GIÁO TRÌNH HÓA SINH 1 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Hóa sinh đƣợc biên soạn dựa trên tài liệu đƣợc tích lũy sau nhiều năm giảng dậy của các giảng viên Khoa Hóa – trƣờng Đại học bách khoa Đà Nẵng. Khi viết Giáo trình Hóa sinh tác giả đặt ra mục tiêu giúp cho sinh viên ngành Công nghệ sinh học tiếp cận các thuật ngữ và hiểu đƣợc các kiến thức hóa sinh. Từ đó, vận dụng kiến thức để tìm hiểu sâu xa các quá trình sống của sinh vật một cách có hệ thống từ cấp độ phân tử. Giáo trình Hóa sinh đƣợc biên soạn theo đề cƣơng chi tiết học phần Hóa Sinh trong Chƣơng trình đào tạo kĩ sƣ ngành ―Công nghệ sinh học‖ – Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng gồm 15 chƣơng với các nội dung chính là: - Phần I - ―Hóa sinh cấu trúc sinh chất‖ gồm 8 chƣơng nghiên cứu cấu trúc, tính chất và các chức năng của các sinh chất: cụ thể là mô tả cấu tạo và các chức năng của protein, gluxit, lipit, vitamin và axit nucleic. - Phần II ―Trao đổi chất và trao đổi năng lƣợng trong tế bào‖ có 7 chƣơng bao gồm các vấn đề về năng lƣợng sinh học và xúc tác sinh học, quá trình đồng hóa và dị hóa sinh chất, trao đổi năng lƣợng tích lũy. Xem xét chi tiết quá trình trao đổi protein, gluxit, lipit, vitamin, axit nucleic và mối liên quan giữa các quá trình trao đổi chất. Trong quá trình dị hóa của protein và các axit nucleic đặc biệt chú trọng đến các vấn đề liên quan tới sinh học phân tử - đó là quá trình vận chuyển thông tin di truyền. Đóng vai trò then chốt trong quá trình trao đổi chất của tế bào là các chất xúc tác sinh học – gọi là enzyme; trong mối quan hệ đó tác giả nhấn mạnh tới các khái niệm có tính nguyên lý nhƣ cấu trúc, động lực học, cơ chế xúc tác, ảnh hƣởng của các yếu tố vật lý và hóa học lên hoạt tính xúc tác và độ bền của enzyme. Khi làm sáng tỏ các câu hỏi đặt ra về năng lƣợng sinh học tác giả đặc biệt chú ý tới những vấn đề nhƣ các chức năng của màng sinh học, tích lũy dinh dƣỡng nhƣ thế nào để tổng hợp ATP (Adenosine triphosphat). Cũng trong mối liên quan này tác giả xem xét chức năng của enzyme xuyên màng tế bào nhƣ Na + , K + -ATPase, và các GIÁO TRÌNH HÓA SINH 2 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG protein xuyên màng có vai trò trong vận chuyển các chất từ dịch gian bào và trong dịch tế bào và các chất cặn bã theo chiều ngƣợc lại. - Phần III – ―Phần thực hành‖ nhằm tập dƣợt cho sinh viên các phân tích hóa sinh thông thƣờng nhƣ định lƣợng protein, định lƣợng các axit amin, định lƣợng gluxit, định lƣợng lipit, định lƣợng vitamin. Về xúc tác sinh học và trao đổi chất sinh viên sẽ làm quen với các thí nghiệm xác định hoạt độ enzyme và xác định sản phẩm trao đổi chất của gluxit, protein và lipit. Cuối mỗi chƣơng tác giả chú trọng đƣa ra các câu hỏi trọng tâm căn bản nhằm gợi ý và định hƣớng nghiên cứu cho sinh viên. Tác giả trân trọng cám ơn ông Giám đốc Nhà xuất bản giáo dục tại TP. Đà Nẵng đã tạo điều kiện giúp đỡ xuất bản cuốn sách này. Khi thu thập tài liệu để biên soạn sách Giáo trình ―Hóa sinh‖ tác giả sử dụng các công