Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 24 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Phân tử sinh học là các phân tử có trong cơ thể sinh vật, có vai trò quan trọng trong việc duy trì các quá trình sinh học và cấu trúc của tế bào. Các phân tử sinh học bao gồm những hợp chất hữu cơ như carbohydrate, protein, lipid, axit nucleic (DNA và RNA). Chúng có kích thước lớn và cấu trúc phức tạp, và được tổng hợp từ các nguyên tố hóa học như carbon, hydro, oxy, nitơ, phốt pho và lưu huỳnh. Phân tử sinh học không chỉ tham gia vào cấu tạo tế bào mà còn thực hiện các chức năng sinh học cơ bản như cung cấp năng lượng, xây dựng cấu trúc tế bào, truyền đạt thông tin di truyền, và hỗ trợ các phản ứng sinh hóa cần thiết cho sự sống. Mỗi loại phân tử sinh học có một cấu trúc đặc biệt, giúp thực hiện những chức năng sinh học riêng biệt.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 24 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Các phân tử sinh học có những đặc điểm chung quan trọng, bao gồm:
Cấu trúc lớn và phức tạp: Các phân tử sinh học như protein, axit nucleic có cấu trúc phân tử lớn và có thể có hàng ngàn nguyên tử. Các phân tử này được tạo thành từ các đơn vị nhỏ hơn gọi là monome, như axit amin trong protein hoặc nucleotide trong axit nucleic.
Cấu trúc đặc biệt và chức năng sinh học: Cấu trúc của mỗi phân tử sinh học phù hợp với chức năng sinh học của nó. Ví dụ, cấu trúc ba chiều của protein quyết định chức năng của nó như xúc tác các phản ứng sinh hóa (enzyme) hoặc hỗ trợ cấu trúc tế bào.
Duy trì sự sống và phát triển: Các phân tử sinh học có vai trò thiết yếu trong việc duy trì sự sống. Chúng tham gia vào quá trình trao đổi chất, phát triển và tái tạo tế bào, đồng thời giúp truyền đạt thông tin di truyền và duy trì các chức năng sống.
Tính tương tác và động: Các phân tử sinh học không tồn tại đơn lẻ mà tương tác với nhau để tạo thành các cấu trúc phức tạp, thực hiện các quá trình sinh học. Sự tương tác này rất quan trọng trong việc điều hòa các quá trình trong tế bào và cơ thể.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 31 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Carbohydrate là nhóm phân tử sinh học quan trọng cung cấp năng lượng cho cơ thể. Carbohydrate bao gồm các monosaccharide (đơn đường), disaccharide (đường đôi) và polysaccharide (đường phức tạp). Cấu trúc của carbohydrate là các chuỗi hoặc nhánh các đơn vị đường liên kết với nhau bằng các liên kết glycosidic. Chức năng chính của carbohydrate là cung cấp năng lượng cho cơ thể. Glucose là loại đường chính được tế bào sử dụng để tạo ra năng lượng qua quá trình hô hấp tế bào. Ngoài ra, một số polysaccharide như tinh bột và cellulose có vai trò dự trữ năng lượng và cấu trúc trong các sinh vật, đặc biệt trong thực vật. Tinh bột giúp thực vật dự trữ năng lượng, còn cellulose tạo thành cấu trúc vững chắc cho thành tế bào thực vật.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 31 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Con người thường ăn các bộ phận của thực vật chứa tinh bột như củ (khoai tây, khoai lang), hạt (gạo, ngô, lúa mì), quả (một số loại quả như chuối, táo), và các bộ phận chứa carbohydrate khác. Các bộ phận này là nguồn cung cấp tinh bột chính cho cơ thể con người. Tinh bột là dạng carbohydrate dự trữ trong thực vật, và khi chúng ta ăn những thực phẩm này, cơ thể sẽ phân giải tinh bột thành glucose, cung cấp năng lượng cho các tế bào và cơ quan trong cơ thể.
Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 31 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Mặc dù thành phần chính của nhiều loại rau là cellulose - một loại carbohydrate mà cơ thể con người không thể tiêu hóa được, nhưng ăn nhiều rau xanh vẫn có lợi cho sức khỏe vì:
Cellulose hỗ trợ tiêu hóa: Mặc dù cellulose không được tiêu hóa, nhưng nó có vai trò quan trọng trong việc kích thích sự chuyển động của ruột, giúp duy trì hệ tiêu hóa khỏe mạnh và ngăn ngừa táo bón.
Rau xanh cung cấp vitamin và khoáng chất: Rau xanh là nguồn cung cấp phong phú các vitamin và khoáng chất cần thiết cho cơ thể, bao gồm vitamin A, C, K, folate, và các khoáng chất như kali, magiê.
Chất xơ và kiểm soát cân nặng: Rau xanh giúp tạo cảm giác no lâu, hỗ trợ kiểm soát cân nặng và giảm nguy cơ thừa cân, béo phì.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 33 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Chất béo là các phân tử sinh học gồm lipit và bao gồm các nhóm chính như triglycerides (mỡ và dầu), phospholipid và sterol. Các chất béo này có các chức năng quan trọng trong cơ thể, bao gồm:
Cung cấp năng lượng: Mỡ là nguồn cung cấp năng lượng dồi dào cho cơ thể, đặc biệt khi cơ thể không có sẵn glucose.
