Liên kết hidro trong sinh học là gì
Liên kếtSửa đổiMột ví dụ về liên kết hydro liên phân tử trong phức chất dimer tự lắp ráp.[14] Các liên kết hydro được minh họa bằng các đường chấm đứt. Liên kết hydro nội phân tử trong acetylacetone giúp ổn định tautome enol. Định nghĩa và đặc điểm chungSửa đổiMột nguyên tử hydro gắn liền với một nguyên tử tương đối có độ âm là người cho liên kết hydro.[15] Liên kết CH chỉ tham gia vào liên kết hydro khi nguyên tử carbon liên kết với các nhóm thế điện tử, như trường hợp của cloroform, CHCl3.[16] Trong một liên kết hydro, nguyên tử âm điện không liên kết cộng hóa trị với hydro được đặt tên là chất nhận proton, trong khi đó liên kết cộng hóa trị với hydro được đặt tên là chất cho proton. Mặc dù danh pháp này được IUPAC [4] khuyến nghị, nhưng nó có thể gây hiểu nhầm, vì trong các liên kết chấp nhận của nhà tài trợ khác, việc gán nhà tài trợ / chấp nhận dựa trên nguồn của cặp electron (danh pháp đó cũng được sử dụng cho liên kết hydro tác giả [8]). Trong các nhà tài trợ liên kết hydro, trung tâm H là protic. Các nhà tài trợ là một axit Lewis. Các liên kết hydro được biểu diễn dưới dạng hệ thống H···Y, trong đó các chấm đại diện cho liên kết hydro. Các chất lỏng cho thấy có liên kết hydro (như nước) được gọi là chất lỏng liên quan. Show
Dimer chu kỳ của axit axetic; đường màu xanh nét đứt thể hiện liên kết hydro Liên kết hydro thường được mô tả là tương tác lưỡng cực tĩnh điện - lưỡng cực. Tuy nhiên, nó cũng có một số tính năng của liên kết cộng hóa trị: đó là có định hướng và mạnh, tạo ra khoảng cách tương tác ngắn hơn tổng của bán kính van der Waals và thường liên quan đến một số đối tác tương tác hạn chế, có thể được hiểu là một loại hóa trị. Các tính năng cộng hóa trị này là đáng kể hơn khi nguyên tố chấp nhận điện tử liên kết các nguyên tử hydro từ các nguyên tố cho điện tử có độ âm điện cao hơn. Tham khảoSửa đổi
Công thức tính số liên kết Hiđrô ( H ) + A của mạch này nối với T ở mạch kia bằng 2 liên kết hiđrô \( H = 2A + 3 G \ hoặc\ H = 2T + 3X\) ►Download app hóa học Tags Số liên kết Hiđrô mạch kia Bài sau Có thể bạn quan tâm Bài sau Công thức liên kết hóa trị (HT)
Công thức tính số liên kết Hiđrô ; hóa trị Đ- P được hình thành hoặc bị phá vỡ qua nhiều đợt tự nhân đôi.
Bạn muốn xem thêm với
Thảo luận cho bài: Xác định số liên kết hidro và liên kết hóa trị được hình thành và bị phá hủy trong nhân đôiBài viết cùng chuyên mục
Các đặc thù đặc thù liên kết hidroTác hễ cho trạng của chấtLiên kết hidro bao gồm 2 dạng Polime và Dimer Htrăng tròn với HF cùng một số hóa học khác nhờ vào tất cả liên kết Hidro mà sinh ra được những polime. Từ kia tất cả trọng lượng béo link phức tạp khó khăn linh động bắt buộc hay sống trạng thái lỏng hoặc rắn. Bạn đang xem: Thế nào là liên kết hidro Chất bao gồm năng lượng link Hidro được thường là các dạng polime và ngược trở lại. Nước đá sinh hoạt thể rắn có tương đối nhiều liên kết Hidro một phân tử nước tạo thành 4 phân tử nước khác biệt tạo nên thành tứ đọng diện. Cấu trúc tứ diện này khối lượng nhẹ hơn nước cùng nổi lên cùng bề mặt nước. Làm tăng ánh sáng lạnh chảy nhiệt độ sôilúc đưa tâm lý rắn quý phái tâm trạng lỏng, lỏng sang trọng tương đối cần tốn thêm một phần tích điện nhằm bẻ gãy. Bởi vậy ánh nắng mặt trời cao hơn nữa những hóa học không tồn tại link Hidro Độ tan tăngTạo ra những link hidro của các