CƠ CHẾ DIỆT KHUẨN CỦA OZONE (PHẦN 1)

1. Thành phần chính của cơ thể sống là protein

Vi sinh vật thường là đơn bào và mỗi tế bào gồm có thành tế bào, các bào quan, bào tương, nhân và phân tử di truyền DNA, RNA. Tất cả chúng đều là hợp chất hữu cơ phức tạp, các đại phân tử polyme hữu cơ thuộc ba nhóm chính: chất đạm/protein (C, H, O, N), chất đường/saccharit (C, O, H) và chất béo/fat (C, O, H). Liên kết quan trọng nhất là liên kết giữa carbon-carbon và giữa carbon với các nguyên tố khác: C-C, C-O, C-H, C-N... Các liên kết đó là liên kết đồng hóa trị (dùng chung điện tử vành ngoài). Các liên kết có thể là đơn (-), kép đôi (=) hay kép ba (º). Tồn tại các liên kết dipole-dipole (liên kết tĩnh điện) và đồng hóa trị phân cực trong tế bào.

Protein lại gồm rất nhiều các acid amin nối với nhau theo kiểu liên kết peptid.

Ozone tương tác với protein, chất béo và chất đường theo cơ chế oxy hóa (oxidation), ozone hóa (ozonolysis) và suy biến cấu trúc 3 chiều (denaturation). Ozone phá hủy các liên kết đang có để tạo ra các liên kết mới, thí dụ biến C=C --> C=O, kết quả là phá hủy cấu trúc phân tử của tế bào, làm mất các chức năng của chúng.

Thuật ngữ protein (chất đạm) có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp là “đầu tiên, trước hết (pro)”, điều đó chứng tỏ cơ thể sống, dù chỉ là đơn bào như vi khuẩn, không thể thiếu protein. Protein có rất nhiều chức năng bảo đảm mọi hoạt động của cơ thế sống. Trong tế bào, tất cả các bào quan đều chứa protein. Virus có cấu trúc đơn giản nhất gần như chỉ là một “hạt” protein. Protein chiếm tỷ lệ cao nhất (20%) trong cơ thể con người chỉ sau nước (65%). Chất béo chỉ chiếm 10%, chất bột ~1% và 4% là chất khoáng.

Protein là một đại phân tử bào gồm rất nhiều acid amin khác nhau (~20 loại). Các acid amin là “nguyên liệu” để tạo ra protein. Acid amin gồm một carbon ở tâm (gọi là a-carbon), carbon này một bên nối với nhóm carboxyl COOH và bên kia nối với nhóm amin NH2. Nhóm chức hay nhóm bên (R) cũng nối với a-carbon. Nhóm chức R có thành phần khác nhau, vì vậy tạo ra khoảng 20 các acid amin khác nhau (hình 8.1).

Hình 8.1. Phân tử acid amin, một mắt xích của đại phân tử protein. a-carbon ở trung tâm, bên trái là nhóm amin NH2, bên phải nhóm carboxyl COOH. Nhóm R là nhóm bên tức nhóm chức có thành phần khác nhau đối với mỗi acid amin khác nhau.

Các acid amin liên kết với nhau bằng liên kết peptit: nhóm carboxyl của acid này nối với nhóm amin của acid kia, tạo ra chuỗi các acid amin và thải ra các phân tử nước. Như vậy phân tử protein là đại phân tử polyme sinh học (chuỗi) bao gồm rất nhiều các mắt xích là acid amin thông qua liên kết peptide (hình 8.2). Tùy vào số lượng các acid amin mà có dipeptid (2), tripeptid (3), tetrapeptid (4) (oligopeptid)... hay polipeptid. Chúng đều là protein, tuy nhiên protein được coi là polipeptid (trên 15 acid amin).

Acid amin -->dipeptid, tripeptid...-->polipeptid --> protein

Tồn tại khoảng 20 acid amin, chúng tổ hợp với nhau và tạo ra một số lượng rất lớn các protein khác nhau (trong cơ thể người có hàng triệu loại protein, chúng có thể hoàn hảo (đủ các acid amin) và không hoàn hảo. Protein có hình dạng khác nhau: hình cầu (globular/lơ lửng trong nước), hình sợi (fibrous) hoặc không trật tự (disordered).

Hình 8.2. Liên kết peptid (peptide bond) tạo ra chuỗi (đại phân tử protein): hai acid amin liên kết với nhau: nhóm amin (NH2) của acid này nối với nhóm carboxyl (COOH) của phân tử acid kia tạo ta liên kết peptid và thải ra một phân tử nước. Liên kết giữa hai phân tử tử acid amin gọi là liên kết peptid O=C-N-H. Đây là liên kết đồng hóa trị.

