Nước trong cơ thể sống

Bài 1 : Nước và sắc đẹp
Bài 2 : Nước trong cơ thể sống
Bài 3 : Những phương pháp lọc nước phổ biến
Bài 4 : Vai trò của nước trong mỹ phẩm
Bài 5 : Nước và cơ thể - Một mối quan hệ kỳ diệu
Bài 6 : Nước và huớng phát triển của kỹ thuật xử lý -Từ cách nhìn của một nhà sản xuất Nhật Bản

NƯỚC (H₂O) LÀ GÌ ?

Khoa học đã chứng minh sự sống phát sinh từ nước. Các nhà khoa học đã tính được tuổi của trái đất khoảng 4,6 tỷ năm và sinh vật nguyên sơ là đơn bào đã xuất hiện khoảng 3,6 tỷ năm trước. Bầu khí quyển bao bọc địa cầu lúc bấy giờ so với ngày nay rất loãng nên tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời đã chiếu rọi liên tục, rất mạnh vào trái đất. Chính vì thế mà từ rất xa xưa, có nhà khoa học đã cho rằng sự sống chỉ có thể phát sinh và tồn tại trong nước mà thôi. Con người đã hình thành từ qui luật vận động và phát triển không ngừng của thế giới tự nhiên trong suốt thời gian kể từ lúc có đơn bào đến ngày nay. Cơ thể con người, phần nước chiếm khoảng 60% trọng lượng riêng và trẻ sơ sinh có hàm lượng nước đến gần 80%. Cuộc sống, sinh hoạt thường ngày của con người rất gần gủi với nước cho nên ai cũng cảm thấy đã hiểu được nó, không có gì để thắc mắc, nhưng khi đặt câu hỏi “nước là gì ?" thì hình như chưa có một câu trả lời trọn vẹn.
Cách đây vào khoảng 2.500 năm, Thalès (625 - 547 BC), nhà hiền triết Hy Lạp đã phát biểu: “ Vạn vật đều là nước” vì ông cho rằng hình dạng của mọi vật chất đều khác nhau do hình thù của nước thay đổi. Khoảng 100 năm sau Thalès, một triết gia Hy Lạp khác là Empédocle (480 - 420 BC) lại cho rằng vạn vật gồm những nguyên tố cơ bản tạo ra đất, không khí, lửa và nước, chủ trương tất cả vật chất trên trái đất là do sự tổng hợp hay phân ly của 4 nguyên tố cơ bản ấy, rằng “Vật nóng ẩm sẽ kết dính với vật nóng ẩm”. Các triết gia Hy Lạp thời đó đã tìm cách giải thích các hiện tượng tự nhiên khi thấy ở đâu cũng có nước. Họ cho rằng nước là hơi thở của sự sống khi thấy hạt gieo vào đất và tưới nước thì nẩy mầm và sinh trưởng dần dà thành cây cỏ. Trong suốt 1.000 năm sau thời cổ đại Hy Lạp, người ta cho nước là nguyên tố và sự lý giải đó kéo dài đến thế kỷ thứ 17 khi nhà hóa học người Bỉ là bác sĩ Jean-Baptiste Van Helmont (1577 - 1644) thực hiện một cuộc thử nghiệm trồng cây liễu để chứng minh luận thuyết của thời Hy Lạp, vì ông đinh ninh rằng nước đã biến thành cây, nhưng cuối cùng điều bất ngờ là chính ông lại tìm thấy có carbonic (CO₂) trong không khí mặc dù vào thời bấy giờ, các nhà khoa học chưa biết đến phản ứng quang hợp mà lá cây thực hiện bằng ánh sáng mặt trời như thế nào. Lý luận về 4 nguyên tố cấu thành vật chất được tin tưởng cho đến hậu bán thế kỷ thứ 18 và khi người ta đem nước chưng cất, hơi nước bốc hết thì phát hiện có cặn (chất không bốc hơi) còn lại dưới đáy bình, đưa ra thuyết “Đất do nước chuyển hóa nên”. Nhà bác học người Pháp Lavoisier (1743 - 1794) lần đầu tiên phủ định học thuyết này bằng “thử nghiệm Pélican”. Ông dùng loại bình mà những thợ rèn dùng luyện kim, bịt kín, đun đi đun lại trong 101 ngày một lượng nước và thấy rằng trọng lượng nước không thay đổi, còn lượng cặn đóng trong đáy bình lại là phần cặn bị cháy đen trong thời gian đun, từ đó kết luận “nước không thành