"And the Nobel goes to..."
Sziasztok, újra itt a természettudományi rovat. Ahogy a Mozizóna rovatszerkesztői bizonyára minden évben csillogó szemekkel, csorgó nyállal figyelik az Oscar-díj átadást, úgy mi sem hagyhatjuk ki a múlt heti Nobel-díjakat. Ja és még annyit, hogy nyugodtan küldhettek be cikkeket a rovatnak, van hely megjelentetni.
A történet nem a múlt héten kezdődött, hanem 1833-ban, Stockholmban, Alfred Nobel születésével. Családja hamarosan Szentpétervárra költözött, ahol hadianyaggyáruk a krími háború alatt az orosz hadseregnek gyártott aknákat. Nobel kitűnő oktatásban részesült, öt nyelven beszélt, jártas volt az irodalomban és a filozófiában, önmagát autodidakta módon képezte ki vegyésszé. 1863-ban visszatért Stockholmba, ahol nagy erejű robbanóanyagok, például nitroglicerin előállításával foglalkozott. Gyárai sorra nyíltak Európában és Amerikában. 1867-ben jegyezték be szabadalmát a nitroglicerin egy kevésbé veszélyes típusára, a dinamitra. Ez nagyon keresetté vált a bányászatban és az útépítéseknél, és hatalmas hasznot hozott Nobelnek, aki üzleti érzékével is sokat segített a termék gyors elterjedésének. A termelés mellett több kutatólaboratóriumot nyitott Stockholmban, Hamburgban, Párizsban és San Remoban. Itt halt meg 1896-ban, Olaszországban. Végrendeletében létrehozta a Nobel-alapítványt, amely hagyatékát öt egyenlő részre osztva évente díjakat oszt ki belőle a fizika, kémia, élettan-gyógyászat, irodalom és fegyverzetcsökkentés-béketeremtés területén legérdemesebbeknek.
A 2001-es fizikai Nobel-díj
Kik kapták? Eric Cornell (USA, JILA és NIST) és Carl Wiemann (USA, JILA és Coloradoi Egyetem), illetve a német Wolfgang Ketterle (MIT), méghozzá "Bose-Einstein kondenzáció eléréséért alkáliatomok híg gázában, és a kondenzátumok tulajdonságainak korai alapvető tanulmányozásáért". De mégis, mit jelent ez?
A körülöttünk lévő anyag viselkedése normális hőmérsékleten általában leírható a klasszikus mechanikával, például a gázokban az atomok úgy viselkednek mint egy rakás folyamatosan egymásnak ütköző biliárdgolyó. Egészen alacsony hőmérsékleten és sebességeknél azonban, a kvantummechanika törvényeinek engedelmeskedve, kezdenek érdekesen viselkedni. Például van nekik sajátperdületük, amit spinnek hívnak, és egész szám, vagy egész + 1/2 lehet az értéke. Az egész spinű részecskéket (Satyendra Nath Bose indiai fizikus után) bozonoknak, a félegész spinűeket fermionoknak hívják. Ha lehűtünk egy bozonokból álló rendszert, mindegyikük ugyanarra, a legalacsonyabb energiájú kvantumállapot felé törekszik. A fermionokkal kicsit más a helyzet: ezek egyszerre nem foglalhatnak el azonos kvantumállapotot, ezért ha többen vannak, kénytelenek kitölteni a magasabb energiáknak megfelelőeket. Például a periódusos rendszer elemeinek tulajdonságai és szerkezete visszavezethető arra a tényre hogy az elektronok fermionok.
A bozonokból álló részecskék a Bose-Einstein statisztikának vannak alávetve, amit először Bose használt a fénykvantumok leírására, és A. Einstein általánosította 1925-ben. Jóslata szerint ha ilyen részecskék elég lassan és elég közel kerülnek egymáshoz, fázisátalakuláson mennek át, egyszerre a legalacsonyabb energiájú állapotba jutnak: létrejön a Bose-Einstein kondenzátum (BEC). Hideg szobában lassabban mozognak a részecskék, kicsi az impulzusuk, amihez nagyobb hullámhossz tartozik. Ha ez összemérhetővé válik a köztük lévő távolsággal, BEC-t kapunk, amit hívhatunk a lézernél használt koherens fény mintájára "koherens anyagnak", vagy szuperatomnak, amelyet egyetlen hullámfüggvény ír le.
Megfigyelték már a BEC manifesztációját korábban is, komplexebb rendszerekben, a szuperfolyékonyság (súrlódásmentesség folyadékokban) és szupravezetés (ellenállásmentes vezetőképesség), amelyek szintén alacsony hőmérsékleten érhetőek el, erre vezethetők vissza, ám itt csak a rendszerek egy részére terjed ki a kondenzáció. A tiszta és más kölcsönhatásoktól el nem nyomott kondenzátum létrehozására hetven évet kellett várni.
