- Các gen trên DNA trong nhân tế bào (DNA nằm trên NST) quy định các tính trạng khác nhau của cơ thể. Nó được duy trì trong mỗi thế hệ và được di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Con cái bao giờ cũng thừa hưởng các đặc tính di truyền thông qua 23 NST từ tinh trùng của bố và 23 NST từ tế bào trứng của mẹ. Đồng thời, giữa anh chị em ruột trong gia đình cũng có bộ NST tương đồng nhau nhưng tỉ lệ phần trăm giống nhau cao hay thấp còn phụ thuộc vào quá trình tái tổ di truyền. Đó là cơ sở để xác định quan hệ huyết thống ở người.

- Tương tự trong điều tra tội phạm: Lấy một mẫu DNA của đối tượng tình nghi, sau đó so sánh với kết quả phân tích mẫu DNA đã thu thập được tại hiện trường. Sử dụng kết quả so sánh được để xác định thủ phạm.

- Phân tử sinh học là các phân tử hữu cơ do sinh vật sống tạo thành, là thành phần cấu tạo và thực hiện nhiều chức năng trong tế bào.

- Một số phân tử sinh học trong tế bào: Carbohydrate, lipid, protein, nucleic acid.

Dựa vào số lượng đơn phân trong phân tử để phân loại carbohydrate:

- Đường đơn: Chỉ gồm 1 đơn phân (1 phân tử đường đơn).

- Đường đôi: Gồm 2 đơn phân (2 phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic).

- Đường đa: Gồm nhiều đơn phân (nhiều phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic).

Đặc điểm giống nhau của glucose, fructose, galactose là:

- Đều có công thức hóa học là C₆H₁₂O₆.

- Đều có 1 nhóm (C=O) và nhiều nhóm -OH.

Kể tên một số loại thực phẩm có chứa các loại đường đôi:

- Saccharose có nhiều trong thực vật, đặc biệt là mía và củ cải đường.

- Maltose (còn gọi là đường mạch nha) có trong mầm lúa mạch, kẹo mạch nha.

- Lactose (đường sữa) có trong sữa người và động vật.

Cấu tạo của các vi sợi cellulose:

- Các phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết β 1 – 4 glycosidic tạo thành một phân tử cellulose hình sợi dài.

- Các phân tử cellulose hình sợi dài liên kết với nhau bằng các liên kết hydrogen xếp song song nhau hình thành bó sợi sơ cấp được gọi là micel.

- Nhiều bó sợi sơ cấp (micel) sắp xếp thành từng nhóm sợi nhỏ dạng que thẳng gọi là vi sợi.

- Vai trò của carbohydrate:

+ Là nguồn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống, đồng thời cũng là nguồn năng lượng dự trữ của cơ thể.

+ Tham gia cấu tạo nên một số thành phần của tế bào và cơ thể sinh vật.

+ Tham gia cấu tạo nên các phân tử sinh học khác

- Ví dụ:

+ Glucose là nguồn nguyên liệu chủ yếu của cho quá trình hô hấp tế bào, tạo ra năng lượng cho các hoạt động sống của cơ thể.

+ Tinh bột là nguồn năng lượng dự trữ của cơ thể thực vật, glycogen là nguồn năng lượng dự trữ ngắn hạn ở cơ thể động vật và nấm.

+ Cellulose cấu tạo nên thành tế bào thực vật, chitin cấu tạo nên thành tế bào nấm và bộ xương ngoài của côn trùng, peptidoglycan cấu tạo nên thành tế bào vi khuẩn.

+ Một số carbohydrate còn liên kết với protein hoặc lipid tham gia cấu tạo màng sinh chất và kênh vận chuyển các chất trên màng.

+ Các đường đơn 5 carbon (ribose, deoxyribose) tham gia cấu tạo nucleic acid.

Các vận động viên chơi thể thao thường ăn chuối chín vào giờ giải lao vì:

- Chuối giúp bổ sung năng lượng một cách nhanh chóng: Chuối đặc biệt phù hợp với những người có quãng thời gian nghỉ ngắn trước hoặc sau buổi tập. Nguồn tinh bột từ chuối giúp đẩy nhanh tốc độ hình thành glycogen trong cơ bắp, giúp cơ bắp nhanh chóng được hồi phục sau khi cạn kiệt năng lượng, đảm bảo việc có thể tiếp tục bắt đầu buổi tập hoặc buổi thi đấu với lượng glycogen dự trữ gần như đã được nạp đầy.