đất” được. Thí nghiệm Lavoisier đã chứng minh được nước không phải là một nguyên tố và chính ông đã đưa ra bảng phân loại nguyên tố đầu tiên vào năm 1789 vào lúc Cách mạng Pháp bùng nổ và là người đặt tên cho hydrogen, oxygen, các chất mà các nhà khoa học tiền bối còn lúng túng. Vậy nước là do cái gì tạo ra ? Ngày nay ai cũng biết nước là H₂O, gồm có 2 phân tử hydrogen và 1 phân tử oxygen kết lại, nhưng để đến được kết luận này, các nhà bác học đã phải trải qua một quá trình thử nghiệm và tranh cãi để tìm ra sự tồn tại của oxygen, hydrogen, sự kết hợp và phân giải của nước : Robert Boyle (1627 - 1691) người Anh tìm ra hydrogen qua thí nghiệm đổ acid vô cơ vào kim loại thép, Henry Cavendish (1731 - 1810) cũng xác nhận ra hydrogen là một loại khí dễ bốc cháy trong thí nghệm khi đổ acid nitric lên kẽm vào năm 1766, sau đó là đến Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) người Thụy Điển, tìm ra “không khí trong lửa” (oxygen) vào năm 1771 - 1772.
Năm 1783, H. Cavendish làm nhiều thí nghiệm hỗn hợp (synthèse) để tìm ra cấu tạo của nước và Lavoisier cũng thực hiện thí nghiệm tương tự bằng cách cho vào một bồn bịt kín một hỗn hợp oxygen và hydrogen và đốt lên bằng điện để thu được một lượng nước tương ứng. Từ đó người ta đã xác định được rằng nước không phải là một nguyên tố mà là một hợp chất gồm hydrogen và oxygen. Sau đó, vào năm 1785, Lavoisier lại phân giải nước bằng cách đổ nước lạnh vào một ống thép trui cháy đỏ, thì nước bị phân hủy, khí H₂ bốc ra và phần oxygen còn lại phản ứng với thép để tạo thành oxyd sắt. Nhưng tại sao nước lại có cấu tạo được ghi là H₂O thì đây lại là một vấn đề khác, thuộc lý luận về nguyên tử của nguyên tố.  Démocrite (460 - 370 BC) cho rằng tất cả vật chất là do những nguyên tử (atom) tạo ra, đồng thời là phần bé nhất, không thể chia cắt được, hoàn toàn không có một lỗ hổng nào và cũng không thể ép nhỏ lại được. Ông còn cho rằng, về chất thì nguyên tử của nước hay của thép đều giống nhau, sở dĩ hình thù khác nhau là vì nguyên tử của nước có hình tròn, có thể bám và xoay quanh nhau được, còn nguyên tử của thép lại xù xì nên bám rất chặt, điều đó làm cho thép cứng hơn. Ông tổ của lý luận về nguyên tử hiện đại là John Dalton (1766 - 1844), là một nhà bác học người Anh đã dùng những thí nghiệm hóa học để lập luận về nguyên tử, xác nhận trọng lượng của hydrogen / oxygen trong nước là 141/3 / 851/3 , tức theo tỷ lệ “1 hydrogen đối 6 oxygen” để từ đó kết luận rằng, trọng lượng của một nguyên tử oxygen nặng gấp 6 lần hydrogen (tất nhiên với trình độ nhận thức hiện nay thì đây là một sự nhầm lẫn). Khác với Dalton, nhà bác học người Pháp, Gay Lussac đã tìm cấu tạo của nước theo “tỷ lệ về thể tích” chứ không phải theo “tỷ lệ về trọng lượng”. Ông cho rằng, tỷ lệ thể tích giữa H và O là 1,998, hay 1 đối với 2 : 1, tức là hydrogen có 2 và oxygen có 1 thể tích. Kết luận này đã đưa đến một sự tranh cãi liên tục về học thuật giữa các phái người Anh và người Pháp, mãi cho đến khi Avogadro (1776 - 1856), một bác học người Ý đưa ra lý luận thành phần đơn vị của nguyên tố dạng khí như H và O là “nguyên tử không thể chia cắt”, tức kết hợp nhiều nguyên tử lại với nhau. Avogadro giải thích nước bao gồm 2 thể tích H và 1 thể tích O gộp lại.

