• M c dù hình nêu các protein tín hi u ệ
ứ ẽ ự
ộ ng có nhi u h n ề
th c hi n m t ch c năng, trên ệ chúng th ứ
ng ườ ụ
ụ ụ ắ
ộ ệ ấ
ặ riêng l th c t ơ ườ ự ế m t ch c năng; các protein khung ộ s n (scaffold proteins), ví d , th ườ ph c v cho g n neo (anchor) vài protein tín hi u vào c u trúc n i bào đ c bi ặ
ế ng tr c ti p h n nh nêu t. • Ph n l n các con đ ườ
ơ ơ ở ộ ự ự
ệ ng tín hi u đ n ầ ớ ệ ườ nhân th ở ư ế đây khi không d a trên c s m t con đ ng đã bi t. ườ ế
Làm cách nào các GPCR gia tăng Ca2+
bào t ươ ng và ho t hóa PKC. ạ
GPCR đ
ượ
ươ
ng và ho t hóa PKC. ạ
• Hình 15.39. Làm cách nào các GPCR gia tăng Ca2+ c ho t hóa ạ
ấ
ắ
ộ
ạ ở ể
ủ ủ
ư
ị
ử
ệ
ượ ạ ạ
ượ
ng và phóng thích Ca2+ t
ươ
ừ
ắ
ở
ổ
i ướ
bào t kích thích phospholipase PLCβ g n-màng sinh ch t (plasma-membrane-bound phospholipase) qua protein G. Ph thu c vào d ng đ ng phân c a PLCβ, nó có ụ ồ c ho t hóa b i ti u đ n v α c a Gq nh nêu, th đ ơ ạ ể ượ messenger (thông đi p) ho c b i c hai. Hai phân t ở ả ặ c t o ra khi PI(4,5)P2 b th y phân b i nh n i bào đ ở ị ủ ỏ ộ PLCβ đ c ho t hóa. Inositol 1,4,5-triphosphate (IP3) khu ch tán theo bào t ế l i n i ch t (ER) b ng cách g n vào và m các kênh ằ ấ ướ ộ phóng thích IP3 c ng Ca2+ (opening IP3 gated Ca2+- release channels) (các receptor IP3) trong màng l n i ch t.
ấ
ộ
• Thang n ng đ đi n hóa r ng (large ộ ệ ồ ộ
ng (cytosol) khi các kênh phóng thích
c m . ở
i trong màng sinh ượ ạ
ấ ằ ớ
ỗ ợ ạ
ừ
ươ ế
ươ i có 10 ho c ặ
ủ ề
c ho t hóa b i ạ ạ ở ấ
electrochemical gradient) cho Ca2+ xuyên màng này làm cho Ca2+ thoát vào bào t ươ (release channels) đ Diacylglycerol n m l ch t và, cùng v i phosphatidylserine (không nêu) và Ca2+, h tr ho t hóa protein kinase C (PKC), mà nó thoát ra t ng đ n m t phía bào t ng c a bào t ủ ặ màng sinh ch t. ng ấ Ở ườ nhi u h n các đ ng d ng (isoforms) c a ồ ơ PKC, ít nh t 4 đ ượ diacylglycerol.
Ể
DI CHUY N CÁC PROTEIN VÀO TRONG CÁC MÀNG VÀ CÁC BÀO QUAN C A T BÀO Ủ
Ế
ậ ể ộ
• M t t ộ ế ả ạ
ả
c t ng h p b i ợ
ở ng (cytosol), và
i trong bào t ng. ề
ả
c s n sinh trong ộ ử ả ượ
ộ ị ứ ộ ặ
ặ
t ra ngoài (secretion). bào đ ng v t có vú đi n hình ch a ứ kho ng 10.000 lo i protein khác nhau; m t ộ bào n m men thì ch a kho ng 5000. Đa t ứ ấ ế s protein này đ ượ ổ ố ribosome trong bào t ươ l nhi u protein còn ươ ở ạ Tuy nhiên, kho ng m t n a các lo i ạ protein khác nhau đ m t t bào đi n hình thì đi vào m t màng ể ộ ế bào đ c bi t t, m t ngăn ch a d ch l ng ỏ ệ ế ng, ho c đ n b m t t khác v i bào t ề ặ ế ế ươ ớ bào đ ti ể ế
• Ví d , nhi u protein th th hormone (hormone
ụ ể
ụ
ề
ấ
c phóng thích đ n màng sinh ế ướ
ng đ n m c tiêu
ả ướ
ấ
ữ
c nh các ư ụ ế ủ
ư
ữ
ạ
ề ng đ n b m t t
ề ặ ế
ấ ả
c t o ra b i t
t ra kh i t ự ế ữ ả ạ ế
ế ữ ượ ạ
ở ế
ữ
bào th c hi n đúng
bào ph i đ t đ n nh ng v ị ự
ể ế
ệ
receptor proteins) và protein chuyên ch ở (transporter) ph i đ ả ượ ch t, m t s protein hoà tan trong n ộ ố RNA và DNA polymerase ph i h là nhân, và nh ng c u ph n (components) c a ầ ch t n n (matrix) ngo i bào cũng nh nh ng phân ấ ề polypeptide truy n tín hi u (signaling) ph i đ nh t ả ị ệ ử h bào cho s ti ỏ ế ướ bào. Nh ng protein này và t t c nh ng protein khác đ trí chính xác c a chúng đ t ủ ch c năng.
ứ
• Quaù trình phaân boá caùc
protein naøy veà ñuùng vò trí nhôø tín hieäu teá baøo
Phaân boá caùc protein veà ñuùng vò trí noäi baøo
• Treân teá baøo coù caùc möùc toå chöùc cao hôn laø moâ, cô quan, cô theå... Taát caû ñeàu coù caùc moái lieân heä beân trong vaø vôùi moâi tröôøng ngoaøi raát phöùc taïp thoâng qua caùc tín hieäu teá baøo. Cô theå ñöôïc ñieàu hoaø bôûi 2 cô cheá :
• – Caùc chaát noäi tieát nhö ñoäng coù
taùc
hormone,.. chaäm.
• – Caùc xung thaàn kinh coù taùc
ñoäng nhanh.
• Ngoaøi ra, thieân nhieân voán
haøi hoaø, caùc phaûn hoaù hoïc
cuûa teá baøo ít gaây oâ
nhieãm, laïi laøm saïch moâi
tröôøng goùp phaàn ñaùng keå
baûo veä moâi sinh.
III. TEÁ BAØO LAØ SAÙNG TAÏO COÙ GIAÙ TRÒ NHAÁT CUÛA SÖÏ TIEÁN HOAÙ. 1. Söï soáng baét ñaàu töø teá baøo. • Teá baøo nguyeân thuûy ñaàu tieân (LUCA). • Con ngöôøi baét ñaàu töø moät teá baøo 2. Söï ña daïng sinh giôùi laø saûn
phaåm cuûa teá baøo
3. Teá baøo laø ñôn vò cô sôû cuûa
söï soáng
4. Th öû so saù n h h oaït ñ oän g soán g cu û a teá b aøo vôù i caù c n g aøn h kh oa h oïc coân g n g h eä m u õi n h oïn
1. Söï soáng baét ñaàu töø teá baøo • a. Teá baøo nguyeân thuûy ñaàu
tieân (LUCA)
• Theo gi aû t huyeát môùi nhaát , söï
soáng xuaát hi eän caùch nay 3, 8 t æ naêm. Tuy coù nhi eàu yù ki eán khaùc nhau veà nguoàn goác söï soáng, nhöng coù moät ñi eàu chaéc chaén l aø söï soáng baét ñaàu t öø moät t eá baøo nguyeân t huûy ñaàu t i eân, ñöôï c goï i t heo t i eáng Anh l aø LUCA ( t he Last Uni versal Cel l ul ar Ancest er ) . Tröø caùc vi rus, t aát caû caùc si nh vaät ñeàu coù caáu
taïo teá baøo. ÔÛ möùc vi moâ,
töùc teá baøo vaø phaân töû, bieåu
hieän cuûa söï soáng taát caû caùc
sinh vaät veà caên baûn gioáng
nhau.
LUCA: The Last Universal Cellular Ancestor
LUCY (toå tieân ngöôøi)
b. Con ngöôøi baét ñaàu töø moät teá baøo
•
Baát kì sinh vaät naøo, duø ñôn baøo hay ña baøo, ñeàu baét nguoàn töø moät teá baøo ban ñaàu. Con ngöôøi cuõng khoâng phaûi laø moät ngoaïi leä. Moãi ngöôøi ñeàu baét ñaàu töø moät hôïp töû taïo neân töø teá baøo tröùng cuûa meï
ñöôïc thuï tinh bôûi tinh
truøng cuûa cha.