phân tử chất rã cùng với dung môi thì độ chảy càng bự. Trong OH, ancol tạo nhiều link hidro trong nước. Alcol nhỏ dại OH to hơn rất nhiều lực link táo bạo kết hợp tốt. Hình ảnh hưởng trọn mang lại độ điện liđa phần links hidro giữa phân tử hiđro ít năng động đề nghị cạnh tranh điện li vì thế mặt đường và ancol là hóa học không năng lượng điện li Liên kết Hidro trong nướcCác phân tử nước thúc đẩy cùng nhau trải qua links hidro. Nhờ vậy tất cả lực hút phân tử bự phía trên chưa hẳn là liên kết chắc chắn. Liên kết của những phân tử nước trải qua links hidro vào nước được lâu dài trong phần bé dại của giây. Sau đó những phân tử nước tách thoát ra khỏi liên kết này gửi sang link cùng với phân tử nước khác. Xem thêm: Nghĩa Của Từ Adulthood Là Gì ? Nghĩa Của Từ Adulthood Trong Tiếng Việt CÁC LIÊN KẾT SINH HỌC TRONG CÓ THỂ SỐNGBạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (789.3 KB, 15 trang ) PHần 2: NỘI DUNG trạng thái cân bằng, thì số liên kết hình thành qua một đơn vị thời gian đúng bằng số liên kết bị phá vỡ. Khi đó, tỉ lệ các nguyên tử ở trạng thái liên kết sẽ được biểu diễn bằng công thức sau: Kcb =[AB]/([A]*[B]) Trong đó Kcb là hằng số cân bằng; [AB], [A], [B] tương ứng là nồng độ của AB, A, B. Dù cho chúng ta bắt đầu hệ thống chỉ với A và B riêng lẽ hoăc phức hợp AB và A, B riêng lẽ thì cuối cùng hệ thống kín sẽ đạt đến các nồng độ tương quan của Kcb. 2. Các liên chủ yếu trong cơ thể. 2.1. Các liên kết yếu. 2.1.1 Liên kết hydro. Là tương tác giữa một nguyên tử mang điện tích âm (gọi là nguyên tử nhận A) với một nguyên tử hydro nằm trong một nối cộng hóa trị với nguyên tử khác (gọi là nguyên tử cho D). Thí dụ N trong liên kết N-H và O trong liên kết O-H là những nguyên tử cho chính: D-H+A → D-H…A Liên kết hidro Hình 1: cấu trúc liên kết mạng lưới của phân tử nước Liên kết cộng hóa trị giữa D và H phải là liên kết phân cực và đám mây điện tử của A phải mang những điện tử không liên kết và có khả năng thu lực điện tích δ+ của H. Năng lượng để phá vỡ liên kết này là khoảng 5Kcal/mol. Các nguyên tử H, nguyên tử cho D và nhận A đều xếp thành một đường thẳng. Trong hệ thống sống có 4 loại liên kết H là: Giữa O với H của 2 nhóm peptide. Giữa O với H của 2 nhóm hydroxyl. Giữa O với H của gốc Carboxyl và OH của tyrosine. Giữa O với H của nhóm Carboxyl mang điện tích với amin. Nhờ liên kết hydro mà các phân tử mang chúng dễ hoà tan được ở trong nước do liên kết hydro giữa chúng với phân tử nước. Phân tử nước chiếm chủ yếu của vật chất sống luôn hình thành một mạng lướí tứ diện đều đặn dù ở trạng thái rắn hay lỏng. 2.1.2. Liên kết ion Là tương tác tĩnh điện giữa 2 nhóm nguyên tố có điện tích ngược dấu. Trong nhiều hợp chất vô cơ, điện tử liên kết thường hút về nguyên tử mang điện tích âm, gây ra sự phân li thành các ion cation và anion. Thí dụ NaCl phân ly thành Na+ và Cl-, là hợp chất phân cực do điện tử liên kết luôn bị hút về phía nguyên tử tích điện âm (Cl-) cho nên đã tạo ra phân ly này. Vì điện tử liên kết không phân đều cho 2 nguyên tử nên không xếp vào loại liên kết cộng hóa trị. Liên kết ion không có định hướng trong không gian như liên kết cộng hóa trị và liên kết hyđro vì điện trường phân bố đồng đều quanh ion. Trong môi trường nước, các cation và anion luôn được vây bọc bởi các phân tử nước tạo thành lớp vỏ ngoài, nên không thể liên kết với các anion và cation