BÀI 5 - CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC

MỞ ĐẦU

Câu 1: Thừa cân, béo phì là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến bệnh tiểu đường, tim mạch cùng nhiều bệnh nguy hiểm khác cho con người. Vậy làm thế nào có thể giảm thiểu nguy cơ này để có được cuộc sống khỏe mạnh?

Giải nhanh:

- Để giảm nguy cơ thừa cân và béo phì, cần cân bằng giữa lượng năng lượng hấp thụ và năng lượng sử dụng bằng cách điều chỉnh lối sống và chế độ ăn uống, bao gồm việc cân đối lượng tinh bột, protein, lipid và chất béo phù hợp.

- Ngoài ra, thực hiện vận động thường xuyên như tập thể dục vừa sức và lao động vừa sức để duy trì một cơ thể khỏe mạnh.

I. KHÁI NIỆM VÀ THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC TRONG TẾ BÀO

Câu 1: Phân tử sinh học là gì?

Giải nhanh:

Phân tử sinh học là những phân tử hữu cơ được tổng hợp và tồn tại trong các tế bào sống. 

Câu 2: Nêu những đặc điểm chung của các phân tử sinh học.

Giải nhanh:

Các phân tử sinh học chủ yếu bao gồm các nguyên tử carbon và hydrogen, tạo thành các bộ khung hydrocarbon đa dạng thông qua các liên kết hóa học.

II. CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC 

1. Carbohydrate - chất đường bột

Câu 1: Nêu đặc điểm cấu trúc và chức năng chính của các loại carbohydrate.

Giải nhanh:

Câu 2: Con người thường ăn những bộ phận nào của thực vật để lấy tinh bột?

Giải nhanh:

Những bộ phận con người thường ăn của thực vật để lấy tinh bột: củ, quả, hạt, thân cây.

Câu 3: Tại sao nên ăn nhiều loại rau xanh khác nhau trong khi thành phần chính của các loại rau là cellulose - chất mà con người không thể tiêu hoá được?

Giải nhanh:

Nên ăn nhiều loại rau xanh khác nhau trong khi thành phần chính của các loại rau là cellulose vì:

- Mặc dù con người không tiêu hoá được cellulose nhưng cellulose lại giúp ích trong tiêu hoá thức ăn. Cellulose kích thích các tế bào niêm mạc ruột tiết ra dịch nhầy làm cho thức ăn được di chuyển trơn tru trong đường ruột, đồng thời cellulose cũng cuốn trôi những chất cặn bã bám vào thành ruột ngoài. Vì vậy, nếu trong khẩu phần ăn có quá ít cellulose sẽ rất dễ bị táo bón.

- Bên cạnh đó ngoài cellulose trong rau xanh còn chứa nhiều loại vitamin và khoáng chất thiết yếu mà con người có thể hấp thu được.

2. Lipid - Chất béo

Câu 1: Chất béo là gì? Nêu một số chức năng của dầu, mỡ, phospholipid và steroid.

Giải nhanh:

Chất béo là một nhóm chất rất đa dạng về cấu trúc nhưng có đặc tính chung là kị nước. Các chức năng của dầu, mỡ, phospholipid và steroid như sau:

* Dầu, mỡ:

  - Dự trữ năng lượng cho tế bào và cơ thể.

  - Là dung môi hoà tan nhiều loại vitamin như vitamin A, D, E, K,...

* Phospholipid:

  - Có vai trò quan trọng trong cấu trúc màng của tế bào.

* Steroid:

  - Bao gồm các loại như cholesterol, testosterone, estrogen, vitamin D và cortisone.

  - Cholesterol là thành phần quan trọng của màng tế bào và là chất tiền thân để sản xuất testosterone và estrogen, những hormone quan trọng trong việc phát triển các đặc điểm khác nhau giữa nam và nữ.

Câu 2: Đặc điểm nào về mặt cấu trúc hoá học khiến phospholipid là một chất lưỡng cực?

