„Хемија кликова“ еколошки начин спајања молекула вредан Нобелове награде за хемију

Керолин Бетоци са Универзитета Станфорд у САД, Мортен Мелдал са Универзитета у Копенхагену у Данској и К. Бери Шарплес из Института за биомедицинске науке у Калифорнији, поделиће награду од 10 милиона шведских круна (921.000 евра) „за развој хемије кликова и биоортогоналне хемије“.

Хемија је створила савремени свет – од лекова до синтетичких материјала, од батерија до горива, од равних екрана до ђубрива. Међутим, већина ових хемијских изума изазивају бројне еколошке и медицинске проблеме. Два очигледна примера су загађење пластиком и здравствени проблеми повезани са „вечним хемикалијама“.

Дакле, данас су хемичари акутно свесни потребе да размотре животну средину и утицај својих проналазака на здравље. Ово је навело научнике да пажљиво размотре како да уводе иновације на еколошки прихватљив и одржив начин, док стварају нова једињења и материјале за будуће изазове, објашњава проф. др Марк Лурч са Универзитета у Халу.

Изградња нових молекула је јако компликована. Често захтева мноштво узастопних појединачних хемијских реакција, од којих је свака наредна додатно отежана споредним реакцијама које смањују чистоћу узорка. Ово повећава број и сложеност свих даљих корака реакције, и уједно производи штетни отпад који захтева пажљиво и скупо одлагање.

Како се то десило

Решење за овај проблем осмислио је Бери Шарплес на прелазу миленијума. Он је и сковао термин „хемија кликова“. То је концепт у којем се молекули једноставно, брзо, поуздано и више пута спајају заједно на исти начин као што сигурносни појас у колима увлачимо у исту копчу. Идеја је била да се направи хемијски еквивалент америчког плакара, док су остали хемичари правили намештај од нуле.

Шарплес је такође одредио да реакције клика треба да се изводе у води, уместо у штетним растварачима које хемичари обично користе. Ово је био фантастичан концепт јер би омогућио брзо, поуздано и еколошки прихватљиво стварање молекула за нове производе.

Али изазов је био прављење хемијских „појасева“ и „копчи“. Први пример хемије кликова осмислио је Мортен Мелдал 2008. док је радио на добро проученој реакцији између две хемикалије – азида и алкина. Они се често користе за спајање других хемикалија, али обично производе прљаве споредне реакције. Али када је додат бакар, реакцијом је добијен један, невероватно стабилан производ.

Ова хемијска реакција је постала изузетно популарна јер је омогућила хемичарима да брзо и лако промене функционалност хемикалије или материјала. Влакно би могло имати хемијску „копчу“ причвршћену током производње и касније би се могле додавати друге функције. Реакција је олакшала улазак у антибактеријска средства, једињења за заштиту од ултраљубичастог зрачења или супстанце које проводе струју.

Године 2004. Керолин Бертоци је направила корак даље у хемији кликова применом принципа на биолошки проблем. Уобичајена техника за проучавање понашања молекула у ћелији је причвршћивање флуоресцентног, светлећег маркера који је јасно видљив под микроскопом. Међутим, повезивање маркера за одређени део ћелије је јако компликовано.

Бертоци је схватила да хемија кликова нуди решење. Нажалост, бакар, који се користи у Мелдаловој оригиналној методи хемије кликова, токсичан је за жива бића, тако да се не може директно применити на ћелије. Уместо тога, смислила је технику која функционише без употребе бакра.

Причврстила је азидну „копчу“ на молекул шећера. Она се апсорбује у ћелији, уграђује и остаје на површини. Модификовани алкалин (клип) повезан са зеленим флуоресцентним молекулом се затим додаје у ћелију где „кликне“ на азидни шећер. Тада се ћелија може лако пратити под микроскопом.

Захваљујући овој техници Бартоцијеве откривено је како туморске ћелије избегавају наш имуни систем и помогло је у развоју метода за праћење ћелија рака. Такође је помогла да се радиотерапија усмери директно на ћелије рака, смањујући оштећење околних здравих ћелија.

Хемија кликова је елегантна и ефикасна. То је омогућило да се хемикалије споје готово једнако глатко као када се два блока лего коцкица саставе. Њена једноставност је довела до брзог ширења примене у фармацеутским производима, секвенцирању ДНК и материјалима са додатном функционалношћу (као што су магнетни и електрични). Нема сумње да ће се примена ове технике проширити и бити примењена на горуће проблеме који муче свет.