Kỹ năng giao tiếp bán 4 90 28 55 7 420133 hàng Thực hành Dược 2 60 0 55 5 420134 khoa Đảm bảo chất lượng 2 30 28 0 2 420135 thuốc Tổng cộng chung 123 2805 952 1709 144  5 5.2. Chƣơng trình chi tiết môn học Số Thời gian (giờ) TT Thảo Tên chƣơng, mục luận, bài Tổng Lý Kiểm tập, thực số thuyết tra hành, thí nghiệm 1 Chương 1. Glucid 2 2 0 2 Chương 2. Lipid 2 2 0 3 Chương 3. Acid amin và Protein 2 2 0 4 Chương 4. Hemoglobin và acid nucleic 2 2 0 5 Chương 5. Enzym 2 2 0 6 Chương 6. Hormon 2 2 0 7 Chương 7. Trao đổi chất, oxy hóa sinh học, 2 2 0 chu trình Krebs 8 Chương 8. Chuyển hóa Glucid 2 2 0 9 Chương 9. Chuyển hóa Lipid 2 2 0 10 Chương 10. Chuyển hóa protein và acid 3 3 0 nucleic 11 Chương 11. Sự trao đổi nước và các chất 2 2 0 vô cơ 12 Chương 12. Hóa sinh máu 2 2 0 13 Chương 13. Hóa sinh Gan 2 2 0 14 Chương 14. Hóa sinh thận và nước tiểu 2 2 0 Tổng 30 29 0 1 6. Điều kiện thực hiện môn học: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn.  6 6.2. Trang thiết bị dạy học: Máy vi tính, máy chiếu projector, phấn, bảng. 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phƣơng tiện: Giáo trình. 6.4. Các điều kiện khác: mạng Internet. 7. Nội dung và phƣơng pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức. - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phƣơng pháp: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành k m theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Y tế Sơn La như sau: Đi m đánh giá Tr ng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 7.2.2. Phƣơng pháp đánh giá Phƣơng pháp Phƣơng pháp Hình thức Chuẩn đầu Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra ra đánh giá cột kiểm tra Thường Viết Tự luận cải A1, A2, A3 1 Sau 17 giờ. xuyên tiến B1, B2, C1, (sau khi học C2 xong bài 4) Định kỳ Viết Tự luận cải A1, A2,A3 1 Sau 26 giờ tiến B1, B2, C1, (sau khi học C2 xong bài 13  7 Kết thúc môn Viết Tự luận cải A1, A2,A3 1 Sau 30 giờ học tiến B1, B2, C1, C2 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 8. Hƣớng dẫn thực hiện môn học 8.1. Phạm vi, đối tƣợng áp dụng: Môn học được áp dụng cho đối tượng sinh viên Cao đẳng Điều dưỡng hệ chính quy học tập tại Trường CĐYT Sơn La. 8.2. Phƣơng pháp giảng dạy, học tập môn học 8.2.1. Đối với ngƣời dạy + Lý thuyết: Thuyết trình, động não, thảo luận nhóm, làm việc nhóm, giải quyết tình huống. + Thực hành, bài tập: Thảo luận nhóm. + Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với ngƣời học Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết phải học lại môn học mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo  8. Bộ Lao động, Thƣơng binh và Xã hội (2018), Thông tư số 54/2018/TT-BLĐTBXH ngày 28/12/2018 của Bộ Lao động, Thương binh và Xã hội về việc quy định khối lượng kiến thức tối thiểu yêu cầu về năng lực mà người học đạt được sau khi tốt nghiệp trình độ trung cấp, trình độ cao đẳng các ngành, nghề thuộc lĩnh vực sức khỏe và dịch vụ xã hội.. Chủ biên TS Nguyễn Văn Rƣ, GS.TS. Nguyễn Xuân Thắng (2015). Hóa sinh h c (Sách đào tạo dược sĩ ĐH), NXB Y học.. Đại học Dƣợc Hà Nội (2017). Thực hành Hóa sinh.  9 CHƢƠNG 1. GLUCID  GIỚI THIỆU CHƢƠNG 1 Chương 1 là chương giới thiệu tổng quan về hợp chất Glucid trong cơ thể người để người học có được kiến thức nền tảng và vận dụng được kiến thức đã học vào sử dụng hiệu quả Glucid trong Y – Dược.  MỤC TIÊU CHƢƠNG 1 Sau khi h c xong chương này, người h c có khả năng:  Về kiến thức: 1. Trình bày được định nghĩa, phân loại và vai trò sinh học của glucid. 2. Trình bày được cấu tạo, tính chất hóa học, vai trò của một số glucid quan trọng trong cơ thể sống và trong y dược. Về kỹ năng: 1. Vận dụng được kiến thức để giải thích một số vấn đề thực tế liên quan về glucid. 2. Vận dụng được kiến thức về glucid để học các môn chuyên ngành.  Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: 1. Thể hiện được năng lực tự học, tự nghiên cứu trong học tập. 2. Chịu trách nhiệm về kết quả học tập của bản thân, sự chính xác trong công tác chuyên môn sau này.  PHƢƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƢƠNG 1 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (Chương 1) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận chương 1 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƢƠNG 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết. - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có.  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 1 - Nội dung:  10  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức.  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá:  Đi m ki m tra thường xuyên: không có.  Ki m tra định kỳ lý thuyết: không có.  11 NỘI DUNG CHƢƠNG 1 1. Đại cƣơng 1.1. Định nghĩa và vai trò Glucid (carbohydrat hay saccarid) là những polyhydroxy aldehyd hay polyhydroxy ceton (có 2 nhóm –OH trở lên) và dẫn xuất của chúng. Phần lớn glucid có công thức tổng quát là Cn(H2O)m, số còn lại có thể chứa N, P hoặc S trong công thức phân tử. Glucid đóng vai trò quan trọng trong cấu tạo và chuyển hóa. Ở thực vật, glucid được tổng hợp từ CO2 và H2O nhờ quá trình quang hợp để tạo thành tinh bột, cellulose và một số chất khác. Mặc dù động vật có thể tự tổng hợp một phần nhỏ glucid, nhưng nguồn glucid của chúng chủ yếu được cung cấp từ thực vật. Phần lớn glucid từ thức ăn được cơ thể động vật hấp thu dưới dạng glucose. Ở động vật có vú, glucose là nguồn nhiên liệu chính cung cấp năng lượng cho cơ thể đồng thời được cơ thể sử dụng để tổng hợp nên nhiều thành phần khác có chức năng đặc biệt như: dự trữ năng lượng (glycogen), cấu tạo nên acid nucleic (ribose và deoxyribose), lactose của sữa (galactose), màng tế bào (peptidoglycan, glycoprotein và glycolipid), … 1.2. Phân loại Glucid được chia thành 3 nhóm: - Monosaccarid (đường đơn): là những glucid đơn giản nhất, không bị thủy phân thành những chất đơn giản hơn và được coi là đơn vị cấu tạo của glucid. Một số monosaccarid quan trọng như glucose, fructose, galactose,… - Oligosaccarid: là một chuỗi ngắn các monosaccarid được nối với nhau bằng liên kết glycosid. Oligosaccarid phổ biến nhất là các disaccarid gồm 2 phân tử đường đơn, như saccarose, lactose, maltose. - Polysaccarid: là những glucid có chứa nhiều hơn 20 đơn vị monosaccarid, được chia thành 2 loại là polysaccarid thuần và polysaccarid tạp. 2. Monosaccarid 2.1. Một số monosaccarid thƣờng gặp Bảng 1.1. Một số monosaccarid có vai trò sinh lý quan trọng Monosaccarid Nguồn gốc Vai trò sinh học Ý nghĩa lâm sàng D-Glucose Dịch ép trái cây, Là đường vận Có trong nước dịch mật ong, các chuyển qua máu tiểu của người bị dịch thủy phân và là dạng sử bệnh tiểu đường tinh bột, đường dụng chính của kèm theo tăng mía, maltose và các tổ chức. glucose trong  12 lactose. máu. D-Fructose Dịch ép trái cây, Có thể được biến Không dung nạp dịch mật ong, từ đổi thành glucose fructose bẩm sinh sự thủy phân ở gan và ruột, do gây tích lũy đường mía và đó có thể được cơ fructose và hạ innulin. thể sử dụng. đường huyết. D-Galactose Thủy phân Có thể biến đổi Bệnh không lactose. thành glucose ở chuyển hóa gan và được galactose bẩm chuyển hóa. sinh gây tăng Galactose là thành galactose huyết và phần của lactose, đục thủy tinh thể. glycolipid và glycoprotein. 