ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2016

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2016 απονέμεται από κοινού

στους Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart και Bernard L. Feringa

Για
“τον σχεδιασμό, σύνθεση και ανάπτυξη των μοριακών μηχανών” 

(“for the design and synthesis of molecular machines”)

 

 

Jean-Pierre Sauvage.
Γεννήθηκε το 1944. Γάλλος. Επίτιμος καθηγητής(University of Strasbourg) και επίτιμος διευθυντής ερευνών στο CNRS (Centre National de la Research Scientific), [περισσότερα].

 

Sir James Fraser Stoddart.
Γεννήθηκε το 1942. Σκώτος. Καθηγητής στοNothwestern Univesity, Evaston, Illinois,των ΗΠΑ, [περισσότερα].

 

Bernard Lucas “Ben” Feringa.
Γεννήθηκε το 1951. Ολλανδός. καθηγητή στο Univesity of Groninger,της Ολλανδίας. [περισσότερα].

Οι βραβευθέντες επιστήμονες εργάσθηκαν ερευνητικά κατά τις τελευταίες δεκαετίες πάνω στον σχεδιασμό και στη σύνθεση των “μικρότερων μοριακών μηχανών”. Η τεχνολογία των μοριακών μηχανών σε νανοδιστάσεις χρησιμοποιείται ήδη για την κατασκευή ιατρικών μικρορομπότ, όπως επίσης και υλικών τα οποία μπορούν να αυτοεπιδιορθώνονται, χωρίς την ανθρώπινη παρέμβαση. Οι τρεις επιστήμονες είναι από τους πρωτοπόρους στην ανάπτυξη συνθετικών νανομορίων για παρόμοιες λειτουργίες, καθώς μπορούν να μετατρέπουν άμεσα τη χημική ενέργεια σε μηχανική κίνηση.

Οι τρεις πρωτοπόροι χημικοί άνοιξαν νέους δρόμους με την έρευνα τους. Κατάφεραν να συνδέσουν μόρια μεταξύ τους τα οποία μπορούν να κινηθούν αυτόνομα. Πρόκειται για τις αποκαλούμενες “μοριακές μηχανές”, οι οποίες μπορούν να επιτελέσουν κάποιο έργο, μετατρέποντας τη χημική ενέργεια σε κίνηση.
  

Σύντομη ιστορική εξέλιξη της έρευνας των μοριακών μηχανών

Κατά τη δεκαετία του 1990, ο 74χρονος σήμερα, Sir James Fraser Stoddart κατάφερε να περάσει ένα μόριο σε σχήμα άξονα μέσα από ένα κυκλικό μόριο έτσι ώστε να μπορεί να κινείταιτο ένα μόριο ανεξάρτητα από το άλλο. Πρόκειται για τη συρρίκνωση του συστήματος άξονας-τροχός σε μοριακό επίπεδο.Το 1983 ξεκίνησε η έρευνα πάνω στις μοριακές μηχανές από τον 72χρονο σήμερα Jean-Pierre Sauvage. Ο Γάλλος επιστήμονας πραγματοποίησε συστηματική έρευνα πάνω στη σύνδεση κυκλικών μορίων σε μορφή αλυσίδας, τα οποία είναι γνωστά “κατενάνια” (catenanes), από το λατινικό catena: αλυσίδα (καδένα). Η σύνθεση κατενανίων υπήρξε το πρώτο βήμα για την ανάπτυξη των μοριακών μηχανών, καθώς σε κάθε μηχανή τα εξαρτήματά της πρέπει να κινούνται αμφίδρομα.

Απλές και σύνθετες μορφές κατενανίων που συνέθεσε κατά το παρελθόν η ερευνητική ομάδα του Stoddart [περισσότερα].

Το 1999, ο 65χρονος σήμερα, Bernard Lucas “Ben” Feringa, κατάφερε να κατασκευάσει τον πρώτο μοριακό κινητήρα, ο οποίος μπορούσε να περιστραφεί προς μία μόνο κατεύθυνση, παρακάμπτοντας τη βασική τυχαιότητα της κίνησης των μορίων. Το 2014, κατάφερε να κάνει τον “κινητήρα” του να περιστρέφεται με 12000 περιστροφές/min και να περιστρέφει υάλινο κύλινδρο 10000 φορές μεγαλύτερό του. Ακόμη, ανέπτυξε ένα μοντέλο με 4 μοριακούς κινητήρες το οποίο μπορούσε να κινείται σε μια επιφάνεια σαν ένα “νανοαυτοκίνητο”.

