Giáo trình Hoá Sinh Học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT 
F 7 G 
GIÁO TRÌNH 
HOÁ SINH HỌC 
GS.TS. MAI XUÂN LƯƠNG 
2001 
Hoá sinh học - 1 -
MỤC LỤC 
MỤC LỤC................................................................................................................. - 1 - 
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... - 5 - 
CHƯƠNG 1. AMINOACID VÀ PROTEIN ............................................................ - 10 - 
I. AMINOACID................................................................................................... - 10 - 
1. Cấu tạo......................................................................................................... - 11 - 
2. Hoạt tính quang học. .................................................................................... - 13 - 
3. Tính chất lưỡng tính. .................................................................................... - 14 - 
4. Các phản ứng hóa học đặc trưng.................................................................. - 16 - 
II. PEPTIDE......................................................................................................... - 19 - 
III. TÍNH CHẤT CỦA LIÊN KẾT PEPTIDE...................................................... - 21 - 
IV. CÁC LIÊN KẾT THỨ CẤP TRONG PHÂN TỬ PROTEIN. ........................ - 21 - 
V. CẤU TRÚC CỦA PROTEIN.......................................................................... - 23 - 
1.Cấu trúc bậc một........................................................................................... - 23 - 
2. Cấu trúc bậc hai. .......................................................................................... - 23 - 
3. Cấu trúc bậc ba. ........................................................................................... - 25 - 
4. Cấu trúc bậc bốn. ......................................................................................... - 25 - 
VI. TÍNH CHẤT CỦA PROTEIN. ...................................................................... - 26 - 
1. Tính chất lưỡng tính. .................................................................................... - 26 - 
2. Hoạt tính quang học. .................................................................................... - 26 - 
3. Tính hydrate-hóa. ........................................................................................ - 26 - 
4. Sự biến tính của protein. .............................................................................. - 27 - 
5. Các phản ứng màu đặc trưng. ...................................................................... - 28 - 
6. Hoạt tính và chức năng sinh học của protein. .............................................. - 28 - 
VII. PHÂN LOẠI PROTEIN. .............................................................................. - 29 - 
VIII. PHÂN GIẢI PROTEIN............................................................................... - 31 - 
IX. PHÂN GIẢI AMINOACID. .......................................................................... - 32 - 
1.Chuyển amin hóa.......................................................................................... - 32 - 
2. Desamin hóa. ............................................................................................... - 33 - 
3. Decarboxyl hóa............................................................................................ - 34 - 
4. Số phận của ammoniac và chu trình urea. ................................................... - 34 - 
5. Dị hóa aminoacid và chu trình acid tricarboxylic. ....................................... - 35 - 
X. SINH TỔNG HỢP AMINOACID................................................................... - 36 - 
1.Khử nitrate và cố định nitơ. .......................................................................... - 36 - 
2. Amin hóa khử............................................................................................... - 37 - 
3. Tổng hợp các aminoacid thứ cấp. ................................................................ - 37 - 
XI. SINH TỔNG HỢP PROTEIN........................................................................ - 38 - 
1. Các yếu tố cần thiết cho sinh tổng hợp protein và các giai đoạn của quá trình 
này. .................................................................................................................. - 38 - 
2. Điều hòa sinh tổng hợp protein; mô hình operon và lý thuyết điều hòa của 
Jacob và Monod............................................................................................... - 41 - 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Hoá sinh học - 2 -
CHƯƠNG 2. EMZYME .......................................................................................... - 45 - 
I. CÁC BIỂU THỨC DÙNG TRONG ENZYME HỌC....................................... - 45 - 
II. BẢN CHẤT HÓA HỌC CỦA ENZYME. ...................................................... - 45 - 
III. ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG ENZYME. ......................................... - 47 - 
IV. ẢNH HƯỞNG CỦA pH LÊN HOẠT TÍNH ENZYME. ............................... - 50 - 
V. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN HOẠT TÍNH ENZYME. .................. - 51 - 
VI. HOẠT HÓA ENZYME. ................................................................................ - 51 - 
