Przez dziesięciolecia uważano to za absurd: witamina B1 (tiamina) może tworzyć niezwykle reaktywną cząsteczkę w wodnym środowisku organizmu. Hipoteza Ronalda Breslowa z 1958 roku została uznana za śmiałą, lecz niepotwierdzalną. Teraz, po 67 latach, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside udowodnili, że miał rację. To przełom nie tylko w chemii organicznej, ale też zapowiedź bardziej ekologicznej produkcji leków i materiałów.
Witamina B1 odsłania swoje prawdziwe oblicze
W 1958 r. chemik z Uniwersytetu Columbia, Ronald Breslow, wysunął zaskakującą teorię: że tiamina, znana szerzej jako witamina B1, może chwilowo przekształcać się w karben – wyjątkowo nietrwałą i wysoce reaktywną cząsteczkę węgla. Karbeny mają jedynie sześć elektronów walencyjnych zamiast ośmiu, co czyni je niestabilnymi i trudnymi do uchwycenia, szczególnie w wodzie – naturalnym środowisku organizmu.
Czytaj też: Chińscy naukowcy zatrzymali starzenie. W roli głównej witamina
Hipoteza ta miała ogromne znaczenie teoretyczne: sugerowała, że witamina B1 pełni w ciele funkcję nie tylko koenzymu, ale wręcz uczestnika bardziej złożonych i szybkich transformacji chemicznych. Jednak przez dekady nikt nie potrafił potwierdzić istnienia takiego karbenu w warunkach biologicznych. Karbeny rozpadały się niemal natychmiast w kontakcie z wodą.
Zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside, kierowany przez prof. Vincenta Lavallo, dokonał czegoś, co jeszcze niedawno uznawano za niemożliwe: stworzył stabilny karben w środowisku wodnym. Dzięki syntetycznej molekule “zbroi molekularnej”, naukowcom udało się “otulić” reaktywną cząsteczkę, chroniąc ją przed destrukcyjnym wpływem wody.
Karben został nie tylko zsyntetyzowany, ale i zachowany w fiolce przez kilka miesięcy, a następnie zbadany przy użyciu spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) oraz krystalografii rentgenowskiej. Obserwacje te potwierdziły istnienie wodnego karbenu – dokładnie takiego, jaki postulował Breslow.
Karbeny, choć rzadkie i niestabilne, są niezwykle cenne w chemii organicznej. Stosuje się je jako tzw. ligandy – struktury wspierające działanie katalizatorów metalicznych, które napędzają reakcje tworzenia leków, paliw i materiałów przemysłowych. Obecnie większość tych procesów odbywa się w toksycznych rozpuszczalnikach organicznych, co stanowi poważne wyzwanie dla środowiska. Odkrycie zespołu z Riverside daje szansę na przeniesienie tych reakcji do wody, która jest tania, nietoksyczna i dostępna wszędzie.
Prof. Vincent Lavallo mówi:
Ludzie myśleli, że to szalony pomysł. Ale okazało się, że Breslow miał rację. W komórkach zachodzą reakcje, których dotąd nie umieliśmy naśladować. Teraz możemy po raz pierwszy je obserwować i zrozumieć.
Warto dodać, że technika zastosowana przez jego zespół może w przyszłości pozwolić na izolowanie i badanie innych reaktywnych cząsteczek przejściowych, które dotąd wymykały się obserwacji.