Phân tử sinh học là hợp chất hữu cơ được tạo ra từ tế bào và cơ thể sinh vật.

Hình 6.2. Các nhóm phân tử sinh học chính cấu tạo nên tế bào

Carbohydrate là hợp chất hữu cơ chứa C, H và O, trong đó tỉ lệ H : O là 2 : 1.

Hình 6.3. Một số loại carbohydrate

a. Monosacharide

Monosaccharide là loại carbohydrate đơn giản nhất có công thức phân tử là C, H, O. (thường có 3 đến 7 nguyên tử carbon), còn gọi là đường đơn

Hình 6.4. Một số triose (3C). Pentosse (5C) và hexose (6C) phổ biến

b. Disaccharide

Disaccharide còn gọi là đường đôi Một số disaccharide phổ biến là sucrose (có nhiều trong quả, mía và củ cải đường), lactose (có trong sữa).

Hình 6.5. Sự hình thành disaccharide qua phản ứng ngưng tụ

c. Polysaccharide

Polysaccharide là polymer (hợp chất có cấu trúc đa phân) 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.

Hình 6.6. Tinh bột, glycogen và cellulose được cấu tạo từ đơn phân glucose

Carbohydrate gồm ba loại chính: monosaccharide, disaccharide và polysaccharide. Chúng là nguồn cung cấp năng lượng, tham gia cấu tạo nhiều hợp chất trong tế bào

a. Aminoacid

Có khoảng 20 loại amino acid chính tham gia cấu tạo protein với các mạch carbon khác nhau. Từ đó tạo ra rất nhiều loại protein. Các amino acid này khác nhau về mạch bên (gốc R).

Hình 6.7. Các amino acid và liên kết peptide

b. Protein

– Protein chiếm đến hơn 50 % khối lượng vật chất khô của tế bào. 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 (không phân nhánh).

– Protem gồm các nguyên tố C, H, O, N. Ngoài ra, protein có thể chứa S, P, Zn, Fe, Cu, Mg,…

– Cấu trúc bậc 1 của phân tử protein 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 nhớ các liên kết hydrogen giữa các nguyên tử H và N 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 gốc 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.

– Đối với những phân tử protein gồm hai hay nhiều chuỗi polypeptide có cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng, các chuỗi này tương tác với nhau tạo thành cấu trúc bậc 4.

Ví dụ phân tử hemoglobin có bốn bậc cấu trúc (hình 6.8).

Hình 6.8. Các bậc cấu trúc của phân tử hemoglobin

– Protein là polymer sinh học của các amino acid kết hợp với nhau bằng liên kết peptide. – Có khoảng 20 loại amino acid chính cấu tạo nên protein. Protein chỉ thực hiện chức năng khi có cấu trúc không gian đặc trưng. – Protein là thành phần cấu tạo quan trọng và tham gia hầu hết các hoạt động sống (xúc tác, vận chuyển, điều hòa, truyền tin, vận động, bảo vệ) của tế bào và cơ thể.

a. Nucleotide

– Nucleotide có cấu tạo gồm 3 phần (hình 6.9.).

+ Gốc phosphate.

+ Đường pentose: gồm hai loại deoxyribose và ribose.

+ Nitrogenous base: gom hai nhóm purine (adenine-A, guanine -G) và pyrimidine (cytosine-C, thymine-T, uracil-U).

b. DNA và RNA

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 (hình 6.9)

Hình 6.9. Mô hình phân tử ADN và ARN

– Nucleic acid là polymer sinh học của các nucleotide kết hợp với nhau bằng liên kết photphodieste. – Nucleic acid gồm hai loại: DNA được cấu tạo từ bốn loại nucleotide A, T, G, C và RNA được cấu tạo từ A, U, G, C. Nucleic acid có vai trò quy định, lưu giữ và truyền đạt thông tin di truyền

Lipid 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. Đây là nhóm phân tử lớn không có cấu trúc đa phân (polymer).

Hình 6.10. Ví dụ về ba loại lipid phổ biến

Lipid là nhóm phân tử sinh học chứa C, H, O nhưng nhiều C, H, ít O hơn carbohydrate và thường không tan trong nước.

a. Triglyceride

Triglyceride (dầu, mỡ) đóng vai trò dự trữ năng lượng trong tế bào và cơ thể

b. Phospholipid

Phospholipid là thành phần chính của màng sinh chất. Phân tử này gồm một đầu ưa nước (chúa gốc phosphate liên kết với một gốc tra nước) và hai đuổi kị nước (hinh 6.11.)

Hình 6.11. Phospholipid cấu tạo nên màng sinh chất

c. Steroid

Trong các steroid cholesterol tham gia cấu tạo màng sinh chất và điều hòa tính lỏng của màng ở tế bào động vật. Cholesterol còn là tiền chất của các hormone steroid như cortisol, estrogen, testosterone tham gia điều hoà sự trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản của cơ thể.

