Bài giảng Di truyền học phân tử và tế bào - Chương 1: Liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học

Nội dung text: Bài giảng Di truyền học phân tử và tế bào - Chương 1: Liên kết hóa học của các đại phân tử sinh học

1. DI TRUY N H C PHÂN T VÀ T BÀO CH NG 1 Liªn kÕt hãa häc cña c¸c ®¹i ph©n tö sinh häc inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
2. Ch−¬ng 1. Liªn kÕt hãa häc cña c¸c ®¹i ph©n tö sinh häc C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T Y U TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
3. Ch−¬ng 1. Liªn kÕt hãa häc cña c¸c ®¹i ph©n tö sinh häc C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T Y U TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
4. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • Liên kt hóa hc là lc hp dn gi các nguyên t vi nhau. S kt t ca các nguyên t thành mt kh i có kích th ư c xác nh gi là phân t. • Cu hình không gian ca các i phân t sinh hc (ADN, ARN và protein) qui nh tr ng thái ho t ng ch c nng ca chúng. Cu hình này ư c xác nh không ch bi các liên kt mnh (liên kt cng hóa tr ) mà còn bi nhi u liên kt ho c tươ ng tác yu khác (liên kt ion, liên kt hydro, lc Van der Waals, tươ ng tác k nư c). inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
5. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • Liên kt mnh (liên kt cng hóa tr ) hu nh ư không bao gi t t gãy trong iu ki n sinh lý cơ th . Trong khi, các liên kt yu thì d t gãy hơn nhi u và khi tn ti ơ n l, th i gian tn ti ca chúng th ư ng rt ng n. • Nh ưng im áng lưu ý là: khi nhi u liên kt yu tp hp theo mt tr t t nh t nh thì các liên kt yu có th tn ti lâu dài. • Các lo i liên kt và tươ ng tác hóa hc khác nhau v:
   Lc (nng lư ng) liên kt
   S liên kt ti a mà mi nguyên t có th to ra
   Kho ng cách gi a các nguyên t
   Góc liên kt
   Mc quay t do inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
6. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • Các liên kt hóa hc khác nhau v lc (nng lư ng) liên kt Các liên kt và tươ ng tác yu Các liên kt mnh (ion, hydro, van de Waals) (cng hóa tr ) Ion (3 - 7) Van der Waals Hydro (1 - 2) (3 - 7) ng nng Th y phân ATP nhi t (0,6) Liên kt phosphoandehyde Lc liên kt tng dn inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
7. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • Các liên kt hóa hc khác nhau v s liên kt ti a mà mi nguyên t có th to ra. Trong ó, s liên kt cng hóa tr ti a mt nguyên t có th to ra chính là hóa tr ca nguyên t ó. Các in t LK cng hóa tr Khí mêthan inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
8. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C c im liên kt ca các nguyên t ph bi n nh t có trong các phân t sinh hc Nguyên t và S liên kt Dng hình hc in t lp v cng hóa tr liên kt in hình ho c 6 ho c 4 inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
9. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • S liên kt yu ti a mà mi nguyên t có th to ra ch ph thu c vào iu ki n có th hình thành các liên kt ó. Các liên kt và tươ ng tác yu Ph c h bn vng Ph c h kém bn hơn inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
10. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • Các liên kt hóa hc khác nhau v kho ng cách gi a các nguyên t. Trong ó, kho ng cách gi a các nguyên t càng gn khi lc liên kt càng tng. LK cng hóa tr Tươ ng tác Van der Waals (r = 0,062 nm) (r = 0,14 nm) inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
11. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • Các liên kt hóa hc khác nhau v góc liên kt. Trong liên kt cng hóa tr , góc liên kt gi a các nguyên t nh t nh là n nh còn gi a các liên kt yu th ư ng kém n nh. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
12. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • S n v góc liên kt gi a các nguyên t trong liên kt cng hóa to nên tính phân cc Momen lư ng cc ho c không phân cc ca các phân t. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
13. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C • Các liên kt hóa hc khác nhau v mc quay t do . Các liên kt cng hóa tr ơ n cho phép các nguyên t quay t do xung quanh nguyên t, trong khi các liên kt cng hóa tr kép (ôi ho c ba) thì cng nh c. a) Formaldehyde c) Liên kt peptit u N u C b) Methan LK Peptit LK Peptit inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
14. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Tr ng thái cân bng hóa hc B A B A A B kf [AB] Kcb = = kr [A] x [B] inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
15. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Khái ni m v nng lư ng t do Nng lư ng t do (∆∆∆G, nng lư ng có th ho t ng ) là i lư ng ph n ánh xu hư ng di n ra t phát ca mt quá trình hóa hc. ∆∆∆G = ∆∆∆H - T∆∆∆S Trong ó, ∆∆∆H là mc thay i enthalpy (mc thay i nng lư ng tng cng khi h th ng chuy n dch v tr ng thái cân bng), T là nhi t tuy t i (calvin ), ∆∆∆S là mc thay i entropy ca h th ng . Theo nguyên lý II ca nhi t ng hc, nhi t và áp su t n nh, nng lư ng t do luôn mt i (∆∆∆G < 0) khi ph n ng hóa hc xy ra t phát, nh ưng khi t n tr ng thái cân bng, nng lư ng t do s không thay i (∆∆∆G = 0). Khi giá tr ∆∆∆G càng âm, ph n ng càng có xu hư ng xy ra; tuy nhiên, giá tr âm ln ca ∆∆∆G không nh t thi t tươ ng quan vi tc ph n ng (nói cách khác, nó ch ph n ánh tr ng thái u và cu i ca h th ng) inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
16. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Xu hư ng di n ra t phát ca các quá trình hóa hc ∆∆∆H ∆∆∆S ∆∆∆G = ∆∆∆H - T∆∆∆S Ph n ng di n ra phù hp vi c hai xu th thay i — v enthalpy, cng nh ư entropy. Nó xy ra t phát + mi iu ki n nhi t . Ph n ng di n ra phù hp vi xu th thay i v — — enthalpy, nh ưng ng ư c vi xu th thay i entropy . Nó ch xy ra t phát nhi t th p hơn T = ∆∆∆H/ ∆∆∆S. Ph n ng di n ra ng ư c vi xu th thay i v enthalpy, nh ưng phù hp vi xu th thay i + + entropy. Nó ch xy ra t phát nhi t cao hơn T = ∆∆∆H/ ∆∆∆S. Ph n ng di n ra ng ư c vi c hai xu th thay i v — enthalpy, cng nh ư entropy. Nó KHÔNG xy ra t + phát mi iu ki n nhi t . inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
17. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Mi quan h gi a ∆∆∆G ( iu ki n tiêu chu n, ∆∆∆Go) và hng s cân bng Kcb o ‒‒‒ ∆∆∆Go/ RT ∆∆∆G = ‒‒‒ RT lnK cb ho c Kcb = e Trong ó, T là nhi t tuy t i (= 298 25 oC), e = 2,718, R là hng s khí ph thông (= 8,3145 J•K-1•mol -1 ho c 1,987 cal •K-1•mol -1; 1 cal = 4,1868 J) . Ví d
    v cách tính :Nng lư ng t do ca mt ph n ng -1 iu ki n tiêu chu n có giá tr là – 15kJ•mol . Tính Kcb ca ph n ng. Ta có: ‒‒‒ ∆∆∆Go/ RT Kcb = e ‒‒‒ (‒‒‒ 15000 J/mol)/(8,3145 J/K/mol)x(298K) 6,05 Kcb = e = 2,718 = 426 inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
18. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C o Mi quan h gi a ∆∆∆G và Kcb iu ki n nhi t 25 C Kcb ∆∆∆G (kcal / mol) 0,001 4,089 0,01 2,726 0,1 1,363 1,0 0 10,0 -1,363 100,0 -2,726 1000,0 -4,089 Bng trên cho th y, nu các thành ph n ph n ng có mt hàm lư ng mole, mt mc chênh lch nng lư ng t do ∆∆∆G - 2 kcal/mol (tươ ng - 8 kJ/mol ) là lái ph n ng theo hư ng ch yu hình thành liên kt. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
19. Ch−¬ng 1. Liªn kÕt hãa häc cña c¸c ®¹i ph©n tö sinh häc C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T Y U TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
20. TM QUAN TR NG C A CÁC LIÊN K T Y U Mc dù các i phân t sinh hc quan tr ng nh t ca di truy n hc (ADN, ARN và protein), u ư c to nên bi các liên kt cng hóa tr (liên kt phosphodieste các axit nucleic và peptit protein), nh ưng chính các liên kt yu (các liên kt hydro, các liên kt ion, các lc tươ ng tác Van der Waals và k nư c) mi có vai trò quy t nh tr ng thái ho t ng ch c nng ca chúng, c th : Các liên kt yu chi m vai trò ch o trong tươ ng tác enzym – cơ ch t. Các liên kt yu iu hòa các mi tươ ng tác gi a các i phân t, c bi t gi a các lo i protein và các axit nucleic (k c ADN và ARN). Các liên kt yu làm thay i cu hình không gian và s bi u hi n ch c nng ca các i phân t sinh hc. Hu ht ch c nng ca protein ư c iu hòa ho t ng qua tp hp các liên kt yu. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
21. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Trong iu ki n sinh lý t bào, s liên kt yu ư c hình thành và phá v là n nh. Các liên kt yu có nng lư ng trong kho ng 1 – 7 kcal / mol . Liên kt yu nh t là tươ ng tác Van der Waals. Các tươ ng tác này có mc nng lư ng liên kt trong kho ng 1 – 2 kcal / mol , tc là ch ln hơn chút ít so vi ng nng ca chuy n ng nhi t (0,6 kcal / mol ). Nng lư ng ca liên kt hydro và ion vào kho ng 3 – 7 kcal /mol .
