Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Ôn tập: Thành phần hoá học của tế bào
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em vận dụng lại nguyên lý cấu trúc quyết định chức năng xuyên suốt nguyên tố hoá học, nước, và bốn nhóm đại phân tử sinh học — carbohydrate, lipid, protein, nucleic acid — để giải các câu hỏi nối nhiều nhóm chất trong cùng một tình huống, đúng dạng đề kiểm tra tổng hợp.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài này không dạy khái niệm mới. Nó gom lại toàn bộ nội dung đã học ở khóa Thành phần hoá học của tế bào (same-grade bridge): nguyên tố đa lượng và vi lượng, cấu trúc và vai trò của nước, rồi bốn nhóm đại phân tử carbohydrate, lipid, protein, nucleic acid — thành những câu hỏi đòi hỏi em nối nhiều mảnh kiến thức trong cùng một đề, đúng cách một đề thi thật sẽ hỏi.
Khởi động
Sữa chua để ngoài trời ấm đông đặc và chua nhanh hơn nhiều so với để trong tủ lạnh. Hiện tượng đông đặc và vị chua bắt nguồn từ hai nhóm đại phân tử khác nhau — nhóm nào, và vì sao nhiệt độ với pH lại là thủ phạm chung?
Kiến thức trọng tâm
Khoảng 25 nguyên tố hoá học dựng nên cơ thể sống, chia theo tỉ lệ khối lượng chất khô thành đa lượng (trên 0,01%, ví dụ C, H, O, N, P, S) và vi lượng (dưới 0,01%, ví dụ Fe, I, Zn). Vai trò sinh học không tỉ lệ thuận với khối lượng: iodine chiếm lượng cực nhỏ nhưng là thành phần bắt buộc của hormone tuyến giáp, thiếu nó gây bướu cổ. Nước — hợp chất chiếm khối lượng lớn nhất trong tế bào — phân cực nên tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử; từ đúng một sự thật cấu trúc đó suy ra bốn tính chất: dung môi, lực cố kết, nhiệt dung riêng cao, nhiệt hoá hơi cao.
Carbohydrate chia theo số đơn vị đường liên kết: đường đơn (glucose, fructose), đường đôi (hai đường đơn nối qua liên kết glycosidic), đường đa (hàng trăm đến hàng nghìn đơn vị glucose). Tinh bột và cellulose cùng là polymer của glucose nhưng khác kiểu liên kết glycosidic — $\alpha$-1,4 ở tinh bột, $\beta$-1,4 ở cellulose — nên enzyme amylase của người cắt được tinh bột mà không cắt được cellulose. Lipid không có đơn phân chung, chỉ có chung tính kị nước: lipid đơn giản (mỡ, dầu) dự trữ năng lượng đậm đặc; phospholipid có đầu phosphate ưa nước và hai đuôi acid béo kị nước — tính lưỡng cực này là lý do nó tự sắp xếp thành lớp kép trong nước.
Protein là polymer của khoảng 20 loại amino acid, mô tả qua bốn bậc cấu trúc; trình tự amino acid (bậc một) quyết định hình dạng không gian, và chính hình dạng — không phải trình tự — quyết định chức năng. Biến tính do nhiệt hoặc pH phá vỡ các liên kết yếu giữ hình dạng bậc hai, ba mà không cắt liên kết peptide, nên trình tự amino acid vẫn nguyên vẹn dù chức năng đã mất. Nucleic acid là polymer của nucleotide: DNA có hai mạch xoắn kép, đường deoxyribose, base A-T-G-C, hai mạch liên kết theo nguyên tắc bổ sung (A-T bằng 2 liên kết hydrogen, G-C bằng 3 liên kết hydrogen); RNA có một mạch, đường ribose, base thay T bằng U, gồm mRNA, tRNA, rRNA phục vụ tổng hợp protein.
Mỗi nhóm định nghĩa bằng một đơn phân lặp lại riêng — trừ lipid, định nghĩa bằng tính kị nước.A luôn bằng T, G luôn bằng C theo nguyên tắc bổ sung — hai cột A, T bằng nhau và hai cột G, C bằng nhau.
Ví dụ
So sánh độ bền của hai đoạn DNA từ thành phần nucleotide
1
Đoạn DNA thứ nhất có tổng N1 = 3000 nucleotide, trong đó A1 = 900. Đoạn DNA thứ hai cũng có N2 = 3000 nucleotide nhưng A2 = 600. Tính số nucleotide loại G ở mỗi đoạn, và cho biết đoạn nào bền với nhiệt hơn.
2
Áp dụng nguyên tắc bổ sung của DNA: A = T, G = C, và tổng bốn loại bằng N, nên A + G = N/2 ở mỗi đoạn.
3
Với N1 = 3000, A1 + G1 = 1500. Vì A1 = 900 nên G1 = 1500 − 900 = 600. Vậy đoạn 1 có A1 = T1 = 900, G1 = C1 = 600 — tỉ lệ (G+C) chiếm 600×2/3000 = 40%. (1)
4
Với N2 = 3000, A2 + G2 = 1500. Vì A2 = 600 nên G2 = 1500 − 600 = 900. Vậy đoạn 2 có A2 = T2 = 600, G2 = C2 = 900 — tỉ lệ (G+C) chiếm 900×2/3000 = 60%. (2)
5
Cặp A-T liên kết bằng 2 liên kết hydrogen, cặp G-C liên kết bằng 3 liên kết hydrogen — theo nguyên tắc bổ sung đã ôn ở trên. Từ (1) và (2), đoạn 2 có tỉ lệ G-C cao hơn (60% so với 40%), nên có nhiều liên kết hydrogen hơn trên cùng một chiều dài, cần nhiều nhiệt hơn để tách hai mạch. Vậy đoạn DNA thứ hai bền với nhiệt hơn đoạn thứ nhất.
Ví dụ
Sữa chua lên men: liên kết carbohydrate, protein và enzyme (dạng đề kiểm tra)
1
Để làm sữa chua, người ta ủ ấm sữa tươi đã cấy men chứa vi khuẩn lactic trong 6-8 giờ. Vi khuẩn tiết enzyme lactase phân giải đường lactose trong sữa thành glucose và galactose, rồi chuyển glucose thành lactic acid khiến pH sữa giảm dần; khi pH đủ thấp, protein casein trong sữa đông tụ, tạo độ đặc sệt của sữa chua. Xác định: (a) enzyme lactase thuộc nhóm đại phân tử nào; (b) lactose thuộc loại đường gì, liên kết nào bị cắt; (c) vì sao pH giảm khiến casein đông tụ; (d) casein đông tụ có còn giữ nguyên chức năng ban đầu không.
2
Enzyme là chất xúc tác sinh học có bản chất protein, gồm chuỗi polypeptide gấp thành hình dạng ba chiều với trung tâm hoạt động đặc hiệu — đúng định nghĩa protein đã ôn ở trên. Vậy lactase thuộc nhóm protein.
3
Lactose là một đường đôi (disaccharide), hình thành từ hai đường đơn glucose và galactose nối qua một liên kết glycosidic; enzyme lactase cắt đúng liên kết glycosidic đó, giải phóng hai đường đơn thành phần.
4
pH giảm do lactic acid làm thay đổi điện tích các gốc R trên bề mặt casein, phá vỡ liên kết ion và liên kết hydrogen giữ hình dạng bậc ba của nó — đây chính là biến tính do pH, khiến casein mất hình dạng ban đầu và kết tụ lại với nhau. (1)
5
Từ (1), casein đã biến tính mất hình dạng ba chiều dù trình tự amino acid (cấu trúc bậc một) không đổi; vì hình dạng — không phải trình tự — quyết định chức năng, casein đông tụ không còn giữ chức năng hoà tan mịn ban đầu trong sữa. Vậy: lactase là protein cắt liên kết glycosidic của lactose; pH giảm làm casein biến tính, đông tụ.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Bốn nhóm đại phân tử cùng chung một nguyên lý — cấu trúc quyết định chức năng — nhưng theo bốn cách khác nhau: carbohydrate qua kiểu liên kết glycosidic, lipid qua tính kị nước, protein qua hình dạng ba chiều, nucleic acid qua trình tự đơn phân. Khi gặp một câu hỏi lạ, hỏi trước: chất này thuộc nhóm nào, và đặc điểm cấu trúc nào của nhóm đó quyết định hiện tượng đề bài mô tả.
Bài tiếp theo dùng chính bốn nhóm đại phân tử này để ôn lại cách chúng dựng nên một tế bào hoàn chỉnh — từ tế bào nhân sơ tới các bào quan của tế bào nhân thực.
