Hai dạng tế bào và ba giới sinh vật

Phân loại sinh giới

Hai dạng tế bào và ba giới sinh vật

Thế giới sinh vật gồm ba giới (trình tự nucleotide của rRNA):

+ Vi khuẩn (Bacteria) + Vi khuẩn cổ (Archaea) + Sinh vật nhân thật (Eukarya)

Prokaryote và Eukaryote

Đặc điểm cấu trúc nhiễm sắc thể của Prokaryote

- Xoắn kép: khe nhỏ, khe lớn; DNA- binding protein gắn vào khe lớn

- Cấu trúc bậc hai: thân–vòng (stem-loop) hay kẹp tóc (hair spin) nơi nhận diện của protein điều hòa

- Cấu trúc siêu xoắn và cấu trúc vòng mở:

topoisomerase II và I

Đặc điểm tế bào Prokaryote

Đặc điểm cấu trúc nhiễm sắc thể của Eukaryote

- Kích thước lớn

- Nucleosome, chromatin, nhiễm sắc thể - Telomere ở hai đầu và centromere ở giữa - Ba nhóm DNA:

+ DNA một bản sao: mã hóa protein + DNA lặp lại trung bình: mã hóa histone,

immunoglobin, rRNA, tRNA

+ DNA vệ tinh: 20% tổng DNA, chức năng chưa rõ

Đặc điểm tế bào Eukaryote

Các liên kết hóa học trong hệ thống sinh học

Liên kết cộng hĩa trị Liên kết hydrogen Tương tác kỵ nước Lực van der Waals

Hydrogen atoms (2 H)

Hydrogen molecule (H₂)

+ +

+ +

+ +

In each hydrogen atom, the single electron is held in its orbital by its attraction to the proton in the nucleus.

1

When two hydrogen atoms approach each other, the electron of each atom is also attracted to the proton in the other nucleus.

2

The two electrons become shared in a covalent bond, forming an H2 molecule.

3

Liện kết cộng hĩa trị

• Được tạo ra do gĩp chung điện tử giữa các nguyên tử

(a)

(b) Hydrogen (H2).

Two hydrogen atoms can form a single bond.

Oxygen (O2).

Two oxygen atoms share two pairs of electrons to form a double bond.

H H

O O

• Liên kết đơn và liên kết đơi

(c)

Methane (CH4).

Four hydrogen atoms can satisfy the valence of one carbon atom, forming methane.

Water (H2O).

Two hydrogen atoms and one oxygen atom are joined by covalent bonds to produce a molecule of water.

(d)

H O H

H H

H

H C

Liên kết hydro

– +

+ Water (H2O)

Ammonia (NH3)

O H

H

+

– N

H H H

A hydrogen bond results from the attraction between the partial positive charge on the hydrogen atom of water and the partial negative charge on the nitrogen atom of ammonia.

+ +

• Liên kết hydro cĩ xu hướng hình thành giữa các nguyên tử cĩ điện âm với nguyên tử Hydro gắn với Oxygen hay Nitrogen

Liên kết Van der Waals

• Xảy ra khi các phân tử gần kề nhau do tương tác giữa các đám mây điện tử

Ag

Tương tác kỵ nước

• Xảy ra giữa các nhĩm của những phân tử khơng phân cực. Chúng cĩ xu hướng xếp kề

nhau và khơng tan trong nước. - Protein (55%)

- Nucleic acid (23,6%; DNA 3,1%; RNA 20,5%)

- Lipid (9,1%), lipopolysaccharide (3,4%) - Polysaccharide (5%)

Các đại phân tử sinh học quan trọng

Polysaccharide

- Phân tử đường đa phân (carbohydrate, CHO) - Dạng đơn phân chứa 4

– 7 C là phổ biến nhất trong tế bào - Đơn phân thường có

sườn cấu trúc chung, khác nhau ở các nhóm thế và vị trí không gian của nhóm OH- trong mạch carbon