Lavoisier                      Avogadro                        Dalton                     Thalès

Và từ đó, nhờ Avogadro mà nước được biểu hiện bằng ký hiệu H₂O cho đến ngày nay. Nhưng dù được biểu hiện bằng phân tử H₂O nhưng một dung dịch nước có cấu tạo vô cùng phức tạp, không phải chỉ là một chuỗi H₂O. Lý do là một phân tử nước bao gồm 2 nguyên tử oxygen và 1 nguyên tử hydrogen.
 

Phân tử nước	Các phân tử nước  nối với	nhau bằng  nối hydrogen

Nguyên tử oxygen có bán kính 0.1 nanometre (1 nanometre = 1/ tỷ metre) và hydrogen là 0.12nm. Nếu 2 nguyên tử hydrogen và oxygen đứng sát nhau thì khoảng cách giữa 2 phần là 0.26nm (2 bán kính cộng lại) nhưng thực tế chỉ có 0,096nm, tức 2 nguyên tử bám sâu vào nhau, nhờ vậy phân tử H₂O có dạng gần như hình cầu với đường kính vào khoảng 0,28nm. Oxygen mang điện tích âm thu hút điện dương của nguyên tử hydrogen, vì vậy trong một phân tử H₂O luôn có 2 loại điện tích tác động lẫn nhau (lưỡng cực), nhờ vậy các phân tử luôn nhờ khớp nối hydrogen tạo thành một quần thể gồm nhiều phân tử H₂O kết hợp điện tích âm - dương ổn định. Độ sôi (điểm sôi) và điểm đông đặc của H₂O cao hay nhiệt lượng bốc hơi của H₂O lớn chính là đặc điểm của khớp nối hydrogen. Điều này cũng có thể thấy ở đường khi hòa tan trong nước thì phân tử H₂O kết hợp với gốc -OH (hydroxyl) có nhiều trong đường một cách dễ dàng. Các loại DNA di truyền trong cơ thể con người sẽ chỉ tự tái tạo một cách dễ dàng được chính cũng nhờ sức hút H₂O, kéo về phía mình để kết hợp nhiều khớp nối hydro tạo ra sự sống cho tế bào.
 

Nước thiên nhiên, như bảng ghi bên cạnh, là một hỗn hợp gồm có 9 loại trong đó H₂ ¹⁶O là chủ yếu. Nếu nhiệt độ của nước bị giảm thì mật độ của H₂O càng tăng, đến 4°C là mật độ cao nhất, nhưng khi nhiệt độ giảm qua mức này thì mật độ của H₂O lại giãn ra. Vì thế ở 0°C, nước sẽ đông đặc và tỷ trọng nhẹ hẳn, hoàn toàn ngược lại với các loại dung dịch khác (khi nhiệt độ giảm thì mật độ tăng, khi chuyển từ thể lỏng sang thể rắn thì mật độ càng lên cao hơn). Chính vì thế, nước bề mặt trong ao hồ vào mùa đông có mật độ cao do thời tiết lạnh tác động; chìm dần xuống đáy ao hồ và nước dưới đáy hồ không lạnh bằng sẽ trồi lên, tạo ra một nhiệt độ ổn định khoảng 4°C vì vậy cho dù bề mặt nước ao hồ có bị đóng băng đi nữa, cá và các sinh vật vẫn có thể sống và phát triển bình thường.
Trong phân tử nước, điện ở cực âm của nguyên tử oxygen mạnh hơn điện ở cực dương của hydrogen cho nên cặp điện tử kết hợp tạo nối giữa nguyên tử oxygen và nguyên tử hydrogen nghiêng về phía nguyên tử oxygen hơn, chính vì vậy mà nguyên tử oxygen mang điện tích âm (-) trong khi nguyên tử hydrogen mang điện tích dương (+). Góc nối giữa nguyên tử oxygen và nguyên tử hydrogen là 104°50 , vì vậy trọng tâm của phần điện dương không đồng tâm với phần điện âm do đó phân tử nước là một phân tử phân cực và vận động theo một moment quán tính song cực. Bởi lý do đó nước là một dung dịch tập hợp nhiều phân tử nước nhưng không phải rời rạc mà được nối liền bởi nhiều khớp nối hydrogen tạo thành (H₂O)n , trong đó con số n thay đổi rất dễ dàng bởi nhiệt độ hay một điều kiện khách quan từ bên ngoài tác động, vì vậy cấu tạo của nước không ổn định như thể rắn.