- Ngoài ra, chuối cung cấp một nguồn K dồi dào giúp giảm bớt nguy cơ bị chuột rút và ổn định tinh thần.

Trong cấu trúc của lipid chứa nhiều các liên kết C – H không phân cực dẫn đến lipid không tan trong nước. Tuy nhiên, lipid tan trong các dung môi hữu cơ.

Lipid đơn giản được cấu tạo từ 2 thành phần là: Glycerol và acid béo.

Sự khác nhau trong cấu tạo của acid béo no và không no: Các acid béo không no có một hoặc nhiều liên kết đôi được hình thành do loại bỏ các nguyên tử hydrogen từ khung cacbon. Ngược lại, trong cấu tạo của các acid béo no không có liên kết đôi.

- Lớp chất hữu cơ này là sáp có bản chất là lipid đơn giản.

- Vai trò của lớp sáp:

+ Hạn chế sự thoát hơi nước cho cây.

+ Chống đọng nước ở bề mặt lá, đảm bảo bề mặt lá được khô ráo.

+ Giúp lá có khả năng chống lại sự tấn công của một số côn trùng gây hại.

Sự khác biệt trong cấu tạo giữa steroid và các loại lipid khác:

- Steroid được cấu tạo từ alcol mạch vòng liên kết với acid béo.

- Các loại lipid còn lại được cấu tạo từ glycerol liên kết với acid béo hoặc glycerol liên kết với acid béo và nhóm phosphate.

Một số thực phẩm giàu lipid là: Thịt và da của gia súc/gia cầm, tảng thịt động vật có mỡ, sữa nguyên kem, bơ, phô mai, kem, dầu dừa, dầu cọ, bơ, ca cao,…

- Vai trò của lipid đối với sinh vật:

+ Lipid có vai trò chính là nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể.

+ Ngoài ra, lipid còn tham gia cấu tạo tế bào và tham gia vào nhiều quá trình sinh lí của cơ thể.

- Ví dụ:

+ Mỡ và dầu có vai trò dự trữ năng lượng.

+ Phospholipid, cholesterol cấu tạo nên màng sinh chất.

+ Estrogen, testosterone điều hòa sinh sản ở động vật.

+ Carotenoid tham gia vào quá trình quang hợp ở thực vật.

+ Lớp mỡ dưới da có vai trò cách nhiệt, đảm bảo việc duy trì nhiệt độ ổn định của cơ thể động vật khi nhiệt độ lạnh.

- Cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của protein quyết định chức năng của protein trong cơ thể của chúng ta.

- Mà cấu trúc hóa học (đặc trưng bởi số lượng, thành phần và trình tự sắp xếp của hơn 20 loại amino acid) và cấu trúc không gian (gồm 4 bậc cấu trúc không gian) của mỗi loại protein là khác nhau.

→ Các loại protein khác nhau có chức năng khác nhau.

Một số loại thực phẩm giàu protein như: Thịt, cá, trứng, sữa, phô mai, ức gà,…

a) Cấu trúc bậc 1 được hình thành do các amino acid liên kết với nhau bằng liên kết peptide tạo thành chuỗi polypeptide có dạng mạch thẳng.

b)

- Cấu trúc bậc 2 của protein có 2 dạng phổ biến: Xoắn lò xo α hoặc gấp nếp tạo phiến β.

- Đặc điểm của 2 dạng này:

+ Chuỗi polypeptide ở cấu trúc bậc 2 không tồn tại ở dạng mạch thẳng mà xoắn lại hoặc gấp nếp.

+ Cấu trúc này được giữ ổn định nhờ liên kết hydrogen giữa các amino acid đứng gần nhau.

c) Sự hình thành cấu trúc bậc 3 và bậc 4 của protein:

- Cấu trúc bậc 3: Chuỗi polypeptide bậc 2 tiếp tục co xoắn tạo thành cấu trúc không gian ba chiều đặc trưng.  Cấu trúc bậc 3 của protein được giữ ổn định nhờ liên kết hydrogen, cầu nối disulfite (S-S),…

- Cấu trúc bậc 4: Sự liên kết từ 2 hay nhiều chuỗi polypeptide bậc 3 tạo thành cấu trúc bậc 4.

a) “Casein trong sữa mẹ” thể hiện vai trò là nguồn dự trữ các amino acid.

b) “Actin và myosin cấu tạo nên các cơ” thể hiện vai trò cấu tạo nên tế bào và cơ thể.

c) “Kháng thể chống lại vi sinh vật gây bệnh” thể hiện vai trò bảo vệ cơ thể.

d) “Hormone insulin và glucagon điều hòa lượng đường trong máu” thể hiện vai trò điều hòa các hoạt động sinh lí trong cơ thể.