VII. ỨC CHẾ ENZYME...................................................................................... - 52 - 
VIII. TÍNH ĐẶC HIỆU CỦA ENZYME............................................................. - 57 - 
IX. DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI ENZYME. .................................................. - 58 - 
X. HỆ THỐNG MULTIENZYM VÀ VAI TRÒ CỦA ENZYME ĐIỀU HÒA.... - 59 - 
XI. ISOENZYME ................................................................................................ - 61 - 
CHƯƠNG 3. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRAO ĐỔI CHẤT .................................. - 63 - 
I. ĐỒNG HÓA VÀ DỊ HÓA................................................................................ - 63 - 
II. CÁC HÌNH THỨC VẬN CHUYỂN NĂNG LƯỢNG TRONG TRAO ĐỔI 
CHẤT. ................................................................................................................. - 65 - 
III. NĂNG LƯỢNG SINH HỌC VÀ CHU TRÌNH ATP..................................... - 66 - 
IV. VẬN CHUYỂN NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ
............................................................................................................................. - 70 - 
CHƯƠNG 4. GLUCID........................................................................................... - 73 - 
I. MONOSACHARIDE (MONOSE) ................................................................... - 73 - 
1. cấu tạo.......................................................................................................... - 73 - 
2. Tính chất hóa học......................................................................................... - 77 - 
II. OLIGOSACCHARIDE. .................................................................................. - 80 - 
1.Disacchride. .................................................................................................. - 80 - 
2.Trisaccharide. ............................................................................................... - 81 - 
3.Tetrasaccharide. ........................................................................................... - 81 - 
III. POLYSACCHARIDE (POLYOSE)............................................................... - 81 - 
1.Homopolisaccharide. .................................................................................... - 82 - 
2.Heteropolysaccharide. .................................................................................. - 85 - 
IV. PHÂN GIẢI POLYSACCHARIDE. .............................................................. - 88 - 
1.Phân giải tinh bột và glycogen...................................................................... - 88 - 
2.Phân giải các polysaccharide khác. .............................................................. - 90 - 
V. CHUYỂN HÓA TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC MONOSE. ................................... - 90 - 
1.Trao đổi (vận chuyển) các nhóm glycosyl của glycosylphosphate:.............. - 90 - 
2.Epimer hóa: .................................................................................................. - 90 - 
3.Oxy hóa hexose và decarboxyl hóa thành pentose: ..................................... - 91 - 
VI. GLYCOLYS. ................................................................................................. - 91 - 
VII. CHU TRÌNH PENTOSOPHOSPHATE ....................................................... - 95 - 
VIII. OXY HÓA HIẾU KHÍ GLUCID. ............................................................... - 96 - 
1.Decarboxyl hóa oxy hóa acid pyruvic. ......................................................... - 96 - 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Hoá sinh học - 3 -
2. Chu trình acid tricarboxylic (Chu trình Krebs) ............................................ - 97 - 
3. Ý nghĩa của chu trình acid tricarboxylic. ..................................................... - 98 - 
4. Các phản ứng bù đắp. .................................................................................. - 99 - 
IX. PHOSPHORYL HÓA OXY HÓA. ................................................................ - 99 - 
X. QUANG HỢP ............................................................................................... - 103 - 
1. Phương trình tổng quát của quang hợp...................................................... - 103 - 
2. Khái niệm về tích chất hai giai đoạn của quang hợp. ................................ - 104 - 
3. Vai trò của năng lượng ánh sáng đối với quang hợp. ................................. - 105 - 
4. Cơ sở cấu trúc của quang phosphoryl-hóa. ............................................... - 111 - 
5. Cố định CO2 trong pha tối của quang hợp................................................. - 113 - 
CHƯƠNG 5. LIPID .............................................................................................. - 117 - 
I. ACID BÉO. .................................................................................................... - 117 - 
II.CÁC ESTER CỦA GLYCEROL. .................................................................. - 119 - 
1.Lipid trung tính ... khu vực sợi đơn tạo thành các thùy. 
- Thùy đầu tiên kể từ đầu 3’ được gọi là thùy toàn năng gồm 7 nucleotide, trong 
đó trật tự 5’-pGpTpψpcpG-3’ chung cho mọi tARN. Theo nhiều tác giả, thùy này dùng 
để gắn với ribosome. 
