Giáo trình Hóa sinh - TS. Bùi Xuân Đông

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (304.36 KB, 20 trang )

1
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XN ĐƠNG

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 q 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, q 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 q 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 q trình vận chuyển thơng
tin di truyền.

Đóng vai trị 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 ngun 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+

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

2
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

protein xuyên màng có vai trị 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 thơng 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 cơng 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 mơn hóa sinh trong nƣớc và quốc tế để hoàn thiện cuốn sách
trong lần xuất bản sau.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

3
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

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 q 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 khơng thể thực
hiện đƣợc nếu khơng có kiến thức chun sâu về tính chất, và những đặc điểm
đặc trƣng của sinh chất.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

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 thơng 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 mơ hình hóa học).
Nhiệm vụ của mơn sinh lí học là nghiên cứu bản chất sinh lí học của các hiện
tƣợng sinh học. Nhiệm vụ chính của mơn 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)
(H2O, N2, CO2, O2, P, S)

↓

Monomer (m=50-250)

(các nucleotit, axit amin, monoxacarit, axit béo, glycerin)
↓

Các địa phân tử (m= 103

- 107)
(các axit nucleic, protein, gluxit, lipit)

↓

Các đại phân tử phức tạp (m=103

-109)
(Các nucleprotein, glycoprotein, lipoprotein)

↓

Các phức hợp trên phân tử (m=106

-1010)

(các ribosom, nội bào, màng sinh học, các hệ rút gọn)
↓

Các bào quan (m=1011-1013)

(nhân, các ti thể, lisosome)
↓

Tế bào (m=1012

-1015)

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

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 1012<sub> axit amin khác nhau, hay từ 5 nucleotit – tạo nên </sub>
1016 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 trị mang thơng 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 thơng tin ln có khả năng thể hiện tính đặc hiệu đặc trƣng thể hiện
bằng các vai trị 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).

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

6
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

ty thể sản xuất năng lƣợng, lysosome thực hiện chức năng thối hóa). Cuối cùng,
từ các bào quan hợp thành tế bào hồn chỉnh.

Q 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 trị 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 q 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 dịng 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,
cịn dị hố cung cấp năng lƣợng để thực hiện toàn bộ các hoạt động sống nhƣ co
cơ, vận chuyển các chất, tiêu hố thức ăn...

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

7
NGÀNH CƠNG 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 mơi trƣờng và các dạng năng lƣợng khơng có lợi khác của tế bào.

Theo quan điểm nhiệt động học có thể xem tế bào sống là một hệ mở, điều
này khơng 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 mơi 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 q trình hơ hấp. Nhờ
năng lƣợng này chúng xây dựng cấu trúc đặc trƣng của lồi.

Đặc trƣng của q 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 trị 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 trị quan trọng trong điều hịa các q 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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

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 ln
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 lồi.
Trong sinh giới vai trị thơng tin của các axit nucleic đƣợc thực hiện một cách ổn
định ở mức độ nghiêm ngặt.

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

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 khơng cịn
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, ngồi 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 nơng 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 q
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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

10
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

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

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

12
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐƠNG

<b>CHƢƠNG I – TỔNG QUAN VỀ HĨA SINH </b>

<b>1.1. ĐỐI TƢỢNG, PHƢƠNG PHÁP, LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU CỦA HÓA SINH </b>
<b>1.1.1. Định nghĩa: </b>

Hóa sinh là mơn 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 q 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 q 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‖.

<b>1.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu </b>

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,…

<b>1.1.3. Phƣơng pháp nghiên cứu: </b>

- 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,…

</div>
<span class='text_page_counter'>(13)</span><div class='page_container' data-page=13>

13
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XN ĐƠNG

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.

<b>1.1.4. Lịch sử nghiên cứu: </b>

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.

Mơn hóa sinh đƣợc hình thành bắt nguồn từ sự phát triển mạnh mẽ của các
mơn hóa học và sinh học vào cuối thế kỉ XIX bƣớc sang thế kỉ XX. Sự hình thành
đó bắt nguồn từ mơn 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 cơng 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 cơng trình về chất xúc tác sinh học enzyme
(Kirchhoff, Pasteur, Buchner), các cơng trình về vitamin (Lunin và Funk), các cơng
trình về tiêu hóa (Paplov) cùng với sự phát triển của mơn sinh lí học dẫn đến việc
tách riêng mơn hóa sinh thành mơn độc lập phục vụ cho nhiều ngành, nó phát
triển nhƣ vũ bão với bề dày các cơng trình ngày một tăng lên.

Năm 1897 Eduard Buchner lần đầu tiên chiết đƣợc enzyme thơ từ tế bào nấm
men có khả năng thủy phân đƣờng. Trƣớc đó khơng lâu Friedrich Miescher phát
hiện ra ADN. Mac. Mum (1886) tìm đƣợc cytocrom tham gia hệ thống vận chuyển
điện tử ở sinh vật.

