A molekulák útra keltek

A molekulák útra keltek:
a kémiai kutatások elmúlt 50 évének eredményeibõl

Ajánlás: Elõadásomat Lengyel Sándor és Kajtár Márton emlékének ajánlom.
Lengyel Sándortól a pontos kifejezés fontosságát tanultam meg, Kajtár Már-
tontól pedig azt, hogy a kémiai viselkedés alapja a szerkezet.

Elõször szeretnék utalni elõadásom címének elsõ felére. A molekulák útra keltek számomra azt jelenti, hogy a kémia az elmúlt 50 évben eddig soha nem látott módon hatolt be a rokontudományokba és átszõtte azokat. Ezt azért hangsúlyozom, mert vannak olyan statisztikák, amelyek szerint a kémia visszavonul, mind a tudósok számát, mind pedig a publikációs tevékenységet tekintve. A visszavonulás azonban csupán látszólagos, a valóság ennek az ellenkezõje. A modern biológia az elmúlt évtizedekben elkémiásodott és ez igaz más tudományterületekre is, ha nem is olyan mértékben, mint a biológiára. Számomra ez jelenti a molekulák útrakelését. Úgy gondolom, hogy nincs is szükség ennek további bizonyítására, bár tulajdonképpen egész elõadásom is illusztrálja ezt a folyamatot. Azzal a váddal sem szeretnék külön foglalkozni, hogy a kémia elszennyezi a környezetünket, mert ha valamitõl a környezetünk megmentését remélhetjük, az éppen a kémia. Modern életünkben mindenütt kémiát találunk. Sajnos azonban a kémikusok szemérmesebbek és ügyetlenebbek, mint más tudósok, akik jobban képesek tudományuk pozitív vonatkozásait tudatosítani.

Sune Bergström

Beszámolómat két olyan kiragadott példával kezdem, amelyek a kémia szerepérõl szólnak más területeken. 1982-ben Nobel-díjjal tüntették ki a prosztaglandinok kutatásának három úttörõjét. Egyikük különösen fontosnak tartotta azt, hogy a prosztaglandinok gyógyító hatását ne csak felderítse, hanem valóban sokak számára elérhetõvé is tegye. A svéd Sune Bergström professzor éveket dolgozott Indiában, többek között azon, hogy a szülõ nõk szülést követõ vérzését megállítsa. Becslése szerint a világon évente hatszázezer nõ halt meg akkoriban a szülést követõ vérzés következtében. Indiában különösen súlyos volt a helyzet, de nem igazán törõdtek a problémával. Bergström egy megdöbbentõ történettel illusztrálta ezt. Ottléte idején lezuhant egy repülõgép és a katasztrófát elszenvedõ repülõgéptípust öt évig nem engedték repülni. A gyerekszülést követõen annyi nõ vérzett el Indiában, hogy számuk megfelelt volna egy naponta bekövetkezõ légikatasztrófának, de ez a tragédia alig kapott nyilvánosságot és nem is tettek ellene semmit. A prosztaglandinok és a kémikusok ezt a tragikus helyzetet gyökeresen felszámolták.

Másik példám a fizikából való. A fizikai kutatásokban a detektálásnak alapvetõ szerepe van. Minél érzékenyebbek a detektorok, annál inkább van remény újabb fizikai jelenségek felfedezésére. Ebben a detektálásban sokszor támaszkodik a fizikai kutatás az analitikai kémia módszereire. Amikor sok évvel ezelõtt elfogyott a pénz a Rómát az Adriai Tengerrel összekötõ autópálya építésére, a félbemaradt autópályának a Gran Sasso hegység alatti alagútjában berendeztek egy laboratóriumot a Napból érkezõ neutrínók detektálására. A Gran Sasso hegység 1400 méter magas és ez alkalmassá teszi arra, hogy a zavaró kozmikus sugárzást kiszûrje. A neutrínókat harminc tonnányi galliummal fogják be. Ebben azt a jelenséget használják fel, hogy a 71-es tömegszámú gallium a neutrínó befogásakor, fordított béta-sugárzással, 71-es tömegszámú germániummá alakul át. A galliumot sósavval savanyított gallium-triklorid alakjában tárolják, és így a neutrínó befogása egy-egy gallium-triklorid molekulából germánium-tetraklorid molekulát eredményez. A germánium-tetraklorid molekulák elkülönülnek a gallium-triklorid oldattól, majd germánmolekulákká, GeH₄, alakítják át õket. Mindeddig ez nem tûnik különleges feladatnak, de a szereplõ mennyiségek tükrében érzékelhetõ, hogy milyen fantasztikus analitikai kémiai feladatról van szó. A kísérletben használt 30 tonnányi gallium 100 tonna gallium-triklorid oldat alakjában van jelen. A germánium-átalakulás alig nagyobb mértékû, mint napi egy atom. Mivel a 71-es germánium felezési ideje 11 nap, egy kéthetes idõszakban mintegy 16 galliumatomból keletkezik germániumatom. A méréseket, az ellenõrzõ kísérletek szerint, mintegy 10 százalékos pontossággal sikerült elvégezni.

