GIÁO TRÌNH HÓA SINH (DÀNH CHO NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC )

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
11
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

PHẦN I – HÓA SINH CẤU TRÖC SINH CHẤT













GIÁO TRÌNH HÓA SINH
12
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

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 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.
Tùy theo đối tƣợng sinh vật đƣợc nghiên cứu có thể phân chia thành: hóa sinh
động vật, hóa sinh thực vật, hóa sinh vi sinh vật,…
1.1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Phƣơng pháp truyền thống: vật lí, hóa học, hóa lí (dùng tia X, nhiễu xạ tia X,
hấp phụ lựa chọn, điện di, sắc kí )
- Phƣơng pháp vật lý hiện đại: nhiễu xạ rơnghen, cộng hƣởng từ điện tử, cộng
hƣởng từ hạt nhân, đồng vị phóng xạ đánh dấu các chất,…
Những phƣơng hƣớng nghiên cứu chủ yếu của Hóa sinh học ngày nay là tiếp
tục tìm hiểu quá trình sinh tổng hợp axit nucleic và protein, sự liên quan giữa biến
đổi di truyền với các quá trình bệnh lí; đặc tính các quá trình trao đổi trung gian, cơ
chế điều hòa của tế bào, cơ chế tác dụng của hormone nhằm tiến đến chủ động
điều khiển mọi hoạt động và quá trình sống theo hƣớng có lợi nhất, nhằm bảo vệ
môi sinh, bảo vệ con ngƣời; mô hình 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,
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 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 đầu từ cuối thế kỷ 18. Tuy nhiên, mãi đến cuối
thế kỉ 19 đầu 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 nhƣ 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 1828), bản
chất của sự thở (Lavoisier 1794), vai trò của diệp lục trong quang hợp (Timirazep
1843 – 1920), 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 sự phát triển của môn sinh lí học dẫn đến việc
tách riêng môn hóa sinh thành môn độc lập phục vụ cho nhiều ngành, nó phát
triển nhƣ vũ bão với bề dày các công trình ngày một tăng lên.
Năm 1897 Eduard Buchner lần đầu tiên chiết đƣợc enzyme thô từ tế bào nấm
men có khả năng thủy phân đƣờng. Trƣớc đó không lâu Friedrich Miescher phát
hiện ra ADN. Mac. Mum (1886) tìm đƣợc cytocrom tham gia hệ thống vận chuyển
điện tử ở sinh vật.
Danh từ hóa sinh lần đầu tiên đƣợc nhà hóa học Đức Carl Neuberg (1903) đề
xuất từ hai chữ hóa và sinh (Biochemistry, Bio = sự sống) đã đƣợc nhiều ngƣời
đồng tình và ủng hộ. Sang thế kỉ XX, nhiều phát minh về hóa sinh đƣợc ghi nhận.
Năm 1926 enzyme có bản chất protein đƣợc xác định và urease đƣợc kết tinh lần
đầu tiên, thời gian này ATP đƣợc chiết xuất (Fiske và Subbarow 1929), tiếp đó là
phản ứng ATP – phosphocreatin bởi Lohmann 1932. Đến năm 1940, Lipmann mô
tả vai trò của ATP trong quá trình dự trữ và vận chuyển năng lƣợng. Riboflavin
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
14
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

đƣợc Kuhr tìm ra năm 1935 có trong thành phần một số enzyme. Tiếp đó sau 2
năm, công trình hóa sinh nổi bật của Hans Krebs (1937) tìm ra chu trình acid citric;
cùng năm đó Lohmann và Shuster tìm ra vitamin B
1
là coenzyme của pyruvat
decarboxylase. Năm 1944 Avery, Maclesa và Mac Carty chỉ ra ADN cơ sở của sự
di truyền mở đầu cho môn hóa sinh di truyền, Lipmann và Kaplan (1947 – 1948)
tìm ra đƣợc coenzyme A có vai trò trong nhiều phản ứng hóa học. Kennedy và
Lehninger (1950) tìm ra sự thủy phân mỡ, quá trình hô hấp tế bào, sản sinh ATP ở
ty thể. Cấu trúc bậc 1 theo đề nghị của Emil Fisher đã đƣợc Sanger xác định,
trong đó có insulin đƣợc xác định thứ tự toàn bộ axit amin vào năm 1953. Pauling
và Grey (1952) công bố cấu trúc bậc 2 dạng xoắn của protein. Năm 1958, Ingram
tìm đƣợc cấu trúc của hemoglobin bình thƣờng và lƣỡi liềm. Thành phần acid
amin của ribonuclease đƣợc Hirs, Moorse, Stein xác định 1960.
Đến năm 1961 là năm có nhiều phát minh về sinh hóa nhất. Nirenberg, Matthai
tìm ra polyuridyl mã hóa phenylalanin; Jacob, Monob và Changeux tìm ra enzyme
dị lập thể. Chính Jacob và Monod tìm ra sự điều hòa gen tổng hợp protein. Cùng
thời gian đó, nhiều quá trình tổng hợp purin, acid amin, glucid, lipit đƣợc sáng tỏ.
Năm 1965 Nirenberg, Khorana, Holley nghiên cứu đƣợc chức phận riêng biệt mã
hóa của acid amin trong quá trình tổng hợp.
Nhiều ngành nhỏ trong hóa sinh ra đời nhƣ hóa sinh miễn dịch, di truyền, đặc
biệt một ngành mới gần đây đã xuất hiện, đó là công nghệ hóa sinh. Nhiều giải
thƣởng Nobel đã ghi công các kết quả nghiên cứu quan trọng, mở ra nhiều cánh
cửa mới cho sự phát triển của hóa sinh nhƣ: hóa sinh của hệ thống miễn dịch của
Snell, Bena Cerraff và Dausset năm 1980; cùng năm ấy Paul Berg cũng đƣợc giải
thƣởng Nobel bởi công trình nghiên cứu gắn các mẫu ADN; năm 1981 – 1982
thành tựu tổng hợp gen α – interferon gồm 514 đôi base bởi Leicester đã đƣợc
thực hiện. Từ đó đến nay hàng loạt các công trình khác về nghiên cứu hóa sinh đã
áp dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học.
Gần đây, năm 1997 giải thƣởng Nobel y học trao cho Staley Prusiner về công

trình nghiên cứu prion, một khái niệm mới về ―nhiễm khuẩn‖, gây bệnh não thể
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
15
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

xốp ở ngƣời và động vật. Prion viết tắt là PrP là protein tồn tại hai dang đồng phân
alpha và bêta. Ở cơ thể khỏe mạnh thì PrP có dạng alpha còn khi cơ thể bị bệnh
thì dạng alpha bị duỗi ra và xếp thành các băng song song gọi là PrP bêta. Dạng
này rất bền với enzyme tiêu hóa và không bị phá hủy ở nhiệt độ cao (đến 200
0
C).
Do vậy prion nhƣ tác nhân gây bệnh hoàn toàn mới trong sinh học và y học. Công
trình không chỉ phát hiện ra các tác nhân gây bệnh xốp não mà còn đặt nền móng
cho sự tìm hiểu cơ chế mất trí liên quan đến bệnh già và bệnh Alzheimer, cũng
nhƣ đặt nguyên tắc chặt chẽ cho việc ghép các cơ quan phủ tạng của động vật
cho con ngƣời và thuốc men chế từ động 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 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 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 cụ quan trọng trong sự phát triển của sinh học
phân tử cùng với di truyền học và siêu vi khuẩn. Một ngành sinh học phát triển
nhƣ thế nào có thể nhìn ở mức độ phát triển hóa sinh của ngành ấy và đất nƣớc

ấy mà đánh giá.
Trong di truyền học, ngƣời ta đã đề cập đến những mã di truyền do những
base purin và pyrimidin trong cấu trúc ADN. Trong miễn dịch học, một trong
những quá trình chống đỡ bệnh tật của cơ thể là sự tạo ra kháng thể có bản chất
protein. Cấu trúc và chức năng của nó đã đƣợc xác định rõ trong những năm qua
là nhờ hóa sinh.
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
16
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