Độ sôi của nước là 100°C và độ nóng chảy là 0°C trong khi những chất có phân tử lượng bằng nước lại có độ sôi là -80°C và nóng chảy là -100°C, điều này cho thấy độ bền của những khớp nối của những phân tử hydrogen trong dung dịch nước. Từ kết quả phân tích bằng X-quang dung dịch nước, người ta khảo sát thấy có 4.4 phân tử nước bao quanh 1 phân tử nước khác, cao hơn 10% cấu tạo của nước đá (cứ 1 phân tử nước có 4 phân tử khác bao quanh). Nếu tính thể tích của những phân tử H₂O trong một dung dịch nước thì cao nhất chỉ chiếm đến 38%, 62% còn lại là những khoảng trống chính vì thế mà dung dịch nước là một thể lỏng có cấu tạo với nhiều lỗ hổng. Khi thí nghiệm để xác định điều đó, người ta lấy 10 ml nước pha với 5 ml nước khác thì tổng cộng là 15 ml, nhưng nếu cho 5 ml ethanol vào 10 ml nước thì thể tích tổng cộng chỉ còn 14,6 ml, có nghĩa là ethanol đã chui lọt vào những khoảng trống của cấu tạo phân tử H₂O hay nói khác đi là cấu tạo của nước đã thay đổi khi ethanol được thêm vào.

Rượu trộn với nước làm giảm thể tích

Nhiệt độ là một yếu tố vô cùng quan trọng tác động vào hoạt động của nước. Thí dụ một trong những điều kiện làm cho nước uống trở nên ngon hẳn là nhờ vào độ lạnh, nhất là uống nó vào mùa hè. Nước ngon khi có nhiệt độ dưới 20°C, nhất là vào khoảng 10 - 15°C. Nước ngon là do vẻ "lạnh" hay là khi nhiệt độ nước hạ thì cấu tạo của nước thay đổi, “biến chất” làm cho người ta cảm thấy ngon hơn bình thường thì chưa ai giải đáp được. Đấy cũng là sự huyền bí của nước vậy.

Thông thường thì bất cứ một thể rắn nào cũng có cấu tạo rõ ràng, trong khi một dung dịch (thể lỏng) thì lại không có cấu tạo rõ rệt như thể rắn, cho nên nói chung là rất khó xác định được cấu tạo của nước ở thể lỏng. Trên thực tế có nhiều vật thể ở dạng dung dịch nhưnng có loại dung dịch ở mức không thể xem xét cấu tạo; nước lại là một dung dịch có thể xác định được ở một mức độ nhất định. Cho đến nay, nhiều nhà khoa học nghiên cứu về lĩnh vực này đã biết khá rõ nhiều loại cấu tạo của nước tồn tại dưới dạng lỏng nhưng nhận thức về sự khác nhau về cấu tạo của nước chưa được chú ý lắm, mặc dù nhờ sự khác nhau này mà tốc độ của những phản ứng hóa học cũng sẽ nhanh chậm khác nhau khi dùng nước làm chất xúc tác (dung môi). Rõ ràng thực tế đã cho thấy nếu sử dụng nước đã được xử lý bằng từ tính cho thực vật (cây cỏ) thì mức sinh trưởng của cây cỏ sẽ nhanh hơn, mầm sẽ nẩy nở khoẻ hơn và loại nước này cũng ngăn chặn rất có hiệu quả sự đóng cặn làm hoen rỉ đường ống. Tác dụng này tương tự như việc chúng ta cho một dòng điện cực tiểu vào nước. Để giải thích lý do tại sao như vậy thì phải xem xét khả năng thay đổi nào đó về chất của nước, hay nói một cách dễ hiểu và thuyết phục nhất là sự thay đổi về cấu tạo của nước trong quá trình tác động vào vật thể.