Elõadásomban néhány kiragadott példán keresztül nyújtok egy meglehetõsen impresszionista képet arról, hogy mi jellemezte a kémia fejlõdését az elmúlt 50 évben. Nem leltárt keszítek, nem sorolok fel a teljesség igényével rengeteg felfedezést és újítást, inkább csak az elmúlt 50 év által hozott változások jelentõségét érzekeltetem néhány szinte villanásszerûen bemutatott példával.

Szeretnék elõször visszapillantani a kémia 50 évvel ezelõtti helyzetére, megintcsak nem leltárszerûen, hanem csak néhány példával.

Linus Pauling

1951-ben ért csúcsára Linus Pauling munkája a biológiailag fontos nagymolekulák szerkezetének felderítésében az alfa-hélix felfedezésével. Ennek a felfedezésnek három fontos összetevõje volt. Az egyik a fehérjéket felépítõ aminosavmolekulák szerkezetének meghatározása, amivel Pauling és munkatársai az elõzõ másfél-két évtizedben foglalkoztak. A másik annak felismerése, hogy a peptidkötés síkbeli és ebben hasznos szerepet játszott a rezonanciaelmélet. Végül a harmadik összetevõ annak a felismerése volt, hogy amikor aszimmetrikus egységek, mint amilyenek az aminosavmolekulák, ismétlõdnek, ahogy azok feltekerednek egy csavarra, szimmetrikus rendszer jön létre.

A peptidkötés síkbelisége bizonyos álideológiai problémát is felvetett. A helyzet iróniájaként ugyanis a baloldali Pauling nevével fémjelzett rezonanciaelmélet elleni kritika és támadás is éppen 1951-ben kulminált a Szovjetunióban egy 450 fõs részvételû össz-szövetségi konferenciával. Ezt a konferenciát a szerves kémiai szerkezeti elméletek áttekintésének ürügyével rendezték. Fejek nem hullottak ezen a konferencián, tehát a kémikusok szerencsésebbek voltak, mint a biológusok, de a szovjet elméleti kémiát évtizedekre visszavetette a rezonancia elmélet idealista ideológiává történõ kikiáltása.

Maradjunk még 1951-nél. Ebben az évben indult diadalútjára a ferrocén és a szendvicsvegyületek. Ugyancsak 1951-ben publikálta Lowry a St. Louisi Washington Egyetemen azt a biokémiai metodológiai dolgozatát, amely minden idõk legjobban idézett tudományos dolgozata lett, a mai napig több mint 250 ezer független idézettel.

Megemlítek egy szubjektív momentumot is. Ekkortájt történt, hogy ötödikes kisdiákként egy matematikai versenyen kapott könyv-díjként elõször olvastam kémiáról, és 50 évvel ezelõtt elhatároztam, hogy kémikus leszek. A könyvet Teknõs Péter írta, a címe Az ezerszínû kincs volt, és a szén legkülönbözõbb kémiai átalakításairól szólt. Nemrégiben újra fellapoztam ezt a könyvet és szinte hihetelen mennyiségû politikát találtam benne, amit akkor kiszûrtem és csak a kémiát vettem észre benne.

Bár az 1951-es év fontos volt a kémia szempontjából, korszakváltás nem fûzõdik hozzá. Korszakváltás két évvel késõbb, 1953-ban következett be, amikor James Watson és Francis Crick megjelentette azt az alig egyoldalas közleményét a Nature-ben, amelyben elõször javasolták a DNS molekulára a kettõs csavar szerkezetet. Ez a felfedezés forradalmat jelentett a tudományban, amelynek hullámai még ma is hatnak.

Francis Crick

James Watson

A kettõs csavar szerkezete nem legüres térbõl, nem elõzmények nélkül jött elõ. Benne voltak azok az eredmények, amelyeket elsõsorban Linus Pauling ért el az elõzõ évtizedek során a kémiai kötés természetének feltárásában, és abban, amit a modellezés módszerével kifejlesztett. Benne voltak a röntgen-krisztallográfia eredményei is, általában a nagymolekulák szerkezetfelderítésében és speciálisan abban, hogy leírták a csavarszerkezetek diffrakcióját. Végül fontos összetevõje volt ennek a felfedezésnek Watson es Crick tehetsége és különleges együttmûködési készsége.

