Bị rắn cắn là một điều không dễ chịu tí nào, đặc biệt đó là những loài rắn độc. Nếu không chữa trị kịp thời thì có thể gây nguy hiểm cho người bị cắn. Nhưng có gì đặc biệt trong nọc độc ấy đó là câu hỏi chúng ta hay thường hỏi? Vì thế để giúp cho các bạn hiểu rõ hơn, chủ đề lần này của chúng ta sẽ là khoa học đằng sau nọc rắn nhé!

Trước khi đi vào nội dung của bài, nếu bạn quan tâm về hóa học đằng sau nọc độc của côn trùng thì có thể tham khảo thêm bài viết về nó tại đây.

Đôi nét

Nọc rắn là chất độc, đặc trưng là chất lỏng màu vàng được lưu trữ trong tuyến nước bọt biến đổi của rắn độc. Có hàng trăm loài rắn độc dựa vào nọc độc mà chúng tạo ra để làm suy nhược và bất động con mồi. Nọc độc được cấu tạo bởi sự kết hợp của các protein, enzym và các chất phân tử khác. Các chất độc này có tác dụng phá hủy tế bào, làm gián đoạn các xung thần kinh hoặc cả hai. 

Rắn sử dụng nọc độc của chúng một cách thận trọng, tiêm một lượng đủ để vô hiệu hóa con mồi hoặc để bảo vệ khỏi những kẻ săn mồi. Nọc độc của rắn hoạt động bằng cách phá vỡ các tế bào và mô, có thể dẫn đến tê liệt, chảy máu trong và tử vong cho nạn nhân bị rắn cắn. Để nọc độc phát huy tác dụng, nó phải được tiêm vào các mô hoặc đi vào máu. Trong khi nọc rắn độc và gây chết người, các nhà nghiên cứu cũng sử dụng các thành phần nọc rắn để phát triển các loại thuốc chữa bệnh cho người.

Có gì trong nọc rắn?

Nọc rắn là chất lỏng tiết ra từ tuyến nước bọt biến đổi của rắn độc. Rắn dựa vào nọc độc để vô hiệu hóa con mồi và hỗ trợ quá trình tiêu hóa.

Thành phần chính của nọc rắn là protein. Các protein độc hại này là nguyên nhân của hầu hết các tác hại của nọc rắn. Nó cũng chứa các enzym, giúp đẩy nhanh các phản ứng phá vỡ liên kết hóa học giữa các phân tử lớn. Các enzym này hỗ trợ phân hủy carbohydrate, protein, phospholipid và nucleotide ở con mồi. Enzyme độc ​​còn có chức năng hạ huyết áp, phá hủy hồng cầu, ức chế kiểm soát cơ. 

Một thành phần bổ sung của nọc rắn là độc tố polypeptide. Polypeptide là chuỗi axit amin, bao gồm 50 hoặc ít hơn các axit amin. Độc tố polypeptide phá vỡ các chức năng của tế bào dẫn đến chết tế bào. Một số thành phần độc của nọc rắn được tìm thấy ở tất cả các loài rắn độc, trong khi các thành phần khác chỉ có ở các loài cụ thể. 

Cytotoxins, Neurotoxins và Hemotoxins

Mặc dù nọc rắn được cấu tạo từ một tập hợp phức tạp các chất độc, enzym và các chất không độc, trong lịch sử chúng được phân loại thành ba loại chính: cytotoxin, neurotoxin và hemotoxin. Các loại độc tố khác của rắn ảnh hưởng đến các loại tế bào cụ thể và bao gồm độc tố tim, độc tố cơ và độc tố thận.

Cytotoxins là chất kịch độc phá hủy tế bào cơ thể. Cytotoxin dẫn đến cái chết của hầu hết hoặc tất cả các tế bào trong mô hoặc cơ quan, một tình trạng được gọi là hoại tử. Một số mô có thể bị hoại tử hoạt tính hóa lỏng trong đó mô bị hóa lỏng một phần hoặc hoàn toàn. Cytotoxin giúp tiêu hóa một phần con mồi trước khi nó bị ăn thịt. Độc tố tế bào thường đặc trưng cho loại tế bào mà chúng tác động. Trong đó:

  1. Cardiotoxin là những độc tố tế bào làm tổn thương các tế bào tim. 
  2. Myotoxin nhắm mục tiêu và làm tan các tế bào cơ. 
  3. Nephrotoxin phá hủy các tế bào thận. 

Nhiều loài rắn độc có sự kết hợp của độc tố cytotoxin và một số loài cũng có thể tạo ra độc tố thần kinh hoặc hemotoxin. Cytotoxin phá hủy tế bào bằng cách làm hỏng màng tế bào và gây ly giải tế bào. Chúng cũng có thể khiến các tế bào trải qua quá trình chết tế bào theo chương trình hoặc apoptosis. Hầu hết các tổn thương mô có thể quan sát được do độc tố tế bào gây ra xảy ra tại vị trí vết cắn.

