субота, 29. новембар 2014.

Da li je leva ili desna strana prava strana?








Još polovinom 19. veka je Luj Paster, izumitelj vakcine protiv besnila, otkrio da se nešto čudno dešava kada polarizovana svetlost prođe kroz neke rastvore. Linearno polarizovana svetlost se razlikuje od obične jer kod nje elekromagnetno polje osciluje u samo jednom pravcu. Paster je otkrio da postoji različiti kristali iste supstance, što se vidi kada polarizovana svetlost osvetli rastvor u kome se ove supstance nalaze.

Tada ta svetlost skreće na levo ili desno. Na koju stranu skreće zavisi od toga kako molekul od koga se odbija svetlost izgleda. Molekul se sastoji od raznih atoma koji su vezama spojeni u jednu celinu. U molekulu ovi atomi mogu biti ponekad rasporedjeni različito i nemoguće je jedan raspored pretvoriti u drugi. Ti molekuli su isti u svakom pogledu osim što su preslikani kao u ogledalu. Ova osobina molekula se zove hiralnost. Tako, poput slike u ogledalu, imamo levu i desnu orijentaciju molekula, poput leve i desne rukavice.



Kakve ovo veze ima sa životom? Sva živa bića, počev od bakterija do nas, imaju genetski materijal, proteine i razne šećere. Svi proteini se sastoje od organskih jedinjenja koje se nazivaju aminokiseline. Sve aminokiseline koje postoje u živim organizmima su levo orijentisane ( levoruke ili L-aminokiseline), a svi šećeri su desno orijentisani ili D-šećeri. Organizmi ne mogu da koriste D-aminokiseline ili L-šećere.
strana1


 Ukoliko se koriste i leve i desne varijante molekula, DNK ne može formirati poznati dvostruki heliks. Enzimi koji omogućuju funkcionisanje ćelija u svakom živom organizmu se sastoje od proteina. Proteini, ukoliko se naprave od aminokiselina različite hiralnosti, se ne mogu saviti u oblik koji treba pa time enzimi ne bi mogli funkcionisti na odgovarajući način i ne mogu, na primer,rastvarati D-šećere da se proizvede energija. Ćelije ne mogu preživeti ukoliko ima molekula različite orijentacije.


Najintrigantnije od svega je to što mi ne znamo kako da proizvodimo bilo samo levo ili samo desno orijentisane molekule već samo mešavine obe varijante. Samo ekstrakcijom iz organskog materijala dobijamo molekule jedne orijentacije. Zamislite samo da možemo da pravimo samo šećere određene orijentacije. Mogli biste da jedete slatkiše napravljene od L-šećera koliko hoćete i ne biste ni gram dobili, jer naš organizam ne može da iskoristi taj šećer.
strana3
Zašto život koristi samo L-aminokiseline? Kao da imate punu fioku samo levih rukavica i njih samo koristite a da desne nećete ni da pogledate. Nema organizma koji ne koristi ovakvu orijentaciju i pri tom raznovrsnost živog sveta vodi poreklo od jednoćeliskog organizma. Logično je pretpostaviti da su, tamo negde pre tri milijarde godina, prvi organizmi prihvatili L-aminokiseline a da su svi njihovi potomci, složeniji ili ne, nasleđivali taj izbor. Kako obe varijante aminokiselina isto reaguju hemijski i po tom osnovu je svejedno koju bi prvi organizmi koristili, to znači da je prvim organizmima bilo lakše na neki drugi način da iskoriste L-orijentaciju.


 Hemijski i fizički ovi molekuli reaguju isto, ne mogu se razlikovati ( i leva i desna rukavica su iste, stavljaju se na ruke i služe da zaštite šaku). Jedino što različito orijentisani molekuli svetlost odbijaju različito. Sve hemijske reakcije u kojima nastaju ovakvi molekuli ne prave razliku između različitih oblika. Šta više, podjednako nastaje isti broj i levo i desno orijentisanih molekula i treba posebnim postupcima odvojiti jedne od drugih. Ova osobina, hiralnost se javlja i kod jedinjenja koje imaju ugljenik u sebi zbog veza koji taj ugljenik pravi. Stoga se hiralnost javlja u organskoj hemiji.

