Có 4 loại đại phân tử chính cấu tạo nên tế bào: Cacbohidrat, Lipid, Protein, Axit nucleic.
1) Carbonhdrat
a) Cấu trúc
- Là các chất hữu cơ được cấu tạo từ $C, H, O$ theo nguyên tắc đa phân.
| Phân loại |
Đường đơn (Mônôsaccarit) |
Đường đôi (Đisaccarit) |
Đường đa (Pôlisaccarit) |
| Ví dụ | - Glucôzơ, fructôzơ, galactôzơ, ribôzơ. | - Saccarôzơ, mantôzơ, lactôzơ. | - Xenlulôzơ, tinh bột, glicôgen. |
| Cấu trúc |
- Có từ 3 đến 7 nguyên tử cacbon trong phân tử. - Dạng mạch thẳng hoặc vòng. |
- Gồm hai phân tử đường đơn nối với nhau nhờ liên kết glicôzit bằng cách loại chung 1 phân tử nước. |
- Là 1 chuỗi gồm nhiều phân tử đường đơn tạo thành bằng các phản ứng trùng ngưng loại nước. + Tạo mạch thẳng: xenlulôzơ. + Tạo mạch phân nhánh: tinh bột, glicôgen. |
| Tính chất | Khử mạnh | Mất tính khử | Không có tính khử |
b) Chức năng
- Là nguyên liệu trực tiếp, cung cấp cho quá trình oxi hóa giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống.
- Là thành phần cấu trúc của tế bào.
- Là năng lượng dự trữ cho tế bào.
2. Lipit
a) Cấu trúc
- Là nhóm chất hữu cơ không tan trong nước, chỉ tan trong các dung môi hữu cơ như ête, benzen, clorofooc… không cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, thành phần hóa học rất đa dạng. Thành phần chính: $C, H, O$.
| Phân loại | Đặc điểm cấu tạo |
| Lipit đơn giản |
- Glixêrol $+$ 3 axit béo $ \longrightarrow$ Dầu, mỡ - Rượu mạch dài $+$ axit béo $ \longrightarrow$ Sáp |
| Lipit phức tạp |
- Glixêrol $+$ 2 axit béo $+$ phôtphat $ \longrightarrow$ Phôtpholipit có tính lưỡng cực, gồm 1 đầu ưa nước và 1 đuôi kị nước. - Stêrôit chứa các nguyên tử kết vòng, đặc biệt là colesterôn và axit mật. |
b) Chức năng
- Cấu trúc nên hệ thống màng sinh học
- Nguyên liệu dự trữ năng lượng (dầu, mỡ), dự trữ nước.
- Thành phần cấu tạo của sắc tố diệp lục, hoocmôn, vitamin…
3. Prôtêin
a) Cấu trúc
- Prôtêin là đại phân tử hữu cơ có cấu trúc đa dạng nhất theo nguyên tắc đa phân.
- Được cấu tạo từ 4 nguyên tố chính: $C, O, H, N$.
- Đơn phân của prôtêin là axit amin, có 20 loại axit amin, phân biệt nhau ở gốc hóa trị $R$.
- Các axit amin nối nhau bằng liên kết peptit, nhiều axit amin nối nhau tạo thành 1 chuỗi pôlipeptit.
- Prôtêin đa dạng và đặc thù do số lượng thành phần và trật tự sắp xếp các axit amin.
- Tùy vào số chuỗi, cấu trúc xoắn và các loại liên kết, prôtêin có 4 bậc cấu trúc khác nhau:
| Cấu trúc | Đặc điểm |
| Bậc 1 | Axit amin liên kết với nhau nhờ liên kết peptit tạo nên chuỗi pôlipeptit có dạng mạch thẳng. |
| Bậc 2 | Chuỗi pôlipeptit xoắn lò xo $ \alpha$ hoặc gấp nếp $ \beta$ nhiều liên kết hiđrô giữa các nhóm peptit gần nhau. |
| Bậc 3 | Một chuỗi pôlipeptit xoắn trong không gian 3 chiều, tạo thành hình khối cầu. Cấu trúc bậc 3 phụ thuộc vào tính chất của nhóm R trong mạch pôlipeptit. |
| Bậc 4 | Prôtêin có 2 hay nhiều chuỗi pôlipeptit kết hợp với nhau tạo phức hợp lớn hơn. |
b) Chức năng
- Prôtêin cấu trúc: cấu tạo nên tế bào và cơ thể.