Teá baøo tröùng ngöôøi coù caùc tinh truøng baùm vaøo, nhöng chæ 1 thuï tinh
Söï phaùt trieå n caùc doøng teá baøo töø hôïp töû
Teá baøo goác phoâi sinh saûn taïo nhieàu doøng teá baøo bieät hoaù khaùc nhau
CAÁU TRUÙC CAÁU TRUÙC VAØ CAÙC QUAÙ TRÌNH VAØ CAÙC QUAÙ TRÌNH CUÛA CÔ THEÅ CUÛA CÔ THEÅ
Cô theå ñöôïc caáu truùc bôûi caùc heä thoáng ñaëc thuø nhôø:
Heä moâ lieân keát Heä dòch theå
*Keát noái *Keát noái sinh hoïc sinh hoïc *Ñoàng *Ñoàng nhaát nhaát .Traïng thaùi .Traïng thaùi .Thaønh phaàn .Thaønh phaàn
.Hoaït ñoäng
.Hoaït ñoäng
ầ
Các h ệ th n kinh dao đ ng ộ v kích ề c và đ th ộ ướ ứ ạ (2) ph c t p
H th n kinh con m c và ng
ệ ầ
ự
ườ ) i
2. Söï ña daïng sinh giôùi laø saûn phaåm töø söï tieán hoùa cuûa teá baøo •Töø teá baøo ñaàu tieân LUCA traûi qua 3,8 tæ naêm tieán hoaù söï soáng ñaõ taïo neân söï ña daïng sinh giôùi nhö ngaøy nay. Söï ña daïng cuûa söï soáng bieåu hieän ôû hai maët : ña daïng caùc loaøi vaø heä thoáng thöù
baäc töø thaáp leân cao cuûa
nhieàu möùc toå chöùc khaùc
nhau.
Söï ña daïng sinh giôùi laø saûn phaåm töø söï tieán hoùa cuûa teá baøo
• Töø teá baøo ñaàu tieân LUCA traûi qua 3,8 tæ naêm tieán hoaù söï soáng ñaõ taïo neân söï ña daïng sinh giôùi nhö ngaøy nay. Söï ña daïng cuûa söï soáng bieåu hieän ôû hai maët : ña daïng caùc loaøi vaø heä thoáng thöù baäc töø thaáp leân cao cuûa nhieàu möùc toå
chöùc khaùc nhau.
Söï ña daïng cuûa teá baøo do söï caûi bieán cuûa con ngöôøi • Trong thöïc tieãn saûn xuaát, con ngöôøi ñaõ tieán haønh choïn gioáng ñeå taïo ra nhöõng doøng teá baøo môùi coù naêng xuaát vöôt troäi. Phaàn lôùn caùc qui trình saûn xuaát cuûa Coâng ngheä sinh hoïc söû duïng caùc teá baøo caûi bieán. Caùc thaønh töu trong choïn gioáng vi sinh vaät trong coâng nghieäp leân men minh hoïa roõ söï bieán ñoåi khaùc thöôøng phuïc vuï lôïi ích con ngöôøi. Thöôøng trong moâi tröôøng nuoâi, sinh khoái khoâ cuûa teá baøo ñaït toái ña khoaûng 20 g/l.
Nhöng caùc chuûng ñoät bieán saûn sinh
caùc chaát ñaëc bieät vôùi soá löôïng
cao gaáp nhieàu laàn troïng löôïng khoâ
cuûa teá baøo hoaëc nhu caàu cuûa teá
baøo nhö :
• – Chuûng Penicillium
chrysogenum hieän nay ñaït 60g/ l moâi tröôøng, cao gaáp 3 laàn sinh khoái.
• – Chuûng Corynebacterium
glutamicum taïo glutamic acid ñaït 200g/l, cao hôn gaáp 10 laàn.
• – Chuûng Ashbya gosspii sinh ra riboflavin (vitamin B2) hôn 20 g/l gaáp 40.000 laàn nhu caàu cuûa noù.
• – Chuûng Pseudomonas
denitrificans sinh ra vitamin
B12 gaáp 100.000 laàn nhu caàu
cuûa noù.
•Toùm laïi, theá giôùi sinh vaät baét nguoàn töø teá baøo, söï ña daïng nhöng thoáng nhaát ôû caáu taïo teá baøo vaø teá baøo coù tieàm naêng lôùn cho con ngöôøi caûi bieán vaø ñieàu khieån phuïc vuï cho mình. Tieàm naêng to lôùn cuûa teá baøo trong bieán ñoåi tieán hoùa vaø chòu söï caûi bieán cuûa con
ngöôøi chöa thaáy giôùi
haïn.
3. Teá baøo laø ñôn vò cô sôû cuûa söï soáng • Sinh giôùi coù nhieàu möùc ñoä toå chöùc khaùc nhau, teá baøo laø caáu truùc nhoû nhaát coù bieåu hieän ñaày ñuû caùc tính chaát cuûa söï soáng :
•
– Trao ñoåi chaát vaø bieán ñoåi naêng löôïng : Toaøn boä caùc hoaït ñoäng hoùa hoïc cuûa cô theå sinh vaät ñöôïc goïi laø söï trao ñoåi chaát (metabolism) : phaân huûy caùc
chaát dinh döôõng cung caáp
naêng löôïng vaø vaät lieäu cho
sinh toång hôïp vaø cho caùc
quaù trình soáng khaùc nhau.
2
2
TRAO ÑOÅI CHAÁT VAØ NAÊNG TRAO ÑOÅI CHAÁT VAØ NAÊNG LÖÔÏNG LÖÔÏNG
CO2
H2O
HYDRATCARBON
CHAÁT
NHIEÄT
CAÙC CHAÁT KHAÙC
O
H
O
Trong töï nhieân, caây xanh Trong töï nhieân, caây xanh laø nhaân toá ñaàu tieân toång hôïp laø nhaân toá ñaàu tieân toång hôïp vaø cung caáp chaát höõu cô cho vaø cung caáp chaát höõu cô cho toaøn boä heä thoáng soáng toaøn boä heä thoáng soáng
PHOTOSYNTHESIS PHOTOSYNTHESIS O + E COCO2 2 + H+ H22O + E + O22
(CH(CH22O)O)nn + O
P l a n t s
ATP + Carbohydrate ATP + Carbohydrate
Environment
EE
CO2 O2 ANIMAL BODY
VOØNG TUAÀN HOAØN CHUYEÅN HOÙA
2
2
CÔ CHAÁT
Phaân töû SH
Chaát thaûi
Yeáu toá khaùc
Ñaïi phaân töû SH Saûn phaåm
phaân giaûi
ATP
ATP
TEÁ BAØO
Ñoàng hoùa
Dò hoùa
CO
H
O
• – Taêng tröôûng vaø phaân baøo : Söï taêng tröôûng (growth) laø taêng khoái löôïng chaát soáng cuûa moãi cô theå sinh vaät, goàm söï taêng kích thöôùc cuûa töøng teá baøo vaø taêng soá löôïng teá baøo cô theå. “Sinh vaät sinh ra sinh vaät” vaø “teá baøo sinh ra teá baøo” nhôø cô cheá phaân baøo. Chu trình teá baøo ñöôïc kieåm soaùt chaët cheû vaø hoaït ñoäng haøi hoøa. Coù hai kieåu sinh saûn: voâ tính vaø höõu tính.
•
– Thu nhaän vaø gôûi tín hieäu thoâng tin : Treân maøng teá baøo, caùc thuï theå (recepteurs) gaén
vôùi phaân töû thoâng tin vaø coù
phaûn öùng ñaùp laïi. Ngoaøi ra,
caùc teá baøo tieát nhöõng chaát
hoùa hoïc ra ngoaøi, ñi ñeán caùc
teá baøo tieâu ñieåm thaønh nhöõng
tín hieäu taùc ñoäng leân maøng.
•– Ñieàu hoøa söï bieåu hieän gen ñaùp laïi taùc ñoäng töø moâi tröôøng beân trong vaø beân ngoaøi teá baøo. •– Söï cheát theo chöông
trình cuûa teá baøo : Song song vôùi quaù trình taêng soá löôïng teá baøo, caùc sinh vaät ña baøo coøn coù nhöõng cô cheá phöùc taïp kieåm soaùt söï cheát cuûa
teá baøo theo chu trình
phaùt trieån.