Triose sugars

(C3H6O3) Pentose sugars

(C5H10O5) Hexose sugars (C6H12O6)

H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH

H C OH HO C H

H C OH H C OH H C OH

H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH

H C OH

H C OH

H C OH H C OH H C OH H C OH C O C O

H C OH H C OH H C OH HO C H

H C OH C O

H H

H

H H H

H

H H H H

H

H H

CO CO CO CO

Aldoses

Glyceraldehyde Ribose

Glucose Galactose

Dihydroxyacetone

Ribulose

Ketoses

Fructose

- Liên kết giữa các đơn phân là liên kết glycoside - Các polysaccharide khác nhau do khác hướng liên kết

glycoside (,), khác đơn phân, khác tổ hợp các loại đơn phân

- Các polysaccharide quan trọng cellulose, glycogen, tinh bột và peptidoglycan.

Polysaccharide

MitochondriaGiycogen granules

0.5m

Glycogen Chloroplast Starch

Amylose Amylopectin

1m

Plant cells

0.5m Cell walls

Cellulose microfibrils in a plant cell wall



Microfibril

CH2OH CH2OH

OH OH

O O

CHOHO2OHOHO O O CH2OH OH

OH OHO

O CH2OH

O

O O

H CH2OH

O O

O H

O O

CH2OH OH CH2OH OH

OH OH OHOOH

O

OH OH

CH2OH CH2OH

OHO OH CH2OH

O O OH CH2OH

OH

Glucose monomer O

O

O O

O

O Parallel cellulose molecules are

held together by hydrogen bonds between hydroxyl groups attached to carbon atoms 3 and 6.

About 80 cellulose molecules associate to form a microfibril, the

main architectural unit of the plant cell wall.

A cellulose molecule is an unbranched

glucose polymer.

OH

OH O

OHO

Cellulose molecules

• Chitin, một polysaccharide quan trọng khác – Được tìm thấy ở bộ xương ngồi của động vật

chân đốt.

– Cĩ thể được sử dụng như chỉ khâu trong phẫu thuật

O CH2O H OHH

H OH

H NH C CH₃

O H H OH

- Thành phần quan trọng của màng - Lipid đơn giản: triglyceride

- Lipid phức tạp: có chứa P, N, S, các nhóm đường, ethanol amine, serine, choline

- Phospholipid quan trọng trong cấu trúc màng

Lipid

(a) Saturated fat and fatty acid

Stearic acid

(b) Unsaturated fat and fatty acid cisdouble bond Oleic acid

Figure 5.12

• Cấu trúc Phospholipid

• Gồm một đầu ưa nước và đuơi kị nước

CH₂ O

O P O

O CH₂ CH CH2

O O

C O C O

Phosphate Glycerol

(a) Structural formula (b) Space-filling model Fatty acids

(c) Phospholipid symbol

Hydrophobic tails

Hydrophilic head Hydrophobic

tails –

Hydrophilic head CH2 Choline+N(CH₃)₃

Hydrophilic head

WATER

WATER

Hydrophobic tail

• Steroid, cholesterol

– Được tìm thấy trên màng tế bào – Là tiền chất của một vài loại hormones

HO

CH3 CH3

H3C CH3

CH3

- Cấu tạo bởi chuỗi các amino acid nối với nhau bằng liên kết peptide

- Hai mươi amino acid khác nhau về tính chất hóa học của các nhánh bên trong phân tử

- Đặc tính rất đa dạng của các protein do trình tự amino acid

Protein

DESMOSOMES

DESMOSOMES DESMOSOMES

OH CH2

N C

H C H O

H OH OH

Peptide bond

OH

OH

OH

H H

H H

H

H H

H H

H H

H N

N N

N N

SH Side chains

SH

O O

O O O

H₂O

CH2 CH2

CH2 CH2 CH2

C C C C C C

C C

C C

Peptide bond

Amino end (N-terminus)

Backbone (a)

