Kemijska tehnologija, zna se, služi zato da proizvede čovjeku korisne kemikalije: sodu bikarbonu i druge sode, sumpornu, dušičnu i solnu kiselinu, da ne govorimo o najlonu, aspirinu i penicilinu. No ono što se ne (manje) zna je da kemijska tehnologija služi i za uklanjanje otpada. Točnije rečeno, kemijski tehnolog teži tome da mu postupak stvara što manje otpadnih tvari, a ako one ipak nastaju tehnolog ih nastoji pretvoriti u sirovinu. Kada su u 19. stoljeću počeli proizvoditi Glauberovu sol (natrijev sulfat) reakcijom kuhinjske soli i sumporne kiseline nisu znali što će s klorovodikom koji se u toj reakciji oslobađao, pa su ga ispuštali u zrak. (Nazdravlje!) No nije trebalo dugo da kemičari pronađu način kako da klorovodik oksidiraju u klor, da bi potom uvođenjem klora u gašeno vapno dobili prvo kemijsko sredstvo za  izbjeljivanje platna – klorno vapno. Tako su se s jedne strane riješili grozomore zraka zakiseljenog klorovodikom, a s druge strane napravili revoluciju u tekstilnoj industriji jer platno više nije trebalo prati i sušiti na suncu – sve dok ne izbijeli. (Što je Biljana radila „na ohridskite izvori“?)

No vratimo se našemu vremenu – biodizelu. Biodizel se proizvodi od biljnoga ulja, no on nije pročišćeno ulje, kako neupućeni misle, nego smjesa estera u kojem su masne kiseline umjesto za glicerol vezane za etanol. To znači da ta dva alkohola trebaju u molekuli zamijeniti (transesterifikacija), pri čemu se veže etanol a zaostaje glicerol (glicerin). Što s njime, glicerolom raditi? Očito ga ima previše da bismo njime mazali ruke i automobilske gume, a ne trošimo ni toliko vina da bismo ga s njime mogli sav popiti. (Glicerol je jedini dozvoljeni dodatak vinu. On mu daje onaj fini gusto-uljni okus.) I što sad? Da ga bacamo?

Ne, nećemo ga bacati nego pretvoriti u sirovinu. Ima naime bakterija koje se njime hrane, dapače troše ga kao jedini izvor ugljika. Među bakterijama koje mogu rasti samo na glicerolu je i Klebsiella oxytoca (prije poznata kao K. pneumoniae), čest uzročnik bolničkih zaraza. Glicerol mogu razgrađivati i mnogo nam ugodniji mikroorganizmi, oni koji prave sir i kisele  mlijeko (npr. Lactobactillus brevis), no za njih glicerol nije jedini izvor ugljika.

U što ga (glicerol) bakterije prerađuju? Oksidiraju ga, uz eliminaciju vode, u 3-hidroksipropanal, HO-CH₂-CH₂-CHO (3-HPA). Daljnjim enzimskim djelovanjem taj se aldehid može reducirati u 1,3-propandiol, HO-CH₂-CH₂-OH, ili oksidirati u akrolein, CH₂=CH-CHO, a to su sve vrijedne sirovine za kemijsku industriju. Ovaj posljednji produkt, akrolein, služi za proizvodnu akrilne kiseline i njezina amida (akrilamida), od kojih se potom proizvode akrilne smole, među kojima je najpoznatija ona pod imenom pleksiglas. Na kraju se opet moramo vratiti vinu, jer i njemu se može dogoditi da ga napadnu takve bakterije, pa onda dobiva neugodan okus po akroleinu (koji je usto i karcinogen).  

 Kad se ovako poslože kockice postaje  jasno zašto je metabolizam glicerola počeo jako zanimati biotehnologe, pa i biokemičare svih usmjerenja. Naročito je važna prva reakcija, pretvaranje glicerola (1,2,3-propantriola) u 3-hidroksipropanal (3-HPA). Zna se da tu reakciju katalizira enzim glicerol-dehidrogenaza (GDH), no i da je enzim ovisan o kofaktoru B₁₂, drugim riječima da je bakterijama koje se hrane glicerolom za život potreban, kao i nama, vitamin B₁₂. I tako je bilo sve do nedavno, točnije do godine 2003., kada je u anaerobnoj bakteriji Clostridum butyricum pronađen još jedan enzim, još jedna glicerol-dehidrogenaza, no takva da joj nije potreban koenzim B₁₂. Stoga je prvi enzim označen kao B₁₂-dGDH (d = dependent, ovisan), a drugi kao B₁₂-iGDH (i = independent, neovisan). Koja je razlika između dva enzima?