2. Caùc tính chaát ñaëc tröng cho söï soáng • Caøng ñi saâu phaân tích theá giôùi vi moâ, söï soáng coù nhöõng tính chaát ñaëc tröng gioáng nhau . Söï soáng laø moät daïng hoaït ñoäng vaät chaát phöùc taïp hôn nhieàu vaø cao hôn haún so vôùi caùc quaù trình vaät lyù vaø hoùa hoïc trong töï nhieân. Con ngöôøi ngaøy caøng hieåu saâu veà theá giôùi vi moâ caùc sinh vaät. Vieäc giaûi thích söï soáng phuï thuoäc tri thöùc moãi thôøi ñaïi, nhö con ngöôøi ví nhö ñoàng hoà, tim nhö caùi bôm. Ngaøy nay, ngoaøi caùc yeáu toá vaät chaát, naêng löôïng voán coù ôû
giôùi voâ sinh, chuùng ta xeùt theâm
thoâng tin laø tính chaát môùi phaùt
trieån cao ôû caùc sinh vaät.
a. Vaät chaát: Caáu truùc phöùc taïp vaø toå chöùc tinh vi • Ñaây laø tính chaát ñaàu tieân deã nhaän
thaáy. Caùc sinh vaät cuõng ñöôïc taïo neân töø nhöõng nguyeân toá voán coù trong töï nhieân, nhöng caáu truùc beân trong phöùc taïp vaø chöùa voâ soá caùc hôïp chaát hoùa hoïc raát ña daïng . Ví duï : vi khuaån Escherichia coli (E.coli), moät sinh vaät ñôn baøo nhoû beù vôùi kích thöôùc 1 2 micromet, naëng 2.106 mg (2 phaàn trieäu miligram) chöùa khoaûng 40 tæ phaân töû nöôùc vôùi 5.000 loaïi caùc hôïp chaát höõu cô khaùc nhau. Rieâng protein coù khoaûng 3000 loaïi vôùi côõ 1.000.000 phaân töû, maø phaàn lôùn caáu truùc chöa bieát ñöôïc. Neáu tính ôû
ngöôøi thì soá loaïi protein khoâng phaûi laø
3.000 nhö ôû E.coli, maø laø 5 trieäu loaïi, laïi
khoâng gioáng vôùi E.coli.
• Caùc chaát phöùc taïp trong cô theå soáng hình thaønh neân caùc caáu truùc tinh vi thöïc hieän moät soá chöùc naêng nhaát ñònh. Khoâng nhöõng caùc caáu truùc nhö maøng, nhaân teá baøo ... maø caû töøng loaïi ñaïi phaân töû cuõng coù vai troø quan troïng nhaát ñònh. Trong theá giôùi sinh vaät hoaøn toaøn coù theå noùi veà chöùc naêng cuûa moät loaïi phaân töû. Ví duï beänh thieáu maùu hoàng caàu hình lieàm, “beänh phaân töû“ vì trong 600 acid amin taïo neân protein hemoglobin ôû vò trí 6 maïch b acid glutamic bò thay baèng valin. Trong gaàn 600 acid amin chæ 1 bò thay theá ñaõ gaây beänh treân. Töøng loaïi phaân töû
coù taàm quan troïng. Ñieàu khoâng coù
trong giôùi voâ cô.
•
• Teá baøo E.coli nhoû beù vôùi
caáu truùc vaø toå chöùc phöùc taïp nhö vaäy nhöng coù hoaït ñoäng soáng raát cao, trong 20 phuùt coù theå sinh saûn taïo teá baøo môùi gioáng heät. Hieän nay con ngöôøi ñaõ cheá taïo ñöôïc caùc taøu vuõ truï, nhöng chöa cheá taïo ñöôïc caùi maùy naøo töï noù saûn sinh ra noù!
•
Caùc caáu truùc ñöôïc taïo ra ñeå thöïc hieän chöùc naêng nhaát ñònh.
Nhöõng ñaëc tính chung :
• - Maøng teá baøo. - Kích thöôùc raát nhoû beù. - Phaân vuøng.
• Boä gen • Ribosom
e
Heä thoáng caáu truùc maøng
b. Naêng löôïng: Söï chuyeån hoùa phöùc taïp. • Ñaëc ñieåm thöù hai laø khaû naêng
thu nhaän naêng löôïng töø moâi tröôøng vaø bieán ñoåi xaây döïng, duy trì toå chöùc phöùc taïp ñaëc tröng cho söï soáng. Moät soá caùc sinh vaät ñaõ laáy nhöõng chaát ñôn giaûn nhaát nhö CO2, N2, H2O laøm nguyeân lieäu vaø aùnh saùng maët trôøi laøm nguoàn naêng löôïng. Naêng löôïng löôïng töû cuûa aùnh saùng ñöôïc chuyeån thaønh naêng löôïng hoùa hoïc trong caùc chaát
höõu cô cuûa caây xanh, töø ñoù löu
chuyeån sang caùc sinh vaät khaùc.
• Söï chuyeån hoùa vaät chaát vaø
naêng löôïng trong teá baøo dieãn ra phöùc taïp, coù theå ví teá baøo nhö “nhaø maùy hoùa hoïc ñaëc bieät”: nhieàu phaûn öùng xaûy ra ñoàng thôøi, nhanh nhaïy, chính xaùc, hieäu quaû cao, laïi ñöôïc söï ñieàu hoøa hôïp lyù ñuùng luùc, ñuùng nôi. Teá baøo nhaän naêng löôïng beân ngoaøi vaøo ôû daïng naêng löôïng hoùa hoïc (caùc chaát höõu cô cuûa thöùc aên), sau ñoù ñöôïc caûi bieán ñeå thöïc hieän coâng hoùa hoïc trong toång hôïp caùc thaønh phaàn teá baøo, coâng
cho vaän chuyeån vaøo teá baøo, vaø
coâng cô hoïc cho co cô vaø di
chuyeån. Caën baû dö thöøa ñöôïc
thaûi ra ngoaøi.
• Vaät chaát voâ sinh khoâng coù khaû naêng söû duïng naêng löôïng beân ngoaøi ñeå duy trì caáu truùc cuûa baûn thaân noù nhö caùc sinh vaät. Ngöôïc laïi, vaät chaát voâ sinh khi haáp thu naêng löôïng beân ngoaøi nhö aùnh saùng, nhieät, noù chuyeån sang traïng thaùi hoãn loaïn hôn vaø ngay sau ñoù toûa ra xung quanh.
•
Toùm laïi, teá baøo laø moät heä thoáng
hôû khoâng caân baèng, noù laáy naêng löôïng töø beân ngoaøi, söû duïng vaät chaát vaø naêng löôïng vôùi moät hieäu quaû cao hôn haún so vôùi maùy moùc maø con ngöôøi cheá taïo. Veà maët naêng löôïng, teá baøo cuõng tuaân theo quy
luaät nhieät ñoäng hoïc hai: noù thu
nhaän vaät chaát vaø naêng löôïng duy
trì toå chöùc cao cuûa noù, ñoàng thôøi
laøm taêng söï hoãn loaïn cuûa moâi
tröôøng xung quanh noù.
• Hoaït ñoäng soáng voâ cuøng phöùc taïp neân nhieàu ngöôøi cho raèng coù nhaân toá sieâu töï nhieân naøo ñoù taùc ñoäng vaøo caùc sinh vaät.
• F. Enghels coù ñònh nghóa: “Sinh
hoïc laø hoùa hoïc cuûa söï soáng”. Dó nhieân hoùa hoïc cuûa söï soáng coù nhöõng neùt ñaëc thuø rieâng nhö vöøa neâu treân vaø ôû caùc chöông sau.
c. Thoâng tin: oån ñònh, chính xaùc vaø lieân tuïc • Chöùa vaø truyeàn ñaït thoâng tin
laø tính chaát tuyeät dieäu nhaát cuûa theá giôùi sinh vaät, khoâng coù ôû caùc chaát voâ sinh neáu thieáu söï cheá taïo do con ngöôøi. Thoâng tin lieân quan ñeán sinh saûn, phaùt trieån, tieán hoùa vaø caùc phaûn öùng thích nghi.
•
Thoâng t i n l aø khaû naêng caûm nhaän traïng thaùi beân trong heä thoáng vaø taùc ñoäng töø moâi tröôøng, baûo toàn, xöû lyù vaø
truyeàn ñaït. Thoâng tin ôû daïng
maõ hoùa, coù thoâng tin di truyeàn
vaø thích nghi.
• Thoâng tin di truyeàn : Nhôø coù
thoâng tin, teá baøo coù khaû naêng töï sinh saûn taïo ra theá heä con gioáng heät cha meï. Söï sinh saûn gaén lieàn vôùi tính di truyeàn ñöôïc bieåu hieän roõø qua nhieàu theá heä. Theá heä tröôùc truyeàn cho theá heä sau khoâng phaûi caùc tính traïng maø chöông trình phaùt trieån cuûa moãi loaøi sinh vaät ñöôïc goïi laø thoâng tin di truyeàn.
• Thoâng tin di truyeàn ñöôïc maõ hoùa ôû daïng trình töï thaúng cuûa 4
loaïi nucleotid roài hieän thöïc
hoùa ra daïng caáu truùc khoâng
gian ba chieàu cuûa caùc phaân töû
protein vaø caùc caáu truùc teá
baøo.
• Thoâng tin di truyeàn ñöôïc hieän thöïc hoùa ôû theá heä sau trong quaù trình phaùt trieån caù theå. Moãi sinh vaät ñeàu laäp laïi chính xaùc caùc giai ñoaïn phaùt trieån nhö cuûa cha meï. Con ngöôøi baét ñaàu töø hôïp töû, roài phoâi, thai, sinh ra, ñi,...,giaø, cheát. Boä gen chi phoái moïi bieåu hieän soáng: taùi taïo caùc caáu truùc tinh vi, ñieàu hoøa thöïc hieän haøng loaït phaûn öùng hoùa hoïc giuùp phaûn öùng vaø thích nghi vôùi moâi tröôøng.