Bài này không dạy khái niệm mới. Nó gom lại toàn bộ nội dung đã học ở khóa Thành phần hoá học của tế bào (same-grade bridge): nguyên tố đa lượng và vi lượng, cấu trúc và vai trò của nước, rồi bốn nhóm đại phân tử carbohydrate, lipid, protein, nucleic acid — thành những câu hỏi đòi hỏi em nối nhiều mảnh kiến thức trong cùng một đề, đúng cách một đề thi thật sẽ hỏi.
Khoảng 25 nguyên tố hoá học dựng nên cơ thể sống, chia theo tỉ lệ khối lượng chất khô thành đa lượng (trên 0,01%, ví dụ C, H, O, N, P, S) và vi lượng (dưới 0,01%, ví dụ Fe, I, Zn). Vai trò sinh học không tỉ lệ thuận với khối lượng: iodine chiếm lượng cực nhỏ nhưng là thành phần bắt buộc của hormone tuyến giáp, thiếu nó gây bướu cổ. Nước — hợp chất chiếm khối lượng lớn nhất trong tế bào — phân cực nên tạo liên kết hydrogen giữa các phân tử; từ đúng một sự thật cấu trúc đó suy ra bốn tính chất: dung môi, lực cố kết, nhiệt dung riêng cao, nhiệt hoá hơi cao.
Carbohydrate chia theo số đơn vị đường liên kết: đường đơn (glucose, fructose), đường đôi (hai đường đơn nối qua liên kết glycosidic), đường đa (hàng trăm đến hàng nghìn đơn vị glucose). Tinh bột và cellulose cùng là polymer của glucose nhưng khác kiểu liên kết glycosidic — α-1,4 ở tinh bột, β-1,4 ở cellulose — nên enzyme amylase của người cắt được tinh bột mà không cắt được cellulose. Lipid không có đơn phân chung, chỉ có chung tính kị nước: lipid đơn giản (mỡ, dầu) dự trữ năng lượng đậm đặc; phospholipid có đầu phosphate ưa nước và hai đuôi acid béo kị nước — tính lưỡng cực này là lý do nó tự sắp xếp thành lớp kép trong nước.
Protein là polymer của khoảng 20 loại amino acid, mô tả qua bốn bậc cấu trúc; trình tự amino acid (bậc một) quyết định hình dạng không gian, và chính hình dạng — không phải trình tự — quyết định chức năng. Biến tính do nhiệt hoặc pH phá vỡ các liên kết yếu giữ hình dạng bậc hai, ba mà không cắt liên kết peptide, nên trình tự amino acid vẫn nguyên vẹn dù chức năng đã mất. Nucleic acid là polymer của nucleotide: DNA có hai mạch xoắn kép, đường deoxyribose, base A-T-G-C, hai mạch liên kết theo nguyên tắc bổ sung (A-T bằng 2 liên kết hydrogen, G-C bằng 3 liên kết hydrogen); RNA có một mạch, đường ribose, base thay T bằng U, gồm mRNA, tRNA, rRNA phục vụ tổng hợp protein.
Để làm sữa chua, người ta ủ ấm sữa tươi đã cấy men chứa vi khuẩn lactic trong 6-8 giờ. Vi khuẩn tiết enzyme lactase phân giải đường lactose trong sữa thành glucose và galactose, rồi chuyển glucose thành lactic acid khiến pH sữa giảm dần; khi pH đủ thấp, protein casein trong sữa đông tụ, tạo độ đặc sệt của sữa chua. Xác định: (a) enzyme lactase thuộc nhóm đại phân tử nào; (b) lactose thuộc loại đường gì, liên kết nào bị cắt; (c) vì sao pH giảm khiến casein đông tụ; (d) casein đông tụ có còn giữ nguyên chức năng ban đầu không.
Bốn nhóm đại phân tử cùng chung một nguyên lý — cấu trúc quyết định chức năng — nhưng theo bốn cách khác nhau: carbohydrate qua kiểu liên kết glycosidic, lipid qua tính kị nước, protein qua hình dạng ba chiều, nucleic acid qua trình tự đơn phân. Khi gặp một câu hỏi lạ, hỏi trước: chất này thuộc nhóm nào, và đặc điểm cấu trúc nào của nhóm đó quyết định hiện tượng đề bài mô tả.