ყოველდღიური ქიმიური ნაერთების კვალდაკვალ

გეორგინა – გვიანი ზაფხულის ბაღის ბრილიანტი. წითელი, ყვითელი, ნარინჯისფერი, გამორჩეული ფურცლებით, რომლებიც რთულ გეომეტრიულ სტრუქტურას წარმოქმნიან. თუმცა, ისევე როგორც ვარდების (და არაერთი სხვა ყვავილის), გეორგინას ყვავილების ფერთა გამასაც აკლია ერთი ფერი: ლურჯი. საინტერესოა რატომ არის ლურჯი შეფერილობა ასეთი იშვიათი ბუნებაში?

დავიწყოთ იმით თუ რა აძლევს გეორგინას ყვავილებს შეფერილობას. ეს გამოწვეულია სხვადასხვა პიგმენტის: ქალკონების, აურონების და ანთოციანინების  რთული “ურთიერთთამაშით”. ჩამოთვლილი ნივთიერებები მცენარეებში წარმოქმნილის ნაერთების უზარმაზარ ასორტიმენტებს. ქალკონების რეაქციაში შესვლის შემდეგ, შესაძლოა წარმოიქმნას როგორც აურონები, ასევე ანთოციანინები.

ქალკონებისა და აურონებისგან მიღებული ნაერთები დიდ როლს ასრულებს ყვითელი და ნარინჯისფერი გეორგინას ყვავილის წარმოქმნაში. აურონებისგან მიღებული პიგმენტი გვაძლევს უფრო ინტენსიურ ყვითელ ფერს, ვიდრე – მისი მსგავსი ქალკონები. ნარინჯისფერი ფერის წარმოქმნაში, გარდა ქალკონებისა და აურონებისა, პიგმენტების სხვა ოჯახმა, კერძოდ, ანთოციანინებმაც შეიძლება მოახდინონ გავლენა. შაქრის სხვადასხვა მოლეკულა შეიძლება მიმაგრდეს ანთოციანინებს – პელარგონიდინს და ციანიდინს – რის შედეგადაც მიღებული ნაერთები ხელს უწყობენ ნარინჯისფერი, წითელი და ვარდისფერი პიგმენტის წარმოქმნას .

საინტერესოა უფერო ნაერთების – ფლავონების გავლენა. მიუხედავად იმისა, რომ ისინი თავად არ არიან შეფერილები, მათ შეუძლიათ ურთიერთქმედება ანთოციანინის პიგმენტებთან, რაც ამ უკანასკნელის სტაბილიზაციას განაპირობებს. ეს პიგმენტები სხვაგვარად არასტაბილური იქნებოდა დაჟანგვის ან სხვა ქიმიური რეაქციების მიმართ.

აღნიშნული არაერთი პიგმენტის ფონზე შესაძლოა ვიფიქროთ რომ ლურჯი შეფერილობის წარმოქმნა არც თუ ისე დიდი გამოწვევა იქნებოდა. თუმცა ლურჯი ფერის პიგმენტის წარმოქმნის გზაზე უზარმაზარ გენეტიკურ სირთულეს ვაწყდებით. გეორგინებს არ აქვთ გენი ფერმენტისთვის, რომელსაც ეწოდება ფლავონოიდ-3’,5’-ჰიდროქსილაზა (მოკლედ F3’5’H). F3’5’H კი წარმოადგენს საკვანძო ინგრედიენტს ანტოციანინისკენ, რომელსაც ეწოდება დელფინიდინი - ლურჯი შეფერილობის ყვავილების მთავარი პიგმენტი. გეორგინას არ აქვს F3’5’H-ის მაკოდირებელი გენი, შესაბამისად, ლურჯი გეორგინა არ არსებობს (ბუნებრივად).

აღსაღნიშნავია რომ გეორგინების მსგავსი შემთხვევა გვაქვს ვარდებში, ქრიზანთემებსა და ბევრ სხვა ორნამენტულ მცენარეებშიც. აღნიშნულ მცენარეებშიც ამის მიზეზია ფერმენტ F3’5’H-ის არ არსებობა. მაშინ რა გამოდის, რომ ვერასდროს ვნახავთ ბუნებრივად ლურჯი ვარდს ან ცისფერ გეორგინას და ფოტოშოპის „მაგიის“ იმედად ვრჩებით?

მიუხედავად იმისა, რომ ლურჯი ფერის პიგმენტი ბუნებრივად არ გამომუშავდება, მეცნიერებმა თითქმის მიაგნეს ამ ყვავილებში ლურჯი პიგმენტის გამომუშავების გზებს. აღსანიშნავია, რომ ჯერ კვლავ ცდის პროცესშია რადგან ეს არ არის მარტივი. თუმცაღა გეგნა საკმაოდ მარტივად ჟღერს: F3’5’H-ის მაკოდირებელი გენი უნდა ჩაისვას ყვავილის გენეტიკურ მასალაში გენური ინჟინერიის საშუალებით.