‘Οπως επισημαίνει η επιτροπή, τα μοριακά συστήματα που ανέπτυξαν οι τρεις επιστήμονες “βρίσκονται σήμερα στο ίδιο στάδιο που ήταν ο ηλεκτρικός κινητήρας στη δεκαετία του 1830, όταν οι επιστήμονες παρουσίαζαν μανιβέλες και ρόδες, χωρίς να ξέρουν πως αυτό θα οδηγούσε στα ηλεκτρικά τρένα, στα πλυντήρια, στους ανεμιστήρες και στα μίξερ”. Ουσιαστικά οι εφαρμογές των μοριακών μηχανών είναι ευρύτατες αν και ακόμα οι εφαρμογές τους είναι σε πρώιμο στάδιο.

O Feringa παρομοιάζει τη σημερινή κατάσταση με εκείνη των αδελφών Wright: ‘Οταν κατασκεύασαν την πρώτη ιπτάμενη μηχανή, ο κόσμος αντέδρασε με ευχαρίστηση, αλλά συγχρόνως έθετε ερωτήματα ως προς την πιθανές χρήσεις της.

Οι πιθανές εφαρμογές των μοριακών μηχανών καλύπτουν πεδία από νανορομπότ που θα “κυνηγούν” καρκινικά κύτταρα στο σώμα, έως μικροσκοπικές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας για την τροφοδότηση υπολογιστών.

Η ερευνητική ομάδα του Stoddart κατασκεύασε έναν μοριακό ανελκυστήρα, ο οποίος μπορεί να ανυψώνεται κατά 0,7 nm πάνω από μια επιφάνεια. Το 2011, η ερευνητική ομάδα του Ben Feringa κατασκεύασε ένα τετράτροχο νανοαυτοκίνητο, το οποίο μπορεί να κινηθεί σε μια επιφάνεια χαλκού, όταν διεγερθεί ηλεκτρικά από μια ακίδα σαρωτικού μικροσκοπίου σήραγγας (STM).

 

Αναφορές

  1. The Nobel Prize in Chemistry 2016: “How molecules became machines” (αρχείο PDF).
  2. www.wired.co.uk: “Nanocars and ‘molecular machines’ take the Nobel Prize in Chemistry“.

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

7/10/2016

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2015

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2015 απονέμεται από κοινού
στους Tomas Lindahl, Paul Modrich και Aziz Sancar

Για
“τις μελέτες πάνω στους μηχανισμούς επιδιόρθωσης του DNA”
(“for mechanistic studies of DNA repair”)

 

Tomas Lindahl.
Γεννήθηκε το 1938 στη Στοκχόλμη Σουηδίας. PhD στο Karolinska Institute. Ερευνητής στο Francis Crick Institute (Λονδίνο) και Clare Hall Laboratory, Hertfordshire, UK [περισσότερα]

Paul Modrich.
Γεννήθηκε το 1946, στο Raton, New Mexico, ΗΠΑ. Ερευνητής στο Howard Hughes Medical Institute και Duke University School of Medicine, Durham, Β. Καρολίνα, ΗΠΑ [περισσότερα].

Aziz Sancar.
Γεννήθηκε το 1946, στο Savur, Mardin, Τουρκία, MD Instanbul, 1969, University of North Carolina, Chapel Hill, Β. Καρολίνα, ΗΠΑ [περισσότερα].

Το γενετικό υλικό των βιολογικών οργανισμών και του ανθρώπου εκτίθεται συνεχώς σε σωρεία χημικών, φυσικών και βιολογικών τοξικών παραγόντων, οι οποίοι προσβάλλουν την εύθραυστη βιοχημική δομή του DNA, αποδιοργανώνοντας έτσι ζωτικές λειτουργίες του κυττάρου. Τα κύτταρα, προκειμένου να αποκαταστήσουν τις βλάβες του DNA, ενεργοποιούν πρωτεΐνες που εξειδικεύονται στην επιδιόρθωση των γενετικών βλαβών. Στα θηλαστικά ζώα, ένας από τους πιο διαδεδομένους επιδιορθωτικούς μηχανισμούς αφορά το μηχανισμό εκτομής νουκλεοτιδίων (Nucleotide Excision Repair-NER). Η σπουδαιότητα των επιδιορθωτικών μηχανισμών του κυτταρικού DNA για τους ανθρώπους αποδεικνύεται από μια σειρά σπάνιων συνδρόμων που προκαλούνται από εγγενείς μεταλλαγές των πρωτεΐνών. Πολλοί ασθενείς με τέτοια γενετικά σύνδρομα γερνούν πρόωρα, ενώ άλλοι εμφανίζουν δραματική αύξηση της συχνότητας εμφάνισης διαφόρων μορφών καρκίνου. Μέχρι σήμερα, εξαιτίας του ρόλου του NER και άλλων μηχανισμών στην επιδιόρθωση των βλαβών του DNA, οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι τα σύνδρομα που προκύπτουν από τις μεταλλάξεις του NER οφείλονται αποκλειστικά στη σταδιακή συσσώρευση βλαβών στο DNA των κυττάρων, οι οποίες δεν επιδιορθώνονται.

