informacje



środa, 10 grudnia 2014

Kiedyś w laboratorium (43.)

We wpisie na temat metod ujawniania odcisków palców wspominałem o traktowaniu badanych powierzchni jodem, który wchłaniając się w tłuszczowy ślad odbitki linii papilarnych, zabarwia je na żółto.

Jeszcze zanim skończyłem pracownię magisterską miałem okazję to przetestować, przy okazji wywoływaniu chromatogramu w jodzie. Kawałek papieru do ksero przyciśnięty mocno palcami, włożyłem do słoiczka ze stałym jodem, po kilku chwilach odciski ujawniły się dość dobrze, ten który znalazł się bliżej dna, zabarwił się aż nadto:
mimo wszystko kontrast był słaby. Być może jednak przypominacie sobie, iż ślady ujawniane jodem można było wzmocnić opryskując je roztworem skrobi. Akurat takiej zawiesiny na podorędziu nie miałem, ponieważ jednak papier często jest wygładzany przez powleczenie masą zawierającą skrobię, postanowiłem delikatnie zwilżyć papier - przyłożyłem go do ust i nachuchałem aż zwilgotniał.
Rzeczywiście ślady pociemniały a nawet sfioletowiały:
Metoda działa.


piątek, 28 listopada 2014

Dwie anegdoty o chemikach

Aby przełamać totalny blog-blok, wrzucam na szybko dwie historyjki z cyklu anegdot o chemikach. Już tu pisałem o serendipity - przypadkach doprowadzających do odkryć. Jak się okazuje takich przypadków było w historii znacznie więcej.

Na skutek złej znajomości języka
Język jest w badaniach chemicznych bardzo ważny. Większość publikacji z jakich się korzysta jest w języku angielskim, pewne znaczenie ma może jeszcze niemiecki, i dlatego powinno się te języki znać. Nieporozumienie językowe może bowiem przynieść zaskakujące skutki.

W 1979 roku w Londyńskim Queen Elizabeth College trwały badania nad uzyskiwaniem halogenopochodnych cukrów, mogących mieć właściwości biologiczne. Podejrzewano że pochodne z dużą ilością takich podstawników mogą być przydatne jako środki owadobójcze podobne do DDT. Jednym z takich cukrów była sacharoza czyli cukier stołowy. Posiada ona osiem grup wodorotlenowych które mogą być bez niszczenia cząsteczki zastąpione atomem chloru, dlatego po standardowym chlorowaniu otrzymano mieszaninę podobnych związków z jedną, dwoma, trzema i więcej podstawionych grup w różnym układzie. Po oczyszczeniu poszczególnych związków, prowadzący badania oddał je swojemu magistrantowi, pochodzącemu z Indii Shashikantowi Phadnisowi, polecając ustnie, aby je przetestował.
Doszło tu jednak do nieporozumienia - student zrozumiał nie że związki należy przetestować (testing) tylko posmakować (tasting). Wziął więc łopatką odrobinę na język i wkrótce doniósł osłupiałemu kierownikowi, że jeden z tych związków smakuje niesamowicie słodko. Tak odkryto słodzik sukralozę, ok. 600 razy słodszy od wyjściowej sacharozy i trzy razy od aspartamu. W porównaniu z innymi słodzikami jest bardzo słabo wchłaniany i trwały termicznie, zarazem jednak jako związek chloroorganiczny budzi kontrowersje.[1]

Słodziki mają jakąś specjalną predylekcję do zbiegów okoliczności...

Dlaczego czasem warto zbadać odpady
Charles J. Pedersen pracując w koncernie chemicznym DuPont zajmował się poszukiwaniem nowych związków kompleksujących metale. Zanieczyszczenia jonami metali ciężkich w ropie i paliwach przyspieszały ich utlenianie, a co za tym idzie, pogorszenie jakości. Wymyślił więc związki które tworzyły z jonami żelaza i miedzi dosyć trwałe kompleksy, przerywając utlenianie. W pewnej chwili zainteresował się problemem selektywnego kompleksowania wanadu. Chcąc sprawdzić jaki związek będzie najefektywniej wiązał jego kationy, postanowił zsyntetyzować pochodną katecholu, łącząc ze sobą dwie cząsteczki przez łańcuch diglikolu etylenowego, i pozostawiając wolne dwie grupy hydroksylowe. Rozumował, że powstający mostek eterowy powinien zwiększyć rozstaw między cząsteczkami powstającego fenolu, co jego zdaniem powinno wyraźnie wpłynąć na kompleksowanie wanadu.
Katechol

Aby połączyć dwie cząsteczki katecholu  jednym mostkiem i nie uzyskać polimeru, zabezpieczył jedną z dwóch grup wodorotlenowych tego związku grupą etylową. Następnie przeprowadził reakcję zabezpieczonego związku z chloropochodną diglikolu, spodziewając się uzyskać poszukiwany związek.

Wstawiając reakcję wiedział zarazem, że substrat jest nadal nieco zanieczyszczony wolnym katecholem, uznał jednak że nie przeszkodzi on w reakcji.
Mieszanina poreakcyjna miała postać szarawej, gęstej mazi, którą należało teraz rozdzielić. Gdy rozpuścił ją w metanolu zauważył, że na dnie zebrało się odrobinę białawego osadu. Było to na prawdę niewiele - związek powstał z wydajnością 0,4%, a ponieważ był mało rozpuszczalny, to na pewno nie był to związek poszukiwany. Pedersen zajmował się produkcją określonego związku do określonego celu i nie miał potrzeby wdawać się w szersze analizy. Niemniej zastanowiła go delikatna, włóknista struktura osadu.

Mając na podorędziu spektroskop UV postanowił zbadać czy ma do czynienia z jakimś fenolem - widmo pokazało że musi to być jakaś podstawiona pochodna katecholu. Postanowił dodać nieco wodorotlenku sodu aby zalkalizować roztwór, oczekując że widmo absorpcji albo nie zmieni się, dla związku bez wolnych grup, albo maksimum absorpcji pogłębi się i przesunie się w stronę mniejszych długości fal. Tymczasem jednak zaobserwował dwie zaskakujące rzeczy - widmo nie przesunęło się lecz podzieliło na mniejsze pasma, zaś związek przedtem bardzo słabo rozpuszczający się w metanolu, po zalkalizowaniu rozpuszczał się bardzo chętnie.
Gdyby był to związek fenolowy, zwiększenie rozpuszczalności tłumaczyłoby się tworzeniem soli, fenole są bowiem dosyć kwaśne, jednak widma NMR i w podczerwieni wykluczały taką możliwość. W dodatku jak wykazał, aby zwiększyć rozpuszczalność związku, wystarczała dowolna sól sodu bądź potasu.
Był to zatem związek łączący się z kationami tych metali, choć nie bardzo miał w jaki sposób. Po analizie elementarnej Pedersenowi wyszedł wzór C10H12O3, z czego wynikałaby struktura:
Potem inne badania wykazały jednak że rzeczywista masa cząsteczkowa jest dwa razy większa. A skoro tak musiała to był taka oto piękna struktura:
Tym samym odkrył pierwszy znany eter koronowy.[2]

Nazwa tej grupy związków makrocyklicznych bierze się od struktury, w której możliwa jest konformacja z atomami tlenu skierowanymi w jedną stronę płaszczyzny, niczym szpice w koronie. Mają niesamowite zdolności do kompleksowania - wynaleziony przez Pedersena związek dibenzo-18-korona-6 bardzo selektywnie kompleksuje potas, robiąc to z taką siłą, iż można za jego pomocą oddzielić kationy potasu od innych metali. Inne etery kompleksują sód, wapń czy magnez, każdy z inną siłą, wszystko zależy od wielkości "oczka" które lepiej pasuje do jednych jonów a gorzej do innych. Skompleksowany jon przestaje być reaktywny, dlatego dodatek odpowiedniego związku do badanej mieszaniny, może zamaskować przeszkadzające metale.
Etery takie mogą zmieniać konformację i rozpuszczalność, możliwe jest więc przeprowadzenie normalnie nierozpuszczalnych kationów metali do fazy organicznej. Mogą też przydać się jako katalizatory.

Za badania nad eterami koronowymi, zapoczątkowanymi dokładniejszą analizą odpadowego produktu, Pedersen został w 1987 roku uhonorowany Nagrodą Nobla z Chemii.

------------
[1] http://www.laleva.org/eng/2006/12/the_history_of_splenda_the_bestselling_artificial_sweetener_in_america.html
[2] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1987/pedersen-lecture.pdf

piątek, 14 listopada 2014

Poison story (7.) - Szatański dymek

Hrabia Hipolit Visart de Bocarme był gwałtownikiem i idealnie nadawałby się na bohatera historycznej tragedii. Pochodził ze znanej i szanowanej belgijskiej rodziny szlacheckiej, mającej majątki w zamorskich koloniach. Wedle rodzinnej opowieści urodził się na statku miotanym sztormem podczas podróży do Malezji, co nadało mu gwałtowny charakter ze skłonnością do awantur. Wychowywany przez malezyjskie matki dostał kiedyś do zjedzenia cząstkę lwiego serca, aby nabrał odwagi. Gdy jego ojciec stracił lukratywne stanowisko w kolonii na Jawie, przeniósł się wraz z nim do Arkansas, gdzie odpierając ataki Indian pomagał w zakładaniu kolejnej kolonii. Włóczył się z traperami i polował na dziką zwierzynę, jednak długo nie wytrzymał na prowincji. Gdy wreszcie w latach 40. XIX wieku wylądował w Belgii był bogaty w doświadczenia, lecz ubogi majątkowo.

Dzięki powiązaniom rodzinnym był jednak wystarczająco "na poziomie" aby móc ożenić się z Lidią Fougnies du Bois, z bogatej rodziny kupieckiej, która dorobiła się na handlu towarami kolonijnymi.
Jak mówiono potem, Lidia miała romantyczne usposobienie, nie dosyć, że zaczytywała się w młodości opowieściami o wielkich miłościach, ale wreszcie sama zaczęła pisać romanse, nie osiągając jednak większego sukcesu.
Żona wniosła pokaźny posag, który pomógł w utrzymaniu czwórki dzieci i średniowiecznego zamku  Bitremont, jednak pieniądze szybko się kończyły. Hrabiostwo musieli zwolnić część służby i ograniczyć niektóre rozrywki  aż wreszcie wyprzedawać ziemię. Pewną nadzieję na poprawę sytuacji dawał spadek po ojcu Lidii, właścicielu potężnego majątku. Niestety gdy otworzono testament okazało się, że większość swego majątku przekazał synowi Gustawowi. Był to człowiek chorowity, od dłuższego czasu narzekający na zdrowie, z powodu amputowanej stopy mający problemy z poruszaniem się, toteż małżonkowie mieli nadzieję na jego szybką śmierć i przekazanie spadku.
Jednak w 1850 roku Gustaw ogłosił, że się zaręcza.