- Prôtêin dự trữ: dự trữ các axit amin.
- Prôtêin bảo vệ: bảo vệ cơ thể chống bệnh tật (thành phần của kháng thể).
- Prôtêin thụ thể: thu nhận thông tin và trả lời thông tin.
- Prôtêin xúc tác cho các phản ứng sinh hóa (các loại enzim).
- Có chức năng vận động, là nguyên liệu oxi hóa tạo năng lượng cho tế bào.
- Quy định mọi tính trạng của cơ thể sinh vật.
4. Axit nuclêic
a) ADN
- Cấu trúc:
+ Được cấu tạo từ 4 nguyên tố chủ yếu là $C, H, O, N$.
+ Đơn phân là nuclêôtit với 3 thành phần: Axit phôtphoric (${H_3}P{O_4}$), đường đêôxiribôzơ (${C_5}{H_{10}}{O_4}$), bazơ nitơ ($A, T, G, X$).
+ Trên mạch đơn, các đơn phân nối với nhau bằng liên kết phôtphođieste.
+ Trên hai mạch, các nuclêôtit đứng đối diện nhau từng đôi, nối với nhau bằng liên kết hiđrô theo nguyên tắc bổ sung: $A$ liên kết với $T$ bằng 2 liên kết hiđrô; $G$ liên kết với $X$ bằng 3 liên kết hiđrô.
+ Hai mạch ngược chiều nhau, xoắn phải, đường kính $20\,A^{0}$ mỗi vòng xoắn dài $34\,A^{0}$.
+ Ở tế bào nhân thực, ADN có dạng mạch thẳng; Ở tế bào nhân sơ, ADN có dạng mạch vòng.
- Chức năng:
+ Lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền cấp độ phân tử.
+ Thông tin di truyền trên mạch mã gốc ADN quy định trình tự các ribônuclêôtit trên ARN, từ đó quy định trình tự các axit amin của prôtêin và biểu hiện thành tính trạng ở cơ thể sinh vật.
b) ARN
- Cấu trúc:
+ Được cấu tạo bởi 4 nguyên tố chính: $C, H, O, N$.
+ Theo nguyên tắc đa phân mà mỗi đơn phân là 1 ribônuclêôtit với 3 thành phần: Axit phôtphoric (${H_3}P{O_4}$), đường ribôzơ (${C_5}{H_{10}}{O_5}$) bazơ nitơ ($A, U, G, X$).
- Phân loại: ARN có 3 loại:
+ ARN thông tin (mARN) dạng mạch thẳng.
+ ARN vận chuyển (tARN) xoắn lại 1 đầu tạo 3 thùy.
+ ARN ribôxôm (rARN) nhiều xoắn kép cục bộ.
- Chức năng:
+ mARN truyền thông tin di truyền từ nhân tế bào (ADN) đến tế bào chất (ribôxôm) để tổng hợp prôtêin.
+ tARN vận chuyển axit amin đến ribôxôm.