    Trong t bào, giá tr ∆∆∆G trong kho ng 2 – 5 kcal/mol chi m ưu th . inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
22. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Liên kt ion • Có s chuy n in t. Nguyên t cho in t tích in dư ng (cation), nguyên t nh n in t tích in âm (anion) . • Các nguyên t tích in trái du hp dn nhau (lc hút tnh in). •Nng lư ng liên kt trung bình ~5 kcal / mol. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
23. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Liên kt ion • Trong dung dch, các cation và anion vô c ít có vai trò quy t nh cu hình không gian ca các phân t hu c vì chúng th ư ng b bao vây bi “lp áo” gm các phân t nư c. Tan trong H2O Kt tinh Cho và nh n in t •Mt s liên kt ion có bn ch t là các liên kt hydro. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
24. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Liên kt hydro • Hình thành gi a mt nguyên t H liên kt cng hóa tr (nguyên t H cho liên kt) vi mt nguyên t liên kt cng hóa tr khác tích in (nguyên t nh n liên kt). • N và O là 2 nguyên t nh n liên kt hydro quan tr ng và ph bi n nh t các h th ng sinh hc. nư c–nư c nư c–alcohol nư c–amin nư c–peptit nư c–este inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
25. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Liên kt hydro • Trong dung dch, các vùng phân cc ca các phân t nư c li n k to liên kt hydro vi nhau, to nên sc cng b mt. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
26. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Liên kt hydro • Khi không có nư c, liên kt hydro có nng lư ng ~3-7 kcal/mol. •Lc liên kt hydro > Lc tư ng tác Van der Waals. • Khác vi tư ng tác Van der Waals, liên kt hydro có tính nh hư ng . Liên kt hydro ch tr nên mnh nh t khi nguyên t H cho liên kt và nguyên t nh n liên kt i di n tr c ti p vi nhau. Khi góc liên kt vư t quá 30 o thì lc liên kt yu i nhi u. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
27. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Tươ ng tác Van der Waals • Van der Waals là liên kt không c hi u khi hai nguyên t ti p cn gn nhau. Nói cách khác, liên kt Van der Waals có th xu t hi n gi a mi phân t, bt k chúng là các phân t phân cc hay không phân cc. •Lc liên kt ch yu ch ph thu c vào kho ng cách gi a các nguyên t; trong ó nng lư ng liên kt t l ngh ch vi ly th a 6 ca kho ng cách. •Vi 2 nguyên t có kích th ư c trung bình, nng lư ng liên kt kho ng 1 kcal/mol. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
28. C IM C A CÁC LIÊN K T Y U Tươ ng tác Van der Waals •Tư ng tác Van der Waals là mnh nh t khi các phân t có cu hình “n kh p” theo nguyên lý “chìa khóa tra vào khóa” gi ng nh ư tr ư ng hp tư ng tác kháng nguyên – kháng th . • Trong tr ư ng hp liên kt “kháng nguyên – kháng th ”, nng lư ng liên kt có th t 20 – 30 kcal / mol; vì vy, hi m khi ph c h “kháng nguyên – kháng th ” tách nhau ra. • Liên kt Van der Waals Kháng nguyên th ư ng không chi m ưu th Kháng th các phân t phân cc. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
29. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Tươ ng tác k nư c • Mc dù th ư ng ư c gi là “liên kt k nư c”, nh ưng th c ch t không có liên kt nào trong mi tươ ng tác này. • S phân b ca các phân t trong môi tr ư ng nư c (dung môi phân cc) ph thu c vào tr ng thái ion hóa và Tan trong H2O Kt tinh Cho và nh n in t inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
30. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Tươ ng tác k nư c • tính phân cc / không phân cc ca chúng. Gcphâncc u Phosphate ưa nư c Glycerol uôi k nư c Lp phospholipid kép Phospholipid inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
31. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Tươ ng tác k nư c Các axit amin k nư c (không phân cc) • Các tươ ng tác k nư c giúp duy trì n nh cu trúc ca các i phân t sinh hc, c Các axit amin ưa nư c bi t là protein. • Các nhóm không phân cc (ví d: các axit amin không phân cc) luôn sp xp sao cho chúng không Các axit amin c bi t ti p xúc vi các phân t nư c.