Giải nhanh:

Phospholipid là một phân tử lưỡng cực vì có cấu trúc hóa học đặc biệt: nó được tạo thành từ một phân tử glycerol liên kết với hai acid béo ở một đầu và nhóm phosphate (-PO) ở đầu còn lại. Nhóm phosphate thường kết hợp với một nhóm choline, tạo thành phosphatidylcholine. Mặt đầu có phosphatidylcholine là phần ưa nước, trong khi hai đuôi acid béo là phần kị nước. Điều này làm cho phospholipid có tính lưỡng cực.

Câu 3: Khi ăn cà chua hoặc hành chưng trong mỡ, cơ thể người có thể hấp thụ được những loại vitamin gì? Giải thích.

Giải nhanh:

Trong cà chua hay hành chứa nhiều loại vitamin như vitamin A, D, E, K, C, B6,... đây là các vitamin không hoặc ít tan trong nước, nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ vì vậy khi chưng cà chua hoặc hành trong mỡ giúp chúng ta dễ hấp thu các vitamin này hơn.

3. Protein - Chất đạm

Câu 1: Các amino acid khác nhau ở những đặc điểm nào?

Giải nhanh:

Các amino acid có cấu trúc chung gồm một nguyên tử carbon trung tâm liên kết với nhóm amino (-NH2), nhóm carboxyl (-COOH), một nguyên tử hydrogen và một nhóm R (nhóm bên), được gọi là chuỗi bên. Đặc điểm khác nhau giữa các amino acid chủ yếu phụ thuộc vào nhóm R.

Câu 2: Protein có những chức năng gì? Đặc điểm cấu trúc nào giúp protein có chức năng rất đa dạng?

Giải nhanh:

* Protein đóng vai trò quan trọng trong cơ thể với nhiều chức năng cơ bản:

- Cấu trúc: Tham gia vào cấu trúc bào quan và bộ khung tế bào.

- Xúc tác: Là thành phần chính của enzyme, thúc đẩy các phản ứng hoá học trong tế bào.

- Bảo vệ: Các kháng thể, một loại protein, bảo vệ cơ thể chống lại các mầm bệnh từ môi trường bên ngoài.

- Vận động: Hỗ trợ tế bào thay đổi hình dạng và di chuyển.

- Tiếp nhận thông tin: Cấu tạo thụ thể tế bào, giúp tế bào nhận và truyền thông tin.

- Điều hoà: Nhiều hormone là protein, điều hòa các hoạt động gene và chức năng sinh lý trong cơ thể.

* Protein có cấu trúc rất đa dạng và đặc biệt:

- Tạo ra từ 20 loại amino acid, protein có thể tổ hợp thành nhiều loại chuỗi polypeptide khác nhau.

- Trình tự amino acid trong protein quyết định chức năng của nó.

- Có 4 bậc cấu trúc quyết định tính chất và chức năng của protein.

Với các chức năng và đặc điểm này, protein đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể người và các loài động vật.

Câu 3: Bậc cấu trúc nào đảm bảo protein có được chức năng sinh học? Các liên kết yếu trong phân tử protein có liên quan gì đến chức năng sinh học của nó?

Giải nhanh:

Cấu trúc protein và các liên kết yếu quyết định chức năng sinh học:

- Protein có 4 bậc cấu trúc, mỗi bậc quy định các chức năng khác nhau.

- Các liên kết yếu trong protein giúp duy trì cấu trúc không gian và ảnh hưởng đến chức năng sinh học của nó.

Câu 4: Tại sao chúng ta nên bổ sung protein cho cơ thể từ nhiều loại thức ăn khác nhau mà không nên chỉ ăn một vài loại thức ăn dù những loại đó rất bổ dưỡng?