Természetesen további összetevõi is voltak a kettõs csavar felfedezésének. 1944-ben Oswald Avery és két munkatársa a Rockefeller Egyetemen elsõként mutatta meg azt, hogy az öröklõdés hordozói a nukleinsavak. Ezt a felfedezést nagyon nehéz volt általánosan elfogadtatni, mert akkoriban a tudományos köztudat a fehérjéket tekintette az öröklõdés hordozójának. 1950-re Erwin Chargaff megfigyelte a nukleinsavakat alkotó bázisok arányának az állandóságát a DNS-ben, ami segítette a szerkezet kettõs jellegének felfedezését. Chargaff kromatográfiás módszereket alkalmazott vizsgálataiban. Az elmúlt évtizedekben az egyre újabb kromatográfiás módszerek sokszor szerepeltek kémiai felfedezésekben, például azoknak a módszereknek a kidolgozásában, amelyeket Frederick Sanger alkotott meg elõbb a fehérjék, majd a nukleinsavak kapcsolódási rendjének a meghatározására.

A kettõs csavar felfedezésével kapcsolatban különösen érdekes felvetni azt a kérdést, hogy vajon mennyire egyéni teljesítmény a tudományos felfedezés. Hajlamosak vagyunk arra, hogy a tudományos felfedezésekben nyújtott egyéni teljesítményeket túlbecsüljük, de ugyanakkor arra is, hogy azokat alábecsüljük. Túlbecsülni nem helyes, mert ha valaki nem tesz meg egy tudományos felfedezést, akkor elõbb-utóbb valaki más megteszi. Crick ezt úgy fejezte ki, hogy nem Watson és Crick csinálta meg a kettõs csavart, hanem a kettõs csavar alkotta meg Watsont és Cricket. Ez a hozzáállás azonban átvihet bennünket a másik végletbe, amely alábecsüli az egyén teljesítményét. Watson és Crick felfedezése jó példa arra, hogy bár semmi kétségünk sem lehet afelõl, hogy a kettõs csavart mások is felfedezték volna, mások kezében ez a felfedezés valószínûleg szakaszokban, kisebb lépésekben, idõben elnyúltan történt volna meg, míg Watson és Crick azt egy mesterhúzással tette meg. François Jacob mondotta azt, hogy minden tudományos felfedezésnek megvan a maga stílusa.

Watson klasszikus könyvében, The Double Helix, megírja, hogy mindketten egész sor kérdésben tájékozatlanok voltak, de ez talán segítette õket abban, hogy nem kötötték le a figyelmüket egyébként érdekes részletkérdések. Ha az elmúlt ötven év tudományos felfedezéseinek történetére gondolunk, többször is elõfordult, elsõsorban a molekuláris biológiai felfedezések között, hogy a felfedezõ a klasszikus tudás háttere nélkül tette meg felfedezését. Ugyanakkor a felfedezõ tudta, hogy milyen frontvonalbeli probléma vár megoldásra, és megoldotta azt. Több olyan nem-kémikusból is lett kémiai Nobel-díjas, aki ilyen felismerést tett, eljutott a problémához és megoldotta azt. Maradva a Watson–Crick kettõs csavar felfedezésénél, maga Watson is elismeri, hogy a kettõs csavar felfedezésének idején még nem rendelkezett a szükséges kémiai ismeretekkel. Az is igaz azonban, hogy utána, már elismert tudósként, megtanulta a kémiát. Ugyanide tartozik, hogy a fiziológiai vagy orvostudományi Nobel-díjasok között sok képzettségére nézve kémikus van, aki felismerte, hogy kémiai tudásukkal sikerrel foglalkozhatnak orvosbiológiai problémákkal és meg is oldották azokat.

És most ugorjunk elõre az 1990-es évekhez. A kémia egyik nagyszerû központja a Zürichi Szövetségi Technológiai Egyetem (ETH) Kémiai Intézete, ahol olyan nyugdíjas kémikusok szoktak együtt ebédelni az egyetemi menzán, mint Albert Eschenmoser, Jack Dunitz, és, amíg élt, Vladimir Prelog. Eschenmoser, akit a világ egyik legnagyobb szintetikus szerves kémikusának tartanak, rendszeresen provokálta a természetes anyagok kémikusát, Prelogot azzal, hogy minden olyan év, amelyet korábban nem a DNS-molekulával töltöttek, a természetes szerves anyagok kémikusai számára idõpocsékolás volt. Természetesen ez nagyfokú túlzás, de annyi igazság volt benne, hogy a kémikusok hosszú ideig átengedték a DNS problémakörét a biológusoknak. Eschenmoser azt szerette volna elérni, hogy Prelog fejtse ki állásponját, amit fontosnak tartott a kémia története szempontjából. Bár Prelog nem volt szûkszavú ember, fontos kérdésekben óvatos és meggondolt volt. Nem sokkal halála elõtt azonban rászánta magát véleményének a kifejezésére ebben a dologban és nemcsak elmondta a véleményét, de azt egy rövid írásos nyilatkozatban is rögzítette. Prelog néhány mondatos nyilatkozata szerint korának kémikusai a nukleinsavakat valóban sokáig csak szennyezett keveréknek tekintették és nem akarták tiszta kémiai módszereiket ezekre a nem-tiszta biológiai anyagokra “pazarolni.” Természetesen ma már gyökeresen megváltozott a helyzet. Ez a hozzáállás azonban a kémia számára veszteséget okozott, még akkor is, ha ez a veszteség látszólagos volt. A valóságban ugyanis kémia folyt a nukleinsavak kutatásában, csak éppen nem mindig kémiának hívták. Ma már megfordult a helyzet és a legnagyobb múltú kémiai tanszékek is egyre másra beleveszik a nevükbe a biológiát, elismerve azt, ami már régen megtörtént, hogy a kémiai biológia a kémia része. Ez így van és nem fordítva (vagyis a biokémiát nem kellene a biológia részének tekinteni).