Łatwo domyśleć się reakcji de Bocarme'ów - jeśli właściciel większości majątku ożeni się, w razie jego śmierci pieniądze przypadną żonie. Nie była to zbyt miła perspektywa.
20 listopada Gustaw przybywa do Bitremontu na zaproszenie siostry. Lidia musi niestety odmówić jego prośbie uczestnictwa w ślubie, hrabiostwo będą bowiem w tym czasie wyjeżdżać. Trudno, zdarza się. Wizyta przebiegała zupełnie spokojnie aż do kolacji, kiedy to hrabia wyprosił służbę i dzieci, chcąc zjeść ją tylko z siostrą i szwagrem. Drzwi zostają zamknięte. Atmosfera tej chwili jest najzupełniej odpowiednia, noc była to bowiem burzliwa i deszczowa.
Służący mimo nakazu oddalenia się, kręci się na korytarzu pod jadalnią. Dzięki temu wyraźnie słyszy rumor wewnątrz, trzask przewracanego krzesła i okrzyk "Przebacz!". Po kilku minutach drzwi otwierają się, zaś Hipolit w zmiętym ubraniu  oznajmia zdumionej służbie, że szwagier Gustaw nagle zmarł.
Miał podobno nagle zacząć skarżyć się na ból głowy. Potem osunął się z krzesła a jego ciałem wstrząsały konwulsje. Następnie zwiotczał i przestał oddychać. To z pewnością nagły udar mózgu - stwierdził hrabia, po czym poprosił służących o wiadro octu aby móc obmyć zwłoki i przygotować do pogrzebu. Równocześnie bardzo stanowczo zakazał komukolwiek ze służby udawać się do miasta. Gdy hrabia i hrabina obmywali octem trupa, a następnie skrobali zaplamione deski podłogi, cały czas zapewniając że to tylko tragiczny wypadek, służący opowiedział o wszystkim mieszkającemu obok księdzu. Ten, nie czując się związany żądaniami hrabiego, udał się co prędzej do miasta. Następnego dnia na zamek przybył sędzia aby rzecz zbadać, albowiem sami przyznacie, że okoliczności tej śmierci nie mogły być już chyba bardziej podejrzane.

Zarówno na dłoniach hrabiego jak i na ubraniu zmarłego widać było ślady szamotaniny a nawet głębokie ugryzienie - to skutek konwulsji, tłumaczył Hipolit. Na twarzy i języku zmarłego widać było oparzenia chemiczne - to przez wymioty, tłumaczył hrabia. Sekcja zwłok wykazała śmierć gwałtowną, wskutek wypicia żrącej cieczy, zarazem jednak nie znaleziono tam ani ługu kaustycznego ani kwasu. Co takiego zatem wypił Gustaw?

Zbadaniem wnętrzności zmarłego zajął się świetny chemik Jan Servais Stas, znany z badań nad ustaleniem względnej masy atomowej. On także nie znalazł ani potażu ani kwasu, co jednak zastanowiło go, to że oprócz silnej woni octu wyczuł w preparatach wyraźny zapach cygar. On sam nie znosił tej używki, zakazywał nawet asystentom palenia przed pracą, gdyż byli wówczas przesiąknięci nieznośnym zapachem. Czy zmarły palił cygara? - zapytał policję. Ależ skąd, miał za słabe płuca.
Czy zatem - zastanowił się Stas - śmierć mogło wywołać otrucie wyciągiem tytoniowym? Jeśli nawet tak było, stanowiło kłopot udowodnienie tego przed sądem. Dotychczas bowiem nikt nie opracował metody, mogącej niezbicie dowieść otrucia alkaloidami roślinnymi. Zatem należało taką metodę opracować...


Tytoń szlachetny to silnie rosnąca, jednoroczna roślina zielna z rodziny psiankowatych. W dobrych warunkach dorasta do trzech metrów, szeroko rozkładając duże, gęsto owłosione liście. Pochodzi prawdopodobnie z Andów, i stanowi hybrydę dwóch innych dzikich gatunków w tym machorki, ślady uprawy w tamtym regionie pochodzą z aż XV wieku p.n.e.[1] Ślady użytku w medycynie Indian ameryki północnej pochodzą z pierwszych wieków naszej ery. Wyciągi rośliny używane były do opatrywania ran i jako środek przeciwbólowy, wraz z szałwią na kaszel i choroby płuc. Tytoń palony w drewnianych fajkach, często z dodatkiem innych ziół, był środkiem mogącym zarówno oczyszczać myśli jak i prowadzić do odurzenia z halucynacjami, z tego też powodu uważany był za dar bogów i używany w magicznych i szamańskich rytuałach. Słynna "fajka pokoju" stanowi najbardziej znany przykład; jej palenie było zarówno symbolem zawarcia przymierza jak i sposobem odprawiania modlitw, które wraz z dymem miały unieść się do nieba. Ceremonia palenia była traktowana jak rytuał religijny, a roślina jak świętość, z tego też powodu nadużywanie tytoniu było powszechnie potępiane.
Po przybyciu pierwszych Europejczyków, zostali oni poczęstowani tytoniem. Stanowił on też prezent pojednawczy a nawet walutę. Oczywiście biały człowiek nie specjalnie przejmował się rytuałami i obyczajami tubylców, toteż tytoń zaczęto stosować jako codzienną używkę. Za pierwszego nałogowego palacza uważany jest powszechnie członek pierwszej wyprawy Rodrigo de Jerez, który spotkał się na Kubie ze zwyczajem palenia zwitków liści. Tak sobie to przypodobał, że zebrawszy odpowiedni zapas, praktykował palenie w rodzinnym miasteczku Ayamonte a nawet zachęcał sąsiadów.
Nie skończyło się to dla niego zbyt dobrze - hiszpańskiej inkwizycji doniesiono wkrótce, że Rodrigo praktykuje pogański zwyczaj, zaś po krótkim procesie uznano, iż tylko diabeł mógł sprawić, że człowiek zyskuje siły po wdychaniu dymu i chce otaczać się jego niemiłym zapachem, toteż skazano go na pokutę, siedem lat więzienia i tym samym przymusowy odwyk.

Koloniści szybko polubili nową używkę. Pierwszym który wysyłał tytoń do Europy był Diego Kolumb, najstarszy syn Krzysztofa. Potem jednak szerzej znanym propagatorem stał się francuski dyplomata Jean Nicot, który spotkał się z używką jako ambasador w Lizbonie. Uważał go za wartościowe zioło lecznicze, zażywane w formie naparów, przez żucie lub wziewnie po roztarciu na proszek, czyli tabakę. Opublikował nawet pracę w której polecał zażywanie jako lek na najrozmaitsze choroby, i zapewne skończyłoby się na paru traktatach, gdy by nie to, że Katarzyna Medycejska doznawała w tym okresie silnych migren.
Nicot polecił jej tabakę, co najwyraźniej poskutkowało a królowa polubiła nową roślinę. Za jej przykładem tabakę zażywali ludzie dworu aż wreszcie stała się popularną używką wśród arystokratycznej młodzieży.
O Nicot'cie  pamiętano jeszcze wówczas, gdy ustalano pozycję systematyczną rośliny. Nazwano ją Nicotiana tabacum właśnie dla utrwalenia tego pierwszego propagatora. Nazwa tabacum wywodzi się z określenia używanego przez tubylców, tabaco lub tavaco, które jednak w rzeczywistości oznaczało trzcinową rurę w której palono liście wciągając dym nosem, a nie samo zioło.

Niespełna wiek po wprowadzeniu do Europy, tytoń miał status panaceum. Leczono nim krosty, bielactwo, czyraki, owrzodzenia a nawet raka, polecano na długowieczność, niestrawność, osłabienie, zimnicę i co tylko przyszło medykom do głowy. W czasie epidemii był uważany za środek zapobiegawczy. Ponieważ w tym czasie za przyczynę epidemii uważano lotne wapory i złe powietrze, wydawało się że wystarczy zabić czymś niemiłe zapachy, a choroba przestanie się roznosić. Idąc tym tropem władze Londynu podczas epidemii  w 1665 roku rozdawały tytoń dzieciom uczącym się w szkołach, oraz biedocie, polecając palić w pomieszczeniach.
Zarazem jednak tytoń był lekiem mało bezpiecznym, w nadmiarze wywoływał wymioty, kołatanie serca i zaburzenia oddychania. Czasem nadużycie soku lub wywaru kończyło się zatruciem, co z uwagi na dużą zmienność zawartości substancji zależnie od rośliny było trudne do uniknięcia. Z drugiej strony ówczesna medycyna chętnie stosowała takie środki jak arszenik czy strychnina, więc na tym tle tytoń nie wypadał jeszcze tak źle.
Niezwykłą popularność zyskał sobie tytoń w bardzo nietypowym zastosowaniu, które przebija nawet najdziwniejsze pomysły dzisiejszej medycyny alternatywnej. Była to lewatywa tytoniowym dymem.
Medycyna w tym czasie nie była pewna co właściwie jest przyczyną śmierci w takich przypadkach jak utonięcie lub uduszenie. Teoria humoralna mówiła, że utonięcie powoduje powstanie w ciele nadmiaru wilgoci i wychłodzenie, z drugiej strony trudno było nie zauważyć roli zatamowania oddechu. Praktycznym rozwinięciem teorii były metody "ratowania" polegające na wlewaniu do ust alkoholu, poruszania ramionami i nogami, oraz rozcierania członków, by pobudzić krążenie i rozgrzać ciało, co można zresztą znaleźć w wielu starszych powieściach. Lewatywę dymem uważano za bardzo skuteczny sposób rozgrzewający i pobudzający, toteż zaczęto go stosować w przypadku utonięć. Wielu lekarzy stosowało zarówno wdmuchiwanie powietrza do płuc jak i dymu do odbytu, uważając za ważniejszy ten drugi zabieg. Przekonanie to doprowadziło do tego, iż na początku XIX wieku w różnych miejscach nad Tamizą umieszczono zestawy ratunkowe, zawierające niewielki miech, garść tytoniu oraz rurkę.
Miech mógł też służyć do respiracji płuc. Jednak już wkrótce medyczne zastosowania tytoniu zaczęły stawać się coraz mniej popularne, zwłaszcza od czasu wykazania jak bardzo toksyczny jest to środek.
Pierwsze doświadczenia nad działaniem dużych dawek przeprowadzał Benjamin Brodie, który na początku XIX wieku wykazał, że wyciąg nikotynowy może zatrzymywać akcję serca. W 1828 roku Posselt izoluje z liści oleisty składnik aktywny, nazwany nikotyną.

Nikotyna to alkaloid o wyraźnych właściwościach pobudzających, oraz stosunkowo prostej budowie, jest to pierścień pirydyny połączony z pięciokątną pirolidyną. Atom węgla przy wiązaniu łączącym ma niesymetryczne otoczenie, stanowiąc decydujące o czynności optycznej centrum setereogeniczne. Z tego też powodu możliwe stają się dwie formy różniące się konfiguracją i podobne do siebie jak lustrzane odbicia - naturalna (-)-nikotyna i syntetyczna (+)-nikotyna. Różnią się też toksycznością.
Czysta nikotyna to oleista, brązowa ciecz, mieszająca się z wodą, natomiast zapach zwykle opisywany jest jako ostry - chociaż gdy miałem ostatnio okazję powąchać czystą nikotynę w laboratorium, zdziwił mnie miękki zapach, przypominający podpieczony wafel od lodów. Działając bezpośrednio na tkanki wywołuje podrażnienia i oparzenia. Już dawka 1-1,5 mg/kg masy ciała może wywołać śmiertelne zatrucie, co oznaczałoby toksyczność równie wysoką jak cyjanek, u nałogowców występuje pewna tolerancja.

