TRÌNH TỰ SẮP XẾP CỦA CÁC AXITAMIN - Lich Su Sinh Hoc Phần 2

Nhưng tất cả chỉ vẻn vẹn cĩ thế thơi thì vẫn chưa đủ. Như đã biết, các nhà hĩa học chẳng những lưu ý đến số nguyên tử trong một hợp chất bất kỳ mà cịn chú ý cả đến trình tự sắp xếp của chúng. Ðối với các axit amin trong phân tử protit cũng vậy. Vấn đề trình tự sắp xếp của các axit amin rất phức tạp. Thậm chí nếu trong một phân tử tổng cộng chỉ cĩ vài chục axit amin thì số kiểu kết hợp cĩ thể cĩ của các axit amin sẽ đạt đến con số khổng lồ. Cịn nếu cĩ hơn 500 axit amin ví dụ: trong hemoglobin là phân tử cở trung bình, thì số kiểu biểu diễn cách sắp xếp cĩ thể cĩ của các axit amin được thể hiện bằng một con số gồm 600 con số. Làm cách nào chọn đúng được sự sắp xếp cĩ thể cĩ nhất của các axit amin của một protit cụ thể từ một con số nhiều khơng tưởng tượng được khả năng kết hợp đã nĩi ở trên?

Rõ ràng là dựa vào phương pháp sắc ký trên giấy vấn đề này đã được giải quyết một cách dễ dàng. Nhưng nhà hĩa sinh học người Anh là Frederic Senger đã tách phân tử này thành những chuỗi ngắn rồi dùng phương pháp sắc ký trên giấy xác định các axit amin và trật tự sắp xếp của chúng. Ðĩ khơng phải là cơng việc nhẹ nhàng vì thậm chí một đoạn chỉ cĩ 4 cấu tử đã cĩ thể cĩ 24 cách sắp xếp khác nhau. Sau khi phát hiện ra những chuỗi ngắn nào kết thành chuỗi dài, Senger dần dần đã khơi phục lại được cấu trúc của những chuỗi dài hơn. Ðến năm 1953 ơng đã biết được trật tự sắp xếp chính xác của các axit amin trong phân tử Insulin.

Sau Senger cĩ nhà hĩa sinh học người Mỹ là Vinsen Vinhio (sinh năm 1901) đã dùng phương pháp của Senger để nghiên cứu Oxitoxin là một phân tử rất đơn giản. Oxitoxin (hocmon thuộc thuỳ sau của tuyến yên) tổng cộng chỉ cĩ 8 axit amin. Sau khi xác định được trình tự sắp xếp của các axit amin, Vinhio thử tổng hợp một hợp chất sao cho mỗi một axit amin ở vào đúng vị trí cũ trong phân tử oxitoxin. Sự tổng hợp đã thực hiện vào năm 1955- 1956; kết quả là ơng thu được oxitoxin tổng hợp mà về mặt tính chất khơng thua kém hocmon (oxitoxin) tự nhiên. Phương pháp phân tích của Senger khơng khác phương pháp tổng hợp của Vinhio nhưng được lặp lại về sau này trên một quy mơ rộng lớn hơn. Năm 1960, các nhà bác học đã xác định được trình tự sắp xếp của các axit amin trong men ribonucleaza bao gồm 124 axit amin, con số này nhiều gấp hai lần rưỡi số axit amin trong phân tử Insulin. Người ta đã tổng hợp được từng đoạn của ribonucleaza, sau đĩ nghiên cứu hoạt tính men của chúng. Như vậy, đến năm 1963 người ta đã khẳng định rằng đối với hoạt động chức năng của một phân tử nhất định

căn bản chỉ cần axit amin 12 và 13 (hixtidin và metiodin. Ðây là bước tiến đáng kể trong việc xác định cơ chế chính xác của sự hoạt động chức năng của phân tử men.

CHƯƠNG XIV : SINH HỌC PHÂN TỬ- AXIT NUCLEIC I. VIRUT VÀ GEN

Như vậy người ta đã điều khiển được protit và bỗng nhiên phát hiện ra một điều hồn tồn bất ngờ và lạ lùng: cơ sở hĩa học của sự sống nĩi chung khơng phải là phân tử protit mà là một phân tử khác. Chỉ sau khi nghiên cứu bản chất của virut lọt qua lọc người ta mới hiểu được tầm quan trọng lớn lao của khám phá này.