2007 წელს იაპონურმა კომპანიამ ამ საკითხში მიაღწია წარმატებას, კერძოდ, შექმნა „ლურჯი“ ვარდების ჯიში – დელფინიდინი დააგროვებინეს ვარდის ფურცლებში. მნიშვნრლოვანია ისიც, რომ დელფინიდინის გამომუშავებისა და დაგროვების უნარი ასევე შეიძლება გადაეცეს ამ ვარდებიდან გამოყვანილ ვარდებსაც - თუმცა მიზეზი იმისა, თუ  რატომ ჩავსვით სიტყვა „ლურჯი“ ბრჭყალებში არის ის, რომ - კარგი დაკვირვებით აღნიშნული ვარდები სულაც არ იყო ლურჯი – ეს იყო მოვარდისფრო-ლილისფერი ვარდები.

გამოდის, რომ ლურჯი ყვავილების საიდუმლო მხოლოდ დელფინიდინის გამომუშავებაში არ მდგომარეობს. სხვა ფაქტორებმა შეიძლება გავლენა მოახდინონ დელფინიდინის ფერზე, მაშინაც კი, თუ ის არსებობს. ფაქტორებმა, როგორებიცაა: ფლავონის თანაური პიგმენტები, რომლებიც ზევით აღვნიშნეთ, ფურცლების უჯრედების მჟავიანობა, რომლებშიც გროვდება დელფინიდინი, და ფურცლებში არსებულ მეტალის იონებმაც კი შესაძლოა გავლენა მოახდინონ. ასე რომ, მიუხედავად იმისა, რომ ეს მოვარდისფრო-ლილისფერი ვარდები გენეტიკური ინჟინერიის შთამბეჭდავი შედეგია, ჭეშმარიტი ლურჯი ვარდები (და გეორგინები) კვლავ მიუწვდომელი რჩება.

 

ბიბლიოგრაფია და დამატებითი საკითხავი:

• Unraveling the biochemical base of dahlia flower colouration – Heidi Halbwirth, Gerlinde Muster and Karl Stich. Natural Product Communications.
• ‘Le Rouge et le Noir’: A decline in flavone formation correlates with the rare color of black dahlia (Dahlia variabilis hort.) flowers – Jana Thill et al. BMC Plant Biology.
• Identification of chalcones and their contribution to yellow coloration in dahlia (Dahlia variabilis) ray florets – Sho Ohno et al. The Horticulture Journal.
• Functional evolution of an anthocyanin pathway enzyme during a flower color transition (£) – Stacey D Smith, Shunqi Wang, Mark D Rausher. Molecular Biology and Evolution.
• Synthetic biology cracks blue rose case – Mark Peplow. Chemical & Engineering News.
• Engineering of the rose flavonoid biosynthetic pathway successfully generated blue-hued flowers accumulating delphinidin – Yukihisa Katsumoto et al. Plant and Cell Physiology.
• Flower colour modification of chrysanthemum by suppression of F3’H and overexpression of theexogenous Senecio cruentus F3’5’H gene – Huang He et al. PLoS ONE.
• Recent advances in the research and development of blue flowers – Naonobu Noda. Breeding Science.

სრულად

გეორგინა, ყვავილები, ლურჯი ფერი, დელფინიდინი, ანთოციანინები

დასახელდა წლევანდელი ნობელის პრემიის ლაურეატები. თითოეულ გამარჯვებულს გადაეცამა ნობელის პრიზის მედალი, რომელზეც გამოსახულია ნობელის პრემიის დამაარსებელი, ალბერტ ნობელი. ეს ინფოგრაფიკა ამ მედლების შემადგენლობას იკვლევს - და ასევე გავეცნობით „მედლების გაქრობის“ საინტერესო ისტორიას.

შესაძლოა ფიქრობთ, რომ ნობელის პრიზის მედლები (და ოლიმპიური მედლებიც) სუფთა ოქროსგან (ბაჯაღლოსგან) არის დამზადებული. სინამდვილეში, მედლები არც არასდროს ყოფილა დამზადებული 24-კარატიანი ოქროსგან. იგი მზადდებოდა 23-კარატიანი ოქროსაგან, რომელიც დაახლოებით 96% სისუფთავისაა. თუმცაღა 1980 წლიდან მედლები 18-კარატიანი ოქროსგან (ე. წ. მწვანე ოქროსგან) მზადდება, რომლებიც 24-კარატიანი ოქროთია მოოქროვილი, რათა ოქროსფერი გარეგნობა შეინარჩუნოს. გარდა ამისა, ასევე 1980 წლიდან, მედლის მასა 200 გრამიდან 175 გ-მდე შემცირდა.

თითოეულ ნობელის მედალს, გარდა მედლის გადაცემის მიზეზისა, თავისი ისტორია აქვს. ზოგი უფრო საინტერესო, ზოგიც - ნაკლებად. ალბათ ყველაზე ცნობილი გერმანელი ფიზიკოსების, მაქს ვონ ლაუეს და ჯეიმს ფრანკის, ისტორიაა.

