TRƯỜNG ĐẠI HỌC VÕ TRƯỜNG TOẢN KHOA DƯỢC  BÀI GIẢNG MƠN HỌC HĨA SINH Đơn vị biên soạn: XÁC NHẬN CỦA BCN KHOA DƯỢC Hậu Giang – Năm 2013 CHƯƠNG I HÓA SINH VÀ Y DƯỢC ĐỊNH NGHĨA Theo định nghĩa cổ điển Hóa sinh mơn học nghiên cứu sở hóa học sống T ế bào đơn vị cấu trúc thể sơng Do đó, định nghĩa sau: Hóa sinh học mơn học nghiên cứu thành phần hóa học tê bào thể sống, với phản ứng q trình mà chúng trải qua MỤC ĐÍCH CỦA HÓA SINH HỌC VÀ s ự LIÊN QUAN VỚI NHỮNG NGÀNH KHOA HỌC CỦA s ự SốN G KHÁC Mục đích Hóa sinh học mơ tả giải thích mức độ phân tử tất tiến trình hóa học tế bào sống Do vậy, nhà Hóa sinh học phải : Tách riêng biệt vô sô" phân tử diện tế bào Xác định cấu trúc cũa phân tử Xác định chức phân tử Để đạt mục đích trên, Hóa sinh học phải sử dụng rât nhiều kỹ thuật phân tích như: + Các phương pháp phân lập tinh chế sinh phân tử: Muối kết (tủa protein ammoni Sulfat) Sắc ký : giấy, trao đổi ion, lực, lớp mỏng, khí, lỏng, lỏng cao áp, lọc gel Điện di: giấy, cao áp, thạch, acetat cellulose, gel tinh bột, gel polyacrylamid, gel SDS-polyacrylamid Siêu ly tâm + Các phương pháp xác định cấu trúc sinh phân tử: Phân tích nguyên tổ’ - Phổ u v , khả kien, IR, NMR Thủy phân acid hay kiềm để khảo sát thành phần cấu tạo chất Sử dụng enzym đặc hiệu để phân hủy chất để khảo sát (VD: protease, nuclease, glycosidase) Khôi phổ Các phương pháp phân tích trình tự đặc hiệu (VD: phân tích trình tự protein acid nucleic) Phân tích tinh thể tia X VAI TRỊ CỦA HĨA SINH HỌC Kiến thức Hóa sinh cần thiết cho tất khoa học sống Hoá sinh học acid nucleic xem trung tâm ngành Di truyền học Ngược lại, việc sử dụng tiến lĩnh vực di truyền cho phép làm sáng tỏ nhiều vân đề Hoá sinh học Sinh lý học, nghiên cứu chức thể, trùng lắp hồn tồn với Hố sinh học Miễn dịch học sử dụng nhiều kỷ thuật sinh hoá, nhiều tiến ngành miễn dịch nhà hoá sinh sử dụng rộng rãi Dược lực học Dược học dựa kiến thức Hoá sinh học Sinh lý học ; hầu hết dược phẩm chuyển hoá phản ứng xúc tác enym Cách tác động chất độc phản ứng trình sinh hoá đối tượng nghiên cứu Độc chất học Các tiến Hoá sinh học sử dụng ngày nhiều việc nghiên cứu lĩnh vực Bệnh học viêm nhiễm, tổn hại tế bào, ung thư Nhiều nhà nghiên cứu lĩnh vực Vi sinh Học, Động vật học Thực vật học sử dụng tuyệt đốì tiến trình Hố sinh học Sự liên quan Hoá sinh học ngành học nêu điều hiển nhiên biết, sống lệ thuộc vào phản ứng q trình sinh hố Thực tế rào cản cổ xưa ngành khoa học sống bị phá vở, Hoá sinh học ngày trở thành ngôn ngữ chung cho ngành M ối QUAN HỆ TƯƠNG H ổ GIỬA HĨA SINH HỌC VÀ Y DƯỢC HỌC Mốì quan hệ tương hổ giửa Hóa sinh học Y Dược học thúc đẩy nhiều tiến hai lĩnh vực chủ yếu nhà khoa học sức khỏe là: - hiểu rõ trì sức khỏe người, - hiểu rõ trị liệu hiệu bệnh tật Vai trị Hóa sinh học lĩnh vực là: + Hóa sinh học làm sáng tỏ nhiều khía cạnh sức khỏe bệnh tật + Nghiên cứu khía cạnh sức khỏe bệnh tật mở thêm nhiều lĩnh vực hóa sinh Ví dụ: - Kiến thức cấu trúc chức protein cần thiếtđể làm sáng tỏ khác mặt hoá sinh Hemoglobin bình thường vàHemoglobin s (bệnh hồng cầu hình liềm) (Glutamic vị trí chuổi p thay Valin) - Mặt khác việc phân tích Hemoglobin s góp phần giúp hiểu rõ cấu trúc chức loại Hemoglobin bình thường bất thường HÓA SINH Aci d Pro tcin i L ìị )id H ydra t carbon nuc leic L A iL it iL ìĩ 1r ìr 'r B ệnh d i tru y ền B ộn hthiếu m áu HbS 1r B ệ n h xơ vữ a độn| ị m ạch Đ tháo đười Ig tụy YDƯỢC Hình 1.1 Ví dụ mốì liên quan Hóa sinh Y dược S ự BÌNH THƯỜNG CỦA CÁC Q TRÌNH HĨA SINH LÀ CĂN BẢN CỦA s ứ c KHỎE WHO định nghĩa sức khỏe sau: "là tình trạng tố t m ặt sinh lý, tam lý, xã hội va không đơn ỉầ khơng có bệnh tật hay suy nhược" Đứng quan điểm tuyệt đơi Hóa sinh học định nghĩa sau: ''Sức khỏe có thê xem tình trạng mà tất cắc phản ứng ngoai t ế bào xảy th ể tiến hầnh với tỷ lệ tương ứng với sinh tồn cao sinh vật điều kiện sinh lý" Trong thực tế, vấn đề chăm sóc sức khỏe người bệnh ngồi việc cần có kiến thức sinh học cịn phải có kiến thức Tâm lý học Xã hội học Các nghiên cứu Hóa sinh cịn tác động đến Dinh dưỡng học Y học dự phòng Điều kiện tiên để bảo vệ sức khỏe là: có phần ăn ưu mặt dinh dưỡng (đầy đủ hài hịa chất) Đó : + vitamin, + acid amin, + sô" acid béo, + chất khoáng, + nước Dinh dưỡng học cịn có mục đích ngừa bệnh (xơ vữa động mạch, ung bướu), mục đích Y học dự phòng Để hiểu rõ dinh dưỡng cần nhiều kiến thức Hóa sinh Hầu tất bệnh đề.u có sở hóa sinh Hầu hết bệnh tật biểu bất thường phân tử, phản ứng hóa học hay tiến trình hóa sinh Các yếu tơ" gây bệnh động vật người gồm: Tác nhân vật lý: chấn thương học, nhiệt độ cao, thay đổi đột ngột áp suất khí quyển, phóng xạ, shock điện - Tác nhân hóa học, gồm dược phẩm: hợp chất độc, thuốc điều trị - Tác nhân sinh học: virus, vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng - Thiếu oxy: thiếu máu, giảm khả cung cấp oxy máu, chất độc tác động enzym oxy hóa - Rối loạn di truyền: bẩm sinh hay phân tử - Các phản ứng miễn dịch: mẫn, bệnh tự miễn - Dinh dưỡng thiếu cân đối: thiếu , thừa - Rốì loạn nội t i ế t : thiếu, thừa Các tác nhân tác động hay nhiều phản ứng hóa học hay phân tử thể Các nghiên cứu hóa sinh ứng dụng nhiều hai lĩnh vực chẩn đoán điều trị bệnh Bảng 1.1 M ột sơ'ứng dụng nghiên cứu hóa sinh va x é t nghiệm hóa sinh bệnh Ưng dụng để Ví dụ 1-Nghiên cứu nguyên nhân chủ yếu chê Chứng minh chất khiếm khuyết bệnh gen bệnh xơ nang 2-Đề xuất điều trị hợp lý bệnh (l)trênDùng phần ăn giảm phenylalanin để điều trị bệnh phenylceton niệu 3- Kết hợp việc chẩn