2.2. Cấu trúc của glucose Glucose có 2 dạng cấu trúc: mạch thẳng và mạch vòng. CHO CH2OH CHOH O OH CHOH OH CHOH OH CHOH OH CH2OH Hình 1.1. Cấu trúc phân tử glucose - Cấu trúc mạch thẳng: glucose có 4 nguyên tử bất đối (C*) nên có 24 = 16 đồng phân lập thể, các đồng phân này được xếp thành 2 dạng cấu hình ký hiệu là D và L. H O H O 1 1 C C 2 2 CH OH HO CH HO CH 3 CH OH 3 4 CH OH HO 4 CH 5 CH OH HO 5 CH 6 CH2OH 6 CH2OH D-glucose L-glucose  13 Hình 1.2. Đồng phân D và L của glucose Đa số monosaccarid trong cơ thể đều thuộc dãy D, do đó các enzym chuyển hóa chúng cũng đặc hiệu cho cấu hình này. - Cấu trúc mạch vòng: trong dung dịch, hầu như toàn bộ phân tử glucose ở dạng mạch vòng, mạch thẳng chỉ là dạng trung gian tạm thời. Mạch vòng của glucose có dạng vòng 5 cạnh (furan) chiếm gần 1% và dạng vòng 6 cạnh (pyran) chiếm trên 99%. Ở mỗi dạng cấu trúc vòng, tồn tại 2 dạng đồng phân α và , hai đồng phân này có thể chuyển hóa cho nhau trong dung dịch nước để đạt đến trạng thái cân bằng (36% α-glucopyranose, 63% β-glucofuranose và 1% còn lại chủ yếu là đồng phân α,β-glucofuranose) và đi kèm với hiện tượng chuyển quay quang học (thay đổi trị số góc quay cực). Trong dung dịch, glucose làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang phải (dextrogyre) vì vậy có tên khác là dextrose. CH2OH HOCH2 O CH2OH O OH OH HO OH OH OH OH OH -D-Glucose α-D-Fructose ( -D-Glucopyranose) (α-D-Glucofuranose) Hình 1.3. Đồng phân mạch vòng của glucose 2.3. Tính chất của glucose 2.3.1. Tính chất lý h c Glucose có vị ngọt, dễ tan trong nước, ít tan trong alcol và không tan trong ether, có vị ngọt. 2.3.2. Tính chất hóa h c Trong số các tính chất của glucose đã học, ở đây chỉ tóm tắt lại một số phản ứng quan trọng. 2.3.1. Phản ứng oxy hóa - Oxy hóa C1: + Với thuốc thử Fehling CHO COOH ( CHOH)4 + Cu2+ + OH- (CHOH)4 + Cu2O + H2O CH2OH CH2OH Acid gluconi  14 + Với enzyme Glucose oxydase β-D-glucose + O2 + H2O Acid D-gluconic + H2O2 Hai phản ứng trên có thể dùng để định tính và định lượng glucose trong nước tiểu và trong máu dùng trong chẩn đoán và theo dõi bệnh tiểu đường. - Oxy hóa C6: Trong trường hợp nhóm –CHO bị khóa, chỉ có nhóm chức alcol bậc 1 bị oxy hóa tạo thành acid uronic (glucuronic). CH2OH COO- O O [O] Glucoronic tham gia phản ứng liên hợp khử độc ở gan. Glucoronic liên hợp với bilirubin tự do (độc) tạo bilirubin liên hợp (không độc). 2.3.2. Phản ứng khử Glucose bị khử tạo thành polyalcol. CHO CH2OH Ni ( CHOH)4 + H2 (CHOH)4 CH2OH CH2OH Sorbitol Sorbitol có nhiều trong quả táo, lê, có vị ngọt gần như đường, có thể dùng cho bệnh nhân tiểu đường vì ít ảnh hưởng đến nồng độ đường trong máu. 2.3.3. Phản ứng cộng OH CH O CH CN ( CHOH)4 + HCN (CHOH)4 CH2OH CH2OH Glucose Cyanhydrin Glucose tác dụng với acid HCN (rất độc) tạo thành cyanhydrin, sau đó cyanhydrin thủy phân tạo thành glucoseheptonic acid (không độc) được đào thải ra ngoài theo đường nước tiểu. Vì vậy, để giải độc cyanid (say sắn, nhiễm độc chất hóa học), người ta cho bệnh nhân uống hoặc tiêm truyền glucose. 3. Disaccarid Là những đường gồm 2 đơn vị monosaccarid nối với nhau bằng một liên kết glycosid. Các disaccarid có vai trò sinh lý quan trọng là maltose, saccarose,  15 lactose. Bảng 1.2. Một số disaccarid có vai trò sinh lý quan trọng Disaccarid Nguồn gốc Cấu tạo Ý nghĩa lâm sàng Maltose Có trong mạch D-glucose + D- nha và ngũ cốc glucose nẩy mầm. Là sản phẩm do sự thủy phân tinh bột. Lactose Có trong sữa các D-glucose + D- Khi thiếu hụt loài động vật. Đôi galactose lactase, cơ thể hấp khi bài xuất ra thu kém lactose. nước tiểu trong quá trình thai nghén. Saccarose Có trong đường D-glucose + D- Khi thiếu hụt mía, củ cải đỏ và fructose saccarase, cơ thể rễ cà rốt. hấp thu kém saccarose. 4. Polysaccarid 4.1. Polysaccarid thuần Là những đường khi thủy phân cho cùng một loại monosaccarid. Ví dụ: tinh bột, celulose, glycogen,… 4.1.1. Tinh bột - Có nhiều trong hạt, củ, quả, là thức ăn glucid chính của người. Gồm nhiều phân tử -D-glucose liên kết với nhau bằng các liên kết -1,4 glucosid. - Tinh bột cấu tạo bởi 2 thành phần chính: amylose và amylopectin. 6 6 6 CH2OH CH2OH CH2OH 5 5 O 5 O O 4 1 1 1 Amylose 4 4... 3 2 O 3 2 O 3 2...  16 CH2OH CH2OH 5 5 O O 1 4 4 1... O 3 2 3 2 O 6 6 6 Amylopectin CH2OH CH2OH CH2OH 5 5 O 5 O O 4 1 1 4 4 1... 3 2 O 3 2 O 3 2... Hình 1.4. Phân tử amylose và amylopectin + Amylose (chiếm 15-20%): có cấu trúc mạch thẳng xoắn vòng gồm nhiều phân tử -D-glucose liên kết với nhau bằng các liên kết -1,4 glucosid. + Amylopectin (chiếm 80-85%): có nhiều mạch nhánh, liên kết -1,6 glucosid tại các điểm nhánh. 