Vật lý lượng tử - đối tượng nghiên cứu mới của các nhà sinh hóa

Tích điện là một tính chất của các electron mà hầu như người nào cũng biết, nhưng còn có một tính chất nữa, đó là tính quay, lại ít được biết tới hơn và được coi là một lĩnh vực nghiên cứu riêng biệt đặc thù của các nhà vật lý.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý lượng tử - đối tượng nghiên cứu mới của các nhà sinh hóa Vật lý lượng tử - đối tượng nghiên cứu mới của các nhà sinh hóa Tích điện là một tính chất của các electron mà hầu như người nào cũngbiết, nhưng còn có một tính chất nữa, đó là tính quay, lại ít được biết tới hơnvà được coi là một lĩnh vực nghiên cứu riêng biệt đặc thù của các nhà vật lý.Trạng thái quay của electron diễn ra theo một trong hai hướng đối lập nhau,quay lên trên và quay xuống dưới. Hiện nay, các nhà sinh hóa đang bắt đầuphân tích tính quay của electron thành thừa số để áp dụng vào các mô phỏngphản ứng sinh hóa trên máy tính của họ nhằm làm cho chúng chính xác hơn. Từ lâu, các nhà sinh hóa đã sử dụng máy tính để lập mô hình về việc nhữngphân tử sinh học lớn, phức hợp sẽ phản ứng với nhau như thế nào, nhưng một nhànghiên cứu người Mỹ cho rằng để đạt được một tầm hiểu biết cơ bản hơn về việccác phản ứng diễn ra như thế nào, thì nên tính tới tính quay của electron. Là ngườiluôn trăn trở về những vòng xoay của electron, nhà nghiên cứu Jorge H. Rodriguezở trường Đại học Purdue, cho rằng việc phân tích tính quay thành thừa số để thểhiện các mô hình phân tử có thể tiết kiệm cho ngành công nghiệp dược phẩm thờigian và tiền của. Ông cho rằng trong khi chúng ta buộc phải hài lòng với việc quansát quá trình hóa học diễn ra ở các sinh vật sống và sau đó mô tả nó mà không cónhững hiểu biết hoàn chỉnh, thì chúng ta cần phát triển những công cụ tính toán cóthể dự đoán điều gì sẽ xảy ra giữa các phân tử trước khi diễn ra phản ứng hóa học.Lĩnh vực mà Rodriguez đặc biệt quan tâm là một dạng protein kim loại gồmhemoglobin và chlorophyll và những phản ứng của chúng ở thực vật và động vật.Ông nói, từ lâu các nhà vật lý đã biết rằng, theo những quy luật của cơ chế lượng tử,có một số phản ứng hóa học trong cơ thể sinh vật bị “cấm không xảy ra”, ví dụ nhưsự liên kết oxy của hemoglobin trong phổi khi ta thở. Nhưng tuy vậy chúng vẫndiễn ra. Vì vậy, do những phản ứng này liên quan tới tính xoay của electron, nênnhóm nghiên cứu của ông quyết định khảo sát sâu hơn về chúng. Ông tiếp tục giảithích, thế giới tự nhiên luôn thể hiện sự cân bằng và chúng ta có thể thấy bằngchứng của nó vừa ở tính tích điện vừa ở tính xoay. Ví dụ, các electron của vòngxoay đối lập rất dễ cặp với nhau khi chúng xoay quanh nhân. Điều này cho phépnhững vòng xoay của chúng cân bằng với nhau, giống như sự tích điện âm vàdương giữa các proton và electron. Thậm chí khi ta có hàng trăm electron hìnhthành nên một đám mây dày đặc xung quanh một phân tử phức, ta vẫn thấy sự cânbằng ở cả sự tích điện và xoay. Nhưng đôi khi các electron ở các protein kim loại(metalloprotein) dường như lại không tuân theo quy luật này. Như ở trường hợpcủa hemoglobin, tự nhiên