მე-2 მსოფლიო ომის პერიდში, 1940 წლის აპრილში, გერმანია დანიაში შეიჭრა. ნილს ბორის ლაბორატორიაში (კოპენჰაგენი) მეცნიერების ჯგუფი ცდილობდა როგორღაც დაემალათ ვონ ლაუეს და ფრანკ-ის ნობელის მედლები, რომლებიც გერმანიიდან ჩუმად იყო გატანილი ლაბორატორიაში. იმ პერიოდში ოქროს გერმანიის საზღვრიდან გატანა კრიმინალად ითვლებოდა, რადგან ოქროს გატანა არ შეიძლებოდა. ნაცისტებს ეჭვი მაინც გაუჩნდათ, მაგრამ მედლის პოვნა სჭირდებოდათ მტკიცებულების სახით, იმისათვის რომ ეჭვი გამყარებულიყო.

აქ უკვე უნგრელი ქიმიკოსის, ჯორჯ დე ჰევესი ჩაერთო. თავდაპირველად, მან წამოაყენა იდეა, რომ მედლები „გაესალაშინებინათ“, მაგრამ ეს ოქროსფერ ფერს ვერ მოაშორებდა. შემდეგ კი მან მედლების გახსნა წამოაყენა, მაგრამ ოქრო საკმაოდ დაბალი რეაქციის უნარიანობით გამოირჩევა, რის გამოც მისი რაიმე ხსნარში გახსნა საკმაოდ რთულია, გარდა ერთისა: ე. წ. „სამეფო წყალი“, იგივე თეზაფი (Aqua Regia).

თეზაფი ორი სხვადასხვა მჟავის, მარილმჟავისა და აზოტმჟავის, ნარევია, როგორც წესი, 3:1 თანაფარდობით. ცალ-ცალკე არც მარილმჟავას და არც აზოტმჟავას შეუძლია ოქროს გახსნა. მაგრამ მათი ნარევი ოქროს ხსნის. ამის მიზეზი არის შემდეგი: საწყის ეტაპზე აზოტმჟავას მცირე რაოდენობის ოქრო გადჰყავს ოქროს იონებში. ამის შემდეგ მარილმჟავას ქლორიდის იონები რეაქციაში შედის ქლორის იონებთან. ეს ოქროს იონების ხსნარიდან მოცილების საშუალებას იძლევამ რის შემდეგაც აზოტმჟავა ცოტა კიდევ უფრო მეტ ოქროს ჟანგავს და ა. შ. გარკვეული დროის შემდეგ კი ნარინჯისფერი ქლოროქროს მჟავა (ქლორაურუმმჟავა) წარმოიქმნება.

მიუხედავად იმისა, რომ თეზაფი ოქროს ხსნის, პროცესი ძალია ნელა მიმდინარეობს. მცირე რაოდენობის ოქროს გახსნაც საკმაოდ დიდ დროს წაიღებს, მაგრამ დე ჰევესის 200 გრამი მედალი უნდა გაეხსნა. წყაროებიდან ვერ ირკვევა ზუსტად რამდენი ხანი დასჭირდა, მაგრამ ვიცით, რომ მედლები საბოლოოს გამქრალი იყო ნარინჯისფერ ხსნარში, ხოლო ეს ხსნარი სხვა ხსნარებთან ერთად ინახებოდა.

ამ მიდგომამ გაამართლა - ნაცისტებმა ლაბორატორია ყირაზე დააყენეს მედლების ძებნისთვის, მაგრამ რა თქმა უნდა, ვერ მიხვდნენ ჰევესის ქიმიურ ხრიკს. რამდენიმე წლის შემდეგ ოქრო ხსნარიდან გამოლექეს ნატრიუმის ჰიდროსულფატის ან მსგავსი რეაგენტის საშუალებით. ოქროს ფხვნილი გადაეცა ნობელის პრემიის კომიტეტს, რომელმაც უკვე თავიდან გადაადნეს მედლები.

რამდენიმე წლის შემდეგ თვით დე ჰევესს გადეცა ნობელის პრემია. რა თქმა უნდა, მისი არა მისი ჩატარებული „ფოკუსისთვის“ კოპენჰაგენში, არამედ იზოტოპების კვლევაში („ტრეისერებად“) გამოყენებისთვის.

ბიბლიოგრაფია და დამატებითი საკითხავი:

• The Nobel Medals– Nobelprize.org
• Aqua Regia dissolves gold– Periodic Videos

 

 

 

სრულად

მედალი, ნობელის პრემია, თეზაფი, სამეფო წყალი, მედლების გაქრობა, მეორე მსოფლიო ომი

მწარმოებლები იყენებენ მრავალფეროვან მასალებს ჩვენს ტანსაცმლებში. წარმოდგენილია ამ ქსოვილთა მასალების მოლეკულურ დეტალებს და როგორ აისახება ეს თვისებები ტანსაცმელზე.

სრულად

ტანსაცმელი, ბოჭკო, ფილამენტი, ნაილონი, ბამბა