Hình 8.3. Đại phân tử proptein là một chuỗi các acid amin nối với nhau bằng liên kết pepid. Trong hình này vẽ phóng đại 4 loại acid amin (Phe, Leu, Set và Cys). Phân tử protein này có cấu trúc tương đối đơn giản, phân bố trên mặt phẳng vì thế gọi là protein sơ cấp (primery protein).

Các chuỗi gồm các acid amin nối với nhau gọi là một protein sơ cấp (primery protein, cấu trúc hai chiều, trên một mặt phẳng). Khi các chuỗi đó tạo ra một cấu trúc lặp lại nhau (xoắn hay gấp khúc) nhận được protein thứ cấp (secondery protein). Sắp xếp không gian (3 chiều) của các chuỗi tạo ra protein 3 chiều (tertiary protein). Cuối cùng khi tồn tại nhiều chuỗi acid amin và chúng sắp xếp theo không gian thì có protein bậc bốn (quaternary protein). Hình 8.3 cho thấy một đại phân tử protein (sơ cấp) bao gồm rất nhiều mắt xích là các acid amin. Hình 8.4 là sơ đồ cấu trúc protein sơ cấp, thứ cấp (gấp khúc, xoắn), protein ba chiều và protein bậc bốn. Cấu trúc không gian bậc bốn của protein bị phân hủy thành cấu trúc sơ cấp trong quá trình suy biến (denaturation) dưới tác động của nhiệt, áp suất và các chất oxy hóa. Trong cơ thể sinh vật, protein tồn tại dưới các dạng đó. Chức năng của protein liên quan đến các cấu trúc đó.

Cấu thành, định hình các bộ phận cơ thể. (d) Hormon, điều phối hoạt động của các cơ quan. (e) Bảo vệ (cạch cầu). (f) Co bóp. (h) Dự trữ (abumin) trong giai đoạn đầu của sự phát triển cơ thể. (i). Truyền thông tin. (k) Hô hấp, dự trữ năng lượng...

Cấu trúc 4 chiều của protein (quaternary structure) bao gồm nhiều chuỗi protein (chuỗi dài của các acid amin/protein chains) hoặc các chuỗi ngắn (subunits, chỉ gồm ít acid amin) sắp xếp gần nhau trong không gian ba chiều. Trong từng chuỗi lại có các cấu trúc protein sơ cấp, thứ cấp và protein cấu trúc bậc 3 (3D). Các chuỗi lại liên kết với nhau bởi lực van der Waals (lực yếu, không phân cực). Lực van der Waals là lực hút và có thể cả lực đẩy giữa hai nguyên tử, phân tử tại khoảng cách gần. Lực này xuất hiện do sự biến dạng ngẫu nhiên và tức thời của các nguyên tử, phân tử, điều đó làm cho sự phân bố điện tích không còn đối xứng và kết quả là tạo ra sự phân cực yếu, tạm thời của nguyên tử (phân cực thăng giáng, tạm thời/Temporary fluctuating dipoles). Sự phân cực này gây cảm ứng điện đối với nguyên tử ở rất gần và tạo ra lực hút giữa chúng. Lực này còn gọi là lực London, lực phân tán (dispertion force) và liên kết hydro (thông qua lực tĩnh điện của các dipole, phân cực) đồng thời có sự tham gia của tương tác kỵ nước (hydrophobic interaction/các phần tử kỵ nước, không phân cực có xu hướng kết hợp với nhau để giảm tiếp xúc với nước.

Hình 8.4. Cấu trúc không gian của protein. Đại phân tử protein thường có các cấu trúc từ sơ cấp (chuỗi), thứ cấp (xoắn, gấp khúc) đến cấu trúc không gian ba chiều 3D và cấu trúc bậc bốn khi nhiều loại protein cùng tham gia vào một cấu trúc không gian. Khi bị oxy hóa hay bị tác động của nhiệt, protein mất cấu trúc 3D và mất các chức năng sinh hóa. Quá trình đó gọi là sự biến tính hay suy biến protein.

Protein có rất nhiều chức năng để bảo đảm duy trì sống và sinh sản. Các chức năng chính có thể liệt kê như sau: (a) xúc tác Enzyme giúp các phản ứng sinh hóa xảy ra, đặc biệt giúp tiêu hóa thức ăn, biến thức ăn thành các đơn vị dinh dưỡng có thể hấp thụ được; (b) Vận chuyển các chất dinh dưỡng đi khắp cơ thể (homoglobin, albumin trong máu).

Ngoài protein, trong cơ thể sinh vật còn có carbohydrat (C-O-H, thí dụ: glucose C6H12O6 mạch thẳng hay mạch vòng) (~1%), chất béo (R-COOH, R: chuỗi carbohydrat dài) (~10%) và chất khoáng ~4% (còn lại ~65% là nước).