Jest aminą o słabych właściwościach zasadowych. Pod wpływem kwasów zamienia się w sól amoniową bardzo dobrze rozpuszczalną w wodzie
Zawarta w tytoniu ulatnia się podczas spalania liści, ale nie w całości lecz tylko jakieś 10%. Wdychana wchodzi w kontakt z nabłonkiem wyścielającym drogi oddechowe. I tutaj znaczenie dla wchłaniania mają własności związku - dym jest zazwyczaj kwaśny i przejściowo zakwasza śluz pokrywający nabłonek. W takich warunkach związek przechodzi w formę jonową, która słabo wchłania się do organizmu, dlatego często papierosy zawierają dodatki uwalniające amoniak alkalizujący dym i zwiększający wchłanianie. Lekko zasadowa jest w normalnych warunkach ślina, dlatego żucie tytoniu pozwala wchłonąć znacznie więcej aktywnych substancji. W pewnych regionach działanie dodatkowo wzmacnia się, dodając do żutego tytoniu sody lub wapna (dokładnie ten sam mechanizm działa z betelem i koką, których liście były przeżuwane z wapnem).

Wciąganie tabaki podobnie jak palenie i żucie, także opiera się na wchłanianiu nikotyny, tyle że poprzez śluzówkę nosa, i to właśnie ten efekt ma działanie pobudzające, nie zaś samo kichanie. W formie tabaki tytoń przywędrował do Polski. Początkowo były to tabaki na pół chałupnicze, ucierane w nieemaliowanych garnkach glinianych czy donicach, często z dodatkiem popiołu, aby bardziej w nosie kręciło. Za króla Augusta znaną producentką tabaki stała się niejaka Syrakuzana, Włoszka urabiająca tabakę w formie groszków rozcieranych w palcach. Tytoń był zaprawiany lawendą lub skórką pomarańczy, a dla większej ostrości dodawano do niego siarczanu cynku lub żelaza. Jej tabaka zyskała taką popularność, że zaczęła być podrabiana w innych regionach. Złośliwi przekręcali jej imię na Srajkoziana. Bywało, że dla większego szczypania dodawano do tabaki pieprzu, tartych cegieł czy nawet soli.[2]
W Krajach Skandynawskich popularnym sposobem zażywania tytoniu jest snus, czyli torebeczka z tytoniem wkładana pod wargę i ssana.

Ostatecznie najbardziej popularnym sposobem zażycia tytoniu, jest jego palenie. Początkowo europejczycy naśladowali tubylców, paląc tytoń w trzcinowych rurach i wdychając dym nosem. Potem popularniejsze stały się fajki a dym zaczęto wdychać ustami. Poza fajkami zwykłymi i wodnymi znano właściwie tylko cygara robione ze skręconych liści, zawierające duża ilość rośliny. Dopiero potem zaczęto produkować mniejsze i wygodniejsze cygaretki, zawierające wewnątrz masę z pokruszonych liści zawiniętych w pojedynczy liść.
To co znamy dziś jako papierosy jest wynalazkiem względnie młodym - pomysł cygaretek zawijanych w cienki papier wprowadził w 1880 roku Albert Bonsack. Wynalazku wraz ze specjalną maszynką do zawijania początkowo nie chciano kupować, uważając że "papierowa cygaretka" jest gorsza w smaku i pewnie robi się ją ze zmiotek po cygarach. Pewien wpływ miały tu też obawy ze strony producentów cygar - glizownica pozwalała w krótkim czasie wyprodukować tyle papierosów, ile zakładom z wieloma robotnikami zajmowało tygodnie. Wynalazca wszedł więc w odpowiednią spółkę i zaczął produkować papierosy, które za sprawą niższej ceny i poręcznych rozmiarów szybko zyskały popularność na całym świecie. W Polsce pojawiły się na przełomie XIX i XX wieku.

Upowszechnienie papierosów spowodowało też jego umasowienie, co szybko zaczęło wywoływać kłopoty. Już w XIX wieku lekarze wyrażali obawy o wpływ palenia na zdrowie. Było wiadomo że wdychanie dymu przez węglarzy i kominiarzy szkodzi na płuca i że wśród ludzi tych częstszy jest rak płuca, dlatego w 1912 roku dr Azaak Adler ogłosił, że papenie tytoniu działa podobnie. Jednak badania polegające na obserwacji że wielu chorych na raka paliło, były niedostateczne - w końcu paliła duża część społeczeństwa.
Po zakończeniu I wojny światowej zaobserwowano gwałtowny wzrost zachorowań na nowotwory płuc, krtani i języka, co w latach 30. poważnie zaniepokoiło lekarzy. Dziwne jest w tej sytuacji zignorowanie doniesienia niemieckiego lekarza Fritza Lickinta, który najpierw w 1925 roku zwrócił na częstsze nowotwory żoładka u palaczy, a potem w 1929 wydał obszerną pracę statystycznie udowadniającą związek palenia z rakiem płuc.
Do zignorowania Lickinta częściowo przyczyniła się propaganda niemieckich firm tytoniowych, a częściowo jego poglądy polityczne - był socjaldemokratą, co wobec rosnącego w siłę ruchu nazistowskiego było niepożądane. W 1934 stracił pracę, a potem został wcielony do wojska jako lekarz frontowy, gdzie przeżył całą wojnę. Ironią losu było to, że jego wyniki stały się potem podstawą dla nazistowskiej kampanii antynikotynowej.
Stanowiący centrum nazistowskiej ideologii plan przebudowy społeczeństwa i wykształcenia idealnego narodu, obejmował też eliminację czynników osłabiających silę i morale. Za jeden z nich uznano szkodliwe używki, a w szczególności palenie papierosów. W dodatku wczesne badania wskazywały na zmniejszenie płodności za  sprawą większej ilości poronień i wad u dzieci matek palących - a przecież do budowy nowego społeczeństwa potrzebne były w pełni płodne, zdrowe matki. Dlatego w latach 30. doprowadziło to do zakazów palenia w tramwajach i miejscach publicznych, znane stało się też wtedy pojęcie "palenia biernego".
Nazistowscy badacze opublikowali w latach 1939-45 szereg obszernych badań wskazujących na szkodliwość palenia, w tym badań z grupą porównawczą, spełniających wszelkie wymogi statystyki. Za najważniejszy skutek palenia uznano wtedy choroby serca. Pod koniec wojny pojawiła się nawet praca opisująca wyniki autopsji kilkudziesięciu żołnierzy, którzy zmarli z powodu zawału - większość była palaczami i miała zniszczone płuca. Sam Hitler był przeciwnikiem palenia - uważał je za objaw dekadentyzmu, oraz "zemstę czerwonych", a także osłabiający nałóg osłabiający tężyznę fizyczną. Namawiał współpracowników do rzucenia nałogu i zawsze irytował go zwyczaj Goeringa do palenia w pomieszczeniach. Miał plany aby po wygranej wojnie zakazać palenia wszędzie.
Kampania antynikotynowa była brudną kampanią - obok uzasadnień ideologicznych chwytała się kojarzenia palenia z "żydowskimi zwyczajami", pisano też że to brudny murzyński zwyczaj niegodny cywilizowanego, białego aryjczyka. Do kampanii włączył się niemiecki kościół Adwentystów Dnia Siódmego. Doszło nawet do wydawania czasopisma z bajkami i śmiesznymi obrazkami o szkodliwych skutkach nikotynizmu.
Kampania była jednak mało skuteczna - aż do rozpoczęcia wojny konsumpcja papierosów rosła bardzo szybko. W czasie wojny przyhamowała głównie z powodu niedoboru surowca na rynku, mimo wzrostu ilości palaczy.

Zaraz zaraz - skoro już wtedy, w tych wojennych czasach ukazały się szczegółowe, dobrze wykonane prace o szkodliwości palenia, to dlaczego po wojnie papierosy nadal były uważane za nieszkodliwe?  Bo tamte prace były nazistowskie.
Dlatego też świat musiał poczekać aż do roku 1950 gdy brytyjski lekarz Richard Doll opublikował swój raport, wykazujący związek palenia z rakiem płuc. Trzy lata później głośna stała się praca opisująca powstawanie raka skóry u myszy posmarowanych smołą tytoniową.
Dziś szkodliwy wpływ papierosów jest już dobrze udowodniony. Główne znaczenie mają tu rakotwórcze produkty częściowej pirolizy tytoniowych okruchów, takie jak arkoleina czy wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, częściowo metale ciężkie jak ołów i kadm zawarte w nawozach a w pewnym stopniu też promieniotwórczy polon gromadzący się na powierzchni liści. Na zdrowie palaczy wpływ ma też tlenek węgla zawarty w dymie.

Po wchłonięciu bardzo szybko zostaje rozprowadzona po organizmie, docierając do mózgu gdzie wywiera właściwe działanie, stanowiąc inhibitor receptora acetylocholinowego.

Komórki nerwowe utrzymują stale pewną nierównowagę ilości jonów między wnętrzem i zewnętrzem. Aktywny transport jonów doprowadza do sytuacji, gdy po wewnętrznej stronie błony komórkowej jest więcej anionów niż w płynie na zewnątrz. W efekcie powstaje niewielki potencjał elektryczny ok. -70 mV. Jego rozładowanie zachodzące poprzez otworzenie kanałów jonowych w błonie i pozwolenie jonom na wpływanie do komórki, wywołuje miejscowe powstanie przeciwnego potencjału o wielkości ok. +30 mV. Ta zmiana potencjału rozchodzi się od neuronu do neuronu, tworząc impuls nerwowy.
W tworzeniu tej elektrycznej nierównowagi udział biorą głownie jony potasu i sodu, których stężenia są sztucznie zmieniane przy pomocy kanałów jonowych - tworów przechodzących przez błonę i wyrzucających na zewnątrz sód i wciągających do środka potas.

Kanały te mogą otwierać się aby przepuścić jony w którąś stronę, jeśli jest to organizmowi potrzebne, co sygnalizują odpowiednie neuroprzekaźniki. Takim kanałem są między innymi receptory acetylocholinowe zlokalizowane w błonach neuronów. Aby kanał się otworzył, organizm musi wydzielić agonistę, czyli substancję która wiążąc się z receptorem otworzy kanał. Taki uniwersalnym agonistą jest acetylocholina, związek będący prostą, czwartorzędową aminą. Identyczne działanie może mieć jednak wiele innych substancji będących aminami, w tym nikotyna.
Otworzenie kanału jonowego zmienia polaryzację błony, co wywołuje krótkotrwałe pobudzenie układu nerwowego. Dlatego substancje będące agonistami tego receptora będą miały działanie pobudzające. W przypadku nikotyny szczególnie chętnie łączy się ona z receptorami komórek nerwowych w nadnerczach, wywołując uwalnianie adrenaliny. Uaktywnia też wydzielanie dopaminy, stąd poprawa samopoczucia.