4.1.2. Glycogen Là dạng glucid dự trữ của người và động vật, có ở hầu hết các tổ chức cơ quan nhưng có nhiều nhất ở gan và cơ. Glycogen có cấu trúc giống amylopectin của tinh bột nhưng có nhiều nhánh hơn và độ dài mỗi nhánh ngắn hơn. 4.1.3. Cellulose Là thành phần chính của thành tế bào thực vật. Gồm nhiều mạch thẳng chứa các đơn vị là phân tử -D glucose liên kết với nhau bằng liên kết 1,4- glucosid. Các liên kết hydro giữa các chuỗi làm cho cấu trúc của cellulose thêm chặt chẽ. Cellulose là thức ăn của người nhưng cơ thể người không có enzym để thủy phân liên kết -1-4 glucosid nên nó không có giá trị về mặt dinh dưỡng. Nhưng cellulose ăn vào hàng ngày từ hoa quả, rau giúp cơ thể dễ tiêu hóa thức ăn, do kích thích các nhu động ruột, giúp ruột già thải các chất cặn bã chống lại sự táo bón. Ở động vật ăn cỏ, có enzym cellulase thủy phân được cellulose nên tiêu hóa được cellulose. CH2OH CH2OH CH2OH O O O... O O O... Hình 1.5. Phân tử cellulose 4.2. Polysaccarid tạp 4.2.1. Peptidoglycan Là những polysaccarid mạch thẳng cấu tạo nên thành tế bào vi khuẩn, gồm các chuỗi disaccarid lặp lại.  17 4.2.2. Glucosaminoglycan và proteoglycan Hai chất này tạo nên lưới bao bọc tế bào, có nhiều lỗ để đưa chất dinh dưỡng vào tế bào. Điển hình là acid hyaluronic làm trơn khớp, có trong thủy dịch mắt, tinh dịch và cấu tạo lưới ở gan,… 4.2.3. Glucoprotein và glycolipid Glycoprotein gồm các mannose, arabinose, fructose, xylose liên kết với nhau rồi liên kết protein. Điển hình là muxin trong dạ dày. Glycolipid và lypopolysaccarid là thành phần chính của màng tế bào. CÂU HỎI LƢỢNG GIÁ Câu 1: Trình bày định nghĩa, vai trò của glucid đối với đời sống con người? Câu 2: Trình bày tính chất hóa học chính của glucose và ứng dụng trong chẩn đoán, điều trị bệnh? Câu 3: Trình bày cấu trúc, tính chất, vai trò của saccarose, mantose, lactose? Câu 4: Trình bày cấu tạo, tính chất của tinh bột, cellulose? Câu 5: Trình bày vai trò của tinh bột đối với đời sống con người? Câu 6: Bằng dụng cụ và hóa chất trong phòng thực hành, hãy nêu các bước định tính glucose trong nước tiểu? Viết phương trình phản ứng minh họa?  18 CHƢƠNG 2. LIPID  GIỚI THIỆU CHƢƠNG 2 Chương 2 là chương giới thiệu tổng quan về hợp chất lipid trong cơ thể người để người học có được kiến thức nền tảng và vận dụng được kiến thức đã học vào sử dụng hiệu quả lipid trong Y – Dược.  MỤC TIÊU CHƢƠNG 2 Sau khi h c xong chương này, người h c có khả năng:  Về kiến thức: 1. Trình bày được cấu tạo, phân loại lipid trong cơ thể. 2. Trình bày được tính chất, vai trò của một số lipid quan trọng.  Về kỹ năng: 1. Vận dụng được kiến thức để giải thích một số vấn đề thực tế liên quan về lipid. 2. Vận dụng được kiến thức lý thuyết để học tập các môn chuyên ngành khác.  Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: 1. Thể hiện được năng lực tự học, tự nghiên cứu trong học tập. 2. Chịu trách nhiệm về kết quả học tập của bản thân, sự chính xác trong công tác chuyên môn sau này.  PHƢƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƢƠNG 2 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 2 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (Chương 2) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận chương 2 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƢƠNG 2 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết. - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có.  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 2 - Nội dung:  19  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức.  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá:  Đi m ki m tra thường xuyên: không có.  Ki m tra định kỳ lý thuyết: không có.  20 NỘI DUNG CHƢƠNG 2 1. Đại cƣơng Lipid (chất béo) là ester của acid béo và alcol hoặc amino alcol. Lipid gồm mỡ, dầu, sáp. Ở nhiệt độ thường, mỡ và sáp ở thể đặc và dầu ở thể lỏng. Lipid là thành phần cơ bản của sinh vật. Trong cơ thể sống, lipid dự trữ ở mô mỡ, có nhiều trong não, tủy sống,… Ở thực vật, lipid có nhiều trong hạt có dầu như hạt lạc, vừng, đậu tương, hướng dương, thầu dầu,… 1.1. Vai trò của lipid Trong cơ thể, lipid có một số vai trò quan trọng sau: - Là nguồn cung cấp và dự trữ năng lượng cho cơ thể (1g lipid cung cấp 9,3 Kcal, trong khi đó 1g glucid cung cấp 4,1 Kcal và 1g protein cung cấp 4,2 Kcal) - Tham gia cấu tạo màng tế bào. - Lớp mỡ dưới da và lớp mỡ bao quanh một số cơ quan có tác dụng bảo vệ cơ thể và các cơ quan, ngăn nhiệt, cách điện,... - Đảm bảo sự hấp thu của các vitamin tan trong dầu (vitamin A, D, E, K). - Tạo thành các chất có hoạt động sinh học quan trọng (vitamin, hormon,…). - Các phức hợp của lipid và protein gọi là lipoprotein có vai trò vận chuyển lipid trong máu. Kiến thức hóa sinh về lipid giúp ta hiểu rõ hơn nhiều vấn đề quan trọng trong y dược học như hội chứng béo phì, xơ vữa động mạch, vai trò của acid béo có nhiều liên kết đôi trong vấn đề dinh dưỡng và chữa bệnh. 1.2. Phân loại lipid Theo phân loại của Bloor, lipid được chia thành 3 loại như sau: - Lipid đơn giản: là este của acid béo với các alcol khác nhau. Ví dụ: glycerid, sáp ong, sterid. - Lipid phức tạp: là este khi thủy phân giải phóng ngoài alcol và acid béo còn các thành phần khác (acid phosphoric, các ose,…). Ví dụ: phospholipid, glycerolipid. - Tiền chất của lipid và dẫn xuất của lipid, bao gồm: acid béo, glycerol và các alcol khác, steroid, sterol, aldehyd của chất béo và các thể ceton, hydrocarbon, vitamin tan trong lipid và hormon. 2. Acid béo 2.1. Định nghĩa  21 Acid béo (AB) là những acid mono carboxylic có từ 4 – 36 carbon, phần lớn là mạch thẳng, có số carbon chẵn. Các AB có thể bão hòa hoặc không bão hòa, có cấu tạo vòng hoặc có chứa alcol. Danh pháp đơn giản của mỗi AB biểu thị độ dài của chuỗi và số liên kết đôi cách nhau bởi dấu “:”. Vị trí của liên kết đôi được biểu hiện bằng số mũ của ∆ (delta). Bảng 2.1. Một số acid béo tự nhiên Khung C Cấu trúc Tên thông thƣờng 12:0 CH3(CH2)10COOH Acid Lauric 14:0 CH3(CH2)12COOH Acid Myristic 16:0 CH3(CH2)14COOH Acid Palmitic 18:0 CH3(CH2)16COOH Acid Stearic 16:1 (∆9) CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Acid Palmitoleic 18:1 (∆9) CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Acid Oleic 18:2 (∆9,12) CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH Acid α-Linoleic Tính chất lý học của lipid ở người phụ thuộc vào độ dài của chuỗi C và mức độ không bão hòa của AB cấu tạo nên lipid. Ví dụ: Triglycerid chứa các gốc AB bão hòa từ 12C thì có dạng rắn ở nhiệt độ cơ thể, còn nếu cả 3 gốc AB đều là 18:2 sẽ có dạng lỏng ở 00C. 2.2. Dẫn xuất acid béo Điển hình là dẫn xuất acid arachidonic 20:4 (∆5,8,11,14) có vai trò như hormon song khác hormon là các chất này không vận chuyển vào máu mà tác động lên chính các tổ chức sản xuất ra chúng. Ví dụ: prostagladin (PG) điều hòa sinh tổng hợp AMPv. Một số PG có tác dụng co bóp tử cung, một số khác lại gây sốt, viêm, đau. Thrombosan trong tiểu cầu giúp làm đông máu. Leucotrien có trong bạch cầu kích thích sự co cơ. Thừa chất này gây nên hen phế quản. O HO 1 5 8 11 14 Hình 2.1. Acid arachidonic 3. Alcol 3.1. Alcol mạch thẳng  22 NH2 – CH2 – CH2 – OH Glycerol Ethanolamin 3.2. Alcol mạch vòng Alcol mạch vòng (Sterol) quan trọng nhất là cholesterol. Cholesterol có nhiều trong chất béo nguồn gốc động vật nhưng không