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 sâu xa nguyên nhân bệnh tật nhƣ bệnh tiểu đƣờng do thiếu insulin, bệnh
tê phù do thiếu vitamin B
1
, bệnh học phân tử, bệnh chuyển hóa do thiếu enzyme.
Trong lâm sàng, nhiều xét nghiệm hóa sinh góp phần chuẩn đoán nhanh chóng và
chính xác bệnh tật nhƣ sự tăng cao aminotransferase (GOT, GPT) do bệnh viêm
gan hoặc hoạt độ isoenzyme creatinkinase (CK – MB) tăng cao do tế bào tim bị
hủy hoại trong nhồi máu cơ tim. Trong nhiều trƣờng hợp, xét nghiệm hóa sinh
giúp cho ngƣời thầy thuốc không chỉ theo dõi bệnh tật mà còn điều chình liều
lƣợng thuốc sử dụng cho bệnh nhân. Trong thời kì hiện nay, sự phát triển nhanh
chóng trên toàn cầu về công nghệ sinh học, trong đó có công nghệ sinh học dƣợc,
đã tạo ra các loại thuốc, chế phẩm sinh học có hoạt tính cao bằng cách sử dụng
nhiều kĩ thuật hóa sinh và vi sinh hiện đại để tạo ra sản phẩm thuốc có chất lƣợng
cao mà giá thành lại hạ.
Trong lĩnh vực dinh dƣỡng, vấn đề lớn là xây dựng khẩu phần ăn hợp lí; tăng
giảm glucid, lipit, protid nhƣ thế nào cho hợp lí, cũng nhƣ nhu cầu vitamin ra sao

cũng cần đến hóa sinh. Để đảm bảo cho tế bào và cơ thể sống tồn tại, cần có một
chế độ dinh dƣỡng đủ năng lƣợng, đủ chất, có tỉ lệ cân đối giữa các thành phần
dinh dƣỡng trong khẩu phần. Mỗi chất dinh dƣỡng có thể đƣợc sử dụng cho nhiều
quá trình khác nhau trong cơ thể. Tuy nhiên vai trò chủ yếu của mỗi chất lại khác
nhau: 1 g lipit cung cấp 9 kcal trong khi 1 g protein hoặc xacarit chỉ cung cấp 4
kcal. Có thể cụ thể hóa vai trò sinh học của protein là cần cho quá trình tăng
trƣởng, lipit và xacarit cung cấp năng lƣợng và vitamin có thể nói một cách khái
quát là có vai trò bồi bổ sức khỏe. Theo nhiều tài liệu, tƣơng quan giữa protein :
lipit : xacarit trong khẩu phần nên là 1:1:5 hoặc 1:1:4 là cân đối dinh dƣỡng và
năng lƣợng. Nếu ăn không đủ năng lƣợng và không đủ các chất dinh dƣỡng cần
thiết trong một thời gian tƣơng đối dài sẽ bị ―thiếu dinh dƣỡng‖. Theo tổ chức y tế
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
17
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

thế giới có 4 loại bệnh thiếu dinh dƣỡng quan trọng nhất hiện nay là: bệnh thiếu
dinh dƣỡng protein năng lƣợng, bệnh khô mắt do thiếu vitamin A, bệnh thiếu máu
dinh dƣỡng do thiếu sắt, bệnh biếu cổ địa phƣơng và bệnh kém trí tuệ do thiếu iot.
Đặc biệt, tình trạng thiếu dinh dƣỡng phổ biến ở các nƣớc đang phát triển là vấn
đề rất nghiêm trọng đang đƣợc quan tâm giải quyết bằng giải pháp của các
nghành: y tế, nông nghiệp và giáo dục.
1.3. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA TẾ BÀO VÀ CƠ THỂ SỐNG
1.3.1. Đặc điểm chung về thành phần hóa học.
Hàm lượng nước khá lớn: ở ngƣời 58-65%, nhiều loài cá hơn 80%, sứa đến
98%.
Thành phần nguyên tố: Trong cơ thể sống hiện nay tìm thấy 27 trong số gần
100 nguyên tố đã biết.
Các nguyên tố có trong thành phần các hợp chất hữu cơ của tế bào và cơ thể
sống là C, H, O, N, P, S. Hàm lƣợng C là 43-48%, H: 7%, N: 8-12%. Một số
nguyên tố ở dạng ion: Na