- Tiếp theo thùy toàn năng là thùy phụ với kích thước biến động ở các loại tARN 
khác nhau. Chức năng của thùy này chưa rõ. 
- Sau thùy phụ là thùy đối mã chứa bộ ba đối mã (anticodon) đặc hiệu cho mỗi 
loại tARN. Bộba đối mã này luôn luôn nằm giữa một base thứ yếu (thường là một 
base purine alkyl hóa) về phía đầu 3’ và U về phía đầu 5’. Trong quá trình sinh tổng 
hợp protein trong ribosome nhờ tính bổ sung giữa các bộ ba đối mã của tARN và các 
bộ ba mật mã của mARN mà hai loại ARN phối hợp được với nhau để xác định trật tự 
aminoacid của chuỗi polypeptide cần được tổng hợp. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Hoá sinh học - 170 -
Hình VI.12. Sơ đồ cấu trúc bậc hai dạng lá chẻ ba của tARN 
- Tiếp tục về phía đầu 5’ là thùy UH2. Tên gọi này xuất phát từ chỗ UH2 luôn có 
mặt tại đây. Trật tự 3’pUH2pGpA-5’ là chung cho mọi tARN. Theo quan điểm được 
nhiều nhà khoa học công nhận, thùy này là nơi tARN gắn với enzyme aminoacyl-
tARN-synthetase đặc hiệu. 
- Cấu trúc bậc hai với những đặc điểm nói trên có dạng một lá chẻ ba, vì vậy nó 
thường được gọi là cấu trúc lá chẻ ba. 
- Cấu trúc bậc ba của tARN, theo quan điểm được nhiều người thừa nhận, có 
dạng chữ Γ, trong đó một đầu của chữ này chứa hai đầu tận cùng 3’ và 5’, đầu đối diện 
chứ thùy đối mã, còn góc của nó chứa thùy toàn năng và thùy UH2. Cấu trúc này hình 
thành chủ yếu là nhờ những liên kết hydro khác với các liên kết hydro tạo ra các khu 
vực xoắn kép hình IV.13). 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Hoá sinh học - 171 -
Hình VI.13. Mô hình cấu trúc bậc ba của tARN 
3. ARN ribosome (rARN). 
rARN là thành phần cấu tạo của ribosome. Chúng chiếm hơn 80% tổng số ARN 
của tế bào. Trong các tế bào procaryote, mà đại diện là E. coli, có ba loại rARN với 
hằng số lắng 23S, 16S và 5S. Hai loại 23S và 5S góp phần cùng với 34 loại protein 
khác nhau, ký hiệu từ L1 đến L34, tạo nên phần dưới đơn vị ribosome 50S. Trong khi 
đó ARN 16S cùng với 21 loại protein, ký hiệu từ S1 đến S21, tạo nên phần dưới đơn vị 
ribosome 30S. Khi tổng hợp protein, hai phần dưới đơn vị 50S và 30S kết hợp với 
nhau để tạo nên ribosome hoạt động 70S (hình IV.14). 
 Ribosome 
của tế bào 
eucaryote có 
hằng số lắng 
80S và được 
cấu tạo bởi hai 
phần dưới đơn vị 
40S và 60S. Phần 
dưới đơn vị 40S 
chứa ARN 18S 
kết hợp với 33 
loại protein, còn 
phần dưới đơn vị 
60S chứa các loại 
ARN 28S, 5,8S 
và 5S kết hợp với 
49 loại protein. 
Cũng như 
các loại ARN 
khác, chuỗi 
polinucleotide 
của rARN tạo 
nên các khu vực 
xoắn kép trên cơ 
sở tính bổ sung 
của các base nitơ 
A-U và G-C 
(hìnhVI.15). Hai 
phần dưới đơn vị 
Hình IV.14. Cấu trúc không gian của ribosom 
tế bào procaryote và tế bào eucaryote.
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Hoá sinh học - 172 -
của ribosome 
phối hợp với nhau 
sao cho giữa 
chúng có một khe 
hở để sợi mARN 
xuyên qua để 
truyền đạt thông 
tin trong quá trình 
sinh tổng hợp 
protein. Ngoài ra, 
trong ribosome 
còn có những khu 
vực đặc biệt cho 
phép chúng liên 
kết tạm thời với 
aminoacyl-tARN 
và với sợi 
polypeptide đang 
được tổng hợp. 