Do sự khác nhau về số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp của 20 loại acid amin đồng thời có sự khác nhau về các bậc cấu trúc không gian nên mặc dù cùng là protein nhưng thịt bò, thịt lợn, thịt gà lại khác nhau về nhiều đặc tính.

• Thành phần của một nucleotide gồm có 3 thành phần: nitrogenous base (gồm các loại là A, U, G, X, T), đường pentose (gồm 2 loại deoxyribose đối với DNA và ribose đối với RNA) và nhóm phosphate (PO₄^3-).

• Sự hình thành một nucleotide: Đường pentose liên kết với một trong bốn loại base ở vị trí carbon số 1. Sau đó, nhóm phosphate gắn với đường pentose ở vị trí carbon số 5. Kết quả tạo ra một nucleotide hoàn chỉnh.

• Có 5 loại nucleotide: Adenine (A), Thymine (T), Guanine (G), Cytosine (C), Uracil (U).

• Nucleotide cấu tạo nên DNA và RNA khác nhau ở điểm:

- Nucleotide cấu tạo nên DNA: Có đường deoxyribose; 4 loại base gồm A, T, G, X.

- Nucleotide cấu tạo nên RNA: Có đường ribose; 4 loại base gồm A, U, G, X.

• Mạch polynucleotide được hình thành do các nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester được hình thành giữa đường pentose của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide kế tiếp.

• Chiều 2 mạch của phân tử DNA: Nếu mạch polynucleotide bắt đầu bằng một đầu mang nhóm phosphate gắn với carbon ở vị trí 5’, kết thúc bởi đầu còn lại mang nhóm OH gắn ở vị trí carbon 3’ thì mạch đó có chiều 5’ – 3’, ngược lại thì mạch sẽ có chiều 3’ – 5’. Trong phân tử DNA, hai mạch polynucleotide có cấu trúc xoắn kép, gồm 2 mạch song song và ngược chiều nhau (3’ – 5’, 5’ – 3’).

- Tính bền vững trong cấu trúc của DNA có được là nhờ:

+ Các nucleotide trên một mạch liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester được hình thành giữa đường pentose của nucleotide này với gốc phosphate của nucleotide kế tiếp. Đây là liên kết bền vững.

+ Các nucleotide giữa hai mạch liên kết với nhau bằng số lượng lớn các liên kết hydrogen tạo ra tính bền vững tương đối cho DNA.

Thông tin trên DNA được di truyền ổn định qua các thế hệ nhờ vào quá trình tái bản DNA trong phân bào.

Nhờ sự kết hợp của 3 quá trình nhân đôi DNA, giảm phân và thụ tinh, thế hệ con nhận được sự kế thừa vật chất di truyền (DNA) từ bố và mẹ. Mà DNA là phân tử có chức năng lưu trữ thông tin di truyền, từ thông tin di truyền trên DNA qua quá trình phiên mã và dịch mã để biểu hiện nên thành tính trạng của cơ thể. Bởi vậy, thế hệ con thường có nhiều đặc điểm giống bố mẹ.

- Chúng ta không nên cắt giảm hoàn toàn lượng lipid trong khẩu phần ăn của người béo phì.

- Giải thích: Chất béo (lipid) là một đại phân tử có vai trò vô cùng quan trọng đối với cơ thể. Ngoài vai trò cung cấp và dự trữ năng lượng cho cơ thể, lipid còn có nhiều chức năng quan trọng khác như cấu trúc nên tế bào và cơ thể, ổn định thân nhiệt, hỗ trợ hấp thụ vitamin tan trong dầu,… Do đó, nếu cắt giảm hoàn toàn lipid sẽ dẫn đến tình trạng thiếu hụt lipid, khiến cơ thể không thể hoạt động bình thường. Cụ thể, cơ thể sẽ gặp các triệu chứng: dễ cảm thấy lạnh, da khô, thiếu hụt vitamin, đường huyết không ổn định, thần kinh ảnh hưởng, bệnh tim mạch,… Bởi vậy, trong khẩu phần ăn của người béo phì vẫn nên sử dụng lipid nhưng với lượng nhất định.