+
, K
+
, Mg
+
, Ca
+
, Cl
-
, các nguyên tố khác (Mn, Fe, Co, Cu,
Zn, B, Al, Mo, I, Si, Sn, Cr, F, Se, Vd) chỉ với lƣợng nhỏ, gọi là các nguyên tố vi
lƣợng.
Nhƣ vậy ta thấy có sự sai khác rõ rệt về thành phần nguyên tố giữa thế giới
sống và không sống nhƣ sau: Bốn nguyên tố chủ yếu trong tế bào và cơ thể sống
là C, N, O, H trong khi đó bốn nguyên tố chủ yếu của vỏ trái đất là O, Si, Al, Fe;
Các nguyên tố C và N của cơ thể sống thƣờng ở dạng khử, trong các hợp chất
hữu cơ phức tạp; còn ở môi trƣờng ngoài hệ thống sống chúng thƣờng tồn tại ở
dạng các hợp chất đơn giản nhƣ CO
2
, N
2
, cacbonat, nitrat, v.v.
Các hợp chất hữu cơ trong cơ thể sống thường có cấu tạo rất phức tạp: khối
lƣợng phân tử lớn và rất đa dạng. Ví dụ: vi khuẩn E. Coli nhỏ bé nhƣng chứa gần
5000 kiểu hợp chất hữu cơ khác nhau, trong đó có 3000 protein khác nhau. Ở
ngƣời có đến 100000 loại protein khác nhau nhƣng chƣa tìm thấy một protein nào
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
18
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

của ngƣời hoàn toàn giống với một trong 3000 protein của E. Coli, mặc dầu các
protein có chức năng tƣơng tự nhau.
Trong thế giới sống có khoảng 1,5 triệu loài (species), khoảng 10
10
- 10
12
loại
phân tử protein khác nhau và khoảng 10
10
kiểu phân tử axit nucleic.
1.3.2. Đặc điểm các phản ứng hóa học.
Hầu hết các phản ứng đều do enzyme xúc tác, vì vậy chúng có một số đặc
điểm chung nhƣ sau: Thứ nhất, có thể xảy ra ở điều kiện nhiệt độ và áp suất bình
thƣờng với tốc độ nhanh gấp hàng trăm, hàng nghìn lần khi xảy ra ngoài cơ thể
sống; Thứ hai, nhiều phản ứng khác nhau có thể tiến hành đồng thời trong một
phạm vi môi trƣờng nhất định, liên hệ chặt chẽ với nhau theo một trình tự xác
định; Thứ ba, các phản ứng, các quá trình chuyển hóa đƣợc điều hòa nghiêm ngặt
theo những cơ chế tinh vi phức tạp, các sản phẩm phản ứng, sản phẩm trao đổi
trung gian cũng đóng vai trò quan trọng trong cơ chế tự điều hòa này.
1.4. SỰ TƢƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ SỐNG VÀ MÔI TRƢỜNG
Thành phần cơ bản của các tế bào và cơ thể sống nằm trong một hệ thống
liên hệ và tƣơng tác chặt chẽ với thiên nhiên môi trƣờng xung quanh. Ví dụ chu
trình cacbon, chu trình nitơ.
Trong chu trình cacbon: khí CO
2
trong khí quyển đƣợc thực vật hấp thụ 
động vật  CO
2
vào khí quyển. Lƣợng CO
2

do 1 tỉ ngƣời trên hành tinh thải ra là
2,9 ×10
11
kg/năm, tƣơng đƣơng lƣợng CO
2
thoát ra khi đốt 115 triệu tấn than. Vi
khuẩn hô hấp còn mạnh hơn ngƣời vài trăm lần.
Trong chu trình Ni-tơ: N
2
của khí quyển đƣa vào cơ thể sống nhờ các vi sinh
vật cố định nitơ, chuyển N
2
thành dạng nitrit, nitrat, acid 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 N
2
đi vào khí quyển
1.5. THỰC TRẠNG VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HÓA SINH Ở VIỆT NAM.
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
19
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