có trong chất béo thực vật. Cholesterol có đặc điểm là không tan trong dầu thực vật nhưng tan trong clorofoc. Vì vậy người ta dùng clorofoc để chiết xuất Cholesterol ra khỏi tổ chức. Trong cơ thể, Cholesterol có trong mọi tế bào của cơ thể, đặc biệt trong tế bào thần kinh, tham gia cấu tạo màng tế bào và lipoprotein huyết tương. Cholesterol liên kết ester với acid béo tạo ra lipid (sterid) là nguyên liệu để tổng hợp hormon steroid, acid mật, vitamin D,… Hình 2.2. Phân tử cholesterol Dẫn xuất của cholesterol: - Coprosterol (Cholesterol bị khử liên kết đôi): có trong phân và dịch ruột. - Các hormon vỏ thượng thận, hormon sinh dục. 4. Lipid đơn giản – glycerid 4.1. Cấu tạo Triglycerid (triacylglycerol) là triester của glycerol và các acid béo, là thành phần chính của mỡ động vật và dầu thực vật. Ở cơ thể người và động vật, glycerid là mỡ dự trữ, tập trung nhiều ở lớp mỡ dưới da (chiếm 90%), tập trung xung quanh một số cơ quan để bảo vệ cơ thể và các cơ quan khỏi bị lạnh và chấn thương. Công thức cấu tạo chung: CH2 OCOR1 CH OCOR2 CH2 OCOR3  23 Trong đó, R1, R2, R3 là các gốc của acid béo giống hoặc khác nhau. 4.2. Tính chất 4.2.1. Tính chất lý h c Glycerid không tan trong nước, tan trong dung môi hữu cơ. Điểm nóng chảy giảm khi số lượng AB không bão hòa tăng. 4.2.2. Tính chất hoá h c - Phản ứng thuỷ phân: Chất béo khi thuỷ phân sẽ tạo thành glycerol và các acid béo. Tác nhân thủy phân là acid, kiềm hay enzym. CH2 OCOR1 CH2 OH R1COOH H+ CH OCOR2 + 3H2O CH OH + R2COOH CH2 OCOR3 CH2 OH R3COOH CH2 OCOR1 CH2 OH R1COOK t0 CH OCOR2 + 3KOH CH OH + R2COOK CH2 OCOR3 CH2 OH R3COOK - Phản ứng tự oxy hóa (peroxy hóa lipid): Peroxy hóa lipid (POL) với sự có mặt của oxy không chỉ gây hiện tượng ôi thiu thực phẩm mà còn gây phá hủy các tổ chức invivo và có thể là một trong những nguyên nhân gây ung thư. Hậu quả bị phá hủy đầu tiên là do các gốc tự do.... (RCOO , RO , OH ,…) tạo ra trong quá trình sinh peroxyd từ AB không bão hòa có nhiều liên kết đôi. Phản ứng được khơi mào bởi ánh sáng và các ion kim loại. 5. Lipid phức tạp Lipid phức tạp có vai trò chuyển hóa trung gian là chủ yếu, có trong tế bào của não và gan. 5.1. Phospholipid Là chất trung gian quan trọng để tổng hợp triglycerid và các phospholipid. Phospholipid (phosphatid) là chất trung gian quan trọng, có vai trò tham gia vào nhiều chuyển hóa, cấu tạo màng, chống dính phổi, truyền tín hiệu nội tế bào. 5.2. Glycolipid Glycolipid được phân bố rộng rãi trong mọi tổ chức của cơ thể, đặc biệt là tổ chức thần kinh như não. Glycosphigolipid là những glucolipid chính, chúng có các thành phần đường khác nhau như D-glucose, D-galactose, galactosamin,… Các glycolipid có vai trò giải độc thần kinh, phân biệt các nhóm máu dựa  24 vào các gốc đường khác nhau ở đầu các phân tử. CÂU HỎI LƢỢNG GIÁ Câu 1: Trình bày vai trò của lipid trong cơ thể? Câu 2: Trình bày cách phân loại lipid? Câu 3: Trình bày cấu tạo, tính chất lý học của lipid đơn giản? Câu 4: Trình bày tính chất hóa học chính của lipid đơn giản? Viết phương trình phản ứng minh họa? Câu 5: Trình bày phản ứng tự oxy hóa lipid? Nêu tác hại của phản ứng đó? Câu 6: Kể tên và vai trò của một số lipid phức tạp quan trọng trong cơ thể?  25 CHƢƠNG 3. ACID AMIN VÀ PROTEIN  GIỚI THIỆU CHƢƠNG 3 Chương 3 là chương giới thiệu tổng quan về acid amin và protein trong cơ thể người để người học có được kiến thức nền tảng và vận dụng được kiến thức đã học vào sử dụng hiệu quả acid amin và protein trong Y – Dược.  MỤC TIÊU CHƢƠNG 3 Sau khi h c xong chương này, người h c có khả năng:  Về kiến thức: Mục tiêu 1. Trình bày được cấu tạo, phân loại, tính chất của acid amin. 2. Trình bày được cấu tạo, tính chất của peptid. 3. Trình bày được phân loại, cấu trúc, tính chất của protein.  Về kỹ năng: 1. Vận dụng được kiến thức để giải thích một số vấn đề thực tế liên quan về acid amin và protein. 2. Vận dụng được kiến thức lý thuyết để học tập các môn chuyên ngành khác.  Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: 1. Thể hiện được năng lực tự học, tự nghiên cứu trong học tập. 2. Chịu trách nhiệm về kết quả học tập của bản thân, sự chính xác trong công tác chuyên môn sau này.  PHƢƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƢƠNG 3 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 3 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (Chương 3) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận chương 3 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƢƠNG 3 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết. - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có.  26  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 3 - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức.  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá:  Đi m ki m tra thường xuyên: không có.  Ki m tra định kỳ lý thuyết: không có.  27 NỘI DUNG CHƢƠNG 3 1. Acid amin Ngoài vai trò cấu tạo nên các peptid, protein để xây dựng nên tế bào, một số acid amin còn có những chức năng quan trọng khác như: tham gia dẫn truyền thần kinh (Glycin, glutamic), sản phẩn chuyển hóa acid amin là chất trung gian tham gia các quá trình chuyển hóa khác trong cơ thể. Sự xuất hiện một hay nhiều acid amin với một lượng lớn trong nước tiểu đặc trưng cho nhiều trạng thái bệnh lý liên quan đến biến đổi bất thường của acid amin trong tế bào. 1.1. Định nghĩa và cấu tạo Acid amin (hay Aminoacid) là những hợp chất hữu cơ mà trong phân tử có hai loại nhóm định chức chính là: nhóm chức amin (NH2) và nhóm chức carboxyl (COOH). Do cấu trúc phân tử, vị trí của nhóm amin so với nhóm carboxyl có thể khác nhau, mà tên gọi của các acid amin khác nhau: α,  , γ,… Các acid amin trong cơ thể đều ở dạng α-acid amin, có công thức chung là  R CH COOH NH2 Các acid amin (trừ glycin) đều có carbon bất đối, do đó chúng đều có đồng phân quang học D và L. Trong tự nhiên, thường gặp các acid amin dãy L. 1.2. Phân loại Có thể phân loại acid amin dựa trên các cơ sở sau: - Theo nhu cầu dinh dưỡng gồm 2 loại: + Acid amin (aa) cần thiết (aa không thể thay thế được) là các aa mà cơ thể không tự tổng hợp được phải lấy từ bên ngoài vào qua con đường ăn uống, tiêm truyền, gồm 8 aa là valin, leucin, isoleucin, lysin, methionin, phenylalanin, threonin, tryptophan. + Acid amin không cần thiết (có thể thay thế được) là các aa mà cơ thể có thể tự tổng hợp được. - Theo chuyển