• Coù ñònh nghóa raèng: “Söï soáng
ñoù laø söï duy trì vaø taùi taïo
tích cöïc caáu truùc ñaëc thuø keøm
theo tieâu toán naêng löôïng“.
• Thoâng tin di truyeàn tinh vi ñöôïc truyeàn ñaït cho nhieàu theá heä noái tieáp vôùi söï oån ñònh cao nhôø caùc cô cheá sao cheùp chính xaùc vaø phaân chia ñeàu cho caùc teá baøo con. Caù theå sinh vaät ñeán luùc naøo ñoù seõ cheát, nhöng thoâng tin khoâng cheát, laïi ñöôïc truyeàn cho theá heä sau vaø coù theå bieán ñoåi tieán hoùa. Nhôø coù thoâng tin theá giôùi sinh vaät khoâng nhöõng baát töû maø hoaøn thieän khoâng ngöøng, daãn ñeán con ngöôøi trí tueä ñeå chuyeån sang tieán hoùa xaõ hoäi.
• Nhôø söï noái tieáp di truyeàn maø söï soáng töø khi xuaát hieän cho ñeán nay laø moät doøng lieân
tuïc vaø taát caû caùc sinh vaät
treân quaû ñaát ñeàu coù quan heä
hoï haøng nhau, baét nguoàn töø
moät toå tieân chung.
Thoâng tin thích nghi : • ÔÛ ñoäng vaät nhieàu thoâng tin lieân quan ñeán hoaït ñoäng cuûa heä thaàn kinh. Moät bieåu hieän ghi nhaän thoâng tin laø trí nhôù. Nhieàu cô cheá tinh vi chính xaùc, nhanh nhaïy ñeå thu nhaän thoâng tin ôû caùc loaøi sinh vaät giuùp chuùng phaûn öùng chuû ñoäng vôùi moâi tröôøng. Ñoù laø aùnh saùng ôû con ñom ñoùm, caùc chaát daãn duï nhau cuûa coân truøng, aâm thanh tieáng keâu cuûa chim, ñieäu muùa chæ ñöôøng laáy phaán hoa ôû ong,... Thöïc vaät cuõng coù nhöõng
thoâng tin thích nghi tuy khoâng nhanh
nhaïy : reã caây höôùng choã phaân,
caây moïc phía aùnh saùng,...
• Thoâng tin thích nghi luùc ñaàu ôû ñôøi soáng caù theå taïo öu theá trong ñaáu tranh sinh toàn, ñöôïc choïn loïc töï nhieân giöõ laïi vaø ghi theâm vaøo thoâng tin di truyeàn. Do vaäy, thoâng tin thích nghi cuõng chòu söï chi phoái cuûa boä gen vaø ñöôïc löu truyeàn. Boä gen cuûa sinh vaät tieán hoùa cao hôn coøn mang thoâng tin di truyeàn cuûa toå tieân. Ñieàu naøy theå hieän roõ ôû söï laëp laïi ngaén goïn caùc giai ñoaïn cuûa toå tieân trong söï phaùt trieån phoâi sinh vaät baäc cao: phoâi ngöôøi luùc ñaàu gioáng caù, roài boø saùt, cuõng coù loâng,... Tieán hoùa thích nghi taïo söï ña
daïng töø toå tieân. Tieán hoùa coù
söï thöøa keá.
• Coù leõ caùc cô cheá thu nhaän thoâng tin ñeå phaûn öùng laïi vôùi moâi tröôøng soáng chung quanh laø quan troïng nhaát trong tieán hoùa. ÔÛ ngöôøi, moät mieäng aên, moät muõi thôû cung caáp vaät lieäu vaø naêng löôïng cho söï soáng. Nhöng caùc giaùc quan ñeå thu nhaän thoâng tin thì nhieàu hôn haún: da cuûa toaøn thaân, hai maét ñeå thaáy vaø caûm nhaän aùp suaát, hai tai nghe vaø ñònh
thaêng baèng, hai loã muõi,
löôõi vaø hai tay sôø naém.
III. BÍ N B NÃO VÀ TÂM TRÍ
Ẩ Ộ
Ba v n đ ph c t p nh t c a khoa h c :
ọ
ấ
ề
ấ ủ ứ ạ - Đó là cái r t l n (vũ tr ), ụ ấ ớ i vi mô) ỏ
ấ
ế ớ
ộ
- cái r t nh (th gi - và cái r t ph c t p (b não và tâm trí). ứ ạ ấ i khám Th t đáng ng c nhiên là con ng
ạ
ườ
nhiên nh b não và tâm trí,
ự
c bao
ượ
ư
ạ
là m t thách th c
ứ
ộ
ậ phá t ờ ộ nh ng l i ch a hi u chúng đ ể ư nhiêu. Và câu h i b não sinh ra tâm trí ỏ ộ nh th nào có l ẽ còn r t lâu dài đ i v i khoa h c. ố ớ
ư ế ấ
ọ
CÔ CAÁU HEÄ THAÀN KINH (Nervous system)
Naõo boä
Tuûy soáng
Daây TK
Haïch TK
Coù 12 caëp heä daây TK (IXII) chính ñöôïc baét nguoàn töø 31 caëp töø tuûy soáng) naõo ÔÛ tuûy soáng ñi ra laø caùc daây TK heä thaàn kinh ngoaïi bieân (3 nhoùm)
Khu vöïc TK toaï (daøi nhaát)
(moãi daây TK trung bình coù 100 sôïi TK keát laïi cuøng chieàu)
Toång chieàu daøi daây thaàn kinh 75 km)
Ộ Ắ
ữ ể
NÃO B C T NGANG Hành t y, ti u não, não gi a, não trung gian, ủ Bán c u đ i não ầ
ạ
BÁN C U Đ I NÃO
Ạ
Ầ
Các đ nh v não
ị
ị
Figure 46.5 The Human Cerebrum (Part 1)
Figure 46.5 The Human Cerebrum (Part 2)
Figure 46.7 The Primary Motor Cortex and the Primary Somatosensory Cortex (Part 1)
Figure 46.7 The Primary Motor Cortex and the Primary Somatosensory Cortex (Part 2)
Figure 46.10 Organization of the Autonomic Nervous System
Figure 46.12 The Anatomy of Binocular Vision
Figure 46.15 Language Areas of the Cortex
ề ả
ừ ủ ố
các giác quan lên t
ữ ồ i các
ừ
ớ
Mi n c m giác: Đó là mi n c a nh ng ề ủ s i c m giác t t y s ng đi lên. Lu ng ợ ả th n kinh t ầ mi n này thì bi n thành c m giác. ề
ế
ả
Có 3 th mi n c m giác: ứ ề ả
-Mi n th ch t c m giác
ể ấ ả
ề
-Mi n tâm linh c m giác
ề
ả
-Mi n nh n th c c m giác
ứ ả
ề
ậ
Ự
Ạ Ộ
ổ
ả
ậ
m t cách đ y đ
ầ ủ ở
ợ
ạ
S HO T Đ NG TRÍ TU Ệ Các kh năng chú ý, t ng quát hóa, lý lu n, phán đoán, và t ng h p sáng t o ch bi u l i có b não lành m nh ng
ỉ ể ộ ộ ạ
ổ ườ
ộ
ỏ ậ
ườ ợ
ề
t trong các ch c ph n không th đ nh v ị ậ
ể ị
ế
c trán ch là m t mi n liên h p có nhi m ề
ướ
ợ
ỉ
ế
ng tích Khi các mi n liên h p bên trong v não b th ợ ị ươ ề i ta cho r ng thì các kh năng y gi m đi. Vì v y ng ằ ả ấ ả s ho t đ ng th i c a các mi n liên h p trong v não ỏ ờ ủ ự ạ ồ r t c n thi ứ ấ ầ c.ượ đ Mi n tr ệ ộ ề v duy trì th quân bình tâm lý ch không ph i là ụ trung khu riêng bi
t c a các ho t đ ng trí tu
ứ ạ ộ
ệ ủ
ả ệ
ng đ c là ưở ượ
nhờ toàn th b ể ộ
V y ta suy t ậ não
IV. THEÁ KIÛ CNSH LAØ MOÄT TAÁT YEÁU LÒCH SÖÛ.
• Naêm 1989, oâng Covalchenko,
Vieän só Vieän haøn laâm khoa hoïc Lieân Xoâ, chuyeân veà tö lieäu lòch söû coù nhaän xeùt veâ xu höôùng phaùt trieån khoa hoïc nhö sau :”theá kæ 20 laø theá kæ cuûa vaät chaát voâ sinh, theá kæ 21 laø theá kæ höõu sinh (sinh vaät), theá kæ
22 laø theá kæ con ngöôøi, theá
kæ 23 laø theá kæ hoaït ñoäng
caù theå cuûa con ngöôøi,…”.