Először 1995-ben, Wieman és Cornell hozott létre 20 nanokelvin (a világűrnél milliárdszor hidegebb!) hőmérsékleten egy kb. 2000 darab rubídiumatomot tartalmazó BEC-t. A (97-ben Nobel-díjjal jutalmazott) lézert és mágneses mezőt használó magneto-optikai csapda segítségével néhány 100 nK hőmérsékletig jutottak. Innen "párologtatással" hűtötték a gázt tovább, ahogy a reggeli kávé is hűl: a leggyorsabb részecskék leküzdve az akadályokat elhagyják a csészét, a visszamaradó kávéban így alacsonyabb lesz az atomok átlagsebessége. Az MIT-n kidolgozott módszert alkalmazva megfelelő frekvenciájú mágneses mezővel rángatva az atomokat, szépen le lehet hámozni a legforróbbakat, így érte el a kutatócsoport a szükséges hideget. Utolsó gond, hogy a csapda közepén van egy "lék", itt 0 a mágneses mező, és az atomok el tudnak szökni. Ezt a mező, és így a lék folyamatos ide-oda mozgatásával akadályozták meg.
W. Ketterle, tőlük független csoportot vezetve, lézerrel tartotta távol az atomokat a "léktől", és négy hónappal később neki is kész volt kondenzátuma, nátrium atomokból, méghozzá százszor több atomból álló. Ez lehetővé tett az anyag ezen különleges formáján pár kísérletet, például megmutatta hogy két egymásba terjedő BEC interferál egymással, és csinált a gravitáció hatására lecsöpögő BEC cseppeket.
A terület gyorsan fejlődik, már több mint 20 csoport foglalkozik BEC kísérletekkel. Nemcsak alapvető kvantummechanikai folyamatok tanulmányozásában és új természettudományi kísérleteknél lesz hasznos, de valószínűleg a nanotechnológiában és a holográfiában is forradalmi alkalmazásokra számíthatunk.
A 2001-es kémiai Nobel-díj
A kitüntetettek (átlag 20 évvel idősebbek az előző csoportnál): William Knowles (USA, Monsanto Company/Columbiai Egyetem), Nojori Rjódzsi (Japán, Nagojai Egyetem), Barry Sharpless (USA, Scripps Research Institute). A kiérdemlés királisan katalizált hidrogénezéses / oxidációs reakciókon való munkálkodással történt.
Részletezem. Jobb kezünk tükörképe a bal kezünknek. Úgy mondjuk ezt hogy királisak. Hiába forgatjuk, térben nem tudjuk elérni hogy az egyik lefedje a másikat: ezeknek a molekuláknak, mint a kesztyűknek, létezik egy jobbkezes és egy balkezes verziója, két enantiomerje, amik másban nem különböznek. Az élő dolgokban általában csak az egyik verzió fordul elő, a DNS, RNS, az aminosavak, és így a peptidek, enzimek és más proteinek mind ilyenek. Tükörképük többnyire nem alkalmas ugyanarra a feladatra, nem illeszkedik a megfelelő receptorokhoz, sőt az néha kifejezetten veszélyes lehet, más esetekben a különbség kevésbé drámai, például az R-limonén és S-limonén enantiomerek közül az előbbi narancsillatú, az utóbbi citromillatú. Csakhogy ha különféle gyógyszereket vagy efféle vegyületeket gyártunk, a reakció gyakran szimmetrikus, azaz ugyanannyi keletkezik a kétféle kiralitású vegyületből, holott nekünk csak az egyik kéne.
Knowles érdeme, hogy sikerült először, 1968-ban, egy katalitikus (azaz a folyamat során megmaradó, de azt serkentő segédvegyületet használó) reakcióban asszimmetriát elérnie, vagyis azt, hogy a keletkező termékben a két enantiomer aránya különböző legyen. Egy néhány évvel korábbi felfedezés nyomán, egy átmeneti fémkomplex segítségével, amelyben egy rhódiumatomot három trifenilfoszfin molekula és egy klóratom vesz körül ( (Ph3P)3RhCl ), lehetségessé vált egy oldatban a hidrogenizáció (hidrogén adása szénatomok kettős kötéséhez). Knowles az akirális, háromlábú szék alakú trifenilfoszfin helyett egy másik, királis foszfint használt (itt 3 különböző lába van a széknek), illetve csak az egyik enantiomerjét - már amilyen tisztán elérhető volt. Ennek aminek eredményeként a reakcióban 15%-kal több keletkezett a termék egyik enantiomerjéből, mint a másikból. Mindez semmilyen konkrét haszonnal nem járt, ám bebizonyosodott, hogy lehetséges katalitikus aszimmetrikus hidrogénezés. Rövid időn belül pedig, az alapkutatás eredményeit a felhasználásba átültetve, sikerült a Parkinson-kór kezelésében hasznosnak bizonyult L-DOPA aminosavat 97%-os tisztaságban előállítania.