Giải nhanh:

Chúng ta nên bổ sung protein cho cơ thể từ nhiều loại thức ăn khác nhau mà không nên chỉ ăn một vài loại thức ăn dù những loại đó rất bổ dưỡng vì:

• Cơ thể người không tự tổng hợp được tất cả các axit amin mà phải lấy từ bên ngoài. Khi protein được đưa vào sẽ được các enzim phân giải thành các axit amin để hấp thụ tạo ra loại protein đặc thù cho cơ thể người. 
• Mỗi loại thực phẩm chỉ chứa một số loại axit amin nhất định nên để cung cấp được tất cả axit amin cần cho tổng hợp protein thì cần bổ sung từ nhiều nguồn thực phẩm khác nhau.
• Sử dụng đa dạng các nguồn thực phẩm giàu protein sẽ cung cấp đủ cho cơ thể nguồn amino acid dùng làm nguyên liệu để tổng hợp protein.

4. Nucleic axit

a, Deoxyribonucleic acid - DNA

Câu 1: Quan sát hình 5.10, nêu và giải thích các đặc điểm cấu trúc khiến DNA đảm nhận được chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

Giải nhanh:

Đặc điểm cấu trúc của DNA và chức năng của nó:

- DNA là đại phân tử hữu cơ, cấu tạo từ nucleotide. Mỗi phân tử DNA chứa hàng triệu nucleotide, với sắp xếp trình tự đặc trưng quy định thông tin di truyền của sinh vật.

- Bốn loại nucleotide khác nhau tạo nên độ đa dạng và đặc trưng của DNA ở các loài sinh vật.

- Cấu trúc của DNA bao gồm liên kết cộng hóa trị bền vững giữa các nucleotide trên mỗi mạch đơn, đảm bảo sự ổn định của thông tin di truyền qua các thế hệ.

- Các cặp nucleotide trên hai mạch liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung, giúp duy trì cấu trúc không gian của DNA và dễ dàng thực hiện quá trình như tự sao và phiên mã.

Đặc điểm cấu trúc này giúp DNA thực hiện chức năng chính là mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền hiệu quả.

Câu 2: Những thông số nào về DNA là đặc trưng cho mỗi loài?

Giải nhanh:

Thông số về DNA đặc trưng cho mỗi loài bao gồm số lượng phân tử DNA trong tế bào và trình tự sắp xếp nucleotide trong mỗi phân tử DNA.

b, Ribonucleic acid - RNA

Câu 1: Quan sát hình trong mục II.4b, phân biệt các loại RNA về cấu trúc và chức năng.

Giải nhanh:

Phân biệt các loại RNA về cấu trúc và chức năng:

 Câu 2: Trình bày sự khác biệt về mặt cấu trúc giữa DNA và RNA.

Giải nhanh:

Sự khác biệt về mặt cấu trúc giữa DNA và RNA:

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

Câu 1: Phân tử glucose có công thức cấu tạo là C₆H₁₂O₆. Nếu 10 phân tử glucose liên kết với nhau tạo nên một phân tử đường đa thì phân tử này sẽ có công thức cấu tạo như thế nào? Giải thích.

Giải nhanh:

- 10 phân tử glucose liên kết với nhau tạo nên một phân tử đường phức thì phân tử này sẽ có công thức cấu tạo là: (C₆H₁₀O₅)₁₀

 - Giải thích: Đường phức được hình thành do các phân tử đường đơn liên kết với nhau (sau khi loại một phân tử nước) bằng một liên kết cộng hoá trị (được gọi là liên kết glycosidic).

Câu 2: Tại sao cùng có chung công thức cấu tạo là C₆H₁₂O₆ nhưng glucose và fructose lại có vị ngọt khác nhau?

Giải nhanh:

Tuy có cùng công thức hóa học là C6H12O6, nhưng glucose và fructose lại tồn tại các cấu trúc không gian, hình dạng cấu trúc vòng khác nhau (vị trí nhóm OH) điều này làm cho chúng có các đặc tính vật lí, hóa học khác nhau.

Câu 3: Tại sao cùng được cấu tạo từ các phân tử đường glucose nhưng tinh bột và cellulose lại có đặc tính vật lí và chức năng sinh học khác nhau?