– Töø 4,6 tæ naêm coù 3 quaù trình
tieán hoùa :
– – Tieán hoùa nguyeân töû hay vaät lí keùo daøi 1,0 tæ naêm ñaàu.
– – Tieán hoùa hoùa hoïc töø 0,5 tæ naêm ñaàu, keùo daøi 1,5 tæ naêm. – – Tieán hoùa sinh hoïc sau 1,0 tæ naêm, töø 3,5 naêm tröôùc, keùo daøi ñeán nay vaø vôùi söï xuaát hieän loaøi ngöôøi ñaõ chuyeån sang tieán hoùa xaõ hoäi. Söï soáng laø böôùc phaùt trieån cao hôn cuûa tieán hoùa vaø phöùc
taïp hôn raát nhieàu so vôùi caùc
quaù trình vaät lí vaø hoùa hoïc.
• Nöõa ñaàu theá kæ 20 ñöôïc coi laø theá kæ vaät lí hoïc, maø ñænh cao öùng duïng laø cheá taïo thaønh coâng bom nguyeân töû vaø chuaån bò cho con ngöôøi bay vaøo vuõ truï. Nöõa sau theá kæ 20, vaät lí vaø hoùa hoïc tieáp tuïc phaùt trieån maïnh vaø nhieàu ngaønh môùi ñaõ hình thaønh nhö chinh phuïc khoâng gian vuõ truï, coâng ngheä thoâng tin, töï ñoäng hoùa, vaät lieäu môùi, coâng ngheä nano,… Cuøng vôùi ñaøï phaùt trieån nhö vuõ baõo cuûa khoa hoïc coâng ngheä ñoù, sinh hoïc ñaõ thu ñöôïc nhöõng thaønh
töïu saùng choùi ñeå vöõng böôùc
tieán vaøo theá kæ coâng ngheä sinh
1. Nhöõng böôùc tieán vöôït baäc cuûa Sinh hoïc theá kæ 20. • a. Caùc phaùt minh chuû yeáu
theá kæ 19.
•
Sinh hoïc theá kæ 19 taïo nhöõng tieàn ñeà caên baûn cho sinh hoïc thöïc nghieäm theá kæ 20 :
•
– Naêm 1655, teá baøo ñöôïc nhìn
thaáy nhôø kính hieån vi, vaø naêm 1837 – 1838, Schleiden vaø Schwann neâu ra hoïc thuyeát teá baøo.
phaùi animaculium
• – Naêm 1859, C. Darwin neâu ra hoïc thuyeát tieán hoùa laøm thay ñoåi tö duy nhaân loaïi : con ngöôøi khoâng phaûi laø trung taâm vuõ truï.
•
– Naêm 1865, Mendel chöùng minh söï toàn taïi cuûa caùc nhaân toá di truyeàn (gen) môû ñaàu cho caùc nghieân cöùu ñi saâu vaøo theá giôùi vi moâ cuûa söï soáng. Naêm 1868, F. Miescher phaùt minh ra DNA – – Nhöõng naêm 1860, caùc nghieân cöùu cuûa L.Pasteur ñaõ môû ñöôøng cho söï phaùt trieân vi sinh vaät
hoïc vaø CNSH vi sinh vaät.
Hình 14.1. Charle Darwin.
SÖÏ PHAÙT TRIEÅN VÖÔÏC BAÄC CUÛA SH • Naêm 1865, Gregor Mendel vaø
caùc quy luaät Mendel.
• Naêm 1868, Frederic Miesher phaùt
• Naêm 1910-1920, T.H.Morgan
minh DNA.
vôùi thuyeát DI TRUYEÀN NHIEÃM SAÉC THEÅ.
• Naêm 1953, J.Watson, Fr.Crick vôùi chuoãi xoaén keùp DNA.
• Naêm 1973,KYÕ THUAÄT DI
TRUYEÀN ra ñôøi
b. Nhöõng phaùt minh neàn taûng cuûa theá kæ 20.
Ñaàu theá kæ 20, khaùi nieäm gen ñöôïc xaùc laäp vaø naêm 1910 – 1920, T.H.Morgan, neâu ra thuyeát di truyeàn nhieãm saéc theå (NST).
• 1953, moâ hình caáu truùc phaân töû DNA cuûa WatsonCrick > Sinh hoïc phaân töû. Phaùt minh khoa hoïc lôùn nhaát theá kæ 20, ra ñôøi sau bom nguyeân töû (1945) vaø tröôùc Gagarin bay vaøo vuõ truï (1957). Naêm 1962, Watson, Crick vaø Wilkins ñaõ nhaän giaûi Nobel vaø
ñeán 2002 coù 40 giaûi Nobel thì
2/3 lieân quan ñeán DNA.
• Thaùng 2/1997,
Wilmut coâng boá nhaân baûn voâ tính ñoäng vaät (Animal cloning) cöøu Dolly, môû ra trieån voïng to lôùn trong nhaân gioáng nhieàu loaøi ñoäng vaät töø nhaân cuûa teá baøo soma (teá baøo thöôøng cuaû cô theå),
keå caû nhaân
baûn ngöôøi.
Teá baøo goác (Stem cell) töø phoâi vaø teá baøo soma
Sau phaùt minh DNA, giôùi khoa hoïc ñaõ tieân ñoaùn theá kyû 21 laø “theá kyû sinh hoïc” vaø söï phaùt trieån vöôït baäc cuûa Sinh hoïc nöõa cuoái theá kyû 20 ñaõ bieán döï baùo thaønh hieän thöïc. Vaøo nhöõng naêm 1960, caùc phaùt minh Sinh hoïc phaân töû lieân tieáp ra ñôøi : 64 codon cuûa maõ di truyeàn (1961),
ñieàu hoøa söï bieåu hieän gen
(1962),…
KYÕ THUAÄT DI TRUYEÀN
• – Con ngöôøi coù khaû naêng vöôït
• – Naêm 1972 – 1973, kyõ thuaät di truyeàn ra ñôøi laøm “buøng noå” caùch maïng CNSH. Con ngöôøi coù khaû naêng caét, noái, gheùp, cheùp vaø chuyeån gen trong oáng nghieäm (in vitro). Kyõ thuaät di truyeàn daãn ñeán tö duy vaø phöông phaùp luaän môùi trong nghieân cöùu sinh hoïc vaø caùc öùng duïng thöïc tieãn.
giôùi haïn tieán hoùa, thay quyeàn
taïo hoùa caûi bieán sinh giôùi vaø
caû baûn thaân cô theå sinh hoïc
cuûa con ngöôøi.
Theá kæ CNSH laø moät taát yeáu lòch söû
•Maëc duø chuùng ta ñang
soáng trong moät kæ nguyeân thònh vöôïng vaø coâng ngheä phaùt trieån vöôït baäc chöa töøng thaáy trong lòch söû, nhöng nhieàu thaùch thöùc gay gaét ñang ñaët ra cho loaøi ngöôøi.
– Duy trì maïng soáng con ngöôøi : • Nhieäm vuï haøng ñaàu cuûa CNSH laø giaûi quyeát vaán ñeà maïng soáng maø moãi con ngöôøi ñeàu phaûi traûi qua laø sinh, laõo, beänh, töû. CNSH ñang taäp trung noã löïc tìm caùc loaïi thuoác hieäu nghieäm chöõa khoûi caùc beänh hieåm ngheøo nhö ung thö, AIDS,…. Thuoác cho moïi ngöôøi soáng maïnh khoeû hôn : cho ngöôøi trung nieân, ngöôøi giaø. Y hoïc caù theå hoùa seõ phaùt trieån
maïnh vaø bieän phaùp döï phoøng
cho moãi ngöôøi khaùng ñöôïc beänh
seõ laø xu höôùng chuû yeáu cuûa Y
hoïc theá kiû XXI.
– Ñ où i vaø n o q u aù m öù c : • Hieän vaãn coøn coù 800 – 850 trieäu
ngöôøi bò suy dinh döôõng, trong ñoù coù hôn 200 trieäu treû em, vaø raát nhieàu treû trong soá naøy seõ khoâng bao giôø phaùt trieån ñaày ñuû nhöõng naêng löïc trí tueä vaø theå chaát cuûa mình. Ngoaøi ra, 1 ñeán 1,5 tæ ngöôøi thöôøng khoâng coù nhöõng böõa aên caân ñoái vôùi löôïng chaát dinh döôõng theo yeâu caàu. • Moät maët CNSH phaûi giaûi quyeát naïn ñoùi, maët khaùc laøm giaûm soá ngöôøi beùo phì ñang gia taêng treân theá giôùi (khoaûng 300 trieäu naêm 1995), ñeán möùc ôû Mó môùi ñaây ñaõ chính thöùc coi laø moät beänh.
• Thöïc phaåm : khoâng nhöõng an toaøn
toaøn cho ngöôøi hieän nay, maø cho caû
theá heä con chaùu mai sau.