Ale jak to już wielokrotnie wykazywałem, co za dużo, to nie zdrowo. Kanały jonowe nie powinny pozostawać otwarte zbyt długo, dlatego cholina i nikotyna zwykle dosyć szybko odłączają się od receptora. Jednak przy dużych dawkach, zanim komórka powróci do pierwotnej polaryzacji, receptor jest znów otwierany. Przedłużona depolaryzacja błony wywołuje ostatecznie efekt odwrotny do pierwotnego - aktywność układu nerwowego zmniejsza się.

Objawy zatrucia nikotyną są zazwyczaj dość charakterystyczne. Najpierw następuje faza nadmiernego pobudzenia, co daje takie objawy jak nadmierne pocenie i ślinienie, podwyższone ciśnienie, szybkie bicie serca, drżenie przechodzące w drgawki, bóle brzucha i głowy, wymioty itp. Po tej fazie następuje druga, związana z działaniem hamującym nadmiernych dawek. Następuje gwałtowny spadek ciśnienia, niedowłady i duszności przechodzące w ustanie oddechu wskutek osłabienia mięśni oddechowych. Przyczyną zgonu zwykle jest uduszenie lub ustanie czynności serca.
Dawka śmiertelna to ok. 500 mg nikotyny, o jest raczej trudne do osiągnięcia przez samo palenie papierosów. Teoretycznie możliwe jest przy kombinacji palenia, gum nikotynowych i plastrów. Zanotowano przypadek śmierci dwóch nastolatków, którzy wdychali dym z rury napełnionej tytoniem, którzy za pomocą tej zaimprowizowanej fajki chcieli wywołać u siebie halucynacje, ale to ekstremum.
Większość notowanych zatruć wynikała więc raczej z kontaktu z środkami owadobójczymi na bazie nikotyny. Alkaloid jest dla owadów znacznie bardziej toksyczny niż dla ludzi, i dlatego sok tytoniu, wyciąg wodny a nawet pył z roztartych liści już od wieków były używane do zwalczania szkodników. Aż do lat 50. insektycydy stanowiły drugie najważniejsze zastosowanie tytoniu. Obecnie jednak wycofuje się je ze względu na zbyt mało specyficzne działanie, nikotyna i jej pochodne zabijają bowiem też zwierzęta, no i oczywiście są niebezpieczne dla ludzi. Pochodne z grupy neonikotynidów były uważane za bezpieczną alternatywę ze względu na niską toksyczność wśród ssaków, jednak powiązano je ze zjawiskiem masowego ginięcia pszczół i dlatego są wycofywane.

Jest jednak jeszcze jedno źródło nikotyny, coraz popularniejsze i tym samym niebezpieczne - liquid, czyli płynny wkład do papierosów elektronicznych. Jest to zazwyczaj roztwór nikotyny w glicerynie lub glikolu propylenowym z dodatkami zapachowymi i smakowymi. stężenia nikotyny w takich płynach mogą być dosyć duże, dlatego notowano już zatrucia związane z nieostrożnym obchodzeniem się. Niekiedy wystarcza rozlanie wkładu na dłonie, ręce czy tułowie a także na ubranie mające potem dłuższy kontakt ze skórą, bowiem nikotyna wchłania się przez skórę. Inne przypadki dotyczyły zwilżenia ustnika, czy jedzenia dłońmi na które wcześniej wylał się liquid.
Bardzo wiele zatruć dotyczy dzieci, które liżą niedokręcone buteleczki, przyciągnięte słodkim, owocowym zapachem, lub wypijają płyn z otwartych pojemników, albo wdychają mgiełkę z pozostawionych włączonych urządzeń.
 Wzrost liczby takich przypadków jest dramatyczny - już w tym roku w Stanach Zjednoczonych zdarzyło się 2400 zatruć z tego powodu, z czego ponad połowa dotyczyła dzieci, część z nich wywołała zgon.[3] Niektóre z tych zatruć dotyczyły nastolatków zaprawiających sobie drinki dla wzmocnienia, inne dotyczyły dorosłych smarujących się płynem w zastępstwie plastra nikotynowego.
W przypadku rozlania liquida na skórę, powinno się go szybko zetrzeć, a skórę umyć mydłem. Podobni powinno się postępować z powierzchniami na które wylał się lub kapnął płyn.  W przypadku ubrania powinno się je zdjąć, nawet jeśli wydaje się że plama wyschła. Po przeczytaniu tego fragmentu powinniście się już orientować, że pojemniczków nie powinno się przechowywać w zasięgu dzieci i zwierząt domowych bo może to być dla nich śmiertelnie niebezpieczne.

W przypadku połknięcia nikotyny, jedną z metod leczenia może być podanie węgla aktywnego, zmniejszającego wchłanianie. Leczenie szpitalne zatruć polega głównie na łagodzeniu objawów - w fazie nadmiernego pobudzenia środkami uspokajającymi a w fazie osłabienia podawaniem atropiny, regulacją ciśnienia i wspomaganiem oddechu. Przy zatruciu ostrym z zatrzymaniem oddechu ważna jest sztuczna wentylacja, wówczas bowiem większą szkodę wywołuje niedotlenienie niż samo zatrucie. Zazwyczaj przy takim wspomaganiu objawy ustępują po paru dniach w miarę metabolicznego przerobu nikotyny, i nie pozostawiają długotrwałych następstw.

A co tam u hrabiostwa?
Podczas śledztwa zwrócono uwagę na sprzęt laboratoryjny w domu hrabiego. Podobno w ostatnim czasie zainteresował się chemią. W dodatku znaleziono u niego książkę na temat trujących roślin, w tym także o właściwościach tytoniu.
Służba opowiedziała sędziemu, że w lato Bocarme zamówił duże ilości ciętego tytoniu, rzekomo na zapas do skręcania cygaretek, choć nie widziano potem aby tak często palił. Jeśli połączyć to z informacją o zakopanych w kącie ogrodu zdechłych nagle okolicznych psach i kotach, cała historia zaczyna wyglądać jasno. Hrabia kupił tytoń, z niego poprzez gotowanie z octem otrzymał wyciąg, który zagęścił; z wyciągu wyizolował czystą nikotynę, której działanie testował na zwierzętach. Wyglądało to zatem na działania planowane już od dawna.
Jednak dla sądu pomiędzy stwierdzeniem, że oskarżony mógł zdobyć niebezpieczną truciznę, a stwierdzeniem że to nią otruto Gustawa, zachodziła istotna różnica. Należało zatem tą truciznę w ciele zmarłego wykryć.

Gdy Jan Servais Stas zastanawiał się nad wyizolowaniem trucizny z tkanek zabitego, medycyna sądowa nie dawała na to zbyt wielkich nadziei. Były już znane techniki wykrywania we wnętrznościach trucizn nieorganicznych, zazwyczaj w tym celu próbkę spalano lub rozpuszczano w mocnym kwasie, który niszczył substancje organiczne pozostawiając sole trującego metalu. Nikotyna jest jednak trucizną organiczną, i nie można było jej niszczyć. Dlatego wpadł na inny pomysł.
Pobrał część żołądka zabitego i wytrawiał w rozcieńczonym kwasie, przeprowadzając alkaloid w rozpuszczalne sole i tym  samym wypłukując go z tkanki. Otrzymany płyn potraktował zasadą, która rozpuściła resztki białek i przeprowadził nikotynę do wolnej postaci. Na koniec zagęścił powoli odparowując.
Gdy Stas otrzymał już płyn z roztworzenia żołądka, wykorzystał znaną właściwość nikotyny do rozpuszczania się w eterze. Ekstrahował mieszaninę eterem, który odparowywał. Na dnie pozostała mu już tylko oleista ciecz o charakterystycznym zapachu, którą poddał próbom charakterystycznym z kwasami, potwierdzając, że reaguje identycznie jak nikotyna. A skoro tak, to musiała być nikotyna.
[4]
 Tym samym można było potwierdzić, iż zabójstwa dokonano tym związkiem. Gdy to nastąpiło, rozpoczął się proces, który ze względu na stan społeczny oskarżonych wzbudził zainteresowanie w całej Europie.

Początkowo hrabiostwo wszystkiemu zaprzeczali, jednak po rozpoczęciu procesu zgłosił się profesor Loppens, którego przez kilka miesięcy pewien człowiek wypytywał o technologię wyodrębniania nikotyny, tłumacząc mu, iż będąc w Ameryce widział, jak Indianie zatruwają strzały sokami pewnych roślin, że zaś ma za oceanem rodzinę do której zamierza znów przyjechać, pragnie zdobyć wiedzę o takich truciznach. Człowiek ten, posługujący się nazwiskiem Bernard, raz nawet odwiedził go pokazując próbki ekstraktów i informując, że sprawdzał je już na zwierzętach z piorunującym skutkiem.
Śledczy przeprowadzili małą konfrontację, dając profesorowi okazję zobaczenia hrabiego. Był to dokładnie ten sam człowiek. Profesor zachował listy, napisane jak oceniono ręką hrabiny. Mając w ręku taki dowód, śledczy przycisnął hrabinę, grożąc że może zostać uznana za morderczynię. Przestraszona Lidia przyznała - tak, Gustaw został zabity. Ale sprawcą był mąż Hippolit. Podszedł od tyłu do jej brata i trzymając jedną ręką za głowę, włożył mu dwa palce głęboko do ust, wlewając truciznę między rozwarte zęby. Gdy ciałem wstrząsnęły konwulsję trzymał go, dopóki ten nie zwiotczał.

Podczas procesu urządzono konfrontację małżonków. Lidia oskarżała męża o maltretowanie i przymuszanie do zbrodniczego planu, natomiast hrabia zbywał te słowa uśmiechem. Przez większość procesu zachowywał się swobodnie, uważając że dowody są zbyt słabe. Dwuznacznie chwalił się wielką znajomością trucizn i dużym wkładem w toksykologię.
Nie mogąc zaprzeczyć, że wyrabiał nikotynę i że od nikotyny zginął Gustaw, twierdził że zmarły wypił fiolkę z nikotyną stojącą na kredensie, gdy hrabiostwo udali się na chwilkę do kuchni po drugie danie.
Gdy nie dano temu wiary, zmienił punkt obrony - to Lidia dała truciznę bratu, mówiąc mu że to koniak, a nawet rozlała jej nieco na suknie i dłonie. Dlatego właśnie, jak widziała służba, zaraz po otworzeniu sali jadalnej poszła umyć ręce, dlatego kazała ubrania swoje i męża uprać jeszcze tej samej nocy, i dlatego wreszcie wrzuciła do pieca kule zmarłego brata.
Brat miał odjeżdżać i poprosił o szklankę koniaku na odjezdne. Lidia wzięła dwa kieliszki i postawiła je na kredensie, gdzie napełniła je z butelki, tak że nie widzieli co nalewa. Dała kieliszki obydwu, Gustaw wychylił swój duszkiem, mąż zaledwie przytknął do ust nim poznał po zapachu nikotynę. Gdy Gustaw poznał, że to co wypił było trucizną, zaczął krzyczeć. Wtedy hrabia zamknął mu dłonią usta aby nie wywołał skandalu i został ugryziony. Ponieważ nieco trucizny znalazło się na jego języku, stracił na chwilkę przytomność i upadł, co tłumaczy stan jego ubrania, ponadto uderzył się w kredens co tłumaczy ranę na czole którą wzięto za ślad paznokci zabitego. Co do motywów żony, najpierw niejednoznacznie dawał do zrozumienia, że między rodzeństwem panowała głęboka nienawiść, lecz zaraz potem twierdził, że nalanie do kieliszków trucizny było nieszczęśliwym zbiegiem okoliczności - butelka z alkoholem stała niedaleko butelki z trucizną i Lidia wzięła nie tą co trzeba.
Obawiając się, że nikt nie da im wiary, uznał że trzeba ukryć to zdarzenie. A dlaczego teraz żona go oskarża? Bo ona ma dużą skłonność do kłamania, pisze te romanse i ciągle coś zmyśla.