Giải nhanh:

• Tinh bột:
• Phân tử gồm nhiều gốc α-glucose liên kết với nhau.
• Các loại tinh bột có cấu trúc mạch ít phân nhánh.
• Cellulose:
• Phân tử gồm nhiều gốc β-glucose liên kết với nhau tạo thành mạch thẳng, không phân nhánh. Nhiều phân tử cellulose liên kết với nhau tạo thành bó sợi dài nằm song song có cấu trúc vững chắc.

Câu 4: Trong số các phân tử sinh học, protein là loại có nhiều chức năng nhất. Tại sao?

Giải nhanh:

Trong số các phân tử sinh học, protein có nhiều loại chức năng nhất vì:

• Protein được cấu tạo từ các đơn phân là amino acid.
• Có 20 loại amino acid tham gia cấu tạo nên các protein. Từ 20 loại amino có thể tạo ra vô số loại chuỗi polypeptide khác nhau về số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp các amino acid. Trình tự các amino acid của một protein có tính đặc thù và quyết định chức năng của protein.
• Chức năng của protein còn phụ thuộc vào các bậc cấu trúc của nó. Protein có 4 bậc cấu trúc.

Câu 5: Để giảm béo, nhiều người đã cắt bỏ hoàn toàn chất béo trong khẩu phần ăn. Theo em, điều này là nên hay không nên? Dưới góc độ sinh học, chúng ta cần làm gì để duy trì cân nặng với một cơ thể khoẻ mạnh?

Giải nhanh:

Cắt bỏ hoàn toàn chất béo trong khẩu phần ăn không nên vì:

- Lipid là thành phần của mỡ động vật (chất dự trữ năng lượng), hormone sinh dục như testosterone và estrogen, dầu thực vật, phospholipid, một số sắc tố, sáp và vitamin.

- Chất béo đóng vai trò quan trọng trong hoạt động tồn tại và phát triển của cơ thể.

- Việc duy trì sự cân bằng đa dạng giữa các loại chất béo trong khẩu phần ăn là rất quan trọng để duy trì sức khoẻ, và mất cân bằng này có thể dẫn đến nhiều bệnh tật.

Câu 6: Tại sao khi luộc trứng thì protein của trứng lại bị đông đặc lại?

Giải nhanh:

Ở nhiệt độ cao Protein của trứng bị biến tính và đông đặc lại do cấu trúc không gian của protein bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường. Khi điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, áp suất, nồng độ ion trong dung dịch thay đổi đến một mức độ nào đó sẽ làm đứt gãy các liên kết yếu khiến cấu trúc không gian ba chiều của protein bị thay đổi, khi đó, người ta nói protein bị biến tính và mất chức năng sinh học.

Câu 7: Giải thích vì sao khi khẩu phần ăn thiếu protein thì cơ thể, đặc biệt là trẻ em, thường gầy yếu, chậm lớn, hay bị phù nề và dễ mắc bệnh truyền nhiễm?

Giải nhanh:

• Khi khẩu phần ăn thiếu protein thì cơ thể, đặc biệt là trẻ em, thường gầy yếu, chậm lớn, hay bị phù nề và dễ mắc bệnh truyền nhiễm vì protein có vai trò đặc biệt quan trọng đối với cơ thể người và các loài động vật:
• Protein có vai trò cấu tạo, duy trì và phát triển cơ thể;
• Hình thành những chất cơ bản phục vụ cho hoạt động sống;
• Protein cấu trúc nên khung tế bào, tạo các khung đỡ giúp duy trì hình dáng tế bào;
• Là thành phần thiết yếu của cơ thể sinh vật, tham gia vào mọi quá trình bên trong tế bào.
• Nguồn nguyên liệu để xây dựng các loại protein trong cơ thể người được lấy từ các sản phẩm thịt, sữa của các loài động vật và từ hạt cũng như một số bộ phận khác của nhiều loài thực vật. Sử dụng đa dạng các nguồn thực phẩm giàu protein sẽ cung cấp đủ cho cơ thể nguồn amino acid dùng làm nguyên liệu để tổng hợp protein.