khác được. Do vậy, nó không đóng vai trò quan trọng quyết định cấu hình không gian của đại phân tử hữu cơ. 2.1.3. Liên kết Vander Waals Là tương tác không đặc thù, xuất hiện giữa 2 nguyên tử khi chúng tiến đến gần nhau. Tương tác này không do phân phối lệch của các điện tử giữa 2 phân tử mà do biến động thoáng qua của các đám mây điện tử gây ra sự phân cực nhất thời trên phân tử. Liên kết Vander Waals không phụ thuộc vào tính phân cực của phân tử mà phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Lực liên kết được tạo thành là nhờ kết quả của các lực hút và đẩy giữa các phân tử, nó cân bằng ở khoảng cách nhất định tùy loại nguyên tử, khoảng cách này gọi là bán kính Vander Waals. Đây là lực liên kết yếu nhất, với giá trị chỉ bằng khoảng 1 Kcal/mol Hình 2: liên kết Van der Waals hình thành phụ thuộc vào khoảng cách Liên kết này muốn có ý nghĩa thì cần phải tồn tại với số lượng lớn để tạo được diện tích bề mặt tiếp xúc giữa 2 phân tử phải lớn cực đại. Ví dụ điển hình là liên kết giữa kháng nguyên chứa một hốc có hình dạng phù hợp với chỗ lồi trên phân tử kháng thể. Hình 3: sự liên kết giữa kháng thể và kháng nguyên 2.1.4. Liên kết kị nước Là liên kết do các nguyên tố của phân tử không phân cực (không chứa nhóm ion) nên không có liên kết phân cực, tạo cho chúng không hòa tan được trong nước hay còn gọi là liên kết kị nước. Lực thúc đẩy liên kết giữa các phân tử hay giữa các vùng không phân cực của một phân tử thay vì với các phân tử nước được gọi là liên kết kị nước. Đây là một lực nhằm loại trừ các phân tử hoặc các nhóm phân tử không phân cực ra khỏi mạng nước. Lực liên kết thực sự có được của các phân tử không phân cực là lực liên kết Vander waals Liên kết kỵ nước đóng vai trò quan trọng trong việc làm ổn định các protein và phức hợp của nó với các phân tử khác. Cũng như việc phân bố các protein trong các màng sinh học. 2.2. Đặc điểm chung các liên kết yếu Các liên kết yếu có năng lượng khoảng 1-7 kcalo/mol. Liên kết yếu nhất là các liên kết Van der Waals, các liên kết này có mức năng lượng khoảng 1-2 kcal/mol. Năng lượng của các liên kết hidro khoảng 3-7 kcalo/mol. Trong điều kiện sinh lý số liên kết yếu được hình thành và phá vỡ ổn định. Năng lượng của các liên kết yếu chỉ lớn hơn khoảng 10 lần so với độn năng chuyển động năng chuyển động nhiệt ở 25oc (khoảng 0.6 kcalo/mol). Vì động năng của nhiều phân tử là đủ lớn để phá vỡ các liên kết yếu ngay sau khi chúng hình thành ở điều kiện nhiệt độ sinh lý của cơ thể, nên ở trạng thái cân bằng số liên kết yếu được hình thành và phá vỡ là ổn định. 2.3. Vai trò của các liên kết yếu. Là những liên kết có thể hình thành và đứt gãy trong điều kiện sinh lý bình thường của cơ thể. Các liên kết yếu có vai trò chủ đạo trong điều hòa tương tác giữa enzyme và cơ chất, giữa các đại phân tử sinh học với nhau, trong đó phổ biến nhất là giữa các protein và giữa protein với ADN. Các liên kết yếu điều hòa sự tương tác giữa các đại phân tử dẫn đến sự thay đổi cấu hình không gian và sự biểu hiên chức năng của chúng. Do vậy, dù protein có bản chất là các chuỗi polypeptide gồm các axit amin liên kết cộng hóa trị với nhau, thì sự biểu hiện chức năng của chúng lại được quyết định cuối cùng bởi tập hợp các liên kết yếu. 2.3.1. Nước – phân tử khởi nguồn và di trì sự sống. Hình 4. Cấu trúc không gian của nước (a,b), liên kết hydro(c), các phân tử nước tạo mạng Nước là phân tử sinh học cực kỳ quan trọng trong quá trình hình thành và di trì sự sống. Nước thực hiên được vai trò này là do đặc điểm cấu tạo của phân tử nước. Trong một phân tử nước, nguyên tử oxi liên kết với hai nguyên tử hidro bằng liên kết hidro. Chính liên kết này giúp cho phân tử nước linh động, có thể trực tiếp tham gia vào các phản ứng hóa học trong cơ thể sống hoặc tạo dung môi cho các phản ứng khác xảy ra. 2.3.2. Di trì cấu trúc không gian của đại phân tử hữu cơ. 2.3.2.1. ADN Theo mô hình cấu trúc không gian của Watson – Crick thì phân tử ADN là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn được quấn song song quanh trục tưởng tượng ( có đường kính khoảng 20 A0) trong không gian theo hai chiều ngược nhau (5’- 3’ và 3’ – 5’) từ trái sang phải theo chu kỳ, mỗi chu kỳ xoắn gồm 10 cặp nucleotide có chiều dài 34A0. Trên mỗi mạch đơn, các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết phosphodieste ( là liên kết ion) giữa cacbon số 3 trong đường C5H10O4 của nucleotide này với H3PO4 của nucleotide kế Hình 5: phân tử ADN tiếp. Liên kết này khá bền vững di trì tính ổn định cấu trúc hóa học của phân tử AND. Hai mạch đơn của phân tử AND được liên kết với nhau thông qua sự liên kết của các bazo nito bằng các liên kết hidro ( A liên kết với T bằng 2 liên kết hidro, G liên kết với C bằng 3 liên kết hidro ). Chính liên kết yếu này giúp cho phân tử AND luôn linh động khi nào trong tế bào. Như vậy, chính nhờ các liên kết yếu mà phân tử AND trong tế bào luôn ổn định, linh động trước những yếu tố tác động lên chúng. 2.3.2.2. ARN. Hình 6: cấu trúc mARN, tARN, rARN ARN là phân tử sinh học gồm nhiều ribonucleotid liên kết với nhau bằng liên kết phosphodisete tạo nên chuỗi xoắn đơn gọi là polyribonucleotide. Như vậy liên kết phosphodieste cũng làm ổn định phân tử ARN. Tùy theo các dạng liên kết khác nhau của phân tử ARN hình thành nên các loại ARN khác nhau (t ARN, rARN, mARN) tham gia vào chức năng sống của cơ thể. 2.3.2.3. Protein. Protein là đại phân tử sinh học được cấu tạo từ đơn phân là các axit amin liên kết với nhau bằng liên kết peptide (…CO-NH…). Liên kết này giúp cố định phân tử protein. Ngoài ra, các đơn phân trong một chỗi polypeptide, hoặc giữa các chuỗi polypeptide còn có thể nối với nhau bằng các cầu nối disunfua tạo nên nhiều loại protein khác nhau, thực hiện nhiều chức năng của cơ thể. Protein có 4 bậc cấu trúc khác nhau là do có tham gia của các liên kết yếu (lien kết hidro, liên kết ion, liên kết disunfua ) trong cùng một chuỗi polypeptide hay giữa các chuỗi polypepetide với nhau. Mỗi bậc cấu trúc của phân tử protein đều có ý nghĩa khác nhau. Cấu truc bậc 1 Là trình tự sắp xếp các gốc amino acid trong chuoi Hình7: cấu trúc không gian các bậc của phân tử polypeptide. Cấu trúc nay được giữ vững protein nhờ liên kết peptide (liên kết cộng hóa trị). Vì mỗi một amino acid có nguồn gốc khác nhau, các gốc này có những đặc tính hóa học khác nhau, nên một chuỗi polypeptide ở các thời điểm khác nhau có những đặc tính hóa học rất khác nhau. Tuy nhiên, về tổng quát thì tất cả các chuỗi polypeptide được xây dựng một cách có hệ thống từ các nhóm nguyên tử CO, CH va NH. Sự xay dựng co hệ thống này là cơ sở để tạo nên cấu trúc bậc hai. Lần đầu tiên năm 1954 F. Sanger người đầu tiên xác định được trình tự sắp xếp của các axit amin trong phân tử insulin. Phân tử insulin gồm hai mạch: mạch A chứa 21 amino acid va mạch B chứa 30 amino acid. Hai mạch nối với nhau bởi hai liên kết disulfua (-S-S-). Công trinh nay đa đặt cơ sở cho cac nghien cứu tiếp theo va ong được nhận giải thưởng Nobel 1958. Cấu truc bậc 2 Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở gần nhau trong chuỗi polypeptide. Cấu trúc được làm bền chủ yếu nhờ liên kết hydrogen được tạo thành giữa các liên kết peptide ở kề gần nhau, cách nhau nhưng khoảng xác định. Do cấu trúcc bậc 1 gấp khúc một cách ngẫu nhiên dưới các điều kiện sinh học vì các gốc R khác nhau tác động với nhau theo nhiều cách khác nhau nên cấu truc bậc 2 xếp thành hai nhóm: xoắn (-helix) và la phiến . Loại -helix là sợi ở dạng xoăn ốc, cuốn xung quanh một trục, mỗi vòng xoắn có 3,6 gốc amino acid. Trong cấu trúc này có nhiều liên kết hydro với mức năng lượng nhỏ vì vậy nó đảm bảo tinh đàn hồi sinh học. Phiến gấp nếp β :Là chuỗi polypeptid được gấp nếp nhiều lần va được ổn định nhờ các liên kết hydro giữa các nguyên tử của các liên kết peptid trong đoạn kế nhau của chuỗi. Trong liên kết này các mạch đã được kéo căng ra - dễ gấp nếp nhưng rất dễ bị đứt khi keo căng thêm. Cả hai loại cấu trúc nay đều tạo nên bởi liên kết hydro giữa các khu vực liên kết peptid của mạch. Nhóm biến đổi R không tham gia vào sự hình thành cấu trúc bậc 2. Cả hai chuỗi có thể cũng có mặt trong phân tử protein. Cấu trúc bậc 3. Là tương tác không gian giữa các gốc amino acid ở xa nhau trong chuỗi polypeptide, là dạng cuộn lại trong không gian của toàn chuỗii polypeptide. Nhiều chuỗi polypeptide trong cơ thể tồn tại không phải ở dạng thẳng mà gấp khúc và qua đó mà tạo nên cấu trúc không gian ba chiều. Tuy nhiên, cấu trúc này hoàn toàn xác định, chủ yếu là do trình tự các amino acid và môi trường. Khi một chuỗi polypeptide tách ra khỏi ribosome sau khi tổng hợp và được thải ra trong tế bào chất như là môi trường tạo hình thì nó hình thành nên cấu trúc tự nhiên rất nhanh, đặc biệt đối với cấu trúc hình cầu, mang lại cho protein những đặc tính sinh lý quan trọng. Có thể do chuyển động nhiệt của các chuỗi polypeptide mà các nhóm của các gốc amino acid tiếp xúc với nhau, dẫn đến có thể kết hợp với nhau. Cấu trúc bậc 3 đặc biệt phụ thuộc vào tinh chất của các nhóm R trong mạch polypeptit. Các gốc R phân cực hay ion hóa có khuynh hướng quay ra ngoai (ưa H2O) , các gốc R không phân cực có xu thế quay vào trong (kỵ nước). Cấu trúc bậc 3 giữ được hằng định, bởi lực hút giữa các gốc phân cực hay ion hoa của nhóm chuỗi bên (R). Lực hút của các gốc trên với các phân tử H2O bao quanh hay giữa các liên kết hoa trị giữa các nhóm bên của chuỗi. Trong nhiều protein hình cầu có chứa các gốc cysteine, sự tạo thành các liên kết disulfite giữa các gốc cysteine ở xa nhau trong chuỗi polypeptide, làm cho chuỗi bị cuộn lại đáng kể. Các liên kết khác, như liên kết Val der Waal, liên kết tĩnh điện, phân cực, kỵ nước và hydrogen giữa các mạch bên của các gốc amino acid đều tham gia làm nên cấu trúc bậc 3, như protein hình cầu. Cấu trúc hình cầu của protein đươc gọi là cấu trúc bậc ba, làcấu trúc của enzyme. Cấu trúc bậc 4. Là tương tác không gian giữa các chuỗi của cac phan tử protein gồm hai hay nhiều chuỗi polypeptide hình cầu. Mỗi chuỗi polypeptide nay được gọi là một “tiểu đơn vị”. Sự kết hợp giữa các phân tử này chủ yếu là do liên kết