Kết quả của nghiên cứu
này có thể giúp ích trong điều trị bệnh loét dạ dày hoặc bệnh trào ngược
axit, hoặc cho phép chuyển đổi hiệu quả gỗ vụn thành nhiên liệu cồn.
Xác định Ion hydronium khó nắm bắt, chuyển đổi vai trò với một Proton trong Enzyme ở môi trường có độ pH thấp hơn
Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng tải trong tạp chí Angewandte Chemie International Edition tuần này.
Trong các nghiên cứu trước đây, chưa từng có nhà khoa học nào được trực
tiếp chứng kiến vai trò của các ion hydronium: một phân tử nước bị
ràng buộc vào một ion hydro bổ sung, trong các chất xúc tác cao phân tử
(các cơ chế phản ứng xúc tác của các enzyme).
Các nhà nghiên cứu quan tâm đến các enzyme có tiềm năng để cho phép
chuyển đổi 2 loại đường có trong nhiên liệu sinh học gỗ thành cồn, vốn
là một loại nhiên liệu tiềm năng, vì enzyme bị mất tác dụng khi độ pH
của môi trường thấp hơn, đây vốn là phản ứng lên men thường xảy ra bên
trong tế bào men công nghiệp.
Mặt khác, phản ứng hoá sinh này cũng làm kích hoạt hiện tượng bơm
proton trong dạ dày, tạo ra lượng axít dư thừa ở những người bị mắc bệnh
dạ dày.
Ion hydronium đã không được nhìn thấy trước khi các nhà nghiên cứu đã
cố gắng sử dụng X-quang để tìm hiểu cơ chế hóa học của enzyme. Điều này
là bởi vì các nguyên tử hydro nhỏ chủ yếu là vô hình dưới X-quang. Để
giúp thực hiện những điều có thể nhìn thấy, các nhà nghiên cứu thay thế
hydro trong các mẫu enzyme của họ bằng deuterium, một đồng vị của hydro,
có tính chất hóa học giống hệt với đối tác dị hướng của nó. Deuterium
mang lại một tín hiệu rõ ràng khi tấn công dồn dập với neutron. Vì vậy,
các neutron cung cấp một phương pháp hoàn hảo cho việc theo dõi các ion
hydronium khó nắm bắt, xuất hiện ở dạng khối hình chóp, ở vị trí hoạt
tính của enzyme, nơi phản ứng hóa học xảy ra.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một sự thay đổi quan trọng trong hệ thống mà họ đang nghiên cứu: ở
điều kiện môi trường có tính axit, với độ pH (dưới 6) Ion hydronium có
thể nắm bắt, tạo điều kiện thuận lợi cho việc liên kết của một ion kim
loại đồng yếu tố, vốn rất quan trọng để chuyển đổi cho một phân tử đường
lên men: do đột nhiên bị mất nước, phân tử H2O, được gỡ bỏ bởi hydronium, thành H3O+.
Không gian chiếm chỗ bởi ion hydronium tương đối lớn đổ sập vào khối
lượng nhỏ xíu vốn bị chiếm chỗ bởi các proton còn lại (ion hydro tích
điện dương, H+). Không gian này làm thay đổi cấu trúc phân tử, ngăn cản
đường bị tấn công bởi enzyme.
Hiện tượng quan sát được cung cấp một câu trả lời về lý do tại sao độ
pH đóng một vai trò quan trọng trong quá trình này và làm cho enzym
không hoạt động trong điều kiện có tính axit. Quan trọng hơn, nó khẳng
định rằng các ion hydronium đóng một vai trò quan trọng trong việc vận
chuyển các proton trong các kiểu hệ thống hoá sinh này.
"Đây là một hiện tượng chưa từng được quan sát trước đây,"
theo Andrey Kovalevsky, nhà nghiên cứu, làm việc tại Phòng thí nghiệm
quốc gia Los Alamos, Hoa Kỳ, và là tác giả chính của nghiên cứu này. "Điều này chứng tỏ: hydronium là tác nhân hóa học chủ động, trong các nghiên cứu của chúng tôi về cơ chế xúc tác của enzyme."
Nghiên cứu này khẳng định các vai trò có thể có của các ion hydronium trong các hệ thống sinh học khác. Ngoài
bệnh trào ngược axit, kết quả của nghiên cứu này cũng cung cấp một sự
hiểu biết tốt hơn về chuyển giao năng lượng trao đổi chất của tế bào
sống, ở các sinh vật sống.
Ngoài Andrey Kovalevsky, các đồng tác giả trong nghiên cứu này gồm có
Suzanne Fisher, Marat Mustyakimov, Thomas Yoshida, và Paul Langan (hiện
làm việc tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge, Hoa Kỳ). |