trình lao động của các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc trong lĩnh vực hóa sinh, nhƣ Lê Ngọc Tú, Hoàng Quang, Đỗ Đình Hồ, Nguyễn Xuân Thắng, Phạm Thị Chân Châu, Trần Thị Áng, Nguyễn Hữu Chấn, Mai Xuân Lƣơng, Trần Thị Xô, Đặng Minh Nhật, E.S. Severina, N.A. Jerebtsov, J. Koolman, K.H. Roehm, I.G. Serbac, Robert K. Munray, Tác giả sẽ rất biết ơn quý độc giả và đồng nghiệp vì những nhận xét chân thành và những ý kiến đóng góp có tính phản biện dựa trên các thành tựu nghiên cứu nhằm phát triển môn hóa sinh trong nƣớc và quốc tế để hoàn thiện cuốn sách trong lần xuất bản sau. TÁC GIẢ GIÁO TRÌNH HÓA SINH 3 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG MỞ ĐẦU Hóa sinh (từ tiếng Hy lạp bios – ―sống‖) – là khoa học nghiên cứu về thành phần hóa học, cấu tạo, tính chất lý hóa, chức năng sinh học của các chất trong cơ thể sinh vật và các quá trình chuyển hóa trong quá trình sống của chúng. Sự cần thiết của việc nghiên cứu thành phần hóa học, cấu trúc sinh chất của tế bào, cũng nhƣ những biến đổi hóa học trong cơ thể sinh vật đã đƣợc đặt ra từ rất lâu trong lịch sử phát triển khoa học và văn minh con ngƣời. Sự cần thiết đó nhằm đạt đƣợc các mục tiêu trong thực tế sản xuất nhƣ trong phát triển nông nghiệp, chế biến các sản phẩm nông sản ở quy mô công nghiệp, y học, và giải thích chiều hƣớng phát triển của tự nhiên. Ngày nay, vấn đề quan trọng đặt ra trong nghiên cứu hóa sinh cho các nhà khoa học là giải thích cơ chế sử dụng các phân tử sinh chất của tế bào chết để tổng hợp nên tế bào sống, mối quan hệ qua lại và sự duy trì trạng thái sống của những tế bào này. Từ định nghĩa hóa sinh rõ ràng rằng, nếu đứng trên quan điểm các phƣơng pháp nghiên cứu chúng ta có thể chia hóa sinh ra làm hai phần: tĩnh hóa sinh và động hóa sinh. Tĩnh hóa sinh nghiên cứu thành phần hóa học tế bào của cơ thể sống và nó gần với hóa hữu cơ. Động hóa sinh xem xét các quy luật chuyển hóa của sinh chất và sự chuyển hóa năng lƣợng trong các tế bào. Xét theo đặc điểm của đối tƣợng nghiên cứu, động hóa sinh gần với bộ môn sinh lý học tế bào. Nhƣng hai phần của hóa sinh có mối quan hệ mật thiết với nhau thể hiện ở chỗ: việc nghiên cứu cơ chế và các con đƣờng chuyển hóa sinh chất không thể thực hiện đƣợc nếu không có kiến thức chuyên sâu về tính chất, và những đặc điểm đặc trƣng của sinh chất. Xuất hiện giữa danh giới của bộ môn hóa hữu cơ và sinh lý học, nhƣng hóa sinh không thể trở thành bộ môn liên hợp của những bộ môn này. Mặc dù hóa sinh có rất nhiều cái chung so với hóa hữu cơ (đặc biệt nhƣ các phƣơng pháp ứng dụng để nghiên cứu các hợp chất tự nhiên), nhƣng các nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra trƣớc hóa sinh và hóa hữu cơ rất khác nhau. Nhiệm vụ của hóa hữu cơ là nghiên cứu cấu trúc, các tính chất của các hợp chất hóa học (công thức cấu tạo, GIÁO TRÌNH HÓA SINH 4 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG trật tự các liên kết và nguyên lý của sự tạo thành liên kết, đồng phân, cấu hình), các thông tin này thu đƣợc nhờ các