Proces przeciągał się. Powoływano coraz to nowych świadków, roztrząsano kwestie gdzie stała butelka, czy podłoga była skrobana, czy wiemy jak działa nikotyna czy też jest to rzecz niepewna, lecz ostatecznie 14 czerwca ogłoszono wyrok: Hippolit Visart Hrabia de Bocarme zostaje uznany winnym zabójstwa Gustawa Fougnies. Lidia Visart, siostra Gustawa, zostaje uniewinniona.

W późniejszym czasie wątpliwości wywoływało uniewinnienie hrabiny, która czy z własnej woli czy przez przymuszenie musiała pomagać w przygotowaniach. Ponadto wskazywano, że podczas wlewania trucizny, ofiarę musiały trzymać dwie osoby. Mimo to nie doszło do rewizji procesu.
Hrabia Hippolit został zgilotynowany 19 lipca 1851 roku.

-------
* Zastosowania medyczne tytoniu w historii 
 * Gazeta Warszawska nr. 145. 2 czerwca 1851 EBUW
*  Gazeta Warszawska nr. 147, 4 czerwca 1851 EBUW
* Gazeta Warszawska nr. 155, 14 czerwca 1851 EBUW
* Gazeta Warszawska nr. 171. 4 lipca 1851 EBUW
*  http://murderpedia.org/male.B/b/bocarme.htm

* http://en.wikipedia.org/wiki/Tobacco
* http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_tobacco
* http://en.wikipedia.org/wiki/Rodrigo_de_Jerez
* http://en.wikipedia.org/wiki/Tobacco_smoke_enema
* http://en.wikipedia.org/wiki/Anti-tobacco_movement_in_Nazi_Germany
* http://en.wikipedia.org/wiki/Nicotiana_tabacum
* http://en.wikipedia.org/wiki/Nicotine
* http://en.wikipedia.org/wiki/Nicotine_poisoning
* http://en.wikipedia.org/wiki/Nicotinic_acetylcholine_receptor
* http://en.wikipedia.org/wiki/Ligand-gated_ion_channel

[1] http://archaeology.about.com/od/tterms/qt/Tobacco-History.htm
[2] http://staropolscy.pl/jedrzej-kitowicz/opis-obyczajow-za-panowania-augusta-iii/o-tabace-i-wloszce-syrakuzanie-nazywanej
[3] http://www.cbsnews.com/news/sharp-rise-in-liquid-nicotine-poisonings-in-children/
[4] Dodatek do "Chemii Policyjno Prawnej" Warszawa 1854, EBUW

sobota, 18 października 2014

Liście jesienne

Złota jesień w pełni, wypadałoby więc napisać, skąd to przebarwianie się liści bierze się.

Podstawowym barwnikiem nadającym liściom roślin kolor, jest oczywiście chlorofil, którego zadaniem jest transformacja energii świetlnej w chemiczną, prowadząca do fotosyntezy. Jest to ciekawy związek oparty na pierścieniu pochodnej porfiryny, z przyłączonym długim łańcuchem węglowodoru i z jonem magnezu wewnątrz pierścienia, uchwyconym przez cztery azoty w mocny kompleks.
 Ponadto w roślinach występuje w dwóch odmianach, jako chlorofil a i chlorofil b różniących się bocznymi grupami i odcieniem.
Ten długi ogon dzięki lipofilowości pozwala zakotwiczyć się cząsteczce w błonie tylakoidu, właściwego reaktywnego ciałka chloroplastu. W centrum reaktywnym odpowiedzialnym za pochłanianie i przetwarzanie energii, dwie cząsteczki chlorofilu oplecione są cząsteczką specyficznego białka. Kompleksy złożone z tych białek, chlorofilu i karotenoidów, tak zwane układy antenowe, połączone z błoną i centrum reaktywnym, tworzą fotoukład, będący molekularną maszyną rozkładającą wodę na tlen i wydzielającej chemiczne nośniki energii.
Chlorofil pochłania część światła w zakresie czerwonym i fioletowo-niebieskim, stąd wypadkowy kolor zielony, dosyć chłodny. Pochłonięcie kwantu światła powoduje wzbudzenie elektronowe cząsteczki. Zwykle w chloroplastach cząsteczki pigmentu tworzą agregaty, dzięki czemu szansa że w stosie jakaś cząsteczka pochłonie kwant jest większa. Energia tego wzbudzenia przekazywana jest skokami poprzez kilka cząsteczek aż do centrum reakcyjnego, gdzie od cząsteczki chlorofilu związanej z białkiem, odrywany jest elektron. Dzięki niemu wytwarzane są protony, jedne cząsteczki są utleniane a inne redukowane, aż wreszcie po rozłożeniu wody i wydzieleniu tlenu powstaje ATP będąca chemicznym nośnikiem tej właśnie pochodzącej od światła energii, wykorzystywane przez roślinę do przerobu dwutlenku węgla na więcej rośliny.
Oczywiście upraszczam, ale tak wygląda początkowy etap fotosyntezy, i do tego roślinom potrzebne są pigmenty.

Ale chlorofil to nie jedyny pigment w liściach. Całkiem spory udział mają też karoteny i karotenoidy, a więc cząsteczki z długim łańcuchem węglowodorowym z układem sprzężonych wiązań podwójnych. Mają kolory od żółtozielonego, przez żółty do pomarańczowego jak marchew, w której korzeniu wszakże występują. To one powodują, że kolor liści jest soczystszy i jaśniejszy - oba chlorofile same w sobie mają raczej chłodny odcień.
Dla rośliny karoteny w pewnym stopniu uzupełniają wady chlorofilu, który pochłania trochę światła czerwonego i trochę niebieskiego, zaś pomiędzy tymi zakresami zieje szeroka dziura mieszcząca w sobie światło zielone, którego w widmie słonecznym jest najwięcej.
Różne roślinne karotenoidy pochłaniają też światło z tego szerokiego zakresu:

Każdy taki barwnik po pochłonięciu kwantu światła przechodzi na krótko w stan wzbudzony. Jeśli będzie zawieszony w roztworze to albo wytraci energię poprzez ciepło, albo wypromieniuje jako światło, a wiele karotenów może też zmienić konfigurację cząsteczki.
Inaczej jest jednak, gdy karotenoid znajdzie się tuż przy cząsteczce chlorofilu w centrum reakcyjnym fotosyntezy - może wtedy nastąpić bezpromieniste przekazanie energii i jej wykorzystanie. Dzięki temu z jednej strony rośliny rośliny mogą lepiej wykorzystać energię światła, a z drugiej mogą przy pomocy wolnych karotenów chronić się przed nadmiernym naświetleniem.

Co takiego dzieje się jesienią? Drzewa i rośliny wieloletnie wycofują z liścia cenne składniki, głównie cukry i aminokwasy. Chlorofil zimą jest niepotrzebny, dlatego nie ma potrzeby dalej go produkować. Przez cały rok w liściach działają zarówno enzymy wytwarzające chlorofil jak i enzymy degradujące, zahamowanie produkcji powoduje, że te drugie z czasem, powoli, rozłożą chlorofil na cząsteczki bezbarwne. Reakcja zaczyna się od uszkodzenia białkowego kompleksu. Potem chlorofil jest odłączany od swego "ogona" przez hydrolizujący enzym chlorofilazę. Powstający chlorofilid ma nieco słabszą, ale wciąż zieloną barwę. Potem z kompleksu usuwany jest magnez, tworząc feoforbid o szarozielonkawej barwie. Na koniec ostatni enzym utlenia cząsteczkę, rozrywając pierścień, tworząc bezbarwny produkt końcowy.

Co to powoduje?
Z liści znika zieleń, i ujawniają się dotychczas niewidoczne karoteny i karotenoidy, a liście stają się żółte i pomarańczowe. To one odpowiadają za złoty kolor. W tym miejscu rodzi się więc pytanie - a skąd czerwień?

Za czerwony kolor liści odpowiadają antocyjany, barwniki, które muszą zostać specjalnie wytworzone. Jest to grupa barwników roślinnych odpowiadających za kolor wielu owoców, w tym truskawek, czarnych jagód, a także czerwonej kapusty. Zastanawiające jest natomiast, po co roślinom wytwarzać czerwony barwnik w liściach, z których właśnie wycofywane są składniki odżywcze, i których przeznaczeniem jest odpaść od rośliny.

W pewnym stopniu antocyjany są obroną rośliny przed nadmiernym nasłonecznieniem. Powstają w młodych listkach, dopiero co wychylających się z pąków, ale potem zanikają. Następnie pod koniec lata zaczynają być wytwarzane ponownie, głownie w szczytowych liściach. To dlatego u wielu drzew i krzewów liście na samym szczycie, na które pada najwięcej słońca, zaczerwieniają się na brzegach. W podobny sposób zaczerwieniają się rośliny zielne w szczycie okresu letniego.
Niemniej nie dotyczy to jesieni, gdy słońca jest już mało.
Być może w jakimś stopniu ułatwiają roślinie wycofanie pewnych składników w okresie chłodów, ale jak się wydaje głównym powodem czerwienienia jesiennych liści jest ochrona przed owadami. Jak wykazały badania na krzewach różnych odmian, te o liściach zielonych są częściej atakowane przez mszyce i inne szkodniki niż te o liściach czerwonych cały rok. Warto przy tym pamiętać, że jesienią, wiele szkodników stara się przygotować na zimę, toteż bądź składają jajeczka, bądź hibernują w warstwie liści, i robią to w pobliżu zaatakowanego drzewa. Oznacza to, że drzewa które swym kolorem odstraszyły szkodniki jesienią, będą mniej atakowane wiosną. Dlatego opłaca im się specjalnie wytworzyć czerwony barwnik, który pozostanie w liściach nawet gdy opadną.

A teraz przypomnę chromatografię, aby pokazać jak wyglądają wszystkie barwniki zawarte w liściach, gdy są jeszcze zielone:
Żółta plamka na samej górze, to karoteny. Szare pasmo poniżej to feofityny, produkt rozpadu chlorofilu, niżej są żółtawe ksantofile, następnie ciemnozielony chlorofil b i jaśniejszy chlorofil a. na samym dole ślady innych produktów rozpadu chlorofilu.