Neurotoxins là những chất hóa học gây độc cho hệ thần kinh. Độc tố thần kinh hoạt động bằng cách phá vỡ các tín hiệu hóa học (chất dẫn truyền thần kinh) được gửi giữa các tế bào thần kinh. Chúng có thể làm giảm sản xuất chất dẫn truyền thần kinh hoặc chặn các vị trí tiếp nhận chất dẫn truyền thần kinh. Các chất độc thần kinh khác của rắn hoạt động bằng cách ngăn chặn các kênh canxi định mức điện thế và kênh kali định hướng điện áp. Các kênh này rất quan trọng đối với việc truyền tín hiệu dọc theo tế bào thần kinh. 

Độc tố thần kinh gây tê liệt cơ, cũng có thể dẫn đến khó hô hấp và tử vong. Rắn thuộc họ Elapidae thường tạo ra nọc độc thần kinh. Những con rắn này có những chiếc răng nanh nhỏ, dựng đứng và bao gồm rắn hổ mang, rắn hổ mang chúa, rắn biển và rắn san hô. 

Ví dụ về chất độc thần kinh của rắn bao gồm:

  1. Calciseptine: Chất độc thần kinh này làm gián đoạn quá trình dẫn truyền xung động thần kinh bằng cách ngăn chặn các kênh canxi định hướng điện áp. Rắn mamba đen sử dụng loại nọc độc này.
  2. Cobrotoxin, do rắn hổ mang sản xuất, chặn các thụ thể nicotinic acetylcholine dẫn đến tê liệt. 
  3. Calcicludine: Giống như calciseptin, chất độc thần kinh này ngăn chặn các kênh canxi phân áp điện áp làm gián đoạn các tín hiệu thần kinh. Nó được tìm thấy ở rắn mamba xanh miềnĐông.
  4. Fasciculin-I, cũng được tìm thấy trong rắn mamba xanh miền Đông, ức chế chức năng acetylcholinesterase, dẫn đến cử động cơ không kiểm soát được, co giật và tê liệt thở.
  5. Calliotoxin, do Blue Coral Snakes sản xuất, nhắm vào các kênh natri và ngăn chúng đóng lại, dẫn đến tê liệt toàn bộ cơ thể. 

Hemotoxins là chất độc trong máu có tác dụng gây độc tế bào và cũng phá vỡ quá trình đông máu bình thường. Những chất này hoạt động bằng cách làm cho các tế bào hồng cầu vỡ ra, bằng cách can thiệp vào các yếu tố đông máu, và gây chết mô và tổn thương cơ quan. Sự phá hủy các tế bào hồng cầu và máu không thể đông lại gây ra xuất huyết nội nghiêm trọng. Sự tích tụ của các tế bào hồng cầu chết cũng có thể phá vỡ chức năng thích hợp của thận. 

Trong khi một số độc tố hemotoxin ức chế quá trình đông máu, một số khác lại khiến các tiểu cầu và các tế bào máu khác kết tụ lại với nhau. Các cục máu đông kết quả làm tắc nghẽn lưu thông máu qua các mạch máu và có thể dẫn đến suy tim. Rắn thuộc họ Viperidae, bao gồm cả rắn lục và rắn lục nưa, sản sinh ra độc tố hemotoxin.

Hệ thống phân phối và tiêm nọc rắn

Hầu hết các loài rắn độc đều tiêm nọc độc vào con mồi bằng răng nanh. Răng nanh có hiệu quả cao trong việc cung cấp nọc độc khi chúng xuyên qua mô và cho phép nọc độc chảy vào vết thương. Một số loài rắn cũng có thể khạc hoặc phun nọc độc như một cơ chế tự vệ. Hệ thống tiêm nọc độc chứa 4 thành phần chính: tuyến nọc độc, cơ, ống dẫn và răng nanh.

  1. Các tuyến nọc độc: Các tuyến chuyên biệt này được tìm thấy ở đầu và đóng vai trò là nơi sản xuất và lưu trữ nọc độc.
  2. Cơ bắp: Các cơ ở đầu rắn gần các tuyến nọc độc giúp đẩy nọc độc ra khỏi các tuyến.
  3. Ống dẫn: Các ống dẫn cung cấp một con đường vận chuyển nọc độc từ các tuyến đến các răng nanh.
  4. Răng nanh: Những cấu trúc này là những chiếc răng đã được sửa đổi với ống tủy cho phép tiêm nọc độc.
Hệ thống nọc độc của rắn. Nguồn Unair News.

Rắn thuộc họ Viperidae có hệ thống chích hút rất phát triển. Nọc độc liên tục được sản xuất và lưu trữ trong các tuyến nọc độc. Trước khi cắn con mồi, chúng sẽ dựng lên những chiếc răng nanh phía trước. Sau khi cắn, các cơ xung quanh các tuyến sẽ đẩy một số nọc độc đi qua các ống dẫn và vào các ống răng nanh đã đóng. Lượng nọc độc được tiêm vào do rắn quy định và phụ thuộc vào kích thước của con mồi. Thông thường, rắn lục viper thả con mồi sau khi nọc độc đã được tiêm. Con rắn chờ nọc độc phát huy tác dụng và làm con mồi bất động trước khi tiêu thụ con vật.