Trong sự liên kết 
này rARN đóng 
vai trò rất quan 
trọng. Hình IV.15. rARN 16S và rARN 5S
V. PHÂN GIẢI ACID NUCLEIC. 
1. Tác dụng cuủa exo- và endonuclease. 
ADN và ARN bị thủy phân với sự xúc tác của các loại nuclease và phospho-
diesterase đặc hiệu. Những enzyme này có thể được chia làm hai nhóm a và b. 
Những enzyme nhóm a chỉ thủy phân liên kết ester giữa gốc phosphate với C3’ (liên 
kết a trong hình IV.7). trong khi đó các enzyme nhóm b chỉ thủy phân liên kết ester 
giữa gốc phosphate với C5’ (liên kết b). 
Thuộc enzyme nhóm a có phosphodiesterase của nọc rắn. Enzyme này thủy 
phân mọi liên kết a trong ADN cũng như trong ARN và giải phóng nucleoside-5’-
phosphate. Hoạt động của enzyme này đòi hỏi sự tồn tại của nhóm 3’-OH tự do ở đầu 
tận cùng mạch polinucleotide. Phản ứng được thực hiện từng bước ở đầu tận cùng này 
(hình XII.1 a). 
Thuộc nhóm b có phosphodiesterase của lách bò. Nó tác dụng từ đầu tận cùng 
chứa nhóm 5’OH tự do, thủy phân lần lượt các liên kết của cả ADN và ARN để giải 
phóng nucleoside-3’-phosphate (hình XII.1 b). 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Hoá sinh học - 173 -
Cả hai loại enzyme này đều thuộc loại exonuclease. Khác với chúng, những 
enzyme thuộc loại endonuclease không đòi hỏi sự tồn tại của nhóm 3’- hoặc 5’-OH 
tận cùng. Chúng công phá các liên kết a hoặc b ở các vị trí trong giữa mạch 
polynucleotide. Hoạt động của chúng mang tính chất đặc hiệu nhất định đối với thành 
phần nucleotide của phân tử ADN và ARN. 
Hình XII.1. Cơ chế tác dụng của phosphodiesterase nọc rắn (a) và 
phosphodiesterase lách bò (b).
Deoxyribonuclease I từ tuyến tụy của bò thủy phân liên kết a giữa các 
pyrimidine và purine không phụ thuộc vào vị trí của chúng trong mạch (với điều kiện 
mạch tương đối dài). Sản phẩm là những oligonucleotide chứa khoảng 4 đơn vị với 
gốc phosphate ở đầu 5’ và nhóm –OH ở đầu 3’. 
Deoxyribonuclease II từ lách, tuyến ức hoặc vi khuẩn thủy phân liên kết b trong 
một số trường hợp. Sản phẩm là những oligonucleotide chứa khoảng 6 đơn vị với gốc 
phosphate ở đầu 3’ và nhóm –OH ở đầu 5’. 
Ribonuclease tuyến tụy chỉ thủy phân những liên kết b của ARN mà gốc 
phosphate gắn với một pyrimidine-nucleotide thông qua liên kết a (hình XII.2). 
Sản phẩm là những 
pyrimidine-nucleoside –
3’-phosphate và những 
oligo-nucleotide chứa 
khoảng 2-5 đơn vị 
purine-nucleotide và 
một gốc pyrimidine-
nucleoside –,3’-
phosphate tận cùng. Sản 
phẩm trung gian là 
những pyrimidine- 
Hình XII.2. Cơ chế tác dụng của ribonuclease tuyến tụy
nucleoside –2’,3’-phosphate vòng ở dạng gốc tự do hoặc ở dạng gốc tận cùng của 
oligonucleotide. 
