Nobel Hóa học 2003

Những bài cùng tác giả

- Peter Agre (sinh năm 1949, quốc tịch Mỹ) làm việc tại Johns Hopkins University, School of Medicine, Baltimore, Maryland, Hoa kỳ, và - Roderick MacKinnon (sinh năm 1956, quốc tịch Mỹ) làm việc tại Rockefeller University, Hughes Medical Institute, New York, New York, Hoa kỳ.

 Mọi sinh vật được cấu tạo bởi tế bào. Như ta đã biết, trong con người các tế bào tập hợp thành Mô (Tissue), và các mô được sắp xếp thành Cơ quan (Organ) như bắp thịt, gan, thận, phổi, v.v…. Ngoài ra cơ thể con người còn chứa chừng 70% nước muối. Biết một cách rõ ràng làm thế nào nước và muối (ion) có thể ra, vào các tế bào là một điều vô cùng quan trọng. Vì như thế chúng ta có thể hiểu thêm các chứng bệnh về tim, thận, bắp thịt và hệ thống thần kinh hầu tìm phương cách chữa trị.
Ngay từ giữa thế kỷ thứ 19, các khoa học gia đã biết là có những đường dẫn đặc biệt (kênh) trong tế bào giữ nhiệm vụ chuyển vận nước đi vào và ra khỏi tế bào. Nhưng phải đến năm 1988 Peter Agre mới xác định được một màng Protein đóng vai trò thiết yếu trong những đường dẫn này và đặt tên chúng là AQuaPorins (AQP). Khám phá có tính cách quyết định này của ông đã mở cửa cho một loạt những khảo cứu liên hệ đến đường dẫn nước trong tế bào của các loài vi trùng, thảo mộc và động vật. Khoảng 11 cấu trúc khác nhau của AQP đã được tìm ra.
Ngày nay các khảo cứu gia có thể theo dõi từng chi tiết hành trình của các phân tử nước khi đi qua màng tế bào. Họ đã tìm ra một tính chất đặc biệt, tính “Lọc lựa”, của các màng Protein này: trong vô số những hạt tử nhỏ hiện diện, chỉ có nước mới qua được. Thí dụ màng này không để Proton (H⁺ , hay H₂O +) qua. Điều này rất quan trọng vì nồng độ proton ở hai bên thành tế bào giữ vai trò thiết yếu trong việc tồn trữ năng lượng.
Trong con người, những đường dẫn nước này giữ vai trò vô cùng đặc biệt trong thận, nơi khoảng 170 lít nước được lọc qua, lại mỗi ngày.

Còn ion thì sao ?

Từ lâu, khoảng năm 1890, khoa học gia Đức Wilhelm Ostwald (đoạt giải Nobel Hóa học năm 1909) đã đưa ra ý kiến cho rằng những tín hiệu Điện, mà ta thấy trong những mô đang hoạt động, đã được tạo ra từ sự di chuyển qua, lại màng tế bào của các ion. Mãi đến thập niên 1920s ý niệm về những Đường dẫn Ions (Ions Channels) hẹp mới được đưa ra. Sau đó đến đầu thập niên 1950s hai khoa học gia Anh quốc Alan Hodgkin và Andrew Huxley công bố khám phá vai trò của ions Sodium (Na⁺) và Potassium (K⁺) trong sự truyền tín hiệu qua từng tế bào trên dây thần kinh. Hai ông này đoạt giải Nobel Sinh lý/Y học năm 1963.
Trong thập niên 1970s, tính chất “Lọc lựa” của các đường dẫn ions được nghiên cứu kỹ càng. Vai trò của Oxygen trong các protein của màng tế bào đã được nhắc đến để giải thích tại sao những đường dẫn này chỉ để cho ion Potassium qua mà có thể ngăn những ion có kích thước nhỏ hơn như Sodium lại. Tuy nhiên chưa ai đưa ra được chứng minh cụ thể.
Phải đợi đến năm 1998, nhờ kỹ thuật nhiễu xạ tia X trên tinh thể (X-ray crystallography), Mackinnon mới đưa ra được cơ cấu ở cấp nguyên tử của các đường dẫn ions. Từ đó ông có thể giải thích tường tận tại sao ion Potassium, vốn có sự liên kết đặc biệt với 4 nguyên tử Oxygen chung quanh, có thể qua được bộ lọc (filter) của đường dẫn, còn ion Sodium tuy nhỏ hơn vẫn bị ngăn lại.
Nhờ khám phá trên, người ta hiểu được là sự rối loạn trên những đường dẫn này có thể gây ra nhiều bệnh thuộc về dây thần kinh, bắp thịt, tim, mạch, v. v. …, và từ đó ta có thể tìm ra các dược phẩm để chữa trị.

©  http://vietsciences.free.fr  và http://vietsciences.org Nguyễn Trọng Cơ