ScienceBits

Vízilónaptej

KÖZÉPISKOLAI KÉMIAI LAPOK, SZAKMAI

Japán tudósok nemrégiben azonosítottak egy természetes forrásból származó, korábban ismeretlen szerves vegyületet, amelynek angol nevét magyarra lefordítani egyrészt igen nehéz, másrész igen könnyű. Nehéz, mert ezt az anyagot valószínűleg nem nevezte meg még senki magyarul, másrészt könnyű, mert a japán tudósok által alkotott angol név eredete latin, s ennek mintájára fordíthatjuk hipposzudorsavnak. Latinul a hippopotamus szó vízilovat, a sudor pedig izzadságot jelent. Természetesen az elnevezés a vegyület eredetére utal: erre az anyagra vízilovak verítékében találtak rá. A felfedezést bejelentő hétfős japán kutatócsoportból hárman egy yokohamai egyetemen, négyen pedig egy tokiói állatkertben dolgoznak. Az 1. ábra a hipposzudorsav és egy másik vegyület, az ugyancsak vízilóizzadságban azonosított norhipposzudorsav szerkezeti képletét mutatja be. A két képlet csupán a középen lévő karboxilcsoport révén különbözik, élettani körülmények között valószínűleg a norhipposzdursav a hipposzudorsavból képződik a karboxilcsoport elvesztésével.

Hogyan is sikerült rátalálni erre a vegyületre? A kutatócsoport vállalkozó kedvű tagjai fél éven át minden nap egyszer egy gézdarabbal letörölték a verítéket kedvenc nílusi vízilovuk arcáról. Sajnos elkövették azt a megbocsáthatatlan mulasztást, hogy a víziló nevét nem jegyezték fel az utókor számára. A gézdarabot feldolgozásig szárazjégbe hűtve tárolták, majd a laboratóriumban vízbe áztatták, s így az izzadság vízoldható komponenseit kinyerték. Egy alkalommal csak kevés anyagot lehetett gyűjteni, ezért kellett ilyen sokáig ismételgetni az eljárást.

A hipposzudorsav (A) és norhipposzudorsav (B) képlete

Miután elegendő minta összegyűlt az alapos kémiai elemzéshez, egy gélszűrés nevű eljárással több lépésben sikerült abból elválasztani egy vörös és egy narancsszínű vegyület híg vizes oldatát. Ezen vizes oldatok tömegspektrometriás és magmágneses rezonanciával történő szerkezetvizsgálata alapján derült fény a vörös (hipposzudorsav) és a narancsszínű (norhipposzudorsav) anyag 1. ábrán bemutatott képletére.

A két vegyület jelentős alkotórésze a vízilovak verítékének, így bizonyára van élettani szerepük is. A hipposzudorsav baktériumellenes hatását mikrobiológiai laborvizsgálatok igazolták: ez azonban csak másodlagos. Valószínű ugyanis, hogy a két anyag óvja meg a víziló bőrét a leégéstől a legvakítóbb napsütésben is. A fényvédő hatás megértéséhez egy kicsit többet kell megtudnunk az anyagok fényelnyeléséről, s ez természetesen a fény hullámhosszától függően más és más lehet. Az elnyelést mennyiségileg egy spektrofotometria nevű módszerrel lehet mérni. Ennek leggyakrabban használt összefüggése a Lambert-Beer-törvény, amelynek híg oldatra vonatkozó formája a következő:

Az egyenletben A_λ az abszorbancia, a spektrofotometria legfontosabb mennyisége. Az abszorbancia dimenziómentes szám, vagyis nincs mértékegysége. I_λ,0 az oldatra ráeső fény intenzitása, I_λ pedig a csökkent fényintenzitás az oldaton való áthaladás után. A felírt egyenlet első fele lényegében az abszorbancia definícióját adja meg: a beeső és áthaladó fény intenzitásarányának 10-es alapú logaritmusa. A tényleges Lambert-Beer-törvény a második egyenlőségjel után kezdődik: ez adja meg a kapcsolatot az abszorbancia és három más fizikai mennyiség között. Ezek közül c az oldatban lévő fényelnyelő anyag koncentrációja (többnyire M egységben),l a fény által az oldatban megtett út hossza (szokás szerint cm-ben mérve), ε_λ az elnyelő anyagra jellemző moláris abszorbancia (egysége M^-1cm^-1). A képletben a fény hullámhosszától függő mennyiségeket alsó indexben λ jelöli.

Ha egy oldat abszorbanciáit a hullámhossz függvényében ábrázoljuk, akkor az oldat elnyelési színképét alkotjuk meg (gyakori idegen szóval spektrumnak is nevezik). A hipposzudorsav és a norhipposzudorsav vizes oldatának színképét mutatja be a 2. ábra. A koncentráció és a fényúthossz az ábrafeliratban található meg. Híg oldatban is elég nagy a fényelnyelés, vagyis az anyagok színe igen erős. A 2. ábrán látható színkép nemcsak a látható (400-800 nm között), hanem az ultraibolya tartományban is mutatja az elnyelést, s az élettani szempontból fontos UV-A (320-400 nm), UV-B (280-320 nm) és UV-C tartományok (200-280 nm) is be vannak jelölve.

