Θα ήθελα να αναρωτηθείτε
πώς νιώθετε όταν ακούτε τη φράση «οργανική χημεία»;
Τι σας φέρνει στο μυαλό;
Είναι ένα μάθημα που διδάσκεται σχεδόν σε κάθε πανεπιστήμιο
και ονομάζεται Οργανική Χημεία,
και είναι μια εξουθενωτική και ζόρικη εισαγωγή στο αντικείμενο,
ένας κατακλυσμός περιεχομένων που καταπνίγει τον φοιτητή,
που πρέπει να τα περάσεις με άριστα αν θες να γίνεις γιατρός, οδοντίατρος,
ή κτηνίατρος.
Γι' αυτό τόσοι πολλοί φοιτητές βλέπουν αυτό το μάθημα
ως ένα εμπόδιο στη σταδιοδρομία τους,
το τρέμουν και το μισούν
και το λένε μάθημα «καρμανιόλα».
Είναι πραγματικό απαίσιο
όταν ένα μάθημα αποτελεί απειλή για τους νέους ανθρώπους.
Κι αυτή η αντίληψη εξαπλώθηκε πέρα από τα πανεπιστήμια πριν πολύ καιρό.
Αυτές οι δύο λέξεις προκαλούν άγχος γενικά σε όλον τον κόσμο.
Τυχαίνει να αγαπώ αυτή την επιστήμη
και νομίζω ότι η στάση που τηρούμε προς αυτήν
είναι αδικαιολόγητη.
Δεν ωφελεί ούτε την επιστήμη ούτε την κοινωνία,
και δεν νομίζω ότι πρέπει να μείνει έτσι.
Δεν εννοώ ότι το μάθημα πρέπει να γίνει πιο εύκολο, σίγουρα όχι.
Αλλά ο τρόπος που αντιλαμβανόμαστε αυτές τις δύο λέξεις
δεν θα πρέπει να καθορίζεται από την εμπειρία των φοιτητών Ιατρικής,
που ομολογουμένως διάγουν μια ιδιαίτερα πιεσμένη περίοδο της ζωής τους.
Είμαι λοιπόν εδώ σήμερα επειδή πιστεύω
ότι η βασική γνώση της οργανικής χημείας έχει μεγάλη αξία
θεωρώντας ότι μπορεί να γίνει προσβάσιμη σε όλους,
και θα ήθελα να σας το αποδείξω σήμερα.
Θα μου επιτρέψετε να προσπαθήσω;
Κοινό: Ναι!
Τζέικομπ Μάγκολαν: Ωραία, πάμε λοιπόν.
(Γέλια)
Εδώ έχω μια αρκετά ακριβή ένεση EpiPen,
που περιέχει ένα φάρμακο που λέγεται αδρεναλίνη.
Η αδρεναλίνη μπορεί να επανεκκινήσει τον καρδιακό παλμό,
ή να σταματήσει μια θανάσιμη αλλεργική αντίδραση.
Μια τέτοια ένεση εδώ θα μας σώσει.
Είναι σαν να θέτουμε σε λειτουργία τον σωματικό μηχανισμό μάχης-ή-φυγής.
Ο καρδιακός παλμός και η πίεση θα αυξηθούν ώστε το αίμα να τρέξει στους μύες μου.
Οι κόρες των ματιών μου θα διογκωθούν. Θα αισθανθώ ένα κύμα δύναμης.
Η αδρεναλίνη έχει σώσει από τον θάνατο πάρα πολλούς ανθρώπους.
Είναι σαν ένα μικρό θαύμα που μπορείτε να κρατήσετε στα χέρια σας.
Ορίστε η χημική σύσταση της αδρεναλίνης.
Έτσι φαίνεται η οργανική χημεία.
Μοιάζει με γραμμές και γράμματα...
Χωρίς κανένα νόημα για τους περισσότερους.
Θα σας δείξω τι βλέπω εγώ όταν κοιτάζω αυτή την εικόνα.
Βλέπω ένα υπαρκτό αντικείμενο
που έχει βάθος και περιστρεφόμενα μέρη
και κινείται.