Cấu trúc tế bào: Phospholipid là thành phần chính của màng tế bào, giúp tế bào duy trì cấu trúc và chức năng.
Chức năng bảo vệ: Mỡ bảo vệ các cơ quan quan trọng trong cơ thể và duy trì nhiệt độ cơ thể.
Steroid và điều hòa: Steroid như cholesterol đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa các quá trình sinh lý, bao gồm việc tạo ra các hormone như estrogen và testosterone.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 33 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Phospholipid là một phân tử lưỡng cực (amphipathic), có nghĩa là nó vừa có phần ưa nước (hydrophilic) vừa có phần kỵ nước (hydrophobic). Đặc điểm cấu trúc hóa học này của phospholipid là yếu tố quan trọng khiến chúng có tính lưỡng cực, cho phép chúng tạo ra các cấu trúc màng tế bào và thực hiện nhiều chức năng sinh học khác nhau. Cấu trúc của phospholipid bao gồm hai phần chính: phần đầu và phần đuôi.
Phần đầu ưa nước (hydrophilic): Phần này của phospholipid chứa một nhóm phosphate (PO4^2-) và một nhóm gốc có thể là choline hoặc các nhóm hóa học khác. Các nhóm phosphate này có tính phân cực và dễ dàng tương tác với nước (môi trường ưa nước), vì vậy chúng được gọi là ưa nước. Phần đầu này sẽ hướng ra ngoài khi phospholipid nằm trong môi trường chứa nước, như trong môi trường tế bào hoặc huyết tương.
Phần đuôi kỵ nước (hydrophobic): Phần đuôi của phospholipid được tạo thành từ hai chuỗi axit béo dài, chứa nhiều liên kết carbon-hydro không phân cực. Các chuỗi axit béo này không tương tác tốt với nước và có xu hướng tránh xa nước, tạo thành phần đuôi kỵ nước. Các phần đuôi này sẽ hướng vào trong khi phospholipid được sắp xếp trong môi trường có nước.
Kết quả của cấu trúc này là phân tử phospholipid có khả năng tạo thành lớp kép trong màng tế bào, với phần đầu ưa nước hướng ra ngoài, tiếp xúc với môi trường bên ngoài hoặc bên trong tế bào, trong khi phần đuôi kỵ nước hướng vào trong, tạo thành một lớp màng bền vững. Chính tính lưỡng cực này của phospholipid cho phép chúng tạo ra lớp màng sinh học bảo vệ tế bào, giúp tế bào duy trì cấu trúc và kiểm soát sự trao đổi chất với môi trường bên ngoài.
Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 33 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Khi ăn cà chua hoặc hành chưng trong mỡ, cơ thể người có thể hấp thụ các vitamin A, D, E, và K, vì những vitamin này đều tan trong chất béo. Chúng cần có môi trường giàu mỡ để được hấp thu và chuyển hóa trong cơ thể. Vì vậy, việc tiêu thụ rau củ như cà chua hoặc hành với một lượng mỡ sẽ giúp cơ thể hấp thụ tối đa các vitamin này.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 36 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Khi ăn cà chua hoặc hành chưng trong mỡ, cơ thể người có thể hấp thụ được một số loại vitamin, chủ yếu là vitamin A, vitamin D, vitamin E, và vitamin K. Điều này là do một số vitamin cần có sự hỗ trợ của chất béo (mỡ) để được cơ thể hấp thụ hiệu quả hơn. Dưới đây là giải thích chi tiết:
Vitamin A (Beta-caroten):
Cà chua chứa một lượng lớn beta-caroten, tiền chất của vitamin A. Vitamin A là một vitamin tan trong dầu, vì vậy khi ăn cà chua với mỡ, cơ thể có thể dễ dàng hấp thụ và chuyển đổi beta-caroten thành vitamin A. Vitamin A rất quan trọng cho thị lực, sức khỏe da và hệ miễn dịch.
Vitamin E:
Vitamin E là một vitamin tan trong chất béo và có tính chất chống oxy hóa mạnh mẽ. Hành, khi được nấu trong mỡ, giúp giải phóng và tăng cường khả năng hấp thụ vitamin E. Vitamin E giúp bảo vệ tế bào khỏi sự tổn thương do gốc tự do và duy trì sức khỏe tim mạch.
Vitamin D:
Mặc dù hành và cà chua không chứa nhiều vitamin D, nhưng mỡ trong quá trình nấu ăn (nhất là mỡ động vật) có thể hỗ trợ hấp thụ vitamin D từ các thực phẩm khác trong bữa ăn. Vitamin D quan trọng trong việc giúp cơ thể hấp thụ canxi và duy trì sức khỏe xương.
Vitamin K:
Vitamin K là một vitamin tan trong dầu và có vai trò quan trọng trong quá trình đông máu và sức khỏe xương. Khi ăn các thực phẩm chứa vitamin K (ví dụ, rau xanh hoặc hành nấu với mỡ), sự hiện diện của mỡ giúp cơ thể hấp thụ vitamin này tốt hơn.
Tóm lại:
Chất béo (mỡ) giúp cơ thể hấp thụ tốt hơn các vitamin tan trong dầu như vitamin A, D, E, và K. Khi ăn cà chua và hành chưng trong mỡ, các vitamin này sẽ được cơ thể hấp thụ hiệu quả hơn, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 36 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Protein có những chức năng rất đa dạng, bao gồm:
Xúc tác các phản ứng sinh hóa (enzym).
Cung cấp cấu trúc cho tế bào và mô.
Vận chuyển các chất trong cơ thể.
Tham gia vào cơ chế miễn dịch.
Điều hòa các hoạt động sinh lý.
Cấu trúc ba chiều của protein, từ cấu trúc bậc một đến bậc bốn, giúp protein thực hiện các chức năng này một cách chính xác và hiệu quả.
Dừng lại và suy ngẫm 3 trang 36 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Bậc cấu trúc nào đảm bảo protein có được chức năng sinh học? Các liên kết yếu trong phân tử protein có liên quan gì đến chức năng sinh học của nó?
Protein là một phân tử sinh học quan trọng và đa dạng, có khả năng thực hiện rất nhiều chức năng trong cơ thể. Để thực hiện những chức năng này, protein cần phải có cấu trúc đặc biệt và chính xác. Cấu trúc của protein được tổ chức qua nhiều bậc khác nhau, và mỗi bậc cấu trúc đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo protein có chức năng sinh học đúng đắn.
1. Các bậc cấu trúc của protein
Protein có bốn bậc cấu trúc cơ bản:
Cấu trúc bậc một (cấu trúc chuỗi polypeptide): Đây là dãy dài các amino acid liên kết với nhau bằng liên kết peptide. Mỗi protein có một chuỗi amino acid đặc trưng, và chuỗi này quyết định thông tin di truyền của protein. Cấu trúc bậc một là cơ sở của toàn bộ các bậc cấu trúc còn lại, vì nó xác định thứ tự của các amino acid, từ đó ảnh hưởng đến các cấu trúc ba chiều và chức năng của protein.
Cấu trúc bậc hai (cấu trúc cuộn xoắn α và phiến β): Cấu trúc này là sự sắp xếp của chuỗi polypeptide thành các dạng có tổ chức nhờ vào các liên kết hydrogen giữa các nhóm amino và carboxyl trong chuỗi. Cấu trúc cuộn xoắn α và phiến β là những hình thức phổ biến của cấu trúc bậc hai. Các cấu trúc này tạo ra hình dáng không gian của protein, có ảnh hưởng lớn đến cách protein thực hiện chức năng của mình.
Cấu trúc bậc ba (cấu trúc không gian ba chiều): Cấu trúc này là hình dáng ba chiều của protein, do sự gập lại của chuỗi polypeptide, tạo ra các vùng có tính đặc hiệu trong không gian. Cấu trúc bậc ba được duy trì nhờ vào các liên kết yếu (liên kết hydro, liên kết ion, liên kết disulfide) và các tương tác giữa các nhóm R của các amino acid. Đây là cấu trúc quan trọng nhất vì nó xác định vị trí và hình dạng của các vị trí hoạt động (chức năng sinh học) của protein.
Cấu trúc bậc bốn (cấu trúc của các đơn vị protein nhiều chuỗi): Không phải tất cả các protein đều có cấu trúc bậc bốn, nhưng với những protein có nhiều chuỗi polypeptide (hay còn gọi là các tiểu đơn vị), cấu trúc bậc bốn mô tả cách các tiểu đơn vị này sắp xếp với nhau để tạo thành một protein hoàn chỉnh. Các tiểu đơn vị này có thể làm việc với nhau hoặc tương tác theo cách đặc biệt để thực hiện chức năng sinh học chung.
2. Bậc cấu trúc quyết định chức năng sinh học của protein
Chức năng sinh học của một protein phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc bậc ba của nó. Cấu trúc này tạo ra một hình dạng không gian cụ thể, trong đó các vị trí hoạt động của protein như các trung tâm gắn kết với các phân tử khác (ví dụ: các enzyme gắn kết với chất nền trong các phản ứng sinh hóa) được hình thành. Chính sự sắp xếp của các amino acid trong không gian ba chiều giúp protein có thể nhận diện và tương tác với các phân tử khác, thực hiện chức năng như xúc tác phản ứng, vận chuyển, bảo vệ cơ thể (miễn dịch), hoặc cấu tạo (ví dụ, collagen trong mô liên kết).
Vì vậy, bất kỳ sự thay đổi nào trong cấu trúc bậc ba (do đột biến gene hoặc các yếu tố môi trường) đều có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng của protein, gây ra các bệnh lý hoặc làm protein không hoạt động như bình thường.
3. Vai trò của các liên kết yếu trong cấu trúc protein
Các liên kết yếu trong phân tử protein, như liên kết hydrogen, liên kết ion, và liên kết disulfide, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc ba chiều của protein. Những liên kết này không mạnh mẽ như liên kết peptide giữa các amino acid, nhưng chúng giúp protein duy trì hình dạng ba chiều của mình, từ đó thực hiện chức năng sinh học hiệu quả. Các liên kết yếu này có khả năng linh hoạt, cho phép protein có thể thay đổi hình dạng khi cần thiết trong quá trình thực hiện chức năng.