Đặc điểm giúp cellulose trở thành hợp chất bền vững có chức năng bảo vệ tế bào:

- Phân tử cellulose được tạo ra bằng các phân tử glucose liên kết với nhau bằng liên kết β 1 – 4 glycosidic bền vững, khó bị phân giải bởi các enzyme thủy phân.

- Sự hiện diện của các nhóm hydroxyl –OH phóng ra từ mỗi phân tử cellulose theo mọi hướng, từ đó làm tăng mối liên kết giữa các phân tử cellulose liền kề. Chính nhờ mối liên kết mà độ bền kéo của cấu trúc cellulose tăng lên, ngăn không cho tế bào bị vỡ khi nước xâm nhập qua thẩm thấu.

- Cellulose không tan trong nước ngay cả khi đun nóng và các dung môi hữu cơ thông thường.

Phân biệt cấu tạo, chức năng của DNA và RNA:

Mỗi loại protein có một giới hạn chịu nhiệt khác nhau. Bởi vậy, một số vi sinh vật sống được trong suối nước nóng có nhiệt độ xấp xỉ 100oC mà protein của chúng không bị biến tính vì các protein của những vi sinh vật này có giới hạn chịu nhiệt cao. Khi ở nhiệt độ cao, chất ức chế protein bị phân hủy từ đó protein không còn bị ức chế nữa và chúng sẽ hoạt động.

* Trả lời:

Các loài động vật sống ở vùng cực thường có lớp mỡ dưới da dày hơn so với các loài sống ở vùng nhiệt đới vì lớp mỡ dưới da có vai trò quan trọng, quyết định sự sống còn của những động vật sống ở vùng cực lạnh giá:

- Lớp mỡ dày dưới da của các loài động vật sống ở vùng cực được xem như lớp cách nhiệt giúp tránh thất thoát nhiệt ra môi trường (giữ ấm cho cơ thể).

- Ngoài ra, lớp mỡ dưới da còn là nguồn dự trữ năng lượng giúp những động vật ở vùng cực sống qua mùa đông lạnh giá, nguồn thức ăn trở nên khan hiếm.

* Mở rộng:

Các phân tử sinh học trong tế bào

1. Carbohydrate

a. Đặc điểm chung của carbohydrate

- Cấu tạo:

+ Là phân tử sinh học được cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O.

+ Được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân. Đơn phân là đường đơn (gồm từ 3 – 7 carbon), phổ biến là đường 5 – 6 carbon.

- Tính chất: Có vị ngọt, tan trong nước và một số có tính khử.

- Phân loại: Tùy theo số lượng đơn phân mà carbohydrate được chia thành 3 loại.

+ Đường đơn (monosaccharide): chỉ chứa 1 đơn phân.

+ Đường đôi (disaccharide): chỉ chứa 2 đơn phân.

+ Đường đa (polysaccharide): chứa nhiều hơn 2 đơn phân.

b. Các loại đường đơn

- Một số đường đơn phổ biến trong tế bào:

Có 2 loại đường đơn phổ biến:

+ Đường 5 carbon: gồm ribose và deoxyribose.

+ Đường 6 carbon: gồm glucose, fructose, galactose.

+ Đường glucose: có nhiều trong bộ phận của thực vật, nhất là các loại quả chín; chúng còn có ở mật ong, trong cơ thể người và động vật.

+ Đường fructose: có nhiều trong các loại quả có vị ngọt, đặc biệt trong mật ong làm cho mật ong có vị ngọt gắt.

- Tính chất:

+ Các loại đường đơn đều có vị ngọt, dễ tan trong nước.

+ Có tính khử do có nhóm –OH (tính chất này được ứng dụng để định lượng và định tính đường có trong nước tiểu).

+ Các đường đơn có thể liên kết với nhau để tạo thành đường đôi và đường đa.

c. Các loại đường đôi

- Cấu tạo: Đường đôi do hai phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic.