A hipposzudorsav (A) és norhipposzudorsav (B)
oldatának elnyelési színképe 6,1-es pH-n
Koncentráció: 3,4∙10^-5 M (A), 2,6∙10^-5 M (B)
Fényúthossz: 1,000 cm

Az ábrából a spektrofotometria egy másik fontos sajátságát is jól láthatjuk: a megbízhatóan mérhető abszorbanciák nem lehetnek 2-nél nagyobbak. Ugyanis A = 2 azt jelenti, hogy az oldat a teljes fényintenzitás 99%-át elnyeli, vagyis mindössze 1%-át engedi át. Még nagyobb abszorbanciáknál a mintán már alig-alig jutna át fény, s a beeső fényhez képest csekély intenzitást már nem lehet kellő pontossággal megmérni.

A 2. ábra kapcsán jegyezzük még meg azt is, hogy egy sav protonált és deprotonált formájának különböző lehet a színképe és a színe. Ezen alapul a sav-bázis indikátorok működése. A víziló verítéke szokatlanul lúgos, pH-ja 8,5 és 10,5 között változik, ilyen körülmények között a két sav deprotonált formája van jelen. A 2. ábrán ábrázolt színképek mérése előtt pufferrel 6,1-re állították be a pH-t, így itt is a savmaradékionok színképe látható. A két anyag az UV-B tartományban kicsi koncentrációban is nagyon nagy részét nyeli el a fénynek. Itt kell a napsugárzástól leginkább védeni a bőrfelszínt. 280 nm-nél kisebb hullámhosszú sugárzás ugyan sok érkezik a Napból, de a légkör - elsősorban az ózonréteg - elnyeli azt, s így nem ér el a földfelszínre. Ezt mutatja be a 3. ábra, ahol a légkör tetején, 30 km magasságban és a földfelszínen napos időben mérhető fényintenzitások láthatók a hullámhossz függvényében. A függőleges tengelyen szereplő mennyiség a napsugárzás irányára merőleges, (és nem a földfelszínnel párhuzamos!) egységnyi felületre jutó, 1 nm széles hullámhossztartományban érkező fény összintenzitása, ezért furcsa egy kicsit a mértékegység. Az ábrából látható, hogy a földfelszínre UV-C sugárzás szinte egyáltalán nem, UV-B viszont elég jelentős mennyiségben érkezik a Napból. Az UV-A sugárzás és a látható fény majdnem gyengülés nélkül hatol át a légkörön, de ezek káros hatása a bőrre már sokkal csekélyebb, mint az UV-B-é. A két sav elnyelése az UV-C tartományban a legnagyobb, de ennek a napvédő hatás szempontjából csak annyi jelentősége van, hogy a vízilovakat a természet bölcsen felkészítette az egyre növekvő ózonlyuk káros hatásaival való küzdelemre.

A napfény intenzitásának hullámhosszfüggése a
légkör tetején, 30 km magasságban és a földfelszínen

Vajon meg lehet határozni a vízilóizzadság napvédő faktorát is? Erre a kérdésre sajnos nem lehet egyértelmű választ adni. A manapság minden naptej dobozán megtalálható napvédő faktor (F) definíciója ugyanis eléggé bonyolult. Figyelembe kell venni a napfény intenzitásának hullámhosszfüggését (I_$nap,$λ), valamint azt, hogy a különböző hullámhosszú UV-sugárzásnak a bőrre gyakorolt káros hatása (E_λ) más és más. F értéke kiszámolható a következő képlettel:

A képletben szereplő A_λ a naptej abszorbanciája, a számlálóban és nevezőben lévő összegzést pedig a teljes hullámhossztartományban el kell végezni. A fényvédő faktor megmutatja, hányszor hosszabb idő alatt éri a bőrt ugyanakkora károsodás, mint naptej használata nélkül. Persze mindez a naptej használatának szokásos körülményeire vonatkozik. Ha valaki vastagabban keni be magát, akkor a védőhatás is nagyobb. Ebből az is látható, hogy a két sav napvédő faktorának kiszámításához ismernünk kellene még koncentrációjukat a vízilóizzadságában, s a bőrt fedő verítékréteg átlagos vastagságát.

A hipposzudorsav keletkezése
homogentizinsavból

A hipposzudorsav talán nem tűnik túl egyszerű molekulának, de élő szervezetekben nem is túl bonyolult: valószínűleg a fenilalanin és a tirozin aminosavak lebontásakor is keletkező homogentizinsav két molekulájának reagálásakor keletkezik a 4. ábrán felvázolt módon. A reakció során két szén-szén kötés kialakulása és néhány hidrogén eltávozása történik egy időben, feltehetően egy enzim katalitikus hatására.

Mindezek alapján azt is hihetnénk, hogy a hipposzudorsav feltűnhet majd modern és környezetbarát naptejek hatóanyagaként, hiszen az anyag természetes eredetéhez nem férhet kétség. Azonban jobban átgondolva a dolgot, több probléma is akad az ötlettel. A hipposzudorsav elnyelése a látható tartományban is igen jelentős, vagyis képzeletbeli naptejünk vörös színűre festené a napozók bőrét. Az eddigi adatok arra utalnak, hogy meglehetősen bomlékony molekuláról van szó, így félő, hogy a naptej már a boltban való állás közben hatástalanná válna. Végül gondoljunk bele abba, hogy esetleg a vegyület szaga is hasonlíthat a vízilóizzadságéhoz...

2008.02.25.