Imam susjeda koji mi je neki dan došao s genijalnom idejom. Ne znam (ali mogu pretpostaviti) kada je i kako do nje došao, no to sada nije važno, važno je da njegova ideja, njegov postupak rješava najveći problem čovječanstva, naime kako ukloniti višak ugljikova dioksida iz atmosfere te tako spasiti rodni nam planet od uništenja, od posvemašne propasti. Sav ugljikov dioksid treba, kaže, otopiti u vodi, a dobivenu otopinu – soda-vodu – piti i popiti! Više ga nisam ništa pitao, no posve sam siguran da nije mislio na pijenje čiste otopine CO₂ u vodi (koja se dobrim dijelom sastoji od ugljične kiseline, H₂CO₃, te njezinih soli, karbonata, CO₃^2-, i hidrogenkarbonata, HCO₃^-) nego na njezinu homogenu smjesu s vinom. Istina, takvo piće nije gemišt (jer gemišt se priređuje s mineralnom vodom) nego špricer, no za spas planeta čovjek je spreman svašta pretrpjeti. 

Tako što trpjeti i pretrpjeti bilo bi posve uzaludno, jer – znamo – ugljikov dioksid će kad-tad izaći iz našeg tijela (jer ne asimiliramo poput biljaka), pa će se vratiti u zrak. Ali ipak: nema boljeg načina da ga se pohrani, jer voda je dakako najjeftinija industrijska sirovina. Voda s otopljenim ugljikovim dioksidom ne bi služila za piće (s vinom ili bez njega) nego kao spremište za CO₂ iz kojeg bi se potom po potrebi vadio. Jer, ne treba zaboraviti, ugljikov dioksid ne treba samo biljkama nego i ljudima. Iz njega se može proizvesti sve i sva, od ugljikova monoksida i ugljikovodika do mravlje i octene kiseline, metanola, etanola, acetaldehida, formaldehida i karbamida (a od njih sve ostalo).     

I tako smo, eto, preko špricera došli do današnje teme. Riječ je o znanstvenom radu „Synthetic hydrogel polymer nanoparticles as a structural mimic of carbonic anhydrase“ obljavljenom u časopisu Matter. Za oko mi je odmah upalo ime enzima, carbonic anhydrase (CA), koja se hrvatski zove ugljična anhidraza ili karbonatna dehidrataza. Što čini taj enzim? On katalizira reakciju spajanja ugljikova dioksida i vode u ugljičnu kiselinu (točnije u HCO₃^-), ali – na što upućuje njegovo drugo ime – i raspad ugljične kiseline na vodu i ugljikov dioksid. 

Najbolje bi bilo kad bi se taj enzim, ugljična anhidraza – koji sudjeluje pri razmjeni CO₂ u tkivima – izravno upotrijebio za vezivanje ugljikova dioksida. No to bi bilo skupo, a osim toga enzimi su vrlo osjetljive tvari. Rješenje je nađeno u umjetnom enzimu, označenom kao ZC-HNPs (zinc-coordinated hydrogel nanoparticles) koji je potom poboljšan razmjenom liganda, pa je dobio nastavak E (za exchange). Na kraju su znanstvenici vezali nanočestice umjetnog enzima u polimernu membranu, pa je novi katalizator dobio ime ZC-HNPs-E@XLPEO. No iza tih grozomornih kratica krije se zapravo dosta jednostavna kemija.

Prirodni enzim (CA) ima u aktivnom mjestu ion cinka (Zn²⁺) za koji su vezana četiri liganda, na četiri vrha tetraedra. Na tri vrha nalaze se atomi dušika (N) koji potječu iz molekule proteina (koja s aktivnim mjestom čini molekulu CA), dok je za četvrti vrh tetraedra vezana hidroksilna skupina, -OH. Stoga se aktivno mjesto enzima može prikazati formulom N₃ZnOH. Najvažniji je ligand -OH jer se za njega veže molekula CO₂, koja se potom, posredstvom cinka, spoja s vodom. Stoga se cijeli postupak priređivanja umjetnog enzima sveo na to da se molekula proteina zamijeni molekulama stabilnijih spojeva, konkretno 1-vinilimidazolom (VI) i N-tert-butilakrilamidom (TBAm). Tako je dobiven novi, umjetni enzim, ali enzim koji ima istu formulu aktivnog mjesta kao i prirodni: N₃ZnOH  (ZC-HNPs-E) i N₃ZnOCOCH₃ ili N₃ZnOAc (ZC-HNPs). To bi bila struktura. A funkcija?

Pokusi s uvođenjem CO₂ u zaluženu (puferiranu) vodu jasno su pokazali da ZC-HNPs-E bolje pretvara CO₂ u ugljičnu kiselinu od ugljične anhidraze (CA). To se vidjelo po tome što je umjetni enzim brže snižavao pH-vrijednost otopine: njegova je aktivnost 16,8 puta veća od aktivnosti prirodnog katalizatora. Tako se umjetni enzim pokazao ne samo jeftinijim i trajnijim nego, vidimo, i desetak puta boljim od prirodnog. 

To nije sve! Membrana s umjetnim enzimom (ZC-HNPs-E@XLPEO) pokazala se slabo propusnom za druge plinove, poglavito za dušik, metan i vodik, pa će moći poslužiti i za odvajanje CO₂. Stoga se za budućnost ovog znanstvenog dostignuća ne trebamo brinuti: služit će za sve, od čišćenja industrijskih plinova i hvatanja ugljikova dioksida iz atmosfere do obnavljanja zraka u podmornicama i svemirskim stanicama. 

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 15 znanstveno-popularnih knjiga, posljednja je  „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.