Liên kết hydrogen: Giúp giữ các chuỗi polypeptide trong protein ổn định nhưng vẫn linh hoạt. Liên kết này tạo ra các vùng bền vững trong cấu trúc protein nhưng vẫn cho phép một số chuyển động, điều này rất quan trọng trong việc thực hiện chức năng của enzyme hay protein receptor.
Liên kết ion: Các nhóm mang điện tích tích cực và tiêu cực trên các amino acid có thể tương tác với nhau qua liên kết ion. Những liên kết này giúp duy trì cấu trúc của protein và có thể thay đổi khi có sự thay đổi về pH hoặc nồng độ ion trong môi trường.
Liên kết disulfide: Đây là liên kết mạnh nhất trong số các liên kết yếu và đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của cấu trúc protein, đặc biệt là trong các protein có cấu trúc ba chiều phức tạp. Liên kết disulfide tạo ra các cầu nối giữa các chuỗi polypeptide, giúp protein duy trì hình dạng ổn định, đặc biệt quan trọng trong các protein như insulin.
4. Liên kết yếu và chức năng sinh học của protein
Liên kết yếu không chỉ có tác dụng duy trì cấu trúc mà còn hỗ trợ protein trong việc thực hiện chức năng của nó. Một số chức năng sinh học của protein yêu cầu chúng có khả năng thay đổi hình dạng khi tương tác với các phân tử khác. Ví dụ, enzyme cần có khả năng thay đổi hình dạng khi liên kết với chất nền trong quá trình xúc tác phản ứng. Các liên kết yếu trong cấu trúc protein cho phép chúng có khả năng này.
Ngoài ra, trong các protein như hormone hoặc protein nhận diện, khả năng liên kết và tương tác với các phân tử khác cũng được điều hòa qua những liên kết yếu. Sự linh hoạt của protein trong việc thay đổi hình dạng là rất quan trọng trong các phản ứng sinh hóa và trong các quá trình truyền tín hiệu.
Kết luận
Chức năng sinh học của protein phụ thuộc chặt chẽ vào cấu trúc của nó, đặc biệt là cấu trúc bậc ba. Cấu trúc ba chiều này được duy trì nhờ vào các liên kết yếu như liên kết hydrogen, liên kết ion và liên kết disulfide. Những liên kết này không chỉ giúp duy trì ổn định cấu trúc của protein mà còn cho phép protein thực hiện các chức năng sinh học quan trọng như xúc tác các phản ứng sinh hóa, vận chuyển, bảo vệ, và điều hòa các quá trình sinh lý trong cơ thể. Sự linh hoạt và khả năng thay đổi hình dạng của protein là yếu tố quyết định giúp protein thực hiện các chức năng này một cách hiệu quả.
Dừng lại và suy ngẫm 4 trang 36 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Chúng ta nên bổ sung protein cho cơ thể từ nhiều loại thức ăn khác nhau, thay vì chỉ ăn một vài loại thức ăn, dù chúng có bổ dưỡng, vì một số lý do quan trọng:
1. Đảm bảo đủ các axit amin thiết yếu:
Protein là một chuỗi các axit amin, trong đó có 9 axit amin thiết yếu mà cơ thể không thể tự tổng hợp được và phải nhận từ thực phẩm. Mỗi nguồn protein thực phẩm có một thành phần axit amin khác nhau. Ví dụ:
Protein động vật (thịt, cá, trứng, sữa) thường chứa đầy đủ các axit amin thiết yếu.
Protein thực vật (đậu, hạt, ngũ cốc) có thể thiếu một số axit amin nhất định.
Nếu chỉ ăn một loại thức ăn, bạn có thể thiếu một số axit amin thiết yếu, dẫn đến thiếu hụt dinh dưỡng và ảnh hưởng đến sức khỏe.
2. Tăng cường hấp thụ các dưỡng chất khác:
Các loại thức ăn khác nhau không chỉ cung cấp protein mà còn chứa các vitamin, khoáng chất, và chất xơ. Ví dụ:
Thịt và cá cung cấp vitamin B12, sắt heme (dễ hấp thụ).
Rau xanh và ngũ cốc cung cấp vitamin A, C, K, và chất xơ.
Khi ăn đa dạng thực phẩm, cơ thể được bổ sung đầy đủ các dưỡng chất khác nhau, giúp duy trì sự cân bằng dinh dưỡng và hỗ trợ các chức năng cơ thể.
3. Hạn chế nguy cơ thiếu hụt dinh dưỡng:
Nếu chỉ ăn một vài loại thực phẩm, dù chúng bổ dưỡng, bạn có thể thiếu hụt các dưỡng chất khác không có trong các thực phẩm đó. Ví dụ, nếu chỉ ăn thịt động vật, cơ thể có thể thiếu chất xơ và một số vitamin mà rau củ quả cung cấp.
