Niti od ulančanih molekula – za kirurški konac

Sjećam se davnih, davnih dana kada sam među prvim studentima učio modernu organsku kemiju što ju je tek počeo predavati na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu sada već pokojni profesor Dionis Sunko. Kažem „modernu“ jer se kemija više nije učila u stilu „prva četa marširala, marširala…“, dakle bubanjem formula organskih spojeva, njihovih svojstava i reakcija, nego su se prije svega učila načela koja određuju strukturu molekula. Iz načela su proizlazile strukture, iz struktura mehanizmi reakcija, a iz mehanizama odgovori na pitanja kako i zašto nešto s nečim reagira, ako reagira. Novost je bio i udžbenik, na engleskom jeziku, a u njemu prvo što se moglo vidjeti, na unutrašnjim stranicama ovitka, bilo je mnoštvo struktura molekula organskih spojeva napisanih (točnije: nacrtanih) u obliku kontura, dakle bez pisanja simbola atoma. Na jednoj su stranici bile molekule koje su već sintetizirane, a na drugoj one koje (još) nisu. Bilo je tu svega i svačega – među njima i molekula nalik na križ na švicarskoj zastavi (koja će poslije dobiti ime helvetan) i molekula nalik na Židovsku zvijezdu (Davidov štit), koju će  kemičari nazvati izraelan. (Dakako, to su trivijalna imena; sustavno ime tih spojeva teško je i izgovoriti, a kamoli napisati.)

Vrijeme ide, povijest teče svojim tokom: danas su takve molekule svakodnevnica kemijskog laboratorija. Jedna od njih, ili – točnije – više  njih, pojavila se početkom ove godine  i na stranicama časopisa Chem izdavača Cell Press. Autori članka „Metal-peptide torus knots from flexible short peptides (Metal-peptidni prstenasti čvorovi od savitljih kratkih peptida)“ su trojica Japanaca. Oni su uspjeli ispreplesti molekule, čak od njih napraviti karike u lancu. Kako im je to uspjelo? 

Riječ je o tome da su se sjetili povezati kratke peptidne lance, ali ne peptidnom vezom (–CO–NH–),  kojom su aminokiseline povezane u molekulama proteina, nego ionima srebra, Ag+. Uzeli su tripeptid najjednostavnije aminokiseline, glicina (H2NCH2COOH, G), i na krajeve molekule, GGG,  vezali dvije molekule piridina, Py. Ioni srebra rado se vežu na atome dušika, posebice kada se nalaze u benzenskom prstenu (kao u piridinu) i – još važnije – Ag+ ima koordinacijski broj 2, što znači da sa svake strane veže po jednu piridinom modificiranu molekulu GGG. Nastaje lanac, ali ne bilo kakav lanac.

Kada su japanski kemičari pomiješali otopinu Py–G–G–G–Py s otopinom srebrove soli AgNTf2 (srebrov bis(trifluormetansulfonil)imid) u nitrometanu dobili su, nakon što je otopina polako ishlapila, kristale u kojima je sedam molekula Py–G–G–G–Py i isto toliko iona Ag+ bilo povezano u prstenastu strukturu – strukturu tipa 71.  Zašto baš tako? Na to pitanje znanstvenici ne znaju do kraja odgovoriti, no znaju da je riječ o međuigri triju vrsta interakcija unutar čvornate molekule. To su prije svega vodikove veze tipa NH···O=C, kakve su uobičajene unutar molekula peptida, zatim slaganje (stacking) piridinskih prstena, što se vidi kod nukleinskih kiselina, i na kraju sekundarne veze iona Ag+ s peptidnim lancem.

No kako bilo da bilo, riječ je o vrlo osjetljivoj strukturi. Kažem to zato jer kada su umjesto AgNTf2 u otopinu stavili jednu drugu sol srebra, AgPF6, dobili su molekulu s jednim čvorom više, molekulu 81. No to nije sve.

Metodom nuklearne magnetske rezonancije, NMR (koja se u kemiji rabila mnogo prije, a danas se rabi mnogo češće nego u medicini) otkrili su da u otopini postoji mnogo vrsta čvornatih molekula, no koje će molekule dobiti u čvrstom stanju ovisi o uvjetima kristalizacije. I eto, kada su postigli dobre uvjete (otapalo, pH i srebrova sol, u ovom slučaju AgNTf2) dobili su nakon dva tjedna pri temperaturi od 10 oC kristale nečega što nije bilo ništa drugo nego – lanac.

Karike lanca čine dvije molekule Py–G–G–G–Py povezane dvama ionima Ag+. Karike su jedva nanometar široke – trebalo bi ih spojiti dobar milijun da se napravi „lančić“ od jednog milimetra. Taman za mravlji vrat.

No nije sve to napravljeno zato da bi se mravice mogle kititi (nota bene, mravi su neplodne ženke), a ni zato – kao što reče nestor hrvatske kemije Fran Bubanović – da bi kemičari vidjeli što će se iz njihova jaja izleći. Tehnološka se primjena, istina, još ne vidi, no jasno je da bi se od takvih molekula mogli izrađivati kirurški konci i implantati. Budući da se sastoje od aminokiselina, mogli bi se u tijelu razgraditi, a pritom oslobođeni ioni srebra sprječavali bi infekcije. (Baktericidno djelovanje  srebra bilo je poznato, da spomenemo i to, još starim Rimljanima.)

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti.  Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,  a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.