Kłopoty ze stosowaniem parametru pH

Zasadnicze pytania o kwasowość
Badacze z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN ogłosili, że do opisu zjawisk zachodzących wewnątrz komórek żywych organizmów używane są niewłaściwe pojęcia. Nieistotna rewolta czy początek naukowej rewolucji?
W mózgu ludzkim jest ok. 100 mld neuronów.
Corbis

W mózgu ludzkim jest ok. 100 mld neuronów.

Mitochondrium - potrzeba ich kilkaset, by osiągnęły długość 1 mm.
EAST NEWS

Mitochondrium - potrzeba ich kilkaset, by osiągnęły długość 1 mm.

W jednym mm sześciennym krwi mieści się ok. 4-5 ,mln krwinek czerwonych.
Corbis

W jednym mm sześciennym krwi mieści się ok. 4-5 ,mln krwinek czerwonych.

Nie zna życia, kto podczas szkolnych lekcji chemii nie bawił się papierkiem lakmusowym i samodzielnie przygotowywanymi wskaźnikami kwasowości substancji. Zaskakiwał magiczny moment zmiany barwy, w zależności od tego, czy badało się czystą wodę, czy sok z cytryny. O wiele trudniej do głowy wchodziło wyjaśnienie, w jaki sposób kwasowość jest mierzona przy użyciu parametru pH. Pojawia się on nawet w telewizyjnych reklamach gumy do żucia, by udowodnić, że producent z naukową troską dba o zęby konsumentów. Co kryje się za tymi dwiema tajemniczymi literkami?

Okazuje się, że nawet naukowcy, którzy na co dzień posługują się pH w swych laboratoriach, choć doskonale znają definicję, rzadko zdają sobie sprawę z jej pełnych konsekwencji. Tak przynajmniej twierdzi prof. Wojciech Bal z Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie, który właśnie ze współpracownikami opublikował w czasopiśmie naukowym „PLoS One” artykuł pod tajemniczym tytułem „The Final Frontier of pH and the Undiscovered Country Beyond” (Granice pH i ukryta za nimi nieopisana kraina).

Prof. Bal zajmuje się chemią bionieorganiczną, w szczególności oddziaływaniami między jonami metali i cząsteczkami o znaczeniu biologicznym. W 2009 r. otrzymał z Fundacji Nauki Polskiej grant w wysokości blisko 3 mln zł na rozbudowę zespołu badawczego. Sądząc po publikacjach naukowych, a także patencie na metodę oczyszczania białek, uzyskanym w Europejskim Urzędzie Patentowym, zespół dobrze wykorzystuje zdobyte pieniądze.

Kilka lat temu zaintrygowało nas pytanie, czy stosowane przez nas metody opisu procesów biochemicznych odpowiadają rzeczywistości. Czy np. powszechnie używana miara pH ma sens w przypadku struktur subkomórkowych, takich jak jądro komórkowe lub mitochondria – tłumaczy prof. Bal. Rzecz w tym, że struktury te są bardzo małe, a więc i występujące w nich objętości płynów także są niewielkie. Tymczasem chemicy do opisu reakcji i zjawisk chemicznych używają m.in. pojęć równowagi; pH na przykład określa, ile w roztworze wodnym znajduje się jonów wodorowych (kationów H+) w stosunku do jonów hydroksylowych (anionów OH–), od tej proporcji zależy właśnie kwasowość (gdy więcej jest H+) lub zasadowość roztworu (gdy więcej jest OH–).

Tyle tylko, że ta miara ma sens w odniesieniu do objętości, z jakimi naukowcy mają do czynienia w laboratorium – jeśli zastosować ją do mitochondriów, okaże się, że przy pH, jakie podają biochemicy, wypełniający je płyn będzie zawierał najwyżej kilka wolnych jonów wodorowych. To zbyt mało, by napędzać wewnątrzkomórkową chemiczną maszynerię. – Gdy zejdziemy do bardzo małych rozmiarów, występujących wewnątrz komórek lub w połączeniach synaptycznych w mózgu, materia pokazuje swoją ziarnistość i pojęcia wywodzące się z badań procesów zachodzących w większych objętościach tracą sens – dodaje prof. Bal.

Czy to znaczy, że należy do kosza wyrzucić podręczniki biochemii i zakwestionować sens Nagród Nobla, np. za badania nad mitochondriami? – Opublikowany przez nas artykuł ma charakter teoretyczny, wykazaliśmy na podstawie obliczeń, opierając się na dostępnych biochemikom danych, że coś nie gra. Teraz czas na badania eksperymentalne, które wyjaśnią, skąd się biorą jony wodorowe, choć nie sposób się ich doliczyć na podstawie obowiązującej dotąd teorii – tłumaczy prof. Bal.

Czy zapowiada się sensacja?

Polski uczony wiele sobie po tych badaniach obiecuje – jego zespół zajmuje się oddziaływaniami między jonami metali a biocząsteczkami. Wiadomo na przykład, że kluczowym czynnikiem odpowiedzialnym za rozwój choroby Alzheimera jest gromadzenie się w szczelinach synaptycznych w mózgu tzw. peptydu Aβ. Wpływ na ten proces mają jony miedzi – to jeden z metali, jakim zajmują się naukowcy z zespołu prof. Bala. Po dostrzeżeniu, że jednak w chemii rozmiar, a dokładniej objętość, ma znaczenie, zyskali nowy impuls badawczy. Liczą, że nowe modele matematyczne, uwzględniające specyfikę małych objętości, umożliwią lepszą interpretację danych z doświadczeń i otworzą nowe perspektywy badawcze.

Prof. Wojciech Bal i Ewa Kurowska, współautorka artykułu, nie kryją w czasie rozmowy ekscytacji – są przekonani, że natrafili na istotny trop o dużym znaczeniu dla nauki. Zdają sobie jednak doskonale sprawę, że nauka nie kieruje się logiką, jaka obowiązuje w głodnych newsów mediach masowych. Owszem, czasami na czołówki gazet trafiają elektryzujące doniesienia. Wystarczy wspomnieć wakacyjną informację o potwierdzeniu istnienia bozonu Higgsa. Częściej jednak komunikaty zapowiadające kolejną naukową rewolucję po czasie idą w zapomnienie, bo ich znaczenie nie zyskało potwierdzenia w dalszych badaniach.

Nierzadko też naukowcy, w pogoni za popularnością, pieniędzmi sponsorów lub motywowani politycznie, łamią reguły naukowej gry i ogłaszają wyniki badań, zanim przemielą je młyny naukowej krytyki. Tak stało się w przypadku niedawnej publikacji o szkodliwości modyfikowanej genetycznie kukurydzy, sygnowanej przez francuskiego biologa prof. Gillesa-Erica Seraliniego, zdeklarowanego przeciwnika GMO. Przedstawił prasie główne tezy artykułu, zanim jeszcze można było zapoznać się z jego pełną treścią. Analiza oryginalnej publikacji ujawniła jej słabości, a najważniejsze argumenty okazały się mocno wątpliwe.

Artykuł o granicach stosowalności pH dojrzewał ponad dwa lata. – Dopiero ósma wersja doczekała się publikacji – przyznaje prof. Bal. – Zależało nam na druku w czasopiśmie czytanym przez biochemików. Niestety, redakcje, do których się zwracaliśmy, nie chciały skierować manuskryptu do recenzji, uznając, że proponujemy im temat dobry dla chemików. Dlatego w końcu zdecydowaliśmy się na „PLoS One”.

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną