2. Trọng lượng lớn nhất của actat, trong một quá trình nghiên cứu vào khoảng 0,002 microgram Những phương pháp nào được ứng dụng để nghiên cứu
7.1.3 Hóa sinh học và phân tử hóa sinh học:
Việc tách hóa hữu cơ khỏi hóa sinh học vào thế kỉ XIX đóng vai trò gì trong sự phát triển hóa sinh học và hóa học?
Từ thời cổ đại các nhà hóa học đã bị thu hút bởi các vấn đề liên quan đến hóa sinh học, từ việc tìm kiếm thuốc trường sinh (thuật giả kim) tới việc pha chế thuốc (hóa y học). Vào thời kỳ kết hợp mạnh mẽ giữa hóa học và vật lý, các vấn đề hóa sinh và y học đã đạt được bước tiến mới. Quá trình kết hợp hóa học và hóa sinh học được đẩy mạnh và đầu thế kỷ XIX, kết quả là tạo nên một ngành khoa học độc lập – hóa hữu cơ, nghiên cứu các chất có nguồn gốc động vật và thực vât.
Nghiên cứu chức năng sinh học của cơ thể ví dụ như hô hấp, tiêu hóa và trao đổi chất đã tạo ra cú hích thúc đẩy sự phát triển hóa học cũng như sinh học. Các khía cạnh của các quá trình quang hợp và sinh trưởng của thực vật đã được nghiên cứu. Học thuyết về xúc tác sinh học được phát triển trên danh giới của 2 ngành khoa học. Hóa lý đóng vai trò lớn trong việc nhận thức nhiều quá trình sinh học, trong số đó là thuyết dung dịch.
Richard Martin Willstätter (1872 – 1942) – nhà hóa học, hữu cơ học người Đức. Các công trình chính là hóa học các hợp chất thiên nhiên và hóa sinh học. Năm 1915 được trao giải thưởng Nôbel cho nghiên cứu chất màu có nguồn gốc thực vật, đặc biệt là chất diệp lục.
Đầu thế kỷ XX đã diễn ra việc kết hợp nhiều khuynh hướng mà trước kia phát triển riêng biệt trên ranh giới hóa học và hóa sinh học. Một trong các nhà hóa học nghiên cứu trong lĩnh vực hóa sinh là E.G. Fisher, ông đã nghiên cứu cấu trúc protein, đường, các bazơ purine và là người đầu tiên điều chế được polipeptit. Ông viết về việc phục sinh ngành hóa sinh – hữu cơ như sau: “Gần đây các nhà điều chế hữu cơ có chiều hướng thực hiện các chuyển hóa hợp chất cacbon bằng các phản ứng chậm, xảy ra trong điều kiện phản ứng giống như trong cơ thể, ngày càng rõ hơn ”.
Cấu trúc nhiều chất hữu cơ tự nhiên, trong số đó có dãy alkaloid, được một nhà hóa học khác người Đức R.M.Vilshtetter giải mã. Vào năm 1907 – 1910 ông đã tách tinh thể chất diệp lục và xây dựng nên phân tử và cấu trúc của một đoạn biệt lập. Khi nghiên cứu các hợp chất không no khác nhau, Vilshtetter thử giải thích mối liên hệ giữa số liên kết đôi liên hợp trong phân tử và màu sắc của hợp chất. Ông tách và nghiên cứu sắc tố đỏ của máu và nhiều chất màu thiên nhiên khác chứa trong hoa và các loại quả.
Các sắc tố có trong thành phần của máu và lá xanh lục của thực vật được nghiên cứu bởi một nhà hóa học – hữu cơ học và sinh hóa học khác là Hans Eugen Fischer (1881 – 1945). Cuối cùng, Hans Eugen Fischer đã xây dựng được cấu trúc chất diệp lục và hemoglobin. Năm 1929 Fischer cho rằng hemoglobin trong máu được cấu tạo từ protein globin và hợp chất phức của sắt ferriheme. Nhờ công trình nghiên cứu cấu trúc chất màu trong máu và thực vật và điều chế ferriheme, Hans Eugen Fischer được trao giải thưởng Nobel vào năm 1930.
Vào những năm 20 của thế kỷ XX, một số loại men (xúc tác sinh học) được tách ra dưới dạng sạch. Sau khi xây dựng được cấu trúc của chúng người ta đã hoàn toàn chứng minh được môi trường protein của các chất này. Vào những năm 60 thế kỷ này người ta đã hoàn thiện việc tổng hợp insulin và các chất hoạt động sinh học khác, không chỉ xác định được thành phần hóa học mà còn xác định được cấu trúc phân tử và không gian của protein và các loại men.
Một bước tiến lớn trong hóa sinh học đó là giải mã thành công DNA. Những mẫu axit deoxyribonucleic (DNA) sạch đầu tiên được thu bởi nhà sinh hóa học người Mỹ Erwin Chargaff (1905 – 2002) vào năm 1947. Erwin Chargaff chỉ ra
James Dewey Watson ( sinh năm 1928) – nhà hóa sinh học người Mỹ. Các công trình nghiên cứu cơ bản là hóa sinh học phân tử. Năm 1953
cùng với F. Crick đã xây dựng lên mô hình DNA – xoắn đôi. Nghiên cứu cấu trúc của virus và vai trò của chúng trong việc hình thành u ác
tính. Nghiên cứu vai trò RNA trong tổng hợp protein. Giải thưởng Nobel ( 1962).
rằng trong những cơ thể khác nhau thì thành phần DNA khác nhau, nhưng trong những bộ phận khác nhau của cùng một cơ thể thì chúng giống nhau. Chargaff cho rằng, số adenine luôn luôn bằng số cytosine trong DNA, không phụ thuộc vào nguồn gốc của DNA (quy luật Chargaff). Phát kiến của Chargaff là chìa khóa giải đáp cấu trúc DNA.
Vòng xoắn đôi DNA được đưa ra vào năm 1953 bởi nhà bác học người Mỹ J.D. Watson và nhà bác học người Anh F.Crick. Họ đặt giả thiết rằng DNA đựợc cấu tạo từ một cặp dây xoắn được liên kết với nhau bằng các liên kết hidro. Trong đó sợi DNA đựợc tạo thành bởi nucleotide phân bố theo một trật tự nhất định. Mỗi nucleotide của một sợi được ghép đôi với nucleotide đối diện của sợi thứ hai theo qui luật bổ sung. Khi giải thích nó với sự trợ giúp của khái niệm về tổng hợp ma trận, Crick và Watson đã xác lập nên cơ chế sao chép phân tử DNA trong quá trình phân chia tế bào. Công trình nghiên cứu của họ đã đặt nền móng cho di truyền học và sự xuất hiện các phát minh quan trọng trong thế kỷ XX. Nhà lý sinh học Maurice Hugh Frederick Wilkin cùng với 2 nhà sinh hóa học Crick và Watson được trao giải thưởng Nobel trong lĩnh vực sinh lý học và y tế vào năm 1962.
Câu hỏi:
1. Khả năng nghiên cứu hóa học trong hóa sinh có những ranh giới nào? 2. Việc sử dụng phương pháp hóa học trong hóa sinh có những triển vọng gì?