dường như bảo toàn cân bằng ở sự tích điện trong khi lạichia sẻ sự bảo toàn này ở sự xoay.Tại trung tâm của hemoglobin là sự chuyển hóa - sắt kim loại, nơi mà một sốelectron có thể bay xung quanh hạt nhân mà không bị kết đôi. Khi một tế bào hồngcầu tiếp xúc với oxy trong phổi của con người, hemoglobin của nó có thể hấp thụoxy bằng một số electron không kết đôi, chuyển chúng tới những nơi còn lại trongcơ thể. Nhưng trong quá trình này, sự xoay tích lũy thay đổi theo một cách màkhông thể bảo toàn được sự cân bằng, việc này dường như là không thể diễn ratheo quan điểm của một nhà vật lý. Rodriguez giải thích, quá trình phản ứng hóahọc này rất thiết yếu cho sự sống, nhưng các nhà vật lý còn hoài nghi về việc nó cóthể xảy ra như thế nào. Sự tích điện giữa các electron trong oxy và hemoglobinđược liên kết là cân bằng ở giai đoạn cuối, điều này rất có ý nghĩa đối với các nhàhóa học. Nhưng vòng xoay điện tích của toàn bộ quá trình không được bảo toàn,khiến cho một nhà vật lý khó hiểu với hiện tượng này. Tất nhiên, các nhà khoa họccòn cần phải tìm hiểu nhiều hơn về thế giới tự nhiên ở mức độ vô cùng bé.Vì rất nhiều phản ứng được coi là không được phép xảy ra liên qua tới phân tửsinh học và các kim loại chuyển tiếp, những loại mà có thể bật về trước và sau giữanhững trạng thái xoay khác nhau dưới những điều kiện nào đó, Rodriguez giả thiếtrằng chính tính thay đổi ở trạng thái xoay đã làm ảnh hưởng tới mức độ của nhữngphản ứng này.Nhóm của ông đang sử dụng một siêu máy tính mà ông cho biết sẽ nhanh chóngtạo ra được những mô hình các phân tử rất quan trọng, những mô hình mà sau đócó thể “phản ứng” với mô hình khác trong các mô phỏng để dự đoán một cáchchính xác điều gì sẽ xảy ra khi chúng phản ứng với nhau trong thế giới vật lý. Ônggiải thích, nhóm nghiên cứu đang ở thời điểm phát triển những công cụ tính toánđể phân tích quá trình phụ thuộc vào tính xoay của các phân tử sinh học và ứngdụng chúng vào một số trường hợp thử nghiệm quan trọng. Nhưng những phươngpháp của nhóm dựa trên các cách tiếp cận rất hợp lý cho bất cứ một hệ phân tửnào. Vì vậy, hơn hàng trăm metaloprotein có ích lợi về khoa học và thực tiễn có thểđược nghiên cứu trong tương lai bằng những phương pháp do nhóm phát triển.Nhóm đang tạo ra một lĩnh vực mới để cố tìm hiểu các quy trình sinh hóa ở mức độcơ bản nhất, đó là các cơ chế lượng tử. Đây sẽ là một bước tiến quan trọng nhất đểbiến lĩnh vực hóa sinh thành một ngành khoa học dự báo thay vì là một ngànhkhoa học mô tả. Ứng dụng dân sự của bom hạt nhân Vũ khí hạt nhân là phát minh đáng sợ của con người, nhưng nó khôngchỉ có tính hủy diệt mà còn được ứng dụng vào những mục đích hòa bình.Dưới dây là những ứng dụng dân sự của bom hạt nhân được coi là khả thitrong quá khứ. Tạo một hố khổng lồ Nếu có một điều mà giới khoa học chứng minh vũ khí hạt nhân có khả năngthực hiện, thì đó là sự tạo ra một hố khổng lồ. Edward Teller, nhà vật lý ởLivermore Lab - Viện thí nghiệm quốc gia và nổi tiếng là cha đẻ của bom hydrogen,viết năm 1963: Sự bàn luận về những ứng dụng hòa bình của chất nổ hạt nhân đãsinh ra mộ ...