Đại cương hoá sinh

ĐẠI CƯƠNG HOÁ SINH L.O.G.O Ths. MẠNH TRƯỜNG LÂM manhlammaster@gmail.com Cell phone 0918079623 ĐẠI CƯƠNG HOÁ SINH MỤC TIÊU 1.Trình bày được định nghĩa về hóa sinh học 3.Trình bày được vai trò của hóa sinh trong y học. 2.Trình bày đúng khái niệm về hóa sinh tĩnh, hóa sinh động và quá trình chuyển hóa các chất ĐỊNH NGHĨA Hoá sinh là hóa học của sự sống, của chất sống Là lĩnh vực nghiên cứu các hiện tượng sống bằng các phương pháp hoá học. Chuyên nghiên cứu về thành phần cấu tạo của chất sống và các quá trình hóa học xảy ra trong cơ thể sống. Đối tượng nghiên cứu của Hoá sinh học Môn học hóa sinh được hình thành trên cơ sở của sinh học và hoá học Chính những sự chuyên biệt của các TB và những quá trình tiến hoá tự nhiên đã dẫn đến sự khác biệt đa dạng và tạo nên những quá trình hoá sinh đặc hiệu. Liên quan mật thiết với tế bào học Đối tượng nghiên cứu của Hoá sinh học Hoá sinh học gồm 2 phần Hoá sinh tĩnh Hoá sinh động. Đối tượng nghiên cứu của Hoá sinh học Hoá sinh tĩnh Dựa vào các phương pháp lý, hóa hiện đại để mô tả cấu tạo của cơ thể sống ở mức độ phân tử, nguyên tử. Đối tượng nghiên cứu của Hoá sinh học Hoá sinh động Nghiên cứu các quá trình chuyển hoá, số phận của các chất khi vào cơ thể, tính đặc hiệu của những phản ứng sinh học như phản ứng giữa enzym và cơ chất, giữa hormon và các chất tiếp nhận. Quá trình chuyển hóa các chất QUÁ TRÌNH ĐỒNG HOÁ Là quá trình biến đổi các đại phân tử hữu cơ (glucid, lipid, protid, acid nucleic) có tính đặc hiệu theo nguồn gốc thức ăn (vi sinh vật, động vật, thực vật) thành các đại phân tử glucid, lipid, protid, acid nucleic có tính đặc hiệu của cơ thể. Quá trình chuyển hóa các chất QUÁ TRÌNH ĐỒNG HOÁ Là quá trình thu nhận các chất từ bên ngoài vào để tổng hợp các chất sống riêng cuả cơ thể gồm 3 bước là tiêu hoá, hấp thu và tổng hợp Quá trình chuyển hóa các chất TIÊU HOÁ Là quá trình thuỷ phân các đại phân tử của thức ăn nhờ các hydrolase trong các dịch tiêu hoá: amylase thuỷ phân tinh bột, peptidase thuỷ phân protein. Quá trình chuyển hóa các chất Hấp thu - Các sp tiêu hoá cuối cùng: các đv cấu tạo của glucid (monosaccarid), protid (acid amin),được hấp thu qua niêm mạc ruột non vào máu nhờ quá trình vật lý (sự khuếch tán) Quá trình chuyển hóa các chất Tổng hợp - Các sp hấp thu được dòng máu đưa đến các mô và được tế bào sử dụng để tổng hợp các phân tử đặc hiệu của cơ thể Quá trình chuyển hóa các chất Tổng hợp -Xây dựng tb và mô: protein, polysacarid tạp, phospholipid) -Dự trữ: Glycogen, triglycerid -Hoạt động sống: a. nucleic, enzym và các protein chức năng Quá trình chuyển hóa các chất QUÁ TRÌNH DỊ HOÁ Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ (thành phần cơ bản của cơ chất) nhằm mục đích:  Giải phóng năng lượng  Đào thải các chất cặn bã LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Ở thế kỷ XIX: khi ngành hoá học phát triển như vũ bão, xuất hiện lĩnh vực khoa học mới nhằm nghiên cứu các thành phần hóa học của cơ thể sống và những quá trình chuyển hóa hóa học của các chất và của năng lượng trong quá trình hoạt động sống xảy ra trong cơ thể Trước thế kỷ XX: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Gắn liền với những thành tựu của các lĩnh vực nghiên cứu hóa hữu cơ, sinh lý học, y học và một số ngành khoa học khác Trước thế kỷ XX: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Các nghiên cứu về hóa sinh đã bắt đầu từ thế kỷ 18 nhưng đến cuối thế kỷ 19 mới trở thành ngành khoa học độc lập Trước thế kỷ XX:  Giữa thế kỷ XIX: Friedrich Wohler (1828) tổng hợp được u rê (urease); (NH2)2CO.  Urê được Hilaire Rouelle phát hiện năm 1773. Nó là hợp chất hữu cơ được tổng hợp nhân tạo đầu tiên từ các chất vô cơ, được Friedrich Woehler thực hiện vào năm 1828 bằng cách cho cyanat kali phản ứng với sulfat amoniac.  LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Cuối thế kỷ 19: tìm ra những số liệu về cấu trúc hóa học của acid amin, saccarid, lipid, bản chất của liên kết peptid, bắt đầu nghiên cứu acid nucleic Trước thế kỷ XX: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Năm 1897: Eduard Buchner thành công trong việc lên men (enzym) vô bào Trước thế kỷ XX:  Năm 1897, Eduard Buchner đã gởi bài báo đầu tiên về khả năng chiết xuất men từ các tế bào nấm men còn sống để lên men đường. Trong một loạt các thí nghiệm tại Đại học Berlin, ông nhận thấy rằng đường được lên men thậm chí không có mặt các tế bào nấm men trong hỗn hợp. Ông đặt tên enzym lên men sucrose đó là "zymase".  Năm 1907, ông đã nhận được giải Nobel hóa học "cho nghiên cứu sinh hóa của ông và phát hiện của ông về sự lên men không có tế bào". LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Đầu thế kỷ XX: phát hiện một số bệnh liên quan đến dinh dưỡng - Bệnh scobut do thiếu vitamin C - Viêm da pellagre hay gặp ở các vùng ăn toàn ngô do thiếu vitamin PP. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Đầu thế kỷ XX: phát hiện một số bệnh liên quan đến dinh dưỡng - Bệnh tê phù do thiếu vitamin B1... Người ta gọi đó là các bệnh thiếu dinh dưỡng đặc hiệu, nghĩa là nguyên nhân chủ yếu là do thiếu một thành phần dinh dưỡng nào đó LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Trước 1950: nhiều công trình nghiên cứu về tế bào thực vật, động vật, tìm ra Amylase, Pepsin, Trypsin, Vitamin, Hormon, phản ứng lên men Từ đầu thế kỷ XX đến 1950 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Từ năm 1950: cơ bản đã xác định các tính chất chủ yếu cuả các chất và con đường chuyển hoá các chất trong cơ thể - Nghiên cứu cấu trúc phân tử protein, axit nucleic, liên quan cấu trúc – chức năng Tổng hợp được insulin Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Năm 1961: tìm ra mô hình điều hòa hoạt động gen. (Điều hoà hoạt động gen chính là điều hoà lượng sản phẩm của gen tạo ra, giúp tế bào điều chỉnh sự tổng hợp Protein cần thiết lúc cơ thể cần thiết) Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Từ 1970: bắt đầu nghiên cứu tổng hợp gene bằng phương pháp hóa học Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Vào năm 1977, Maxam và Gilbert lần đầu tiên phát minh ra phương pháp giải trình tự gen bằng phương pháp hóa học. Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Nguyên tắc của phương pháp là dựa trên phản ứng hóa học thủy giải đặc hiệu, các DNA không tự xoắn lại với nhau, tạo thành tập hợp nhiều phân đoạn có kích thước khác nhau. Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Tiếp tục nghiên cứu quá trình sinh tổng hợp acid nucleic và protein, sự liên quan giữa biến đổi di truyền và các bệnh lý y học (bệnh đái tháo đường, bệnh xơ vữa động mạch, bệnh thống phong (Goutte),) Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Hoá sinh của hệ thống miễn dịch của Snell, Bena Cerraf và Dausset năm 1980 Giải thưởng Nobel bởi công trình nghiên cứu gắn các mẫu DNA của Paul Berg Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Năm 1981-1982, thành tựu tổng hợp gen α-interferon gồm 514 đôi base bởi Leicester đã được thực hiện Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Năm 1997 giải thưởng Nobel y học trao cho Staley Prusiner về công trình nghiên cứu prion, một khái niệm mới về "nhiễm khuẩn", gây bệnh não thể xốp ở người và động vật Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Prion (PrP) là protein tồn tại hai dạng đồng phân alpha và bêta. Ở cơ thể khoẻ 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 hoá và không bị phá huỷ ở nhiệt độ cao (đến 200 độ C). Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Do vậy prion như là tác nhân gây bệnh hoàn toàn mới được bổ sung vào danh sách những tác nhân gây bệnh như virus, vi khuẩn, nấm. Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Công trình này đưa ra khái niệm bệnh lý phân tử hoàn toàn mới trong sinh học và y học. Công trình không chỉ phát hiện ra tác nhân gây bệnh xốp não ở người và động vật (Fatal Familial Insomnia = Chứng mất ngủ gia hệ chí tử, bệnh bò điên) mà còn đặt nền móng cho sự tìm hiểu cơ chế mất trí liên quan đến bệnh già và bệnh Alzheimer Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Cùng với sự phát minh ra một số trang thiết bị y tế hiện đại từ những thế kỷ 18 nay như : Kính hiển vi, máy siêu ly tâm, máy sắc ký hoá sinh học đóng vai trò rất quan trọng trong các lĩnh vực đời sống Từ 1950 đến nay LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN HÓA SINH Hiện nay: Phương pháp xác định trình tự nucleotid bằng máy tự động (PCR) MÁY ĐIỆN DI VAI TRÒ CỦA HÓA SINH TRONG Y HỌC Nghiên cứu các chức năng của cơ thể và sự liên hệ với môi trường bên ngoài. Nghiên cứu nhiệm vụ của từng tế bào, từng mô, từng cơ quan trong cơ thể VAI TRÒ CỦA HÓA SINH TRONG Y HỌC Nghiên cứu những thay đổi bệnh lý trong quá trình chuyển hóa tìm hiểu một số nguyên nhân gây bệnh bằng các xét nghiệm trên dịch sinh vật, bằng nghiệm pháp về Enzym thăm dò chức năng  chẩn đoán và điều trị VAI TRÒ CỦA HÓA SINH TRONG Y HỌC Giúp thầy thuốc biết được cơ chế hấp thu, phân bố chuyển hoá, thải trừ cuả các chất từ bên ngoài vào cơ thể  đưa ra những nguyên tắc cơ bản, phù hợp với sự phát triển của cơ thể sống (chế độ dinh dưỡng, chỉ định phương pháp chữa trị ) Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng  Xét nghiệm HSLS đối với việc chẩn đoán  Quyết định chẩn đoán: Nhiều bệnh hoặc trạng thái bệnh lý cần phải có các xét nghiệm sinh hoá mới xác định được, ví dụ như bệnh đái tháo đường trước hết xét nghiệm đường huyết (tăng) rồi đường niệu; rối loạn thăng bằng nước điện giải cần các số liệu về ion đồ (Na+ , K+ , Ca+ ,.) Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng  Xét nghiệm HSLS đối với việc chẩn đoán  Góp phần chẩn đoán: Đa số các xét nghiệm hóa sinh lâm sàng có tác dụng góp phần chẩn đoán, nghĩa là thầy thuốc chẩn đoán bệnh dựa trên sự phân tích và tổng hợp các triệu chứng lâm sàng và các xét nghiệm cận lâm sàng khác nhau. Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng  Xét nghiệm HSLS đối với việc chẩn đoán  Góp phần chẩn đoán:  Ví dụ: kết quả điện di Protein huyết thanh giúp cho chẩn đoán các bệnh gan, tiêu hoá,Bilirubin trong các bệnh vàng da; Ure, creatinin trong bệnh thận, acid uric trong bệnh gút; các hormon trong các bệnh của tuyến nội tiết; Triglycerid trong các bệnh về tim mạch,. Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng Xét nghiệm HSLS đối với việc chẩn đoán  Chẩn đoán phân biệt: Đối với những bệnh có những bệnh cảnh lâm sàng giống nhau, những nguyên nhân gây bệnh khác nhau, đòi hỏi những biện pháp điều trị khác nhau. Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng Xét nghiệm HSLS đối với việc chẩn đoán  Chẩn đoán phân biệt: Ví dụ: Viêm gan do virus và tắc mật không hoàn toàn giống nhau về những triệu chứng lâm sàng (sốt, đau vùng gan,.) nhưng có những xét nghiệm hoá sinh khác nhau. Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng Urobilinogen niệu Transaminase HT Phosphatase HT Viêm gan +++ Tăng nhiều Bt, tăng ít Tắc mật 0 Bt, tăng ít Tăng nhiều Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng Chẩn đoán sớm: có một số bệnh ở giai đoạn đầu hoặc ở thời kỳ ủ bệnh, các triệu chứng lâm sàng chưa biểu hiện nhưng xét nghiệm sinh hoá đã có những thay đổi. Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng Chẩn đoán sớm: Thí dụ ở thời kỳ ủ bệnh viêm gan virus, chưa vàng da và chưa có những biểu hiện lâm sàng khác, transaminase - đặc biệt là GPT (glutamat pyruvat transaminase) tăng rất cao; Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng Chẩn đoán sớm: Thí dụ ở ở bệnh nhồi máu cơ tim khi chưa có biểu hiện lâm sàng, chưa có rối loạn điện tâm đồ, transaminase - đặc biệt là GOT (glutamat oxaloacetat transaminase) và Creatin kinase tăng rất cao Ý nghĩa XNSH đối với lâm sàng  3.4.2. Theo dõi kết quả điều trị và trực tiếp phục vụ điều trị  Nhờ tác dụng kể trên mà các xét nghiệm hoá sinh lâm sàng còn được sử dụng để theo dõi kết quả điều trị. Ví dụ: phản ứng MacLagan được dùng để theo dõi kết quả điều trị viêm gan, protein niệu đối với thận hư nhiễm mỡ. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Về tỉ lệ nước: chiếm khoảng 70% thể trọng/người (trong tế bào: 50%, ngoài tế bào; 20%), ở loài cá nước chiếm > 80% Đặc điểm về thành phần hóa học của cơ thể sống: NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Thành phần các nguyên tố trong cơ thể sống: chiếm 27/100 nguyên tố đã biết, một số nguyên tố thường gặp dưới dạng ion như: Na+ , K+ , Mg++ , Ca++ , Cl- và một số nguyên tố khác với một lượng rất nhỏ gọi là các nguyên tố vi lượng: Mn, Fe, Co, Cu, Zn, B, Al, Mo, Si, Sn, Cr, F, Se, Vd Đặc điểm về thành phần hóa học của cơ thể sống: NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG - Trong tế bào và cơ thể sống chủ yếu là C, H, O, N - Các chất tồn tại trên trái đất: O, Si, Al, Fe - C, N trong cơ thể sống thường ở dạng khử , ngoài môi trường thường tồn tại dưới dạng hợp chất đơn giản như CO2 , N2 , NO3 . Đặc điểm về thành phần hóa học của cơ thể sống: NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Hầu hết các phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể sống đều có sự xúc tác của enzym  đặc điểm chung, và xảy ra ở điều kiện nhiệt độ, áp suất bình thường, tốc độ nhanh, chính xác Đặc điểm các phản ứng hóa học trong cơ thể sống NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG - Nhiều phản ứng khác nhau cùng xảy ra trong một thời điểm, liên hệ với nhau theo một trình tự xác định - Cơ chế phản ứng tinh vi, phức tạp, được kiểm soát nghiêm ngặt Đặc điểm các phản ứng hóa học trong cơ thể sống NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Các sản phẩm của phản ứng, sản phẩm trao đổi, sản phẩm trung gian cũng đóng vai trò trong cơ chế phản ứng, gọi là cơ chế tự điều hòa Đặc điểm các phản ứng hóa học trong cơ thể sống NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Thành phần cơ bản của tế bào và cơ thể sống có mối tương tác chặt chẽ với nhau và với môi trường xung quanh, việc tìm ra chu trình cacbon , chu trình nitơ chứng minh rõ mối liên hệ chặt chẽ này Sự liên hệ giữa cơ thể và môi trường NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Kết quả của quá trình trao đổi chất và năng lượng cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể  cơ thể hấp thu  biến đổi thành năng lượng dưới nhiều dạng: nhiệt năng, hóa năng, động năng, điện năng Sự liên hệ giữa cơ thể và môi trường NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Để đảm bảo cho sự phát triển của tế bào và cơ thể sống , cần có chế độ đủ dinh dưỡng để cung cấp năng lượng cho sự sống Hóa sinh dinh dưỡng và tình trạng thiếu dinh dưỡng NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Ngoài ra cần cung cấp đáp ứng đúng tỉ lệ cho từng đối tượng Trong đó: protein cần cho quá trình tăng trưởng, lipid và saccarid cung cấp năng lượng (còn gọi Kcal, hay Cal ..) Hóa sinh dinh dưỡng và tình trạng thiếu dinh dưỡng NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Ngoài ra cần cung cấp đáp ứng đúng tỉ lệ cho từng đối tượng Trong đó: protein cần cho quá trình tăng trưởng, lipid và saccarid sung cấp năng lượng (còn gọi Kcal, hay Cal ..) Hóa sinh dinh dưỡng và tình trạng thiếu dinh dưỡng NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Tỉ lệ Protein: lipid, saccarid được một số tài liệu khuyên nên là 1:1:5 hoặc 1:1:4 Khi xác định khối lượng các chất cần cho khẩu phần ăn cần phải có kiến thức về dinh dưỡng để tránh sai lầm Hóa sinh dinh dưỡng và tình trạng thiếu dinh dưỡng NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ SỐNG- SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CƠ THỂ - MÔI TRƯỜNG Theo tổ chức y tế thế giới ( WHO ): có 4 loại bệnh thiếu dinh dưỡng quan trong nhất hiện nay là: 1.Thiếu dinh dưỡng protein năng lượng 2. Bệnh khô mắt do thiếu Vit A 3. Bệnh thiếu máu do thiếu sắt 4. Bệnh bướu cổ địa phương và bệnh kém phát triển trí tuệ do thiếu iốt Hóa sinh dinh dưỡng và tình trạng thiếu dinh dưỡng THANKS