phƣơng pháp đặc hiệu (các phân tích cấu tạo và hóa lập thể, các phƣơng pháp obital phân tử, tổng hợp, và mô hình hóa học). Nhiệm vụ của môn sinh lí học là nghiên cứu bản chất sinh lí học của các hiện tƣợng sinh học. Nhiệm vụ chính của môn hóa sinh là giải thích mối quan hệ mật thiết giữa cấu tạo sinh chất và các chức năng của chúng, sự trao đổi chất và trao đổi năng lƣợng trong tế bào sống, điều khiển và phối hợp các quá trình trao đổi chất và cơ chế vận chuyển thông tin di truyền ở cấp độ phân tử. Tĩnh hóa sinh có nhiệm vụ là sáng tỏ các đặc tính của sinh chất – sự phức tạp của chúng, các tổ chức phân tử, sự chuyển tiếp từ mức độ đơn giản đến phức tạp các hợp phần của tế bào. Tổ chức cấu trúc của tế bào sống có thể trình bày bằng sơ đồ sau (m - là khối lƣợng phân tử, Da – dalton hay đơn vị cacbon): Các chất vô cơ (m= 18-44) (H 2 O, N 2 , CO 2 , O 2 , P, S) ↓ Monomer (m=50-250) (các nucleotit, axit amin, monoxacarit, axit béo, glycerin) ↓ Các địa phân tử (m= 10 3 - 10 7 ) (các axit nucleic, protein, gluxit, lipit) ↓ Các đại phân tử phức tạp (m=10 3 -10 9 ) (Các nucleprotein, glycoprotein, lipoprotein) ↓ Các phức hợp trên phân tử (m=10 6 -10 10 ) (các ribosom, nội bào, màng sinh học, các hệ rút gọn) ↓ Các bào quan (m=10 11 -10 13 ) (nhân, các ti thể, lisosome) ↓ Tế bào (m=10 12 -10 15 ) Ở cấp độ đầu tiên tổ chức cấu tạo của tế bào đƣợc tạo nên từ các tiền chất có khối lƣợng phân tử nhỏ nhƣ: H 2 O, N 2 , CO 2 , O 2 , P, S. Từ những chất này tạo thành các phân tử sinh học (các monomer), các phân tử này tiếp tục cấu trúc nên các thành phần của tế bào sống với vai trò là các đơn vị cấu tạo hay đơn vị xây dựng. GIÁO TRÌNH HÓA SINH 5 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG Các monomer liên kết với nhau tạo thành các đại phân tử hay các polymer sinh học, có khối lƣợng phân tử lớn. Phần lớn các đại phân tử của tế bào tƣơng ứng với bốn nhóm hợp chất cơ bản: các axit nucleic, protein, polysaccharide, lipit. Phân tử của các polymer sinh học này có dạng mạch, các đơn vị cấu tạo trong các mạch này nối với nhau bằng các liên kết cộng hóa trị bền vững. Đơn vị cấu tạo của các axit nucleic là các nucleotid, trong thành phần của các nucleotid có năm loại kiềm gọi là base nitơ: adenin, guanin, urasin, timin và cystin; đơn vị cấu trúc của protein là 20 axit amin, của các polysaccharide là chuỗi các monosaccharide khác nhau. Mặc dù số lƣợng các đơn vị cấu trúc không lớn nhƣng nhờ vào trật tự sắp xếp, tỷ lệ và sự phối trí giữa các đơn vị cấu tạo nên mỗi loại đại phân tử đƣợc tạo nên từ số lƣợng lớn các hợp chất có tính chất khác nhau.Ví nhƣ, từ 20 axit amin có thể tạo nên khoảng 10 12 axit amin khác nhau, hay từ 5 nucleotit – tạo nên 10 16 dạng axit nucleic khác nhau. Đứng trên quan điểm nhằm phát triển các khái niệm về sự chuyển dịch vật chất từ tế bào chết vào tế bào sống (sự đổi mới tế bào) cần nhận xét rằng, các đại phân tử của các axit nucleic và protein có vai trò mang thông tin, bởi vì trật tự mặc định của chúng trong các đơn vị cấu tạo thể hiện tính