Lakše bi bilo samo ako je bilo više L-aminokiselina. Pa se pitanje produbljuje: otkud više L-aminokiselina kada obe varijante podjednako nastaju? E tu se naučnici koji se bave nastankom života na Zemlji ne slažu. Iako je ovo pitanje naizgled sporedno za nastanak života, veći problemi nastanka postoje, mnoge teorije su u igri. Generalno se svi slažu da uzrok veće količine L-aminokiselina ne leži na Zemlji nego u svemiru. U prilog tome govore sastavi meteorita koji su pali na Zemlju. Svi oni imaju višak L-aminokiselina od 8-15% u odnosu na D-aminokiseline. Pošto su asteroidi ostaci nastanka Sunčevog sistema od pre četiri milijarde godina to znači da se ova neravnoteža proteže na vreme kad naše planete nije ni bilo, a kamoli života na njoj.

Jedni pokušavaju da reše enigmu time što pokušavaju da pokažu da su L-aminokiseline lakše formiraju zbog nuklearnih sila jezgara u atomima koje čine molekul. Tako bi, iako se D i L aminokiseline hemijski ne razlikuju, one bile različite zbog druge interakcije, nuklearne. Izračunati da li je to tačno zahteva ogromni napor i ne daje baš čvste dokaze u prilog ovog mišljenja, bar za sada.

strana4Možda jesu u našem sistemu nastale obe varijante u isto vreme i u jednakim količinama, ali treba videti postoji li način da se jedna varijanta razori i time ostvari razlika u količinama. Moguće je da posebno polarizovana svetlost reaguje sa elektronima u jedinjenju, i tako selektivno razara molekule jedne varijante. Lepo zvuči objašnjenje, jedino što je potrebna posebno polarizovana ultraviolenta svetlost velike energija, a to se ne nalazi na svakom koraku u našoj galaksiji.

Zbog toga, najnovija teorija zanemaruje ovaj efekat i u igru ubacuje enormna polja i mlazeve visokoenergetskih čestica. Oni deluju na protoplanetarne gasove koji sadrže orijentisane molekule. Iz tih gasova i prašine će jednom nastati nove planete. Takva polja i energije čestica se mogu ostvariti samo kad zvezde eksplodiraju u supernovama. Supernova je spektakularna smrt velike zvezde. Zvezda koja istroši svoje gorivo, ne može da izbalansira pritisak i njena unutrašnjost se urušava u samu sebe, usled gravitacije. Od zvezde postaje ili neutronska zvezda ili crna rupa dok se omotač zvezde širi velikom brzinom pun visoko energetskih čestica. Stvoreno magnetno polje koje liči na zemljino samo je mnogo, mnogo jače, deluje na atome azota koji se nalaze u aminokiselinama.
strana5
Ovo polje tera azot da se usmeri u pravcu tog polja i time natera molekul koji sadrži azot da zarotira. U zavisnosti od orijentacije, molekul će zarotirati u levo ili desno. Sad u igru ulaze neki procesi koji se odvijaju u sudarima elementarnih čestica ( slično kao u LHC-u kod Ženeve) koji kažu da će azot usmeren na jednu stranu pre stradati nego usmeren na drugu. Zbog toga će pre molekul jedne orijentacija nestati. Otud, komplikovanim procesom koji uključuje fiziku elementarnih čestica dolazimo do viška L-aminokiselina koje su kasnije učestvovale u pojavljivanju života na Zemlji.

Znači, tokom miliona godina, eksplozije zvezda u blizini su menjale sastav oblaka gasa i prašine iz koga je nastao Sunčev sistem. Postoje i drugi scenariji nastanka ovog viška, koji opet uključuju nuklearne procese koji se odvijaju na atomima u aminokiselinama, ali ovaj put bez kataklizmatičnih crnih rupa i supernova. Ove scenarije nameravaju proveriti pravljenjem mikrokomete u laboratoriji od hemijskih jedinjenja od kojih se sastoje prave komete i izlaganju ovog modela uslovima koji se nalaze u dubokom svemiru.

Za sada je sve u igri ali će stvari postati jasnije 2014-te kada evropska sonda Rozeta bude ispitala sastav jedne kometu koja je stara kao Sunčev sistem i koja sigurno nije kontamirana zemaljskim jedinjenjima. Tada će biti jasnije u kom pravcu treba tražiti odgovor na pitanje koje prati život još od doba kada je Zemlja bila mlada, a u morima ni nalik današnjim, plivali prvi organizmi koji će milijardama godina kasnije imati potomke, nas, da se pitamo na koji način smo nastali i da li su smrti zvezda doprineli nastanku života na Zemlji.

1 коментар: