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

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

- Các phân tử sinh học chính bao gồm protein, lipid, carbohydrate, nucleic acid. Trong đó, protein, carbohydrate và nucleic acid là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân hợp thành.

- Thành phần hoá học chủ yếu của các phân tử sinh học là các nguyên tử carbon và các nguyên tử hydrogen, chúng liên kết với nhau hình thành nên bộ khung hydrocarbon rất đa dạng. 

- Bộ khung hydrocarbon có khả năng liên kết với các nhóm chức khác nhau (như nhóm amino, carboxyl,...) tạo ra vô số các hợp chất với các đặc tính hoá học khác nhau.

II. CÁC PHÂN TỬ SINH HỌC

1. Carbohydrate – chất đường bột

- Được cấu tạo từ ba loại nguyên tố C, H và O với tỉ lệ 1 : 2 : 1 và công thức cấu tạo chung là Cn(H2O)n. 

- Được chia thành ba nhóm: đường đơn (monosaccharide), đường đôi (disaccharide) và đường đa (polysaccharide).

- Nguồn thực phẩm cung cấp đường và tỉnh bột cho con người và động vật đều bắt nguồn từ các bộ phận dự trữ đường và tinh bột của thực vật như củ, quả, hạt, thân cây.

a) Đường đơn

Đường đơn có 6 nguyên tử carbon, gồm ba loại chính là glucose, fructose và galactose. Các loại đường đơn này có hai chức năng chính: 

- Dùng làm nguồn cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào;

- Dùng làm nguyên liệu để cấu tạo nên các loại phân tử sinh học khác.

b) Đường đôi

- Đường đôi được hình thành do hai phân tử đường đơn liên kết với nhau (sau khi loại đi một phân tử nước) bằng một liên kết cộng hoá trị (được gọi là liên kết glycosidic). 

- Hai phân tử glucose liên kết với nhau tạo nên đường đôi maltose, trong khi một phân tử glucose liên kết với một phân tử galactose thành đường lactose. Đường đôi sucrose được cấu tạo từ một phân tử glucose và một phân tử fructose.

- Đường đôi còn được gọi là đường vận chuyển vì các sinh vật vận chuyển nguồn năng lượng là glucose đến các bộ phận khác nhau của cơ thể hoặc nuôi dưỡng con non dưới dạng đường đôi (do đường đôi sẽ không bị phân giải trong quá trình vận chuyển). 

c) Đường đa

- Là loại polymer được cấu tạo từ hàng trăm tới hàng nghìn phân tử đường đơn (phần lớn là glucose).

- Gồm các loại: tinh bột, glycogen, cellulose, chitin. 

- Đường đa có chức năng chính là dự trữ năng lượng và làm nguyên liệu cấu trúc nên một số thành phần của tế bào.

2. Lipid

a. Mỡ và dầu

- Loại lipid thường gặp là dầu và mỡ, được cấu tạo gồm một phân tử glycerol liên kết với ba phân tử acid béo.

- Các phân tử béo trong cùng một phân tử triglyceride có thể khác nhau => Đặc tính hóa học của các loại triglyceride cũng khác nhau.

- Dầu và mỡ là chất dự trữ năng lượng của tế bào và cơ thể. Cơ thể người và động vật dự trữ mỡ trong các tế bào, mỡ phân bố dưới da và nhiều vùng khác trong cơ thể.

b. Phospholipid

- Là một loại chất béo phức tạp, được cấu tạo từ một phân tử glycerol liên kết với hai acid béo ở một đầu, đầu còn lại liên kết với nhóm phosphate. Nhóm phosphate thường liên kết với một nhóm, được gọi là choline, tạo thành phosphatidylcholine.

=> Phospholipid được xem là một phân tử lưỡng cực, có vai trò quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc màng của các loại tế bào.

c. Steroid

- Là một loại lipid đặc biệt, không chứa phân tử acid béo, các nguyên tử carbon của chúng liên kết với nhau tạo nên 4 vòng.

- Gồm nhiều loại như cholesterol, testosterone,estrogen, vitamin D và cortisone,...

d. Carotenoid

- Là nhóm sắc tố màu vàng cam ở thực vật có bản chất là một loại lipid.

- Con người và động vật khi ăn carotenoid sẽ chuyển hoá nó thành vitamin A, chất này sau đó được chuyển đổi thành sắc tố võng mạc, rất có lợi cho thị giác.

III. PROTEIN – CHẤT ĐẠM

a. Chức năng của protein 

- Cấu trúc: Nhiều loại protein tham gia cấu trúc nên các bào quan, bộ khung tế bào.