đặc trƣng của bộ gen ứng với từng loài sinh vật. Ngƣợc lại, các hợp chất gluxit không mang thông tin bởi vì chúng đƣợc tạo nên từ một loại polymer lặp đi lặp lại. Một điều rõ ràng, các đại phân tử mang thông tin luôn có khả năng thể hiện tính đặc hiệu đặc trƣng thể hiện bằng các vai trò sinh học (ví dụ, khả năng xúc tác, khả năng sao chép). Các đại phân tử có khả năng liên kết với nhau tạo thành các đại phân tử phức tạp hơn (ví dụ, các nucleoprotein, lipoprotein, glycoprotein, glycolipit, ). Sự tƣơng tác giữa các đại phân tử quy định các mức dƣới cấu trúc của phân tử hay các phức chất (ví dụ, các loại màng, ribosome, các enzyme phức tạp, metabolone). Giai đoạn tổ chức tiếp theo – là các bào quan (ty thể, nhân, lục lạp, lysosome) thực hiện các chức năng chuyên biệt khác nhau trong từng tế bào xác định (ví dụ, GIÁO TRÌNH HÓA SINH 6 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG ty thể sản xuất năng lƣợng, lysosome thực hiện chức năng thoái hóa). Cuối cùng, từ các bào quan hợp thành tế bào hoàn chỉnh. Quá trình chuyển từ các phân tử sinh học đơn giản thành các cấu trúc sinh học phức tạp đƣợc thực hiện bởi các nguyên lý hóa lý theo cơ chế tự tổ chức. Nguyên lý căn bản của quá trình tự tổ chức là các tƣơng tác hóa học giữa các phân tử có trong thành phần vật chất sống. Liên kết cộng hóa trị có vai trò quan trọng nhất, loại liên kết này có trong tất cả các monomer đơn giản và các đại phân tử. Sự sắp xếp các đại phân tử trong không gian và sự tổ chức các mực dƣới cấu trúc (sub unit), các bào quan trong tế bào đƣợc thực hiện bằng lực của liên kết cộng hóa trị, liên kết hydro, ion, Van de vans. Liên kết cộng hóa trị tạo sự bền vững và ổn định cho các phân tử sinh học, còn các lực liên kết yếu hơn tạo ra các mức cấu trúc linh động và quy định động lực học của các cấu trúc sinh học. Hệ thống cấu trúc các bào quan của tế bào là sản phẩm của quá trình tiến hóa lâu dài của vật chất sống trên Trái Đất. Nhiệm vụ của động hóa sinh là nghiên cứu sự trao đổi chất hay sự chuyển hóa của tế bào. Trao đổi chất là tổng số các phản ứng hóa học diễn ra bên trong tế bào nhờ có dòng năng lƣợng và sự tham gia của các enzyme. Trao đổi chất có thể đƣợc chia thành hai phần chủ yếu: dị hoá (catabolism) và đồng hoá (anabolism). Đây là hai quá trình đối ngƣợc nhau nhƣng có liên quan chặc chẽ với nhau. Đồng hoá cung cấp nguồn nguyên vật liệu để xây dựng nên cơ thể sống, còn dị hoá cung cấp năng lƣợng để thực hiện toàn bộ các hoạt động sống nhƣ co cơ, vận chuyển các chất, tiêu hoá thức ăn Trong tế bào trao đổi chất và trao đổi năng lƣợng không tách rời nhau. Sự tổng hợp các chất của cơ thể là quá trình tiêu tốn nhiều năng lƣợng. Năng lƣợng phục vụ quá trình này đƣợc cơ thể tích lũy thông qua các chất dinh dƣỡng lấy từ môi trƣờng ngoài. Năng lƣợng tự do của các chất dinh dƣỡng đƣợc chuyển hóa thành năng lƣợng của tế bào ở dạng các hợp chất hóa học (ATP), khi phân giải GIÁO TRÌNH HÓA SINH 7 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG các liên kết của các hợp chất này năng