A polimeráz láncreakció felfedezéséért Kary Mullis 1993-ban kémiai Nobel-díjat kapott. Ez a módszer lehetõvé tette azt, hogy a kis mennyiségekben fellelhetõ DNS-mintákat gyorsan és olcsón másolhassák és mennyiségüket megsokszorozzák. A felfedezést leíró szabadalmat 300 millió dollárért adták el, és senki sem gondolta, hogy ez túlzott ár lett volna érte. Ugyancsak meggyõzõ példa a katalizátorok alkalmazásának gazdasági haszna. A Mobil olajvallalat ismert hirdetese egy íróasztalt mutat a kovetkezõ szöveggel “a világ olajának 28 százalékát itt fedezték fel.” Ezzel a kristálykémikusok által kifejlesztett ZSM-5-os zeolitkatalizátorok rendkívüli értékére utaltak. A nehezebben mérhetõ, de gazdaságilag nem kevésbé jelentõs kémiai felfedezések közé sorolható a légköri kémikusoknak az ózonréteg megmentésére irányuló munkássága. Ezek természetesen csupán kiragadott példák.

Megemlítem a prionokkal kapcsolatos kémiai kutatásokat. A prionok, vagyis a fertõzõ fehérjék felfedezése orvostudományi eredmény volt. Azonban annak megértése, hogy hogyan is terjed a betegség, mi a fertõzés mechanizmusa, egyértelmûen kémiai feladat. Itt ma még csak részeredmenyekrõl beszélhetünk. Mint ismeretes, a prionok fertõzési mechanizmusát nukleinsavak részvétele nélkül képzelik el, eddig legalábbis nem sikerült semmiféle nukleinsav jelenlétét kimutatni. A helyzet bizonyos szempontból antiszimmetrikusan emlékeztet arra, amikor nehezen lehetett elfogadtatni azt, hogy nem a fehérjék, hanem a nukleinsavak az öröklõdés hordozói. Most az a kérdés, hogy nukleinsavak nélkül hogyan képzelhetõ el a fertõzõ fehérje? A kérdés jelentõségét ismerjük, hiszen nemcsak a pápua–új-guineai kuru betegségrõl van szó, amely gyakorlatilag el is tûnt a kannibalizmus felszámolásával, hanem olyan veszélyek is kapcsolatosak ezzel, mint a viszonylag ritka, de nálunk is elõforduló Creutzfeld–Jakob-betegség és az ugyancsak rendkívül alattomos ún. kergemarha-kór, amely az emberre is veszélyes. Tudjuk, hogy a betegségek bizonyos fehérjék kétféle szerkezeti-konformációs megjelenésével kapcsolatosak. Az egészséges fehérje nagyobbrészt tartalmaz alfa-hélix szerkezeti részeket, mint a beteg fehérje, amelyben jelentõsen megnõ a béta-redõs szerkezeti részek aránya. Hangsúlyozni kell azt, hogy a fehérjék összetétele ezekkel a szerkezeti változásokkal együtt nem változik. Olyan betegségrõl van szó, amelynek az okai, úgy tûnik, kizárólag szerkezeti változás jellegûek. A kérdés az, hogy akkor hogyan terjed? Elképzelhetõ, hogy a kristályosodás folyamatához hasonlóan a beteg fehérje a vele szomszédos következõ molekulát olyan szerkezeti változásra kényszeríti, amellyel az eredeti beteg fehérje szerkezetéhez illeszkedik és ezáltal újabb szerkezeti változás forrásává alakul. A szivacsosabb közeg kialakulása nincs ellentmondásban a béta-redõs szerkezetek nagyobb aranyával, amelyek sokkal kevésbé tömörek, mint az alfa-csavaros szerkezetek. Ez vonzó és ésszerû magyarázat. Az viszont önmagában félelmetes, hogy összetételbeli változás nélkül, pusztán térszerkezeti-konformációs változás ilyen súlyos fiziológiai következményekre vezethet.