Na to su pitanje nedavno odgovorilo šestoro hrvatskih znanstvenika iz Instituta Ruđer Bošković (B. Kovačević, D. Barić, D. Babić, L. Bilić, M. Hanževački i D. M. Smith)  te jedan australski (Leo Radom) i kanadski znanstvenik (Gregory M. Sandala) te o tome objavili u časopisu Journal of American Chemical Society članak pod naslovom „Computational tale of two enzymes: glycerol dehydration with or without B₁₂“ (Računalna priča o dva enzima: dehidracija glicerola sa i bez B₁₂). I što su otkrili?

Otkrili su da obje enzimske reakcije počinju od istoga, naime od toga da se od molekule glicerola odvaja atom vodika pri čemu on prelazi u vrlo reaktivnu i nestabilnu molekularnu vrstu poznatu kao slobodni radikal. Nakon toga putevi im se dijele. U prvom enzimu, B₁₂-dGDH, dolazi do premješanja hidroksilne skupine, OH, a zatim do vezivanja vodika na novi atom, nakon čega slijedi odvajanje vode uz stvaranje konačnog produkta, 3-HPA. No u drugom, novom enzimu, B₁₂-iGDH,  prvo se odvaja voda, a potom se za radikal veže vodik. Do svega toga su znanstvenici došli bez eksperimentiranja služeći se  metodama molekularnog modeliranja. Da to ipak nije „samo teorija“, kako se obično kaže,  govore i riječi dr. sc. Borislava Kovačevića, voditelja Grupe za računalne bioznanosti, koautora rečenoga rada: „Uzbudljiva slučajnost je da je u članku objavljenom u najnovijem broju časopisa Biochemistry prikazano eksperimentalno istraživanje napravljeno u labroratoriju dr. Emily Balskus sa Sveučilišta u Harvardu u kojem autori, služeći se tehnikom izotopnog obilježavanja, istražuju dehidrataciju diola kataliziranu dvama enzimima: B₁₂-ovisnom i B₁₂-neovisnom diol-dehidratazom. Njihovi rezultati nedvojbeno potvrđuju naše računalno predviđanje.“  Eksperiment dakle potvrđuje teoriju, no i teorija daje ono što eksperiment ne može dati, naime odgovor zašto jedan enzim radi ovako, a drugi onako. Riječ je o tome da je aktivno mjesto enzima ovisnog o B₁₂ takvo da bi ga međuprodukt koji nastaje premještanjem hidroksilne skupine, kao u slučaju enzima B₁₂-iGDH,  posve blokirao.  

No ima još jedna, dublja priča koja stoji iza ove priče o dva enzima. Enzimi su naime po strukturi polipeptidnog lanca (sekvenciji aminokiselina) i mjestu na molekuli s kojim supstrat (glicerol) reagira posve različiti, no ipak rade u kemijskom smislu isto: prevode glicerol u 3-DHA. Riječ je ovdje o konvergentnoj evoluciji, slučaju kada priroda stvara iste funkcionalne cjeline od različitih organa i tkiva. Stoga je priča o dva enzima slična priči o krilu pčele i vrapca. Jedan je enzim, B₁₂-iGDH,  prilagođen anaerobnim, a drugi, B₁₂-dGDH, aerobnim organizmima.

Još trebam učiniti napor da čitatelja posve uvjerim u korist ovakvih istraživanja. Jer iako istraživanja djelovanja enzima ne stvaraju novu tehnologiju, ona do nje vode. Moguće je naime enzime (tj. gene za enzime) prenijeti iz organizma u organizam, a to znači mogućnost stvaranja mikroba koji će biti korisni i zbog nečega drugog, a ne samo zbog prevođenja glicerola u sirovinu za kemijsku industriju. No da bi se to postiglo, treba dobro istražiti što i kako enzimi rade. To je i svrha rada naših znanstvenika iz Instituta Ruđer Bošković, koji je – kažimo na kraju i to – ostvaren zahvaljujući suradnji ravnatelja Instituta dr. sc. Davida M. Smitha sa znanstvenicima iz Australije.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951. godine, je kemičar, umirovljeni znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti: napisao je na stotine znanstveno-popularnih članaka, sedam je godina bio glavni urednik Prirode, a sada je urednik rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji. Autor je sedam izložbi u Tehničkom muzeju Nikola Tesla u Zagrebu te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Posljednju knjiga, s temom postanka života na Zemlji, napisao je na engleskom jeziku (The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life).