 

SỰ VẬN ĐỘNG VÀ NHỮNG ĐIỀU KỲ DIÊU CỦA NƯỚC

Trong cơ thể con người, nước đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong những phản ứng sinh học, xảy ra chuyển hóa từ thấp đến cao do phân giải và tổng hợp liên tục tạo ra sự sống.
Mỗi ngày cơ thể chúng ta cần khoảng 2,5 lít nước và bài tiết qua nước tiểu, mồ hôi hay phân một lượng tương ứng nhưng số lượng nước được lọc qua thận mỗi ngày là 180 lít và thận lọc liên tục 6 lần /ngày, điều này cho thấy cơ thể con người là một nhà máy lọc nước hoạt động không ngừng trong đó nước luân chuyển và kiểm tra hoạt động của các tế bào, chất protein, enzyme và nucleic acid, qua đó điều chỉnh chức phận của các cơ năng. Nước trong cơ thể được chia làm 2 loại chủ yếu, phần dịch ngoài tế bào và phần dịch trong tế bào. Phần dịch nằm ngoài tế bào luôn luôn được bao bọc và kết dính với da hay các tổ chức khác trong cơ thể bằng những cấu tạo lập thể, còn phần dịch trong tế bào để tạo nên sự sống. Phần ngoại dịch giảm dần cho đến 30 tuổi thì ổn định nhưng phần nội dịch luôn giảm rất nhanh và ngày càng ít theo tốc độ lão hóa của cơ thể.
Những ion chủ yếu trong nội dịch tế bào là Na⁺, Mg⁺, K⁺, Ca⁺⁺, Cl ^-, HCO₃^-... có cấu tạo giống như hình vẽ dưới đây và được bao bọc bởi một màng tế bào (màng sinh chất) nhưng lượng nước trong tế bào chiếm vào khoàng 70%, ngoài ra là các chất protein, nucléic acid, các chất đường phức hợp và chất điện giải luôn tác động qua lại với nước để duy trì hoạt động. Phân tử nước bao quanh các protein và quay với tốc độ cực nhanh, từ 10^-6 - 10^-12 giây , hay nói khác đi, chất protein hòa tan trong nước và giữ được trạng thái ổn định trong tế bào.
Như mọi người đều biết, sự sống tồn tại dựa vào hoạt động liên tục của nguyên sinh chất và cơ sở tạo ra nguyên sinh chất là protein. Những protein kết hợp với nhau thành những chuỗi trong một hệ thống tổ chức chặt chẽ để tác động với những chất khác trong nguyên sinh chất tạo ra sự sống, liên tục hoạt động, liên tục đào thải và sản sinh trong quá trình tiến hóa nhờ DNA và RNA, hay nói khác đi, protein được tổng hợp lại thành những chuỗi Protein có khả năng tạo ra sự sống, trong đó nước đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa và trao đổi chất trong tế bào cũng như giữa tế bào và vật thể trong cơ thể.
 

Nhờ H có dương tính và O có âm tính nên nước liên tục phản ứng với các chất vô cơ hay protéin trong tế bào để tạo ra các loại muối và các hợp chất hữu cơ, đồng thời nhờ sức căng của nước vốn có tính lưỡng cực mà máu trong cơ thể vận chuyển một cách điều hòa ngoài sự co bóp của tim.  Khi chúng ta thở tức là thải CO₂ (khí Carbonic) ra ngoài và điều này được giải thích bằng công thức hóa học như sau:

              CO₂  +  H₂O   Þ   H₂CO₃    Þ   H⁺  +  HCO₃ ^-

Phản ứng oxyd hóa qua lại càng mạnh khi chúng ta vận động, tức khí CO₂ sẽ được thải ra nhằm điều hòa độ pH trong cơ thể, vì khi hoạt động mạnh thì cơ thể trở nên acid. Ngược lại, khi cơ thể mang tính kiềm (tức độ pH dưới 7) thì nhịp thở sẽ chậm lại để giữ lại CO₂ cần thiết để hạ độ pH.
Trong các polymer sinh học, có cấu tạo cơ bản với R là gốc của nhiều loại acid amin trong đó cấu tạo acid amin, đơn giản nhất R = CH₃ .
 