4. Cải thiện khả năng tiêu hóa và hấp thụ:
Các loại thực phẩm khác nhau có sự kết hợp của các loại chất béo, chất xơ, và các enzyme tiêu hóa giúp cải thiện khả năng tiêu hóa và hấp thụ protein. Ăn nhiều loại thực phẩm cũng giúp cơ thể tiêu hóa dễ dàng hơn và tránh tình trạng thiếu hụt dưỡng chất.
5. Đảm bảo sự đa dạng trong chế độ ăn uống:
Việc ăn đa dạng thực phẩm không chỉ giúp cơ thể nhận được đầy đủ protein mà còn đảm bảo một chế độ ăn uống phong phú và thú vị, tránh cảm giác chán ăn và không đủ động lực duy trì thói quen ăn uống lành mạnh.
Tóm lại:
Bổ sung protein từ nhiều nguồn thực phẩm khác nhau giúp đảm bảo cơ thể nhận đủ tất cả các axit amin thiết yếu, cung cấp các dưỡng chất bổ sung, giảm thiểu nguy cơ thiếu hụt dinh dưỡng và cải thiện sức khỏe tổng thể. Việc ăn đa dạng thực phẩm là một phần quan trọng trong chế độ ăn uống lành mạnh và cân đối.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 37 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Quan sát hình 5.10, nêu và giải thích các đặc điểm cấu trúc khiến DNA đảm nhận được chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
Hình 5.10 mô tả cấu trúc phân tử DNA và các thành phần cấu tạo của nó. Dựa vào hình này, chúng ta có thể giải thích các đặc điểm cấu trúc của DNA khiến nó có thể đảm nhận chức năng mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền.
1. Cấu trúc xoắn kép của DNA
DNA có cấu trúc xoắn kép, gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn lại với nhau theo chiều xoắn phải. Mỗi chuỗi này được cấu tạo từ các nucleotide nối với nhau bằng liên kết phosphodiester, trong đó mỗi nucleotide bao gồm một nhóm phosphate, một đường deoxyribose (đường 5-carbon), và một base nitơ (adenine, thymine, cytosine, guanine). Các nhóm phosphate và đường liên kết với nhau để tạo thành "xương sống" của DNA, trong khi các base nitơ của mỗi chuỗi tạo thành các cặp base liên kết với nhau qua các liên kết hydro.
2. Cặp base nitơ đặc trưng và quy tắc bổ sung
Các base nitơ trong DNA có sự bổ sung đặc biệt:
Adenine (A) liên kết với Thymine (T) bằng hai liên kết hydro.
Guanine (G) liên kết với Cytosine (C) bằng ba liên kết hydro.
Quy tắc bổ sung này giúp DNA duy trì tính ổn định trong quá trình sao chép và đảm bảo rằng thông tin di truyền được truyền đạt chính xác từ thế hệ này sang thế hệ khác. Mỗi chuỗi của DNA mang thông tin di truyền, và các cặp base bổ sung đảm bảo rằng một chuỗi có thể được sử dụng để tổng hợp chuỗi còn lại trong quá trình sao chép DNA.
3. Khả năng bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền
Cấu trúc phân tử DNA đảm bảo rằng thông tin di truyền có thể được bảo quản và truyền đạt một cách chính xác:
Mang thông tin di truyền: Các chuỗi poly-nucleotide trong DNA chứa thông tin di truyền dưới dạng mã di truyền (mã di truyền là sự sắp xếp của các base nitrogen). Mỗi nhóm ba base (codon) mã hóa cho một amino acid cụ thể, tạo thành chuỗi protein trong quá trình dịch mã.
Bảo quản thông tin di truyền: Cấu trúc xoắn kép của DNA có tác dụng bảo vệ mã di truyền khỏi các tổn thương vật lý và hóa học. Đồng thời, cấu trúc này cũng giúp các phân tử DNA giữ được sự ổn định trong suốt thời gian dài.
Truyền đạt thông tin di truyền: Khi tế bào phân chia, DNA có thể sao chép chính xác thông tin di truyền nhờ cơ chế sao chép phân tử DNA. Quy tắc bổ sung giữa các base nitơ (A với T và G với C) đảm bảo rằng mỗi chuỗi con mới được tổng hợp chính xác, từ đó giữ nguyên thông tin di truyền.
4. Các liên kết hóa học và vai trò của chúng trong cấu trúc DNA
Liên kết phosphodiester: Các liên kết này giữa nhóm phosphate và đường giúp ổn định cấu trúc chuỗi polynucleotide của DNA. Chúng giữ các nucleotide ở đúng vị trí, duy trì sự liên kết giữa các phần tử cấu trúc của DNA.
Liên kết hydro giữa các base nitơ: Liên kết hydro giữa các base nitrogen giúp hai chuỗi của DNA gắn kết với nhau, tạo thành cấu trúc xoắn kép, nhưng chúng cũng đủ yếu để có thể tách rời trong quá trình sao chép hoặc dịch mã. Sự tách và gắn lại này là rất quan trọng trong việc truyền đạt và sao chép thông tin di truyền.