– Ba loại lipid phổ biến (triglyceride, phospholipid và steroid) đóng vai trò dự trữ năng lượng, giúp cho sự hấp thu một số vitamin, tham gia cấu tạo màng sinh chất, điều hòa hoạt động của tế bào và cơ thể.

a. Nhận biết đường khử (phản ứng Bêndict)

* Cơ sở khoa học

Trong môi trường kiểm ở nhiệt độ cao, đường khử sẽ khử ion kim loại, ví dụ khủ Cu²⁺ (màu xanh dương) tạo thành Cu₂O (kết tủa màu đỏ gạch) (hỉnh 6.12).

Hình 6.12. Màu của thuốc thử: (a) và màu của Cu₂O (b)

* Chuẩn bị

– Mẫu vật dịch chiết quả tươi (cam, chuỗi chín,..).

– Hóa chất dung dịch glucose 5 %, dung dịch sucrose 5%, nước cất, thuốc thủ Benedict (chưa Cu²⁺  trong môi trường kiềm).

– Dụng cụ ống nghiệm, đèn cồn, kẹp gỗ, pipette nhựa (1 – 3 mL)

* 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: hưởng miệng ống nghiệm nghiêng khoảng 45 ra phía không có người).

– Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm

* Báo cáo

– Trả lời các câu hỏi sau

+ Ống nghiệm nào chứa đường khử? Giải thích

+ Ống nghiệm chí chứa nước cất và thuốc thử Benedict có ý nghĩa gì trong thí nghiệm này”

– Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu

b. Nhận biết tinh bột (phản ứng với iodine)

*Cơ sở khoa học: Khi trộn dung dịch chứa iodine với tinh bột, iodine sẽ đi vào bên trong chuỗi xoắn amylose của tỉnh bột tạo thành phức hợp có màu xanh đen.

* Chuẩn bị

– Mẫu vật: lát cắt chuối xanh, lát cắt chuối chín.

* Chuẩn bị thí nghiệm:

– Mẫu vật

– Hoá chất: thuốc thử Lugol (chứa I₂ và  KI).

– Dụng cụ đĩa petri.

* Tiến hành

– Đặt hai lát cắt chuối xanh và chuối chín lên đĩa petri

– Thêm hai giọt thuốc thủ Lugol vào mỗi lát cắt chuối.

– Quan sát sự thay đổi màu ở vị trí nhỏ thuốc thử Lugol trên các lát cắt chuối.

* Báo cáo

Báo cáo kết quả thí nghiệm và trả lời câu hỏi sau.

– Tinh bột có ở chuỗi chịu hay chuối xanh? Giải thích

c. Nhận biết protein (phản ứng Biuret)

* Cơ sở khoa học: Trong môi trường kiềm, các liên kết peptide trong phân tử protein tương tác với ion Cu tạo thành phức chất có màu tím (hình 6.13.)

Hình 6.13. Màu của thuốc thử đã pha loãng (a) và mưu của phức chất Cut-protein (b)

* Chuẩn bị

– Mẫu vật: Dung dịch lòng trắng trứng pha loãng

– Hóa chất nước cất, dung dịch NaOH 10%, dung dịch CuSO,1%.

– Dụng cụ ông nghiệm.

* 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 Cu2SO4, 1 % vào mỗi ống và lắc đều.

– Quan sát sự thay đổi màu dung dịch trong các ống nghiệm

Nhận biết protein bằng phép thử Biuret (Biuret test)

* 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

d. Nhận biết lipid (sự tạo nhũ tương của triglyceride)

* 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 (hình 6.14.).

Hình 6.14. Nhũ tương dầu trong nước

* Chuẩn bị

– Mẫu vật: hạt lạc.

– Hóa chất: nước cất, ethanol 90 %.

– Dụng cụ cối chảy sử, thìa cà phê, ống nghiệm, pipette nhựa (1 – 3 mL) dầu trong nước

* Tiến hành

– Lấy 5 – 6 hạt lạc và nghiên bằng cối chảy sử.

– Lấy bốn ống nghiệm và đánh số các ống nghiệm.

– Cho 1 thìa bột hạt lạc đã nghiên vào mỗi ống nghiệm.

– Thêm 4mL nước cất vào ống 1 và thêm 4mL ethanol 90 % vào ống 2. Lắc mạnh trong 3 phút rồi để lắng.

– Dùng ống nhỏ giọt hút khoảng 1 mL dịch trong ở ống 1 chuyển sang ổng 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.

* 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.

e. Sau đây là mẫu báo cáo kết quả thí nghiệm

Báo cáo kết quả thí nghiệm Tên thí nghiệm: ………………………………………………………………………………………………………….. Tên nhóm: …………………………………………………………………………………………………………………… 1. Mục đích thí nghiệm: ………………………………………………………………………………………………. 2. Chuẩn bị thí nghiệm: ……………………………………………………………………………………………… – Mẫu vật: ……………………………………………………………………………………………………………………. – Dụng cụ, hoá chất: ………………………………………………………………………………………………….. 3. Các bước tiến hành:  ……………………………………………………………………………………………….. 4. Kết quả thí nghiệm và giải thích:  …………………………………………………………………………. 5. Kết luận:  …………………………………………………………………………………………………………………..