Language
Country/Area
No result found
Một bí mật cổ xưa của hóa sinh: Tại sao con đường trao đổi chất cơ bản của mọi dạng sống lại giống nhau đến vậy?
Trong quá trình nghiên cứu các sinh vật sống, chúng ta thường ngạc nhiên bởi sự giống nhau giữa các sinh vật khác nhau, đặc biệt là trong quá trình trao đổi chất của chúng. Trao đổi chất, có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là "thay đổi", dùng để chỉ tập hợp các phản ứng hóa học duy trì sự sống xảy ra trong cơ thể sinh vật. Những phản ứng này không chỉ cung cấp năng lượng cho các quá trình tế bào mà còn là trung tâm của bộ máy trao đổi chất xây dựng nền tảng của sự sống.
Ba chức năng chính của quá trình trao đổi chất bao gồm chuyển đổi năng lượng trong thức ăn thành năng lượng có thể sử dụng được, chuyển đổi thức ăn thành các khối xây dựng cơ bản như protein và lipid, đồng thời loại bỏ các chất thải trao đổi chất.
Điều đáng ngạc nhiên là các con đường trao đổi chất cơ bản của cả vi khuẩn đơn bào và các sinh vật đa bào lớn, chẳng hạn như voi, đều giống nhau một cách đáng kinh ngạc. Ví dụ, ở tất cả các sinh vật đã biết, các chất trung gian axit cacboxylic trong chu trình axit xitric gần như giống nhau giữa các loài. Điều này không chỉ thể hiện thông tin quan trọng trong quá trình tiến hóa mà còn chứng minh hiệu quả chức năng của các con đường trao đổi chất này.
"Những điểm tương đồng này có thể là do chúng xuất hiện sớm trong lịch sử tiến hóa và khả năng duy trì hiệu lực của chúng."
Thành phần trao đổi chất
Cấu trúc cơ bản của sinh vật chủ yếu bao gồm bốn phân tử cơ bản: axit amin, carbohydrate, axit nucleic và lipid. Những phân tử này đóng một vai trò quan trọng trong các phản ứng trao đổi chất.
Axit amin và protein
Protein là chuỗi axit amin tuyến tính được liên kết bằng liên kết peptide. Nhiều protein trong số này là enzyme xúc tác các phản ứng trao đổi chất, trong khi những protein khác có chức năng cấu trúc hoặc cơ học, chẳng hạn như protein hình thành nên khung tế bào. Trong quá trình chuyển hóa năng lượng, axit amin cũng có thể được sử dụng làm nguồn carbon để tham gia vào chu trình axit citric.
Lipid
Lipid là nhóm sinh hóa đa dạng nhất. Chúng chủ yếu đóng vai trò cấu trúc trong màng sinh học và cũng có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng. Đặc điểm cấu trúc của lipid bao gồm chuỗi hydrocarbon không phân cực dài và các vùng cực nhỏ.
Cacbohydrat
Carbohydrate được phân loại thành aldehyd và ketone và là những phân tử sinh học phong phú nhất. Chúng đóng nhiều vai trò khác nhau, từ lưu trữ và vận chuyển năng lượng (như tinh bột và glycogen) đến đóng vai trò là thành phần cấu trúc (như xenlulo trong thực vật).
nucleotide
Các axit nucleic như DNA và RNA được trùng hợp từ nucleotide và đóng vai trò chính trong việc lưu trữ và sử dụng thông tin di truyền.
Tương tác của các quá trình trao đổi chất
Trong tế bào, các quá trình trao đổi chất có thể được chia thành hai hệ thống chính: đồng hóa và tổng hợp. Mục đích của quá trình đồng hóa là phân hủy các phân tử lớn thành các phân tử nhỏ, giải phóng năng lượng và cung cấp nguyên liệu thô cho quá trình tổng hợp. Những chuyển đổi năng lượng này chủ yếu dựa vào các quá trình như quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.
Trong quá trình chuyển đổi năng lượng, chẳng hạn như quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, các electron bị loại bỏ khỏi các phân tử hữu cơ sẽ được chuyển sang oxy và năng lượng giải phóng được sử dụng để tổng hợp ATP.
Mối liên hệ giữa gen và quá trình trao đổi chất
Sự giống nhau về con đường trao đổi chất không chỉ thể hiện ở quá trình phản ứng hóa học mà còn ở việc bảo tồn gen. Cho dù đó là động vật, thực vật hay vi sinh vật, các gen kiểm soát các quá trình trao đổi chất này cũng duy trì tính nhất quán đáng kinh ngạc trong quá trình tiến hóa.
Hơn nữa, rối loạn chuyển hóa đóng vai trò quan trọng trong một số bệnh, chẳng hạn như bệnh tiểu đường loại 2 và ung thư. Tế bào ung thư chuyển hóa theo những cách rất khác so với tế bào bình thường và những đặc điểm này có thể là mục tiêu để can thiệp điều trị.
"Nghiên cứu chuyên sâu về quá trình trao đổi chất không chỉ tiết lộ nền tảng của sự sống mà còn có thể trở thành chìa khóa để hiểu biết và điều trị nhiều bệnh tật."
Sự giống nhau trong con đường trao đổi chất cơ bản của các dạng sống khác nhau, phải chăng điều này hàm ý rằng nguồn gốc và sự tiến hóa của sự sống có thể có chung các gen và quá trình trao đổi chất? Hay có những bí ẩn nào về sự sống vẫn chưa được khám phá trong số những bí mật sinh hóa cổ xưa này?