hóa gồm 3 loại: + Acid amin sinh ceton: khi chuyển hóa chúng có thể tạo ra cetonic. Ví dụ: leucin, isoleucin,… + Acid amin sinh đường: khi chuyển hóa chúng có thể tạo ra đường (glucose). Ví dụ: alanin, arginin,…  28 + Acid amin vừa sinh đường, vừa sinh ceton: khi chuyển hóa chúng có thể vừa tạo ra đường, vừa tạo ra cetonic. Ví dụ: tryptophan, phenylalanin,… 1.3. Tính chất 1.3.1. Tính chất vật lý Acid amin nói chung, dễ kết tinh, dễ tan trong nước, ít tan trong alcol và không tan trong eter. Acid amin không màu, không mùi, có vị ngọt. 1.3.2. Tính chất hóa h c 1.3.2.1. Tính chất lưỡng tính Khi hòa tan vào nước, acid amin tồn tại trong dung dịch dạng lưỡng cực, có tác dụng như một acid hoặc một base (Tính chất lưỡng cực). Ứng dụng tính chất lưỡng cực để tách acid amin bằng điện di hoặc sắc ký trao đổi ion. 1.3.2.2. Tính chất của nhóm amin Nhóm amin có nhiều tính chất, ở đây chỉ nhắc lại tính khử amin. Có 4 cách khử amin: khử amin oxy hóa, khử amin thủy phân, khử amin nội phân tử, khử amin - khử oxy. Sản phẩm chung của khử amin là tạo ra NH3, chủ yếu từ khử amin oxy hóa. R CH COOH R CO COOH + NH3 NH2 Acid amin -cetonic 1.3.2.3. Tính chất của nhóm carboxyl Các acid amin bị khử carboxyl tạo thành amin tương ứng. R CH COOH R CH2 NH2 + CO2 NH2 Acid amin Amin 1.3.2.4. Phản ứng ninhydrin Acid amin tác dụng với ninhydrin, trong điều kiện đun nóng tạo phức màu xanh tím (trừ prolin cho màu vàng),… Phản ứng dùng để định tính và định lượng acid amin bằng phương pháp sắc ký, được ứng dụng trong lâm sàng để nghiên cứu máu, nước tiểu, dịch tủy sống. Sau 2-3 giờ sẽ nhận được kết quả đầy đủ về thành phần acid amin và có thể phát hiện được các chất chứa nitơ không bình thường có trong mẫu phân tích. 2. Peptid 2.1. Định nghĩa và danh pháp  29 2.1.1. Định nghĩa Peptid là các hợp chất gồm 2 hay nhiều acid amin nối với nhau bằng các liên kết peptid được tạo thành bằng phản ứng loại nước giữa nhóm α-amin của một acid amin với nhóm carboxyl của acid amin thứ 2. H H CH3 H H CH3 NH2 CH C OH + H N CH COOH NH2 CH C N CH COOH O O H2O Liên kêt peptid Hình 3.1. Sự tạo thành liên kết peptid 2.1.2. Danh pháp Theo quy ước, 3 acid amin ngưng tụ với nhau tạo thành tripeptid. 4 acid amin gọi là tetrapeptid, 5 acid amin là pentapeptid,… Olygopeptid là peptid gồm từ 10 – 20 acid amin. Polypeptid gồm nhiều acid amin có trong lượng phân tử dưới 10.000. Tên của peptid theo các gốc acid amin từ đầu N- tận đến đầu C- tận và giữ nguyên tên acid amin cuối. Ví dụ: Glyxyl alanyl glycin (Gly – Ala – Gly) H2N CH2 CO NH CH CO NH CH2 COOH CH3 2.2. Tính chất 2.2.1. Tính chất lưỡng tính Peptid chỉ có một nhóm α-amin tự do và một nhóm α-carboxyl tự do. Vì vậy, peptid cũng có tính chất lưỡng tính giống acid amin. 2.2.2. Phản ứng Biure Các liên kết pepid tác dụng với ion Cu2+ trong môi trường kiềm tạo thành phức chất màu xanh tím. Phản ứng này dùng để nhận biết các liên kết peptid. 2.2.3. Phản ứng thủy phân Liên kết peptid có thể được thủy phân bằng một acid mạnh (HCl 6N) hay một base cho sản phẩm là các acid amin. Đây là giai đoạn cần thiết để xác định thành phần acid amin của protein. Trong cơ thể liên kết peptid được thủy phân nhờ các enzym protease có trong mọi tế bào và tổ chức. 3. Protein Protein là những phân tử có một hay nhiều chuỗi polypeptid có trọng lượng phân tử lớn trên 10000 D.  30 Protein là nhóm phân tử đa dạng, đa chức năng và có số lượng lớn trong tế bào. Có thể nói hầu hết các quá trình hay phản ứng chuyển hóa, trao đổi chất trong cơ thể sống đều không thể thực hiện được nếu không có sự tham gia của protein. 3.1. Phân loại Có nhiều cách phân loại protein, nhưng ở đây chỉ phân loại theo cấu tạo của protein, gồm 2 loại: - Protein thuần (hay protein đơn giản): là các protein mà trong phân tử của chúng chỉ chứa các acid amin. Ví dụ: Albumin: có trong lòng trắng trứng, các dịch và các mô sinh vật. Globulin: có trong máu, mô và các dịch sinh vật. Histon và Protamin: có trong nhân tế bào. - Protein tạp: là các protein trong phân tử của chúng có chứa phần protein đơn giản và một phần không phải protein gọi là nhóm ngoại. Nhóm ngoại có vai trò quan trọng trong chức năng sinh học của protein, tùy thuộc vào bản chất của nhóm ngoại mà ta có các loại protein tạp khác nhau. Bảng 3.1. Một số protein tạp Protein tạp Nhóm ngoại Chromoprotein Chất màu: hem, flavin. Glucoprotein Các glucid và dẫn xuất Lipoprotein Lipid và dẫn xuất Nucleoprotein Acid nucleic …. 3.2. Cấu trúc bậc của protein 3.2.1. Cấu trúc bậc I Cấu trúc bậc I là thành phần, số lượng và thứ tự sắp xếp của acid amin và các liên kết disulfur trong chuỗi polypeptid của phân tử protein. Hiện nay, cấu trúc bậc I của nhiều protein đã được xác định, protein có mạch ngắn nhất là 20 - 100 acid amin, đa phần protein có số gốc acid amin giữa 100 và 500, có một số protein có cấu tạo lên tới hàng nghìn gốc acid amin.  31 Hình 3.2. Cấu trúc bậc I của phân tử Insulin Cấu trúc bậc I quyết định chức năng sinh học của phân tử protein. Một sự thay đổi nhỏ trong cấu trúc bậc I (ví dụ thay một acid amin này bằng 1 acid amin khác), sẽ làm thay đổi chức năng sinh học của protein. Điều này được chứng minh, bởi vì các protein khác nhau đều có cấu trúc bậc I khác nhau, nhưng các protein có chức năng sinh học giống nhau có cấu trúc bậc I giống nhau. Ví dụ: Hemoglobin (Hb) trong máu người có hình cầu, tạo nên từ 4 chuỗi polipeptid (2 chuỗi polypeptid kiểu  và 2 chuỗi polypeptit kiểu ). Nếu acid glutamic ở vị trí thứ 6 trên chuỗi  bị thay thế bằng valin, thì hồng cầu sẽ có hình lưỡi liềm và sinh ra bệnh máu hồng cầu hình lưỡi liềm. Vì vậy, thứ tự sắp xếp của acid amin trên phân tử protein là nguồn thông tin quan trọng về cấu trúc không gian 3 chiều và chức năng sinh học của protein. Cấu trúc bậc I là bản phiên dịch mã di truyền. Cấu trúc bậc một cho biết quan hệ họ hàng và lịch sử tiến hoá của thế giới sống. 3.2.2. Cấu trúc bậc II Cấu trúc bậc II là cấu hình không gian tương đối đơn giản của chuỗi polypeptid. Đó là sự xoắn đều đặn hoặc gấp nếp một cách có chu kỳ của chuỗi polypeptid của protein. Cấu trúc bậc II được hình thành bởi liên kết hydro, nhờ có liên kết này mà cấu trúc không giản của phân tử protein được giữ vững. Cấu trúc bậc II của protein gồm cấu trúc xoắn α hoặc cấu trúc gấp nếp . R R R R R R R R R R R R a) xoắn   32 b) gấp nếp ᵦ Hình 3.3. Cấu trúc bậc II của protein 3.2.3. Cấu trúc bậc III