5. Khả năng sao chép và sửa chữa của DNA
Cấu trúc của DNA cho phép nó sao chép một cách chính xác trong quá trình phân chia tế bào. Các enzyme như DNA polymerase sẽ đảm nhận việc sao chép từng chuỗi của DNA, sử dụng quy tắc bổ sung giữa các base để tạo ra chuỗi mới. Ngoài ra, cơ chế sửa chữa DNA giúp phát hiện và sửa chữa các lỗi phát sinh trong quá trình sao chép, đảm bảo rằng thông tin di truyền được bảo tồn chính xác qua các thế hệ tế bào.
Kết luận
Cấu trúc xoắn kép của DNA, các liên kết hóa học giữa các nucleotide và các quy tắc bổ sung giữa các base nitơ là những yếu tố quyết định giúp DNA mang, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền. Mỗi phần của DNA từ các chuỗi polynucleotide, các base nitơ, đến các liên kết hóa học đều có chức năng đặc biệt trong việc đảm bảo thông tin di truyền được duy trì chính xác và hiệu quả qua nhiều thế hệ.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 37 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Những thông số nào về DNA là đặc trưng cho mỗi loài?
Những thông số về DNA đặc trưng cho mỗi loài bao gồm:
1. Cấu trúc bộ gen (Genome):
Số lượng nhiễm sắc thể: Mỗi loài có số lượng nhiễm sắc thể khác nhau trong tế bào. Ví dụ, con người có 46 nhiễm sắc thể (23 cặp), trong khi một số loài động vật như chuột có 40 nhiễm sắc thể.
Kích thước bộ gen: Kích thước bộ gen, tính bằng số lượng cặp base (base pairs, bp), cũng là một đặc trưng của loài. Ví dụ, bộ gen người có khoảng 3 tỷ cặp base, trong khi các loài khác có kích thước bộ gen khác nhau.
2. Trình tự DNA:
Trình tự các nucleotit: Trình tự của các nucleotit (adenine - A, thymine - T, cytosine - C, guanine - G) trong DNA quyết định thông tin di truyền. Mỗi loài có một trình tự DNA riêng biệt, quy định các đặc điểm di truyền của loài đó. Trình tự này là đặc trưng duy nhất của mỗi loài và quyết định sự khác biệt giữa các loài.
3. Gene:
Sự sắp xếp và số lượng gene: Mỗi loài có số lượng và sự sắp xếp gene khác nhau trên các nhiễm sắc thể của mình. Gene là các đoạn DNA mang mã di truyền cho các protein hoặc RNA. Số lượng và sự phân bố của các gene này là đặc trưng cho từng loài.
Mã di truyền: Cách mà các gene của mỗi loài mã hóa cho các protein có thể khác nhau. Mặc dù mã di truyền (codon) là chung cho tất cả các loài (theo nguyên lý của mã di truyền chung), nhưng cách gene được điều hòa và biểu hiện lại có sự khác biệt.
4. Karyotype (Hình thái nhiễm sắc thể):
Hình thái và cấu trúc nhiễm sắc thể: Karyotype là sự sắp xếp và đặc trưng của các nhiễm sắc thể trong tế bào của một loài. Các nhiễm sắc thể có thể khác nhau về hình dạng, kích thước và sự phân bố của các đoạn telomere và centromere. Đây là yếu tố đặc trưng của mỗi loài.
5. DNA không mã hóa (Non-coding DNA):
Vùng promoter và enhancer: Những vùng điều hòa không mã hóa trong DNA (như promoter, enhancer, và các vùng điều hòa khác) cũng là đặc trưng của mỗi loài. Chúng kiểm soát mức độ biểu hiện của gene và có sự khác biệt giữa các loài.
6. Methylation và các sửa đổi hóa học của DNA:
Sự methyl hóa DNA: Quá trình methyl hóa DNA có thể khác nhau ở mỗi loài và ảnh hưởng đến cách thức hoạt động của gene. Methyl hóa là một sửa đổi hóa học của DNA có thể ảnh hưởng đến biểu hiện gene mà không thay đổi trình tự gien.
Tóm lại:
Các thông số đặc trưng về DNA của mỗi loài bao gồm số lượng và cấu trúc nhiễm sắc thể, kích thước bộ gen, trình tự DNA, sự phân bố và sắp xếp của gene, karyotype, và các đặc điểm liên quan đến điều hòa và sửa đổi hóa học của DNA. Những yếu tố này tạo nên sự đa dạng di truyền giữa các loài và là cơ sở cho sự phát triển và đặc trưng sinh học của từng loài.
Dừng lại và suy ngẫm 1 trang 39 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Dựa vào hình trong mục II. 4b của sách Sinh học 10, chúng ta có thể phân biệt ba loại RNA chính: mRNA (RNA thông tin), tRNA (RNA vận chuyển) và rRNA (RNA ribosom), dựa trên cấu trúc và chức năng của chúng. Dưới đây là sự phân biệt chi tiết giữa các loại RNA:
1. Cấu trúc của các loại RNA
mRNA (RNA thông tin):
Cấu trúc: mRNA có cấu trúc một chuỗi đơn, mạch thẳng, được tổng hợp từ DNA qua quá trình phiên mã (transcription). Mỗi mRNA có một chuỗi nucleotide với các base nitrogen gồm adenine (A), guanine (G), cytosine (C), và uracil (U), thay vì thymine (T) như trong DNA. mRNA có chiều dài khác nhau, phụ thuộc vào gen mà nó mã hóa.