(b) Carboxyl end

(C-terminus)

O

O– H

H₃N+ C C O

O– H

CH3 H₃N+ C

H C

O

O–

CH₃ CH₃ CH₃

C C

O

O– H H₃N+

CH CH₃

CH₂ C H H₃N+

CH₃ CH₃

CH₂ CH C H H₃N+ C

CH3

CH₂ CH₂ C H₃N+

H C

O

O–

CH₂ H₃N+ C

H C

O

O–

CH₂ NH

H C

O

O– H₃N+ C

CH2 H₂C H₂N C

CH₂

H C Khơng phân cực

Glycine (Gly) Alanine (Ala) Valine (Val) Leucine (Leu) Isoleucine (Ile)

Methionine (Met) Phenylalanine (Phe)

C O

O–

Tryptophan (Trp) Proline (Pro) H₃C

S

O

O–

O– OH

CH₂ C C H

H₃N+ O

O–H₃N+ OH CH₃

CH C C

H O–

O SH CH₂ C H H₃N+ C

O O–H₃N+ C C

CH₂ OH

H H H

H₃N+ NH₂

CH₂ O C

C C O

O– NH₂O

C CH₂ CH₂ C C H₃N+ O

O–

O Phân cực

Electrically charged

–O O C CH₂ C C H₃N+

H O O–

O– O C CH2

C C H₃N+

H O O– CH₂

CH2 CH₂ CH2 NH3+

CH₂ C C H3N+

H O O–

NH₂ C NH2+ CH2 CH₂ CH₂

C C H₃N+

H O O– CH₂

NH+ NH CH₂ H₃N+ C C

H O O– Serine (Ser) Threonine (Thr) Cysteine(Cys) Tyrosine

(Tyr) Asparagine (Asn) Glutamine

(Gln)

Acidic Basic

Aspartic acid

(Asp) Glutamic acid

(Glu) Lysine (Lys) Arginine (Arg) Histidine (His)

• Các kiểu hình thể của protein

(a)Aribbon model

(b)Aspace-filling model Groove

Groove

Protein

- Phân tử protein có bốn cấp độ cấu trúc:

+ Cấu trúc bậc một là trình tự các amino acid + Cấu trúc bậc hai do sự hình thành các vòng xoắn

hoặc các phiến bên trong sợi polypeptide do liên kết hydrogen

+ Cấu trúc bậc ba là cấu trúc uốn khúc nhiều hơn do các liên kết không cộng hóa trị hoặc cộng hóa trị (liên kết –SH)