Ngoài những enzyme kể trên, ngày nay người ta đã phát hiện được nhiều loại 
exonuclease và endonuclease khác từ các nguồn khác nhau. Các loại nuclease được 
sử dụng rộng rãi trong việc xác định cấu trúc bậc một của acid nucleic. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
Hoá sinh học - 174 -
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học 
2. Tác dụng của acid và kiềm. 
Nếu thủy phân ARN bằng kiềm loãng sẽ hình thành hỗn hợp của 2’- và 3’-
nucleosidephosphate với một lượng nhỏ nucleoside-2’,3’-phosphate vòng. nucleotide 
vòng này là sản phẩm trung gian và sẽ tiếp tục bị phân giải thành nucleoside-2’-
phosphate n hoặc nucleoside-3’-phosphate. ADN do không chứa nhóm 2’-OH nên 
không thể tạo nên nucleotide vòng và vì vậy không bị thủy phân bằng kiềm. 
 Có thể thủy phân ADN và ARN thành base nitơ bằng acid formic 98% ở 175oC 
trong 3 phút hoặc acid perchloric 12N ở 1OOoC trong một giờ. Tuy nhiên, cách thứ 
nhất làm giảm lượng uracil còn cách thứ hai làm hủy một phần thymine. ADN cũng có 
thể bị thủy phân bằng HCl 6N ở 120oC trong 2 giờ, song một phần purine sẽ bị mất. 
Nếu thủy phân ARN bằng HCl 1N ở 100oC trong 1 giờ, sẽ thu được hỗn hợp base 
purine và pyrimidine-nucleotide. Những pyrimidine-nucleotide này chỉ bị thủy phân 
thành base tự do trong điều kiện đun sôi với acid ở áp suất cao trong nồi áp suất hoặc 
ống nghiệm hàn kín. 
3. Phân giải nucleotide và nucleoside. 
Nucleotide tự do hình thành khi thủy phân acid nucleic sẽ tiếp tục bị thủy phân 
thành nucleoside nhờ các enzyme 5’-nucleotidase và 3’-nucleotidase. Nucleosidase 
sẽ thủy phân nucleoside thành pentose và base purine hoặc base pyrimidine tự do. 
4. Phân giải pentose và base nitơ. Các pentose tiếp tục chuyển hóa theo 
con đường chuyển hoá chung của glucide. 
Base purine trong các nhóm động vật khác nhau bị phân giải với mức độ khác 
nhau. Ở ngưới và một số động vật có vú, chim và một số bò sát sản phẩm cuối cùng là 
acid uric. Ở những loài có vú và bò sát khác cũng như ở giáp sát acid uric tiếp tục bị 
phân giải thành alantoin. Nhiều động vật có xương sống có thể phân giải alantoin 
thành urea; Còn nhiều loài không xương sống và thực vật lại tiếp tục phân giải urea 
thành ammoniac. 
Các giai đoạn chính của quá trình phân giải base purine được mô tả trong hình 
XII.3. 
Hoá sinh học - 175 -
Hình XII.3. Phân giải base purine thành sản phẩm cuối cùng 
Quá trình phân giải các base pyrimidine chưa được nghiên cứu đầy đủ. Các số 
liệu thu được ở vi sinh vật cho thấy chúng bị phân giải thành acid malonic, ammoniac 
và CO2 với sản phẩm trung gian là acid barbituric (hình XII.4). Tương tự uracil sản 
phẩm trung gian của quá trình dị hóa thymine là acid 5-methyl-barbituric. 
 Hình XII.4.Phân giải các base pyrimidine cytosine và uracil thành sản phẩm cuối cùng.
Trong nhiều cơ thể, đặc biệt ở vi khuẩn, các base tự do có thể không bị phân giải 
hoàn toàn mà được sử dụng lại để tổng hợp acid nucleic và các hợp chất khác. Các 
base purine tự do có thể biiến thành nucleotide tương ứng nhờ 
phosphoribosyltransferase: 
Adenine + 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate AMP + PPvc 
Guanine + 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate GMP + PPvc 
Chúng cũng có thể biến thành nucleotide với sự xúc tác liên tiếp của hai enzyme 
nucleoside phosphosylase và nucleoside kinase. Ví dụ: 
Guanine + Riboso-1-phosphate Guanosine + Pvc 
 Guanosine + ATP GMP + ADP 
Các sản phẩm trung gian của quá trình dị hóa pyrimidine có thể được dùng để tổng 
hợp một số β-aminoacid, ví dụ β–alanine và acid β-aminobutyric. 
GS.TS. Mai Xuân Lương Khoa Sinh học