Το ονομάζουμε ένωση ή μόριο
και αποτελείται από 26 άτομα που συνδέονται με χημικούς δεσμούς.
Η μοναδική διάταξη αυτών των ατόμων δίνει στην αδρεναλίνη την ταυτότητα της,
αλλά στην πραγματικότητα κανείς δεν έχει δει κάτι τέτοιο,
επειδή είναι πολύ μικρό,
έτσι ας το αποκαλέσουμε καλλιτεχνική αποτύπωση,
και θέλω να σας εξηγήσω πόσο μικρό είναι.
Εδώ μέσα έχω λιγότερο από μισό μιλιγκράμ διαλυμένο σε νερό.
Έχει τη μάζα ενός κόκκου άμμου.
Ο αριθμός μορίων αδρεναλίνης εδώ μέσα είναι ένα πεντάκις εκατομμύριο.
Έχει 18 μηδενικά.
Είναι ένας δυσθεώρητος αριθμός.
Είμαστε 7 δισεκατομμύρια άνθρωποι πάνω στον πλανήτη;
Ίσως 400 δισεκατομμύρια άστρα στον γαλαξία μας;
Ούτε καν πλησιάζουν τον αριθμό.
Για να φτάσετε σε παρόμοιες ποσότητες
θα πρέπει να φανταστείτε κάθε κόκκο άμου
σε κάθε παραλία, σε κάθε ωκεανό και λίμνη,
και μετά να τους συρρικνώσετε όλους ώστε να χωρέσουν εδώ μέσα.
Η αδρεναλίνη είναι τόσο μικρή που ποτέ δεν θα τη δούμε,
ούτε με οποιοδήποτε μικροσκόπιο,
αλλά ξέρουμε πώς μοιάζει,
επειδή εμφανίζεται με κάποιες εξεζητημένες μηχανές
με εντυπωσιακά ονόματα
όπως «φασματόμετρο πυρηνικής μαγνητικής αντήχησης».
Έτσι, είτε το βλέπουμε είτε όχι, γνωρίζουμε αυτό το μόριο πολύ καλά.
Ξέρουμε ότι αποτελείται από τέσσερα διαφορετικά άτομα,
υδρογόνου, άνθρακα, οξυγόνου και αζώτου.
Αυτά είναι τα συνήθη χρώματα που χρησιμοποιούμε γι' αυτά.
Καθετί στο σύμπαν μας αποτελείται από μικρές σφαίρες
που ονομάζουμε άτομα.
Υπάρχουν περίπου 100 βασικά στοιχεία
και αποτελούνται από τρία μικρότερα σωματίδια:
πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια.
Τοποθετούμε αυτά τα άτομα σε αυτόν τον γνωστό πίνακα.
Δίνουμε στο καθένα ένα όνομα και έναν αριθμό.
Αλλά η ζωή όπως την ξέρουμε δεν τα χρειάζεται όλα,
μόνο αυτά, ένα μικρότερο υποσύνολο.
Υπάρχουν συγκεκριμένα τέσσερα μόρια που ξεχωρίζουν από το σύνολο
ως τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής,
τα οποία είναι αυτά ακριβώς που βρίσκονται στην αδρεναλίνη:
υδρογόνο, άνθρακας, άζωτο και οξυγόνο.
Αυτό που θα σας πω τώρα είναι το πιο σημαντικό κομμάτι.
Όταν αυτά τα άτομα ενώνονται για να σχηματίσουν μόρια,
ακολουθούν μια ομάδα κανόνων.
Το υδρογόνο φτιάχνει έναν δεσμό,
το οξυγόνο πάντα φτιάχνει δύο,
το άζωτο φτιάχνει τρεις
και ο άνθρακας τέσσερις.
Αυτό είναι όλο.
Υδ-Οξ-Αζ-Αν - 1,2,3,4.
Αν ξέρετε να μετράτε ως το τέσσερα και θυμάστε τα αρχικά Υδ-Οξ-Αζ-Αν
θα θυμάστε τα σθένη τους για όλη σας τη ζωή.
(Γέλια)
Εδώ έχω τέσσερα δοχεία με αυτά τα συστατικά.
Μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε για να φτιάξουμε μόρια.
Ας αρχίσουμε με την αδρεναλίνη.
Αυτοί οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων είναι φτιαγμένοι από ηλεκτρόνια.
Τα άτομα έχουν τα ηλεκτρόνια ως χέρια για να πιάνουν τους γείτονες.
Δύο ηλεκτρόνια σε κάθε δεσμό, όπως η χειραψία,
και όπως η χειραψία, ο δεσμός δεν είναι μόνιμος.
Μπορούν να αφήνουν ένα άτομο και να κάνουν δεσμό με άλλο.
Αυτό το λέμε χημική αντίδραση,
όταν ένα άτομο αλλάζει συντρόφους και φτιάχνει νέα μόρια.
Ο κύριος κορμός της αδρεναλίνης φτιάχνεται κυρίως από άτομα άνθρακα,
κάτι συνηθισμένο.
Ο άνθρακας είναι το πιο αγαπημένο δομικό στοιχείο της ζωής
γιατί κάνει πολλές χειραψίες
και με τη δύναμη ακριβώς που χρειάζεται.
Γι' αυτό ορίζουμε την οργανική χημεία ως τη μελέτη των ατόμων άνθρακα.
Τώρα, αν φτιάξουμε σύμφωνα με τους κανόνες τα μικρότερα άτομα που μπορούμε
αυτά τονίζουν τους κανόνες μας και έχουν οικεία ονόματα:
νερό, αμμωνία και μεθάνιο, H2O και NH3 και CH4.
Οι λέξεις «υδρογόνο», «οξυγόνο» και «άζωτο»
χρησιμοποιούνται για να ονομάσουν αυτά τα τρία μόρια
που έχουν δύο άτομα το καθένα.
Εξακολουθούν να τηρούν τους κανόνες,
επειδή έχουν έναν, δύο και τρεις δεσμούς μεταξύ τους.
Γι' αυτό το οξυγόνο λέγεται Ο2.
Μπορώ να σας δείξω την καύση.
Εδώ είναι το διοξείδιο του άνθρακα, CO2.
Πάνω από αυτό ας βάλουμε νερό και οξυγόνο και δίπλα του κάποιο εύφλεκτο καύσιμο.
Τα καύσιμα φτιάχνονται μόνο από υδρογόνο και άνθρακα.
Γι' αυτό τα λέμε υδατάνθρακες. Ευφυώς σκεπτόμενοι.
(Γέλια)
Έτσι όταν προσκρούσουν σε μόρια οξυγόνου,
όπως γίνεται στον κινητήρα ή στο μπάρμπεκιου,
απελευθερώνουν ενέργεια και αναδιοργανώνονται,
και κάθε άτομο άνθρακα καταλήγει στο κέντρο ενός μορίου CO2,
συνδέεται με δύο οξυγόνα,
και όλα τα υδρογόνα καταλήγουν ως συστατικά του νερού.
και όλοι τηρούν τους κανόνες.
Δεν είναι προαιρετικοί κανόνες,
ούτε κι για τα μεγαλύτερα μόρια,
όπως αυτά τα τρία.
Αυτή είναι η αγαπημένη μας βιταμίνη
δίπλα στο αγαπημένο μας φάρμακο,
(Γέλια)
και η μορφίνη έχει την πιο ενδιαφέρουσα ιστορία στην Ιστορία της Ιατρικής.
Σηματοδοτεί την πρώτη αληθινή νίκη της ιατρικής επί του σωματικού πόνου,
και κάθε μόριο έχει την ιστορία του,
και όλες έχουν δημοσιευθεί.
Γράφονται από επιστήμονες, και διαβάζονται από άλλους επιστήμονες,
έτσι έχουμε διαθέσιμες απεικονίσεις για να τις κάνουμε σε χαρτί,
και πρέπει να σας μάθω πώς να το κάνετε.
