Lý thuyết Sinh học 10 Bài 6: Các phân tử sinh học - Cánh diều
Haylamdo biên soạn và sưu tầm tóm tắt lý thuyết Sinh 10 Bài 6: Các phân tử sinh học hay nhất, ngắn gọn sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Sinh học 10.
Lý thuyết Sinh học 10 Bài 6: Các phân tử sinh học - Cánh diều
I. Khái quát về phân tử sinh học
- Khái niệm: Phân tử sinh học là hợp chất hữu cơ được tạo ra từ tế bào và cơ thể sinh vật.
- Các phân tử sinh học gồm: những phân tử lớn tham gia cấu tạo tế bào (carbohydrate, protein, nucleic acid, lipid); những phân tử nhỏ là các sản phẩm trao đổi chất (aldehyde, alcohol, acid hữu cơ); các chất tham gia xúc tác, điều hòa (vitamin, hormone).
II. Carbohydrate
- Carbohydrate là tập hợp chất hữu cơ chứa C, H và O, trong đó tỉ lệ H : O là 2 : 1 giống như trong phân tử nước.
- Phân loại: Dựa vào số lượng đơn phân, carbohydrate được chia thành 3 loại monosaccharide, disaccharide, polysaccharide.
- Vai trò: Carbohydrate là nguồn cung cấp năng lượng, tham gia cấu tạo nhiều hợp chất trong tế bào.
1. Monosaccharide
- Đặc điểm cấu tạo: Monosaccharide (đường đơn) là loại carbohydrate đơn giản nhất có công thức phân tử là CnH2nOn (thường có 3 đến 7 nguyên tử carbon). Các monosaccharide đều là chất khử nên còn gọi là đường khử.
- Một số loại đường đơn: Phổ biến là các triose, pentose (ribose và deoxyribose) và hexose (glucose, fructose, galactose).
- Vai trò: Các monosaccharide, đặc biệt là glucose, đóng vai trò cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của tế bào. Các monosaccharide còn là thành phần cấu tạo của disaccharide và nhiều hợp chất khác.
2. Disaccharide
- Đặc điểm cấu tạo: Disaccharide (đường đôi) do hai phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng một liên kết cộng hóa trị (liên kết glycosidic).
- Một số loại đường đôi: Một số disaccharide phổ biến là sucrose (có nhiều trong quả, mía, củ cải đường) và lactose (có trong sữa).
- Vai trò: Đường đôi được coi là đường vận chuyển vì các sinh vật vận chuyển nguồn năng lượng glucose đến các bộ phận khác nhau của cơ thể hoặc nuôi dưỡng con non.
3. Polysaccharide
- Đặc điểm cấu tạo: Polysaccharide là polymer của các monosaccharide kết hợp với nhau bằng liên kết glycoside, được hình thành qua nhiều phản ứng ngưng tụ. Polysaccharide có thể gồm một hoặc một số loại monosaccharide.
- Một số loại đường đa: Một số polysaccharide phổ biến là tinh bột (khoảng 20 % amylose và 80 % amylopectin), cellulose, glycogen, chitin.
- Vai trò: Một số polysaccharide như tinh bột (ở thực vật), glycogen (ở động vật) đóng vai trò dự trữ năng lượng trong tế bào; cellulose là thành phần chính của thành tế bào thực vật.
III. Protein
1. Amino acid
- Có khoảng 20 loại amino acid chính tham gia cấu tạo protein.
- Mỗi amino acid được cấu tạo gồm 3 thành phần là: 1 nhóm carboxyl, 1 nhóm amino và mạch bên (gốc R). Các amino acid khác nhau về mạch bên (gốc R).
- Trong 20 loại amino acid, có 9 loại amino acid không thay thế. Amino acid không thay thế là những amino acid mà con người và động vật không tự tổng hợp được nhưng cần thiết cho hoạt động sống nên phải thu nhận từ nguồn thức ăn.
2. Protein
2.1. Cấu trúc hóa học của protein
- Protein gồm các nguyên tố C, H, O, N, S. Ngoài ra, protein có thể chứa P, Zn, Fe, Cu, Mg,…
- Protein là polymer sinh học được cấu tạo từ hàng chục đến hàng trăm nghìn gốc amino acid kết hợp với nhau bằng liên kết peptide tạo thành chuỗi polypeptide thẳng. Sự đa dạng và đặc thù của protein được quy định bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các amino acid.