Bản chất của virut là điều bí ẩn đối với cả một thế hệ lồi người. Một người biết rằng virut gây ra bệnh và người ta đã nghiên cứu ra phương pháp chống lại chúng. Nhưng dù sao tính chất vật lý của virut vẫn là điều chưa biết được. Việc phát minh ra máy lọc cĩ lổ nhỏ đủ cĩ thể giữ lại những phần tử virut đã đĩng vai trị quyết định trong việc xác định kích thước của virut. Virut hơi nhỏ hơn những tế bào nhỏ nhất đã biết một chút, nhưng lại lớn hơn nhiều so với phân tử protit lớn nhất. Chỉ cĩ kính hiển vi điện tử mới cho phép phân biệt được virut. Kích thước của chúng dao động trong một giới hạn rộng, kể từ virut-chấm nhỏ nhất-đến những cấu trúc tương đối lớn cĩ dạng hình học chính xác với những cấu tạo ở bên trong khác nhau. Xếp vào loại những virut lớn nhất là thể thực khuẩn đi "săn" các vi khuẩn nhỏ bé; một số thực khuẩn cĩ đuơi và giống như con nịng nọc bé xíu. Cịn loại lớn hơn virut nhưng nhỏ hơn vi khuẩn, được gọi là Ricketsia để ghi nhớ nhà bác học Riketsia. Riketsia nĩi riêng, gây bệnh chàm ở vùng núi Skali, một bệnh được nhà vi sinh vật học nghiên cứu.

Ðã nãy ra vấn đề virút cĩ phải là các cơ thể sống hay khơng? Năm 1935 nhà hĩa sinh học người Mỹ là Uenđen Meredit Stenli ( sinh năm 1904) khi nghiên cứu chiết xuất virut bệnh đốm cây thuốc lá đã thu được những tinh thể hình kim. Thì ra là những tinh thể này cĩ tính gây nhiễm trùng cao. Nĩi cách khác, nhà bác học đã thu được virut ở dạng tinh thể, và các tinh thể sống là hiện tượng khĩ mà giải thích được.

Mặt khác, tại sao lại khơng thể cho là học thuyết tế bào khơng chính xác, rằng tế bào khơng phải là đơn vị khơng chia cắt được của sự sống? Virut nhỏ hơn tế bào rất nhiều và trái với tế bào, virut khơng thể tồn tại độc lập trong bất cứ điều kiện nào. Nhưng khi virut xâm nhập được vào trong tế bào, virut sinh sản ở đĩ và trong một số biểu hiện chủ yếu nĩ tỏ ra như một sinh vật.

Phải chăng cĩ những cấu tạo nội tế bào nào đấy hoặc những yếu tố tiền tế bào nào đấy là cấu trúc cơ sở thật sự của sự sống, cấu trúc này điều khiển phần cịn lại của tế bào? Phải chăng virut là một hợp phần của tế bào mà xưa kia hay vào lúc nào đĩ đã tách khỏi tế bào, và sẳn sàng trở lại tế bào, trở thành vị khách lạ với << chủ nhân >> thật sự của nĩ?

Nếu điều đĩ đúng là như vậy, thì những hợp phần tiền tế bào như thế đúng ra phải nằm cả trong những tế bào bình thường. Ðúng hơn cả phải cơng nhận thể nhiễm sắc là kẻ ứng cử để thực hiện nhiệm vụ này. Trong những năm đầu của thế kỷ 20í, người ta đã biết rõ ràng thể nhiễm sắc cĩ mang trong mình những nhân tố điều khiển sự di truyền các tính chất vật lý. Ðiều đĩ quy định cương vị chỉ đạo của thể nhiễm sắc lại lớn hơn virut rất nhiều lần.

Song số lượng thể nhiễm sắc ít hơn số lượng các dấu hiệu được di truyền rất nhiều. Từ đĩ cĩ thể rút ra kết luận là một thể nhiễm sắc bao gồm cĩ thể từ hàng nghìn phân tử, mỗi một phân tử điều khiển một dấu hiệu riêng biệt. Nhà thực vật học người Ðan mạch là Vinhem Lutvic Johanxen ( 1857-1927), đã gọi những phân tử đĩ là Gen (từ Hy lạp: đem cuộc sống đến cho một vật nào).

