Sinh vật đơn bào cần hemoglobin để tồn tại trong một môi trường không có ôxy

Hemoglobin - protein cũ theo cách nhìn mới

Trong cơ thể con người, hemoglobin vận chuyển oxy từ phổi đến các cơ quan và mang khí cacbon đioxit, được sản xuất ở đó, trở lại phổi. "Tuy nhiên nhiều năm nay các nhà khoa học đã biết rằng, không chỉ có một hemoglobin", Giáo sư Thomas Happe, cho biết. Thiên nhiên đã sản xuất ra một lượng lớn các protein liên quan thực hiện các chức năng khác nhau. Tảo xanh Chlamydomonas reinhardtii có thứ được gọi là hemoglobin bị cắt bớt, với chức năng mà trước đây không rõ. Nhóm của Happe đã giải mã vai trò của nó trong sự sống sót trong một môi trường không có oxy.

Trong môi trường không có ôxy, tảo xanh kích hoạt các gen cụ thể

Khi Chlamydomonas không có oxy thì nó chuyển electron dư thừa thành proton, tạo ra hydro (H2). "Để làm việc này, tảo xanh kích hoạt một chương trình gen nhất định và tạo ra nhiều protein mới", Happe giải thích. "Nhưng chính xác các tế bào này nhận thấy oxy bị thiếu hụt ra sao là một điều mà chúng tôi không biết." Nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các gen đặc biệt hoạt động khi tảo xanh phải sống mà không có oxy - và tìm thấy một gen hình thành một “kế hoạch  hoạt động” chi tiết cho một hemoglobin. Tuy nhiên, trong một môi trường giàu oxy, thì gen này hoàn toàn nhàn rỗi.

Một hemoglobin và oxit nitric giúp tảo xanh tồn tại

Các nhà khoa học nghiên cứu protein hemoglobin và bản “kế hoạch” di truyền của nó một cách chi tiết hơn bằng cách sử dụng phân tích sinh học phân tử và phân tích sinh hóa. "Một vấn đề đã trở nên rõ ràng một cách nhanh chóng", tiến sĩ Anja Hemschemeier, cho bết. "Tảo mà chúng tôi tắt gen này đi hầu như không thể phát triển khi không có oxy." Từ các nghiên cứu trước đây người ta biết rằng, trong nhiều sinh vật, hemoglobin giải độc nitric oxit, bởi vì quá liều khí này gây độc cho các tế bào. Do đó các nhà sinh học đã kiểm tra xem liệu tảo xanh – đã không còn khả năng hình thành hemoglobin sau khi bị thay đổi di truyền chết – có chết vì ngộ độc nitric oxit  hay không. Trước đó, các nhà nghiên cứu cho rằng, tảo xanh sẽ tốt hơn nếu loại bỏ khí này đi. "Ngạc nhiên là, sau đó tảo không thể phát triển gì được nữa," Hemschemeier cho biết. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng, trong điều kiện không có oxy, hemoglobin và nitric oxit “móc ngoặc” với nhau.

Nitric oxit báo hiệu: "không có oxy!"

Nitric oxit hoạt động trong nhiều cơ thể sống để làm phân tử phát tín hiệu - dường như cũng hoạt động cả ở trong tảo xanh. Thử nghiệm trong ống nghiệm cho thấy, hemoglobin ở tảo xanh tương tác với nitric oxit. Khi các nhà nghiên cứu đưa khí này vào các sinh vật đơn bào thì các gen nhất định trở nên hoạt động và chỉ "bật" lên khi thiếu oxy. "Từ tất cả các dữ liệu này chúng tôi đưa đến kết luận rằng Chlamydomonas sử dụng nitric oxit để truyền tín hiệu 'không có oxy!' trong khắp tế bào, và hemoglobin của chúng tôi tham gia vào quá trình này," Happe tổng kết. Nhóm của ông muốn tiếp tục khám phá vai trò của protein này trong tảo xanh, vì các nhà sinh học đã phát hiện ra 11 gen hemoglobin khác trong sinh vật. "Bản đồ nghiên cứu hemoglobin có nhiều điểm trống mà chúng tôi muốn lấp đầy," ông cho biết thêm.

Xem thêm tại http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-06/rb-wga062113.php

Thanh Vân - Dostdongnai, theo Eurekalert.