R = H     => Glycine

R = CH₃ => Alanine

R = CH2 - COO => Asparagine

Acid amin có cấu tạo phức hợp thành những chuỗi ngoằn ngoèo như hình vẽ, có khi bị biến thể nhưng lúc nào cũng tập trung lại thành một tổ hợp protein bằng những khớp nối lỏng lẻo dễ bị phân hủy, hay điện giải. Cấu tạo phức hợp của protein được ổn định trong môi trường của cơ thể (tế bào) nhờ bản chất “ái thủy” vì trong cấu tạo của acid amin có sẵn một gốc sẵn sàng kết hợp một cách dễ dàng với các acid amin khác nhờ sức kéo của H⁺. Khi khảo sát tác động qua lại (thẩm thấu) giữa protein và nước thì người ta thấy các phân tử nước bọc quanh protein, vì vậy khi nhiều acid amin kết hợp thì giữa chúng là những phân tử nước với gốc - OH của acid amin luôn ở ngoài và dễ kết hợp với H⁺ như gốc - OH của các loại alcohol. Những phân tử H₂O này chạy chung quanh protein với một tốc độ 10-6 giây (1/1.000.000 giây) ở lớp thứ 1 và lớp thứ 2 lên đến 10^-9 giây và lớp sau lại càng nhanh hơn, đến 10^-12 giây.

Ở cấu tạo cấp 1 của protein trong cơ thể, các ribosome sẽ kết với các m - RNA (di truyền thông tin) để thu nhận các nguồn thông tin di truyền để tạo thành một chuỗi protein và khi thu nhận đủ (m) sẽ tạo ra một protein mới tách ra theo tốc độ khác nhau tùy theo từng loại chất acid amin có khi vài giây và có loại phải mất đến 2 - 3 phút, ở protein có cấu tạo cấp 1 thì cứ một acid amin sẽ kết hợp với một phân tử H₂O nhưng phân tử H₂O này lại hoạt động nhiệt tích cực để hòa tan với những phân tử nước khác bên cạnh. Khi hai acid amin kết hợp với nhau sẽ sinh ra một gốc kết hợp peptide [ - CONH - ]. Khi protein rời khỏi ribosome từ protein cấp 2 sẽ chuyển sang cấp 3 tạo thành một tổ hợp mới hình tròn, những phân tử H₂O bọc quanh protein sẽ bị đẩy ra ngoài và H₂O lại bọc quanh lại lớp bên ngoài của protein nhờ tác dụng bảo vệ của nước mà protein luôn được ổn định.

Phản ứng giữa Glycine và Alanine cho thấy một phân tử H₂O bị đẩy lùi ra ngoài nhường chỗ cho một khớp nối peptide hình thàn, vì vậy sự ra đời của H₂O luôn là nguồn thúc đẩy các phản ứng kết hợp acid amin.

Các acid amin có thể kết hợp với nhau bởi khớp nối peptide mang tính ái thủy rất mạnh như các gốc -NH2, -COOH. Nhiều acid amin được kết hợp chồng chéo tạo ra lipid là một chất béo cung cấp năng lượng cho tế bào. Nước nằm giữa những protein hay chất cao phân tử phức hợp mang tính ái thủy mạnh cho nên bản thân nước tự do (trong tế bào). Tốc độ tịnh tiến và quay của H₂O nhanh dần khi càng xa các protein (xem hình vẽ). Ở lớp ái thủy A, tốc độ là 10^-5 giây thì ở lớp B là 10^-9 giây và ở lớp C 10^-12 giây (14.2 p 274). Hơn thế nữa, phân tử nước còn mang tính lưỡng cực (về điện tích), vì vậy rất dễ hòa tan các chất mang điện (ion) nhưng lại không hòa tan với các chất carbon hữu cơ no không có điện. Nhờ vào tính cách này mà nước có thể tồn tại cùng với các protein để duy trì hoạt động của sự sống.. Nếu như nước cũng có thể hòa tan với các chất không có ion (tĩnh điện) thì các chất đạm (protein) không thể giữ được những cấu tạo ổn định (tròn xoắn) để phát huy chức năng chuyển hóa của nó trong cơ thể sống. Hay nói khác đi là sự sống sẽ không tồn tại ngay từ đầu nếu nước có thể hòa tan với bất cứ một acid amin hay protein nào trong tế bào. Nước là nguồn cung cấp năng lượng để các acid amin có thể chuyển hóa từ thấp đến cao. Chính vì thế mà cũng có người cho rằng nước là “cái nôi” của sự sống. Nước chiếm hơn 60% trong thể trọng của con người, không những tác động để cơ thể tiếp thu dưỡng chất, thúc đẩy tiêu hóa, chuyển dịch bài tiết mà còn là chất trung gian để các tế bào, hormone, acid amin, muối luôn được cân bằng, điều tiết áp suất thẩm thấu và nhiệt độ... tức những hoạt động chuyển hóa trong quá trình trao đổi chất và tuần hoàn của các cơ quan chức phận trong cơ thể, đồng thời còn giúp cho cơ thể điều hòa và ổn định đối với môi trường bên ngoài khi chịu tác động về thời tiết, ô nhiễm, môi trường.

