Có thể dùng phương pháp của nhà hóa sinh học người Ðức là Otto Henric Vacbua (sinh năm 1883) nghiên cứu và ứng dụng vào năm1923 để nghiên cứu các giai đoạn phân hủy glycogen xãy ra sau [r]
(1)CHƯƠNG XII : TRAO ÐỔI CHẤT I HÓA HỌC CHỮA BỆNH
II CHẤT KHÁNG SINH VÀ CHẤT TRỪ SÂU
III NHỮNG SẢN PHẨM THAY ĐỔI CHẤT TRUNG GIAN IV CÁC CHẤT ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ
Trong số mặt, việc chống bệnh vi khuẩn có đơn giản việc chống virut Ở chương trước nói vi khuẩn dễ dàng ni cấy virut Ngồi ra, chúng dễ bị tổn thương Vi khuẩn tồn bên tế bào vật "chủ" có tác động gây hại cạnh tranh thức ăn với tế bào vật chủ sản chất độc Nhưng trao đổi chất vi khuẩn thường thường khác với trao đổi chất tế bào vật chủ Vì có khả dùng chất hóa học động vào vi khuẩn , mà không ảnh hưởng cách dến trao đổi chất tế bào chủ
Việc dùng chất hóa học để chữa bệnh có từ thời kỳ tiền sử Ngay thời đại chúng ta, việc chữa bệnh cỏ nước thuốc sắc đem lại kết tốt đẹp Kinh nghiệm chế thuốc "thuốc thảo mộc" truyền từ đời sang đời khác Ví dụ: ký ninh lúc đầu dùng loại thuốc dân gian để trị ký sinh trùng sốt rét, sau thầy thuốc chuyên nghiệp chiếm lấy làm vũ khí
Sự xuất loại thuốc tổng hợp cho phép người ta lựa chọn loại thuốc đặc biệt chuyên trị loại bệnh Người đầu lĩnh vực Ehrlich, ông gọi loại thuốc " viên đạn mầu nhiệm", chúng tìm diệt vi khuẩn mà không làm hại tế bào thể người bệnh
Ehrlich nghiên cứu chất nhuộm vi khuẩn Khi biết chất nhuộm màu kết hợp đặc hiệu với phận hợp thành định tế bào vi khuẩn, ông cố gắng xác định xem chất nhuộm màu có phá hủy chế hoạt động vi khuẩn hay khơng Thực chất ơng tìm chất nhuộm màu đỏ tripanoxic diệt Trypanosoma, động vật đơn bào vi khuẩn điều khơng làm thay đổi tình hình
Song Ehrlich khơng dừng lại Ơng phán đoán cách đắn tác động màu đỏ tripanoxic cách kết hợp nguyên tử nitơ - thành phần cấu tạo chất nhuộm màu Ngun tử Arsenic, tính hóa học, giống nguyên tử nitơ, hợp chất độc nhiều Ehrlich bắt đầu thử hết thí nghiệm sang thí nghiệm khác với tất chất hữu có chứa Arsenic, thu tổng hợp vào thời kỳ
Năm 1909, người cộng Ehrlich phát hợp chất phịng thí nghiệm mang số hiệu 606, chống Trypanosoma không đạt kết hữu hiệu lại tốt để trị
(2)bệnh giang mai Ehrlich gọi thuốc Sanvacson dành năm lại đời ông để cải tiến phương pháp sử dụng Sanvacson vào việc điều trị bệnh giang mai
Hóa học chữa bệnh đại việc chế thuốc màu đỏ tripanoxic sanvacson có nghĩa chữa bệnh chế phẩm hóa học ( thuật ngữ Ehrlich đề nghị) Các nhà bác học đặt nhiều hy vọng chữa bệnh khác phương pháp tương tự Tiếc suốt 25 năm sau phát công dụng sanvacson nhà nghiên cứu khơng tìm chất có lợi bảng danh sách dài chất hữu tổng hợp
Nhưng thời gian trôi số mệnh lại giễu cợt người thầy thuốc Nhà hóa sinh học kiêm thầy thuốc người Ðức Gerhac Ðômag (sinh năm 1895) làm việc theo đơn đặt hàng công ty sản xuất chất nhuộm, tiến hành thử cách có hệ thống chất nhuộm màu với hy vọng dùng số chất vào y học Prontosin chế phẩm thuốc nhuộm chế Năm 1932, Ðômag nhận thấy tiêm protosin có tác dụng mạnh nhiễm trùng
Streptococcus chuột bạch
Sau chẳng ơng phải kiểm tra thuốc thử tiêm chế phẩm thuốc gái ông, cô bé bị nhiễm trùng Streptococcus Không cịn cách điều trị có hiệu tuyệt vọng ơng tiêm cho ơng liều lượng cao Prontsin Nhờ ơng bình phục nhanh, năm 1935, giới biết loại thuốc
Trước khơng lâu, nhóm nhà vi khuẩn học Pháp khẳng định tác dụng chống vi khuẩn prontosin có liên quan với có mặt Sunfanilamit ( hợp chất nhà hóa học biết từ năm 1908 ) phân tử Prontosin
Việc sử dụng prontosin chế phẩm khác sunfanilamit nêu cao << sáng >> << chất thuốc mầu nhiệm >> Nhiều bệnh nhiễm trùng, đặc biệt số biến chứng bệnh viêm phổi, khơng cịn đe dọa tính mạng người
Ðã từ lâu, nhà bác học khơng tìm chất thuốc chống trực khuẩn lao Và đến năm 1952 nhà nghiên cứu người Mỹ người Ðức phát hydrazit axit
Izonicotinic (tubazit) chữa khỏi bệnh lao có hiệu Từ trở đi, hydrazit chất dẫn xuất bắt đầu dùng hàng ngày để chữa bệnh lao
Dù sao, thành cơng lớn hóa học chữa bệnh có liên quan với loại thuốc tổng hợp kiểu sanvacson sunfanilamit mà liên quan với hợp chất tự nhiên Nhà vi sinh học người Mỹ Rơne Jun Ðunbo ( sinh năm 1901 ) nghiên cứu vi sinh vật đất nhiều năm Như người điều biết Xác động vật rơi vào đất bị nhiễm nhiều bệnh khác nhau, trừ số trường hợp, thân đất khơng phải nguồn nhiễm trùng Rõ ràng điều giải thích đất có tác nhân chống vi sinh vật ( Những tác nhân mang tên chất kháng sinh có nghĩa << chống lại sống >> )
Năm 1939, Ðubo tách từ vi khuẩn đất chất tinh thể gọi tirotrixin, kết cấu hai chất kháng sinh, sau mang tên gramixiđin tiroxiđin Dù thân tirotrixin tác nhân hiệu quả, khêu gợi hứng thú nhà bác học ý tới điều mà nhà vi khuẩn học người Scôtlan Alecxander Flemming (881 - 1955) phát hàng chục năm trước
Khi nghiên cứu nuôi cấy tụ cầu khuẩn (Staphylococcus) ơng vơ tình để bỏ ngõ khơng đậy tụ cầu
(3)khuẩn ngày Ông chuẩn bị vứt thấy có bào tử nấm rơi vào, chung quanh tập đồn nấm khơng thấy Staphylococcus
Flemming phân lập nấm xếp nấm vào lồi Penicilium nolatum, có quan hệ họ hàng với nấm bình thường thường xuất bánh mì đen Ơng đến kết luận nấm tiết chất kìm hãm sinh trưởng vi khuẩn ơng gọi chất Penixilin Dựa vào nghiên cứu tỉ mỉ, ông chứng minh penixilin tác động đến loại vi khuẩn không ảnh hưởng đến vi khuẩn khác hồn tồn khơng hại đến bạch cầu, có lẽ, vơí tế bào khác thể người Sau Flemming khơng xa kết luận
Phát minh Dubo làm cho người ta ý đến chất kháng sinh chất kháng sinh tiêu biểu penixilin Ngoài ra, chiến tranh giới lần thứ hai bắt đầu, địi hỏi thứ thuốc cơng hiệu để chống lại vết thương bị nhiễm trùng Chính nhà bệnh lý học người Anh Oante Flori (sinh năm 1898) cộng tác với nhà hóa sinh học người Anh Enet Sein (sinh năm 1906), định giải vấn đề tách penixilin, xác định cấu trúc penixilin tìm phương pháp cơng nghệ để sản xuất penixilin Ðến cuối chiến tranh, hai nhà bác học đứng đầu nhóm lớn nhà nghiên cứu đạt thành tựu rực rỡ Penixilin đến trở thành loại thuốc thông dụng chống bệnh nhiễm trùng
Những nghiên cứu sau chiến tranh dẫn đến việc phát nhiều chất kháng sinh khác Chẳng hạn nhà vi khuẩn học người Mỹ Xolomon Vacxman (sinh năm 1888) người dùng danh từ " chất kháng sinh"đã nghiên cứu vi khuẩn đất cách có hệ thống Erlic nghiên cứu chất tổng hợp khứ Năm 1943 ông thu chất kháng sinh chống có hiệu lồi vi khuẩn mà penixilin khơng có tác dụng Hai năm sau chát kháng sinh bán rộng rãi với tên
streptomixin