- Một số đường đôi phổ biến trong tế bào:

Gồm 3 loại đường đôi phổ biến:

+ Saccharose: gồm một phân tử glucose liên kết với một fructose, có nhiều trong thực vật đặc biệt là mía và củ cải đường.

+ Maltose (đường mạch nha): gồm 2 phân tử glucose, có trong mầm lúa mạch, kẹo mạch nha.

+ Lactose (đường sữa): gồm một phân tử glucose liên kết với một phân galactose, có trong sữa người và động vật.

- Tính chất: Saccharose, maltose, lactose đều tan trong nước và có vị ngọt.

d. Các loại đường đa

- Cấu tạo: Đường đa gồm nhiều phân tử đường đơn liên kết với nhau bằng liên kết glycosidic, có kích thước và khối lượng phân tử lớn.

- Một số loại đường đa phổ biến ở sinh vật là tinh bột (20% amylose và 80% amylopectin), cellulose, glycogen, chitin. Các loại đường đa này đều được cấu tạo từ các đơn phân là glucose hoặc dẫn xuất của glucose.

- Tính chất: Nhiều loại đường đa không tan trong nước.

e. Vai trò của carbohydrate

- Là nguồn năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống (chủ yếu là glucose).

- Là nguồn năng lượng dự trữ của cơ thể (tinh bột ở thực vật, glycogen ở nấm và động vật).

Tham gia cấu tạo nên một số thành phần của tế bào và cơ thể sinh vật. Ví dụ: Cellulose cấu tạo nên thành tế bào thực vật, chitin cấu tạo nên thành tế bào nấm và bộ xương ngoài của côn trùng,…

- Có khả năng liên kết với protein, lipid tham gia cấu tạo màng sinh chất và kênh vận chuyển các chất trên màng.

- Tham gia cấu tạo nucleic acid (đường đơn 5 carbon gồm ribose và deoxyribose).

2. Lipid

a. Đặc điểm chung của lipid

- Được cấu tạo từ 3 nguyên tố chính: C, H, O.

- Không cấu tạo theo nguyên tắc đa phân.

- Không tan trong nước nhưng tan trong các dung môi hữu cơ.

- Phân loại: Dựa vào cấu trúc phân tử, lipid được chia thành lipid đơn giản và lipid phức tạp.

b. Lipid đơn giản

- Gồm 3 loại:

+ Mỡ (có ở động vật): được cấu tạo từ các acid béo no, tồn tại ở trạng thái rắn.

+ Dầu (có ở thực vật và một số loài cá): cấu tạo từ các acid béo không no, tồn tại ở dạng lỏng.

+ Sáp: có ở mặt trên lớp biểu bì lá, mặt ngoài vỏ của một số trái cây, bộ xương ngoài của côn trùng, lông chim và thú.

c. Lipid phức tạp (Phospholipid)

- Phospholipid: gồm một phân tử glycerol liên kết với 2 acid béo và một nhóm phosphate; có tính lưỡng cực gồm 1 đầu ưa nước và một đầu kị nước.

- Steroid: gồm phân tử alcol mạch vòng liên kết với acid béo. Một số steroid có trong cơ thể như cholesterol, estrogen, testosterone, dịch mật, carotenoid và một số vitamin (A, D, E, K).

d. Vai trò của lipid

- Là nguồn dự trữ và cung cấp năng lượng cho cơ thể (mỡ và dầu).

- Là thành phần cấu tạo màng sinh chất (phospholipid, cholesterol).

- Tham gia vào nhiều hoạt động sinh lí của cơ thể như quang hợp ở thực vật (carotenoid), tiêu hóa (dịch mật) và điều hòa sinh sản ở động vật (estrogen, testosterone).

Xem thêm các bài viết liên quan,chi tiết khác:

Lý thuyết Sinh học 10 Bài 6: Các phân tử sinh học trong tế bào

Giải bài tập Sinh học lớp 10 Bài 6: Các phân tử sinh học trong tế bào

Qua thí nghiệm trên cho thấy enzyme A (có bản chất là protein) chỉ hoạt động tốt khi ở nhiệt độ 30oC giúp đẩy nhanh tốc độ nhân đôi DNA. Khi tăng nhiệt độ lên 50oC lúc này enzyme A (có bản chất là protein) bị biến tính và không hoạt động được, kéo theo quá trình nhân đôi DNA không được diễn ra nữa.