------
Źródła:
* http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll
* http://en.wikipedia.org/wiki/Photosystem
* http://en.wikipedia.org/wiki/Anthocyanin
* http://en.wikipedia.org/wiki/Autumn_leaf_color
*http://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyllase

niedziela, 28 września 2014

Inne ciekawe związki w grzybach

Szukając materiałów do poprzedniego wpisu natykałem się także na inne informacje o chemii grzybów, które były dla mnie ciekawe, ale nie miały związku ze zmianą zabarwienia. Aby więc nie rozwlekać wtrąceniami, postanowiłem napisać osobno o tych kilku ciekawych przypadkach.

Będzie więc grzyb o zapachu curry, grzyb który leczy, porost do farbowania wełny i grzyb który za bardzo lubi pewien pierwiastek.

Lakmus
Znany początkującym chemikom papierek lakmusowy, nasączany jest jak łatwo zgadnąć lakmusem. Mało kto wie jednak, że jest to substancja naturalna, w dodatku otrzymywana z porostów. Porost Roccella tinctoria, porasta skały na wybrzeżu Atlantyku mając formę zwisającego krzaczka, trochę podobnego do chrobotka, ale o spłaszczonych gałązkach przypominając też kępkę wyschniętej trawy morskiej. Już w starożytności używany był do farbowania wełny na piękny, czerwonofioletowy kolor, stanowiąc zastępstwo dla drogiej purpury tyryjskiej. Przez pewien czas porost stanowił główne źródło utrzymania kolonii na Azorach, a dzięki uprawom zaczął występować  wielu nowych krajach.

Chemicy oczywiście zainteresowali się jego własnościami, zwłaszcza iż dobrze znany był fakt, że w alkalicznych roztworach farbierskich przybierał kolor zielononiebieski, a wełna zabarwiała się zwykle na czerwono lub fioletowo. Szybko wykazano, że jest barwnikiem zmieniającym kolor od czerwonego w roztworach kwaśnych do niebieskiego w zasadowych. Mimo raczej nie zbyt szerokiego zakresu zmienności, od 4,5 do 8,2 pH, zaczął być używany jako wskaźnik. Zwykle nasącza się nim papier w dwóch odmianach: w alkalicznej, niebieskiej, służącej do wykrycia odczynu kwaśnego, i w sprotonowanej czerwonej, służącej do wykrycia zasad. Był w tym celu używany już tak dawno, że przeszedł do języka potocznego, jako określenie "oznaki własności" w odniesieniu do osób i zjawisk (rumieniec speszonej panny jest lakmusowym papierkiem niewinności).

Wyciąg z lakmusa jest pod względem chemicznym dość skomplikowaną mieszanką ponad dwudziestu związków, głównie pochodnych związków fenolowych z silnym chromoforem orseliną (7-hydroksyfenoksazon) decydującym o intensywności koloru. Kilka z tych związków wyodrębniono i nazwano, jak choćby beta hydroksyorselina:

Lakmus bywa używany jako barwnik spożywczy E 121. Podobne barwniki zawierają rosnące w Polsce porosty z rodzaju Tarczownic. [1], [2]

Wanadowy muchomor
Muchomor czerwony i kilka innych gatunków zwracają uwagę intensywnie czerwonym kolorem kapelusza. Odpowiada za to kilka barwników, głównie betaksantyny znane też jako barwniki buraka i aramantusa, a także muskaflawina (muscaflavin) będąca związkiem z siedmiokątnym pierścieniem
Bardziej interesujący jest jednak związek wykryty i w kapeluszu i w miąższu, nietypowe połączenie metaloorganiczna amawadyna (amavadin) , w której jeden jon wanadu jest połączony przez osiem koordynacji z dwiema cząsteczkami liganda hydroksyloiminodwupropionowego:
Za sprawą takiego połączenia muchomory akumulują wanad w ilościach nawet 400 razy większych niż gleba w której rosną. Zagadką pozostaje natomiast po co jest to grzybowi potrzebne. Możliwe że kompleks pełni rolę jaką w roślinach i u zwierząt pełnią peroksydazy, to jest chroni przed uszkodzeniem od wolnych rodników. Związek może być też wykorzystany w syntezie jako katalizator selektywnego utleniania nadtlenkami. [3],[4]

Uszak bzowy - grzyb leczniczy
Uszak bzowy to nie zbyt smaczny grzyb, zbudowany z galaretowatej substancji podobnej do chrząstki . Występuje cały rok, wyrastając na martwych gałązkach drzew i krzewów, chętnie zwłaszcza na bzie czarnym, sprzyjają mu chłodne warunki dlatego zbiera się go późną jesienią a nawet zimą, bo wystarczy mu kilka dni roztopów.
Jego bliskim krewniakiem jest spożywany w Azji uszak gęstowłosy, znany jako grzyb Mun.
W kulturze Europy przyjęło się nazywać uszaka "judaszowym uchem" lub "uchem żyda", takie jest zresztą dosłowne tłumaczenie nazwy łacińskiej.
Jako grzyb bez smaku był raczej dodatkiem do sosów, a ususzony i roztarty jako zagęstnik chłonący wodę dodawany był do zup. W średniowieczu był też polecany na ból gardła, przeziębienia i zapalenia. Dopiero w nowszych nam czasach pod wpływem wieści o Japończykach, uważających azjatycki gatunek za grzyba leczniczego, postanowiono przyjrzeć się właściwościom europejskiego krewniaka.

Głównym składnikiem owocnika są polisacharydy o właściwościach żelujących, ale niektóre z nich mają dodatkowe działanie biologiczne - mogą obniżać poziom cukru we krwi, poziom cholesterolu, działać przeciwzakrzepowo a niektóre badania sugerują działanie przeciwnowotworowe.[5] Więc kto wie - może niedługo będziemy się leczyć grzybami?

Mleczaj kamforowy - grzyb curry
Mleczaj kamforowy to średnio smaczny grzyb jadalny, wyróżniający się zapachem, niektórym przypominającym kamforę, innym curry, zaś źródła anglojęzyczne kojarzą go z syropem klonowym. Zapach po wysuszeniu staje się bardziej ziołowy i podobny do lubczyku, dlatego grzyb często jest po ususzeniu używany jako przyprawa.

Skąd jednak ten zapach? Na początku lat 80. student De Shazer zadał to pytanie mykologowi Williamowi Woodowi. Ten nie znając odpowiedzi, zaproponował mu to jako temat badań. Student wydzielał substancje zapachowe z grzyba, ale nie mógł znaleźć związku, z którego powstawał właściwy aromat. Gdy ukończył studia, zaintrygowany sprawą Wood zaproponował temat kolejnemu studentowi. Potem następnemu i jeszcze jednemu. Po upływie 27 lat i wymianie pięciu studentów chemia grzyba była już dobrze poznana, ale nadal nie udawało się wykryć jaki związek w grzybie zamienia się w składniki aromatu, ani jak to następuje.
Próbowano kolejno zwykłej ekstrakcji, chromatografii cieczowej i gazowej, lecz utrudnieniem był skomplikowany skład wyciągów i brak możliwości zbadania struktury podejrzanych pików. W dodatku poszukiwany związek najwyraźniej szybko ulegał przemianie i występował w preparatach w małej ilości.
Wreszcie Wood zastosował technikę mikroekstrakcji do fazy stałej.
Jest to ciekawa technika wstępnego wyodrębniania z próbek frakcji o niskim stężeniu. Do próbówki z badaną mieszaniną wpuszcza się szklaną igłę z której wysnuwa się absorbujące włókno. Pochłania ono substancje o określonych właściwościach, a więc polarne lub niepolarne, znajdujące się bądź w roztworze bądź w powietrzu nad lekko ogrzaną próbką. Pochłaniane substancje są zagęszczane we włóknie i oddzielane od reszty, dzięki czemu mieszanka w próbce wprowadzanej do chromatografu ma zdecydowanie mniej skomplikowany skład, ponadto z uwagi na małe rozmiary włókna, badane mogą być mikroskopijne ilości substancji.

Dzięki nowej technice, i zestawowi GC-MS z detektorem określającym strukturę, udało się znaleźć brakujący element - pierwszy związek, którego przemiana prowadza do powstania aromatu. Był to kwabalakton III (quabalactone III), pochodna furanu znaleziona wcześniej w kwiatach meksykańskiego drzewa Qararibea, używanego do aromatyzowania tradycyjnej wersji czekolady i ozdoby domów.
Związek jest pochodną aminofuranonu i powstaje w wyniku laktamizacji wolnych aminokwasów, zwłaszcza podczas suszenia. W kontakcie z wilgocią ulega przemianie do silnie aromatycznego sotolonu:

Sotolon jest składnikiem zapachu kozieradki, i wraz z nią przyczynia się do zapachu curry.  Występuje też w lubczyku (przyprawa maggi). Zapach ziołowy w większej ilości, w małej staje się słodkawy i podobny do syropu klonowego lub palonego cukru - występuje zresztą w tych produktach  na skutek przemian fruktozy. Związek jest też składnikiem zapachu Sherry oraz francuskiego żółtego wina jako skutek metabolizowania przez drożdże kwasu alfa-ketomasłowego, stąd używana czasem nazwa "lakton vin-jaune".
Powolne powstawanie sotolonu w mleczaju kamforowym sprawia, że suszony grzyb długo zachowuje aromat - Wood znajdował go nawet w 25-letnich próbkach. Za współautorów pracy o odkryciu uznał wszystkich pięciu studentów, którzy pracowali nad tym grzybem.[6][7][8]

Podgrzybek cezowy
W czasie badań napromieniowania żywności po katastrofie w Czarnobylu, polscy badacze zwrócili uwagę na pospolitego pogrzybka brunatnego, który wykazywał zaskakująco wysokie stężenia radioaktywnego cezu. W próbkach grzyba mogło być tego pierwiastka nawet piętnaście razy więcej niż w glebie na której rósł.
Dokładniejsze badania wskazały, że ta kumulacja jest wynikiem obecności w grzybie polifenolu norbadionu A, będącego brązowym pigmentem mającym wyjątkową skłonność do tworzenia kompleksów z cezem.

 Połączenia te są bardzo trwałe a selektywność wiązania porównywalna jest z eterami koronowymi.[9] Związek ten ma zresztą przy okazji własności przeciwutleniacza a także w pewnym stopniu chroni komórki przed uszkodzeniem od promieniowania, ponieważ zaś mimo wszystko stwierdzone w Europie stężenia cezu nie były groźne, grzyba można spokojnie spożywać.[10]

-------
 Źródła:
[1]  http://de.wikipedia.org/wiki/Lackmus
[2]  http://taxusbaccata.hubpages.com/hub/Dye-Plants-II-The-Atlantic-Purple-Wonder-Archil-lichen-Roccella-tinctoria
[3] Florian Stintzinga, and Willibald Schliemann, Pigments of Fly Agaric (Amanita muscaria), Z Naturforsch C. 2007 Nov-Dec;62(11-12):779-85.
[4]  José A.L. da Silva , João J.R. Fraústo da Silva, Armando J.L. Pombeiro, Amavadin, a vanadium natural complex: Its role and applications, Coordination Chemistry Reviews Volume 257, Issues 15–16, August 2013, Pages 2388–2400
[5]  http://en.wikipedia.org/wiki/Auricularia_auricula-judae
[6]  http://now.humboldt.edu/news/student-question-about-mushrooms-maple-syrup-odor-takes-27-years-to-answer/
[7] http://openagricola.nal.usda.gov/Record/IND44732722
[8] http://media.bostonmycologicalclub.org/pdf/Bulletin/Final612Bulletinsequence.pdf
[9] Kuad P, Schurhammer R, Maechling C, Antheaume C, Mioskowski C, Wipff G, Spiess B. (2009). "Complexation of Cs+, K+ and Na+ by norbadione A triggered by the release of a strong hydrogen bond: nature and stability of the complexes". Physical Chemistry Chemical Physics 11 (44): 10299–310.
[10] http://en.wikipedia.org/wiki/Norbadione_A

czwartek, 25 września 2014

Dlaczego grzyby sinieją?

Kiedyś wspomniałem o tym we wpisie na temat herbaty, widząc jednak rosnącą ilość wyszukiwań przez które czytelnicy znajdują bloga, wychodzę naprzeciw oczekiwaniom.

Przebarwianie się grzybów pod wpływem uszkodzenia czy rozkrojenia, jest zjawiskiem częstym. Zazwyczaj spotykamy się z nim u Podgrzybków i Borowików oraz innych gatunków rodzaju Boletus, obserwuje się też przebarwianie się białego soku Mleczajów. Dlatego może nas zastanowić skąd się to bierze i czy można w ten sposób odróżnić grzyb jadalny od trującego?
No, niestety zarówno pierwsza jak i druga sprawa, nie są takie proste...

To co pospolicie nazywamy grzybem, stanowi jedynie naziemną, wypuszczaną co pewien czas część grzybicznego osobnika, kryjącego się w ziemi lub drewnie w postaci pleśniowatych strzępków. Owocnik ten, spleciony z twardej tkanki, ma za zadanie rozsiewać zarodniki tworzące się zwykle pod "okapem" kapelusza i uwalniane do powietrza, aby wraz z wiatrem dotrzeć na znaczne odległości. Inne grzyby pomagają sobie wstrzykując zawiesinę zarodników do powietrza, jak choćby pospolite purchawki. Jeszcze inne wykorzystują owady, przyciągane nie miłą wonią padliny i odchodów.
Owocniki te jednakowoż nie po to są produkowane przez grzybnię, aby je jakieś dwunożne zwierzę wycięło kozikiem i zeżarło, toteż grzyby utrudniają mykożercom zadanie bądź maskując się powierzchnią kapelusza podobną do zbrązowiałych liści, bądź wytwarzając rozmaite substancje zniechęcające czy trujące.

Jednym ze sposobów zniechęcenia zwierzęcia jest brunatnienie w miejscach uszkodzonych - pociemniały owocnik wygląda mniej atrakcyjnie - stąd też wiele gatunków grzybów wykazuje tego typu zmiany barwy. Interesujące jest przy tym co właściwie zmienia barwę i w jaki sposób.

Uszkodzenie tkanki grzyba powoduje uwolnienie z wnętrza komórek enzymów degradacyjnych, wśród nich także oksydazę fenolową. Zgodnie z nazwą wywołuje ona utlenienie związków fenolowych. Powstające chinony mają zwykle ciemniejszy kolor. Ponadto połączenie chinonów z pierwotnymi polifenolami tworzy kompleksy z przeniesieniem ładunku, mające bardzo żywe kolory. Wszystkie te efekty wywołują zmianę barwy na niebieską, granatową czy wręcz czarną, ale czasem też czerwoną lub fioletową. Wszystko zależy od tego jakie polifenole są zawarte w danym grzybie.
Podobną przyczynę ma przy okazji brązowienie ziemniaków.
Rekcja zachodzi dosyć szybko:

 

Borowikowe
Rodzina borowikowatych jest bardzo obszerna i obfituje w grzyby smaczne i jadalne. Należą tu borowiki jak i podgrzybki (w nowszej klasyfikacji uznaje się że podgrzybki należą do tego samego rodzaju co borowik i nie stanowią osobnej grupy), ale też koźlarze, maślaczki, złotaki i bardzo nie lubiane goryczaki. Są to grzyby o rurkowatym spodzie kapelusza, podobnym do powierzchni gąbki.

Głównym czynnikiem barwiącym jest w nich brunatna atromentyna i , kwas wariegatowy (variegatic acid) będący pomarańczowym pigmentem, czy powstające z utlenienia atromentyny kwas pulwinowy i kwas wulpinowy (pulvinic acid i vulpinic acid - nazwy są przy okazji anagramami), oraz ich pochodne jak lakton pulwinon, odpowiedzialny za kolor kapelusza maślaka żółtego.
Po uszkodzeniu tkanek, ulegają one dalszemu utlenieniu, przykładowo z podobnych kwasu wariegatowego i kserokomowego (a może borowikowego?) przez utlenianie enzymatyczne powstają niebieskie chinony, a bez enzymu z tego pierwszego powstaje czerwona wariegatorubina[1] :

Wariegatorubina powstaje na przykład w zewnętrznych tkankach grzybów, przyczyniając się do ciepłego odcienia brązowego kapelusza, czy rudego podbarwienia trzonu niektórych podgrzybków. Nie znalazłem natomiast informacji co odpowiada za ciemnoczerwone przebarwienie miąższu trującego borowika szatańskiego.

Do borowików bardzo podobny jest też Piaskowiec, przy czym dla mnie interesujący jest jadalny piaskowiec modrzak, po przekrojeniu zabarwiający się na dość jasny niebieski kolor
 Za kolor odpowiada w tym przypadku inny polifenol gyrocyjanina (gyrocyanin) o budowie podobnej do bifenyli, utleniana do jonu chinonu[2]:


Wymienione polifenole oprócz wpływu na kolor grzyba, miewają też ciekawy wpływ biologiczny - wspomniany pulwinon i jego pochodne mają działanie cytostatyczne, mogą stanowić nowe antybiotyki, ale też leki przeciwgólowe i przeciwzapalne, kwas wariegatowy to silny przeciwutleniacz.

Mleczaje
Mleczaje to rodzaj grzybów należących do rodziny gołąbkowatych. Ich charakterystyczną cechą jest mleczko wypływające z uszkodzonych miejsc, czasem zabarwione i dodatkowo zmieniające kolor podobnie jak miąższ. Przykładowo ceniony mleczaj rydz ma pomarańczowe mleczko nie zmieniające koloru i zieleniejący miąższ, lekko trujący mleczaj złocisty ma biały miąższ i mleczko, które po kilku sekundach robi się żółte.

Ich głównymi związkami barwnymi są seskwiterpenoidy zawierające cząsteczkę azulenu, ciekawego węglowodoru aromatycznego, będącego połączeniem pierścienia pentenu i heptatrienu. Cząsteczka ta nadaje im żywe barwy. Przykładowo w mleczaju czerwieniejącym, sączącym po przekrojeniu krwiste mleczko, głównym barwnikiem jest czerwona laktarowiolina (lactaroviolin) będąca aldehydem
Mleczaj świerkowy ma mleczko początkowo pomarańczowe, jednak w ciągu pół godziny staje się ciemnoczerwone by na koniec przy wysychaniu stać się zielonkawe.
Co ciekawe mleczko tego grzyba zawiera zielonkawy laktarofulwen i niebieski laktarazulenen, tych jednak początkowo nie widać. Zmiany koloru są związane z enzymatyczną przemianą nietrwałych estrów pomarańczowego dihydroazulen-1-olu, o dużej intensywności barwy, z których uwalniany jest wolny azulenol o słabszym, żółtym kolorze. Ten ulega dalszemu utlenieniu, enzymatycznemu lub nie, do pochodnych jak fioletowa laktarowiolina, żółtawy delicial czy niebieski deterrol. Mieszanka tych pochodnych, z przewagą laktarowioliny tworzy bordowy kolor. Z czasem nie żółty delicial i azulenol polimeryzują do utworzenia zielonych produktów, które wraz z cały czas obecnym niebieskim laktarazulenem dają w efekcie brudnozielony kolor wysychającego mleczka.[3]

W zasadzie tymi reakcjami można tłumaczyć wszystkie zmiany barwy. Jeśli mleczaje nie zawierają estrów azulenolu, to ich mleczko jest białe i nie zmienia koloru, jak to ma miejsce u mleczaja modrzewiowego. Jeśli je zawierają bez innych azulenów i zawierają enzym je rozbijający, to białe mleczko żółcieje, jak u mleczaja złotawego. Jeśli zawierają inne azuleny, to mleczko jest pomarańczowe i z czasem może zielenieć, jak u mleczaja rydza. Jeśli zawierają estry azulenolu i enzym je rozbijający oraz drugi enzym utleniający, to pomarańczowy sok z czasem czerwienieje, jak u mleczaja jodłowego. A jeśli zawierają estry, enzym hydrolizujący i enzym utleniający o małej aktywności, to mleczko żółcieje, czerwienieje i zielenieje.
Mam wrażenie że przydałoby się zrobić z tego tabelkę kolorów.

Omówione seskwiterpenoidy oprócz koloru, nadają też grzybom smak, często palący. Są dla grzyba obroną przed nadgryzającymi owadami, zalewanymi lepkim mleczkiem, choć często nie przeszkadza to ich larwom. Ponieważ mają budowę podobną do hormonów roślinnych, mogą być użyte do przyspieszenia kiełkowania lub do ukorzeniania roślin. Niektóre mogą przydać się jako antybiotyki, inne są testowane jako potencjalne środki przeciwnowotworowe

Próby barwne
 Fakt występowania w grzybach różnych substancji barwnych, stał się podstawą dla prób chemicznych, opierających się na traktowaniu kawałków grzybów różnymi odczynnikami. Ma to znaczenie właściwie raczej dla specjalistów, pozwalając odróżniać podobne gatunki, nie ma natomiast zbyt wielkiego dla przeciętnych grzybiarzy.
Najczęściej stosowanym odczynnikiem jest roztwór wodorotlenku potasu. Ma on za zadanie wywołać zmianę barwy polifenoli o właściwościach wskaźników kwasowości i jest używany głównie do podgrzybków, w mniejszym stopniu do pieczarek. W podobnym celu stosuje się wodny roztwór amoniaku. często stosowany jest też roztwór siarczanu żelaza II tworzący z polifenolami mocno zabarwione kompleksy.
Testy te pozwalają na odróżnienie zbliżonych do siebie gatunków, ale nie mają znaczenia dla zwykłego grzybiarza. Mleczaj chrząstka czy mleczaj piekący to tak czy siak niejadalny grzyb, nawet jeden inaczej reaguje z odczynnikiem.