Vào thời kỳ đầu năm 50 người ta phát chất kháng sinh có tác dụng rộng nghĩa ức chế phát triển nhiều loại vi khuẩn thuộc nhóm tetraxiclin aureomixin, teramixin
Nhờ xuất kháng sinh, việc chống bệnh vi khuẩn đạt thành tựu mà hai ba chục năm trước khơng thể có Song thật tương lai không hứa trước cảnh vui mừng Do kết chọn lọc tự nhiên nên tồn nịi có tính chịu đựng tự nhiên chất kháng sinh Vì chất kháng sinh theo thời gian tác dụng Chắc chắn sau người ta pháp chất kháng sinh mới, chưa đến lúc nói thắng lợi hồn tồn thắng lợi khơng đạt
Các chất thuốc hố học, thơng thường khơng có tác dụng virut Vì virut sinh sản bên tế bào sống, để tiêu diệt chúng hố chất phải tiêu diệt ln tế bào Tuy nhiên thành công cách tiêu diệt sinh vật đa bào mang virut truyền bệnh cho người
Chẳng hạn thường nói người ta khó tránh rận mang virut sốt phát ban tránh muỗi sống tự Bệnh sốt phát ban loại bệnh vơ nguy hiểm : số lính bị chết bệnh phát ban nhiều số lính bị chết đạn pháo địch mặt trận đại chiến lần thứ
(4)thuốc diệt hết côn trùng lần lịch sử, người ta nhanh chóng tốn dịch sốt phát ban Tình hình tương tự thấy Nhật Bản vào cuối năm 1945
Sau đại chiến giới lần thứ hai, DDT chất trừ sâu hữu khác dùng nhằm mục đích ngăn ngừa dịch bệnh mà cịn dùng để diệt sâu bọ bảo vệ hoa màu Sau chất diệt cỏ diệt trùng gộp vào nhóm thuốc trừ sâu-cỏ Nhưng cần lưu ý - trùng hình thành tính đề kháng với thuốc hóa học thuốc trừ sâu - cỏ tác dụng Thêm vào đó, dùng thuốc trừ sâu cách bừa bãi nên số lớn sinh vật khơng có hại cho người bị tiêu diệt, phá vỡ cân thiên nhiên Tất nhiên dùng nhiều thuốc trừ sâu đem lại nhiều tác hại làcó lợi
Ðó vấn đề nghiêm trọng Học thuyết mối liên hệ lẫn sinh vật với môi trường sinh vật lẫn ( sinh thái học) lĩnh vực sinh học nhiều vấn đề chưa giải Ðể theo đuổi lợi ích ngắn ngủi, lồi người thay đổi mơi trường xung quanh, biết trước biến đổi nhìn tưởng không đáng kể kết cục đưa đến tổn thất đảo ngược
Các tác nhân hóa học khác tác động đến trùng, cỏ dại vi khuẩn làm rối loạn trao đổi chất sinh vật, nói cách khác, thực "chệch choạc" thể sinh vật mặt chế hóa học Việc tìm tịi tác nhân trở nên ngày có hiệu người ta sáng tỏ vấn đề đặc tính q trình trao đổi chất
Về mặt qn cơng lao nhà hóa sinh học người Anh Actơ Harden (1865-1940); người nghiên cứu enzim chiết xuất từ nấm men (xin nhớ Bucne chứng minh chất chiết xuất phân hủy đường có hiệu chẳng thân tế bào nấm men) Ngay năm đầu kỷ 20 (1905) Harden ý dịch chiết nấm men phân hủy mạnh đường tạo khí CO2, thêm vào đó, hiệu suất trình phân hủy giảm dần Thoạt nhìn nghĩ phản ứng có liên quan đến tiêu hao men dịch chiết, thêm vào dung dịch phosphat natri Harden làm tăng hoạt tính men
Nồng độ phosphat vơ q trình phản ứng men giảm xuống, Harden bắt đầu tìm dung dịch loại chất phosphat hữu mà ông tưởng sinh từ phosphat vô Ông tìm phân tử đường liên kết với hai nhóm phosphat Phát Harden đạt sở nghiên cứu trình trao đổi chất trung gian, thăm dị nhiều hợp chất khác (có xuất thời gian ngắn ngủi) tạo thành qúa trình phản ứng hóa học xảy mô thể