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
đã có đƣợc một số đóng góp cho sự phát triển Hóa sinh học của thế giới.
Các kết quả nghiên cứu hóa sinh ở nƣớc ta trong thời gian qua tập trung vào
một số vấn đề sau:
1.5.1. Về hóa sinh thực vật, động vật
Đã có những nghiên cứu điều tra hóa sinh một số cây quan trọng nhƣ lúa, đỗ
tƣơng, lạc và các loại cây họ đậu khác nhằm phục vụ việc nâng cao năng suất,

chất lƣợng dinh dƣỡng của hạt, nâng cao hiệu quả sử dụng chúng. Mặt khác,
cũng đã có các nghiên cứu nhằm nâng cao tính chống chịu của những cây trồng
quan trọng.
Các nghiên cứu tập trung phục vụ lai tạo giống bò, tìm hiểu cơ chế một số
bệnh ở lợn, gà và phƣơng pháp phòng trừ; các chế phẩm làm tăng khối lƣợng thịt
lợn, gà và các chế phẩm làm tăng tính miễn dịch của động vật.
Đặc biệt, các nghiên cứu theo hƣớng tách, tinh sạch enzyme, tạo ra các chế
phẩm có độ sạch khác nhau, nghiên cứu tính chất, cấu trúc, liên quan giữa cấu
trúc và hoạt tính sinh học của enzyme, khả năng ứng dụng chế phẩm enzyme
trong thực tế, ví dụ: bromelin (proteaza của dứa), pepsin, tripsin hoặc chế phẩm
pancreatin, glutamilaz vi sinh vật… chủ yếu ứng dụng trong công nghệ thực phẩm,
trong y học.
Ngoài enzyme, có các nghiên cứu cơ bản một số protein có hoạt tính sinh học
nhƣ protein ức chế tripsin.
1.5.2. Xác định các chỉ tiêu hóa sinh của ngƣời Việt nam:
Những biến đổi của các chỉ tiêu này ở các trạng thái 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.).
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
20
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

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.

GIÁO TRÌNH HÓA SINH
21
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

CHƢƠNG II – SACCHARIDE
2.1. ĐỊNH NGHĨA, VAI TRÕ, PHÂN LOẠI SACCHARIDE
2.1.1. Định nghĩa saccharide
Saccharide hay carbohydrat là hợp chất hữu cơ rất phổ biến trên Trái Đất.
Công thức tổng quát của nhiều saccharide là (CH

2
O)
n
(n nhỏ nhất bằng 3).
Saccharide có phổ biến trong cơ thể động vật, thực vật và vi sinh vật, đƣợc tạo
thành từ 3 nguyên tố: C, H, O, ngoài ra trong thành phần saccharide phức tạp còn
có các nguyên tố khác nhƣ N, S, Do tỉ lệ ở các nguyên tố H và O ở đa số
saccharide giống nƣớc, nên trƣớc đây saccharide đƣợc gọi là carbohydrate. Sau
đó ngƣời ta phát hiện thấy một số saccharide không giống nƣớc nhƣ deoxyribose
(C
5
H
10
O
4
), một số không có bản chất saccharide có cấu tạo giống nƣớc (ví dụ: axit
lactic 3(CH
2
O), vì vậy tên gọi carbohydrate chỉ có ý nghĩa lịch sử).
2.1.2. Vai trò sinh học của saccharide
Trong cơ thể, saccharide vừa đóng vai trò cấu tạo, vừa đóng vai trò chuyển
hóa năng lƣợng. Nó có thể đƣợc tổng hợp một lƣợng nhỏ từ lipit và protein, song
phần lớn đƣợc cung cấp từ thực vật. Glucid từ thức ăn đƣợc cơ thể hấp thu dƣới
dạng glucose là nguồn nhiên liệu chính cung cấp năng lƣợng cho cơ thể, đồng
thời đƣợc tổng hợp thành glycogen (vai trò dự trữ), ribose (trong thành phần của
acid nucleic), galactose (trong thành phần lactose của sữa), peptitoglican,
glycoprotein và glycolipit (trong thành phần màng tế bào), glycosaminoglycan và
proteoglycan (trong thành phần matrix ngoài tế bào)…
Saccharide là những hợp chất hữu cơ đƣợc tổng hợp nhờ quá trình quang
hợp của cây xanh. Hàm lƣợng saccharide chiếm khoảng 2% trọng lƣợng khô

trong cơ thể động vật. Ở thực vật, hàm lƣợng saccharide lên đến 80÷90% trọng
lƣợng khô.
Có thể cụ thể hóa vai trò của saccharide nhƣ sau:
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
22
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

