Giới thiệu tới bạn đọc cuốn sách Sinh Học Phân Tử – Học Liệu Số Ebooks PDF
Chương I. Lược sử sự ra đời của Sinh học phân tử
Sinh vật học hiện đại có mục đích giải thích các đặc tính
của cơ thể sống thông qua cấu trúc các phân tử thành phần.
FRANCOIS JACOB
Sự khám phá ra bản chất hóa học của gen, đơn vị di truyền cơ bản trong hệ thống sống, bắt nguồn từ hàng loạt phát hiện khoa học ở nhiều lĩnh vực. Đã qua cái thời mà các nhà nghiên cứu chỉ say sưa mô tả cấu trúc tế bào dưới kính hiển vi. Họ cũng không dừng lại ở việc tỉnh sạch và xác định thành phần hóa học của các cấu trúc nội bào. Họ đang phân tích hoạt động của chúng. Chính sự hội tụ của nhiều ngành khoa học, từ Sinh học tế bào, Di truyền, đến Sinh hóa đã hình thành nên một ngành học mới – ngành Sinh học phân tử.
Chúng ta hãy thử điểm lại quá trình dẫn đến sự hình thành này.
I – Thuyết Tiến hoá và thuyết Tế bào
Trước thế kỉ 19, các vấn đề cơ bản về sự sống mang tính siêu hình, thuộc phạm vi giải quyết của Triết học và Thần học. Sự xuất hiện của thuyết Tiến hóa và thuyết Tế bào vào nửa sau thế kỉ 19 đã đặt nền móng cho sự ra đời của Sinh học với tư cách là một ngành khoa học thực nghiệm.
Thuyết Tiến hóa phát sinh từ quan sát của các nhà tự nhiên học. Thật vậy, khi nghiên cứu sự phân bố điạ lí của các động vật và thực vật đồng thời ghi nhận các điểm sai khác và giống nhau giữa các nhóm động vật thân cận, Darwin và Wallace đã nhận thấy rằng thế giới sống không bất biến, và các loài sinh vật biến đổi khi xem xét chúng trong một khoảng thời gian đủ dài. Họ nêu ra giả thuyết theo đó một số áp lực của môi trường chung quanh (thiên tai, biến động nhiệt độ và độ mưa,…) áp đặt một sự chọn lọc tự nhiên lên các thế hệ nối tiếp nhau, ở mỗi thế hệ có thể xuất hiện những biến đổi cho phù hợp với môi trường xung quanh và các biến đổi đó được truyền cho thế hệ sau.
Thuyết Tế bào ra đời cùng với sự hoàn thiện kĩ thuật kính hiển vi. Đặc biệt việc thừa nhận rằng các tế bào cô lập có thể tăng trưởng và phân chia đã đóng vai trò không kém quyết định trong sự hình thành lí thuyết này. Vào nửa sau thế kỉ 17, lần đầu tiên nhà tư nhiên học Hà lan Antonie van Leeuwenhoek đã quan sát thấy những sinh vật li ti trong một giọt nước ao nhờ một kính phóng đại. Cũng cùng thời gian đó, Robert Hooke mô tả các cấu trúc hiển vi của sợi bẩn và gọi chúng là “tế bào”. Nhưng mãi đến hai thế kỉ sau, sự hoàn thiện của kính hiển vi cùng với các kĩ thuật bảo quản và cắt lát mô mới cho phép các nhà nghiên cứu thấy rằng mô sống được hình thành từ tế bào. Theodor Schwann (1839), Mathias Jacob Schleiden (1838) cùng mô tả tế bào như là đơn vị sống cơ bản ở cả động vật và thực vật. Câu nói sau của Rudolph Virchow (1858) được xem như định để chung của thuyết Tế bào: “Mỗi động vật được cấu tạo từ một tập hợp các đơn vị sống, mỗi đơn vị mang trong nó tất cả các đặc tính của sự sống”.
Thuyết Sinh lực luận theo đó sự sống là đặc tính của toàn bộ cơ thể chứ không phải của một thành phần riêng rẽ nào, cùng với thuyết Tự sinh được thừa nhận bởi hầu hết các nhà khoa học và các triết gia trước thế kỉ 19. Sự ra đời của thuyết Tế bào, đặc biệt là các thí nghiệm cổ điển của Pasteur chứng minh sự sống chỉ có thể sinh ra từ sự sống, đã đánh đổ hoàn toàn hai thuyết trên, xây dựng nền móng vững chắc cho sinh học hiện đại. Đặc biệt, một trong những gợi ý của thuyết Tế bào có tầm quan trọng hết sức lớn lao đối với khoa học : tế bào riêng lẻ có khả năng tăng trưởng và phân chia độc lập nên có thể được sử dụng làm đối tượng nghiên cứu vật chất sống. Điều này đặt cơ sở cho kĩ thuật nuôi cấy tế bào in vitro, một kĩ thuật không thể thiếu trong nhiều nghiên cứu hiện nay.
II – Sinh hoá học cổ điển và Di truyền học cổ điển
Sinh học thực nghiệm thực sự phát triển trên nền tảng của thuyết Tế bào và thuyết Tiến hóa với hai ngành học lớn: Sinh hoá học chuyên cô lập và xác định tính chất các thành phần tế bào và Di truyền học nghiên cứu sự di truyền các đặc tính ở các cơ thể sống nguyên vẹn.
Sinh hóa học chính thức xuất hiện từ khi người ta chứng minh được rằng các biến đổi hóa học của cơ thể sống nguyên vẹn có thể xảy ra trong dịch chiết tế bào. Từ khi khám phá ra protein, một thành phần sống cơ bản ở mọi sinh vật, cơ chế hình thành nên các thành phần cấu tạo tế bào trở thành một đầu để tranh luận. Liệu các định luật hóa học có thể áp dụng được vào tế bào hay không ? Các nhà hóa học đã tìm cách giải quyết vấn đề này bằng cách thửtổng hợp các chất hữu cơ trong phòng thí nghiệm. Friedrich Wohler tổng hợp urê từ các chất hữu cơ đơn giản, Marcelin Berthelot tổng hợp acetylen từ carbon và hydro. Và cuối cùng Eduard Buchner chứng minh được sự biến đổi các hợp chất hữu cơ (glucose biến thành ethanol) dưới sự hiện diện của dịch chiết tế bào (tế bào nấm men). Trong nửa sau thế kỉ 19, người ta lần lượt xác định tất cả các thành phần cấu tạo cơ bản của tế bào như lipid, glucid, protein. Đến cuối thế kỉ 19, người ta đã tìm ra hầu hết các amino acid, đơn vị cơ sở cấu thành protein.
