Természet Világa, 1999 (130. évfolyam, 1-12. szám)

1999-01-01 / 1. szám

SZERVES KÉMIA 2 . Az élő szervezeteket felépítő, többsé­gükben igen összetett, nagy tömegű mo­lekulák viszonylag egyszerű szerkezetű, kisebb egységekből épülnek fel. Ezek az alapvető „építőkövek” az egész élővilág­ban azonosak, a mikroorganizmusoktól kezdve a növény- és állatvilágon át az emberig. Ilyenek pl. a fehérjéket felépí­tő aminosavak, a szénhidrátokat fel­építő és a nukleinsavakban, valamint különböző membránokban is fontos sze­repet játszó cukrok, a lipidekben (zsí­rokban) és membránokban kötött zsír­savak, a nukleinsavak nitrogénbázisai stb. Az élet lenyűgöző formagazdagsá­gát - és evvel összefüggő bámulatos al­kalmazkodóképességét - ezen egyszerű, kisebb molekulák gyakorlatilag végtelen számú kombinációs lehetősége teremti meg. Ez utóbbi szemléltetésére álljon itt csak egy példa. Az élet fenntartásához szükséges kémiai folyamatokat katalizá­ló fehérjék, az enzimek sok - általában néhány száz -, egymáshoz láncszerűen kapcsolódó aminosavból épülnek fel. Minden élőlényben ugyanaz a 20 alap­vető aminosav alkotja a fehérjéket. Húsz különböző aminosavból egy száz­tagú (tehát viszonylag egyszerű) fehérjét a kombinatorika szabályai szerint 20100 számú változatban lehet megalkotni. Ez a szám tízes hatványban kifejezve kb. 10130-nak felel meg. Ennek a számnak a nagyságát talán legjobban azzal érzékel­tethetjük, hogy a Föld egészét felépítő atomok száma „mindössze” kb. 105 , és még az eddig megismert világegyetem összes atomi részecskéinek száma is bi­zonyára messze elmarad a 10130-as ér­téktől. Hasonló, sőt még több variációs lehe­tőséget kínálnak a cukrok, amelyek - az aminosavakkal ellentétben - nemcsak egy-, hanem többféleképpen is kapcso­lódhatnak egymáshoz. Az élet több milliárd éves földi fejlő­dése során - kémiai nézőpontból tekint­ve - lényegében ezeket a kombinációs lehetőségeket aknázta ki ahhoz, hogy létrehozza egyre bonyolultabb megjele­nési formáit. Ennek a folyamatnak, a biológiai evolúciónak a mechanizmusát, ami a természetes kiválasztódás alapján szerveződött, ha nem is minden részle­tében, de a lényegét tekintve ma már értjük. Sokkal nehezebb viszont jelenle­gi tudásunk birtokában természettudo­mányosan megalapozott választ adni ar­ra a kérdésre, hogy miként indult el ez a folyamat, hogyan alakultak ki az „élette­len” anyagból, vegyületekből az első, élőnek nevezhető képződmények. Ho­gyan keletkezett az élet? Lehet, hogy ezt a kérdést egzakt mó­don, részleteiben sohasem tudjuk meg­válaszolni, mivel ezt a folyamatot kí­sérletileg - „egyszerű” gyakorlati okok miatt - nem reprodukálhatjuk. Az élet kialakulása ugyanis igen nagy időtarta­mú, akár sok millió éves folyamat is le­hetett, ennek laboratóriumi utánzása aligha megoldható. Tekintettel azon­ban a probléma szépségére, ez a körül­mény nem akadályozhatta meg a kuta­tókat abban, hogy ennek a kérdéskör­nek egyes részleteivel részben kísérleti­leg, részben elméletileg ne foglalkoz­zanak. Cikkemben az egyik ilyen részletkér­déssel, a biomolekulák homokiralitásá­nak eredetével foglalkozom. Ehhez ter­mészetesen mindenekelőtt e két (az al­címben is szereplő) kifejezés értelmezé­sét kell megadnom. Biomolekulák alatt azokat a szerves (tehát szénalapú) vegyületeket értjük, amelyek az élő szervezetek felépítésé­ben vesznek részt (aminosavak, cukrok stb.). Ez a kifejezés bizonyos fokig még közismertnek is tekinthető. Egyáltalán nem közismert viszont a „homokirali­­tás” kifejezés, amely nem olyan bonyo­lult fogalom, mint azt a neve talán su­gallja. Megértéséhez ismerkedjünk meg néhány kémiai alapfogalommal. Mit értünk homokiralitáson? A királis, kiralitás szavak a görög c­el­ szóból származnak, ami kezet jelent. Királisnak nevezzük azokat a testeket, térbeli szerkezeteket, amelyek saját tü­körképükkel nem hozhatók fedésbe. Ilyen pl. a jobb és a bal kezünk, amelyek - és ez könnyen belátható - bár tükörké­pei egymásnak, de nem egyformák. Mindennapos tapasztalat, hogy a balke­zes kesztyűnk nem illik a jobb kezünkre. A hétköznapi életben számos királis tárggyal találkozhatunk, ezek közül most csak még egyre kell felfigyelnünk, a csavarvonalra. A jobb- és balmenetes csavarok egymásnak tükörképei, és na­gyon jól tudjuk, hogy a balmenetes anyát a jobbmenetes csavarra nem lehet ráhajtani. A kiralitás a molekulák világában is ismert jelenség, így pl. a már többször idézett, igen fontos biomolekulák, az aminosavak és a cukrok is királis szerke­zetűek. Ez azt jelenti, hogy ezeknek a molekuláknak az őket felépítő atomok térbeli elrendezése következményeként két, egymással fedésbe nem hozható tü­körképi viszonyban álló formája létezik. Ez a tény különösen jól szemléltethető az aminosavak egyszerűsített térszerke­zeti képletével (1. ábra). Látható, hogy az ábra szerinti köz­ponti szénatomhoz, a tetraéder négy csúcsának megfelelő helyzetben, négy különböző atom, vagy atomcsoport kap­csolódik. Az ilyen tetraédereknek, ame­lyeknek mind a négy csúcsa különböző, két, egymással fedésbe nem hozható térbeli tükörképi alakjuk van, vagyis királis testek. Erről magunk is meggyő­ződhetünk, ha kartonpapíron megszer­kesztünk, majd kivágunk és összera­gasztunk tetraédereket és ezek négy­négy csúcsát négyféle színnel meg­különböztetjük. Az ilyen, tetraéderes elrendezésben négy különböző atom­hoz vagy atomcsoporthoz kapcsolódó MARKÓ LÁSZLÓ Miért „balkezesek” a fehérjéket felépítő aminosavak? A biomolekulák homokiralitásának eredete Első rész Természet Világa 1999. január

Next