hydrogen và kỵ nước mà không có cầu disulfit hoặc bất kỳ liên kết hoá trị nào giữa các tiểu đơn vị. Bằng cách này hai phân tử xác định có thể kết hợp với nhau tạo thành một dimer. Hemoglobin là một điển hình của protein có cấu trúc bậc 4, được tạo nên từ hai chuỗi với mỗi chuỗi có 141 gốc amino acid và hai chuỗi với mỗi chuỗi là 146 gốc amino acid. Cấu trúc của một hoặc nhiều chuỗi polypeptide có ý nghĩa quan trong đối với độ hòa tan và chức năng của chúng. Cấu trúc protein được hiểu là sự sắp xếp của những chuỗi riêng lẽ hoặc nhiều chuỗi. Chúng phụ thuộc nhiều vào độ pH của môi trường. Protein và chuỗi polypeptide hòa tan tốt khi nhưng nhóm ưa nước hướng ra phía ngoài, nhóm kỵ nước hướng vào bên trong. Khi một protein thay đổi cấu trúc thì những nhóm kỵ nước quay ra ngoai, protein mất khả năng hoa tan trong nước. Ví dụ trường hợp kết tua không ở dạng tinh thể của protein sữa trong môi trường chua. Lactic acid đươc sản sinh do vi khuẩn lam giảm pH sữa, làm thay đổi protein sữa. Nhiều nhóm kỵ nước được hướng ra bên ngoài, protein mất khả năng tan trong nước. Vì vậy, việc thương xuyên duy trì giá trị pH trong tế bào chất rất quan trọng, vì chỉ có như vậy chức năng hoạt động của các enzyme trong tế bào chất mới được đảm bảo. 2.3.3 .Các liên kết yếu đảm bảo mối liên lạc giữa Protein và DNA Các protein histon đóng vai trò tạo ra cấu trúc nén chặt DNA trong nhân nhờ các liên kết ion. Liên kết ion này được hình thành giữa các nhánh bên mang điện tích dương của histone với các nhóm phosphate mang điện tích âm của DNA. DNA được quấn quanh lõi những protein histone. Các protein histon đóng vai trò tạo ra cấu trúc nén chặt DNA trong nhân nhờ các liên kết ion. Nhiễm sắc thể lớn nhất của người được phát hiện chứa Hình 10: cấu trúc nucleosome một phân tử DNA khổng lồ dài tới 85.000m hoặc 8,5.108Acron. Vậy làm thế nào để sợi DNA của nó nằm gọn vào một nhiễm sắc thể ở trung kỳ chỉ có đường kính 0,5m và dài 10m. Muốn vậy sợi DNA phải co xoắn lại 104 lần. Như vậy phải có quá trình co xoắn xảy ra, vấn đề đặt ra là thành phần nào của nhiễm sắc thể có liên quan đến quá trình co xoắn này và liệu các phân tử DNA của từng nhiễm sắc thể khi co xoắn trong từng nhiễm sắc thể xảy ra có theo cách khác nhau hay theo chung một cách? Trong genom có nhiều mức độ co xoắn khác nhau hay không. Rõ ràng là ở cả phân bào nguyên nhiễm và giảm nhiễm thì nhiễm sắc thể đều co xoắn mạnh hơn ở gian kỳ (interphase). Khi nghiên cứu dùng enzyme phân rã DNA trong nhiễm sắc thể thì thu được các đoạn DNA dài khoảng 146 cặp nucleotit luôn được bảo vệ. Trong một thí nghiệm khác khi dùng enzyme (nuclease) phân rã từng phần nhiễm sắc thể người ta đã thu được 1 bộ những đoạn DNA có kích thước tách biệt nhau, điều này chứng tỏ nhiễm sắc thể có cấu trúc lặp lại, đồng thời cũng chứng tỏ các chuỗi hạt trên chính là một dạng tổ chức cho phép phân tử DNA cư trú để tránh bị phân giải. Các hạt (bead) này được gọi là các nucleosome. Nối giữa các hạt là một đoạn DNA, thường có chiều dài khoảng từ 8 - 114 cặp bazơ, tuỳ loài sinh vật và tuỳ loại tế bào được gọi là đoạn DNA linker. Nucleosome còn chứa (phân tử H1) có vai trò cuộn xoắn hạt nucleosome để hình thành nên sợi Chromatin (kích thước 300A0). Điều này có thể có liên quan đến quá trình tạo cấu trúc cao hơn của nhiễm sắc thể. Hiện nay người ta đã phát hiện được cấu trúc nucleosome ở những