Cấu trúc bậc III là cấu hình không gian phức tạp của chuỗi polypeptid. Đó là cấu trúc vừa xoắn, vừa gấp nếp một cách dày đặc và phức tạp tạo nên không gian 3 chiều xác định của chuỗi polypeptid. Các liên kết trong cấu trúc bậc III là liên kết ion, liên kết không phân cực, liên kết hydro, liên kết đồng hoá trị, liên kết disulfur nhưng quan trọng nhất là liên kết disulfid. Chính liên kết này đã duy trì cấu trúc bậc III và làm cho chuỗi polipeptid ở trạng thái ổn định. Hình 3.4. Cấu trúc bậc III của protein 3.2.4. Cấu trúc bậc IV Cấu trúc bậc IV là sự sắp xếp một cách tương hỗ của các chuỗi polypeptid trong phân tử protein bằng các liên kết yếu như liên kết hydro, liên kết ion và liên kết không phân cực. Hình 3.5. Cấu trúc bậc IV của protein  33 Hình 3.6. Các bậc cấu trúc của protein 3.3. Tính chất 3.3.1. Tính chất lưỡng tính Điện tích của protein phụ thuộc vào pH của môi trường. Tại điểm đẳng điện, protein tồn tại ở dạng lưỡng cực và không bị di chuyển trong điện trường. Ứng dụng tính chất lưỡng tính của protein để điện di phân tách các hỗn hợp protein. Ngoài ra, còn ứng dụng trong sắc ký trao đổi ion để tách chiết và làm sạch protein. 3.3.2. Tính chất hòa tan, kết tủa và biến tính của protein - Các protein tan trong nước và dung dịch muối loãng tạo ra dung dịch có tính keo nhớt (hòa tan lòng trắng trứng sống trong nước). Đó là do phân tử protein có lớp áo nước bao quanh hoặc protein mang điện tích cùng dấu đẩy nhau. - Khi làm mất lớp áo nước và trung hòa điện tích thì protein kết tủa. - Khi protein chịu tác động của các yếu tố vật lý như nhiệt độ cao, áp suất, tia tử ngoại, môi trường acid – base,… thì protein sẽ thay đổi tính chất, làm giảm hoặc mất hoạt tính sinh học gọi là protein bị biến tính. Ứng dụng tính chất hòa tan, kết tủa, biến tính của protein để tách chiết, làm sạch, phát hiện sự có mặt của protein trong các dịch sinh vật. 3.3.3. Một số phản ứng màu của protein - Tạo màu với HNO3: thêm acid HNO3 đặc vào dung dịch protein và đun nóng thấy có màu vàng xuất hiện. - Tạo màu với CuSO4: protein khi tác dụng với dung dịch CuSO4 trong môi trường kiềm sẽ tạo màu khác nhau từ xanh tím đến đỏ tím tùy theo cấu tạo của protein (phản ứng Biure). Phản ứng dùng để định lượng protein trong huyết thanh và trong các dịch sinh vật.  34 CÂU HỎI LƢỢNG GIÁ Câu 1: Trình bày vai trò của acid amin và protein trong cơ thể? Câu 2: Trình bày cấu tạo, tính chất của acid amin? Câu 3: Trình bày cấu tạo, tính chất của peptid? Câu 4: Trình bày cấu trúc bậc của protein và ý nghĩa các bậc cấu trúc? Câu 5: Trình bày tính chất của protein? Câu 6: Giải thích vì sao: a. Trứng ung có mùi thối? b. Nấu canh cua có các mảng gạch cua nổi lên? c. Uống sữa đậu nành có thể giúp phòng nhiễm độc các kim loại nặng như Pb2+, Hg2+,..? CHƢƠNG 4. HEMOGLOBIN VÀ ACID NUCLEIC  GIỚI THIỆU CHƢƠNG 4 Chương 4 là chương giới thiệu tổng quan về hemoglobin và acid nucleic.trong cơ thể người để người học có được kiến thức nền tảng và vận dụng được kiến thức đã học vào sử dụng hiệu quả hemoglobin và acid nucleic trong Y – Dược.  MỤC TIÊU CHƢƠNG 4 Sau khi h c xong chương này, người h c có khả năng:  35  Về kiến thức: 1. Trình bày được cấu trúc, tính chất của hemoglobin và acid nucleic. 2. Trình bày được vai trò của hemoglobin và acid nucleic.  Về kỹ năng: 1. Vận dụng được kiến thức để giải thích một số vấn đề thực tế liên quan về hemoglobin và acid nucleic. 2. Vận dụng được kiến thức lý thuyết để học tập các môn chuyên ngành khác.  Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: 1. Thể hiện được năng lực tự học, tự nghiên cứu trong học tập. 2. Chịu trách nhiệm về kết quả học tập của bản thân, sự chính xác trong công tác chuyên môn sau này.  PHƢƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƢƠNG 4 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 4 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (Chương 4) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận chương 4 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƢƠNG 4 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết. - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có.  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 4 - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức.  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập.  36 - Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá:  Đi m ki m tra thường xuyên: không có.  Ki m tra định kỳ lý thuyết: không có. NỘI DUNG CHƢƠNG 4 1. Hemoglobin Hemoglobin (Hb) có trong hồng cầu của động vật cao cấp. Hồng cầu người có khoảng 34% Hb, tương ứng với 15g % trong máu. Hb là một protein tạp có nhóm ngoại là hem. Hem chứa trong phân tử một 2+ ion Fe liên kết phối trí với một porphyrin. Hb còn được gọi là những protein gắn oxy.  37 Hai chức năng chính Hb là: - Vận chuyển O2 từ phổi tới các tổ chức ngoại biên. - Vận chuyển CO2 và proton từ tổ chức tới phổi để đào thải ra ngoài. 1.1. Cấu tạo hóa học và cấu trúc của hemoglobin Một phân tử Hb gồm 4 Hem liên kết với 1 globin. 1.1.1. Hem Hem gồm 4 nhân pyrol liên kết với 1 Fe2+. I CH CH N IV N N II N N CH CH III a) b) Hình 4.1. a) pyrol; b) porphin M V M V I I CH CH CH CH M N M M N M IV N N II IV N Fe N II N P N P V V CH CH CH CH III III P M P M a) b) Hình 4.2. a) Porphyrin và b) Hem - Cấu tạo của Hem: Fe2+ Hem Porphin Porphyrin 8 nhóm thê' 1.1.2. Globin  38 Mỗi phân tử globin có 2 chuỗi α-polypeptid gồm 141 acid amin và 2 chuỗi β-polypeptid gồm 146 acid amin cuộn lại thành cấu trúc bậc III (80%) và cấu trúc bậc IV (20%). Mỗi chuỗi polypeptid của globin kết hợp với một Hem qua hai liên kết phối trí giữa Fe+2 và N thành một bán đơn vị của phân tử Hb. M V I CH CH M N M IV N Fe N II P N CH CH V III P M N N Polypeptid Hình 4.3. Hem liên kết với chuỗi polypeptid 1.2. Tính chất của hemoglobin 1.2.1. Khả năng kết hợp với oxy Hb của hồng cầu trong máu động mạch vận chuyển qua phổi tới các tổ chức ngoại vi được bão hòa khoảng 96% O2. Nhưng khi vào máu tĩnh mạch về tim chỉ còn bão hòa 64%. Như vậy, cứ 100ml máu khi đi qua một tổ chức sẽ giải phóng khoảng 1/3 lượng O2 mà nó vận chuyển. Điều này chứng tỏ Hb có khả năng kết hợp thuận nghịch với O2 để tạo thành oxyhemoglobin. Hb + O2  HbO2 Đỏ thẫm Đỏ tươi Sự kết hợp và phân ly giữa O2 và Hb được xác định bởi phân áp oxy ở môi trường xung quanh Hb. Ở phổi: phân áp O2 cao làm cho 95-98% Hb kết hợp oxy theo máu đến mô. Ở mô: phân áp O2 thấp (40mmHg) phản ứng xảy ra theo chiều nghịch, HbO2 phân ly, nhả O2 cho mô là chức năng của Hb trong hô hấp. 1.2.2. Khả năng kết hợp với H+ và CO2 Ngoài khả năng vận chuyển hầu hết O2 cần thiết từ phổi đến các tổ chức, Hb còn có chức năng vận chuyển một phần đáng kể (~20%) CO2 và proton là những sản phẩm chuyển hóa cuối cùng ở các tổ chức đến phổi để bài tiết ra ngoài.  