Chức năng: mRNA mang thông tin di truyền từ DNA trong nhân tế bào ra ngoài tế bào chất, nơi nó được sử dụng làm khuôn mẫu cho quá trình tổng hợp protein tại ribosome. mRNA chứa thông tin mã hóa các axit amin trong chuỗi polypeptide của protein.
tRNA (RNA vận chuyển):
Cấu trúc: tRNA có cấu trúc hình ba lá (cloverleaf), với một đầu có bộ ba anticodon có thể liên kết với codon trên mRNA, và một đầu khác gắn với một axit amin cụ thể. Cấu trúc này giúp tRNA nhận diện và vận chuyển các axit amin đến ribosome trong quá trình dịch mã.
Chức năng: tRNA có nhiệm vụ vận chuyển các axit amin đến ribosome trong quá trình dịch mã. Mỗi tRNA tương ứng với một loại axit amin và có một anticodon đặc trưng để liên kết với codon tương ứng trên mRNA.
rRNA (RNA ribosom):
Cấu trúc: rRNA là thành phần chính của ribosome, có thể kết hợp với protein để tạo thành ribosome. rRNA không có cấu trúc đơn giản như mRNA hay tRNA mà thay vào đó, nó là một phần của cấu trúc lớn và phức tạp của ribosome. rRNA có vai trò quan trọng trong việc ổn định cấu trúc ribosome và hỗ trợ các phản ứng hóa học trong quá trình tổng hợp protein.
Chức năng: rRNA tham gia vào quá trình tổng hợp protein. Nó là thành phần cấu tạo chính của ribosome, nơi mà quá trình dịch mã (chuyển đổi thông tin từ mRNA thành protein) diễn ra. rRNA giúp liên kết các phân tử mRNA và tRNA, đảm bảo sự chính xác trong việc gắn kết các axit amin và tạo thành chuỗi polypeptide.
2. Chức năng của các loại RNA
mRNA (RNA thông tin): Chức năng của mRNA là mang thông tin di truyền từ DNA ra ngoài tế bào chất để tổng hợp protein. mRNA là bản sao của một đoạn gen trong DNA và chứa thông tin mã hóa cho chuỗi axit amin của protein.
tRNA (RNA vận chuyển): tRNA vận chuyển các axit amin đến ribosome trong quá trình dịch mã. Mỗi tRNA mang một loại axit amin nhất định và có anticodon tương ứng để nhận diện codon trên mRNA. Tại ribosome, tRNA giúp ghép nối các axit amin theo đúng thứ tự do mRNA quy định.
rRNA (RNA ribosom): rRNA có vai trò chủ yếu trong việc cấu tạo ribosome, nơi diễn ra quá trình dịch mã. Ribosome là nơi mRNA được đọc và các axit amin được nối với nhau thành chuỗi protein. rRNA hỗ trợ quá trình tổng hợp protein bằng cách ổn định cấu trúc ribosome và tham gia vào các phản ứng hóa học cần thiết.
3. Sự tương tác giữa các loại RNA
Trong quá trình tổng hợp protein, mRNA, tRNA và rRNA hoạt động phối hợp với nhau:
mRNA cung cấp thông tin về trình tự axit amin cần thiết cho protein.
tRNA vận chuyển các axit amin đến ribosome.
rRNA là thành phần cấu trúc của ribosome, giúp hỗ trợ và thực hiện quá trình dịch mã.
4. Tóm tắt sự khác biệt và vai trò của các loại RNA
mRNA: Cấu trúc mạch đơn, chứa thông tin di truyền từ DNA, mang mã di truyền từ nhân ra tế bào chất, là khuôn mẫu cho tổng hợp protein.
tRNA: Cấu trúc ba lá, vận chuyển axit amin đến ribosome, giúp dịch mã chính xác mRNA thành protein.
rRNA: Cấu trúc là thành phần của ribosome, hỗ trợ dịch mã và giúp kết nối mRNA và tRNA trong quá trình tổng hợp protein.
Kết luận
Cấu trúc và chức năng của các loại RNA đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo sự chính xác và hiệu quả của quá trình tổng hợp protein. mRNA mang thông tin di truyền, tRNA vận chuyển axit amin, và rRNA tạo thành ribosome để thực hiện dịch mã. Sự tương tác giữa ba loại RNA này là cốt lõi trong quá trình hình thành các protein, yếu tố quan trọng trong mọi sinh vật.
Dừng lại và suy ngẫm 2 trang 39 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
DNA (deoxyribonucleic acid) và RNA (ribonucleic acid) đều là các phân tử axit nucleic quan trọng trong việc lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền, nhưng chúng có những sự khác biệt rõ rệt về cấu trúc. Dưới đây là sự so sánh chi tiết giữa DNA và RNA:
1. Đường (Sugar):
DNA: Đường trong DNA là deoxyribose, có một nhóm hydroxyl (-OH) ở vị trí 3' của chuỗi carbon, nhưng thiếu một nhóm hydroxyl ở vị trí 2' (do đó gọi là "deoxy" – thiếu oxy).