vùng hoạt động của nhiễm sắc thể, nhìn chung khác so với những vùng không hoạt động. Nhưng chi tiết của mối quan hệ này cần phải được làm sáng tỏ. Dù quấn quanh lõi histon nhưng sợi DNA bên ngoài bề mặt vẫn tiếp xúc với protein khác, đó là các enzyme tham gia vào quá trình sao chép như DNA polymerase, quá trình phiên mã như RNA polymerase hay các protein điều hòa hoạt động các gen. Các protein này nhận biết một trình tự xác định trên sợi DNA rồi gắn vào đó ở vị trí có các nhóm bazơ đặc trưng nhờ liên kết ion. Cơ chế nhận biết này chủ yếu là do kết quả của sự bổ sung hình dạng giữa protein và DNA. Do năng lượng liên kết yếu giữa các đại phân tử không đủ lớn để tạo ra mạng lưới cứng nhắc bên trong tế bào nên tế bào sống thường không bao giờ đặc lại được. Cũng chính nhờ lực liên kết yếu đó nên hiện tượng khuếch tán trong tế bào thường tăng mạnh, tất nhiên còn phụ thuộc vào tình trạng sinh lý của tế bào. Nhờ khuếch tán mạnh mà các phân tử khác nhau có cơ hội tiếp xúc được với nhau tạo ®Ó thùc hiÖn nhiều phản ứng sinh học thiết yếu cho sự sống 2.3.4. Di trì cấu trúc và sự ổn định áp suất thẩm thấu của tế bào và các bào quan bên trong. Hình 11: tế bào động vật. Màng sinh chất ( màng của tế bào ), màng nội bào ( màng của các bào quan ) đều có bản chất là lipoprotein có thành phần hóa học gồm: lipit ( 25-75%), protein (25-75%). Ngoài ra còn có cacbohidrat (5-10%). Lipit chủ yếu là photpholipit tạo thành lớp kép, xếp theo kiểu đầu ưa nước quay ra ngoài, đuôi kỵ nước quay vào nhau. Protein phân bố rất đa dạng và linh hoạt trong lớp lipit kép. Ở các tế bào động vật và người còn có nhiều phân tử colesteron làm tăng độ ổn định của màng sinh chất Các cacbonhidrat thường liên kết với lipit hoặc protein ở mặt ngoài màng. Như vậy, màng có tính chất khảm. Ngoài ra, các phân tử lipit của màng có thể di chuyển tương đối làm cho màng có tính linh động. Hình 12: mô hình cấu trúc màng nguyên sinh chất Chính sự liên kết này giúp cho màng thực hiên được chức năng quan trọng của sự sống. Vận chuyển các chất qua màng: màng có tính thấm chọ lọc, nghĩa là màng có khả năng điều chỉnh sựu vận chuyển các chất đi vào và đi ra tế bào tùy theo nhu cầu sống của tế bào. Các chất cũng như các phân tử được vận chuyển qua màng vào trong tế bào cũng như ra ngoài tế bào theo 3 phương thức: thụ động, chủ động và xuất - nhập bào. Màng sinh chất thu nhận các tín hiệu khác nhau ( ví dụ các hoocmon đặc thù ) nhờ các protein đặc trưng liên kết trên màng đóng vai trò là các thụ quan màng ( receptor ) vì vậy tế bào có khả năng đáp ứng kịp thời đối với những tác động của nhân tố môi trường. Sự truyền tính hiệu qua màng có vai trò đặc biệt quan trọng đối với hoạt động cơ và thần kinh của động vật. 2.3.2 . Tăng tốc độ phản ứng. Hình 13: sự tương tác của enzyme và cơ chất Trong phản ứng có sự xúc tác của enzym, cơ chất kết hợp với trung tâm hoạt động của enzyme tạo phức hợp enzyme – cơ chất. Sự kết hợp này bằng rất nhiều các liên kết yếu tạo phức hợp không bền vững, phức hợ này sẽ nhanh chóng bị phá vỡ tạo enzyme và sản phẩm. Qúa trình phá vỡ các liên kết yếu tạo ra năng lượng lớn giúp giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, tăng tốc độ phẩn ứng lên rất nhiều lần so với sử dụng chất vô cơ bình thường làm xúc tác. 2.3. Liên kết cao năng và vai trò của chúng đối với cơ thể sống. Các liên kết giàu năng lượng