Náttúrufræðingurinn - 2008, Blaðsíða 42

Náttúrufræðingurinn
notað lengi í ýmsa nytjahluti og í
kvikmyndafilmur og var undanfari
plastefna nútímans. Enn eitt flókið
kolvetnasamband sem polarimeter-
mælingar komu að gagni við að
kanna var glýkógen, sem gegnir
hlutverki sykurforðabúrs í líköm-
um dýra. Það er náskylt sterkjuefn-
unum úr jurtaríkinu sem sagt var
frá hér að ofan.
Pasteur gerði frekari stórupp-
götvanir með hjálp polarimetra, svo
sem þá15 að myglusveppir og fleiri
örverur gátu valið milli hægri- og
vinstrisnúandi sameinda af hendn-
um efnum. Reyndist slík hegðun
vera grundvallaratriði í öllu eðli líf-
vera. Ekki er ósennilegt að hinar
alkunnu rannsóknir hans á geril-
sneyðingu frá um 1860 hafi að hluta
sprottið úr þessum athugunum
hans og annarra á áhrifum örvera á
optíska virkni lausna af sykri og
fleiri efnum við mismunandi að-
stæður.
Á þessu tímabili ber væntanlega
hæst þá tilgátu J.H. van't Hoffs16og
samtímis J.A. Le Bels um að hin
fjögur efnatengi kolefnisfrumeind-
arinnar liggi ekki í sama fleti, eins
og áður var talið, heldur séu prívíð.
Tilgátan átti m.a. rót að rekja til ný-
birtra rannsókna annarra á optískri
virkni mjólkursýru af mismunandi
uppruna. Hún útskýrði uppgötvun
Pasteurs12 um hendnu lífrænu efnin:
I þeim er jafnan ein af kolefnis-
frumeindunum tengd fjórum mis-
munandi frumeindum eða hópum
(4. mynd b). Þetta hefur þaðan í frá
verið undirstaða allrar þekkingar á
lífrænni efnafræði og varð brátt til
hugtakið rúmefnafræði (þ. Stereo-
chemie) um þau svið efnafræðinnar
þar sem óhjákvæmilegt var að
skoða byggingu sameindanna í
þrívíðu rúmi.
1890-1920
Þegar hér var komið voru polari-
metrar orðnir ómissandi tæki á
rannsóknastofum í lífrænni efna-
fræði og lífefnafræði. Hið sama má
segja til dæmis um framleiðslustaði
sykurefna og matvæla úr þeim:
Auk vinnslu sykurs beint úr plöntu-
hlutum sem fyrr fór hún fram í gríð-
arlegu magni úr sterkju, til dæmis
kartöflum og maískorni.
Meðal helstu framfara á þessu
tímabili má ótvírætt telja umfangs-
mikla efnasmíði E. Fischers17 (2.
mynd) á sykurefnum og ýmsum af-
leiðum þeirra. Af einni tiltekinni
tegund einsykrunga (aldósum)
voru áður þekktir úr náttúrunni
tveir með fimm kolefnisfrumeindir
og tveir með sex, en Fischer gerði
sér grein fyrir að til ættu að vera
fjögur optískt virk efni af fyrr-
nefndu gerðinni og átta af þeirri síð-
arnefndu, öll með bæði hægri- og
vinstrisnúandi sameindum. Tókst
honum að smíða ýmis þau efni sem
vantaði inn í þessar sykur-syrpur
og fundust sum þeirra síðar í
náttúruafurðum. Bæði í störfum
Fischers sjálfs og í fyrri rannsókn-
um sem hann byggði á skiluðu
polarimetrar drjúgu af mikilvægum
niðurstöðum. Hlaut hann Nóbels-
verðlaun í efnafræði 1902.
Polarimetrar voru nokkuð notaðir
af E. Fischer og öðrum við rann-
sóknir á próteinum og þeim amínó-
sýrum18 sem þau eru samsett úr, því
að langflestar af mikilvægustu
amínósýrunum hafa optíska virkni.
Þessi tæki komu einnig oft við sögu
í rannsókn kjarnsýra úr frumum
bæði í jurta- og dýraríkinu, til dæm-
is við greiningu á sykurefni sem
áður hafði fundist í þessum sýrum.
Reyndist þar vera um að ræða eina
af hinum nýju sykursameindum
Fischers, ríbósa.19 Endurspeglast
það nú í heiti kjarnsýrunnar RNA,
en hin alþekkta kjarnsýra DNA
inniheldur sykurinn deoxý-ríbósa.
E. Fischer gerði einnig merkar
rannsóknir á eðli hvataðra efna-
hvarfa. Hann setti fram þá þekktu
samlíkingu að lífhvati og það efni
sem hann hefur áhrif á yrðu að
passa saman rúmfræðilega eins og
lykill í skrá. Polarimetrar áttu enn
þátt í þeim rannsóknum Fischers og
gegndu jafnframt stóru hlutverki
við þróun stærðfræðilegra líkana
um hvötuð efnaferli. Má þar nefna í
5. mynd. Vöðvar úr skordýri, sem rann-
sakaðir voru í skautuðu Ijósi í smásjá.27
Kemur þá rákótt bygging peirra betur fram
en í venjulegu Ijósi. - Insect muscles,
observed in a polarizing microscope.
upphafi að niðurstöður fengnar
með þeim studdu réttmæti massa-
virknilögmáls Guldbergs og Waage
um efnajafnvægi20 og síðar voru
gerðar umfangsmiklar mælingar
með polarimetrum á hraða ofan-
nefndra „inversion"-hvarfa á sykri
bæði af völdum sýra og lífhvata.
Þekktust er þar líklega grein eftir
Michaelis og Menten21 sem hefur
síðar verið talin undirstöðurit í nú-
tíma lífhvatafræðum. Hagur af
notkun polarimetranna við þessar
athuganir byggðist ekki síst á ná-
kvæmni þeirra og því að fylgjast
mátti þannig með hægfara efnaferli
tímunum saman án þess að trufla
það.
Optíska virknin breyttist iðulega
á kerfisbundinn hátt í syrpum svip-
aðra lífrænna efna og gaf það gagn-
legar upplýsingar um byggingu
sameinda þeirra. Þetta var einnig
rannsakað út frá snúningi skautun-
arstefnu í efnunum af völdum
segulsviða, svonefndum Faraday-
hrifum.22 Þess má geta hér að þauj
hrif höfðu áður orðið einn af horn-
steinum kenninga J.C. Maxwells
um að ljós væri bylgja raf- og segul-
sviða.
Á þessu tímabili komu einnig
fram róttækar kenningar23 A. Wern-
ers (2. mynd) varðandi efnatengin
sem binda saman frumeindir eða
frumeindahópa. Taldi hann þessi
42
i