– Nhu caàu naêng löôïng
• hieän nay raát caáp thieát vaø ngaøy
caøng gay gaét hôn khi döï baùo nguoàn naêng löôïng taùi sinh seõ caïn kieät vaøo nhöõng naêm 2050 – 2060. CNSH ñang taäp trung noã löïc ñeå bieán nguoàn sinh khoái thöïc vaät (nhö goã röøng, phuï pheá lieäu noâng nghieäp,…) khoång loà treân Traùi ñaát thaønh nhieân lieäu tieän duïng nhö coàn ethanol thay xaêng daàu. Ngoaøi ra, hydrogen laø nguoàn naêng löôïng lí töôûng, maø saûn xuaát hydrogen sinh hoïc höùa
heïn laø nguoàn naêng löôïng reû
tieàn, an toaøn vaø khoâng gaây oâ
nhieãm.
– Caûi thieän moâi tröôøng soáng : • Söï phaùt trieån coâng nghieäp vaø khai thaùc taøi nguyeân quaù ñoä ñaõ gaây nhöõng hieåm hoïa moâi tröôøng nhö vaán ñeà khí thaûi laøm khí quyeån noùng leân. CNSH phaûi gia taêng caùc quy trình coâng ngheä ít gaây oâ nhieãm hoaëc thay theá quy trình coù haïi nhö saûn xuaát hoùa chaát xanh (green chemicals) hay caùc vaät lieäu chòu phaân huyû sinh hoïc. Ñoàng thôøi tìm caùc bieän phaùp khaéc phuïc oâ nhieãm vaø boài hoaøn sinh hoïc
(bioremedation) nhö xöû lí nöôùc
thaûi, phaân huyû caùc chaát dò sinh
(xenobiotic).
• Sinh hoïc theá kæ XX ñaõ ñaët beä
phoùng vöõng chaéc vaø naâng leân taàm cao môùi cho söï phaùt trieån Sinh hoïc vaø Coâng ngheä Sinh hoïc trong theá kæ XXI. Keå töø thuôû hoang sô, khi con ngöôøi coøn thu nhaët haùi löôïm, chöa bao giôø con ngöôøi hieåu bieát veà cô theå mình saâu saéc nhö hieän nay, chöa bao giôø con ngöôøi coù quyeàn löïc gheâ gôùm nhö hieän nay trong caûi bieán thieân nhieân phuïc vuï cho mình. Coâng ngheä Sinh hoïc trong theá kæ XXI seõ goùp phaàn tích cöïc khaéc phuïc nhöõng thaùch
thöùc neâu treân vaø ñoù cuõng laø
moät taát yeáu lòch söû cuûa söï
phaùt trieån KHCN cuûa nhaân loaïi.
NGAØNH KHOA HOÏC COÂNG NGHEÄ MUÕI NHOÏN CUÛA THEÁ KYÛ
• Nhaân loaïi ñang soáng ôû
ế
ộ thaäp nieân, và đang
thieân nieân kyû môùi thöù ba, theá kyû 21,« theá kyû coâng ngheä sinh hoïc », mà đ n nay đã trãi qua g n m t trong th i đ i sau b gen.
ầ ờ ạ
ộ Ñoøi hoûi cuûa thöïc tieån cuõng
raát lôùn trong giaûi quyeát caùc thaùch thöùc ñoái vôùi nhaân loaïi
Năm 2003
ề
v t li u sinh h c: ỏ
• Th k 20: v t lý & hóa h c ọ ậ ế ỷ Th k 21: v t li u sinh h c ọ ậ ệ ế ỷ (bioterials) • N n kinh t ọ ế ậ ệ nhanh , m nh & lan t a h n. ơ ạ • Giáo d c sinh h c (BioLiteracy)
ụ
ọ
V t li u sinh h c – khoa h c vi n
ọ
ễ ng hay m t đi u ch c ch n ề
ậ ệ t ưở
ọ ộ
ắ
ắ
• “T
ng lai ch a
ươ
ấ
ư
ượ c “= khoa h c vi n t
nhìn th y đ
ng
ng lai nhìn th y đ ượ
c “ & “T ọ
ươ ễ ưở
ấ
ng lai th
ườ
ng b ị
VD: NASA - Deep Space 1,1998 • Cái nhìn c a chúng ta v t ề ươ i & quá kh ứ
ủ ràng bu t b i hi n t ộ ở
ệ ạ
ồ ộ
ơ
Quy n sách này s đ c p đ n nh ng đi u
ữ
ề
ế ng lai.
1899: máy vi tính, internet? 999: xe h i, đ h p,…? ẽ ề ậ ể ươ
ch c ch n x y ra trong t ả
ắ
ắ
Cells Trump Electrons
Quy n sách này ti n xa h n v t m nhìn d a ề ầ ự ơ ế ể
vào 3 lý do:
• Th nh t ứ ấ , không ch là trên các thành t u
ệ
ữ ứ ọ ổ ộ ướ
ậ
ể y u vào kinh t ,quy n sách này tôi t p trung ch ủ v t li u sinh h c .
ế ậ ệ ả ữ
ự ỉ công ngh sinh h c, mà quan tâm nhi u ề i nguyên đ n nh ng thay đ i m c đ d ế .ử t • Th hai ứ ế • Th baứ ể ọ ệ ứ
t c các nghiên c u ứ ấ ả ượ ả ệ
ọ , các tác gi khác đã ch ra nh ng ỉ hi m h a ti m tàng trong công ngh sinh ề ọ h c. Ch m d t t ấ không ngăn c n đ thách th c ứ giáo d c sinh h c. c vi c gia tăng các ọ ụ
ề ỹ
ừ ộ
ậ ế
ổ
ọ
ệ ờ ạ ổ ế
ề
ạ
T đ t phá v k thu t đ n bùng n sinh h cọ K ngh thoái trào, trong khi sinh h c bùng n ỹ Th i đ i CNTT khép l i, sinh h c v ra cho n n kinh t trong t
ươ
Công ngh sinh c t gi m chi phí s n xu t t ả ấ ừ
K ngh Nano s ng d y ậ
M ch t p trung vào công nghê
ỡ ỹ
ỉ ậ
ẽ ọ i sáng ng lai m t búc tranh t ươ ộ ả ắ ệ 2020: 1000 1 100 xu ng còn 1, ố ố ệ ỹ 450 công ty nano.