- Protein thường có dạng cầu như các enzyme; dạng sợi như collagen, actin, keratin và một số hình dạng khác.
2.2. Các bậc cấu trúc của phân tử protein
Để thực hiện các hoạt động sống, protein phải có cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng được hình thành từ các bậc cấu trúc khác nhau:
- Cấu trúc bậc 1: là trình tự sắp xếp các amino acid trong chuỗi polypeptide và được ổn định bằng liên kết peptide. Cấu trúc bậc 1 đặc trưng cho từng loại protein và là một cơ sở để xác định quan hệ họ hàng của các sinh vật.
- Cấu trúc bậc 2: là dạng xoắn hoặc gấp nếp cục bộ trong không gian của chuỗi polypeptide nhờ các liên kết hydrogen giữa các nguyên tử H và O của các liên kết peptide.
- Cấu trúc bậc 3: là dạng cuộn lại trong không gian của toàn chuỗi polypeptide nhờ liên kết disulfide (S – S) giữa hai cốc cysteine ở xa nhau trong chuỗi và các liên kết yếu như tương tác kị nước, liên kết hydrogen, liên kết ion giữa các gốc R.
- Cấu trúc bậc 4: là dạng gồm hai hay nhiều chuỗi polypeptide có cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng tương tác với nhau.
2.3. Chức năng của protein
Protein tham gia hầu hết các hoạt động sống của tế bào:
- Là chất xúc tác sinh học cho hầu hết các phản ứng (enzyme).
- Là thành phần cấu trúc nên tế bào, cơ thể.
- Tham gia vận chuyển các chất qua màng, trong tế bào và trong cơ thể.
- Điều hòa các quá trình trao đổi chất, truyền thông tin di truyền, sinh trưởng, phát triển, sinh sản (hormone).
- Vận động tế bào và cơ thể.
- Bảo vệ cơ thể chống lại sự nhiễm virus, vi khuẩn và các bệnh tật (kháng thể).
- Là chất dự trữ.
IV. Nucleic acid
1. Nucleotide
- Nucleotide có cấu tạo gồm 3 phần:
+ Gốc phosphate.
+ Đường pentose: gồm hai loại là deoxyribose và ribose.
+ Nitrogenous base: gồm hai nhóm purine (adenine – A, guanine – G) và pyrimidine (cytosine – C, thymine – T, uracil – U).
- Vai trò của nucleotide:
+ Là đơn phân cấu tạo nên nucleic acid.
+ Một số nucleotide là thành phần cấu tạo của nhiều hợp chất giàu năng lượng, cung cấp năng lượng cho nhiều hoạt động sống của tế bào (ATP, GTP).
+ Một số nucleotide tham gia quá trình truyền tin nội bào (cAMP).
2. DNA và RNA
- Nucleic acid được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà đơn phân là các nucleotide (đơn phân của DNA là 4 loại A, T, G, C; đơn phân của RNA là 4 loại A, U, G, C). Sự đa dạng và đặc thù của nucleic acid được quy định bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của các nucleotide.
- Các nucleotide kết hợp với nhau qua liên kết phosphodiester được hình thành giữa đường pentose của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide kế tiếp tạo nên chuỗi polynucleotide.
- Cấu tạo không gian của DNA:
+ Phân tử DNA ở tế bào nhân thực có cấu trúc xoắn kép gồm hai chuỗi polynucleotide dài có chiều ngược nhau (5’ – 3’ và 3’ – 5’).
+ Các gốc phosphate – đường quay ra ngoài tạo thành bộ khung còn các gốc base quay vào phía trong liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung (A liên kết với T bằng 2 liên kết hydrogen, G liên kết với C bằng 3 liên kết hydrogen).
- Cấu tạo không gian của RNA:
+ Các loại RNA thường được cấu tạo từ một chuỗi polynucleotide.
+ Bao gồm một số loại như: mRNA, rRNA, tRNA (mRNA là dạng mạch thẳng, không có liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung; rRNA, tRNA có các đoạn liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung cục bộ giữa A – U, G – C).
3. Chức năng của nucleic acid
- DNA có vai trò quy định, lưu trữ và truyền đạt thông tin di truyền.