là các liên kết phosphate có cấu trúc anhydride (ATP, ADP, acetylphosphate, aminoacetylphosphate, pirophosphate,..), có cấu trúc enolphosphate (phosphoenolpyruvat), thioester (acetylcoa) và Sadenosylmethionin ( methinoin hoạt động). Một phân tử cao năng có thể bị đứt gãy và giải phóng ra một lượng lớn năng lượng tự do bởi các phân tử nước, qua quá trình gọi là thủy phân. Các liên kết bị phá vỡ qua quá trình thủy phân các hợp chất cao năng và sinh ra một năng lượng G có giá trị âm gọi là năng lượng liên kết cao năng. Liên kết này thường được ký hiệu bằng dấu “ “. Năng lượng thủy phân một liên kết cao năng trung bình ( 7 kcalo/mol ) nhỏ hơn rất nhiều năng lượng giải phóng hoàn toàn một phân tử glucose ( 688 kcalo/mol ). Tuy nhiên, trong tế bào glucose không phân giải hoàn toàn mà phải qua nhiều bước trung gian. Hợp chất cao năng quan trong nhất trong cơ thể sống là ATP, nó được hình thành từ ADP (adenosine diphosphate ) và nhóm phosphate vô cơ. Các liên kết cao năng liên quan đén nguyên tử lưu hình cũng có vai trò quan trọng đối với hoạt động sinh học tương tự như các liên kết cao năng phosphate. Phân tử cao năng quan trọng nhất chứa lưu hình là Acetyl-CoA. Phân tử này là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho các quá trình sinh tổng hợp các axit béo. Sự hình thành các đại phân tử từ các phân tử đơn phân cần bổ sung năng lương. Cũng giống như sự phân giải, quá trình sinh tổng hợp cũng không thể diễn ra nếu không có sự giảm đi năng lượng tự do tổng số. Đối với các quá trình sinh tổng hợp, nguồn năng lượng này được cung cấp từ các hợp chất cao năng. Sự hình thành các liên kết mới trong các phản ứng sinh tổng hợp luôn đi kèm với sự đứt gãy của liên kết cao năng, do đó năng lượng tự do tổng số giảm đi. Vì hoạt động sống diễn ra liên tục nên thời gian tồn tại của các hợp chất cao năng trong cơ thể là rất ngắn. Tuy nhiên, không phải tất cả các bước của một quá trình sinh tổng hợp đều cần sự dứt gãy của các liên kết cao năng. Thông thường chỉ có một hoặc một số bước cần đến sự đứt gãy của liên kết cao năng là đủ cho nhiều phản ứng sinh tổng hợp diễn ra. Tương tự như vậy, không phải tất cả các bước của quá trình phân giải đều tạo ra liên kết cao năng. Axit amin (Aa) được hoạt hóa nhờ gắn gốc AMP. Sự hoạt hóa axit amin nhờ sự chuyển một nhóm AMP từ ATP sang nhóm COO- . Sau khi được hoạt hóa, các axit amin có thể dung để tổng hợp protein một cách hiệu quả trên cơ sở nhiệt động học. Cả hai axit nucleic là ARN, AND đều được cấu thành từ các đơn phân là nucleotide. Xét về nhiệt động học thì các đơn phân nucleotide này khó hình thành liên kết hơn so với các axit amin. Đó là do các liên kết diphosphoetes của các nucleotic khi bị thủy phân có mức năng lượng tự do khá lớn (-6kcalo/mol ). Điều đó có nghĩa là các axit nucleic chỉ tự thủy phân thành các nucleic ở mức độ thấp. vì vậy để tổng hợp axit nucleic việc hoạt hóa các nucleotide cần nang lượng cao hơn so với axit amin là tiền chất tổng hợp protein. Các tiền chất trung gian để tổng hợp axit nucleic là các nucleoside triphosphate. Đối với AND là dATP, dGTP, dCTP, ARN là ATP, GTP, UTP, CTP. Như vậy, ATP không chỉ đóng vai trò là phân tử cung cấp năng lượng cho nhiều phản ứng chuyển nhóm chức trong tế bào mà bản than nó còn trực tiếp là tiền chất tổng hợp ARN. Các dNTP được hình thành do sự hoạt hóa từ phân tử dNMP nhờ ATP. |