ử ắ
Y Sinh phân t ph u thu t nh ta bi ư ậ
ộ ề
ế
thay th cho “c t và may” t hi n nay s thu c v dĩ ẽ ọ ự
ề
ế ẫ ệ vãng, thay vào đó là m t n n y h c d a trên n n ộ ề ọ t n công ngh sinh h c. ả
ệ
ế ọ ữ Công nghi p công ngh sinh h c & nh ng bi n ệ
ộ
đ u
ế ề
ầ
ờ
ộ
ệ ộ
ả ả ệ
ọ Pháp lu t và s đi u ti
ậ ế ữ
ằ t là nh ng b c rào t m ứ
ạ
ờ
ng vào đ u năm 2000, vài
ị ườ
ề
ầ
ạ
ỹ ệ
ế ồ
ủ
ề
ệ
ệ đ ng c a chúng ủ t c các k nguyên kinh t Các công nghi p, trong t ấ ả ỷ ph i tr i qua m t th i kỳ đ u đ y bi n đ ng. và công ế ầ ngh sinh h c cũng không n m ngoài. ự ề ể th i ngăn c n s phát tri n ả ự Đ ng v n eo h p ố ẹ ồ trên th tr suy gi m v kinh t ế ả ngành công ngh sinh h c đang đi đ n giai đo n “cháy ọ ệ túi” và đang ng n nhanh chóng ngu n qu hi n có ố đi m tiêu bi u c a n n công nghi p trong giai đo n phát ạ ể ể tri n nhanh ể ủ ố ọ
Kh ng b sinh h c và vũ khí sinh h c ọ Phân tích DNA là ti n tr m ề ạ
Coâng ngheä gen xaâm nhaäp phoá Wall
ậ
ệ ị
Công ngh sinh ngày nay n m trên nh t ký ằ chính tr . Các chính ph tr thành các nhà ủ ở ọ vô đ ch công ngh sinh h c
ệ
ị
ứ
Protein, ch không ph i gen, “m t n i đ y ả
ộ ơ ầ
ầ
ế
ố
ứ
ướ
ng đ n protein, thành ph n ch ng đ ỡ bào và đ a ra các ch d n v ch c năng. Protein là ứ
ượ
ề ự
ủ
ỉ ẫ ẩ ọ
ể
ề
ị
ư ệ
c ph m. S phát tri n c a ệ ễ
ể ữ ệ
ậ
ự
V t li u sinh h c: chinh ph c v t ch t ấ ọ
ệ
ờ
“B ng tu n hoàn” c a sinh h c
tri n v ng” ể ọ Các nghiên c u h c a t ư ủ ế m c tiêu c a ngành d ủ ụ proteomics có th cho ta hy v ng đi u tr nh ng b nh nh : b nh Alzheimer, AIDS, và ngăn ch n vi c nhi m vi khu nẩ Salmonella trong th c ph m,.. ẩ ụ ậ ậ ệ K nguyên công nghi p: chinh ph c không gian, k ỷ ụ ỷ nguyên thông tin: chinh ph c th i gian, trong k ỷ ụ ấ nguyên v t li u sinh h c: chinh ph c v t ch t ọ ủ ả
ụ ậ ọ
ậ ệ ầ
ế
ệ
K t thúc th i đ i công ngh thông tin, ờ ạ Sinh h c thúc đ y Tin h c, Đi n t ẩ
ệ ử
ọ
ọ
ầ ộ
ệ ượ
ử c hoàn thi n nhanh chóng c v ả ề ư
ọ
ệ ệ
ớ ủ ự
ể ệ
ầ ng kinh t ế ậ
S hóa, các ph n m m, và các b vi x lý ề ố đang đ ch c năng và chi phí. Nh ng đây không còn ứ là ngành khoa h c m i. ớ Công ngh sinh h c và các nguyên li u ọ tiên ti n đã và đang là đ ng l c m i c a n n ế ề ộ toàn c u. (Bi u hi n thông qua s kinh t ự ế tăng tr , thu nh p bình quân, ưở tu i th ,…) ọ ổ
Công ngh t o nên các th i đ i kinh t
ờ ạ
ệ ạ
ế
ọ
ệ
ớ
ẻ
ậ
Công ngh sinh h c - công ngh ệ kỹ thu t cao và m i m
ậ ả ẩ
ể ủ ỹ ứ
ợ ỏ ậ
ể ọ
ớ ệ
c nghiên c u và thu nh n. ượ ậ
Tiêu chu n c a k thu t cao là ph i trãi qua nghiên c u & phát tri n (R&D), và công nh n rõ ràng. ậ Trong th i đ i ngày nay, các công ty v ề ờ ạ i nhu n đ chi CNSH đang b ra 15% l phí cho R&D, ch y u cho khoa h c v ề ủ ế s s ng. Còn nguyên li u m i thì đang ự ố d n đ ứ ầ B ng sáng ch m i v CNSH đang gia ế ớ ề ằ tăng v t tr i ượ ộ
CÔNG NGH SINH H C Ệ
Ọ
ậ ố ữ Thu t ng CNSH xu t hi n vào cu i nh ng ấ
. ữ ầ
ữ ng d ng đ u tiên theo khuynh h ụ Ứ ệ năm 60, đ u nh ng năm 70 ầ
ướ ể ề ệ
ẽ ả ệ ồ ụ
ườ ằ ứ ứ ủ ệ
ự
ng công ngh và công ty v vi c tìm hi u và “v b n đ ” b gen c a con ng i. M c ủ ườ ộ đích liên quan đ n c i ti n s c kh e con ỏ ả ế ế i b ng vi c tìm hi u ch c năng c a ng ể ng xây d ng c gen, thay đ i và đ nh h ơ ướ ổ th kh e m nh h n. ạ ị ơ ỏ ể
ự ậ
ế ấ ữ
ụ
ơ ắ
c ng d ng th ơ ụ ạ
c c i ti n cho phù h p h n v i th ng ậ ệ ượ ứ ả ế ươ ợ ươ ơ
Nguyên li u tiên ti n ệ S t p trung chinh ph c “ch t h u c ” và “v t li u vô c ”, các v t li u này b t ậ ệ ng m i, sau đó đ u đ ầ đ ớ ượ m i.ạ
ệ ữ ư
ấ VD: Nh nh ng nguyên li u dùng đ ể ủ ơ ọ
đóng gói trong y h c, c u trúc c a s n, đ g m, ch t d o,…
ồ ố Ranh gi ậ ệ ớ ơ
ư ứ ấ
ấ ẻ i gi a ch t h u c và v t li u vô ấ ữ ữ c đang m d n. VD: Nh ng cái mũi đi n ữ ờ ầ ơ ệ , l t ch t vô c nh ng có ch c ừ ử ưỡ năng và ng d ng h u c ,… ụ i, tai t ứ ơ ơ ữ
ơ
Các nhà khoa h c đang tái thi t l ế ạ
ậ
Ngân hàng gen: Dollar và nh ng ữ gi c mấ ọ ộ
ự ậ ườ
i m i ọ th (Th c v t, đ ng v t, khóang ch t, ấ ứ con ng đi u đó tr thành hi n th c. ề
i). Và các công ty tài chính giúp ự ở ế ớ ọ
ự ể
ủ ự ố ẩ
ả ấ
ẳ cho vi c phát tri n này. ệ Các nhà khoa h c liên k t v i các chuyên gia CNTT d a vào “Ngân hàng gen” đ tìm ra bí n c a gen, c a s s ng. Các nhà t ủ ư b n ( D c, Gia dung, Hóa ch t) s n ượ sàng đ u t ệ ầ ư ể
B gen c a Công ngh sinh h c
ủ
ọ
ộ
ệ
t, v CNSH có ti m năng lo i b n n đói, ủ ạ ỏ ạ t qua nh ng khó khăn c a ữ ề ượ ệ
b nh t ậ y h c…ọ
ữ ự Trong s phát tri n này, nh ng v n đ ề
ị ượ ấ ộ
ệ
i , ườ
ng đ n con ng ế ng m i. đ c chú ý nh v chính tr , xã h i, nông nghi p, đ o đ c,…trong đó s ô ự ứ nhi m môi tr ễ nghi p đ ượ ệ không nh h ả không c n tr th ả ể ư ề ạ ng và bí m t ngh ề ậ ườ c quan tâm nh t, làm sao đ ể ấ ưở ở ươ ạ
Taïp chí “Tin töùc kyõ thuaät di truyeàn”
1000 USD cho b gen v n là “chén thánh””
ộ
ẫ
M t trái c a h th ng này
ủ ệ ố
ặ
B n thân con ng ả
ữ ự ặ i, đ o đ c, nhân ứ ạ i tính c v gi ề ớ ướ ủ
ữ
ườ cách (VD: D đóan tr và nh ng đ c đi m các nhân c a ể nh ng đ a tr ) ứ Và quy n s h u thông tin b gen. ề Có th làm l ch h ể
ộ ng, ng ng ho t ừ ể ướ ự ủ ộ
ng m i ự ươ ệ ạ
ẻ ở ữ ệ ạ đ ng, làm th t lùi s phát tri n c a ụ công ngh sinh h c và s th ọ hóa.
Giáo d c trong th i đ i CNSH
ờ ạ
ụ
CNSH phát tri n v ể ượ ậ ế ậ
t nh t là hi u, khai thác, qu n lý, t b c. PP ti p c n ả ấ
ệ
ể ể
ể
ằ ấ
ế ư
t ể ố nâng hi u qu đi u khi n. ả ề ể ọ ầ ầ i ph i c g ng đ theo ườ ứ ị
CNTT phát tri n, chuy n sang đi u ề khi n b ng gi ng nói, bàn phím s ẽ bi n m t, ph n m m tinh vi h n, h u ơ ề nh con ng ể ả ố ắ k p th i đ i mà có s thay th d n s c ế ầ ự ờ ạ lao đ ng c a con ng i b ng máy tính ườ ằ ủ ộ và robot.
Nhà máy gen, kinh t
v sinh
ế ề
ẩ
ng ả ẩ ứ ệ
ả ệ
ự ạ ng, cho th y ti m năng c a ả ề
ọ ủ ấ ơ ả ườ ọ ệ ả
h cọ Các s n ph m chăm sóc s c kh e, ỏ s n ph m CNSH nông nghi p, ph ươ ti n và s cung c p cho các phòng thí ấ nghi m t o SP, S n ph m hoá h c và ả ệ môi tr ấ sinh h c trong vi c s n xu t c b n và hàng lo tạ
ề ề
Tuy nhiên các v n đ v bí m t c a ấ phòng thí nghi m cũng đang n i lên. ậ ủ ổ ệ
Lu t kinh t
ậ
ế
trong th i đ i CNSH ờ ạ
ượ
ừ
ượ ế ế
c ượ ỗ
c quan tâm: Có 3 đ c đi m đ ể ặ Tri th c đ c nhân đôi t ng ngày. ừ ượ ứ T 1997, c n có 4 năm đ nhân đ i. ố ể ầ Và ti n d n đ n TT đ c nhân đôi ầ vào m i năm. Đ n 2025, thì TT đ ế nhân đôi t ng ngày. ừ
ọ
ữ ế ớ
Trong khi nh ng nhà khoa h c làm i nano, thì ph m vi ng là toàn c u. (CNSH nh ạ ả ưở
vi c trong th gi ả h i) ầ ng 1/3 GDP th gi ế ớ ệ nh h ưở
ố
ộ ậ
ệ
ọ
ệ
ệ
ấ ư
ữ
ế
ậ
T c đ phát tri n gia tăng ể theo lu t lũy th a. Th i đ i ờ ạ ừ công nghi p ch t n tai trong ỉ ồ 360 năm, th i đ i công ngh ệ ờ ạ thông tin trong 60-70 năm, còn công ngh sinh h c ch m i ỉ ớ xu t hi n trong 15-30 năm, nh ng nh ng sáng ki n v ề CNSH đang tăng theo lu t lũy th a.ừ
ệ
công ty và các ch nh nhi u ti m năng ố ứ ỏ ữ ề ề
Công ngh không đ i x ng gi a các ợ Có đông đ o các công ty (Tuy nh ) ỏ ả
ứ ể ậ ỹ
đang nghiên c u và phát tri n k thu t cao
ẽ ự ể ế
Các công ty l n s t ấ ớ ề ữ
ki m soát đ n nh ng v n đ có liên quan đ n công ế ngh (VD: Dupont, Novartis,..)