lƣợng đƣợc giải phóng ra dƣới dạng nhiệt tỏa trở lại môi trƣờng và các dạng năng lƣợng không có lợi khác của tế bào. Theo quan điểm nhiệt động học có thể xem tế bào sống là một hệ mở, điều này không có nghĩa là tế bào nằm trong trạng thái cân bằng với môi trƣờng nhƣng với ý nghĩa – dòng vật chất và năng lƣợng liên tục chạy qua hệ, làm cho tế bào nằm ở trạng thái cân bằng động. Trạng thái cân bằng nhiệt động lực học (hệ kín của tế bào chết) và trạng thái động học không cân bằng (tế bào sống) giống nhau ở chỗ chúng bảo toàn tính chất của hệ theo thời gian. Cốt dễ của sự khác nhau ở chỗ khi hệ cân bằng nhiệt động học không xảy ra sự biến đổi năng lƣợng tự do (ΔG = 0), còn ở trạng thái động học không cân bằng năng lƣợng liên tục biến đổi với vận tốc cố định (ΔG = const). Sinh vật tích lũy năng lƣợng từ môi trƣờng xung quanh: thực vật – hấp thụ năng lƣợng lƣợng tử, động vật và vi sinh vật tích lũy năng lƣợng từ các hợp chất ít oxy hóa, nhƣng các hợp chất này bị oxy hóa mạnh trong quá trình hô hấp. Nhờ năng lƣợng này chúng xây dựng cấu trúc đặc trƣng của loài. Đặc trƣng của quá trình trao đổi chất trong tế bào là sự điều hòa vận tốc của các phản ứng hóa học xảy ra. Tế bào sống là hệ trao đổi chất tự điều hòa. Sự tích lũy các hợp chất trung gian (trao đổi chất) ở một lƣợng vƣợt quá mức tới hạn cho phép có vai trò nhƣ là tín hiệu có thể làm giảm tốc độ phản ứng tạo nên các chất đó. Các chất xúc tác sinh học đóng vai trò quan trọng trong điều hòa các quá trình trao đổi chất – gọi là các enzyme. Sự điều hòa trao đổi chất của tế bào có thể thực hiện bằng con đƣờng hoạt hóa hoặc bất hoạt tác dụng của enzyme, hoặc do sự thay đổi vận tốc tổng hợp nên các enzyme đó trong tế bào. Dấu hiệu đặc trƣng nhất của sinh vật sống là sự tái sản xuất và truyền thông tin di truyền, dấu hiệu này không có ở những sinh vật đã chết. Sự đa dạng của sinh giới đƣợc xác định bằng bộ gen, đƣợc mã hóa trong các axit nucleic. Tất cả thông tin di truyền đƣợc mã hóa trong ADN (axit deoxyribonucliec). Điểm đặc biệt của cấu trúc ADN là khả năng tự sao chép và sau đó chuyền thông tin từ thế hệ GIÁO TRÌNH HÓA SINH 8 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG này sang thế hệ khác. Trong quá trình sống của tế bào thông tin di truyền luôn đƣợc mã hóa trong ADN, đƣợc ARN vận chuyển trong ribosome, tại đây trật tự mã hóa các base nitơ tạo ra các cấu trúc protein tƣơng ứng đặc trƣng cho loài. Trong sinh giới vai trò thông tin của các axit nucleic đƣợc thực hiện một cách ổn định ở mức độ nghiêm ngặt. Hóa sinh bắt đầu phát triển nhƣ một ngành khoa học độc lập từ khoảng 100 năm trƣớc, đƣợc đánh dấu với các khám phá của các nhà khoa học về các quá trình xảy ra trong tế bào sống bằng các luận cứ khoa học chính xác dự trên cơ sở hóa học và vật lý. Thuật ngữ ―Hóa sinh‖ đƣợc nhà khoa học K. Neiberg đƣa ra vào năm 1903. Trong 50 năm trở lại đây hóa sinh không ngừng phát triển nhƣ một lĩnh vực khoa học lớn. Xuất hiện một số ngành hóa sinh nhƣ: hóa sinh con ngƣời, hóa sinh động vật, hóa sinh thực