Prion, một protein

Ở Bài 1 “Nước và Sắc đẹp”, chúng ta đã xem xét qua vai trò của nước ở các lớp tế bào da, trong đó điều được nhấn mạnh là “độ ẩm của da” hay các nhân tố tạo nên độ tươi mát (ẩm) của da (NMF) chính là nhờ nước. Chúng ta thấy có sự hiện diện của Lipid (chất dầu) trở thành một màng mỏng bao bọc bảo vệ hoạt động của các tế bào bên trong biểu bì, trong đó vai trò của các acid amin liên tục chuyển hóa và phát triển, cuối cùng được đào thải ra ngoài khi hết tác dụng (sừng hóa). Vai trò của nước tự do bên ngoài tế bào hay ở sinh chất trong tế bào đều giữ đúng chức năng lưỡng cực của nó, vừa là chất thúc đẩy các phản ứng sinh học phát sinh - đào thải vừa là chất cân đối cho quan hệ chuyển hóa giữa các protein. Hoạt động diệu kỳ đó của nước ở các tầng tế bào da (trên da mặt) thể hiện rất cụ thể mà chúng ta có thể thấy được, nếu thiếu nó thì da bị khô, nhờn, nhăn nám hay nổi mụn. Mặt khác, trong phần trao đổi với Tiến sĩ Yui Takeo dưới đây, chúng ta càng ngạc nhiên hơn khi hiểu được vai trò của thận trong việc lọc các độc chất từ bên ngoài vào cơ thể, quan hệ giữa muối và nước trong khi hấp thụ để cân đối huyết mạch và bài tiết.
Thiếu nước, cơ thể sẽ ngừng hoạt động là điều ai cũng biết, chỉ cần cơ thể thiếu 12% nước thì “sự chết” sẽ đến gần vì các H₂O cơ phận trong con người không còn năng lượng để vận động nhưng điều này chỉ có thể cảm nhận khi chúng ta khát nước hay có dấu hiệu “khô héo” (trên da mặt, trong bài tiết...). Đối với những người bị suy thận (hay hỏng thận) thì việc lọc và bài tiết chất độc lại càng cấp thiết, cần đến những thiết bị lọc thận nhân tạo, trong đó nguồn nước được đưa vào máu để lọc lại là một kỹ thuật xử lý tinh vi và lúc ấy tuổi thọ của bệnh nhân hầu như lệ thuộc hoàn toàn vào chất lượng nước. Một vài trường hợp cho thấy ở các nước phát triển, người bị hỏng thận có thể kéo dài cuộc sống đến 15 - 20 năm với kỹ thuật cao cấp, nhưng cũng chỉ sống được 1 - 2 năm khi việc xử lý nước trong lọc thận nhân tạo không hoàn chỉnh (không kể các chứng bệnh khác phát sinh do nước gây ra trong khi lọc). Nước là một tài sản có khi bị xem thường nhưng có khi lại là một chất hồi sinh vô giá. Nhiều người du hành trên sa mạc chết vì thiếu nước, có khi thiếu nước mà rơi vào tình trạng ảo ảnh dẫn đến việc đi lạc. Vì vậy, đã có rất nhiều nhà khoa học lo ngại đến hiện tượng sa mạc hóa do con người tạo ra, và lúc ấy liệu còn đủ nước để duy trì sự sống ?