+ Cấu trúc bậc bốn là sự kết hợp của nhiều phân tử

polypeptide

Amino acid subunits +H3N

Amino end

Carboxyl endo co Gly Pro Thr Gly

Thr Gly SeuGlu CysLys LeuPro Met Val Lys Val LeuAsp

AlaVal ArgGlySer Pro Ala

Gly lle SerPro Phe His GluHis

Ala Glu ValVal ThrPhe AsnAla Asp

SerGly ProArgArgTyrThrlle Ala Ala Leu Leu ProSer SerTyr SerTyr Thr Thr Ala Val

ValThrAsnProLysGlu Thr

Lys Ser Tyr LysTrp Ala Leu

Glu Lle Asp

Cấu trúc bậc 1

O C helix

pleated sheet Amino acid

subunits ^CNH

C O C NH

C O H

R C NH

C O H

C R N H H

R C

O R C H N H C

O H

NC O R C H N H H C R

C O

C O C

N HH R C C O N HH

C R C O N H R C H C

OH HN C R C O N H R C H C

ONH H C R C O

N H H C R

N H O O C N C RC

H O

HC R N H O C RCH

N H O CH C R

N H C CN R

H O C H C R

N H O C RCH

H C RN

H C

OC

N H R C H C

O N H C

Cấu trúc bậc 2 Cấu trúc bậc 3

CH2 CH

OH O C HO

CH2

CH2NH3+-OCCH2

O CH2 S S CH2

CH CH3 CH3 H3C H3C

Hydrophobic interactions and van der Waals interactions

Polypeptide backbone Hydrogen

bond

Ionic bond CH2

Disulfide bridge

Cấu trúc bậc 4

Polypeptide chain

Collagen

Chains

Chains Hemoglobin

Iron Heme

Bốn cấp độ cấu trúc của Protein

+H3N Amino end

Amino acid subunits

pleated sheet

• Các Chaperonin

– Phân tử protein cần thiết cho việt gấp cuộn đúng của các protein khác

Hollow cylinder

Cap

Chaperonin

(fully assembled) Steps of Chaperonin Action:

An unfolded poly- peptide enters the cylinder from one end.

The cap attaches, causing the cylinder to change shape in such a way that it creates a hydrophilic environment for the folding of the polypeptide.

The cap comes off, and the properly folded protein is released.

Correctly folded protein Polypeptide

2 1

3

• Các enzyme

– Các protein hoạt động xúc tác cho các phản ứng sinh hóa xảy ra trong tế bào.

– Enzyme chỉ làm tăng tốc độ phản ứng và hoạt động với hiệu quả rất cao

Substrate (sucrose)

Enzyme (sucrase) Glucose

OH HO

H2O Fructose

3Substrate is converted to products.

1Active site is available for a molecule of substrate, the reactant on which the enzyme acts.

Substrate binds to enzyme.

22

4Products are released.

- DNA và RNA

- Được tạo thành từ các đơn phân nucleotide

- Một phân tử nucleotide gồm đường, phosphate và base nitric - DNA và RNA khác nhau ở thành phần đường trong

nucleotide

Nucleic acid

base Nucleoside

O O O^

O P CH2

5’C

Phosphate 3’C

group Pentose

sugar

(b) Nucleotide O

CH CH

Uracil (in RNA) U

Ribose (in RNA) Nitrogenous bases

Pyrimidines

NC

CN O

H NH₂

CH CH

O C

N H

CH HN C

O

CCH₃

N HN C C

H O

O

Cytosine

C Thymine (in DNA) T

N HC

N C

CN C

CH N

NH₂ O

N HC

N H H

CC

N NH CNH₂

Adenine

A Guanine

G Purines

HOCH₂ O

H

H H

OH

H HOCH₂ O

H

H H

OH

H Pentose sugars

Deoxyribose (in DNA) Ribose (in RNA) OH OH

CH CH

Uracil (in RNA) U

4’

5^”

OH3’^2’H 1’

5^”

4’

3’ 2’

1’

- Liên kết cộng hóa trị giữa các nhóm đường và phosphate của hai nucleotide kề nhau tạo thành khung đường phosphate - Trình tự các base (A, T, G, C, U) trong bộ khung quyết định

đặc trưng của phân tử nucleic acid

- DNA có cấu trúc mạch đôi gắn với nhau bằng liên kết hydrogen giữa A - T và G - C. Hai mạch có trình tự bổ sung cho nhau.

- RNA chỉ có mạch đơn

Nucleic acid

mã c ủ ự ố

á ạ Cấu trúc DNA

• DNA là chuỗi xoắn kép cấu tạo gồm

– phân tử đường – Nhĩm phosphat – Một base (A,C,G,T)

• DNA luơn luơn được tổng hợp theo chiều 5’

P - 3’ OH trong quá trình sao chép

5’ ATTTAGGCC 3’

3’ TAAATCCGG 5’

CHROMOSOME Nơi chứa phân tử DNA

Tính chọn lọc đồng phân quang học trong hệ thống sống

- Đồng phân quang học (đồng phân lập thể, stereoisomer):

hiện diện ở phân tử có nguyên tử C chứa bốn nhóm thế khác nhau; là ảnh qua gương của nhau

- Đồng phân D của đường, đồng phân L của amino acid chiếm ưu thế trong hệ thống sống