vật, enzyme học – khoa học về các chất xúc tác sinh học – hay enzyme, công nghệ gen, hóa sinh lâm sàng, và đang hình thành hóa sinh sinh thái. Một trong những thành tựu có tính nguyên tắc quan trọng trong sinh học phân tử là sự khám phá nguyên lý bổ sung và giúp giải thích đƣợc cấu trúc xoắn kép của ADN, xác định đƣợc cấu trúc bậc 3 của phần lớn protein, mô tả các quá trình trao đổi chất và trao đổi năng lƣợng trong tế bào từ đó tìm ra những nguyên tắc chung của việc hình các tổ chức vật chất sống. Đã chứng minh đƣợc dù sự đa dạng của sinh vật từ vi khuẩn tới con ngƣời nhƣng có nhiều điểm giống nhau ở cấp độ phân tử. Trong quá trình tổng hợp các đại phân tử những sinh vật này sử dụng cùng một sinh chất giống nhau. Con đƣờng dự trữ, bảo toàn và sử dụng năng lƣợng trong quá trình trao đổi chất của tế bào đều theo một nguyên lý chung, sự truyền thông tin của bộ gen từ ADN đến ARN và sau đó tới protein cũng theo nguyên lý chung đó. Hiện nay ngƣời ta đã tiến hành nhiều công trình nghiên cứu về cơ chế ―chƣơng trình cái chết của tế bào‖. Hiện tƣợng tế bào tự hủy diệt đã đƣợc lập trình sẵn, có tên khoa học apoptosis. Nếu cơ chế chết của tế bào gặp trục trặc sẽ dẫn đến những căn bệnh hiểm nghèo nhƣ ung thƣ hay những rối loạn gây suy thoái hệ thần kinh trong bệnh Parkinson và các bệnh tự miễn nhƣ lupus. Những nghiên cứu đã khẳng định quy trình sinh vật học phức tạp của tế bào sẽ do GIÁO TRÌNH HÓA SINH 9 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG proteasome, một cỗ máy tế bào phức tạp kiểm soát. Proteasome duy trì sự cân bằng của các protein trong một tế bào đồng thời tiêu diệt những protein không còn cần thiết. Nhƣ vậy, sự phát triển và sự chết đi của sinh vật đƣợc kiểm soát bởi hệ thống điều tiết của tế bào. Hóa sinh có vai trò to lớn trong công nghệ thực phẩm, phát triển y học và dƣợc phẩm. Bệnh tật của con ngƣời sinh ra liên quan mật thiết với quá trình trao đổi chất, mối liên quan này cũng là cơ sở khoa học quan trọng để giải thích nguyên nhân và các định hƣớng điều trị bệnh tật đó. Việc chuẩn đoán và điều trị nhiều bệnh đƣợc chứng minh là dựa trên những thành tựu của hóa sinh, ngoài ra những thành tựu này còn cung cấp một số hiểu biết về cơ chế phân tử của sự phát triển các quá trình bệnh lý. Nhƣ vậy, việc nghiên cứu tỉ mỉ các mặt của quá trình trao đổi chất là một trong những nhiệm vụ có tính thời sự trong tiến trình khám phá bản chất sự sống, có giá trị ứng dụng trong y học, chăn nuôi, trồng trọt, công nghệ sinh học và công nghiệp chế biến nông sản. Mục đích phát triển nông nghiệp trồng trọt là thu nhận các hợp chất hóa học xác định nhƣ protein, lipit, tinh bột, đƣờng, các vitamin để sử dụng làm thức ăn cho con ngƣời hoặc làm nguyên liệu phục vụ công nghiệp chế biến. Để điều khiển đƣợc sự phát triển và tăng trƣởng của cây trồng nhằm thu hồi các hợp chất đó cần nghiên cứu sâu con đƣờng sinh tổng hợp và các yếu tố ảnh hƣởng lên quá trình đó. Ví dụ, cần đặc biệt chú trọng nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố khác nhau lên sự