</div>
<span class='text_page_counter'>(14)</span><div class='page_container' data-page=14>

14
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XN ĐƠNG

đƣợc Kuhr tìm ra năm 1935 có trong thành phần một số enzyme. Tiếp đó sau 2
năm, cơng trình hóa sinh nổi bật của Hans Krebs (1937) tìm ra chu trình acid citric;
cùng năm đó Lohmann và Shuster tìm ra vitamin B1 là coenzyme của pyruvat
decarboxylase. Năm 1944 Avery, Maclesa và Mac Carty chỉ ra ADN cơ sở của sự
di truyền mở đầu cho mơn hóa sinh di truyền, Lipmann và Kaplan (1947 – 1948)
tìm ra đƣợc coenzyme A có vai trị trong nhiều phản ứng hóa học. Kennedy và
Lehninger (1950) tìm ra sự thủy phân mỡ, q trình hơ 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 hịa gen tổng hợp protein. Cùng
thời gian đó, nhiều q 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 q 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 cơng 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 cơng 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 cơng trình khác về nghiên cứu hóa sinh đã
áp dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học.

</div>
<span class='text_page_counter'>(15)</span><div class='page_container' data-page=15>

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 cịn 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 2000

C).
Do vậy prion nhƣ tác nhân gây bệnh hoàn toàn mới trong sinh học và y học. Cơng
trình khơng chỉ phát hiện ra các tác nhân gây bệnh xốp não mà cịn 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.

<b>1.2. SỰ LIÊN QUAN GIỮA HÓA SINH VỚI CÁC NGHÀNH KHOA HỌC </b>
<b>KHÁC </b>

Hóa sinh là nền tảng của các môn sinh học thực nghiệm nhƣ Cơng nghệ sinh
học, Di truyền học, Sinh lí học thực vật, Sinh lí học động vật, Vi sinh học, Sinh học
phân tử. Ngồi ra, Hóa sinh cịn 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 trị 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 trị là cơng 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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(16)</span><div class='page_container' data-page=16>

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. Cơng tác phịng
và chữa bệnh muốn có kết quả phải chuẩn đốn, theo dõi bệnh tật chính xác, kịp
thời nhờ sử dụng tốt cơng 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 B1, bệnh học phân tử, bệnh chuyển hóa do thiếu enzyme.
Trong lâm sàng, nhiều xét nghiệm hóa sinh góp phần chuẩn đốn 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 cịn điều chình liều
lƣợng thuốc sử dụng cho bệnh nhân. Trong thời kì hiện nay, sự phát triển nhanh
chóng trên tồn cầu về cơng 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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(17)</span><div class='page_container' data-page=17>

17
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XN ĐƠNG

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.

<b>1.3. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CHÍNH CỦA TẾ BÀO VÀ CƠ THỂ SỐNG </b>
<b>1.3.1. Đặc điểm chung về thành phần hóa học. </b>

<i>Hàm lượng nước khá lớn</i>: ở ngƣời 58-65%, nhiều loài cá hơn 80%, sứa đến
98%.

<i>Thành phần nguyên tố</i>: 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; cịn ở mơi trƣờng ngồi hệ thống sống chúng thƣờng tồn tại ở
dạng các hợp chất đơn giản nhƣ CO2, N2, cacbonat, nitrat, v.v.

</div>
<span class='text_page_counter'>(18)</span><div class='page_container' data-page=18>

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 1010

- 1012 loại
phân tử protein khác nhau và khoảng 1010<sub> kiểu phân tử axit nucleic. </sub>

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 q 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 trị quan trọng trong cơ chế tự điều hòa này.

<b>1.4. SỰ TƢƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ SỐNG VÀ MÔI TRƢỜNG </b>

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 CO2 trong khí quyển đƣợc thực vật hấp thụ 
động vật  CO2 vào khí quyển. Lƣợng CO2 do 1 tỉ ngƣời trên hành tinh thải ra là

2,9 ×1011 kg/năm, tƣơng đƣơng lƣợng CO2 thoát ra khi đốt 115 triệu tấn than. Vi
khuẩn hơ hấp cịn mạnh hơn ngƣời vài trăm lần.

Trong chu trình Ni-tơ: N2 của khí quyển đƣa vào cơ thể sống nhờ các vi sinh
vật cố định nitơ, chuyển N2 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 N2 đi vào khí quyển

</div>
<span class='text_page_counter'>(19)</span><div class='page_container' data-page=19>

19
NGÀNH CƠNG 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:

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.

Ngồi enzyme, có các nghiên cứu cơ bản một số protein có hoạt tính sinh học
nhƣ protein ức chế tripsin.

<b>1.5.2. Xác định các chỉ tiêu hóa sinh của ngƣời Việt nam: </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(20)</span><div class='page_container' data-page=20>

20
NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC – TS. BÙI XUÂN ĐÔNG

</div>