+ Polysaccharide là kho dự trữ năng lƣợng, ―nhiên liệu‖ và các chất trao đổi
trung gian.
Ví dụ: Glycogen ở động vật, tinh bột ở thực vật và các polysaccarite dự trữ dễ
dàng chuyển hóa → glucose ―nhiên liệu‖ đầu tiên tạo ra năng lƣợng dƣới dạng
ATP.
+ Saccharide là yếu tố cấu trúc của thành tế bào (xelulose), hình thành bộ
khung bảo vệ nhóm động vật chân khớp (chitin)…
+ Saccharide là thành phần cấu tạo của nhiều hợp phần quan trọng trong tế
bào nhƣ glucoprotein, glucolipit…
+ Các đƣờng ribose, deoxyribose là thành phần cấu tạo nên ADN, ARN. Đó là
các chất có vai trò lƣu giữ thông tin di truyền và biểu hiện gen
Có nhiều bệnh liên quan đến glucid nhƣ: bệnh đái tháo đƣờng, bệnh galactose
huyết, bệnh ứ đọng glycogen, bệnh không dung nạp sữa…
2.1.3. Phân loại saccharide
Dựa vào thành phần cấu tạo và tính chất của saccharide, ngƣời ta chia nó
thành các nhóm nhƣ sau:
Monosaccharide: đƣờng đơn, là đơn vị cấu tạo, không bị thủy phân.
Tùy theo số carbon trong mạch saccharide mà có thể gọi tên các đƣờng đơn
là: các triose, tetrose, pentose, hexose, heptose, octose… Cũng có thể chia
monosaccarit thành 2 nhóm là aldose và cetose dựa vào nhóm chức aldehyd hay
ceton trong phân tử.
Oligosaccharide: gồm từ 2÷10 phân tử mono saccharide liên kết với nhau
bằng liên kết glycozit (< 10 phân tử đƣờng đơn)

Ví dụ: Saccarose, lactose, maltose (disaccarid); Maltosetriose, rafinose
(trisaccarid); Oligosaccarid trong glycoprotein có thể chƣa tới 14 monosaccarid.
Polysaccharide: gồm nhiều đơn vị đƣờng đơn mono saccharide liên kết với
nhau bằng liên kết glycozit, ngƣời ta chia polysaccharide làm hai nhóm:
+ Polysaccharide đồng thể: đƣợc cấu tạo từ cùng một loại mono saccharide;
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
23
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

+ Polysaccharide dị thể: đƣợc cấu tạo từ nhiều loại mono saccharide khác
nhau, hoặc có thể có thêm các thành phần khác nhƣ: axit sulphuric, axit axetic.
2.2. MONOSACCHARIDE
2.2.1. Cấu tạo và danh pháp saccharide mạch thẳng theo E.Fisher
Monosaccharide là dẫn xuất aldehyt hoặc xeton của rƣợu đa chức, có trọng
lƣợng phân tử nhỏ. Có thể coi nhƣ những hydratcarbon với công thức phân tử
chung là (CH
2
O)
n
- trong đó, n nằm trong khoảng 3÷9.
Tùy thuộc vào số lƣợng nguyên tử carbon có trong mạch của mono
saccharide mà chúng có tên tƣơng ứng: triose (3C), tetrose (4C), pentose (5C),
hexose (6C), Nếu nó nằm dƣới dạng aldehyt thì sẽ có thêm tiếp đầu ngữ là
aldo-, còn nằm ở dƣới dạng xeton thì có thêm tiếp đầu ngữ xeto- (ví dụ: Aldo-
hexose hay xeto-hextose)
Cũng nhƣ axit amin, trong phân tử monose (trừ dehidroxy acetone) có chứa
một hay nhiều nguyên tử carbon bất đối, nên chúng có thể tồn tại ở các dạng
đồng phân quang học D- hoặc L- với hoạt tính quang học đặc trƣng. Số lƣợng
đồng phân quang học của mỗi loại monose đƣợc xác định bằng công thức X =
2

n
, trong đó n là số nguyên tử carbon bất đối.
Bảng 2.1: Số đồng phân quang học của monosacharide


Aldose
Số C*
Số đồng
phân quang
học
Cetose
Số C*
Số đồng
phân quang
học
Triose
(3C)
AldoTriose
(Glyxeralde
hyte)

1

2
Triose
(dehidroxy
acetone)

0

0
Tetrose
(4C)
AldoTetrose
2
4
Tetrose
1
2
Pentose
(5C)
AldoPentose
3
8
Pentose
2
4
Hexose
(6C)
AldoHexose
(Glucose)
4
16
Hexose
3
8

Dạng D và L biểu thị 2 đồng phân qua gƣơng căn cứ vào mối liên hệ không
gian với glycerose là đƣờng có 3C.
GIÁO TRÌNH HÓA SINH

24
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

D- và L- glyceraldehyde có cấu tạo nhƣ mô tả trong hình dƣới.

