|
 Đang trực tuyến :
33 |
|
 Số lượt truy cập :
33274320 |
|
|
|
|
|
Thuyết phục thiên nhiên tạo ra liên kết silicon-cacbon
Thứ tư, 30-11-2016 | 11:55:20
|
|
Một nghiên cứu mới là nghiên cứu đầu tiên cho thấy có thể thuyết phục các sinh vật sống tạo ra liên kết silicon-cacbon - một thứ mà chỉ có các nhà hóa học mới làm được trước đó. Các nhà khoa học tại Caltech đã "nuôi" một protein vi khuẩn để tạo ra các liên kết nhân tạo - một phát hiện có nhiều ứng dụng trong một số ngành công nghiệp.
Ảnh minh họa cho sự sống dựa trên organosilicon. Các hợp chất organosilicon chứa liên kết cacbon-silic. Nghiên cứu gần đây từ phòng thí nghiệm của Frances Arnold cho thấy lần đầu tiên rằng, vi khuẩn có thể tạo ra các hợp chất organosilicon. Điều này không có nghĩa là, sự sống dựa trên organosilicon là khả thi nhưng nó cho thấy có thể thuyết phục sự sống kết hợp silicon vào các thành phần cơ bản của nó. Ảnh: Lei Chen và Yan Liang (BeautyOfScience.com)
Các phân tử có các hợp chất silicon-cacbon hay organosilicon được tìm thấy trong dược phẩm cũng như trong nhiều sản phẩm khác, bao gồm các hóa chất nông nghiệp, sơn, chất bán dẫn, và màn hình máy tính và TV. Hiện nay, các sản phẩm này được tạo ra theo cách tổng hợp, do các liên kết silicon-cacbon không được tìm thấy trong tự nhiên. Nghiên cứu mới cho thấy rằng, thay vì vậy có thể sử dụng sinh học để tạo ra các liên kết này theo cách thân thiện với môi trường hơn và có khả năng ít tốn kém hơn rất nhiều. "Chúng tôi đã quyết định thuyết phục thiên nhiên tạo ra thứ mà chỉ có các nhà hóa học mới có thể làm được", Giáo sư Frances tại Caltech, cho biết. Nghiên cứu này cũng là nghiên cứu đầu tiên cho thấy rằng thiên nhiên có thể thích ứng để tích hợp silicon vào các phân tử cacbon. Các nhà khoa học từ lâu đã tự hỏi rằng, phải chăng sự sống trên Trái đất có thể đã tiến hóa để được dựa trên silicon thay vì cacbon. Các tác giả truyện khoa học viễn tưởng tương tự như vậy đã tưởng tượng ra thế giới người hành tinh với sự sống dựa trên silicon, giống như các sinh vật Horta được miêu tả trong một tập của loạt phim truyền hình Star Trek vào những năm 1960. Cacbon và silicon là về mặt hóa học rất giống nhau. Cả hai đều có thể hình thành liên kết với bốn nguyên tử cùng một lúc, làm cho chúng rất thích hợp để tạo thành một chuỗi phân tử dài được tìm thấy trong sự sống, chẳng hạn như protein và DNA. "Không có sinh vật sống nào được biết là kết hợp liên kết silicon-cacbon với nhau, mặc dù silicon rất phong phú, ở xung quanh chúng ta, trong đá và trên khắp các bãi biển", Jennifer Kan, một học giả sau tiến sĩ, và tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. Silic là nguyên tố phổ biến thứ hai trong lớp vỏ Trái Đất. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phương pháp gọi là tiến hóa theo hướng dẫn, trong đó enzyme mới và tốt hơn được tạo ra trong phòng thí nghiệm bằng cách lựa chọn nhân tạo, tương tự như cách mà các nhà lai tạo biến đổi ngô, bò, hoặc mèo. Enzyme là một họ protein, có chức năng xúc tác, hoặc tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học. Quá trình tiến hóa theo hướng dẫn bắt đầu bằng một loại enzyme mà các nhà khoa học muốn nâng cao. DNA mã hóa cho enzyme này bị đột biến theo cách ít nhiều ngẫu nhiên, và các enzyme kết quả được kiểm tra đối với một tính trạng mong muốn. sau đó các enzyme có hiệu suất cao bị đột biến một lần nữa, và quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi một loại enzyme mà thực hiện tốt hơn nhiều so với ban đầu được tạo ra. Tiến hóa theo hướng dẫn đã được sử dụng trong nhiều năm để tạo ra enzyme cho các sản phẩm gia dụng như chất tẩy rửa; và cho các lộ trình "xanh" bền vững để tạo ra dược phẩm, hóa chất nông nghiệp, và nhiên liệu. Trong nghiên cứu mới này, mục tiêu là không chỉ cải thiện chức năng sinh học của một enzyme mà còn thuyết phục nó tạo ra cái mà nó chưa từng thực hiện trước đây. Bước đầu tiên của các nhà nghiên cứu là tìm ra một ứng cử viên thích hợp, một loại enzyme có tiềm năng tạo ra liên kết silicon-cacbon. "Nó giống như nuôi một con ngựa đua", Arnold giải thích. "Một nhà lai tạo tốt nhận ra khả năng bẩm sinh trở thành một tay đua của một con ngựa và phải thể hiện điều đó ra được trong các thế hệ tiếp theo. Chúng tôi làm chính điều đó với protein". Ứng cử viên lý tưởng hóa ra là một loại protein từ vi khuẩn phát triển ở suối nước nóng ở Iceland. Protein này, gọi là cytochrome c, thường luân chuyển qua lại electron vào các protein khác, nhưng các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nó cũng vô tình hoạt động giống như một enzyme để tạo ra liên kết silicon-cacbon ở mức thấp. Các nhà khoa học sau đó biến dị DNA mã hóa cho protein đó trong một khu vực mà xác định một phần có chứa sắt của protein được cho là chịu trách nhiệm dẫn đến hoạt động hình thành silicon-cacbon của nó. Tiếp theo, họ đã thử nghiệm các enzyme biến dị về khả năng tạo ra các hợp chất organosilicon tốt hơn so với bản gốc. Chỉ sau ba vòng, họ đã tạo ra một enzyme có thể tạo ra các liên kết silicon-cacbon một cách có chọn lọc hiệu quả hơn 15 lần so với các chất xúc tác tốt nhất được phát minh bởi các nhà hóa học. Chẳng những vậy, enzyme này còn tính chọn lọc cao, có nghĩa là nó tạo ra ít hơn các sản phẩm phụ không mong muốn. "Chất xúc tác dựa trên sắt, được mã hóa gen này không độc hại, rẻ hơn, và dễ biến đổi hơn so với các chất xúc tác khác được sử dụng trong tổng hợp hóa học", Kan cho biết. "Phản ứng mới cũng có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng và trong nước". Quá trình tổng hợp để tạo ra liên kết silicon-cacbon thường sử dụng các kim loại quý và các dung môi độc hại, và đòi hỏi phải xử lý thêm để loại bỏ các sản phẩm phụ không mong muốn, tất cả đều tăng thêm vào chi phí khi tạo ra các hợp chất này. Về câu hỏi liệu sự sống có thể tiến hóa để sử dụng silicon hay không thì Arnold cho rằng, điều này tùy thuộc vào thiên nhiên. "Nghiên cứu này cho thấy thiên nhiên có thể thích ứng với những thách thức mới một cách nhanh chóng ra sao", bà nói. "Bộ máy xúc tác được mã hóa DNA của tế bào có thể nhanh chóng học cách thúc đẩy các phản ứng hóa học mới khi chúng tôi cung cấp thuốc thử mới và tạo ra khuyến khích thích hợp ở dạng chọn lọc nhân tạo". Thanh Vân - Dostdongnai, theo ScienceDaily. |
Trở lại
In
Số lần xem: 2509
|
|
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|
