Szeretném, ha feltennék maguknak a kérdést:
mi jut eszükbe a "szerves kémia" szavakról?
Mire gondolnak?
Majdnem minden egyetem indít kurzust
Szerves kémia címmel.
Ezek nehézkesen, fárasztóan vezetnek be a témába,
elárasztva információval a diákokat,
akiknek teljesíteni kell, ha orvosok, fogorvosok,
vagy állatorvosok akarnak lenni.
Ezért gondolják sokan erről a tudományról,
hogy csak nyűg, akadály,
ezért félnek tőle, utálják
és hívják buktatótárgynak.
Milyen kegyetlen ez a tárgy,
hogy fiatalokat buktat.
Ez a hozzáállás pedig rég kijutott az egyetemi falakon túlra.
E két szó általában szorongást vált ki.
Én történetesen szeretem ezt a tudományt,
és ezért elfogadhatatlannak tartom
ezt a helyzetet.
Nem jó sem a tudománynak, sem a társadalomnak,
és nem hiszem, hogy így kell maradnia.
Nem arra gondolok, hogy a tárgyat könnyebbé kellene tenni. Nem.
De az e két szó által keltett érzéseket
ne orvosis hallgatók élményei befolyásolják,
akik amúgy is egy elég zaklatott életszakaszban vannak.
Azért vagyok ma itt,
mert a szerves kémiai alapismeretek szerintem értékesek,
és mindenki által elérhetővé tehetők,
ahogy ezt ma be is fogom bizonyítani.
Megengedik?
Közönség: Igen!
Jakob Magolan: Rendben, kezdjük.
(Nevetés)
Ez itt egy túlárazottnak mondott EpiPen.
Epinefrint tartalmaz.
Az epinefrin újra tudja indítani a szívverésem,
vagy képes leállítani egy életveszélyes allergiás reakciót.
Egy injekció ezzel pont ezt teszi.
Olyan, mintha elfordítanánk az indítókulcsot
a testem megszoksz-vagy-megszöksz masináján.
A pulzusom és vérnyomásom felmenne, hogy a vér eljusson az izmaimba.
A pupilláim kitágulnának. Erősnek érezném magam.
Az epinefrin jelenti sokaknak a különbséget élet és halál között.
Ez egy csoda, ami elfér a kezedben.
Ez az epinefrin kémiai felépítése.
Így néz ki a szerves kémia.
Vonalak és betűk...
A többségnek nem sokat mond.
Elmesélem, én mit látok ezen a képen.
Egy fizikai objektumot látok,
aminek mélysége van és forgatható részei,
és mozog.
Ezt vegyületnek vagy molekulának hívjuk,
és 26 atom, melyeket kötések tartanak össze.
Az atomok egyedi elhelyezkedése adja az epinefrin lényegét,
de ilyen formában senki sem látta még,
mert nagyon kicsi,
ezért hívjuk ezt inkább egy művészi interpretációnak,
én pedig elmagyarázom, mennyire apró is.
Kevesebb mint fél milligramm van feloldva ebben.
Egy homokszemnyi mennyiség.
Ebben 1 trillió epinefrinmolekula van.
Tíz a tizennyolcadikon.
Elképzelni is nehéz ezt a számot.
A földön hétmilliárdan vagyunk.
400 milliárd csillag van a galaxisban.
Ez sokkal több.
Ha a jó nagyságrendet keressük,
el kellene képzelnünk az összes homokszemet
az összes strandon, az összes óceán és tó alján,
és lekicsinyíteni őket, hogy beférjenek ide.
Az epinefrin olyan kicsi, hogy soha nem fogjuk látni,
semmilyen mikroszkóppal,
de mégis ismerjük a formáját,
mert megmutatkozik olyan kifinomult gépekben,
mint a
"mágneses magrezonancia spektrométer".
Ha látható, ha nem, jól ismerjük a molekulát.