Ξαπλώνουμε λοιπόν την αδρεναλίνη πάνω στο χαρτί,
μετά αντικαθιστούμε τις σφαίρες με απλά γράμματα,
και ύστερα οι δεσμοί που βρίσκονται πάνω στη σελίδα
απλώς γίνονται κανονικές γραμμές,
κι οι δεσμοί που δείχνουν προς τα μπρος και προς τα πίσω
γίνονται μικρά τρίγωνα,
συμπαγή ή διακεκομμένα για να δείξουμε το βάθος.
Δεν ζωγραφίζουμε αυτούς τους άνθρακες.
Εξοικονομούμε χρόνο απλώς κρύβοντάς τους.
Αναπαριστούνται ως γωνίες ανάμεσα στους δεσμούς,
και επίσης κρύβουμε κάθε υδρογόνο που συνδέεται με έναν άνθρακα.
Ξέρουμε ότι είναι εκεί
κάθε φορά που ένας άνθρακας δείχνει λιγότερους από τέσσερις δεσμούς.
Το τελευταίο που κάνουμε είναι οι δεσμοί μεταξύ OH και NH.
Τους εξαφανίζουμε για να είναι πιο ξεκάθαρο,
και μόνο αυτά χρειάζονται.
Αυτός είναι ο επαγγελματικός τρόπος σχεδιασμού των μορίων.
Αυτά βλέπετε στις σελίδες της Βικιπαίδεια.
Θέλει λίγη εξάσκηση αλλά νομίζω ότι όλοι μπορούν να το κάνουν,
αλλά για σήμερα, αυτή είναι η αδρεναλίνη.
Επίσης ονομάζεται επινεφρίνη. Είναι ένα και το αυτό.
Εκκρίνεται από τα επινεφρίδια.
Αυτό το μόριο κολυμπά παντού μέσα στο σώμα σας αυτή τη στιγμή.
Είναι ένα φυσικό μόριο.
Αυτό το EpiPen απλώς θα σας δώσει ένα επιπλέον πεντάκις εκατομμύριο.
(Γέλια)
Μπορούμε να πάρουμε την αδρεναλίνη
από τα επινεφρίδια αιγοπροβάτων
αλλά αυτή δεν προέρχεται από εκεί.
Φτιάχνουμε αυτή την αδρεναλίνη σε εργοστάσιο
συρράπτοντας μικρότερα μόρια που προέρχονται κυρίως από το πετρέλαιο.
Κι αυτό είναι 100% συνθετικό.
Η λέξη «συνθετικό» μας ανησυχεί λίγο.
Δεν είναι σαν το «φυσικό» που μας εμπνέει ασφάλεια.
Αλλά αυτά τα δύο μόρια δεν έχουν απολύτως καμιά διαφορά.
Εδώ δεν μιλάμε για δύο αυτοκίνητα που βγαίνουν από τη γραμμή παραγωγής.
Το αυτοκίνητο ίσως έχει μια γρατζουνιά
αλλά όχι το άτομο.
Αυτά τα δύο είναι πανομοιότυπα, σχεδόν ταυτόσημα από μαθηματική άποψη.
Στην ατομική κλίμακα, τα μαθηματικά κυριολεκτικά αγγίζουν την πραγματικότητα.
Και ένα μόριο αδρεναλίνης...
δεν έχει μνήμη της προέλευσής του.
Είναι αυτό που είναι,
κι εφόσον το έχετε,
οι λέξεις «φυσικό» και «συνθετικό» δεν έχουν καμία σημασία,
και η φύση συνθέτει αυτό το μόριο ακριβώς όπως κι εμείς,
μόνο που η φύση τα καταφέρνει καλύτερα από εμάς.
Πριν υπάρξει ζωή πάνω στη Γη
όλα τα μόρια ήταν μικρά και απλά:
διοξείδιο του άνθρακα,νερό, άζωτο...
απλά πράγματα.
Η ζωή τα άλλαξε όλα αυτά.
Η ζωή έφερε βιοσυνθετικά εργοστάσια που τροφοδοτούνται από τον ήλιο,
και μέσα σ' αυτά τα εργοστάσια τα μικρά μόρια συγκρούονται με άλλα
και γίνονται μεγαλύτερα: υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα,
ένα πλήθος από εκπληκτικές δημιουργίες.