 

VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG CƠ THỂ SỐNG

Trong cơ thể của sinh vật, những phản ứng hóa học xảy ra liên tục và phức tạp ngay trong mỗi tế bào chỉ lớn độ vài micro-mét. Những diễn biến sinh hóa ấy cùng một lúc với nhiều “công đoạn” khác nhau nhưng không hề sai lệch và tất cả đều nằm trong một môi trường có sự tồn tại của nước và thường "thích nghi" với tác động của bên ngoài. Thí dụ nhiệt độ là một tác nhân làm thay đổi chu trình của các phản ứng sinh hóa như đã nói ở trên hay khi một chất khó hòa tan trong H₂O thì entrophy của độ hòa tan sẽ giảm khi được bỏ vào trong nước, thời gian tương hợp của những vận động tiệm tiến, quay vòng của phân tử nước sẽ lâu hơn khi nước tiếp xúc với chất (vật thể) đấy nếu so với thời gian phản ứng giữa H₂O và một dung dịch nước tinh khiết. Hay nói khác đi là những phân tử H₂O bám chung quanh chất, khối-hòa-tan sẽ vận động khó khăn hơn, bản thân H₂O phải tự thay đổi cấu tạo của mình để có sức tiến công vào chất đó. Nước trong tế bào càng thay đổi cấu tạo bao nhiêu thì các phản ứng sinh học càng phức tạp và tinh vi bấy nhiêu.

Tiến sĩ V.W. Burns (Mỹ) đã cho vi khuẩn phản ứng với phenethyl alcohol (PEA), phát hiện rằng các RNA và DNA, protein hay amino, imidazole ribotide bị hạn chế, không tổng hợp (synthetize) một cách bình thường. Tỷ lệ tổng hợp RNA giảm theo nồng độ của PEA một cách tương ứng theo tỷ lệ nghịch, tức độ kết dính của tế bào sẽ tăng lên khi cho PEA thẩm thấu. Điều này được giải thích như trên, tức là trình độ của việc chuyển hóa của nước trong tế bào nguyên sinh ngày càng cao để đối phó. Trong PEA có gốc -OH bám vào nguyên tử hydrogen khác của polymer sinh học trên màng của tế bào nguyên sinh tạo thành một lớp phân tử H₂O bao quanh, ngăn chặn các phản ứng sinh hóa khác, đồng thời ngăn cản chất đường (glucose) thẩm thấu vào tế bào. Nhờ tính năng này, PEA được sử dụng như một chất gây mê (từng phần) trong y tế.

Khaloimov và Sidrova (Nga) cũng đã nghiên cứu sự thay đổi của H₂O khi cho nước tác dụng với ma túy (héroin). Các nhà nghiên cứu này đã cho con nhái hít diethyl ether và ma túy, xác nhận được rằng nhịp não và tim lên đến 5180 cái bằng máy đo quang phổ hồng ngoại trong khi ở trạng thái bình thường (không hít các chất này) thấp hơn. Điều này được giải thích rằng vận động nhiệt (thermal movement) của phân tử H₂O bị chất ma túy làm tê liệt, tuổi thọ của khớp nối hydrogen được kéo dài hơn bình thường, làm ngừng hẳn hay chậm đi phản ứng sinh hóa do cấu tạo của H₂O trong tế bào bị chuyển hóa. Thí nghiệm của Khaloimov và Sidrova chứng minh được rằng khi H₂O trong tế bào bị thay đổi về cấu tạo thì các ion dương (Na⁺) -là ion ái dương- khó có thể len lõi vào trong tế bào, gây chứng mê ngủ cho cơ thể. Những nghiên cứu về H₂O trong tế bào còn được rất nhiều nhà khoa học tìm hiểu để phát minh ra thuốc chống kiết lỵ bằng cách ngăn chặn chuyển hóa cấu tạo của H₂O trong tế bào đường ruột là nguyên nhân của chứng bệnh này.
Các phản ứng sinh hóa để duy trì cơ thể và sự sống đều dựa vào H₂O như một dung môi để tổng hợp và là một tác nhân thúc đẩy. Chúng ta xem thành phần của phân tử E.Coli và lượng nước kết hợp với từng thành phần đó qua bảng dưới đây:
 

THÀNH PHẦN CỦA PHÂN TỬ E. COLI VÀ LƯỢNG H₂O KẾT HỢP
 

 
Như vậy, 10% của nước trong tế bào E.Coli là nước kết hợp và 60% H₂O còn lại là phần không tác dụng đến các phân tử sinh học một cách trực tiếp, và cấu tạo vật lý của H₂O trong dung dịch đậm đặc và dung dịch loãng khác nhau, tức có ít nhất hai loại H₂O, loại tồn tại khá ổn định và loại H₂O luân chuyển tự do.