Chúng ta thử kể cách vắn tắt hướng chủ yếu việc thăm dị Nhà hóa học người Ðức Otto Frit Mayehof (1884-1951), thí nghiệm thực sau chiến tranh giới lần thứ kết thúc, ông thấy co dẫn đến giảm glycogen (một biến dạng tinh bột) dẫn đến xuất lượng axit Lactic định Ðặc biệt q trình xảy khơng hấp thụ oxy Trong lúc nghỉ, phần axit lactic tự oxy hóa (lúc phần oxy phân tử hấp thu để bù vào " tình trạng nợ oxy" lượng phát sinh cách cho phép phần lớn axit Lactic lại biến thành glycogen) Nhà sinh lý học người Anh Acsiban Viven Hin (sinh năm 1886) đến kết luận tương tự tiến hành thí nghiệm xác định khối lượng nhiệt sản sinh co
(5)este Cori), họ chứng minh sản phẩm phân hủy glycogen Ông bà Cori theo dõi biến đổi glucoze-1-phosphat hàng loạt sản phẩm trung gian xác định vị trí chất chuỗi phân hủy Thì phosphat đường Harden nêu lần từ chục năm trước sản phẩm trung gian
Sự kiện tìm sản phẩm trao đổi trung gian, Harden Cori phát hợp chất hữu chứa phosphat, kiện có ý nghĩa to lớn Nhờ đó, nhiều chế cuả q trình hóa sinh học xác định vai trị quan trọng nhóm phosphat Nhà hóa sinh học Mĩ Frix Anbe Lipman (sinh năm 1899) làm sáng tỏ tượng Theo ý kiến ơng, nhóm phosphat giữ hai vị trí phân tử-vị trí có lượng thấp vị trí có lượng cao Năng lượng giải phóng phân hủy phân tử tinh bột mỡ dùng để biến phosphat lượng thấp thành phosphat lượng cao Như diễn hoàn hảo lượng dạng hóa học phù hợp với sinh vật Sự phân hủy phosphat lượng cao giải phóng khối lượng lượng đủ cung cấp cho chuyển hóa hóa học khác nhau, tiến hành với hấp thu lượng
Có thể dùng phương pháp nhà hóa sinh học người Ðức Otto Henric Vacbua (sinh năm 1883) nghiên cứu ứng dụng vào năm1923 để nghiên cứu giai đoạn phân hủy glycogen xãy sau phân hủy axit Lactic với tham gia oxy Phương pháp Vacbua cho phép đo nhu cầu oxy lát cắt mỏng mơ sống Thí nghiệm tiến hành sau: lát cắt mô sống bỏ vào màu đựng bình nhỏ, cổ có gắn chặt ống cong hình chữ U Các mơ sử dụng O2 bình CO2 mơi trường thải bị dung dịch kiềm hấp thụ tạo thành khoảng chân không nhỏ bình, chất lỏng ống cong hình chữ U dâng lên phía bình thí nghiệm bình có khoảng chân khơng - ND) Tốc độ tiêu thụ O2 xác định nhịp độ biến đổi mức chất lỏng ống cong, biến đổi đo đạt điều kiện kiểm soát chặt chẽ
Phương pháp Vacbua cho phép nghiên cứu ảnh hưởng hợp chất khác việc sử dụng O2 Hợp chất khôi phục lại mức chất lỏng (ở ống cong), sau bị tụt xuống, coi sản phẩm trung gian hàng loạt phản ứng có liên quan đến việc tiêu thụ Oxy Trong lĩnh vực này, nhà hóa sinh học người Hungari Anbe Xanh Giorgy ( sinh năm1893) nhà hóa sinh học người Anh Hanx Adonf Kreb (sinh năm 1900) có cống hiến lớn lao Ðến năm 1940, Kreb tìm tất giai đoạn chủ yếu biến đổi từ axit lactic đến CO2 nước Người ta thường gọi trình tự biến đổi chu trình Kreb Ngay trước đó, Kreb nghiên cứu giai đoạn chủ yếu hình thành chất thải nước tiểu, từ axit amin thành phần protit Ông khẳng định xãy tách nitơ gốc phân tử axit amin bị phân giải sản sinh lượng cần thiết Do Kreb xác nhận tính đắn giả thuyết Rubne đề 50 năm trước
Nghiên cứu chế bên tế bào cho phép nhà bác học mở rộng quan điểm cấu trúc tinh vi tế bào Vào thời kỳ đầu năm 30 xuất kính hiển vi điện tử Nó khác với kính hiển vi ánh sáng thường chổ electron thay cho tia sáng thường Nhờ suất phân giải kính hiển vi điện tử tăng lên gấp nhiều lần Nhà vật lý học Mỹ Vladimir Zvorưkin (sinh năm 1889) cải tiến kính hiển vi điện tử làm cho phù hợp với yêu cầu nghiên cứu tế bào học Người ta bắt đầu thấy rõ tiểu phần có kích thước khơng vượt kích thước phân tử lớn Ðã phát chất nguyên sinh tế bào bao gồm phức hợp cấu trúc hữu nhỏ bé có tổ chức cao gọi quan tử, hạt