+ rARN là thành phần chủ yếu của ribôxôm - nơi tổng hợp nên prôtêin.
a) Cấu trúc
- Là các chất hữu cơ được cấu tạo từ $C, H, O$ theo nguyên tắc đa phân.
| Phân loại |
Đường đơn (Mônôsaccarit) |
Đường đôi (Đisaccarit) |
Đường đa (Pôlisaccarit) |
| Ví dụ | - Glucôzơ, fructôzơ, galactôzơ, ribôzơ. | - Saccarôzơ, mantôzơ, lactôzơ. | - Xenlulôzơ, tinh bột, glicôgen. |
| Cấu trúc |
- Có từ 3 đến 7 nguyên tử cacbon trong phân tử. - Dạng mạch thẳng hoặc vòng. |
- Gồm hai phân tử đường đơn nối với nhau nhờ liên kết glicôzit bằng cách loại chung 1 phân tử nước. |
- Là 1 chuỗi gồm nhiều phân tử đường đơn tạo thành bằng các phản ứng trùng ngưng loại nước. + Tạo mạch thẳng: xenlulôzơ. + Tạo mạch phân nhánh: tinh bột, glicôgen. |
| Tính chất | Khử mạnh | Mất tính khử | Không có tính khử |
b) Chức năng
- Là nguyên liệu trực tiếp, cung cấp cho quá trình oxi hóa giải phóng năng lượng cho các hoạt động sống.
- Là thành phần cấu trúc của tế bào.
- Là năng lượng dự trữ cho tế bào.
4. Lipit
a) Cấu trúc
- Là nhóm chất hữu cơ không tan trong nước, chỉ tan trong các dung môi hữu cơ như ête, benzen, clorofooc… không cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, thành phần hóa học rất đa dạng. Thành phần chính: $C, H, O$.
| Phân loại | Đặc điểm cấu tạo |
| Lipit đơn giản |
- Glixêrol $+$ 3 axit béo $ \longrightarrow$ Dầu, mỡ - Rượu mạch dài $+$ axit béo $ \longrightarrow$ Sáp |
| Lipit phức tạp |
- Glixêrol $+$ 2 axit béo $+$ phôtphat $ \longrightarrow$ Phôtpholipit có tính lưỡng cực, gồm 1 đầu ưa nước và 1 đuôi kị nước. - Stêrôit chứa các nguyên tử kết vòng, đặc biệt là colesterôn và axit mật. |
b) Chức năng
- Cấu trúc nên hệ thống màng sinh học
- Nguyên liệu dự trữ năng lượng (dầu, mỡ), dự trữ nước.
- Thành phần cấu tạo của sắc tố diệp lục, hoocmôn, vitamin…
(*) So sánh cacbohiđrat và lipit:
| Nội dung so sánh | Cacbohiđrat | Lipit |
| Cấu trúc hóa học |
Tỉ lệ $C: H: O$ theo tỉ lệ $1:2:1$ (đường đơn). Đa phân. |
Tỉ lệ $C: H: O$ là khác nhau. Không theo cấu trúc đa phân. |
| Tính chất | Tan nhiều trong nước, dễ phân hủy. | Kị nước, tan trong dung môi hữu cơ, khó phân hủy. |
| Vai trò |
- Đường đơn: cung cấp năng lượng, cấu trúc nên đường đa. - Đường đôi: cung cấp năng lượng, vận chuyển chất. - Đường đa: dự trữ năng lượng (tinh bột, glicôgen); tham gia cấu trúc tế bào (xenlulôzơ); kết hợp với prôtêin. |
- Tham gia cấu trúc màng sinh học. - Là thành phần các hoocmôn, vitamin. - Dự trữ năng lượng cho tế bào. - Đảm nhận nhiều chức năng sinh học khác. |
5. Prôtêin
a) Cấu trúc
- Prôtêin là đại phân tử hữu cơ có cấu trúc đa dạng nhất theo nguyên tắc đa phân.
- Được cấu tạo từ 4 nguyên tố chính: $C, O, H, N$.
- Đơn phân của prôtêin là axit amin, có 20 loại axit amin, phân biệt nhau ở gốc hóa trị $R$.
- Các axit amin nối nhau bằng liên kết peptit, nhiều axit amin nối nhau tạo thành 1 chuỗi pôlipeptit.
- Prôtêin đa dạng và đặc thù do số lượng thành phần và trật tự sắp xếp các axit amin.