Rắn thuộc họ Elapidae (ví dụ như rắn hổ mang, rắn hổ mang chúa và rắn adder) có hệ thống phân phối và tiêm nọc độc tương tự như rắn hổ mang. Không giống như rắn lục, rắn hổ elapid không có răng nanh phía trước có thể di chuyển được. Rắn tử thần (death adder) là ngoại lệ cho điều này trong số elapid. Hầu hết các cá thể nai sừng tấm có răng nanh ngắn, nhỏ được cố định và vẫn dựng. Sau khi cắn con mồi, nai sừng tấm thường duy trì khả năng bám và nhai để đảm bảo nọc độc xâm nhập tối ưu.

Rắn độc thuộc họ Colubridae có một rãnh hở duy nhất trên mỗi răng nanh, đóng vai trò như một lối đi cho nọc độc. Loài rắn hổ mang nọc độc thường có răng nanh cố định phía sau và nhai con mồi trong khi tiêm nọc độc. Nọc độc Colubrid có xu hướng ít tác động có hại hơn đối với con người so với nọc độc của loài cá elapid hoặc vipers. Tuy nhiên, nọc độc từ rắn Boomslang và rắn xoắn đã dẫn đến cái chết của con người.

Nọc rắn có thể gây hại cho rắn?

Vì một số loài rắn sử dụng nọc độc để giết con mồi, tại sao con rắn không bị hại khi ăn con vật bị nhiễm độc? Rắn độc không bị tổn hại bởi chất độc dùng để giết con mồi vì thành phần chính của nọc rắn là protein. Các chất độc dựa trên protein phải được tiêm hoặc hấp thụ vào các mô cơ thể hoặc mạch máu để có hiệu quả. Ăn hoặc nuốt nọc rắn không có hại vì các chất độc dạng protein được axit trong dạ dày và men tiêu hóa phân hủy thành các thành phần cơ bản của chúng. Điều này vô hiệu hóa các độc tố protein và phân tách chúng thành các axit amin. Tuy nhiên, nếu chất độc xâm nhập vào tuần hoàn máu, kết quả có thể gây chết người.

Rắn độc có nhiều biện pháp bảo vệ để giúp chúng duy trì khả năng miễn dịch với hoặc ít nhạy cảm với nọc độc của chính chúng. Các tuyến nọc độc của rắn được định vị và cấu tạo theo cách ngăn không cho nọc độc chảy ngược vào cơ thể rắn. Rắn độc cũng có kháng thể hoặc chống nọc độc đối với chất độc của chính chúng để bảo vệ khỏi bị phơi nhiễm, ví dụ, nếu chúng bị cắn bởi một con rắn khác cùng loài.

Các nhà nghiên cứu cũng đã phát hiện ra rằng rắn hổ mang đã sửa đổi các thụ thể acetylcholine trên cơ của chúng, giúp ngăn chặn độc tố thần kinh của chúng liên kết với các thụ thể này. Nếu không có các thụ thể biến đổi này, chất độc thần kinh của rắn sẽ có thể liên kết với các thụ thể dẫn đến tê liệt và tử vong. Các thụ thể acetylcholine biến đổi là chìa khóa giải thích tại sao rắn hổ mang miễn dịch với nọc rắn hổ mang. Mặc dù rắn độc có thể không bị tổn thương bởi nọc độc của chúng, nhưng chúng lại dễ bị tổn thương bởi nọc độc của các loài rắn độc khác.

Nọc rắn và thuốc

Bên cạnh sự phát triển của chất chống nọc độc, việc nghiên cứu nọc rắn và các hoạt động sinh học của chúng ngày càng trở nên quan trọng đối với việc khám phá ra những phương pháp mới để chống lại bệnh tật ở người. Một số bệnh này bao gồm đột quỵ, bệnh Alzheimer, ung thư và rối loạn tim. Vì chất độc của rắn nhắm vào các tế bào cụ thể, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu các phương pháp mà các chất độc này hoạt động để phát triển các loại thuốc có khả năng nhắm vào các tế bào cụ thể. Việc phân tích các thành phần nọc rắn đã hỗ trợ việc phát triển các loại thuốc giảm đau mạnh hơn cũng như các chất làm loãng máu hiệu quả hơn. 

Cấu trúc hóa học của captoril (A) và eptifibatide (B)

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các đặc tính chống đông máu của hemotoxin để phát triển các loại thuốc điều trị huyết áp cao, rối loạn máu và đau tim. Neurotoxin đã được sử dụng để phát triển các loại thuốc điều trị các bệnh về não và đột quỵ.

Loại thuốc dựa trên nọc độc đầu tiên được phát triển và được FDA chấp thuận là captopril, có nguồn gốc từ rắn lục viper Brazil và được sử dụng để điều trị huyết áp cao. Các loại thuốc khác có nguồn gốc từ nọc độc bao gồm eptifibatide (rắn đuôi chuông) và tirofiban (rắn hổ mang châu Phi) để điều trị đau tim và đau ngực.

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo ThoughtCoWikipedia.