tổng hợp và chất lƣợng sinh học protein của đại mạch, sự tổng hợp đƣờng trong củ cải đỏ, tinh bột trong khoai tây, lipit trong hạt hƣớng dƣơng, hay tăng sản lƣợng chăn nuôi gia súc. Để đạt đƣợc các mục tiêu trong nghiên cứu Hóa sinh ở Việt Nam hiện nay nhiều Bộ môn hóa sinh đã đƣợc thành lập trong các Viện Công nghệ sinh học, các Trƣờng đại học Y – dƣợc, các trƣờng đại học nông nghiệp và các trƣờng kỹ thuật trong cả nƣớc. Tại các bộ môn hóa sinh nhiều vấn đề cốt lõi của hóa sinh đƣợc nghiên cứu và giảng dậy nhƣ mối quan hệ giữa cấu trúc phân tử sinh chất, các GIÁO TRÌNH HÓA SINH 10 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG bào quan với chức năng sinh học của chúng, nghiên cứu và phát triển cơ chế xúc tác của enzyme và vai trò của chúng trong trao đổi chất và trao đổi năng lƣợng. Các vấn đề về di truyền phân tử, vận chuyển thông tin, kỹ thuật gen, năng lƣợng tế bào cũng đƣợc chú trọng nghiên cứu. Đặc biệt phát triển một số vấn đề nghiên cứu có tính thời sự trong y sinh và hóa sinh các vấn đề sinh thái, môi trƣờng. [...]...GIÁO TRÌNH HÓA SINH PHẦN I – HÓA SINH CẤU TRÖC SINH CHẤT 11 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS BÙI XUÂN ĐÔNG GIÁO TRÌNH HÓA SINH CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VỀ HÓA SINH 1.1 ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP, LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CỦA HÓA SINH 1.1.1 Định nghĩa: Hóa sinh là môn học nghiên cứu về thành phần hóa học, cấu tạo và tính chất lí hóa, chức năng sinh học của các chất trong cơ thể và các quá trình chuyển hóa của... dùng cho ngƣời 1.2 SỰ LIÊN QUAN GIỮA HÓA SINH VỚI CÁC NGHÀNH KHOA HỌC KHÁC Hóa sinh là nền tảng của các môn sinh học thực nghiệm nhƣ Công nghệ sinh học, Di truyền học, Sinh lí học thực vật, Sinh lí học động vật, Vi sinh học, Sinh học phân tử Ngoài ra, Hóa sinh còn trang bị kiến thức cơ sở cho những ai làm việc trong các lĩnh vực y, dƣợc, nông lâm nghiệp, công nghiệp thực phẩm.v.v Trong lĩnh vực công nghệ. .. sinh lí, bệnh lí khác nhau hoặc dƣới tác dụng của các yếu tố môi trƣờng (chất độc hóa học, bức xạ siêu cao tần v.v .) 19 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS BÙI XUÂN ĐÔNG GIÁO TRÌNH HÓA SINH Áp dụng, cải tiến, xây dựng các phương pháp kĩ thuật hóa sinh hiện đại, đơn giản, nhanh, phục vụ cho công tác xét nghiệm hóa sinh để phòng và chữa trị bệnh kịp thời cũng nhƣ nghiên cứu cơ bản 20 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC... vật lí, hóa phân tích Sự xâm nhập của hóa học vào sinh học với nhiều công trình nhƣ: tổng hợp chất hữu cơ urê (Waller 182 8), bản chất của sự thở (Lavoisier 179 4), vai trò của diệp lục trong quang hợp (Timirazep 1843 – 192 0), đặc biệt là các công trình về chất xúc tác sinh học enzyme (Kirchhoff, Pasteur, Buchner), các công trình về vitamin (Lunin và Funk), các công trình về tiêu hóa (Paplov) cùng với... những năm qua là nhờ hóa sinh 15 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS BÙI XUÂN ĐÔNG GIÁO TRÌNH HÓA SINH Trong y học, hóa sinh đã