cơ sở hóa sinh fundamentals of biochemistry (của vật lý kỹ thuật y sinh)

CƠ SỞ HÓA SINH
FUNDAMENTALS OF BIOCHEMISTRY
(CỦA VẬT LÝ KỸ THUẬT Y SINH)
GD: TS TRẦN BÍCH
LAM


GIÔÙI THIEÄU MOÂN HOÏC


Vật lý Kỹ thuật Y sinh
(Biomedical Engineering)
• Là một lĩnh vực công nghệ liên ngành
• Ứng dụng các nguyên lý và phương pháp kỹ
thuật:
–
–
–
–
–

vật lý,
cơ khí,
điện tử,
hóa sinh học,
công nghệ thông tin,

• Phục vụ Y học hiện đại.


Trên thế giới

• Với tác động phát triển của cơ điện tử, công nghệ vật
liệu và công nghệ thông tin cuối thế kỷ 20, ngành Vật
lý kỹ thuật Y sinh đã góp phần tạo nên nền Y học
hiện đại,
• Chế tạo các thiết bị chẩn đoán nhanh và điều trị hiệu
quả.
• Hệ thống đào tạo và nghiên cứu kỹ thuật Y sinh ở hầu
hết các nước tiên tiến, được đầu tư mạnh đặc biệt ở
Mỹ, Canada, Nhật, Đức, Bắc Âu.
• Hiện nhiều nước khác cũng tập trung nguồn lực phát
triển Kỹ thuật Y sinh: Pháp, Thụy Sĩ, Ấn độ,
Singapore, Trung Quôc…


Ở Việt Nam
• Nền kinh tế đang phát triển và chất lượng
cuộc sống của người dân đang được cải
thiện, hệ thống y tế cũng ngày càng được
hiện đại hóa.
• Cần có kỹ sư Vật lý kỹ thuật Y sinh để hỗ trợ
đội ngũ cán bộ y tế nhằm có thể chủ động
thực hiện triệt để sự hiện đại hóa ngành y tế
nói chung,


Người kỹ sư Vật lý kỹ thuật Y sinh

Sự cần thiết:
• là một bộ phận không thể thiếu trong đội ngũ
cán bộ y tế,

• hướng dẫn sử dụng một cách hiệu quả,
• phụ trách bảo dưỡng,
• thiết kế cải tiến các thiết bị y tế mới và hiện đại.


Hoạt động chuyên môn :
• tổng hợp kiến thức liên ngành nhằm đưa ra các
quy trình hỗ trợ trong chẩn đoán điều trị,
• tiến hành các nghiên cứu cơ bản nhằm hỗ trợ
giải quyết các vấn đề mới trong y học.
• có thể làm việc hiệu quả trong lĩnh vực công
nghiệp chế tạo các thiết bị, máy móc sử dụng
trong y sinh học.
• nghiên cứu triển khai sản xuất và ứng dụng vật
liệu sinh học vào lĩnh vực y sinh.


Yêu cầu năng lực
• Kỹ sư Vật lý kỹ thuật Y sinh, phải có
• kỹ năng thành thạo về kỹ thuật
• và những kiến thức cơ sở y sinh học vững
chắc
• mới có thể thành công trong việc áp dụng
công nghệ hiện đại góp phần nâng cao chất
lượng dịch vụ chăm sóc sức khỏe cộng đồng.


II. Mối liên quan giữa
Hóa sinh học và Kỹ thuật Y
Sinh

• Cơ thể sinh vật có bản chất hóa học,
được tạo ra từ vô số các phân tử

• Hóa sinh học là sinh học ở mức độ
phân tử.
• Hóa sinh học là khoa học nghiên cứu
các quy luật hóa học trong cơ thể sống
bao gồm thành phần, cấu tạo, tính chất
hóa học của vật chất sống và sự
biến đổi, sự vận động của vật chất
sống trong cơ thể sống thông qua quá
trình trao đổi chất và trao đổi năng
lượng.