Megemlítek egy másik esetet is, amikor kizárólagosan térszerkezeti ismeretek hoztak megoldást egy fontos, egészséggel kapcsolatos kutatásban. Régóta probléma az influenza gyógyítása, és most nem megelõzésre, hanem a betegben éppen kialakuló influenza elleni fellépésre gondolok. Az ilyen gyógyszer kialakításának sokáig a legfõbb akadálya az volt, hogy az influenzavírusok mutálnak és az RNS-molekulájukat körülvevõ fehérjeburok szinte évrõl évre változik. Röntgenkrisztallográfiai kutatásokkal azonban megállapították, hogy minden típusú influenzavírus fehérjeburkában van egy olyan rész, amely soha nem változik. Ezután kialakítottak egy olyan anyagot, amely éppen ehhez az állandóan jelenlévõ szerkezeti részhez képes kapcsolódni és ezáltal megakadályozza a vírust káros tevékenységének a kifejtésében. Ez tehát nem megelõzõ, nem immunitást biztosító gyógyszer, hanem a kialakuló influenza kezdeti szakaszában a betegség tüneteit erõsen mérséklõ és a betegség lefolyását jelentõsen gyorsító kezelést jelent, kizárólag szerkezeti kémiai alapokra építve.

A már említett szerves kémikus, Eschenmoser egyik legismertebb eredménye a B12 elõállítása volt, amelyet együttmûködéses versenyben, vagy versengõ együttmûködésben, a harvardos R. B. Woodwarddal együtt oldott meg. Ezeknek a szintéziseknek szerkezeti kémiai szempontból is meghatározó szerepük volt, mert abban az idõben szintézisek sorozata volt a szerkezetmeghatározás alapvetõ eszköze. Az elmúlt ötven év egyik legfontosabb paradigmaváltása a kémiában az volt, hogy a szintetikus munka ilyen fajta jelentõsége megszûnt és ezt a funkciót átvették a legkülönbözõbb fizikai szerkezetfelderítési módszerek. A kémiai szintézis szerepe nem csökkent, csupán bizonyos funkciói alakultak át. A szerkezetvizsgáló módszerek között a röntgenkrisztallográfiát, az NMR-spektroszkópiát, és a többi spektroszkópiai és diffrakciós módszereket és más módszereket kell megemlíteni.

Eschenmoser az utóbbi években azzal a kérdéssel foglalkozik, hogy a természet a DNS- és az RNS-molekula helyett milyen más molekulákat is választhatott volna az örökítés megvalósításához. Így például megpróbálták kialakítani olyan nukleinsavak rendszerét, amelyben az öttagú cukor szerepét hattagú cukor veszi át, míg minden egyéb alkotórész lényegében változatlan marad. Hamarosan megállapították, hogy térgátlások miatt egy ilyen rendszer nem mûködhetett volna.

Sidney Altman

Thomas Cech

Természetesen az élet keletkezésének vizsgálatában az eredmények nem mindig olyan egyértelmûek, mint a szokásos kémiában, de ezek a vizsgálatok ezzel együtt is tanulságosak és sokszor vezetnek meglepõ eredményekre. Egy eredmény nemcsak azért lehet meglepõ, mert valóban valami újat sikerült a kémikusnak felfedeznie. Vannak esetek, amikor csak azért tûnik valami meglepõen újnak, mert bizonyos dogmákat dönt meg, olyan dogmát, amelyeket eredetileg maguk a kémikusok mondtak ki és tiszteltek törvényként. Ilyen volt például az, amikor kiderült, hogy nukleinsavak is lehetnek biológiai katalizátorok, nemcsak fehérjék. Ezért a felfedezésért Nobel-díjat adtak Sidney Altmannak és Thomas Cechnek 1989-ben. Sokan a kettõs csavar felfedezése melletti másik legfontosabb biológiai felfedezésnek tekintik ezt a felfedezést. Azonban korábban semmi olyan megkötés nem volt a katalizátorok meghatározásában, ami kizárta volna a nukleinsavak katalizátorként való szereplését. Ezzel Altman és Cech felfedezésének jelentõsége nem csökken, de a példa érdekes abból a szempontból, hogy sokszor a saját magunk által felállított korlátokat kell ledöntenünk.