RNA: Đường trong RNA là ribose, có một nhóm hydroxyl (-OH) ở cả vị trí 2' và 3' của chuỗi carbon.
2. Cấu trúc chuỗi:
DNA: DNA có cấu trúc chuỗi đôi (double-stranded). Hai chuỗi đơn của DNA liên kết với nhau thông qua các liên kết hydro giữa các base nitơ trong chuỗi đối diện.
RNA: RNA có cấu trúc chuỗi đơn (single-stranded). Một chuỗi của RNA không liên kết với bất kỳ chuỗi nào khác, mặc dù RNA có thể gập lại thành các cấu trúc ba chiều tùy thuộc vào chức năng.
3. Các base nitơ:
DNA: Trong DNA, có bốn loại base nitơ:
Adenine (A) kết hợp với Thymine (T) bằng hai liên kết hydro.
Cytosine (C) kết hợp với Guanine (G) bằng ba liên kết hydro.
RNA: Trong RNA, Thymine (T) được thay thế bằng Uracil (U), tạo thành:
Adenine (A) kết hợp với Uracil (U).
Cytosine (C) kết hợp với Guanine (G).
4. Chức năng:
DNA: DNA lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền của tế bào. Nó chứa mã di truyền cần thiết để tạo ra các protein trong cơ thể và duy trì các chức năng sinh học.
RNA: RNA có vai trò truyền đạt thông tin từ DNA đến các ribosome để tổng hợp protein (mRNA). Ngoài mRNA, RNA còn có các loại khác như rRNA (ribosomal RNA) và tRNA (transfer RNA), giúp thực hiện quá trình dịch mã (translation) và tổng hợp protein.
5. Kích thước và ổn định:
DNA: DNA thường có kích thước lớn, dài, và rất ổn định. Cấu trúc chuỗi đôi giúp bảo vệ thông tin di truyền khỏi những tác động môi trường.
RNA: RNA có kích thước nhỏ hơn và không ổn định như DNA. Nó dễ dàng bị phân hủy trong tế bào, điều này là do chức năng của nó thường chỉ cần thiết trong một khoảng thời gian ngắn.
6. Sự tồn tại trong tế bào:
DNA: DNA chủ yếu tồn tại trong nhân tế bào (ở tế bào nhân thực) hoặc trong nucleoid (ở tế bào vi khuẩn).
RNA: RNA được tổng hợp trong nhân tế bào và sau đó di chuyển ra ngoài vào bào tương để tham gia vào quá trình tổng hợp protein.
Tóm lại:
DNA là phân tử chuỗi đôi, cấu trúc ổn định, chứa thông tin di truyền và sử dụng deoxyribose làm đường cùng với các base A, T, C, G.
RNA là phân tử chuỗi đơn, không ổn định, thực hiện chức năng truyền tải thông tin và tham gia vào tổng hợp protein, sử dụng ribose làm đường và thay thymine bằng uracil.
Sự khác biệt này giúp DNA và RNA thực hiện các chức năng sinh học khác nhau trong tế bào, đóng vai trò quan trọng trong di truyền và tổng hợp protein.
Luyện tập và vận dụng 1 trang 40 SGK Sinh học 10 Kết nối tri thức - KNTT
Khi 10 phân tử glucose (C₆H₁₂O₆) liên kết với nhau để tạo thành một phân tử đường phức (polysaccharide), chúng sẽ trải qua phản ứng ngưng tụ, trong đó mỗi liên kết glycosidic được hình thành giữa hai phân tử glucose sẽ loại bỏ một phân tử nước (H₂O). Do đó, số lượng nguyên tử trong phân tử polysaccharide sẽ giảm đi tương ứng với số phân tử nước bị loại bỏ.
Công thức cấu tạo của polysaccharide:
Số phân tử glucose: 10
Số phân tử nước bị loại bỏ: 9 (vì mỗi liên kết glycosidic loại bỏ một phân tử nước)
Công thức phân tử của polysaccharide: C₆₀H₁₂₀O₁₁₀
Giải thích:
Glucose: Mỗi phân tử glucose có công thức phân tử C₆H₁₂O₆.
Liên kết glycosidic: Khi hai phân tử glucose liên kết với nhau qua liên kết glycosidic, một phân tử nước bị loại bỏ.
Tổng số nguyên tử:
C: 6 × 10 = 60
H: 12 × 10 = 120
O: 6 × 10 = 60; sau khi loại bỏ 9 phân tử nước (9 × 1 O và 9 × 1 H), còn lại 60 - 9 = 51 nguyên tử oxy.
Do đó, công thức phân tử của polysaccharide được tạo thành từ 10 phân tử glucose liên kết với nhau sẽ là C₆₀H₁₂₀O₁₁₀.
Lưu ý:
Công thức trên áp dụng cho polysaccharide không phân nhánh. Trong trường hợp polysaccharide phân nhánh, cấu trúc sẽ phức tạp hơn và có thể có các liên kết glycosidic bổ sung giữa các chuỗi con, nhưng nguyên tắc tính toán tổng số nguyên tử vẫn tương tự.