Hóa Sinh học

Sinh học phân tử ADN

Chẩn đoán phân tử
Liệu pháp Gen
Vật lý, Kỹ thuât

Y học Phân tử
Kỹ thuật Y sinh

Y HỌC HIỆN ĐẠI
Vd: Bệnh viêm gan,
tiểu đường

CHAÅN ÑOAÙN

ÑIEÀU TRÒ


Ví dụ

Caûm bieán
sinh hoïc
(Biosensor)


III. CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC
• 1. Giới thiệu môn học: Môn học nhằm cung
cấp các kiến thức cơ sở về cấu tạo hóa
học, tính chất hóa học và chức năng sinh
học của các phân tử sinh học, các con
đường sinh tổng hợp, trao đổi chất và trao
đổi năng lượng trong tế bào và trong cơ
thể sống. Mối liên hệ tương hỗ giữa các
con đường trao đổi chất và trao đổi năng
lượng.
•
•
•
•

2.
3.

4.
5.

Thời lượng
3 ĐVHT
Giảng dạy lý thuyết:
Báo cáo thuyết trình
Nội dung môn học

2 ĐVHT
1 ĐVHT


CHƯƠNG

TÓM TẮT NỘI DUNG

I

Vò trí và vai trò của Hóa sinh học trong lónh vực Y sinh.
Hóa sinh học tế bào. Tế bào không nhân và tế bào
có nhân chuẩn. Cấu tạo và chức năng của các bào
quan.

II

Carbohydrate –Chức năng sinh học. Phân loại. Cấu tạo,
tính chất của mono-, oligo- và polysaccharides

III

Lipid- Cấu tạo hóa học. Chức năng sinh học. Steroit,
phospholipid. Màng lipit kép. Cấu tạo và chức năng
màng tế bào.

IV

Hóa học axit amin và protein. Cấu tạo, tính chất, chức
năng. Cấu trúc phân tử protein. Mioglobin, hemoglobin.
Tính chất, chức năng.

V

Nucleotit và axit nucleic - cấu tạo, tính chất, chức năng.
Nucleotit polyphosphat và vai trò trao đổi năng lượng.

VI

Enzym- Cấu trúc. Chức năng. Động học phản ứng. Hoạt
hóa và ức chế. Cơ chế tác dụng. Phân loại enzym.
Vitamin – cấu tạo, tính chất, cơ chế tác dụng.

VII

Năng lượng sinh học và sự photphoryl hóa oxy hóa.
Chuyển hóa của polyose và monose trong quá trình trao
đổi chất. Oxy hóa khử sinh học. Hô hấp và lên men.

VIII

Chuyển hóa của lipid trong cơ thể sống và trao đổi
năng lượng. Sinh tổng hợp lipid

IX

Chuyển hoá của axit amin và protein trong quá trình trao


TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
CHÍNH
1. Hóa Sinh, Trường Đại học Y Hà nội, NXB Y học,
HN 2001
2. Hóa sinh học, Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị
Áng NXB Giáo Dục, HN 1998
3. Biochemistry, Trudy McKee, …WCB publisher,
1998


Mục tiêu môn học
Nắm vững cơ sở hóa học của tế bào, của cơ
thể
Hiểu được các quy luật biến đổi hóa sinh
của vật chất trong cơ thể sống
Áp dụng những kiến thức này trong nghiên
cứu và sáng tạo kỹ thuật y sinh
Khai thác khả năng ứng dụng vật lý trong y học.


Chương 1

THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA SINH VẬT


1. CÁC NGUYÊN TỐ CẤU TẠO
• Trong 92 nguyên tố hóa học có khoảng 60 nguyên tố đã
tìm thấy ở sinh vật.
• Nhiều nguyên tố vi lượng chỉ có ở một số sinh vật nhất
đònh. Có 16 nguyên tố thường gặp với số lượng lớn.
• Cacbon chỉ chiếm 0,03% thành phần hóa học của vỏ trái
đất, nhưng chiếm tới 18 - 20% thành phần hóa học của
thế giới sinh vật.
• Trong khi silic chiếm tới 27,7% khối lượng vỏ trái đất
nhưng lại có tỷ lệ rất thấp ở sinh vật.
• Chứng tỏ khác với thế giới phi sinh học, tồn tại những
quy luật hóa học riêng trong thế giới sinh vật gắn kết
những nguyên tố sinh học.


HÀM LƯNG CÁC NGUYÊN TỐ Ở NGƯỜI
VÀ ĐỘNG VẬT

Các nguyên tố đa lượng
(%)
Oxy
Cac bon
18
Hydro
Nitơ
Canxi
Photpho

1

65 Kali
0,35
Lưu huỳnh
10
0,25
3 Clo
2
0,16
Natri
0,15
Magie
0,05
Sắt
0,04

Các nguyên
tố vi lượng
<10ppm
Đồng, Cu
Iod, I
Flo, F
Brom, Br
Nhôm, Al
Silic, Si


2. PHÂN TỬ SINH HỌC
• Các chất trong cơ thể sống chủ yếu

là các hợp chất cacbon.
• Cacbon chiếm 18% cấu tạo hóa học
của vật chất sống và tạo ra hàng
loạt chất vì vậy các hệ thống sống
gọi là hệ thống nền cacbon.
• Trừ một số hợp chất cacbon phi sinh
học (dioxyt cacbon, oxyt cacbon và
cacbonat) còn lại là khoảng 2000 chất
hữu cơ.


Tại sao là cacbon
• Nguyên tử cacbon có 6 điện tử.
• Lớp ngoài cùng có 4 điện tử có thể
liên kết cộng hóa trò vói 4 nguyên tử
khác và có thể liên kết với chính cacbon
tạo ra khả năng đa dạng hóa rất lớn.
• Năng lượng liên kết giữa cacbon với các
nguyên tử khác lớn hơn nhiều so với
năng lượng liên kết giữa các nguyên tử
khác (như O-O hay N-N, ngoại trừ liên kết
H-H có mức năng lượng liên kết cũng
rất lớn) vì vậy các hợp chất cacbon rất
bền vững.


Năng lượng liên kết trung bình
(kcal/mole)
C-H

98

O-H

110

C-C

80

C-O

78

H-H

103

C-N

65

O=O

116 (2 x 58)

C=O

187* (2 x 93.5)

C=C

145 (2 x 72.5)

(* tính theo trong CO2)


Các loại phân tử trong
tế bào
• Chủ yếu là các chất hữu cơ bao gồm
các monome và polyme sinh học.
• Ngoài ra là một tỷ lệ nhỏ các ion
vô cơ như Ca2+, K+, Na+, Cl-.
• Hóa Sinh học chủ yếu nghiên cứu
cấu trúc, tính chất và chức năng sinh
học của các polyme sinh học:
polysacarit, protein, lipit, axit nucleic…


• Trong khi các đơn phân tử là không
đặc hiệu, có mặt trong thành phần
cấu tạo của mọi sinh vật thì các polyme
tạo thành từ chúng còn gọi là các đại
phân tử sinh học lại đặc hiệu cho cơ
thể sinh vật.
• Hóa Sinh học nghiên cứu sự liên quan
giữa cấu trúc hóa học và chức năng
từ đó tìm ra các quy luật sinh học về
mối liên hệ giữa phân tử với tế
bào , giữa cơ thể với môi trường.

3. NƯỚC TRONG CƠ THỂ SINH VẬT
• Nước chiếm khoảng 75% khối lượng
của phần lớn mô và tế bào sinh
vật.
• Hàm lượng nước trong cơ thể người
khoảng 60% vì tồn tại các mô cứng
(xương) trong cơ thể