- Tùy vào số chuỗi, cấu trúc xoắn và các loại liên kết, prôtêin có 4 bậc cấu trúc khác nhau:
| Cấu trúc | Đặc điểm |
| Bậc 1 | Axit amin liên kết với nhau nhờ liên kết peptit tạo nên chuỗi pôlipeptit có dạng mạch thẳng. |
| Bậc 2 | Chuỗi pôlipeptit xoắn lò xo $ \alpha$ hoặc gấp nếp $ \beta$ nhiều liên kết hiđrô giữa các nhóm peptit gần nhau. |
| Bậc 3 | Một chuỗi pôlipeptit xoắn trong không gian 3 chiều, tạo thành hình khối cầu. Cấu trúc bậc 3 phụ thuộc vào tính chất của nhóm R trong mạch pôlipeptit. |
| Bậc 4 | Prôtêin có 2 hay nhiều chuỗi pôlipeptit kết hợp với nhau tạo phức hợp lớn hơn. |
b) Chức năng
- Prôtêin cấu trúc: cấu tạo nên tế bào và cơ thể.
- Prôtêin dự trữ: dự trữ các axit amin.
- Prôtêin bảo vệ: bảo vệ cơ thể chống bệnh tật (thành phần của kháng thể).
- Prôtêin thụ thể: thu nhận thông tin và trả lời thông tin.
- Prôtêin xúc tác cho các phản ứng sinh hóa (các loại enzim).
- Có chức năng vận động, là nguyên liệu oxi hóa tạo năng lượng cho tế bào.
- Quy định mọi tính trạng của cơ thể sinh vật.
6. Axit nuclêic
a) ADN
- Cấu trúc:
+ Được cấu tạo từ 4 nguyên tố chủ yếu là $C, H, O, N$.
+ Đơn phân là nuclêôtit với 3 thành phần: Axit phôtphoric (${H_3}P{O_4}$), đường đêôxiribôzơ (${C_5}{H_{10}}{O_4}$), bazơ nitơ ($A, T, G, X$).
+ Trên mạch đơn, các đơn phân nối với nhau bằng liên kết phôtphođieste.
+ Trên hai mạch, các nuclêôtit đứng đối diện nhau từng đôi, nối với nhau bằng liên kết hiđrô theo nguyên tắc bổ sung: $A$ liên kết với $T$ bằng 2 liên kết hiđrô; $G$ liên kết với $X$ bằng 3 liên kết hiđrô.
+ Hai mạch ngược chiều nhau, xoắn phải, đường kính $20\,A^{0}$ mỗi vòng xoắn dài $34\,A^{0}$.
+ Ở tế bào nhân thực, ADN có dạng mạch thẳng; Ở tế bào nhân sơ, ADN có dạng mạch vòng.
- Chức năng:
+ Lưu trữ, bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền cấp độ phân tử.
+ Thông tin di truyền trên mạch mã gốc ADN quy định trình tự các ribônuclêôtit trên ARN, từ đó quy định trình tự các axit amin của prôtêin và biểu hiện thành tính trạng ở cơ thể sinh vật.
b) ARN
- Cấu trúc:
+ Được cấu tạo bởi 4 nguyên tố chính: $C, H, O, N$.
+ Theo nguyên tắc đa phân mà mỗi đơn phân là 1 ribônuclêôtit với 3 thành phần: Axit phôtphoric (${H_3}P{O_4}$), đường ribôzơ (${C_5}{H_{10}}{O_5}$) bazơ nitơ ($A, U, G, X$).
- Phân loại: ARN có 3 loại:
+ ARN thông tin (mARN) dạng mạch thẳng.
+ ARN vận chuyển (tARN) xoắn lại 1 đầu tạo 3 thùy.
+ ARN ribôxôm (rARN) nhiều xoắn kép cục bộ.
- Chức năng:
+ mARN truyền thông tin di truyền từ nhân tế bào (ADN) đến tế bào chất (ribôxôm) để tổng hợp prôtêin.
+ tARN vận chuyển axit amin đến ribôxôm.
+ rARN là thành phần chủ yếu của ribôxôm - nơi tổng hợp nên prôtêin.
