Kálmán Erika

A delhi vasoszloptól a molekuláris építészetig - a kémia új perspektívája

A bemutatott biológiai szupramolekulák mindegyike önszerveződéssel alakul ki. Az önszerveződés az alapvető hajtóereje a feladatukhoz célszerűen kialakuló szupramolekuláknak.

Fontos tulajdonsága az élő anyag nagymolekuláinak az önjavító képesség, azaz hogy meghibásodásuk esetén eredeti állapotuk visszaállítására törekszenek. A baktériumok, a sejtek, de a náluk egyszerűbb szervezet, a DNS-molekula is osztódással pontos másaikat hozzák létre. Ez a tulajdonság, a reprodukció, az egyik legizgalmasabb tulajdonság. A reprodukcióra képes szupramolekulák kémiai felépítése a molekuláris építészet egyik nagy kihívása.

A DNS-molekula reprodukciójának mechanizmusa maga a tökéletes szervezettség.

Animáció: A DNS másolása

A DNS másolása azzal kezdődik, hogy először az enzimmolekulák elbontják a bázisokat összekötő hidrogénkötéseket és szétválasztják a kettős csavar két szalagját. Az enzimek szalaghoz kötődve folytatják az elválasztást. Később a polimeráz-enzimek cukrot, foszfátot és bázist tartalmazó nukleotidokat gyártanak. Egy új szalag kezd kialakulni. Mindegyik új bázis a bázispárképzés szabályai szerint készül, adenin timinhez, guanin citozinhez és fordítva. Rövidesen a másik szalaghoz is új szalag készül. Minden DNS-molekula egy régi és egy új szalagot tartalmaz. A másolat elkészült.

Az autokatalízis az a jelenség, amely során egy kémiai reakció terméke visszacsatolással gyorsítja azt a reakciót, amely létrehozta. Ennek a jelenségnek az alapján számos kísérlet folyik ma is reprodukcióra képes molekulahalmazok előállítására. Az élő anyag az örökölt információ alapján, a molekuláiban rögzített minta szerint növekszik, fejlődik. Válaszol környezete ingereire, például megváltoztatja szerkezetét vagy ellenhatást fejt ki. Az evolúciós fejlődés során egyre jobban alkalmazkodik környezetéhez. Az összes előbbi folyamat fenntartásához, mint tudjuk, energiára van szükség.

Izgalmas kérdés, hogy vajon eléri-e a tudomány azt a fejlettséget, amely lehetővé teszi élő anyag létrehozását szintetikus kémiai úton felépített molekulahalmazok segítségével? A kérdés természetesen több más tudományterületet is érint, megvitatása külön előadást érdemelne. Véleményem szerint a szupramolekuláris kémia fejlődése jelentősen hozzájárulhat az élet eredetének megértéséhez a prebiotikus kémia törvényszerűségei alapján.

Az említett tulajdonságok valamelyikével rendelkező anyagok előállítása az emberiséget újabb technikai forradalom küszöbéhez vezetheti. Az új anyagok, az úgynevezett intelligens anyagok fejlesztése területén már eddig is számos eredmény született.