Tại sao phát hiện ra sự trao đổi chất lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?


Sự vận động của cơ thể xuất phát từ sự hoạt động của cơ bắp. Con người ăn thức ăn, sau đó thức ăn chuyển hóa thành năng lượng cho các cơ tiêu hao và sinh ra vận động. Quá trình này đã được tiến hành như thế nào? Sự trao đổi chất được diễn ra ra sao?


Sự trao đổi chất có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc tìm hiểu về cấu tạo cơ thể người của chúng ta, đã có ba giải Nobel được trao cho những người có cống hiến trong việc nghiên cứu về sự trao đổi chất. Trong đó người thứ ba chính là Hans Adofl Krebs. Ông đã gỡ rối được những thắc mắc, khám phá ra quy trình chuyển hóa thức ăn thành năng lượng. Đây là một trong những phát hiện y học vĩ đại nhất thế kỷ XX.


Sự trao đổi chất được phát hiện ra như thế nào?


Nhà khoa học người Anh là Archibald Hill cho rằng khi các cơ co bóp chúng sẽ sinh ra nhiệt lượng. Năm 1913, ông phát minh ra một phương pháp có thể đo được những biến đổi nhiệt lượng nhỏ đến 3/ 1.000 độ. Nhưng ông rất ngạc nhiên khi phát hiện ra: các cơ co bóp không sinh ra nhiệt lượng và cũng không tiêu hao oxy.


Năm năm sau đó, nhà khoa học người Đức là Otto Meyerhof phát hiện ra rằng khi cơ co bóp, đường glucogen sẽ bị mất đi và tạo ra axit lactic. Ông đặt tên cho quá trình này là quá trình kỵ khí. Từ này trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là không cần oxy. Sau này ông phát hiện rằng các cơ tế bào sẽ dùng oxy để phân giải axit lactic. Các nhà khoa học khác lại phát hiện, khi cho bất kỳ một loại axit nào trong bốn loại axit cacbon khác nhau vào những tổ chức cơ, chúng sẽ kích thích sự hấp thụ oxy của các tổ chức cơ.


Phát hiện này tuy rằng rất quan trọng nhưng trong quá trình lý giải sự vận động của các cơ thì chúng lại mang đến nhiều đáp án cùng những băn khoăn khó hiểu. Và khi đó cần có một người đứng ra làm rõ những nghiên cứu khác biệt và lý giải những băn khoăn xung quanh vấn đề này.


Hans Krebs sinh năm 1900 tại Đức, là con trai của một bác sĩ phẫu thuật. Ông học hóa học và y học, sau đó được mời đến nghiên cứu tại trường Đại học Cambridge, lĩnh vực nghiên cứu trọng điểm của ông là nghiên cứu quá trình hóa học trao đổi chất của các cơ.


Từ năm 1937, Krebs bắt đầu nghiên cứu các tổ chức cơ bên trong gan và ức của chim bồ câu. Ông đo được một lượng của vài nhóm axit được tạo ra trong quá trình oxy hóa gluco, có một vài nhóm axit mang bốn nguyên tử cacbon, các nhóm khác mang sáu nguyên tử cacbon. Ông còn chú ý tới các chất như CO2, H2O và năng lượng được sinh ra trong quá trình này.


Kết quả này khiến cho người ta cảm thấy mơ hồ. Những chất hóa học này và quá trình trao đổi chất chuyển hóa gluco thành năng lượng có quan hệ với nhau như thế nào? Krebs phát hiện các axit xitric cũng được sinh ra trong quá trình phân giải, rất nhiều loại axit khác cũng tương tự như vậy.


Dần dần Adofl Krebs nhận ra quá trình này chính là một vòng tuần hoàn - bảy phản ứng hóa học độc lập sẽ tạo thành một vòng tuần hoàn. Đầu tiên là từ axit xitric, mỗi phản ứng đều tạo ra một chất hóa học và axit cần thiết. Phản ứng cuối cùng là axit xitric lại được sinh ra và bắt đầu lặp lại vòng tuần hoàn.


Chu trình tuần hoàn này luôn hoạt động trong mỗi tế bào của chúng ta đồng thời sẽ tiêu hao các phân tử glucoza do máu cung cấp. Vòng tuần hoàn gồm bảy phản ứng hóa học này sẽ tạo ra hai chất không tác dụng là: khí CO2 và nguyên tử hidro. Sau đó nguyên tử hidro này sẽ kết hợp với oxy và một loại axit photphoric có năng lượng cao để tạo thành nước và axit adenosine triphosphate (ATP), là một loại chất hóa học giống như pin giúp tế bào tích lũy năng lượng.


Phân tử glucoza tham gia vào vòng tuần hoàn này, đồng thời giải phóng các chất như CO2, H2O và axit adenosine triphosphate cung cấp năng lượng cho tế bào. Năm 1938, Adolf Krebs đã giải thích rõ ràng chu trình vòng tuần hoàn gồm bảy phản ứng rất phức tạp và có ích này. Vòng tuần hoàn này giúp hoàn thành một chức năng tưởng như đơn giản nhưng thực chất nó vô cùng phức tạp đó là: đường có trong máu chuyển hóa thành năng lượng cung cấp cho các tế bào cơ. Đáng kinh ngạc hơn, trong cơ thể chúng ta, mỗi một giây, mỗi tế bào cơ đều tiến hành bảy phản ứng tuần tự này, mỗi một phản ứng lại do một enzim đảm nhận. Adolff Krebs là người đã khám phá ra nguyên lý của vòng tuần hoàn này.

schoolnet