Tin tức
Phát hiện mới về nước ở bên trong tế bào
Trước đây, nước trong tế bào được coi là một dung môi thông thường, không mang đặc tính đặc biệt giống như nước chúng ta vẫn sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày. Đây là loại nước mà các nhà khoa học đặt tên là nước dạng khối.
Tác giả: NGUYỄN THỊ MINH ĐĂNG
Phó Chủ tịch Chi hội Nam Y Đồng Nai
Chủ tịch HĐQT Công ty Cổ phần Koro
Tuy nhiên, do những thành tựu mới trong nghiên cứu về nước nói chung, cũng như nghiên cứu về nước bên trong tế bào nói riêng, gần đây đã có nhiều quan điểm khác về nước bên trong tế bàn được các nhà khoa học dita ra. Theo đó, nước bên trong tế bào không phải là nước dạng khối thông thường, mà nó là nước sinh học, và nó có một vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống của tế bào.
Định nghĩa mô tả nước sinh học
Gần đây, các nghiên cứu về nước sinh học đã thu hút sự quan tâm của cộng đồng khoa học với nhiều bài viết về chủ đề này, tập trung chủ yếu trong lĩnh vực hóa học và vật lý. Vậy, nước sinh học mà các nhà hóa học và vật lý quan tâm là gì?
Có nhiều định nghĩa khác nhau, từ “mềm” đến “cứng”. Định nghĩa mềm mô tả nước sinh học là bất kỳ loại nước nào xung quanh phân tử sinh học (như protein, DNA, RNA hoặc một phần của màng tế bào) có các đặc tỉnh khác biệt so với nước dạng khối. Các định nghĩa “cứng” hơn mô tả nước sinh học là nước hoạt động với sự tương tác lẫn nhau giữa các đặc tỉnh nhiệt động và động lực học của phân tử sinh học và các vùng nước xung quanh, thậm chí có lớp vỏ nước chức năng bao phủ protein. Lớp vô nước này có thể “chỉ phối chuyển động và lan truyền đến một khoảng cách đáng kể. Cuối cùng, những giải thích “cứng” nhất gần đây để xuất nước sinh học như một loại nước riêng biệt có chức năng sinh học riêng.
Một số nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng rõ ràng về sự tôn tại của các lớp nước đặc biệt
trong tế bào. Chẳng hạn, năm 2014, một nhóm nhà khoa học gồm Tiến sĩ Konrad Meister và đồng nghiệp đã nghiên cứu các đặc tính của nước trên bề mặt của một protein chống đông và tìm thấy bằng chứng rõ ràng về sự hiện diện của các lớp nước giống như băng (là nước có cấu trúc lục giác) ở vị trí liên kết với protein trong dung dịch nước ở nhiệt độ cao hơn điểm đóng băng.
Quan sát dưới kính hiển vi, trong một thí nghiệm của Giáo sư Pollack, ta nhìn thấy các phân tử hòa tan trong nước bị đấy khỏi khu vực loại trừ.
Ảnh chụp màn hình
GS. TS Gerald Pollack đã cung cấp nhiều minh chứng thực nghiệm thuyết phục về sự tồn tại của “nước bề mặt” với các đặc tính đặc biệt, như khả năng loại trừ các các hạt nhỏ và cả các phân từ tương đối lớn như chất chỉ thị PH và phân tử sinh học. Ông đã đặt tên cho nước đó là nước EZ
Sơ đồ liên kết của lớp nước EZ. Trong đó 2 nguyên từ oxy kết hợp với 3 nguyên từ hydro và chúng ta có một công thức hóa học mới H302
Ba trạng thái khác nhau của nước
Điều thú vị là một nghiên cứu đã phân tích cấu trúc của nước bao quanh các protein sinh học và chỉ ra rằng phần lớn nước trong tế bào khỏe mạnh có cấu trúc lục giác. Tuy nhiên, trong các trạng thái bất thường, chẳng hạn như các protein gây ung thư, tỉ lệ nước lục giác có thể giảm xuống. Tiến sĩ Mu Shik Jhon đã sử dụng các phương pháp như hệ số trương nở thẩm thấu, giãn chất điện môi, NMR và đo nhiệt lượng quết vì sai để đo trạng thái của nước gần các phân tử sinh học chức năng. Kết quả cho thấy có ba lớp hoặc trạng thái khác nhau của nước bao xung quanh các protein này. Ông đặt tên cho chúng là các lớp nước X, Y và Z Nước được liên kết trực tiếp với một protein chức năng được gọi là lớp 2 và được giữ chặt chẽ đến mức nó có cấu trúc gần như răn trong khi vẫn duy trì trạng thái lòng. Lớp Y là lớp trung gian, tiếp theo là lớp X được coi là nước khối hay nước thông thường
Như vậy, có thể thấy, phần lớn nước trong tế bào khỏe mạnh là nước lục giác. Và khi tế bào bị bệnh thì lượng nước lục giác trong nó sẽ bị giảm xuống. Lớp 2 là lớp nước liên kết trực tiếp với protein và nó được giữ chặt chẽ đến mức nó có cấu trúc gần như rắn trong khi vẫn duy trì trạng thái lỏng Lớp Y là lớp trung gian, và Lớp X được coi là nước khối hay nước thông thường. Các lớp nước này có vai trò quan trọng trong việc duy trì cấu trúc và chức năng của các phân tử sinh học.
Ngoài ra, Tiến sĩ Mu Shik Jhon đã thực hiện nhiều tính toán về cấu trúc của nước xung quanh các protein sinh học khác nhau và kết quả cho thấy, trong tỉnh trạng bình thường, có khoảng 62% nước có cấu trúc lục giác, 24% nước có cấu trúc ngũ giác và 14% nước có cấu trúc khác. Tuy nhiên, với protein bất thường, số lượng cấu trúc lục giác giảm đáng kế và số lượng cấu trúc ngủ giác tăng lên.
Từ những nghiên cứu này, chúng ta có thể nhận thấy tấm quan trọng của nước trong tế bào. Nước không chỉ đơn thuần là nước, đóng vai trò là một dung mới thông thường mà nó còn có các đặc tính đặc biệt và tương tác với phân tử sinh học trong tế bào, cho nên nó mang trong mình sự đa dạng và quan trọng đối với sự sống. Nước lục giác (hay nước từ trường), một loại nước trong tế bào khỏe mạnh, chiếm phần lớn. Nó có cấu trúc đặc biệt, và khi tế bào bị bệnh, lượng nước lục giác trong nó sẽ giảm. Điều này cho thấy vai trò quan trọng của nước lục giác trong sự hoạt động và chức năng của tế bào.
Fig. 17 Hydration of Proteins (X, Y, Z water)
Tiến sĩ Mu Shik Jhon đã tiến hành nhiều phép tỉnh về cấu trúc của nước bao quanh các protein sinh học khác nhau và cho ra kết quả là: Với tình trạng bình thường thì có 62% là nước có cấu trúc lục giác; 24% là nước có cấu trúc ngũ giác và 14% là nước có cấu trúc khác. Nhưng với các protein bất thường (gây ung thư) thì số lượng cấu trúc lục giác giảm đáng kế và số lượng cấu trúc ngũ giác tăng lên.
Nước lục giác trong tế bào có khả năng tương tác với các phân tử sinh học và tạo ra môi trường phù hợp cho các quá trình sinh học xảy ra. Nó cung cấp độ ẩm và các phản ứng hóa học cần thiết cho tế bào. Nước lục giác cũng có khả năng vận chuyển các chất đình dưỡng và chất thải trong tế bào. Nó giúp duy trì cân bằng điện giữa các tế bào và đảm bảo hoạt động hiệu quả của chúng.
Sự hiểu biết về nước trong tế bào đang ngày càng phát triển, và nghiên cứu tiếp tục khám phá các đặc tính và vai trò của nước trong tế bào. Hiểu rõ hơn về nước sinh học sẽ giúp chúng ta có cái nhìn toàn diện hơn về sự sống và sức khỏe. Công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục mở ra cánh cửa cho những phát hiện và ứng dụng mới trong lĩnh vực y học và sinh học.
Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Khoa học phổ thông, Khoa học – Công nghệ, số 23/23 – Thứ Sáu ngày 09/6/2023