Tudjuk, hogy négy különféle atom alkotja:
hidrogén, szén, oxigén és nitrogén.
Általában ezekkel a színekkel ábrázoljuk őket.
Az univerzumban minden
atomoknak nevezett kis gömbökből áll.
Körülbelül száz ilyen alapelemből,
ami ugyanabból a három részecskéből épül fel:
protonból, neutronból és elektronból.
Ebbe az ismerős táblázatba rendezzük az atomokat.
Mindegyiknek van neve és száma.
De az élethez nincs szükség mindegyikre,
csak erre a kisebb halmazra.
És ez a négy atom különösen kiemelkedik a többi közül,
ezek a fő építőelemek,
és ezt a négyet találjuk az epinefrinben is:
hidrogén, szén, nitrogén és oxigén.
A következő rész a legfontosabb.
Mikor ezek az atomok molekulává állnak össze,
szabályokat követnek.
A hidrogén egy kötést alkot,
az oxigén kettőt,
a nitrogén hármat,
a szén pedig négyet.
Ennyi.
HONC -- egy, kettő, három, négy.
Ha el tudsz számolni négyig, és elgépelni azt, hogy "konc",
egy életre megjegyezted.
(Nevetés)
Itt van négy edény ezekkel a hozzávalókkal.
Építsünk belőlük molekulákat.
Kezdjük az epinefrinnel.
Az atomok közötti kötések elektronokból állnak.
Az atomok az elektronokon keresztül kapaszkodnak a szomszédaikba.
Minden kötés két elektron.
Akár egy kézfogás, a kötés sem állandó.
Elengedhetik egymást és elkaphatnak másokat.
Ezt kémiai reakciónak hívjuk -
mikor az atomok partnert cserélnek és új molekulát formálnak.
Az epinefrin gerincét főként szénatomok adják,
ami nem kirívó.
A szén az élet legnépszerűbb építőköve,
mert elég sok kezet fog meg,
pont elég erősen.
Ezért a szerves kémia a szénvegyületek vizsgálata.
Ha megépítjük a legkisebb, még e szabályok szerint működő molekulákat,
azok kidomborítják a szabályokat, és ismerősek is:
víz, ammónia és metán. H2O, NH3 és CH4.
Azt is hidrogénnek, oxigénnek és nitrogénnek hívjuk,
amikor ezek a molekulák
kettesével állnak össze.
Ugyanazok a szabályok,
mert egy, kettő és három kötés van köztük.
Ezért hívjuk az oxigént O2-nek.
Megmutatom az égést.
Ez a szén-dioxid, CO2.
Helyezzünk fölé vizet és oxigént, mellé pedig némi gyúlékony anyagot.
Ez az anyag csak hidrogénből és szénből áll.
Ezért hívjuk szénhidrogénnek. Nagyon kreatívak vagyunk.
(Nevetés)
Mikor ezek oxigénmolekulákba ütköznek,
mint a motorban vagy a grill tetején,
energia szabadul fel,
és a szénatomok bekerülnek a CO2 molekulába,
a két oxigén közé,
a hidrogénatomok pedig a vízbe,
és mindenki követi a szabályokat.
Nem opcionálisak,
még a nagyobb molekuláknak sem,
mint ez a három.
Ez a kedvenc vitaminunk
és a kedvenc drogunk,
(Nevetés)
a morfium pedig az orvostörténet egyik legfontosabb felfedezése.
Az orvostudomány első győzelme a fizikai fájdalom fölött,
mert minden molekulának van története,
és mindet publikálták is.
Tudósok írják meg a történetüket más tudósoknak,
akik egyszerűen próbálják ábrázolni őket,
ezt megtanítom most önöknek is.
Vetítsük le az epinefrint egy lapra,
cseréljük ki a gömböket betűkre,
a kötéseket pedig
egyszerű vonalakra,
az iránnyal rendelkező kötések pedig
legyenek kis háromszögek,
kitöltöttek vagy szaggatottak, a mélység érzékeltetésére.