Η φύση είναι ο πρώτος οργανικός χημικός,
και η παραγωγή της γεμίζει ακόμη και τον ουρανό μας
με το υψηλής ενέργειας οξυγόνο που αναπνέουμε.
Όλα αυτά τα μόρια είναι εμποτισμένα με την ηλιακή ενέργεια.
Την αποθηκεύουν σαν μπαταρίες.
Έτσι η φύση είναι φτιαγμένη από χημικά.
Ίσως με βοηθήσετε να ανακτήσουμε τη λέξη «χημικό»,
γιατί μας την έχουν κλέψει.
Δεν σημαίνει «τοξικό», δεν σημαίνει «βλαβερό»,
και δεν σημαίνει «αφύσικο» ή «φτιαγμένο από τον άνθρωπο».
Απλώς σημαίνει «ουσία», εντάξει;
(Γέλια)
Δεν γίνεται να φτιάξουμε κάρβουνο χωρίς χημικά.
Είναι παράλογο.
(Γέλια)
Και θέλω να δούμε μία ακόμη λέξη.
Η λέξη «φυσικό» δεν σημαίνει «ασφαλές»
και όλοι το γνωρίζετε.
Πολλά από τα χημικά της φύσης είναι αρκετά τοξικά,
και άλλα είναι εύγευστα,
και κάποια είναι και τα δύο...
(Γέλια)
και τοξικά και εύγευστα.
Ο μόνος τρόπος να δούμε αν κάτι είναι βλαβερό
είναι να το δοκιμάσουμε,
και φυσικά δεν εννοώ να το δοκιμάσετε εσείς.
Επαγγελματίες τοξικολόγοι: ναι, υπάρχουν.
Έχουν καλή εκπαίδευση
και πρέπει να τους εμπιστεύεστε όπως εγώ.
Τα μόρια της φύσης είναι παντού,
μαζί κι αυτά που αποσυντέθηκαν
κι έγιναν το μαύρο μίγμα που ονομάζουμε πετρέλαιο.
Διυλίζουμε αυτά τα μόρια.
Δεν έχουν τίποτα αφύσικο.
Τα ραφινάρουμε.
Η εξάρτησή μας από την ενέργεια -
αυτό σημαίνει ότι καθένας από αυτούς τους άνθρακες γίνεται ένα μόριο CO2.
Αυτό είναι αέριο του θερμοκηπίου που μας αναστατώνει το κλίμα.
Δεν ξέρω, ίσως κάποιοι άνθρωποι γνωρίζοντας χημεία
να μπορέσουν να δεχθούν ευκολότερα την πραγματικότητα,
αλλά αυτά τα μόρια δεν είναι απλώς ορυκτά καύσιμα.
Είναι επίσης η πιο φθηνή διαθέσιμη πρώτη ύλη
για να κάνουμε αυτό που αποκαλούμε «σύνθεση».
Τα χρησιμοποιούμε σαν τουβλάκια LEGO.
Έχουμε μάθει πώς να τα συνδέουμε και να τα αποσυναρμολογούμε με σιγουριά.
Έχω κάνει κι εγώ πάρα πολλά,
κι ακόμη το βρίσκω εκπληκτικό ακόμη και δυνατό.
Αυτό που κάνουμε είναι σαν να συναρμολογούμε LEGO
ρίχνοντας ποσότητες από αυτά μέσα σε πλυντήρια,
αλλά έχει αποτέλεσμα.
Μπορούμε να φτιάξουμε ακριβή αντίγραφα μορίων της φύσης, όπως η αδρεναλίνη,
ή να δημιουργήσουμε εντελώς νέα δικά μας από το μηδέν, όπως αυτά τα δύο.
Ένα απ' αυτά ανακουφίζει τα συμπτώματα της πολλαπλής σκλήρυνσης,
το άλλο θεραπεύει το λέμφωμα Τ-κυττάρων, μια μορφή καρκίνου του αίματος.
Ένα μόριο με κατάλληλο σχήμα και μέγεθος είναι σαν κλειδί σε κλειδαριά,
και όταν ταιριάζει, εμπλέκεται στην χημεία μιας νόσου.
Έτσι λειτουργούν τα φάρμακα.