Nhưng trong 10 năm đầu của thế kỷ XX người ta vẫn chưa thấy được Gen riêng biệt cũng như những virut riêng biệt, mặc dù biểu hiện đĩ đã quan sát thấy rõ ràng. Nhà di truyền học người Mỹ là Thomas Hant Morgan (1866-1945) sau khi dùng ruồi dấm ( Drosophila) làm đối tượng mới trong nghiên cứu sinh học, đã tìm được chìa khĩa nghiên cứu vấn đề này. Ruồi dấm là một cơn trùng nhỏ, đơn giản và sinh sản khá dễ dàng; ngồi ra trong tế bào của ruồi chỉ cĩ tất cả 4 cặp thể nhiễm sắc làm cho cơng tác nghiên cứu được dễ dàng. Khi nghiên cứu ruồi dấm từ thế hệ này sang thế hệ khác. Morgan đã phát hiện được một số lượng rất lớn các đột biến. Ơng đã chứng minh rằng những dấu hiệu khác nhau cĩ liên quan với nhau, cĩ nghĩa là chúng được di truyền lại như một phức hệ. Nghĩa là các Gen điều khiển các dấu hiệu ấy phải nằm trong một thể nhiễm sắc và di truyền như là một thể thống nhất. Nhưng các dấu hiệu liên kết với nhau khơng mãi mãi gắn với nhau. Cĩ trường hợp một dấu hiệu được di truyền khơng cĩ liên quan đến dấu hiệu khác. Ðiều đĩ xãy ra vì các cặp thể

nhiễm sắc ngẫu nhiên trao đổi với nhau những đoạn ngắn (sự trao đổi chéo), do đấy tính tồn vẹn của thể nhiễm sắc là khơng tuyệt đối.

Những thí nghiệm tương tự cho phép xác định vị trí của từng Gen cụ thể trên thể nhiểm sắc. Khoảng cách giữa hai Gen càng lớn thì xác suất bắt chéo các Gen phân bố ngẫu nhiên càng lớn. Khi nghiên cứu tần số nhờ đĩ tách được hai dấu hiệu liên quan nhau bằng cách đặc biệt, người ta cĩ thể xác định vị trí tương đối của các Gen. Năm 1911 lần đầu tiên người ta đã vẽ một bản đồ về vị trí của Gen trong thể nhiễm sắc (đối vơí ruồi dấm). Một trong những người học trị của Morgan, nhà di truyền học người Mỹ là German Joseph Muller (1890- 1967) đã ra phương pháp tăng tần số đột biến (1919). Ơng thấy tăng nhiệt độ thì làm tăng tần số đột biến, đĩ khơng phải là kết quả của sự pha trộn chung của Gen. Hĩa ra bao giờ cũng cĩ một Gen lệch, trong khi đĩ gen tương ứng với gen lệch ở thể nhiễm sắc khác của cùng một cặp đĩ vẫn khơng bị động tới. Muller đi đến kết luận là những biến đổi ấy xãy ra ở mức độ phân tử. Aïp dụng tia Rơngen cĩ năng lượng cao hơn sự đun nĩng nhẹ là bước nghiên cứu tiếp theo của ơng. Tia Rơngen riêng lẻ sau khi rơi vào thể nhiễm sắc. Chỉ tác dụng vào một điểm xác định trên thể nhiễm sắc. Thật vậy, năm 1927, Muller đã chứng minh rằng tia Rơngen đã làm tăng một cách đáng kể nhịp điệu đột biến. Nhà thực vật học người Mỹ là Albe Frensis Blesli (sinh năm 1874) đã tiếp tục nghiên cứu vấn đề này. Năm 1937, ơng đã chứng minh rằng cĩ thể tăng nhịp độ đột biến, khi tác dụng bằng những chất đặc trưng (những tác nhân gây đột biến). Tác nhân gây đột biến tốt hơn cả là Chosixin-chất alcaloit tách từ cây thu thuỷ tiên Colchium autumnale thuộc họ Iridacae (hành tỏi).

Như vậy là đến giữa những năm 30 người ta đã tước bỏ lớp vỏ huyền bí của virut và Gen. Chúng chính là những phân tử cĩ khối lượng như nhau và gần nhau về bản chất hĩa học. Nhưng như vậy cĩ thể xem gen là những virut đã bị << thuần hĩa>> khi thâm nhập vào trong tế bào được hay khơng? Và phải chăng virut cĩ thể là Gen <<hoang dại>>?