Hình 2.1: Đồng phân quang học D- và L- của glyceraldehyde
Để phân biệt monosaccharide thuộc dãy D hay dãy L, ngƣời ta căn cứ vào
hình thể của nguyên tử carbon bất đối ở vị trí xa nhất so với nhóm aldehyt hoặc
nhóm ceton (hình 2.1). Nếu hình thể đó (vị trí H và OH) tƣơng đồng với D-
glyceraldehyd thì monosaccharide này thuộc dãy D, nếu tƣơng đồng với L-
glyceraldehyde thì thuộc dãy L. Phần lớn các monosaccharide trong thiên nhiên
đều thuộc dãy D.
2.2.2. Công thức cấu tạo và danh pháp của saccharide mạch vòng
Ngoài dạng mạch thẳng nhƣ đã trình bày ở trên, các monosaccharide còn có
cấu tạo vòng. Sự tạo vòng xảy ra do tác dụng của nhóm carbonyl với 1 trong các
nhóm -OH rƣợu trong cùng 1 phân tử mono saccharide tạo nên dạng hemiacetal
vòng.
Điều này giải thích nhƣ sau: Đối với những monosaccharide có 5C trở lên thì
cấu tạo mạch thẳng không giải thích đƣợc một số hiện tƣợng chuyển quay, chức
khử aldehit không nhuộm đỏ thuốc thử Schiff và số đồng phân quang học thực tế
cao hơn số đồng phân quang học tính theo công thức 2
n
. Hơn nữa hai dạng phổ
biến của glucose và fructose trong dung dịch không phải ở dạng mạch hở mà là
dạng mạch vòng. Quá trình vòng hóa là do phản ứng giữa aldehit với 1 nhóm -OH
tạo thành hợp chất hemiacetal. Vấn đề này đƣợc nhà bác học Nga Koli (1870)
GIÁO TRÌNH HÓA SINH
25
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

đƣa ra và đƣợc nhà bác học Đức Tollens (1883) xác nhận và phát triển đầy đủ
hơn.
Nhƣ vậy, từ một công thức cấu tạo hở của D-glucose có thể tạo nên dạng
vòng nhƣ trên hình 2.2.

Hình 2.2: Cấu tạo mạch vòng của saccharide
Nhóm -OH gắn vào C
1
của dạng aldo hoặc C
2
ở dạng xeto trong công thức
vòng gọi là -OH glucosit. Theo Haworth thì dạng vòng của mono saccharide có thể
có 5 hoặc 6 cạnh. Dạng 5 cạnh đƣợc gọi là dạng furanose, kém bền hơn dạng 6
cạnh gọi là dạng pyranose.
Dạng cấu trúc vòng pyranose và furanose: sở dĩ gọi nhƣ vậy là vì cấu trúc
vòng bền vững của các monosaccaride tƣơng tự với cấu trúc vòng của pyran hay
furan. Các cetose cũng có thể có cấu trúc vòng (ví dụ D – fructofuranose hay D -
fructopyranose). Trong dung dịch, trên 99% glucose ở dƣới dạng pyranose và chỉ
có 1% dƣới dạng furanose.
Khi hình thành dạng vòng thì nguyên tử carbon thứ nhất của dạng aldo và thứ
hai của dạng xeto trở thành carbon bất đối, nó có dạng đồng phân mới là α và β.
Theo công thức Tollens thì dạng α có -OH hemiacetal ở cùng bên với cầu oxy,
còn dạng β có -OH hemiacetal ở khác bên với cầu oxy. Theo công thức Haworth
thì dạng α có -OH hemiacetal nằm ở dƣới mặt phẳng vòng, còn dạng β có -OH
hemiacetal nằm ở trên mặt phẳng vòng.
Tuy nhiên cách diễn đạt này có thể gây ấn tƣợng sai lầm rằng vòng pyran hay
vòng furan có cấu trúc phẳng. Trên thực tế các cấu trúc vòng pyranose có thể có