Ugyancsak széleskörûen elterjedt dogma volt az, egy egészen más területet tekintve, hogy kristályszerkezetekben a transzlációban kizárt az ötös és minden hatosnál magasabb rendû szimmetria. Az anyagokat kényelmesen két nagy osztályba lehetett osztani, a kristályos és az amorf anyagok osztályára. A kristályos anyagok szabályosak és periodikusak, az amorf anyagok pedig nem-szabályosak és nem-periodikusak. Szabályoson azt értjük, hogy egyszerû szabályokkal lehet leírni a szerkezetet. A nyolcvanas években felfedezték az úgynevezett kvázikristályokat, amelyek szabályos de nem periodikus szerkezetûek. A név máig is fennmaradt, de amit kvázikristálynak tekintünk, az ma már beletartozik a kristályok körébe, mert ma már más, sokkal általánosabb és sajnos erõsen technikaibb jellegû meghatározása van annak, hogy mi a kristályos anyag. Nevezetesen, minden olyan anyag, amely Bragg-diffrakciót mutat, kristályos. A kvázikristályok felfedezésének elvi és gyakorlati jelentõsége is volt. Elvi az volt, hogy megdõlt egy dogma és a kevésbé szabályos szerkezetek kutatása óriási lendületet kapott tõle. A gyakorlati jelentõség pedig elsõsorban abban állt, hogy eddig még el sem képzelt anyagok is létezhetnek, mind a természetben, mind pedig a laboratóriumban. A magashõmérsékletû szupravezetõk és a szerves alapú vezetõk is anyagtudományi újdonságot jelentettek.

Új anyagok elõállításának példája a fullerének felfedezése is. Ez egyben arra is példa volt, hogy alapvetõ felfedezéseket is lehet még tenni a kémiában. Volt valami nagyszerû eredetiség a fullerének felfedezésében. Elõször is, pusztán szimmetria-meggondolások alapján a C₆₀ molekula stabilitását már 1970 körül megjósolták, azután számításos módszerekkel tették ugyanezt néhány évvel késõbb, mégpedig nem is nagyon magasszintû számításokkal. Amikor azután kísérletileg is megfigyelték a C₆₀ molekulát, az igazi felfedezést azok tették, akik szerkezetet is rendeltek ehhez az anyaghoz. Érdekes módon, mind a kvázikristályok, mind pedig a fullerének szerkezetében meghatározó szerepe van az ötös szimmetriának. Az is érdekes, hogy egy szintetikus kémikus a kémia szempontjából a waterloo-i csatához hasonlította a C₆₀ felfedezését, vagyis a kémia által elszenvedett vereségnek tekintette. Ezzel arra utalt, hogy ez a nagyszerû kémiai felfedezés a kémián kívüli területrõl jött. Ez annyiban igaz, hogy nem szintézissel foglalkozó kémikusoktól származott, de az is igaz, hogy a C₆₀ molekula ott hevert az utcán, és csak arra várt, hogy valaki lehajoljon érte és felvegye.

A reakciók Hamletje

Borisz Belouszov

Anatolij Zsabotyinszkij

A reakciók mechanizmusának tanulmányozásában az elmúlt évtizedekben folytatódott az a munka, amelyet korábban Arrhenius, Polányi Mihály és mások fémjeleztek. Egyre rövidebb idõtartamú eseményeket sikerült megérteni, és ezek a törekvések a femtomásodperces spektroszkópiában kulmináltak, amivel valóban elérkeztünk az idõbeli kémiai határhoz; az ennél rövidebb idõ alatt lejátszódó események már a fizika világába tartoznak. A femtomásodperces kísérletek fényt derítettek a kémiai kötés kialakulásának és megszûnésének dinamikájára, beteljesítve a kémiai kötés természetének felderítésére irányuló korábbi kutatásokat. Ma nyomon lehet követni azokat a lépéseket, amelyekben a kémiai kötéssel történik valami. Itt említem meg az oszcilláló reakciókat, a kémiai hullámok kutatását és köztük a Belouszov–Zsabotyinszkij-reakciót, amelynek felfedezését a Nobel-díjas Ilya Prigogine a 20. század egyik legjelentõsebb tudományos felfedezésének nevezte. Közismert Belouszov kálváriája, hogy sohasem sikerült a szokásos tudományos folyóiratokban publikálnia eredményeit. Ezzel nem állt egyedül, bár elszigeteltsége különösen tragikussá teszi az õ esetét. Azonban tudunk egész sor más kiemelkedõ felfedezésrõl is, amelyek publikálása csak a legnagyobb nehézségek árán sikerült. Úgy tûnik, hogy még a legigényesebb folyóiratokban is könnyebb középszerû, a már meglévõ ismeretekhez képest kevés újat tartalmazó dolgozatokat közölni, mint valóban úttörõ jelentõségû felfedezéseket.