Pewną wartość w wątpliwych przypadkach może mieć natomiast test Meixnera wykrywający toksyny muchomora, na przykład sromotnikowego. Wykonuje się go stosunkowo prosto, jeśli oczywiście ma się pod ręką odczynnik. Kawałek grzyba kładzie się na papierze gazetowym, tak aby papier nasączył się sokiem z miąższu. Potem na ten kawałek daje się kroplę mocnego kwasu solnego i lekko ogrzewa, na przykład suszarką do włosów. W razie obecności trucizny po kilku minutach papier zabarwia się na zielonkawo-niebiesko.

Zasada działania jest ciekawa - papier na którym drukuje się gazety (ten nielakierowany) jest robiony z pulpy z której nie oddzielono ligniny. Taki papier lepiej przyjmuje tusz, ale też szybciej żółknie i kruszy się. Lignina składa się z mieszaniny cząsteczek aromatycznych i fenolowych. Pod wpływem mocnego kwasu solnego, reaguje z toksyną tworząc konglomeraty o kolorze niebieskawym. Testu nie można robić na słońcu. Wykrywa podobne do siebie amatoksyny, związki łączące pierścień peptydu z aminą z grupą indolową:
Występują w grzybach z rodzajów muchomor, czy hełmówka, oraz niektórych czubajeczkach, wywołując po spożyciu ciężkie uszkodzenie wątroby. Grupa indolowa ulega podczas testu podstawieniu przez polifenole ligniny, tworząc związki o silniejszym kolorze.[4]
Test mógłby przydać się chociażby smakoszom, chcącym spróbować jadalnych gatunków muchomora, na przykład bardzo cenionego muchomora cesarskiego czy smacznego muchomora żółtego.

Test ten może dawać fałszywe wyniki w przypadku kilku grzybów niejadalnych, a także w przypadku grzybów zawierających psylocybinę, z ugrupowaniem indolowym w cząsteczce. Powoduje to, że miłośnicy podobnych używek próbują stosować ten test do rozpoznawania grzybów halucynogennych. Ponieważ jednak większość grzybów dających tą reakcję, to grzyby trujące, zwłaszcza hełmówki wyglądające identycznie jak niektóre łysiczki, w Ameryce notuje się rocznie po kilka zgonów z powodu pomyłki tą drogą.
W ogóle niebieszczenie grzybów jest przez wielu uważane za oznakę halucynogenności. Może to wynikać stąd że jeden z najpopularniejszych takich grzybów ma niebieski kolor. Mit ten jest tak powszechny i silny w wielu krajach, że szukając czegoś na temat "bluing mushrooms" nie mogłem znaleźć nic innego jak tylko setki stron o grzybkach rekreacyjnych. Nawet gdy dopisywałem nazwę konkretnego, jadalnego grzyba to i tak wyskakiwały mi fora używkowe, na których nastolatki rozprawiały o tym, czy jeśli podgrzybek sinieje to czy wywołuje halucynacje "jak wszystkie niebieskie grzyby".

Farbowanie grzybem?
W poszukiwaniu informacji natknąłem się na ciekawy wątek. Jednym z rodzajów hobbystycznego rękodzieła jest samodzielne farbowanie tkanin. Znani są zapaleńcy stosowania urzetu, są zapaleńcy testowania na bawełnie wywaru z kory olchy, liści brzozy czy marzanki, natomiast mało znani są eksperymentatorzy próbujący farbować tkaniny grzybami i porostami.[5] A wygląda na to że potrafią osiągać na prawdę ciekawe efekty kolorystyczne:


Test na trującego grzyba?
Niestety w naszym kraju jest tak, że więcej osób grzyby zbiera niż się na nich zna. I gdy potem w domu pojawią się wątpliwości, ludzie próbują rozpoznać grzyba na podstawie zasłyszanych mitów, co czasem kończy się tragicznie. Mity tego rodzaju mają jedną wspólną cechę - opierają się na przekonaniu że wszystkie grzyby trujące mają jakąś wspólną cechę, którą można poznać wizualnie lub w inny sposób przed zjedzeniem. Tak powstają zasady w rodzaju "wszystkie trujące grzyby mają X". Tylko że grzyb od grzyba się różni.
Do najpopularniejszych należy przekonanie, że grzyba trującego nie zjadają ślimaki. Akurat to nie jest prawda, niektóre trujące grzyby zjadają nawet chętniej niż jadalne. Ślimak ma inny metabolizm i na niego pewne trucizny mogą nie działać.
Inny mit to przekonanie, że od wszystkich trujących grzybów czernieje srebro. Bierze się zapewne z podobnego mitu na temat trucizn roślinnych, mogącego mieć pewne uzasadnienie w przypadku trucizn zawierających w składzie siarkę. Grzyby niestety są w siarkę raczej ubogie a ich substancje toksyczne ze srebrem nie reagują.
Nie lepiej jest z próbowaniem na smak - na pewno można tak rozpoznać goryczaka żółciowego, który zresztą nie jest trujący tylko okropnie smakuje, ale wiele grzybów trujących nie ma niemiłego, czy palącego smaku. Sromotnik jest podobno nawet słodkawy i ma przyjemny aromat. Czubajeczka czerwonobrązowawa ma owocowy aromat i niewyczuwalny smak.

Zasadniczo najlepiej jest zbierać grzyby które się zna i nie eksperymentować.

-------
* http://www.grzyby.pl/slownik-odczynniki.htm
* http://www.mushroomexpert.com/macrochemicals.html
* Jan VELÍŠEK, Karel CEJPEK, Pigments of Higher Fungi: A Review, Czech J. Food Sci.
Vol. 29, 2011, No. 2: 87–102
* http://mycopigments.com/

[1]  Bluing Components and Other Pigments Boletes, Stephen F. Nelson
[2]  Helmut Besl, Andreas Bresinsky, Wolfgang Steglich, Klaus Zipfel, Pilzpigmente, XVII. Über Gyrocyanin, das blauende Prinzip des Kornblumenröhrlings (Gyroporus cyanescens), und eine oxidative Ringverengung des Atromentins, Chemische Berichte Volume 106, Issue 10, pages 3223–3229, Oktober 1973
[3]  http://de.wikipedia.org/wiki/Fichten-Reizker
[4] http://www.mykoweb.com/TFWNA/P-17.html
[5] http://mushroom-collecting.com/mushroomdyeing.html

poniedziałek, 15 września 2014

Ile pierwiastków występuje w przyrodzie?

Proste pytanie i nieprosta odpowiedź - ile pierwiastków występuje w przyrodzie? Z pewnością obiło się wam ono o uszy na lekcjach chemii. Wydaje się proste - rzut okiem na tablicę Mendelejewa. Pierwiastki sztuczne zaczynają się po uranie. Uran ma numer 92 więc tyle jest tych występujących w przyrodzie pierwiastków. I tak często traktują rzecz rozmaite strony a nawet podręczniki szkolne. Tylko że to nie jest tak łatwo powiedzieć ile.

In minus
Od tych 92 pierwiastków zwykle całościowo pojmowanych jako "niesztuczne" trzeba oczywiście odjąć dwa otrzymane sztucznie, mianowicie technet i promet.
Technet o liczbie atomowej 43 jest dość pechowy, bo jest najlżejszym niestabilnym pierwiastkiem. Najdłużej żyjący izotop 98-Tc ma czas półtrwania ok. 4 miliony lat co oznacza że po kilkuset milionach lat cała ilość jaka mogła być zawarta w pierwotnej materii z jakiej powstała Ziemia już się rozpadła. Dlatego po bezowocnych poszukiwaniach w minerałach, technet otrzymano w 1937 roku, napromieniowując neutronami molibden.
Nietrwałość technetu jest wynikiem złożenia się dwóch zasad rządzących trwałością jąder. Jądra o nieparzystej liczbie protonów są mniej trwałe. Ponadto liczby masowe izotopów nie są całkiem niezależne dla kolejnych pierwiastków - u sąsiadujących pierwiastków nie mogą być trwałe izotopy o takich samych masach. W przypadku technetu o nieparzystej liczbie neutronów, jedyną masą w której powinien zachować równowagę jest 98 u, ponieważ jednak trwałe izotopy o tych masach mają molibden i ruten po dwóch stronach technetu w okresie, ten izotop nie może być trwały.
Drugim takim pechowcem jest promet o liczbie atomowej 61, też nieparzystej, którego najtrwalszy izotop ma czas półtrwania 17,7 lat.

In plus
Z drugiej strony należy zastanowić się, co to właściwie znaczy "występuje w przyrodzie" - chodzi o tylko to że dało się go wykryć w warunkach naturalnych, czy może o ilości które dają się wyodrębnić? Bo przy tej pierwszej definicji listę "występujących w przyrodzie" można znacznie rozszerzyć.
W rudach uranu w wyniku spontanicznego rozszczepu jądra wykrywa się technet, zwłaszcza w rudzie z pewnego złoża w Kongu w ilości 0,2 ng/kg. W rudach uranu wyśledzono też ślady prometu, ze względu na krótki czas półtrwania będącego tylko przejściowym produktem rozpadów, przy czym na postawie rozpowszechnienia uranu szacuje się że na ziemi w danym momencie istnieje maksymalnie 500 g prometu. Linie widmowe tych pierwiastków wykryto też w pewnych szczególnych gwiazdach, jak Gwiazda Przybylskiego.
Można oczywiście zakwestionować tą ich "występowalność" na zasadzie "to tyle że właściwie nic", tylko że podobnie rzadkie są też inne pierwiastki, zwykle zaliczane do naturalnych. Frans, najcięższy z litowców ma czas półtrwania niespełna 22 minuty i w całej Ziemi jest go około 20 gramów. Nigdy nie wyizolowano czystego metalu. Najcięższy halogenek, astat o licznie atomowej 85 ma czas półtrwania 8 godzin i prawdopodobnie na całej ziemi obecny jest w danej chwili w ilości maksymalnie kilku gram. Protaktyn pojawia się w rudach uranu w ilości ok. 0,3 ppm, rad w ilości 0,14 ppm.

Pod tym względem na miano naturalnego bardziej już zasługuje pluton i neptun, pierwiastki znane jako sztuczne ale występujące w rudach uranu. Np-237 jest najtrwalszy i ma czas półtrwania 2 miliony lat. Powstaje w wyniku wychwytu neutronu w bardziej zagęszczonych rudach uranu występując w ilości około 0,001 ppb. Nieco więcej jest w rudach plutonu, którego najtrwalszy izotop ma czas półtrwania 80 mln lat, co oznacza iż pewne śladowe ilości mogły zachować się aż z czasów formowania ziemi. Wykryto go w glebie księżycowej i rudach uranu oraz w większej ilości w rudzie tworzącej naturalny reaktor jądrowy w Oklo.
Ponieważ z rozpadu uranu powstaje ameryk uznaje się za możliwe jego powstawanie w przyrodzie, ale w tak małych ilościach, że nie wykrywalnych. W zasadzie taka możliwość zachodzi też dla kiuru i berkelu, choć wtedy chodziłoby raczej o kilka atomów. 

Suma
Jak zatem określić ile jest tych "naturalnych" pierwiastków?
Tych które dało się w naturze wykryć i wyizolować choćby w śladowych ilościach jest 94, z czego 4 zostały najpierw stworzone sztucznie a potem dopiero wykryto ich ślady w naturze.