Mỗi giây, hàng trăm nghìn tỷ ti thể kêu rì rầm với tiếng gầm của các thiết bị robot chạy bằng năng lượng proton. Sau khi phóng qua một lỗ nhỏ, phosphate rơi vào một bình chứa, thu được các tính chất hóa học mới thông qua dòng điện của proton và sau đó được giải phóng qua một ống dẫn vào ti thể để liên kết các phosphate khác và tạo thành một phân tử ATP.
Vậy quá trình công nghiệp này diễn ra trong cơ thể chúng ta như thế nào? Những “cỗ máy” trong tế bào này đến từ đâu? Proton đến từ đâu?
"Nhà máy" sản xuất ATP. Ảnh: Sputnik |
Những câu hỏi trên và câu trả lời do các nhà vi sinh vật học và các nhà sinh lý học đưa ra. Họ là những người muốn tìm hiểu chính xác cách thức thực phẩm cung cấp năng lượng tới mọi bắp thịt trong cơ thể người. Những gì họ phát hiện ra là một chu kỳ biến đổi phức tạp đến nỗi một lời giải thích chi tiết về quá trình này có thể biến thành một cuốn sách lớn.
Nói tóm lại, nó có thể được mô tả như sau: Khi bạn nhai và nuốt thức ăn, thức ăn sẽ đi vào dạ dày, trải qua nhiều dạng biến đổi khác nhau để được hấp thụ thêm. Quá trình tiêu hóa tiếp tục trong ruột non với sự trợ giúp của các enzyme khác nhau. Đó là nơi biến đổi carbohydrate thành glucose và sự phân bố lipid và protein.
Sau đó glucose đi vào tế bào. Trong tế bào, nó phân hủy thành hai phần, và ở giai đoạn này (được gọi là pyruvate) nó chuyển sang ti thể.
Ti thể là một trong những phần chính tế bào của hầu hết các sinh vật sống - động vật, thực vật, nấm mốc. Theo một giả thuyết, ti thể đã từng là sinh vật độc lập, đó là lý do tại sao chúng giữ được hệ gien của chúng (ADN ti thể). Vì vậy, trong mỗi tế bào của mỗi con người đều là các thực thể có bộ gien của riêng chúng.
Tuy nhiên, ở một thời điểm nào đó, trở lại trong quá khứ cổ đại, ti thể đã sáp nhập với tế bào của chúng ta, làm cho chúng có khả năng biến thức ăn thành năng lượng. Sự hợp tác hiệu quả và cùng có lợi này được gọi là cộng sinh và tiếp tục cho đến ngày nay.
Khi vào ti thể, pyruvate - sản phẩm của glucose trong chu kỳ Krebs – bắt đầu oxy hóa. Ti thể cũng chứa hợp chất nicotinamide adenine dinucleotide (NAD). Năng lượng giải phóng ra bởi quá trình oxy hóa tách ra một proton từ NAD.
Proton này là mục tiêu của toàn bộ chuỗi biến đổi phức tạp trên. Proton cần thiết để tổng hợp các phân tử ATP. Các proton ồ ạt chảy qua màng ti thể trước khi vào "cỗ máy".
Trong thực tế, cho đến gần đây không ai thực sự biết làm thế nào chúng đến được đó, vì những proton này được tự do trôi nổi bất cứ nơi nào chúng muốn. Nhưng vì một lý do nào đó, chúng vẫn ở gần màng ti thể, tụ lại ngay trước cửa quay của "chiếc máy".
Các nhà nghiên cứu Nga tại trường Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia MISIS (NUST MISIS) và các đồng nghiệp từ Viện Vật lý sinh học tại Đại học Johannes Kepler đã tiến hành các thí nghiệm phức tạp và nắm được lý do điều này xảy ra.
Đài Spunik (Nga) dẫn lời giải thích của ông Sergei Akimov, nhà nghiên cứu tại Phòng Vật lý lý thuyết và Công nghệ lượng tử của NUST MISIS: "Khi di chuyển trong ti thể, proton được bao quanh bởi nước. Chúng ta biết rằng một phân tử nước được tạo thành từ hai nguyên tử hydro (H1) và một nguyên tử oxy (O16) Ngoài việc hình thành các liên kết hóa học trong một phân tử nước, các nguyên tử này cũng có thể hình thành các liên kết yếu với các phân tử lân cận gọi là liên kết hydro”.
Gần bề mặt màng, các liên kết trong các phân tử nước được hình thành theo một cách khác, vì có một mặt nước và “bức tường” ở phía bên kia. Các liên kết hydro hình thành gần bề mặt màng tế bào là khác nhau; chúng có một số liên kết khác nhau, một cấu trúc khác nhau. Và các proton sử dụng các liên kết này như là "các đường ray" để di chuyển dọc theo màng.
Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã chứng minh rằng các proton giống như cấu trúc này, chúng không di chuyển về phía trung tâm của ti thể, nhưng chạy dọc theo màng với tốc độ cao bất thường".
Đó là cách các tế bào lấy proton để tổng hợp ATP, phân tử quan trọng nhất tạo ra năng lượng cho cơ thể chúng ta. Những phân tử này cung cấp năng lượng cho mỗi cử động của chúng ta, duy trì nhiệt độ cơ thể của chúng ta... ATP là một loại "pin" phổ quát, cung cấp năng lượng cho hầu hết các phản ứng xảy ra bên trong tế bào, cho phép tổng hợp các protein, carbohydrate và chất béo, sự chuyển động của chiên mao và tiêm mao, vận chuyển chất và xử lý chất thải tế bào.
Kết quả của nghiên cứu cơ bản này giúp các nhà khoa học đến gần hơn với việc hiểu rõ về các cơ chế tạo ra năng lượng trong tế bào và mở ra những khả năng mới trong dược lý học. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để phát triển các loại thuốc có tác dụng trung hòa các tác động của chất độc và ngăn ngừa bệnh cường giáp.