A szénatomot nem rajzoljuk.
Időt spórolunk az elrejtésével.
A kötések közötti szögek jelölik őket,
ahogy a szénhez kapcsolódó hidrogéneket is elrejtjük.
Tudjuk, hogy ott vannak,
ha egy szénatomnak kevesebb, mint négy kötése van.
Az utolsó lépés az OH és NH közti kötések eltüntetése.
Eltüntetjük az átláthatóság kedvéért,
és ennyi az egész.
Ez a molekulák professzionális ábrázolása.
Ez van fent a Wikipédián is.
Kicsit gyakorolni kell, de itt mindenki képes rá.
Hát ez az epinefrin.
Adrenalinnak is hívják. Ugyanaz a kettő.
A mellékvese termeli.
Most is kering ilyen molekula a testükben.
Egy természetes vegyület.
Ez az EpiPen csak pár trilliót adna hozzá.
(Nevetés)
Az epinefrint kivonhatjuk
birkák vagy tehenek mellékveséjéből,
de nem innen vesszük.
Gyárban állítjuk elő,
főként olajból származó kisebb molekulák összefércelésével.
100 százalékban mesterséges.
"Mesterséges" - ettől a szótól kényelmetlenül érezzük magunkat.
Nem olyan, mint a "természetes", ami megnyugtatóan hangzik.
De a két molekula között nincsen különbség.
Nem a gyártósorról legördülő két kocsiról beszélünk.
Egy kocsin lehet karcolás,
egy atomon nem.
Ezek szürreális, szinte matematikai értelemben azonosak.
Atomok szintjén a matematika valósággá válik.
Az epinefrin molekula
nem emlékszik rá, honnan jön.
Csak úgy van,
és ha már megvan,
nem számít, hogy "természetes", "mesterséges",
mert a természet ugyanúgy készíti ezt a molekulát,
csak nálunk sokkal jobban.
Az élet megjelenése előtt
minden molekula kicsi volt és egyszerű:
szén-dioxid, víz, nitrogén,
egyszerű dolgok.
Az élet megváltoztatta ezt.
Napfénnyel működő bioszintetikus gyárak jöttek létre,
amikben kis molekulák ütköznek és olvadnak össze nagyobbakká:
szénhidráttá, fehérjévé, nukleinsavvá,
rengeteg lenyűgöző alkotássá.
A természet az eredeti szerves kémikus,
alkotásai pedig kitöltik a teret oxigénnel,
az energiával teli oxigénnel.
Minden molekula napenergiával van töltve.
Mint egy-egy akkumulátor.
A természet vegyületekből áll.
Vissza kellene foglalnunk a "vegy-" szavakat,
mert ellopták őket tőlünk.
Nem azt jelenti, hogy mérgező, hogy káros,
vagy hogy mesterséges.
A vegy-dolgok csak dolgok, oké?
(Nevetés)
Nincsen kemikália-mentes széndarab.
Nevetséges.
(Nevetés)
Még egy szóval foglalkoznék.
A "természetes" nem azt jelenti, hogy "biztonságos",
és ezt mindannyian tudják.
Rengeteg természetes vegyület kifejezetten mérgező,
másik pedig finomak,
és van, ami mindkettő,
(Nevetés)
mérgező és finom.
Csak onnan tudjuk, mi mérgező és mi nem,
ha kipróbáljuk,
persze nem önökre gondolok.
Professzionális toxikológusok: van erre foglalkozás.
Magasan képzettek,
és bíznunk kell bennük.
A természet molekulái körülvesznek,
beleértve a kőolaj nevű
fekete dologgá lebomlott vegyületeket.
Ezeket még finomítjuk.
Nincs benne semmi természetellenes.
Tisztítjuk őket.
A függésünk a bennük tárolt energiától --
hogy ezek minden szénatomját CO2 molekulává alakítjuk.
Ez pedig egy üvegházhatást okozó gáz, ami felforgatja az időjárásunkat.
Talán ha ismerjük a kémiát,
könnyebb lesz elfogadni ezt is, nem tudom,
de ezek a molekulák nem csak fosszilis üzemanyagok.
Hanem egyúttal a legolcsóbb alapanyagai
a szintézis folyamatának.
LEGO-darabokként használjuk őket.
Megtanultuk őket precízen szétszedni és újra összerakni.
Én is sokat csináltam,
és még mindig varázslatnak tűnik, hogy ilyet lehet.
Úgy rakjuk össze a LEGO-t,
mintha doboznyi mennyiséget a mosógépbe dobnánk,
de működik.
Pontos másolatokat tudunk készíteni például az epinefrinről,
vagy sajátokat alkothatunk az alapoktól, mint ez a kettő.
Az egyik a szklerózis multiplex hatásait enyhíti,
a másik pedig a T-sejtes limfóma nevű daganatot gyógyítja.
A tökéletes méretű és formájú molekula, mint egy kulcs a zárba,
ha odakerül, megzavarja a betegség folyamatát.
Így működnek a gyógyszerek.
Természetes vagy mesterséges,
ezek csak molekulák, amik pont egy fontos helyre illenek.
De a természet sokkal ügyesebben állítja őket elő, mint mi,
ezért az övé lenyűgözőbben néz ki,
mint például ez.
Ezt vancomycinnek hívják.
Ennek a tekintélyt parancsoló szörnynek két klóratomot adott,
mintha fülbevalói lennének.
A vancomycint a borneói dzsungelben találtuk egy pocsolyában, 1953-ban.
Baktériumok állítják elő.
Nem tudjuk költséghatékonyan szintetizálni.
Túl bonyolult, de be tudjuk gyűjteni a természetes forrásból,
és meg is tesszük, mert ez az egyik legerősebb antibiotikumunk.
Minden nap új molekulákat közölnek a szakirodalomban.
Készítjük vagy megtaláljuk őket a bolygó eldugott zugaiban.
Ebből lesznek a gyógyszerek,
és ezért olyan ügyesek az orvosaink --
(Nevetés)
a halálos fertőzések gyógyításában.
Orvosnak lenni ma olyan, mintha páncélos lovag lennél.
Bátran és elegánsan vívják a csatákat,
de jól felszerelten.
Úgyhogy ne feledkezzünk meg a kovácsról sem,
aki nélkül máshogy nézne ki a dolog...
(Nevetés)
De a tudomány túlmutat az egészségügyön.
Olajok, oldószerek, ízesítők, anyagok, műanyagok,
a párnák amiken ülnek --
mindet főként szénből állítottuk elő,
úgyhogy a szerves kémia termékei.
Ez egy gazdag terület.
Sokat kihagytam ma:
a foszfort, ként és más atomokat,
és hogy miért úgy kötődnek, ahogy;
és a szimmetriát,
nem kötődő elektronokat,
töltéssel rendelkező atomokat,
reakciókat és mechanizmusokat és a többi és a többi,
és a szintézist is több idő megtanulni.
De nem szerves kémiát tanítani jöttem --
csak be akartam mutatni,
és ebben sokat segített egy Weston Durland nevű fiatalember,
akit már láthattak.
Egy kémia alapszakos hallgató,
aki elég jó a számítógépes grafikában is.
(Nevetés)
Weston tervezte meg a mozgó molekulákat,
amiket ma mutattam.
Be akartuk mutatni, hogy ilyen grafikákkal hogyan lehet
a mondanivalót segíteni egy bonyolult területen.
De a fő cél az volt,
hogy ne féljenek a szerves kémiától.
Alapvetően csak egy ablak,
ami betekintést nyújt a természet szépségébe.
Köszönöm.
(Taps)