Nhờ phương pháp hồn thiện vào năm 1940, người ta cắt nhỏ tế bào tách quan tử khỏi chất nguyên sinh Ty thể quan tử lớn số Trong tế bào gan điển hình chứa đến hàng nghìn ty thể- cấu trúc hình que có chiều dài 0.002 - 0.005 mm
(6)đó xãy tất phản ứng với tham gia enzim xúc tác có liên quan đến dùng oxy phân tử Như rõ ràng quan tử nhỏ bé trạm lượng độc đáo tế bào
Việc sử dụng chất đồng vị đóng góp phần đáng kể vào việc nghiên cứu chuỗi phức tạp phản ứng trao đổi chất Trải qua phần ba kỷ XX, nhà vật lý học phát phần lớn nguyên tố có số đồng vị Cơ thể không cảm thấy ranh giới đặc biệt chất đồng vị, thiết bị phịng thí nghiệm phản ứng nhạy chất
Nhà bác học người Mỹ Rudonf Xenhaime (1898 - 1941) lần dùng rộng rãi chất đồng vị nghiên cứu hóa sinh học Năm 1935, ông thu chất đồng vị gặp Hydro (đơteri), chất nặng gấp lần hydro thường Xenhaime tổng hợp phân tử lipit, ơng thay hydro thường hydro nặng đơteri, sau ơng đem lipit tổng hợp cho động vật thí nghiệm ăn Như mơ động vật có hydro nặng, mà động vật phản ứng lại y hệt hydro thường Những phân tích lipit động vật có chứa dơteri đạt kết đáng ngạc nhiên
Vào thời gian nhà bác học tưởng dự trữ lipit thể không đổi lipit huy động sinh vật đói Nhưng sau nghiên cứu thành phần mơ mỡ chuột có chứa đơteri, Xenhaime phát bốn đêm mô mỡ giữ lại nửa dơteri có thức ăn Nói cách khác, lipit tiêu thụ tích trữ lại trước sử dụng, nghĩa có xãy chu trình vật chất nhanh chóng liên tục tham gia vào thành phần thể Xenhaime nhận thấy kết tương tự thí nghiệm với axit amin đánh dấu nitơ đồng vị (nitơ nặng) ông cho chuột ăn hổn hợp axit amin, có số axit amin đánh dấu, sau ơng thấy tất axit amin đánh dấu Trên sở nghiên cứu Xenhaime, đề quan niệm trạng thái động tất phận cấu tạo nên thể
Về nguyên tắc, theo dõi tồn trình tự q trình trao đổi dùng hợp chất khác gắn chất đồng vị Thực điều đơn giản đồng vị phóng xạ mà nguyên tử khác với nguyên tử thường trọng lượng mà khác khả phân rã kèm theo phóng hạt chuyển động với lượng cao Người ta phát hạt cách dễ dàng, giới hạn lượng nhỏ chất đồng vị phóng xạ dùng vào thí nghiệm Các lò phản ứng hạt nhân xây dựng sau đại chiến giới thứ hai kết thúc cho phép người ta sản xuất rộng rãi nhiều chất đồng vị phóng xạ Ngồi người ta phát chất đồng vị phóng xạ carbon 14C có lợi cho việc nghiên cứu
Những chất đồng vị phóng xạ giúp nhà sinh học người Mỹ Menvin Kenvin ( sinh năm 1911) làm sáng tỏ chi tiết tinh vi phản ứng nối tiếp trình quang hợp mà kết quang hợp, xanh biến quang thành hóa cung cấp thức ăn oxy cho giới động vật Trong vòng vài giây, Kelvin cho tế bào thực vật có kích thước hiển vi hấp thụ CO2 ngồi sáng, sau đem giết chết tế bào Có lẽ thời gian ngắn này, quang hợp thực giai đoạn đầu Sau ơng nghiền nát tế bào tách chúng thành hợp phần dùng phương pháp sắc ký giấy (chúng ta nói đến tỷ mỉ điều chương sau) Bây làm xác yếu tố thuộc hợp phần xuất kết giai đoạn trình quang hợp
Kelvin giải đáp câu hỏi phân tử CO2 tiếp xúc với tế bào thực vật có chứa đồng vị carbon (14C) Bất kỳ chất tạo thành từ CO2 có carbon đồng vị q trình quang hợp, tự trở thành chất phóng xạvà xác định chất cách dễ dàng Kết luận
(7)