ộ ệ ế
Ti n trình nghiên c u v i ti n đ vô ớ ế i, thu nh p, ứ ng ng ố ượ ườ ậ
cùng l n (S l ớ SP…)
Phát tri n nhanh chóng nhi u th tr ng ị ườ ề
ể ti m năng ề
ự ế ậ ạ
S bi n đ i c a các k thu t t o ra và , và tinh th n. Các k thu t công nghi p đã thúc đ y ỷ thay đ i h th ng kinh t ậ ầ ẩ ế ệ
ổ ủ ổ ệ ố ỹ ứ ọ ậ ệ ọ m i th lên v trí trung tâm ị ổ
ứ ừ ự ậ ọ ế
ồ ấ ầ
ể ầ ồ
ằ ả ề
ấ c nhi u hàng hóa. V t li u sinh h c thay đ i m i th t trong ra ngoài. B ng cách ch ng v t ằ ch t, ki m soát ngu n đ u vào và ngu n đ u ra cho cân b ng nhau ở các ngành ngh , giúp s n xu t ho c ặ tiêu th đ ề ụ ượ
ẽ ả
ấ ả ấ
ng
ườ
ẩ
T t c các công ty s s n xu t, v n chuy n, tiêu thu ể ậ theo nh ng con đ ữ khác nhau d a vào các s n ả ự ph m sinh h c và các qui ọ trình. Rõ h n chúng ta s ẽ ơ tìm hi u trong nh ng ữ ể ng ti p theo. ch ế
ươ
• Nhöõng ñoäng löïc kinh teá ñaõ thu huùt nguoàn voán ñaàu tö lôùn töø nhieàu nguoàn khaùc nhau, ñaëc bieät coù söï tham gia cuûa caùc taäp ñoaøn ña quoác gia hoùa döôïc khoång loà nhö Monsanto, Du Pont, Pharmacia, American Cyanamid, Eli Lilly, Merck, Novartis, HoffmannLa Roche, GlaxoSmithKline, …
• Ngay töø naêm 1983 – 1985, khoaûng 200 coâng ti nhoû veà CNSH ñaõ ñöôïc thaønh laäp ôû Mó nhôø chính saùch öu ñaõi thueá. Ñeán 1985, soá coâng ti taêng ñeán hôn 400, maø chuû yeáu nhaèm vaøo coâng ngheä gen ; vaø thuaät ngöõ
« gen » coù ngay trong teân goïi
cuûa nhieàu coâng ti noåi tieáng nhö
Genetech (töø 1980), Biogen,
Amgen, Calgene, Engenics, Genex
vaø Cangene.
•Tính ñeán 2002, ôû Mó coù hôn 1300 vaø treân toaøn theá giôùi coù hôn 3000 coâng ti CNSH. Moät soá coâng ti ñaõ baùn laïi cho caùc taäp ñoaøn hoaù döôïc khoång loà nhö vaøo naêm 1991, 60% cuûa Genentech ñaõ baùn cho Hoffmann-La Roche vôùi giaù 2,1 tæ USD. Khoâng ít coâng ti bò phaù saûn. Söï bieán ñoäng ñoù
laø ñaëc ñieåm cuûa thò
tröôøng CNSH. Naêm 2000,
tieàn ñaàu tö ñaït 33 tæ
USD.
•
• Ñeán naêm 2000, haøng taù thuoác, saûn phaåm cuûa CN gen, ñaõ ñöôïc caáp giaáy chöùng nhaän ; hôn 200 loaïi ñang thöû ôû ngöôøi vaø hôn 750 loaïi ñang trong quaù trình thöïc hieän. Ngay töø naêm 1996, laàn ñaàu tieân doanh soá baùn protein taùi toå hôïp er yt hr opoet i n ( chaát kí ch t hí ch t aï o maùu) vöôï t 1 t æ USD/ naêm. Naêm 2000, t i eàn baùn caùc khaùng t heå ñôn doøng vöôï t 2 t æ USD/ naêm. Doanh t hu cuûa CN
gen t aêng voï t t öø 6 t æ USD naêm
1986 ñeán 25 t æ USD naêm 2000.
• Hôn theá nöõa, moät xu höôùng
phaùt trieån chung cuûa neàn kinh teá tri thöùc laø söï tham gia tröïc tieáp cuûa caùc nhaø khoa hoïc vaøo caùc coâng ti. Hebert Boyer, moät taùc giaû phaùt minh ra kiõ thuaät di truyeàn, laø phoù chuû tòch coâng ti coâng ngheä gen ñaàu tieân Genent ech. Theo göông oâng coù nhi eàu gi aùo sö, nhaø khoa hoï c ñaõ t r öï c t i eáp t ham gi a vaøo caùc coâng t i CNSH nhoû.
• Taïp chí baùn nguyeät san
Genetic Engineering News moãi
naêm coù neâu danh saùch 100
trieäu phuù USD trong lónh vöïc CN
gen (hình 1.8) vaø thoáng keâ soá
coù trình ñoä sau ñaïi hoïc trong ñoù
(ít nhaát laø 96/100).
Thöông maïi hoaù boä gen thaønh hieän thöïc
NHAÄN THÖÙC SINH HOÏC
• BÍ MAÄT CUÛA SÖÏ SOÁNG
• YÙ NGHÓA CUÛA NHAÄN
THÖÙC
• CAÙC ÑAËC ÑIEÅM CUÛA NHAÄN THÖÙC SINH HOÏC
BÍ MAÄT CUÛA SÖÏ SOÁNG • Nhieàu bí maät cuûa söï soáng coøn
ôû phía tröôùc:
• - Tieáp tuïc khia thaùc nguoàn taøi
nguyeân ña daïng sinh hoïc nhö caùc sinh vaät bieån.
• -Caùc heä thoáng cuûa teá baøo vaø söï vaän haønh lieân tuïc cuûa haøng ngaøn phaûn öùng hoùa lyù hoïc.
• - Bí maät cuûa boä naõo ngöôøi • - ÔÛ caáp ñoä caùc möùc toå chöùc
khaùc nhau cuûa söï ña daïng.
• - AÛnh höôûng caùc nhaân toá sinh
hoïc ñeán con ngöôøi vaø hoaït
ñoäng xaõ hoäi
•
YÙ NGHÓA CUÛA NHAÄN THÖÙC • - Ñònh höôùng chieán löôïc cho söï phaùt trieån sinh hoïc laø vaán ñeà quan troïng haøng ñaàu nhaát laø trong boái caûnh khoa hoïc coâng ngheä phaùt trieån vôùi toác ñoä cöïc nhanh nhö hieän nay. Ñònh höôùng sai seõ traû giaù lôùn.
• - Ñeå coù ñònh höôùng chieán löôïc ñuùng caàn coù nhaän thöùc sinh hoïc ñuùng ñeå coù taàm nhìn khaùi quaùt.
• -Nhaän thöùc sinh hoïc seõ giuùp coù
phaûn öùng nhanh vaø kòp thôøi
vôùi nhöõng tình huoáng cuï theå.
• -Noù coøn giuùp cho vieäc thu nhaän
thoâng tin coù hieäu quaû hôn.
CAÙC ÑAËC ÑIEÅM CUÛA NHAÄN THÖÙC SINH HOÏC - Nhaän thöùc sinh hoïc coù yù nghóa
lòch söû vaø thay ñoåi theo trình ñoä khoa hoïc töøng thôøi ñaïi. Do ñoù caàn bieát veà lòch söû sinh hoïc.
- Söï phöùc taïp vaø ña daïng voâ cuøng to lôùn cuûa các vaán ñeà nghieân cöùu. Nghieân cöùu sinh hoïc phöùc taïp nhaát trong caùc lónh vöïc khoa hoïc töï nhieân.
- Söû duïng nhieàu caùc phöông phaùp khoa hoïc töï nhieân khaùc. Ñoàng thôøi coù caùc phöông phaùp
chuyeân bieät.
- Lieân quan ñeán ngöôøi neân raát
nhaïy caûm vôùi XH
