Language
Country/Area
No result found
Sự ra đời của lý thuyết dải băng trượt: Làm thế nào nó được hai nhóm nhà khoa học đề xuất độc lập?
Thuyết ruy băng trượt là một thuyết quan trọng giải thích cơ chế co cơ, dựa trên thực tế là các protein cơ trượt lên nhau để tạo ra chuyển động. Theo lý thuyết này, myosin (sợi dày) trong sợi cơ trượt qua actin (sợi mỏng) trong quá trình co cơ, trong khi chiều dài của hai bộ sợi này vẫn tương đối không đổi. Lý thuyết này được đề xuất độc lập vào năm 1954 bởi hai nhóm nghiên cứu, Andrew Huxley và Rolf Niedergelke của Đại học Cambridge, cùng Hugh Huxley và Jane Hansen sáng tác.
Thuyết này ban đầu được Hugh Huxley đưa ra vào năm 1953 và được Andrew Huxley và Niedergelke đề xuất như là một "giả thuyết rất hấp dẫn".
Trước những năm 1950, có một số lý thuyết cạnh tranh nhau để giải thích sự co cơ, bao gồm lực hút điện, sự gấp protein và sự biến đổi protein. Lý thuyết mới đề xuất một khái niệm gọi là cầu nối chéo (theo truyền thống gọi là cầu nối chéo lắc lư, hiện nay chủ yếu gọi là vòng cầu nối chéo), giải thích cơ chế phân tử của các dải trượt. Thuyết cầu nối chéo nêu rằng actin và myosin tạo thành phức hợp protein (theo truyền thống gọi là actin-myosin) bằng cách gắn đầu myosin vào sợi actin, do đó có một điểm giao nhau giữa hai sợi. Một cầu nối chéo được hình thành giữa chúng.
Bối cảnh lịch sử Nghiên cứu ban đầuVào đầu những năm 1870, nhà khoa học người Đức Willy Kuch lần đầu tiên phát hiện ra protein cơ myosin, được chiết xuất và đặt tên vào năm 1864. Năm 1939, nhóm vợ chồng người Nga Vladimir Alexandrovich Engelhardt và Milisa Nikolaevna Liubinmova đã phát hiện ra rằng myosin có đặc tính của một loại enzyme (gọi là ATPase) có khả năng phân hủy ATP để giải phóng năng lượng. Sau khi nhà sinh lý học người Hungary Albert St. George giành giải Nobel năm 1937 cho công trình nghiên cứu về vitamin C và axit maleic, ông chuyển hướng chú ý sang sinh lý học cơ. Năm 1942, St. George đã chứng minh rằng ATP là nguồn năng lượng cho sự co cơ và quan sát thấy các sợi cơ chứa myosin B bị ngắn lại khi có ATP, trong khi myosin A thì không, một trải nghiệm mà sau này ông mô tả là "Một trong những khoảnh khắc thú vị nhất của cuộc sống của tôi."
Nguồn gốc của lý thuyết
Khi Hugh Huxley nhận bằng Tiến sĩ từ Đại học Cambridge năm 1952, St George đã chuyển hướng sự nghiệp của mình sang nghiên cứu ung thư. Vào tháng 9 năm 1952, Huxley đến phòng thí nghiệm của Francis O. Schmidt tại MIT và vào tháng 1 năm 1953, ông đón thêm một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ người Anh khác là Jane Hansen. Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X, Huxley đưa ra giả thuyết rằng các protein cơ, đặc biệt là myosin, tạo thành các dải có cấu trúc tạo nên sarcomere (một đoạn của sợi cơ). Mục đích chính của họ là nghiên cứu chi tiết những dải băng này bằng kính hiển vi điện tử. Họ nhanh chóng phát hiện và xác nhận bản chất dạng dải của protein cơ.
Thuyết Ruy Băng Trượt
Thuyết ruy băng trượt bắt nguồn từ hai bài báo được công bố trên tạp chí Nature ngày 22 tháng 5 năm 1954, có tựa đề "Những thay đổi về cấu trúc của cơ trong quá trình co cơ". Mặc dù kết luận của họ về cơ bản là giống nhau, nhưng dữ liệu thực nghiệm và đề xuất lại khác nhau.
Bài báo đầu tiên, được đồng sáng tác bởi Andrew Huxley và Rolf Niedergelke, có tựa đề "Kính hiển vi giao thoa của sợi cơ sống". Theo bài báo, dải I được tạo thành từ các sợi actin, trong khi dải A chủ yếu được tạo thành từ các sợi myosin và trong quá trình co cơ, các sợi actin di chuyển giữa các sợi myosin.
Bài báo thứ hai, do Hugh Huxley và Jane Hansen chấp bút, có tựa đề "Những thay đổi trong quá trình co và duỗi cơ và cách diễn giải về mặt cấu trúc của chúng". Phần này chi tiết hơn phần đầu tiên, dựa trên các nghiên cứu về cơ thỏ bằng phương pháp tương phản pha và kính hiển vi điện tử.
Sự chấp nhận và hậu quả
Mặc dù có bằng chứng mạnh mẽ, lý thuyết ruy băng trượt vẫn không nhận được sự ủng hộ trong những năm tiếp theo. Bản thân Thánh George đã từ chối tin rằng các sợi myosin chỉ giới hạn ở các sợi dày (dải A). Chỉ đến năm 1957, Huxley ở Hoa Kỳ mới chế tạo được kính hiển vi điện tử mới để xác nhận bản chất chồng chéo của các dải băng.
Phải đến hội nghị năm 1972 tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor thì lý thuyết và bằng chứng của nó mới được chấp nhận rộng rãi. Những người tham dự nhớ lại cảnh Hansen hét lên khi đáp lại những lời chỉ trích: "Tôi biết tôi không thể giải thích được cơ chế này, nhưng hiện tượng trượt là có thật."
Khi thu thập được bằng chứng, Huxley chính thức đề xuất cơ chế của dải trượt, hiện được gọi là vòng cầu chéo.
Những nghiên cứu này không chỉ thay đổi bộ mặt sinh lý học của cơ mà còn dẫn đến những khám phá trong tương lai về các cơ chế sinh học phức tạp hơn. Lý thuyết mang tính đột phá này khiến chúng ta tự hỏi: Còn bao nhiêu cơ chế sinh học chưa được khám phá khác đang chờ đợi những người có lý tưởng cao cả tiết lộ?