Φυσικά ή συνθετικά μόρια,
όλα απλώς τυγχάνει να ταιριάζουν ακριβώς σε κάποιο σημαντικό μέρος.
Αλλά η φύση τα κατασκευάζει πολύ καλύτερα από εμάς,
έτσι τα δικά της είναι πιο εντυπωσιακά,
όπως αυτό εδώ.
Λέγεται βανκομυκίνη.
Η φύση έδωσε δύο άτομα χλωρίου σε αυτό το μεγαλοπρεπές τέρας
να τα φοράει σαν σκουλαρίκια.
Ανακαλύψαμε τη βανκομυκίνη στη λάσπη της ζούγκλας του Βόρνεο το 1953.
Φτιάχνεται από βακτήρια.
Δεν μπορούμε να τη φτιάξουμε οικονομικά στο εργαστήριο.
Παραείναι πολύπλοκο για εμάς, έτσι τη συλλέγουμε από τη φυσική της πηγή,
γιατί είναι ένα από τα πιο ισχυρά αντιβιοτικά μας.
Νέα μόρια καταγράφονται στη βιβλιογραφία κάθε μέρα.
Και τα φτιάχνουμε ή τα βρίσκουμε σε κάθε σημείο του πλανήτη.
Από αυτά φτιάχνονται τα φάρμακα
και γι' αυτό οι γιατροί μας κάνουν θαύματα
(Γέλια)
και θεραπεύουν θανάσιμες μολύνσεις και οτιδήποτε άλλο.
Ο παθολόγος σήμερα είναι σαν τον ιππότη του παραμυθιού.
Δίνει μάχες με ψυχραιμία και θάρρος,
αλλά και με καλό εξοπλισμό.
Ας μην λησμονούμε λοιπόν τον ρόλο του σιδερά σε αυτή την εικόνα,
γιατί χωρίς τον σιδερά τα πράγματα θα ήταν λίγο διαφορετικά.
(Γέλια)
Αλλά αυτή η επιστήμη είναι κάτι πολύ παραπάνω από την Ιατρική.
Ασχολείται με έλαια, διαλύτες, αρώματα, υφάσματα, όλα τα πλαστικά,
τα μαξιλάρια που κάθεστε αυτή τη στιγμή -
όλα κατασκευάζονται κατά κύριο λόγο από άνθρακα,
έτσι όλα είναι οργανική χημεία.
Είναι μια επιστήμη με πολύ περιεχόμενο.
Παρέλειψα πολλά σήμερα:
φώσφορο, θείο, και τα άλλα άτομα,
και γιατί συνδέονται με τον δικό τους τρόπο,
τη συμμετρία
και τα ελεύθερα σθένη,
και τα άτομα με φορτίο,
τις αντιδράσεις και τους μηχανισμούς τους, και ούτω καθεξής,
κι η σύνθεση θέλει πολύ χρόνο για να τη μάθεις.
Αλλά, φίλοι μου, δεν ήρθα για να σας διδάξω οργανική χημεία -
ήθελα απλώς να σας την δείξω,
και είχα πολλή βοήθεια σήμερα από έναν νεαρό, τον Γουέστον Ντούρλαντ,
που τον έχετε ήδη δει.
Είναι προπτυχιακός φοιτητής Χημείας,
κι επίσης τυγχάνει να είναι πολύ καλός με τα γραφικά υπολογιστών.
(Γέλια)
Ο Γουέστον σχεδίασε όλα τα κινητά μόρια
που είδατε σήμερα.
Μαζί θελήσαμε να κάνουμε παρουσίαση με τη χρήση των γραφικών
να βοηθούν να μιλήσουμε γι' αυτή την πολύπλοκη επιστήμη.
Αλλά ο κύριος σκοπός μας ήταν απλώς να σας δείξουμε
ότι η οργανική χημεία δεν είναι κάτι που πρέπει να φοβάστε.
Στην ουσία της είναι ένα παράθυρο
από το οποίο η ομορφιά του φυσικού κόσμου φαντάζει πιο όμορφη.
Σας ευχαριστώ.
(Χειροκρότημα)