Amikor Oláh György kutatásait a Kémiai Nobel-díj Bizottság elnöke bemutatta a svéd királynak és a díjátadó ünnepségen megjelent közönségnek, akkor a svéd kémikus a következõ hasonlatot használta. Ha ismerjük egy kémiai reakcióban a kezdeti és a végtermékeket, de nem ismerjük a reakció mechanizmusát, az olyan, mintha látnánk Shakespeare Hamletjének elsõ és utolsó jelenetét, de nem tudnánk, hogy mi történik a kettõ között. Oláh György varázslatos szupersavjaival elérte azt, amit elõtte semmiféle spektroszkópiai módszerrel sem sikerült elérni bizonyos sokat vitatott szerves kémiai reakciók értelmezésében. Kimutatta a karbokationok jelenlétét és tisztázott olyan reakciómechanizmusokat, amelyekrõl elõtte, mondhatjuk, hogy Oláh szerencséjére, a legnagyobb szerves kémikusok vitatkoztak.

Az elõbb már említettem a számításos kémiát és szeretnék errõl még néhány szót szólni, egy kicsit szubjektív módon. Néhány évvel ezelõtt vendégül láthattuk Paul Schleyert, a számításos kémia egyik vezéregyéniségét, aki nem éppen a legudvariasabb módon, elõadásában azt mondotta, hogy eldobhatjuk a szerkezetvizsgáló mûszereket, mert a szerkezeti információt számítással könnyebben megkaphatjuk. Ez a megjegyzése túlzó volt akkor és még ma is az, de ma már kevésbé túlzó, mint akkor volt és ha teljesen soha nem is lesz helytálló, ahogy telnek a napok és az évek, egyre kevésbé lesz túlzó ez az elõrejelzés. A számítástechnikában is korábban elképzelhetetlen fejlõdést hoztak az új anyagok.

1964-ben az Élet és Irodalom vitát kezdeményezett a tudományok határáról és mint lelkes egyetemista részt vettem a vitában és írtam arról, hogy nemcsak az reménytelen vállalkozás, hogy pontosan kiszámítsuk az atomok hullámfüggvényét, hanem ha ez sikerülne is, az egész dolog egy reménytelen vállakozás lenne. Csupán a vasatom pontos hullámfüggvényének leírására több papírra lenne szükség, mint amennyi megfelelne a világegyetem összes anyagának. Milyen reménytelenül nem tudtuk akkor elõrelátni az adattárolás korszerû lehetõségeit. Azonban az elõrelátásnak is vannak nagyszerû példái. Az elmúlt évtizedekben megélt számításos kémiai forradalmat John Pople-nek az ötvenes évek elején kialakított elképzelései irányították. Ez tehát egy megtervezett fejlõdés volt.

Más felfedezések viszont nem úgy indulnak el, hogy már a kezdetektõl világos lenne a végcél, hanem fokozatosan alakulnak ki. Így például Frederick Sanger nem tervezte, hogy módszert alkot a fehérjék, majd késõbb a nukleinsavak kapcsolódasi rendjének a meghatározására. Egymás után két Nobel-díjjal elismert eredményei fokozatosan, lépésrõl lépésre alakultak ki.

Nagyszerû kémiai felfedezés született 1962-ben, amikor Neil Bartlett a kanadai British Columbiában elõször állított elõ nemesgáz-vegyületet, a xenon-platina-hexafluoridot. Harminc évvel korábban Donald Yost már megpróbált xenon-fluoridot elõállítani, sikertelenül. Yost késõbb azt mondta, hogy az õ idejében a fluorkémia olyan volt, mint amikor fából készült hajókkal küzdöttek az óceánnal vasból készült emberek. Néhány évtizedre visszatekintve mindig lehet úgy érezni, hogy az elõzõ generációk fából készült hajókkal indulnak a küzdelembe, de az kérdés, hogy bennünket például a késõbbi generációk vasból készült embereknek fognak-e tekinteni. Ha a mai egyetemi képzest tekintem, szomorúan kell megállapítanom, hogy a munka- és idõigényes, a hosszútávú befektetést igenylõ kutatások egyre kevésbé népszerûek, és a gyors siker reményében fontos irányokat hanyagol el a kutatás.

Érdekes kérdes az is, hogy a kommunikációs lehetõségek vajon csökkentik-e vagy éppenséggel növelik a szakadékot a fejlett és a kevésbé fejlett kutatóhelyek között. A könyvtár-szegénységgel küzködõ helyeknek nagyszerû felzárkózást jelenthetne az internet, de a webofscience lehetõségeihez, a különbözõ folyóiratokhoz való internetes hozzájutáshoz megintcsak óriási összegek kellenek. Az új, nagy lehetõségek nemcsak felzárkózást, hanem fokozott lemaradást is jelenthetnek. A tudományos kutatók képzésében a tudományok hatalmas iramú fejlõdése pedig azt is jelentheti, hogy megnõ a szakadék az egyetemi oktatás és az éppen aktuális kutatások között. Ezek mind világszerte jelentkezõ veszélyek, de körülményeinknél fogva számunkra ez nagyobb veszélyt jelent, mint a fejlettebb országokban.