đốn sơ" bệnh Định lượng Creatinine kinase MB (CK-MB) đặc hiệu huyết để chẩn đoán bệnh nhồi máu tim 4- Thực thử nghiệm sàng lọc việc Định lượng Thyroxin stimulate hormon chẩn đốn sớm sơ" bệnh (TSH)/ máu trẻ sơ sinh để chẩn đốn nhược giáp bẩm sinh 5- Phơi hợp việc theo dõi tiến trình Định lượng Alanin aminotransferase (ALT) (vd: hồi phục, tăng nặng, thuyên giảm huyết để theo dõi tiến triển hay tái phát) sô" bệnh bệnh viêm gan nhiểm khuẩn 6-Phốì hợp việc đánh giá đáp ứng trị liệu Định lượng kháng nguyên carcinoembryonic (CEA) máu sô" bệnh nhân chửa trị ung thư ruột kết TÁC ĐỘNG CỦA D ự ÁN BỘ GEN NGƯỜI (HUMAN GENOME PROJECT) Đ ố i VỚI HÓA SINH HỌC VÀ Y DƯỢC HỌC Quá trình dự án sơ lược sau: Cuối năm 1990 có nhiều tiến đáng kể việc giải trình tự gen người Tháng 7/2000 lãnh đạo nhóm nghiên cứu (International Human Sequencing Consortium Celera Genomics) thông báo 90% gen người giải trình tự Bản phác thảo trình tự gen người cơng bơ" đầu năm 2001 Ngoại trừ vài chổ khiếm khuyết nhỏ, trình tự tồn bộ gen người hồn tất năm 2003 (50 năm sau mô tả chết xoắn kép củã A D N Watson Crick) Ẩnh hưởng to lớn đến Hóa sinh, ngành Sinh học nói chung với Y Dược lớn Nhiều gen chưa biết trước khám phá biểu thị protein tương ứng chúng khảo sát Phương pháp theo dõi bệnh gen có cải tiến quan trọng Ẩnh hưởng lĩnh vực proteomic (protein di truyền), sinh tin học (bioinformatic), kỹ thuật sinh học (biotechnology), pharmacogenomic (dược lý di truyền) VỊ TRÍ CỦA MƠN HĨA SINH TRONG CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO DƯỢC s ĩ ĐẠI HỌC Hoá sinh học đào tạo Dược sĩ đại học xem môn sở phục vụ cho mơn nghiệp vụ: hóa dược, bào chế, kiểm nghiệm, dược ỉực, dược lâm sàng, dược liệu Chương trình hóa sinh nhằm cung cấp cho sinh viên dược kiến thức cấu trúc, tính chất nồng độ phân tử sinh học tế bào, dịch sinh vật Chương trinh nhằm cung cấp kiến thức cho sinh viên dược trình sinh tổng hợp, thó hóa chất; q trình trao đổi, vận chuyển chất lượng việc trì sơng Bên cạnh việc phục vụ cho môn nghiệp vụ nêu trên, với kiến thức trang bị chương trình hóa sinh, người dược sĩ đại học sau trường dễ dàng tiếp cận môi trường xét nghiệm lâm sàng bệnh viện CHƯƠNG HÓA HỌC GLUCID M ự c TÊƯ Nêu định nghĩa phân loại glucid Trình bày cấu trúc hóa học, dạng đồng phân tính chất hóa họccủa monosaccarid (tiêu biểu glucose) Trình bày câu trúc tính chất vai trị disaccarid polysaccarid ĐẠI CƯƠNG Glucid hay carbohydrat phân bô rộng rãi thực vật động vật, có vai trị quan trọng cấu tạo chuyển hóa thực vật, glucose tổng hợp từ CƠ2 H20 qua trình quang hợp dự trữ dạng tinh bột hay sử dụng tổng hợp cellulose (tạo khung cho cây) Động vật tổng hỢp carbohydrat từ glycerol lipid từ acid amin, phần lớn nguồn carbohydrat động vật sử dụng từ thực vật Glucose carbohydrat quan trọng nhất, phần lớn carbohydrat từ thức ăn hấp thu vào máu glucose đường khác đến gan chuyển thành glucose động vật có vú glucose nguồn cung câp lượng ]à nguyên liệu thể sử dụng để tổng hợp dạng dự trữ glycogen; để tổng hợp rìbose deoxyribose cung cấp cho tổng hợp acid nucleic; để tổng hợp galactose sử dựng tổng hợp lactose sữa, tổng hợp glycolipid, glycoprotein, proteoglycan 1.1 Định nghĩa Glucid hay carbohydrat polyhydroxy aldehyd hay polyhydroxy ceton dẫn xuất chúng 1.2 Phân loại Glucid phân loại thành Monosaccaríd glucid đơn giản gồm có đơn vị aldehyd hay ceton bị thủy phân acid đơn vị nhỏ hơn, chúng gọi OSE coi đơn vị cấu tạo glucid Monosaccarid quan trọng thiên nhiên D-glucose, nguỵên tử gồm nguyên tử carbon Người ta xem D-glucose nguồn nguyên liệu cung cấpnang lứợng chõ phần lớn sinh vật Oligosaccarid gồm từ 2-10 đơn vị monosaccarid nôi lại với nối osid hay nối glucosid Ví dụ maltose hay sucrose Polysaccarìd gồm sơ monosaccarid nối lại với (>10), chúng dây thẳng dây nhánh Trong thiên nhiên có loại polysaccarid quan trọng tinh bột cellulose, chất trùng hợp D-glucose MONOSACCARID Monosaccarid có cơng thức tổng qt (CH20)n n > Sườn carbon monosaccarid dây thẳng ngoại trừ carbon mang nhóm chức carbonyl, tất carbon khác mang nhóm chức -OH Nếu nhóm carbonyl nhóm aldehyd ta có aldose Nhóm chức carbonyl ceton đường cetose n = 3: triose H \ // c H \ ^ c T H— c — OH OH— c — H I CH2OH c h 2o h L- glyceraldehyd D- glyceraldehyd Hình 2.1: Triose n = : tetrose, n = 5: pentose, n = 6: hexose, n = 7: heptose Tất monosaccarid chất kết tinh trắng, tan nước có vị 2.1 Nhóm D-aldose D-cetose từ 3C-6C o D-Glyceraldehyd o o D-Erythrose o o D-Arabinose D-Ribose o o o o D-Lyxose D-Xylose o o o Õ D-Allose D-Altrose D-Glucose D-Manose D-Gulose D-Idose D-Galactose D-Talose Hình 2.2; Nhóm D-aldose từ 3C-6C I ỏ D ih y d ro x y aceton I o D -Ery thru lose I o o D -R ib u lo s e o D -X y lu o s e o D -A llu lo s e D -Fructose o o D -Sorbose D -T a g alo se Hình 2.3: Nhóm D-cetose từ 3C-6C 2.2 Glucose - Monosaccarid có vai trị sinh học quan trọng 2.2.1 Câ'u trúc glucose ứình bày ba dạng Cấu trúc thẳng, vịng dạng ghế o Ç- Ọ II C -H -H H - t _- -OH HO— H O -Ị-H I H -C -O H 2o L_G lucose H OH OH CC_D_Glucopyranose Ị3_D_G Iucopy ranos e H -è-O H H -ệ-O H H O -Ồ -H c h H -i-O H h Ò H 2OH D_Glucose a _ D _ G lu c o p y n o s e Hình 2.4: Glucose 2.2.2 Cắc dạng đồng phân r(_'ý I Đồng phân D L : dựa vào vị trí nhóm -OH cacbon cuối mang chức rượu bậc I (cacbon số glucose) Nếu nhóm -OH phía phải đường thuộc nhóm D, phía trái thuộc nhóm L Phần lớn monosaccarid động vật có vú thuộc nhóm D enzym chuyển hóa chúng chuyên biệt cho monosaccarid nhóm D o