32. C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C Tươ ng tác k nư c • Các các axit amin không phân cc luôn sp xp sao cho chúng không ti p xúc vi các phân t nư c (to thành ph n lõi). Ph n lõi óng gói protein NƯ C Bi n tính B mt Protein dng chu i Phân t protein tr ng thái polypeptit (bc 1) bi u hi n ch c nng inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
33. Ch−¬ng 1. Liªn kÕt hãa häc cña c¸c ®¹i ph©n tö sinh häc C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T Y U TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
34. TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG Ti sao t bào cn các phân t cao nng (vd: ATP)? • Gi ng các liên kt yu, theo quan im nhi t ng hc, các liên kt cng hóa tr cng ch hình thành khi ∆∆∆G 0). iu này dư ng nh ư ng ư c các nguyên lý nhi t ng hc và tng ư c xem là “bí n ca s sng”. • Gi ây, chúng ta ã bi t các quá trình sinh tng hp không h “ng ư c” các nguyên lý nhi t ng hc; thay vào ó, nó di n ra trên cơ s di n ra song song vi các ph n ng sinh nng lư ng t do. Ch ng hn nh ư các axit nucleic không hình thành t s kt t ơ n thu n ca các nucleoside monophosphate; cng nh ư protein không ph i là s hp nh t thu n túy ca các axit amin. Thay vào ó, các phân t ti n ch t th ư ng dùng nng lư ng t ATP (adenosine triphosphate) ho c các hp ch t cao nng tươ ng ươ ng chuy n hóa chúng thành các ti n ch t nng lư ng cao. Nh ng ti n ch t này sau ó (v i s có mt ca enzym c hi u) mi có th kt hp vi nhau t phát hình thành nên các i phân t. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
35. TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG V khái ni m nng lư ng ho t hóa • Nng lư ng cn cung cp phá v mt liên kt cng hóa tr ư c gi là nng lư ng ho t hóa. • Do nng lư ng ho t hóa th ư ng rt cao (kho ng 20 - 30 kcal/mol), nên tr ng thái ho t hóa không bao gi t xu t hi n trong iu ki n nhi t sinh lý; ây chính là “rào cn” không cho các liên kt cng hóa tr thay i t phát trong t bào . • Nh ng rào cn này có ý ngh a c bi t quan tr ng, vì s sng không th có nu không có nó. Ng ư c li, s sng cng không th có nu thi u c ch làm gi m nng lư ng ho t hóa ca các ph n ng mt cách c hi u. iu này ph i xy ra vì s phát tri n ca t bào cn di n ra tc nhanh và ph i tránh ư c s tác ng ca các lc ng u nhiên (vd: tia UV hay ion hóa) có th làm t gãy các liên kt hóa hc. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
36. TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG Enzym làm gi m nng lư ng ho t hóa ca ph n ng Tr ng thái ho t hóa ∆∆∆G++ do Nng lư ng ho t hóa ca t ph n ng khi ng ng KHÔNG có + Nng lư ng ∆∆∆G ho t hóa ca enzym ư ư l ph n ng khi có enzym ng N ∆∆∆G Quá trình ph n ng inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
37. Các nhóm liên kt cao nng quan tr ng trong sinh hc ∆∆∆G cña ph¶n øng Nhãm liªn kÕt CÊu tróc ph©n tö Ph¶n øng (Kcal/mol) Pyrophosphate ~ ~  +  ∆G = - 6 Nucleozid diphosphate Adenosine - ~ ADP AMP +  ∆G = - 6 (NDP) (ADP) Nucleozid triphosphate Adenosine - ~~ ATP ADP +  ∆G = - 7 (NTP) (ATP) ATP AMP + ~ ∆G = - 8 - O O C Enol phosphate C O ~  PEP pyruvate +  ∆G = - 12 CH2 Phosphoenolpyruvate (PEP) Adenosine ~ O R Aminoacyl adenylate - AMP~AA AMP + AA ∆G = - 7 C C NH3 O H O H2C C O- Guanidinium phosphate N H creatine~P creatine + P ∆G = - 8 H3CC N ~ NH creatine phosphate O H3C C Thioeste S CoA Acetyl CoA CoA-SH + acetate ∆G = - 8 Acetyl - CoA
38. TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG S ho t hóa các ti n ch t ca các i phân t sinh hc bi ATP • Các axit amin ư c ho t hóa nh nhóm AMP H R H R + O O H N C C    H N+ C C   - + Adenosine- ~ ~ → - + ~ (1) O O  H H H H ~ -Adenosine ~ → 2  (∆G = 7 kcal / mol) (2) AA~AMP + tARN → AA~tARN + AMP (3) AA~tARN + chu ỗi polypeptit (n axit amin) → tARN + chu ỗi polypeptit (n+1 axit amin) (4) • Các nucleotide ti n ch t ư c ho t hóa nh nhóm ~ Deoxynucleoside- + ATP → Deoxynucleoside-~ + ADP (1) Deoxynucleoside-~ + ATP → Deoxynucleoside-~ ~ + ADP (2) dNTP + chu ỗi polynucleotit (n nucleotit) → chu ỗi polynucleotit (n+1 nucleotit) + ~ (3) ~ → 2  (∆G = 7 kcal / mol) (4) inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
39. Ch−¬ng 1. Liªn kÕt hãa häc cña c¸c ®¹i ph©n tö sinh häc C IM LIÊN K T HÓA H C C A CÁC I PHÂN T SINH H C TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T Y U TM QUAN TR NG VÀ C IM C A CÁC LIÊN K T CAO N NG CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
40. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T • ADN, ARN và protein u là các i phân t sinh hc ư c hình thành t các n phân. • Cu trúc bc I ca chúng là tr t t ca các n phân liên kt vi nhau bi các liên kt cng hóa tr . Nh ưng, cu hình c thù ca các i phân t này (y u t quy t nh tr ng thái ho t ng ch c nng ca chúng) li ch yu ư c quy nh bi s có mt ng th i ca nhi u liên kt yu (g m các liên kt hydro, ion, k nư c và lc Van der Waals) . • Khi nh ng liên kt yu mt i (ví d: bi nhi t ho c các ch t ty), dù cho các liên kt cng hóa tr vn còn, thì ho t tính sinh hc ca các phân t này hu nh ư không còn.
    ây chính là cơ ch ch yu iu hòa ca nhi u quá trình sinh hc nói chung và di truy n hc phân t nói riêng ư c nh c ti trong các ph n sau ca khóa hc này, bao gm c các quá trình sao chép, phiên mã, dch mã, iu hòa bi u hi n ca các gen, iu khi n thay i ch c nng protein, v.v . inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
41. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Cu hình phân t ư c qui nh bi các liên kt trong và ngoài phân t • Cu hình ca ADN Liên kt hydro Khe chính Liên kt phosphodieste Khe ph inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
42. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Cu hình phân t ư c qui nh bi các liên kt trong và ngoài phân t • Cu hình ca ADN Khe ph Khe chính inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
43. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Cu hình phân t ư c qui nh bi các liên kt trong và ngoài phân t • Cu hình ca tARN Thùy TΨCG Thùy mang axit amin Thùy mang axit amin Thùy D Thùy D Thùy bi n i Thùy bi n i Thùy i mã B ba i mã B ba mã hóa Thùy i mã inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
44. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Cu hình phân t ư c qui nh bi các liên kt trong và ngoài phân t • Cu hình ca tARN inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
45. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Cu hình protein ư c qui nh bi liên kt hydro ni phân t • Cu trúc bc 1 u N u C Liên kt peptit Liên kt peptit Liên kt peptit inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
46. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Cu hình protein ư c qui nh bi liên kt hydro ni phân t • Cu trúc bc 2 – dng chu i xo n ααα 3,6 axit amin u carboxyl u amino inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
47. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Cu hình protein ư c qui nh bi liên kt hydro ni phân t • Cu trúc bc 2 – dng mt ph ng βββ u C u N inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
48. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Ph n ln protein có cu to mô un vi hai ho c ba mi n (domain) chính • Cu trúc bc 3 Mi n nh n bi t ADN Mi n ho t hóa inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
49. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Ph n ln protein có cu to mô un vi hai ho c ba mi n (domain) chính inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
50. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Qui tc d hình (allostery): s iu hòa ch c nng protein ph bi n di n ra qua s thay i cu hình không gian ca chúng NtrC ARN polymerase glnA Gen tr ng thái ho t hóa Promoter Hình 5.10. S ho t hóa gen bi NtrC. Promoter ca gen glnA c ARN polymerase mang yu t σ54 nh n bi t. Mc dù không c minh ha trên hình, NtrC th c t tơ ng tác vi ti u ph n σ54 ca enzym. ây, NtrC c minh ha nh mt protein dng ph c kép (dimer), nh ng th c t dng ph c ca nó ph c tp hơn. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
51. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T Qui tc d hình (allostery) vi ADN a) MerT -35 MerR -10 Hg 2+ b) MerT -35 MerR -10 S ho t hóa gen bi MerR. Các trình t "-35" và "-10" không tr c di n vi nhau trên tr c ca promoter. (a) Khi không có Hg 2+, MerR liên kt vào promoter dng không ho t ng. (b) Khi có Hg 2+, MerR vn xo n tr c khung ADN làm các trình t liên ng tr nên tr c di n, ng th i kho ng cách gi a chúng ng n li, phù hp cho s liên kt ca ARN polymerase. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
52. CÁC LIÊN K T M NH VÀ Y U QUI NH C U HÌNH CÁC I PHÂN T a) b) Ch t kích ng (allolactose) S thay i d hình ca ch t c ch LacI. a) Hình trái minh ha cu trúc kép (dimer) ca protein LacI. Khi protein LacI b gn bi ch t kích ng (allolactose), phân t này không liên kt ư c vào trình t ch huy (operator) ca operon Lac, b) Khi vng mt ch t kích ng, cu trúc u N ca LacI tr nên có ái lc cao và liên kt vi operator. Tuy vy, không ph i tt c các protein u ư c iu hòa ch c nng bi cơ ch d hình. inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
53. TƯ NG TÁC HÓA H C TRONG S LÂY NHI M C A VIRUT HIV inh oàn Long B môn DI TRUY N H C
54. Tãm t¾t ch−¬ng 1. Liªn kÕt hãa häc Nhi u s ki n t bào không liên quan n các liên kt cng hóa tr . Thay vào ó, ho t ng ca các i phân t ph thu c ch yu vào các liên kt yu ho c các liên kt th cp, các lc hp dn và lc y. Các liên kt yu quan tr ng nh t gm liên kt hydro, tư ng tác Van der Waals, tư ng tác k nư c và các liên kt ion. Tuy là các liên kt yu, nh ưng vi s lư ng ln, chúng va m bo duy trì va giúp thay i linh ho t cu hình ca các i phân t sinh hc ca t bào. S hình thành hay t gãy ca các liên kt hóa hc trong t bào (dù là cng hóa tr hay các liên kt yu) u tuân theo các nguyên lý ca nhi t ng hc. Vì vy, nu nh ư liên kt cng hóa tr không bao gi t gãy t phát trong iu ki n nhi t sinh lý bình th ư ng, thì các liên kt yu ư c hình thành và t gãy mt cách t phát, n nh. Các ph n ng sinh tng hp (vd: ADN, ARN và protein) không th xy ra nu không i kèm vi các ph n ng sinh nng lư ng t do (∆∆∆G) phù hp vi các nguyên lý ca nhi t ng hc. Ngu n cung cp nng lư ng s cp ca t bào là ATP ư c hình thành t các quá trình quang hp (quang nng), ho c hô hp và lên men (hóanng). Hu ht các ph n ng sinh tng hp dn n s gi i phóng nhóm ~. Nhóm này b ph n gi i ngay bng ph n ng enzym. Hi u qu s dng s t gãy nhóm ~ thu nng lư ng giúp gi i thích ti sao ATP, ch không ph i ADP, là ch t cho nng lư ng s cp.