A legutóbbi idõkben fontos törekvés a molekuláris rendszerek kezelésében is az egyre kisebb, látszólag egyre egyszerûbb rendszerek vizsgálata és alkalmazása. Teret hódít az egyes molekula vizsgálata és alkalmazása. Ebben van takarékosság is és környezetvédelem is egyfelõl, másfelõl pedig a felhalmozódó tudás értékesítése. Az én generációm számára még sokkal fontosabb volt a mólnyi mennyiségekkel történõ manipulálás, és feltételezem, hogy késõbbi vegyészgenerációk számára a mólnyi mennyiségek, sok esetben, anakronisztikusnak tünnek majd. A molekulakapcsoló, a molekulaszelep, a molekulagép, és végsõ soron a molekula-számítógép része lesz a technológiának és sok esetben már része is. A spektrum másik végén viszont egyre komplexebb rendszerek jelennek meg. Itt említem meg a kombinatorikus kémiát, amely ezekben az években bontakozik csak ki igazán.

A kombinatorikus kémia úttörõje, Furka Árpád maga is szokta hangsúlyozni, hogy a kombinatorikus kémia nemcsak és nem is elsõsorban egy új módszer a kémiában, hanem egy újfajta gondolkodás is. A kombinatorikus kémia kiszélesítette a kémikus gondolkodását és közelebb hozta a természettudományok egyik központi elvéhez, a darwini értelemben vett evolúcióhoz. Egyesek szerint a kombinatorikus kémia megjelenése jelentette az evolúciós mechanizmus átültetését a kémiába. Az élet jellege kémiai és mind a megjelenésének, mind pedig a további fejlõdésének elõfeltétele volt az, hogy óriási mértékben álljon rendelkezésre kémiai sokféleség, mind a szerkezet, mind pedig a fizikai és kémiai tulajdonságok szempontjából. A biológiai evolúció a túlélés kiválasztódásán keresztül valósul meg, kombinatorikusan, és nem dizájn, nem tervezés által. A kémia egyedülálló a természettudományok között abban, hogy képes arra, hogy elõállítsa, megteremtse a saját vizsgálódásainak a tárgyát. Mindebben benne van az a lehetõség is, hogy meg tudjuk tevezni anyagainkat és tulajdonságaikat. Tudományos kutatásaink, tevékenységünk egyik célja ez. A kombinatorikus kémia hatalmas vonzereje abban is van, hogy általa gyorsabban eljuthatunk a tervezett tulajdonságú anyagok megvalósításához.

Ami a jövõt illeti, természetesen az igazán új felfedezéseket még csak elképzelni sem tudjuk, de az valószínûnek látszik, hogy az elmúlt 50 év legjelentõsebb irányaiból több is folytatódik. Az is lehet, hogy még 50 év múlva is arra a kérdésre, hogy mi volt az elmúlt száz év legjelentõsebb kémiai (és persze biológiai) felfedezése, a válasz a DNS-molekula kettõs csavar szerkezete lesz.

Az emberi genom feltérképezése óriási kutatóerõket mozgósít a megszerzett információ áldásos felhasználása céljából. Az agykutatás agykémiai és neurokémiai vonatkozásai is óriási kihívást jelentenek. Általában az élet minõségének javítása a tudományos kutatás és ezen belül a kémia elsõ számú feladata. A kémiának ezen kívül vannak feladatai az energiagazdálkodásban, az élelmiszerbiztosításban, és a tervezett tulajdonságú és viselkedésû anyagok elõallításában.

Ami a kémia társadalmi megítélését illeti, és tágabb értelemben véve a tudomány társadalmi megítélését, ebben elsõsorban nekünk, a tudománnyal foglalkozóknak vannak feladataink. Itt nemcsak arról van szó, hogy tegyük népszerûbbé azt, amit csinálunk, hanem arról is, hogy ehhez elérjük a megfelelõ támogatást. Elsõsorban a mi feladatunk az, hogy a közvélemény jobban tájékozott legyen, beleértve a politikusokat, akik közvetlenül szavaznak a tudomány támogatásáról. Vonzó és érdekes tudomány-népszerûsítésre van szükseg általában, a kémiának pedig különösen nagy szüksége van erre. A tudomány ma már olyan nehezen követhetõvé vált, hogy maguk a tudósok is tájékozatlanok, amikor kívül kerülnek szûk specializációjuk körén. Õk is laikusok egy kis szûk területen kívül. Talán ezért is remélhetjük azt, hogy a tudósok a jövõben egyre nagyobb jelentõséget tulajdonítanak majd a színvonalas ismeretterjesztésnek és annak, hogy a tudományt emberközelbe hozzák. Mai elõadásomat én is egy kicsit ennek szellemében próbáltam összeállítani. Köszönöm a figyelmet.