39 - Ở tổ chức: 2H+ gắn vào Hb thay cho mỗi 4O2 đã được giải phóng ra và vận chuyển tới phổi. Như vậy khả năng đệm của máu (hấp thụ proton thừa) giúp cho cơ thể tránh được nguy cơ tăng acid máu. - Ở phổi: quá trình xảy ra ngược lại, liên kết O2-Hb đẩy H+ ra khỏi Hb. Ở đây H+ kết hợp với HCO3- giải phóng CO2 đào thải ra ngoài dưới tác dụng của enzyme. - H+ và O2 đều gắn với Hb nhưng ngược nhau: + Khi ái lực O2 tăng và CO2 giảm do bài xuất (ở phổi): O2 sẽ gắn với Hb và giải phóng H+ để tạo acid carbonic. + Khi ái lực O2 giảm và CO2 tăng (ở tổ chức): H+ tạo ra được gắn với Hb và giải phóng O2. 1.2.3. Khả năng kết hợp với CO Hb kết hợp với CO tạo thành carboxyhemoglobin bền vững. Hb + CO → Hb – CO HbCO bị mất khả năng vận chuyển O2 do O2 bị loại trừ khi một phân tử CO gắn vào hem. Muốn điều trị ngộ độc CO phải kích thích hô hấp bằng hỗn hợp khí gồm 95% O2 và 5% CO2. 1.2.4. Oxy hóa hemoglobin Nhiều chất oxy hóa (nitrit, nitrat, clorat, cyanid, anilin,..) có khả năng oxy hóa Fe (II) thành Fe (III) tạo methemoglobin (MetHb) và giải phóng điện tử. MetHb mất khả năng gắn oxy nên không có chức năng hô hấp. MetHb có nhiều trong cơ thể gây ngộ độc, nhưng không nguy hiểm lắm nếu hệ thống enzym hoạt động có tác dụng khử trở lại thành Hb. Trên thực tế có một số chất khử khác như xanh metylen, vitamin C. 1.2.5. Tính chất enzym HbO2 có tính chất của oxydase, peroxidase, catalase. Tính chất này ứng dụng dùng để phát hiện các vết máu trong dịch sinh vật, đặc biệt là nước tiểu và phân. 2. Acid nucleic Acid nucleic là nhóm ngoại của protein tạp thuộc loại nucleprotein, đóng vai trò quan trọng trong sinh tổng hợp protein, là chất cơ bản của tế bào tham gia vào phần lớn hoạt động sinh học của cơ thể. Acid nucleic được tạo thành từ nhiều tiểu đơn vị là nucleotid nên còn được gọi là polynucleotid. Acid nucleic có 2 loại, được tìm thấy trong nhân và bào tương của tế bào. Trong đó ADN (Acid deoxy ribonucleic) khu trú chủ yếu ở nhân, ARN (Acid ribonucleic) khu trú chủ yếu ở bào tương. 2.1. Nucleotid  40 Nucleotid được tạo ra từ 3 thành phần là base có nitơ, đường pentose và acid H3PO4. 2.1.1. Base có nitơ Các 2 loại base trong nucleotid: base purin và base pyrimidin, chúng đều là dẫn xuất của nhân purin hoặc pyrimidin. N NH2 O N N N N N HN N H N N H 2N N N H H Purin Adenin Guanin NH2 O N N HN N O N O N H H Pyrimidin Cytosin Uracil Hình 4.7. Các base chính trong nucleotid 2.1.2. Đường pentose Có hai loại pentose tham gia cấu tạo của nucleotid là deoxy ribose và ribose. Sự có mặt của 2 loại pentose này là một trong những đặc điểm để phân biệt ADN và ARN. CH2OH CH2OH O OH O OH OH OH H OH Ribose Deoxy ribose Hình 4.8. Đƣờng ribose và deoxy ribose 2.1.3. Acid Phosphoric Acid phosphoric (H3PO4) là một acid vô cơ. 2.1.4. Cấu tạo của nucleotid  41 Hình 4.9. Cấu tạo của Nucleotid 2.2. Acid nucleic 2.2.1. ADN (Acid deoxyribo nucleotid) - Cấu tạo: ADN là polynucleotid có ở nhân tế bào. ADN gồm 3 thành phần đặc trưng là base có nitơ (Adenin, Guanin, Thymin, Cytosin), pentose (deoxy ribose) và H3PO4. Phân tử ADN gồm 2 chuỗi polynucleotid xoắn ngược chiều nhau xung quanh trục theo dạng từ trái sang phải. Các base của 2 chuỗi liên kết với nhau bằng liên kết hydro theo nguyên tắc bổ xung (A – T, C – G). - Chức năng sinh học: ADN là nguồn lưu giữ thông tin di truyền với 2 chức năng: + Làm khuân mẫu để sao chép thông tin cho ARN, do đó nó là nguồn thông tin để tổng hợp mọi protein của tế bào cơ thể. + Tái bản hay nhân đôi thông tin vào các phân tử con của ADN, do đó nó là nguồn thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. 2.2.2. ARN (Acid ribo nucleotid) - Cấu tạo: ARN là polynucleotid có ở nhân tế bào là chủ yếu, ngoài ra còn có ở bào tương và một ít ở ty thể. ARN gồm 3 thành phần đặc trưng là base có nitơ (Adenin, Guanin, Uracil, Cytosin), pentose (ribose) và H3PO4. ARN là một chuỗi polynucleotid ngắn hơn ADN. - Chức năng sinh học: hầu hết ARN đều tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein. + ARN vận chuyển (ARNt): chiếm khoảng 15% ARN, có vai trò vận chuyển các acid amin ở bào tương tới ribosom để tổng hợp protein. + ARN thông tin (ARNm): chiếm khoảng 5% ARN, được coi là chất trực tiếp mang thông tin di truyền từ nhân đến ribosom ở bào tương để tổng hợp protein.  42 + RNA ribosom (ARNr): chiếm khoảng 80% ARN. ARNr kết hợp với protein tạo thành ribosom. Ribosem là nơi tổng hợp protein. CÂU HỎI LƢỢNG GIÁ Câu 1: Mô tả ngắn gọn cấu tạo của Hb? Câu 2: Trình bày chức năng vận chuyển O2 của Hb? Câu 3: Trình bày chức năng vận chuyển H+ và CO2 của Hb? Câu 4: Giải thích vì sao khi đốt than trong phòng kín dễ bị ngộ độc? Câu 5: Trình bày sự hình thành chuỗi polynucleotid? Câu 6: So sánh cấu trúc và chức năng của AND và ARN? CHƢƠNG 5. ENZYM  GIỚI THIỆU CHƢƠNG 5  43 Chương 5 là chương giới thiệu tổng quan về enzyme trong cơ thể người để người học có được kiến thức nền tảng và vận dụng được kiến thức đã học vào sử dụng hiệu quả enzyme trong Y – Dược.  MỤC TIÊU CHƢƠNG 5 Sau khi h c xong chương này, người h c có khả năng:  Về kiến thức: 1. Trình bày được cấu tạo, danh pháp, phân loại enzym. 2. Trình bày được các yếu tố ảnh hưởng, cơ chế hoạt động của enzym.  Về kỹ năng: 1. Vận dụng được kiến thức để giải thích một số vấn đề thực tế liên quan về enzym. 2. Vận dụng được kiến thức lý thuyết để học tập các môn chuyên ngành khác.  Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: 1. Thể hiện được năng lực tự học, tự nghiên cứu trong học tập. 2. Chịu trách nhiệm về kết quả học tập của bản thân, sự chính xác trong công tác chuyên môn sau này.  PHƢƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƢƠNG 5 - Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và bài tập chương 5 (cá nhân hoặc nhóm). - Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (Chương 5) trước buổi học; hoàn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận chương 5 theo cá nhân hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.  ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƢƠNG 5 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học lý thuyết. - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có.  KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG 5 - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức.  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:  44 + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phƣơng pháp kiểm tra đánh giá:  Đi m ki m tra thường xuyên: không có.  Ki m tra định kỳ lý thuyết: không có. NỘI DUNG CHƢƠNG 5. ENZYM 1. Định nghĩa Trong mỗi tế bào của cơ thể sống, lúc nào cũng có hàng trăm phản ứng  45 hóa học xảy ra, các phản ứng này xảy ra với tốc độ rất nhanh, nhạy, trong điều kiện sinh lý bình thường như: nhiệt độ, áp suất không cao, pH môi trường gần như trung tính,… Các phản ứng hóa học có thể diễn ra liên tục và nhanh chóng như vậy là nhờ có vai trò của enzym. Enzym là chất xúc tác sinh học, có bản chất là protein. Enzym cũng giống nhu chất xúc tác hóa học thông thường khác là có khả năng làm tăng tốc độ phản ứng, không bị tiêu hao hoặc sinh ra thêm trong quá trình phản ứng, không tạo ra phản ứng và không làm thay đổi chiều hay hằng số cân bằng của phản ứng mà chúng xúc tác. Tuy nhiên, enzym còn có đặc điểm nổi bật, khác với chất xúc tác hóa học thông thường đó là tính đặc hiệu cao và hiệu lực xúc tác rất lớn. Hiện nay đã xác định được hơn 2000 enzym khác nhau, trong đó có hàng trăm enzym đã được tinh chế dưới dạng kết tinh và sử dụng rộng rãi trong nhiều lãnh vực như y học, nông nghiệp, công nghiệp,… Trong y học, nghiên cứu enzym được ứng dụng để: - Chữa bệnh: như sử dụng enzym bromelin, papain, chymopapain hỗ trợ tiêu hóa,… - Chẩn đoán bệnh: sử dụng phương pháp phân tích enzym, định lượng các chất trong cơ thể (định lượng glucose, triglycerid, cholesterol,…) cũng cần sự hỗ trợ của enzym. - Sản xuất thuốc: như sử dụng protease để sản xuất môi trường dinh dưỡng để nuôi cấy vi sinh vật sản xuất ra thuốc kháng sinh, chất kháng độc,… 2. Cấu tạo 2.1. Cấu tạo của enzym Enzym có thể chia thành 2 loại theo cấu tạo hóa học: 2.2.1. Enzym đơn giản (Enzym một thành phần) Enzym đơn giản là những enzym có bản chất là protein thuần, trong phân tử có một hay nhiều chuỗi polypeptid. Ví dụ: enzym thủy phân (hydrolase). 2.2.2. Enzym phức tạp (enzym hai thành phần) Enzym phức tạp là các enzym gồm hai thành phần: protein và phần không phải protein. - Phần protein thường gọi là apoenzym. Đây là phần thể hiện tính chất cơ bản của enzym, tính đặc hiệu của cao của enzym và làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzym. - Phần không phải protein gọi là nhóm ngoại hay chất cộng tác (cofactor). Phần không phải protein thường là các chất hữu cơ đặc hiệu được gọi là coenzym. Coenzym quyết định kiểu phản ứng mà enzym xúc tác, trực tiếp tham gia phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzym đối với các yếu tố gây biến tính.  46 Khi coenzym kết hợp với các apoenzym khác nhau tạo thành các enzym khác nhau, xúc tác cho các kiểu chuyển hóa các chất khác nhau nhưng giống nhau về bản chất. Đa số enzym thuộc loại hai thành phần. 2.2. Trung tâm hoạt động của enzym Mỗi hoạt động xúc tác của enzym đều thông qua một bộ phận đặc biệt của phân tử enzym gọi là trung tâm hoạt động (TTHĐ). TTHĐ gồm những nhóm hóa học, những liên kết peptid tiếp xúc trực tiếp với cơ chất, nơi gắn cơ chất để enzym xúc tác biến đổi thành sản phẩm. Một phần hoặc toàn bộ phần còn lại của phân tử enzym, không phải TTHĐ, tạo nên bộ khung giữ vững cấu trúc TTHĐ. Nếu cấu trúc TTHĐ bị phá vỡ, thì khả năng xúc tác của enzym bị thay đổi. Có enzym có một TTHĐ, nhưng có những enzym có hai hay nhiều TTHĐ có thể giống hoặc khác nhau về cấu tạo và chức năng, cho nên một enzym có thể xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học khác nhau. Về mối quan hệ giữa TTHĐ và cơ chất: - Theo Fisher (1894) cho rằng TTHĐ được hình thành sẵn với một cấu trúc nhất định và chỉ cho phép cơ chất có cấu tạo tương ứng kết hợp vào, giống như “ổ khóa” và “chìa khóa”. Thuyết này chỉ giải thích được một số trường hợp nhất định. - Theo Koshland (1958) đưa ra giả thuyết khác là mô hình “tiếp xúc cảm ứng”. Theo thuyết này thì đặc điểm của TTHĐ rất mềm dẻo và linh hoạt, chưa ở tư thế sẵn sàng hoạt động, chỉ khi tiếp xúc với cơ chất thì chính cơ chất gây tác dụng cảm ứng không gian làm biến đổi hình dạng của phân tử enzym, tạo nên TTHĐ, định hướng một cách chính xác để gắn với cơ chất. Hình 5.1. Mô hình Fisher (a) và mô hình Koshland (b) 3. Danh pháp và phân loại 3.1. Danh pháp - Dựa theo tên cơ chất đặc hiệu của enzym cộng thêm đuôi “ase”.  47 Ví dụ: cơ chất là ure, tên enzym là urease. Cơ chất là protein, tên enzym là proteinase,… - Dựa theo tên phản ứng cộng thêm đuôi “ase”. Ví dụ: phản ứng oxy hóa, tên enzym là oxiase. Phản ứng trao đổi amin, tên enzym là transaminase,… - Dựa theo cả tên cơ chất và tên phản ứng cộng thêm đuôi “ase”. Ví dụ: cơ chất là lactat và phản ứng là phản ứng khử hydro, tên enzym là lactat dehydrogenase,… - Một số enzym có tên gọi riêng, không có đuôi “ase”. Ví dụ: pepsin, chymotrypsin,… 3.2. Phân loại Có thể chia enzym thành 6 loại theo phản ứng mà chúng xúc tác: - Oxydoreductase: xúc tác cho các phản ứng oxy hoá khử. - Transferase: xúc tác cho các phản ứng vận chuyển. - Hydrolase: xúc tác cho các phản ứng thủy phân. - Lyase: xúc tác cho các phản ứng phân cắt. - Isomerase: xúc tác cho các phản ứng đồng phân hoá. - Ligase (synthetase): xúc tác cho các phản ứng tổng hợp. 4. Tính đặc hiệu của enzym Tính đặc hiệu của enzym thể hiện tác dụng chọn lọc đối với một cơ chất hay một loại cơ chất nhất định, đối với một loại phản ứng nhất định. Tính chất này do cấu tạo phân tử enzym, nhất là TTHĐ của enzym quyết định. 4.1. Đặc hiệu gắn liền với cơ chất Tuỳ vào mức độ người ta chia thành 2 loại: - Đặc hiệu tuyệt đối: enzym chỉ tác dụng lên một cơ chất nhất định. Ví dụ: urease chỉ xúc tác thủy phân ure. Arginase chỉ xúc tác thủy phân arginin. - Đặc hiệu tương đối: enzym tác dụng lên cả những cơ chất có cấu trúc gần giống nhau hoặc một bộ phận phân tử giống nhau. Ví dụ: esterase thủy phân nhiều liên kết ester của các acid béo khác nhau với nhiều alcol khác nhau. 4.1. Đặc hiệu gắn liền với phản ứng Mỗi loại phản ứng có một enzym xúc tác. Ví dụ: dehydrogenase xúc tác cho phản ứng vận chuyển hydro. Decarboxylase x?