đóng góp phần lớn trong việc bảo vệ và không ngừng nâng cao sức khỏe của con ngƣời để thanh toán bệnh tật Công tác phòng và chữa bệnh muốn có kết quả phải chuẩn đoán, theo dõi bệnh tật chính xác, kịp thời nhờ sử dụng tốt công cụ hóa sinh lâm sàng Hóa sinh giúp cho con ngƣời hiểu biết... hóa các quá trình sống, thực hiện các quá trình sống ở quy mô công nghiệp, tạo ra ngày càng nhiều các chế phẩm sinh học, 12 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS BÙI XUÂN ĐÔNG GIÁO TRÌNH HÓA SINH các sản phẩm có giá trị để dùng trong y học, nông nghiệp, công nghiệp Hóa sinh góp phần giải quyết các vấn đề quan trọng của trồng trọt, chăn nuôi và y học 1.1.4 Lịch sử nghiên cứu: Các nghiên cứu hóa sinh đã bắt... chúng trên cơ thể sống Hóa sinh học nghiên cứu thành phần cấu tạo hóa học của sinh chất gọi là ―tĩnh hóa sinh , nghiên cứu quá trình chuyển hóa các chất trong tế bào và cơ thể sống gọi là ―động hóa sinh , nghiên cứu cơ sở hóa học của các quá trình hoạt động sống gọi là hóa sinh chức năng‖ 1.1.2 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu hóa sinh rất rộng lớn gồm thực vật, động vật, vi sinh vật và cả vi-rut... amin thực vật Kết quả của quá trình đồng hóa, dị hóa ở cơ thể sinh vật, tác dụng của vi sinh vật lại tạo thành N2 đi vào khí quyển 1.5 THỰC TRẠNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HÓA SINH Ở VIỆT NAM 18 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS BÙI XUÂN ĐÔNG GIÁO TRÌNH HÓA SINH Ở nƣớc ta, trong hơn 40 năm qua Hóa sinh đã có những đóng góp nhất định vào các lĩnh vực y học, nông, lâm, ngƣ nghiệp, công nghiệp thực phẩm và cũng... thế kỉ 20 Hóa sinh mới trở thành một ngành khoa học độc lập dựa trên những thành tựu nghiên cứu của Hóa hữu cơ, Sinh lí học, Y học và các nghành khoa học khác Môn hóa sinh đƣợc hình thành bắt nguồn từ sự phát triển mạnh mẽ của các môn hóa học và sinh học vào cuối thế kỉ XIX bƣớc sang thế kỉ XX Sự hình thành đó bắt nguồn từ môn hóa học hữu cơ và sinh lý, dựa vào sự tiến bộ của các ngành khoa học khác... nghệ sinh học, hóa sinh có vai trò hết sức quan trọng Nhờ sự phát triển hết sức nhanh chóng của sinh học nói chung, sinh hóa nói riêng nhiều cuộc ―cách mạng‖ trong ngành sinh học đã bùng nổ, giải quyết nhiều vấn đề to lớn cho nhu cầu của con ngƣời nhƣ điều trị bệnh tật, giải quyết các vấn đề lƣơng thực, thực phẩm Hiện sinh học đang tiến mạnh đến thời kì sinh học phân tử Hóa sinh đã giữ vai trò là công . học lớn. Xuất hiện một số ngành hóa sinh nhƣ: hóa sinh con ngƣời, hóa sinh động vật, hóa sinh thực vật, enzyme học – khoa học về các chất xúc tác sinh học – hay enzyme, công nghệ gen, hóa sinh. nhiều các chế phẩm sinh học, GIÁO TRÌNH HÓA SINH 13 NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG các sản phẩm có giá trị để dùng trong y học, nông nghiệp, công nghiệp. Hóa sinh góp phần giải. vật dùng cho ngƣời. 1.2. SỰ LIÊN QUAN GIỮA HÓA SINH VỚI CÁC NGHÀNH KHOA HỌC KHÁC Hóa sinh là nền tảng của các môn sinh học thực nghiệm nhƣ Công nghệ sinh học, Di truyền học, Sinh lí học thực