NĂM 2024, GIẢI NOBEL Y HỌC VÀ HÓA HỌC GẮN VỚI HAI QUÁ TRÌNH SINH HỌC CĂN BẢN

- Lê Học Lãnh Vân — published 28/12/2024 14:10, cập nhật lần cuối 28/12/2024 16:15

NĂM 2024, GIẢI NOBEL Y HỌC VÀ HÓA HỌC
GẮN VỚI HAI QUÁ TRÌNH SINH HỌC CĂN BẢN

Lê Học Lãnh Vân

Là người trong lãnh vực Sinh học Phân tử, tôi thấy giải Nobel về Sinh Lý học / Y học và giải Nobel về Hóa học năm 2024 này rất thú vị.

Tám đặc tính của sinh vật là:

1) Tổ chức tế bào, 2) Biến dưỡng , 3) Tăng trưởng và Phát triển, 4) Đáp ứng với kích thích, 5) Sinh sản, 6) Cân bằng nội môi, tức môi trường bên trong cơ thể, 7) Di truyền và Tiến hóa, 8) Thích nghi.

Tám đặc tính ấy phối hợp nhau làm nên định nghĩa sinh vật. Tất cả tám đặc tính đều liên quan tới, hay nói rõ hơn, được quyết định bởi hai loại đại phân tử sinh học: DNA / RNA và Protein. DNA / RNA chịu trách nhiệm di truyền còn Protein chịu trách nhiệm xây dựng cấu trúc tế bào cùng tất cả các loại phản ứng biến dưỡng mà hoạt động sống cần.

Chúng ta có thể hình dung DNA điều khiển tính di truyền, nghĩa là điều khiển sự liên tục của hoạt động sống từ thế hệ này sang thế hệ khác. Còn ở mỗi thế hệ thì DNA, thông qua RNA, chuyển tín hiệu di truyền để tổng hợp protein và protein thực thi tất các các hoạt động sống của cả tám đặc tính nêu trên.

Năm 2024, giải Nobel về Sinh Lý học / Y học trao cho sự khám phá RNA rất ngắn cùng cơ chế điều hòa sau sao mã của chúng, tức điều hòa sự dịch mã từ RNA sang protein. Còn giải Nobel Hóa học trao cho khám phá một công cụ AI xác định cấu trúc không gian của protein. Không biết có một định hướng gì không hay chỉ là một sự tình cờ mà hai giải Nobel ấy tập trung vào hai loại phân tử rất căn bản và liên quan nhau chặt chẽ của thế giới sống. Không có hai loại phân tử đó cùng các hoạt động chức năng của chúng, không thể có sinh vật!

Hình dưới đây mượn từ Thông cáo báo chí của Giải Nobel năm 2024 ngành Sinh Lý học / Y học, cho thấy mối liên hệ giữa phân tử DNA bên trong nhân tế bào với RNA và sau cùng với Protein, phân tử chủ chốt của mọi hoạt động sống.

Hinh-1

Hình 1 trên trình bày dòng chảy thông tin di truyền từ DNA sang RNA (sao mã hay phiên mã), rồi từ RNA sang Protein (dịch mã) và Protein thực thi các chức năng sống trong các loại tế bào khác nhau.

Năm 2024, giải Nobel về Sinh Lý học / Y học trao cho khám phá về cơ chế điều hòa từ mRNA (RNA thông tin) sang Protein (mũi tên hai chiều màu đỏ thứ nhất); giải Nobel về Hóa học trao cho công trình về mô hình AI dự đoán cấu trúc không gian của protein (mũi tên hai chiều màu đỏ thứ hai).

Tầm quan trọng của sự điều hòa hậu sao mã chúng ta đã biết trong các bài về giải Nobel Sinh Lý học / Y học 2024 (Xin xem tài liệu tham khảo cuối bài). Sự điều hòa này cho phép các loại tế bào khác nhau, dù mang cùng vật chất di truyền giống nhau, có các loại protein chức năng khác nhau, hay có cùng loại protein nhưng với nồng độ khác nhau, do đó đảm nhiệm các chức năng khác nhau của cơ thể. Điều này có vai trò chính yếu trong việc phát triển của động vật và sự hoạt động của mô trưởng thành.

Việc tìm ra mô hình AI dự đoán cấu trúc không gian của protein (đoạt giải Nobel hóa học 2024) có tầm quan trọng như thế nào?

Protein là một đại phân tử sinh học, được cấu tạo bởi khoảng 20 đơn vị Amino Acid. Các Amino Acid nối với nhau bằng các nối peptide (peptide bond). Thứ tự và số lượng các Amino Acid xác định tính chất protein. Trình tự các Amino Acid tạo nên cấu trúc cấp 1 của protein. Trình tự này khiến sợi polypeptide không thẳng mà uốn gấp tạo nên cấu trúc cấp 2. Sợi polypeptide có các dây nhánh của các Amino Acid, các nhánh này có thể kết nối với nhau bởi nối hydrogen, nối ion hay nối disulfide tạo nên cấu trúc cấp 3. Đây là cấu trúc không gian của polypeptide, tương đối ổn định và quyết định hình dạng, chức năng của protein.

Ở một số protein phức tạp có nhiều sợi polypeptide, các polypeptide tổ hợp lại tạo nên cấu trúc cấp 4. Thí dụ như Hemoglobine có 4 đơn vị polypetide.

Hinh-2

Hình 2: Các cấp bậc của cấu trúc protein
Mượn của https://www.biologyexams4u.com/2011/10/protein-structure.html

Bốn cấp cấu trúc của protein cho prorein một cấu trúc không gian nhất định, cấu trúc không gian này quy định hình dáng protein và chức năng của nó. Cấu trúc này tùy thuộc vào cấu trúc cấp 1, nghĩa là trình tự Amino Acid trên dây Polypeptide. Mà, trình tự Amino Acid do các mã bộ ba (codon) trên RNA thông tin quy định.

Hinh-3

Nếu có một cái nhìn tổng thể về các quá trình sinh học căn bản nhất của sinh vật trong việc Di truyền Loài và Tồn tại của cá thể, chúng ta thấy giải Nobel Sinh Lý học / Y học và giải Nobel Hóa học năm 2024 nhằm vinh danh các khám phá liên quan tới các tiến trình sinh học rất căn bản này.

Có người hỏi: như vậy giải Nobel Hóa học năm 2024 là giải Nobel Hóa học hay Sinh Lý học / Y học? Thực ra, trong những năm gần đây, Sinh học, Y học đang dựa nhiều trên Sinh học Phân tử. Mà Sinh học Phân tử chính là Hóa học nghiên cứu các đại phân tử sinh học như DNA, RNA, Protein trong sự phối hợp với Sinh học. Nói tới các đại phân tử sinh học là nói tới dữ liệu lớn, thí dụ DNA của người có khoảng ba tỉ (3.000.000.000) nucleotide, nên sự nghiên cứu là bất khả thi nếu không có sự giúp sức của IT, big data, AI...

Điều đó rất thú vị và cũng cho thấy sự đồng quy kiến thức của các ngành Khoa học.

Ngày 14 tháng 10 năm 2024