- RNA có nhiều chức năng khác nhau trong quá trình truyền đạt thông tin di truyền từ DNA sang protein. Ở một số virus, RNA đóng vai trò là vật chất di truyền mang thông tin quy định các đặc điểm cấu tạo của chúng.
V. Lipid
- Cấu tạo chung:
+ Được cấu tạo từ ba nguyên tố chính là C, H, O.
+ Là nhóm các phân tử sinh học có cấu tạo hóa học đa dạng, thường không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ như ether, acetone.
+ Không có cấu trúc đa phân.
- Một số loại lipid phổ biến: triglyceride, phospholipid và steroid.
- Vai trò: là nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể; giúp cho sự hấp thu một số vitamin; tham gia cấu tạo màng sinh chất; tham gia vào nhiều hoạt động sinh lí của cơ thể như quang hợp ở thực vật (carotenoid), tiêu hóa (dịch mật) và điều hòa sinh sản ở động vật (estrogen, testosterone).
1. Triglyceride
- Cấu tạo: Triglyceride (dầu, mỡ) là lipid đơn giản được cấu tạo từ acid béo và glycerol. Trong đó, mỡ được cấu tạo từ acid béo no nên tồn tại ở trạng thái rắn; dầu được cấu tạo từ các acid béo không no nên có dạng lỏng.
- Vai trò:
+ Triglyceride (dầu, mỡ) đóng vai trò dự trữ năng lượng trong tế bào và cơ thể. Một gram triglyceride sản sinh ra năng lượng gấp khoảng 2 lần so với một gram carbohydrate.
+ Ở động vật, lượng triglyceride hấp thu dư thừa so với nhu cầu hằng ngày có thể được biến đổi thành mỡ dự trữ vừa có vai trò dự trữ năng lượng vừa có vai trò làm lớp đệm cách nhiệt và bảo vệ các cơ quan tránh được các tổn thương do tác động cơ học.
+ Triglyceride là dung môi hòa tan nhiều vitamin như A, D, E, K nên cần thiết cho sự hấp thu các vitamin này.
2. Phospholipid
- Cấu tạo: Phospholipid có cấu tạo gồm 1 phân tử glycerol liên kết với hai phân tử acid béo và 1 nhóm phosphate (nhóm này liên kết với một alcol phức). Do đó, phospholipid có tính lưỡng cực, gồm một đầu ưa nước và một đầu kị nước.
- Vai trò: Phospholipid là thành phần chính của màng sinh chất.
3. Steroid
- Cấu tạo: Steroid có cấu tạo gồm phân tử alcol mạch vòng liên kết với acid béo.
- Một số steroid phổ biến trong cơ thể sinh vật: cholesterol, estrogen, testosterone, dịch mật, carotenoid và một số vitamin (A, D, E, K).
- Vai trò của cholesterol: tham gia cấu tạo màng sinh chất và điều hòa tính lỏng của màng ở tế bào động vật; là tiền chất của các hormone steroid như cortisol, estrogen, testosterone tham gia điều hòa sự trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản của cơ thể.
VI. Thực hành nhận biết một số phân tử sinh học
1. Nhận biết đường khử (phản ứng Benedict)
1.1. Cơ sở khoa học
- Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao, đường khử sẽ khử ion kim loại. Ví dụ: Khử Cu2+ (màu xanh dương) tạo thành Cu2O (kết tủa màu đỏ gạch).
1.2. Chuẩn bị
- Mẫu vật: dịch chiết quả tươi (cam, chuối chín,…).
- Hóa chất: dung dịch glucose 5 %, dung dịch sucrose 5 %, nước cất, thuốc thử Benedict (chứa Cu2+ trong môi trường kiềm).
- Dụng cụ: ống nghiệm, đèn cồn, kẹp gỗ, pipet nhựa (1 – 3 mL).
1.3. Tiến hành
- Lấy bốn ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.
- Cho 1 mL nước cất vào ống 1; 1 mL dịch chiết quả tươi vào ống 2; 1 mL dung dịch glucose 5 % vào ống 3; 1 mL dung dịch sucrose 5 % vào ống 4.
- Thêm 1 mL thuốc thử Benedict vào từng ống nghiệm và lắc đều.
- Kẹp đầu ống nghiệm bằng kẹp gỗ, đun sôi dung dịch trong mỗi ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn trong khoảng 2 – 3 phút. (Lưu ý: hướng miệng ống nghiệm nghiêng khoảng 45o ra phía không có người).
- Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.
1.4. Báo cáo
- Trả lời các câu hỏi sau:
+ Ống nghiệm nào có chứa đường khử? Giải thích.
+ Ống nghiệm chỉ chứa nước cất và thuốc thử Benedict có ý nghĩa gì trong thí nghiệm này.
- Báo cáo kết quả thí nghiệm theo gợi ý.
2. Nhận biết tinh bột (phản ứng với iodine)
2.1. Cơ sở khoa học
- Khi trộn dung dịch chứa iodine với tinh bột, iodine sẽ đi vào bên trong chuỗi xoắn amylose của tinh bột tạo thành phức hợp có màu xanh đen.
2.2. Chuẩn bị
- Mẫu vật: lát cắt chuối xanh, lát cắt chuối chín.
- Hóa chất: thuốc thử Lugol (chứa I2 và KI).
- Dụng cụ: đĩa petri.
2.3. Tiến hành
- Đặt hai lát cắt chuối xanh và chuối chín lên đĩa petri.
- Thêm hai giọt thuốc thử Lugol vào mỗi lát cắt chuối.
- Quan sát sự thay đổi màu ở vị trí nhỏ thuốc thử Lugol trên các lát cắt chuối.
2.4. Báo cáo
- Báo cáo kết quả thí nghiệm và trả lời câu hỏi sau: Tinh bột có ở chuối chín hay chuối xanh? Giải thích.
3. Nhận biết protein (phản ứng Biuret)
3.1. Cơ sở khoa học
- Trong môi trường kiềm, các liên kết peptide trong phân tử protein tương tác với ion Cu2+ tạo thành phức chất có màu tím.
3.2. Chuẩn bị
- Mẫu vật: dung dịch lòng trắng trứng pha loãng.
- Hóa chất: nước cất, dung dịch NaOH 10 %, dung dịch CuSO4 1 %.
- Dụng cụ: ống nghiệm, pipet nhựa (1 – 3 mL).
3.3. Tiến hành
- Lấy hai ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.
- Cho 1 mL nước cất vào ống nghiệm 1; 1 mL dung dịch lòng trắng trứng vào ống nghiệm 2.
- Thêm 1 mL NaOH 10 % và 2 – 3 giọt CuSO4 1 % vào mỗi ống và lắc đều.
- Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm.
3.4. Báo cáo
- Báo cáo kết quả thí nghiệm và trả lời các câu hỏi sau:
+ Xác định sự có mặt của protein trong các ống nghiệm.
+ Nếu tăng nồng độ dung dịch lòng trắng trứng thì màu dung dịch sẽ thay đổi như thế nào? Giải thích.
4. Nhận biết lipid (sự tạo nhũ tương của triglyceride)
4.1. Cơ sở khoa học
- Dầu thực vật tan một phần trong ethanol nhưng không tan trong nước nên tạo thành dạng nhũ tương trắng đục.
4.2. Chuẩn bị
- Mẫu vật: hạt lạc.
- Hóa chất: nước cất, ethanol 90 %.
- Dụng cụ: cối chày sứ, thìa cà phê, ống nghiệm, pipet nhựa (1 – 3 mL).
4.3. Tiến hành
- Lấy 5 – 6 hạt lạc và nghiền bằng cối chày sứ.
- Lấy bốn ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.
- Cho 1 thìa bột hạt lạc đã nghiền vào mỗi ống nghiệm.
- Thêm 4 mL nước cất vào ống 1 và thêm 4 mL ethanol 90 % vào ống 2. Lắc mạnh trong 3 phút rồi để lắng.
- Dùng pipet nhựa hút khoảng 1 mL dịch trong ở ống 1 chuyển sang ống 3 và hút khoảng 1 mL dịch trong ở ống 2 chuyển sang ống 4.
- Thêm 2 mL nước cất vào ống 3 và ống 4 rồi để yên.
- Quan sát hiện tượng ở mỗi ống nghiệm.
4.4. Báo cáo
- Báo cáo kết quả thí nghiệm và trả lời các câu hỏi sau:
+ Mô tả hiện tượng xảy ra trong các ống nghiệm và giải thích.
+ Từ các thí nghiệm trên, nêu những điểm chung trong cách thiết kế các thí nghiệm nhận biết các phân tử sinh học.
