Jednadžba seksa je H⁺ + OH^- → H₂O ili, egzaktnije, H₃O⁺ + OH^- → 2H₂O. Iza tih jednostavnih reakcija neutralizacije (kojih se valjda sjećamo iz srednje škole) krije se tajna začeća, ako ne već i spolne privlačnosti. Muškarci su bazični, a žene kisele. Konkretno, sperma je lužnata, a vagina kisela, od mliječne kiseline. Spermatozoid beži iz lužnatog u kiselo, ili – što bi se stručno reklo – kreće se u gradijentu pH.

Kretanje spermatozoida u gradijentu pH samo je najpoznatiji, a za našu vrstu najvažniji primjer kemotaksije. Jednostanični organizmi, od spermatozoida do bakterija, vrlo su živahni. Zahvaljujući flagelama („bičićima“) bakterije se kreću prema izvoru hrane. Rekord drži uzročnik kolere (Vibrio cholerae) koji postiže brzinu od 55 mikrometara u sekundi ili, ako vam je draže, 200 milimetara na sat. S obzirom na njegovu veličinu brzina mu odgovara brzini automobila koji juri 120 km/h. Bakterije dakle nisu ništa sporije od većih predstavnika živoga svijeta, konja, gazele ili geparda. 

Nešto slično nedavno je napravila međunarodna skupina  znanstvenika – ali neživo. U članku objavljenom u časopisa Science Advances izvijestili su kako su uspjeli napraviti kemotaktičku sintetičku vezikulu koja može prijeći krvno-moždanu barijeru. O čemu se tu radi?

Vezikula (vesicula) je laktinska riječ koja doslovno prevedena znači „vrećica“. No u stručnom jeziku označava nešto drugo, naime (sićušnu) tvorevinu s membranom. Za formiranje membrane znanstvenici nisu koristili ono što se već nalazi u organizmu nego sintetske polimere, točnije dva metakrilata (PMCP-PDPA ili POEGMA-PDPA) i jedan polieter (PEO-PBO). Ti su polimeri amfifilični, baš kao i fosfolipidi koji izgrađuju liposome. To znači da imaju molekule izgrađene od hidrofilnog i hidrofobnog dijela. Prvi će se dio molekule, onaj hidrofilni (koji „voli“ vodu) okrenuti prema vodi, dok će se hidrofobni dio molekule (onaj koji se „boji“ vode) okrenuti od nje. Tako će nastati membrana, isto onako kako nastaju sve stanične i unutarstanične membrane u našem tijelu. I one su, naime, načinjene od amfifiličnih molekula. (Hidrofobni dijelovi molekule sadržavaju ugljikove i vodikove atoma, dok oni hidrofilni imaju još atome kisika i dušika. Oni im omogućuju stvaranje vodikovih veza s molekulama vode.)

Iako obje vrste membrana, i one na bazi metakrilata (PDPA) i one na bazi polietera (PBO), nastaju udruživanjem amfifiličnih molekula, po  nečemu se jako razlikuju. Kroz membranu  izgrađenu od prvih molekula, membranu tipa PDPA, molekule prodiru oko stotinu puta brže nego kroz membranu tipa PBO. Udruživanjem tih dviju vrsta membrana u istoj vezikuli znanstvenici su dobili polimerosom, mikroskopsku česticu koja je u pravom smislu riječi kemotaktična, baš kao živa stanica.

U česticu manju od desettisućinke milimetra ugradili su enzime. Prvi, glukoza-oksidaza oksidira glukozu, a drugi, katalaza katalizira razgradnju vodikova peroksida na kisik i vodu.  Kada se takva čestica, polimerosom, stavi u otopinu glukoze ili vodikova peroksida, te će tvari prodirati kroz njezinu metakrilatnu membranu (PDPA), dok će kroz drugi dio membrane, one polieterske (PBO), iz čestice izlaziti produkti. Tako će se stvoriti svojevrsni reaktivni sustav koji će gurati česticu to brže što je koncentracija reaktanta veća, drugim riječima prema sve većim koncentracijama glukoze ili vodikova perosksida. No kojom brzinom?

To ovisi, naravno, o enzimu i njegovom supstratu. Srednja brzina izlaznog mlaza iz čestice s katalazom iznosi 25 mikrometara u sekundi, dok su s glukoza-oksidazom postignuti deset puta bolji rezultati – 200 mikrometara u sekundi. Najbolji su ipak rezultati postignuti s oba enzima u čestici. Takvoj čestici vodikov peroksid nije potreban. On naime nastaje prilikom oksidacije glukoze, a njegovim raspadom djelovanjem katalaze nastaje kisik koji se opet troši za oksidaciju glukoze. Tako se u sumarnoj rekaciji, kataliziranoj obim enzimima, troši samo glukoza, a nastaje oksidirana glukoza (glukonolakton) te voda – koja služi kao propulzivno sredstvo. Tipična brzina kretanja čestica iznosi oko 20 mikrometara u sekundi, baš kao i brzina kretanja bakterija. (Brzina mlaza iz polimerosoma odgovarala bi pak brzini od 2 km/s, kad bi raketa imala deset metara – što je tipična brzina istjecanja raketnog mlaza.)

Znanstvenici se međutim nisu zadržali samo na istraživnju gibanja čestica u Petrijevoj posudi (pokusi in vitro). Uspjeli su pokazati, pokusima na štakorima, kako njihove čestice prelaze krvno-moždanu barijeru privučene strujanjem glukoze iz krvi prema mozgu (mozak troši 20 % sve tjelesne energije, a hrani se isključivo glukozom). To otvara nove mogućnosti liječenja bolesti mozga jer krvno-moždanu barijeru mogu prijeći samo spojevi  odgovarajuće hidrofobnosti (poput etera ili kloroforma). U polimerosome bi se mogao zatvoriti bilo koji kemijski spoj koji bi tako, zahvaljujući upravo njima, našao svoj put do mozga.

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 12 znanstveno-popularnih knjiga. Sljedeće mu godine izlazi još jedna, ovaj put na engleskom jeziku, s temom postanka života na Zemlji – The Cookbook of Life.