Giáo trình Hóa Sinh học - Mở đầu

 1866 khi Tübigen thành lập bộ môn hoá sinh đầu tiên dưới 
sự lãnh đạo của Hoppe - Seyler (ở nước Đức). Số đầu tiên của tạp chí 
mang tính chất hoá sinh học được ra mắt vào năm 1877 (Hoppe - Seyler's 
Zeitschrift für physiologische Chemie). Tiền đề của nó là sự hoạt động của 
Liebig ở Đức và trường phái hoá học hữu cơ của ông. Bằng cách sử dụng 
các phương pháp nghiên cứu mới, Liebig đã xác định thành phần của 
nhiều thực phẩm, đã chia các chất chứa trong thực phẩm thành protein, 
glucid, lipid và đã xác định hàm lượng nitrogen trong protein. Sau những 
công trình nghiên cứu của Pasteur về sự lên men, các nhà khoa học đã chú 
ý nhiều đến bản chất enzyme vốn xúc tác cho các quá trình khác nhau 
trong cơ thể sống. Nhiều công trình có giá trị khác, trong đó có công trình 
của Fischer đã đi vào cấu trúc và tổng hợp glucid, lipid, amino acid và 
 13 
protein, Pavlov trong thời gian này đã nghiên cứu các cơ chế enzyme và 
Miescher thì nghiên cứu nucleic acid. Thời gian này người ta cũng đã phát 
hiện ra vitamin. 
Việc xác lập nên thành phần hoá học của thực vật, việc phát hiện 
ra các enzyme và việc làm sáng tỏ vai trò của chúng trong sự trao đổi chất, 
sự phát hiện ra vitamin và hormon, sự phát triển của hoá học về amino 
acid và protein, về glucid, lipid đã tạo điều kiện cho việc hình thành động 
hoá sinh và chính nhờ sự phát triển của động hoá sinh mà người ta đã xây 
dựng được những quan điểm thống nhất về các quy luật chung của các quá 
trình trao đổi chất và của những chuyển hoá năng lượng trong cơ thể sinh vật. 
Ngày nay chúng ta biết rõ rằng, tất cả các chất xây dựng nên tế bào 
sống, đều thay đổi không ngừng. Đặc trưng của sự sống là sự biến đổi hoá học. 
Như vậy hoá sinh học hiện đại trước hết là động hoá sinh. Trước 
tiên đó là những hiện tượng trao đổi chất, là sự chuyển hoá và phân giải 
các chất dinh dưỡng nhằm thu nhận năng lượng hoá học cũng như để xây 
dựng vật chất của tế bào. Các phản ứng hoá học này được xảy ra nhờ tác 
dụng xúc tác của những enzyme, vì vậy việc nghiên cứu các enzyme 
chiếm một phần quan trọng trong hoá sinh học. 
Thứ đến thuộc về động hoá sinh là điều hoà hoá học. Điều này 
được xảy ra trên con đường các sản phẩm trao đổi chất xác định, thường là 
cùng với sự tham gia của những chất đặc biệt là hormon được tạo thành 
trong các tuyến nội tiết. 
Thứ ba thuộc về động hoá sinh là các quá trình hoá học được xảy 
ra gắn liền với các cấu trúc và thực hiện các chức năng của các phần tử 
cấu trúc. 
Việc xác định trình tự của amino acid trong protein và cấu trúc 
không gian của protein (Sanger, Perutz và Kendrew) cũng như cấu trúc 
của nucleic acid (Chargaff, Watson và Crick) là bắt đầu một giai đoạn mới 
trong sự phát triển của hoá sinh học tức là thời kỳ của sinh học phân tử. 
Một điều rõ ràng là không thể tách riêng sinh học phân tử và hoá sinh học 
ra khỏi nhau. Về cơ bản mà nói thì "sinh học phân tử" chỉ là tên mới, 
nhưng là một phân ngành riêng của hoá sinh. Nó cố gắng làm sáng tỏ các 
hiện tượng sống cơ bản trên cơ sở phân tử có nghĩa là trên cơ sở hoá sinh 
học. Chính vì vậy theo quan niệm hiện đại thì hoá sinh học là khoa học 
nghiên cứu cơ sở phân tử của sự sống. 
2. Thành phần hoá học của cơ thể sống 
Trong cơ thể sống, nước là thành phần quan trọng nhất. Trừ một số 
mô hoặc loại tế bào (các hạt thực vật, các bào tử mô xương, mô mỡ), 
lượng nước của chúng không đạt đến 80%, còn lượng nước của một số 
sinh vật khác cũng vượt quá 90% (toàn bộ lượng nước của cơ thể con 
 14 
người khoảng 50-70%). điều cần lưu ý là ở một số dạng sống bậc thấp, các 
virus, các bào tử sống qua trạng thái khô héo hoàn toàn, song trong trạng 
thái không có nước thì các hoạt động sống của chúng bị hoãn lại. 
Từ các cơ sở trên chúng ta có thể nói rằng các quá trình hoá học 
đặc trưng cho sự sống được xem như là những phản ứng tiến hành ở trong 
môi trường nước. 
Ngoài ra người ta đã phát hiện được hơn 60 nguyên tố có trong cơ 
thể sống. Các nguyên tố này có trong cơ thể với những lượng rất khác 
nhau. Một số được coi là những nguyên tố cần thiết để xây dựng cơ thể và 
phục vụ cho sự phát triển bình thường của cơ thể; một số khác thì chức 
năng sinh học của chúng chưa được biết rõ; số còn lại được coi như do sự 
xâm nhập ngẫu nhiên. C H O N S P Cl Ca Mg K Na đều là những nguyên 
tố rất cần thiết đối với cơ thể sống, 11 nguyên tố này chiếm gần 100% 
khối lượng toàn phần của thực vật và động vật. Những nguyên tố ở dạng 
vết được gọi là yếu tố vi lượng, vai trò quan trọng của chúng đối với cuộc 
sống cũng dần dần được sáng tỏ đó là những ion kim loại nặng Co, Zn, 
Mn, Mo; trong trường hợp các cơ thể động vật bậc cao còn có I, ở các cây 
xanh thì có B. Cần nhớ rằng, trừ I và Mo, các nguyên tố đã được kể đến 
đều nằm trong số 30 nguyên tố đầu của hệ thống tuần hoàn và hơn một 
nửa các nguyên tố có số thứ tự đến 30 có vai trò sinh học quan trọng. 
Nhiều hợp chất hữu cơ trước đây được coi như là riêng biệt thuộc 
giới sinh vật, nay cũng đã được nghiên cứu, tổng hợp trong phòng thí 
nghiệm. Đó là các protein, nucleic acid, glucid, lipid, enzyme và vitamin. 
Đây là những chất chiếm vị trí hàng đầu trong sinh học và cũng chính là 
đối tượng nghiên cứu chính của các chương trong giáo trình này. 
3. Mối quan hệ của hoá sinh với các ngành khoa học của sinh 
học, nông nghiệp và y học 
Trong sinh học có nhiều ngành, nhưng nghiên cứu sinh học ngày 
nay là nghiên cứu ở mức độ phân tử. Hoá sinh là khoa học nghiên cứu sự 
sống ở mức độ phân tử, cho nên có thể nói bất cứ chuyên ngành nào của 
sinh học như động vật học, thực vật học, vi khuẩn học, sinh lý học, tế bào 
học, mô phôi học... đều cần phải trang bị kiến thức và kỹ thuật hoá sinh để 
nghiên cứu khoa học chuyên ngành mình. Do đó khi nói đến các chuyên 
ngành của sinh học hiện đại thì trước hết phải nói đến hoá sinh trong 
những năm gần đây. Ngay cả công nghệ gen, công nghệ enzyme cũng 
chính là lãnh địa của hoá sinh. Chẳng hạn đối với động vật, thực vật, vi 
sinh vật, ngày nay muốn nghiên cứu phân loại chính xác các giống chủng 
cũng phải dùng các chỉ tiêu phân tử một số protein, enzyme hay nucleic 
acid trong ty lạp thể. Đối với nông nghiệp muốn tăng năng suất cây trồng 
phải chú ý đến quá trình hoá sinh quang hợp, quá trình hoá sinh nảy mầm, 
 15 
quá trình hoá sinh phát dục, quá trình chuyển hoá, sinh tổng hợp các chất 
tạo nên hạt, quả, quá trình tác động hoá sinh của các cytokinin đến sự sinh 
trưởng và phát triển của cây. Đối với vật nuôi cũng vậy, muốn có năng 
suất thịt, sữa, trứng cao, người chăn nuôi phải hiểu được các quá trình hoá 
sinh phát triển đến từng giai đoạn phát triển của con vật, đến từng bộ phận 
cơ bắp, buồng trứng của chúng để có sự tác động mạnh mẽ. Đối với y 
dược học, vấn đề chủ chốt nghiên cứu bệnh nguyên, bệnh lý, chẩn đoán và 
điều trị bệnh cũng đều liên quan chặt chẽ đến hoá sinh, tức liên quan đến 
sự thay đổi các phân tử bệnh lý xảy ra trong cơ thể và tìm những chất hoạt 
tính sinh học có tác dụng phòng chống hoặc chữa khỏi bệnh. 