- Xúc tác: Protein cấu tạo nên các enzyme xúc tác cho các phản ứng hoá học trong tế bào.

- Bảo vệ: Các kháng thể có bản chất là protein giữ chức năng chống lại các phân tử kháng nguyên từ môi trường ngoài xâm nhập vào cơ thể qua các tác nhân như vi khuẩn, virus,...

- Vận động: Protein giúp tế bào thay đổi hình dạng cũng như di chuyển.

- Tiếp nhận thông tin: Protein cấu tạo nên thụ thể của tế bào, giúp tiếp nhận thông tin từ bên trong cũng như bên ngoài tế bào.

-  Điều hoà: Nhiều hormone có bản chất là protein đóng vai trò điều hoà hoạt động của gene trong tế bào, điều hoà các chức năng sinh lí của cơ thể.

b. Cấu trúc của protein

- Được cấu tạo từ các đơn phân là amino acid. Các amino acid đều được cấu tạo từ một nguyên tử carbon trung tâm liên kết với một nhóm amino (-NH2), một nhóm carboxyl (-COOH), một nguyên tử H và một chuỗi bên còn gọi là nhóm R.

- Hai amino acid liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị, được gọi là liên kết peptide nhờ phản ứng loại đi một phân tử nước.

- Trình tự các amino acid của protein có tính đặc thù và quyết định chức năng của protein.

- Nhiều amino acid liên kết với nhau tạo nên một chuỗi các amino acid được gọi là chuỗi polypeptide.

- 4 bậc cấu trúc của protein:

+ Cấu trúc bậc 1: Trình tự các amino acid trong một chuỗi polypeptid.

+ Cấu trúc bậc 2: Chuỗi polypeptid cuộn xoắn lại hoặc gấp nếp.

+ Cấu trúc bậc 3: Chuỗi polypeptid cuộn xoắn lại hoặc gấp nếp tạo nên cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng do có sự tương tác đặc thù giữa các nhóm chức R của các amino acid trong chuỗi polypeptid.

+ Hai hay nhiều chuỗi polypeptid liên kết với nhau tạo nên cấu trúc bậc 4.

- Cấu trúc không gian của protein bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường, khi điều kiện môi trường (pH, nhiệt độ, áp suất,…) thay đổi đến một mức độ nào đó sẽ làm đứt gãy các liên kết yếu => cấu trúc không gian 3 chiều của protein bị thay đổi (biến tính), mất chức năng sinh học.

IV. NUCLEID ACID

a. Deoxyribonucleic – DNA

- Chức năng: màng, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.

- Cấu trúc: xoắn kép, gồm 2 mạch polynucleotide song song và ngược chiều nhau, xoắn đều từ trái sang phải quanh một trục tưởng tượng theo chu kì. Mỗi chuỗi polynucleotide cấu tạo từ 4 loại đơn phân là các nucleotide. Hai mạch polynucleotide ngược chiều nhau, liên kết với nhau bằng liên kết hydrogen theo nguyên tắc bổ sung: A-T; C-G.

- Tính chất: 

+ Có tính đa dạng và đặc thù do các phân tử DNA khác nhau về số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp các nucleotide: một phân tử DNA mang rất nhiều gene. Phân tử DNA ở sinh vật nhân sơ có cấu trúc xoắn kép, dạng vòng; ở sinh vật nhân thực, DNA có cấu trúc xoắn kép, dạng không vòng.

+ Phân tử ADN có cấu trúc khá bền vững.

+ Số lượng nucleotide loại A luôn bằng số lượng nucleotide loại T và số lượng nucleotide loại C luôn bằng số lượng nucleotide loại G.

b. Ribonucleic acid – RNA

- Cấu trúc: 

+ Được cấu tạo từ một chuỗi polynucleotide. Mỗi nucleotide trong RNA được cấu tạo từ một nitrogenous base liên kết với đường ribose (đường 5 carbon) và gốc phosphate- 

+ Gồm 3 loại chính:

* RNA thông tin (mRNA) được dùng làm khuôn để tổng hợp protein ở ribosome.

* RNA vận chuyển (tRNA) làm nhiệm vụ vận chuyển amino acid đến ribosome và tiến hành dịch mã.

* RNA ribosome (rRNA) tham gia cấu tạo nên ribosome, nơi tiến hành tổng hợp protein.

* Các loại RNA nhỏ khác tham gia vào quá trình điều hoà hoạt động của gene.

* Một số loại RNA còn có chức năng xúc tác cho các phản ứng hoá học như các enzyme và vì vậy chúng được gọi là các ribozyme.

- 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.

- Các thực phẩm giàu nucleic acid: tôm, vua, nội tạng động vật, các loại thịt đỏ,…