Nojori érdeme hogy jóval szélesebb körben és általánosabban alkalmazható katalizátorokat sikerült előállítania. Sharpless eközben hasonló eredményeket ért el oxidációknál használt asszimetrikus katalizátorokkal. Mindezek rendkívül fontos eredmények a gyógyszergyártás számára, de ízesítők és rovarirtók, meg más effélék előállításánál praktikusak.
A 2001-es orvosi Nobel-díj
Akik kapták: Leland Hartwell (USA, F.H. Rákkutató Központ, Seattle), Paul Nurse és Timothy Hunt (Anglia, Királyi Rákkutató Alapítvány, London). Amiért kapták: a sejtciklus szabályozóinak felfedezése. Összefoglaló: Minden élő szervezet sejtekből áll. Egy ember például kb. százbillió (1014) sejtből, amelyek mind egyetlen megtermékenyített petesejttől származnak. A sejtek osztódással szaporodnak, ami a felnőtt emberekben is folytatódik, pótolva az elhaló sejteket. Milyen a sejt? 2 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg a földön az első eukarióta sejtek, amelyek kromoszómáikat a sejt többi részétől elkülönülten, egy sejtmagban tartják. Nemcsak egysejtű eukarióta élőlények vannak (gombák, amőbák), a növények és az állatok mind ilyenekből állnak. Az emberi sejtekben 23 pár kromoszóma van, amely tartalmazza a teljes örökítőanyagunkat (DNS). Mintha az egyetemen minden téglába és csavarba bele lenne karcolva az egész épület tervrajza. Nos, a sejtek osztódása, amely egyébként mit sem változott az evolúció során, több lépésben történik. Először megnő a sejt, majd megduplázza a kromoszómáit, szétosztja ezeket egyenlő arányban (mitózis), majd kettéválik és létrejön a két utódsejt, azonos kromoszómakészlettel. Ezt a folyamatot, a sejtciklust irányító vegyületeket fedeztek fel a díjazott kutatók.
Létfontosságú, hogy a sejtciklus fázisai pontosan koordinálva legyenek, hogy megfelelő sorrendben menjenek végbe, és mindegyik befejeződjön a következő előtt. Előfordulhat, hogy kromoszómák vagy részeik elvesznek, megsérülnek, átrendeződnek, vagy egyenlőtlenül oszlanak el az utódsejtek között. Ilyen kromoszómaváltozások gyakran figyelhetők meg rákos sejtekben. Leland Hartwellnek a 70-es évektől kezdve sikerült izolálnia több mint száz gént amelyek felelősek a sejtciklus irányításában, köztük egy olyat amely elindítja az első fázist ("start" gén). Ezenkívül a besugárzás hatását is vizsgálta, és eredményei alapján bevezette az ellenőrzőpont fogalmát, ami azt jelenti, hogy ha megsérül a DNS, akkor felfüggesztődik a sejtciklus folytatása, időt adva a hiba javítására.
Paul Nurse szintén a 70-es évektől kezdve, egy másik gombafajt tanulmányozva azonosított egy a sejtciklus második fázisát irányító gént, amely később azonosnak bizonyult a Hartwell által megtalált génnel, tehát szerepe általánosabb. '87-ben sikerült izolálni ennek megfelelőjét emberekben. Ez a CDK-1 nevet kapta, mivel egy az ún ciklin-függő kinázok (CDK) közé tartozó proteint kódol, amelyek aktivációja proteinek foszforizációján alapul. Ezek alapján fél tucat emberekben előforduló CDK molekulát azonosítottak.
Tim Hunt a 80-as években felfedezte az első ciklin molekulát. Ezek proteinek, amelyek a sejtciklus során keletkeznek és bontódnak le, nevüket a ciklus során periodikusan változó mennyiségük miatt kapták. Mint kiderült, ezek az állandó mennyiségben jelenlévő CDK molekulákhoz kötődnek, így szabályozva azok aktivitását, kulcsszerepet játszva ezzel a sejtciklus működésében. Az is kiderült, hogy a ciklinek sem változtak az evolúció során.
Ezek az alapvető felfedezéseknek fontosak, hogy megértsük a sejtciklus működését, és azt, hogy hogyan alakulnak ki kromoszómahibák rákos sejtekben, amely valószínűleg a rossz sejtciklus irányítás miatt történik. Hamarosan alkalmazni fogják az eredményeket a diagnózisban, hosszútávon pedig új gyógyítási elveket eredményezhet.
Közgazdasági Nobel-díj: Ezt 1968-ban alapította a Svéd Nemzeti Bank, de beszéljen róla majd az Economode rovat írója. A nem kevésbé fontos béke- és az irodalmi Nobel-díjakat meg inkább a Tiferetre hagyom. Apropó, gratulálok Dominikának, a korábbi Tiferet rovat szerkesztőjének a diplomához!
Fű