Vì vậy có thể nói hoá sinh là gốc, là cơ bản để giúp hiểu sâu sắc 
các khoa học khác của sinh học, nông nghiệp và y học. 
4. Một số thành tựu nổi bật của hóa sinh trong thời gian gần đây 
Trong quá trình phát triển của mình, nhiều ngành nhỏ của hoá sinh 
đã ra đời.Về hoá sinh một số chức phận hệ thống quan trọng có hoá sinh 
miễn dịch, hoá sinh di truyền, đặc biệt một ngành mới gần đây đã xuất 
hiện đó là công nghệ hoá sinh. Các lĩnh vực nhỏ của hoá sinh đã đóng góp 
một cách tích cực vào thành tích chung của hoá sinh. Nhiều giải thưởng 
Nobel đã ghi công các kết quả nghiên cứu quan trọng, mở ra nhiều cánh 
cửa mới cho sự phát triển của hoá sinh như hoá sinh của hệ thống miễn 
dịch của Snell, Bena Cerraf và Dausset năm 1980. Cùng năm ấy Paul Berg 
cũng được giải thưởng Nobel bởi công trình nghiên cứu gắn các mẫu 
DNA. Năm 1981-1982, thành tựu tổng hợp gen α - interferon gồm 514 đôi 
base bởi Leicester đã được thực hiện. Từ đó đến nay hàng loạt công trình 
khác về nghiên cứu hoá sinh đã được áp dụng trong lĩnh vực khoa học. 
Gần đây, năm 1997 giải thưởng Nobel y học trao cho Staley 
Prusiner về công trình nghiên cứu prion, một khái niệm mới về "nhiễm 
khuẩn", gây bệnh não thể xốp ở người và động vật. Prion (PrP) là protein 
tồn tại hai dạng đồng phân alpha và bêta. Ở cơ thể khoẻ mạnh thì PrP có 
dạng alpha còn khi cơ thể bị bệnh thì dạng alpha bị duỗi ra và xếp thành 
các băng song song gọi là PrP bêta. Dạng này rất bền với enzyme tiêu hoá 
và không bị phá huỷ ở nhiệt độ cao (đến 200oC). Do vậy prion như là tác 
nhân gây bệnh hoàn toàn mới được bổ sung vào danh sách những tác nhân 
gây bệnh như virus, vi khuẩn, nấm. Công trình này đưa ra khái niệm bệnh 
lý phân tử hoàn toàn mới trong sinh học và y học. Công trình không chỉ 
phát hiện ra tác nhân gây bệnh xốp não mà còn đặt nền móng cho sự tìm 
hiểu cơ chế mất trí liên quan đến bệnh già và bệnh Alzheimer, cũng như 
đặt nguyên tắc chặt chẽ cho việc ghép các cơ quan phủ tạng của động vật 
cho con người và thuốc men chế từ động vật dùng cho người. 
 16 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tài liệu tiếng Việt 
1. Trần Thị Ân (chủ biên). 1979. Hóa sinh đại cương (tập I, II). NxB KH&KT. 
Hà Nội. 
2. Đái Duy Ban. 2005. Hóa sinh học và hóa sinh y học. Hóa sinh học. 1: 8-13. 
3. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. 2000. Hóa sinh học. Nxb Giáo dục. Hà 
Nội. 
4. Lê Doãn Diên. 1975. Hóa sinh thực vật. Nxb Nông nghiệp. Hà Nội 
5. Nguyễn Tiến Thắng, Nguyễn Đình Huyên. 1998. Giáo trình sinh hóa hiện 
đại. Nxb Giáo dục. Hà Nội. 
6. Nguyễn Xuân Thắng, Đào Kim Chi, Phạm Quang Tùng, Nguyễn Văn 
Đồng, 2004. Hóa sinh học. Nxb Y học, Hà Nội. 
Tài liệu tiếng nước ngoài 
1. Karlson. P., 1972. Biokémia. Medicina Könyv Kiadó Budapest. 
2. Lehninger A.L., 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H Freeman. 
3. Stryer L., 1981. Biochemistry. W.H.Freeman and company. San Francisco. 
4. Straub .F. B. 1965. Biokémia. Medicina Könyv Kiadó Budapest.