Ο Tomas Lindahl (γεννήθηκε το 1938, στη Στοκχόλμη, της Σουηδίας, το διδακτορικό του το εκπόνησε στο Karolinska Institute), είναι ερευνητής στο Francis Crick Institute (Λονδίνο) και Clare Hall Laboratory, Hertfordshire, UK). Oι έρευνες του εδώ και αρκετές δεκαετίες έδειξαν ότι το DNA των κυττάρων των ζωντανών οργανισμών αποσυντίθεται και υπόκειται σε βλάβες με ρυθμό που θα καθιστούσε την ανάπτυξη της ζωής στον πλανήτη Γη αδύνατη. Η διαπίστωση αυτή τον οδήγησε να ανακαλύψει τον μοριακό μηχανισμό , που αποκαλείται επιδιόρθωση με εκτομή βάσεων, ο οποίος σε μόνιμη βάση επιδιορθώνει και διατηρεί την αρχική βιολογική δομή του DNA.

Ο καθηγητής Paul Modrich (γεννήθηκε το 1946, Raton, New Mexico, ΗΠΑ, Howard Hughes Medical Institute και Duke University School of Medicine, Durham, NC, ΗΠΑ) με τις έρευνές του έδειξε πως τα κύτταρα επιδιορθώνουν τα λάθη που συμβαίνουν στην αλυσίδα του DNA όταν αναδιπλασιάζεται κατά την κυτταρική διαίρεση. Ο μηχανισμός επιδιόρθωσης αταίριαστων βάσεων (mismatch repair) μειώνει τη συχνότητα λαθών κατά τον αναδιπλασιασμό του DNA κατά χίλιες φορές. Είναι γνωστές στους επιστήμονες οι γενετικές βλάβες από αταίριαστες βάσεις και οφείλονται σε κληρονομικές περιπτώσεις, όπως στην περίπτωση του καρκίνου του παχέος εντέρου.

Ο Aziz Sancar (γεννήθηκε το 1946 στο Savur, Mardin, Τουρκία, MD Instanbul, 1969, University of North Carolina, Chapel Hill, NC, USA) Sarah Graham Kenan Καθηγητής Βιοχημεία και Βιοφυσικής . Οι έρευνες του A. Sancar χαρτογράφησαν τους επιδιορθωτικούς μηχανισμούς νουκλεοτιδίων με εκτομή, ιδιαίτερα τους μηχανισμούς που προκαλούνται στα κύτταρα μετά από βλάβες κατά την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας (UV). Είναι γνωστό από έρευνες ότι άνθρωποι που έχουν γεννηθεί με βλάβες στο επιδιορθωτικό σύστημα του DNA θα αναπτύξουν καρκίνο του δέρματος, εάν εκτεθούν για μεγάλο διάστημα στην ηλιακή ακτινοβολία. Επίσης, ανακαλύφθηκε ότι τα κύτταρα χρησιμοποιούν τον επιδιορθωτικό μηχανισμό εκτομής νουκλεοτιδίων για να διορθώσουν τις βλάβες που προκαλούν οι μεταλλαξιγόνες (mutagens) ουσίες.
Οι έρευνες για τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης του DNA θεωρούνται ως σημαντικές ανακαλύψεις για τους μηχανισμούς λειτουργίας των βιολογικών συστημάτων. Η κατανόηση των μηχανισμών αυτών θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν βασικές βιολογικές λειτουργίες και μελλοντικά μπορούν να χρησιμεύσουν για τη θεραπεία των κακοήθων νεοπλασμάτων και άλλων ασθενειών στον άνθρωπο.

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

7/10/2015

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2014

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2014 απονέμεται από κοινού
στους Eric Betzig, Stefan W. Hel και William E. Moerner

Για
“την ανάπτυξη της φθορισμομετρικής μικροσκοπίας υπερ-διακριτικής ικανότητας”
(“for the development of super-resolved fluorescence microscopy”)

 

Eric Betzig
Αμερικανός, γεννήθηκε το 1960 στο Ann Arbor του Michigan. Διδακτορικό (Ph.D). 1988 από το Cornell University, Ithaca, NY, USA. Διευθυντής της ερευνητικής ομάδας στο Janelia Farm Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, Ashburn, Virginia, ΗΠΑ [περισσότερα].

Stefan W. Hell
Γερμανός, γεννήθηκε το 1962 στην πόλη Arad, της Ρουμανίας. Διδακτορικό ( Ph.D). 1990 Πανεπιστήμιο Heidelberg, Germany. Διευθυντής στο Max Planck Institute για τη Βιοφυσική Χημεία, Göttingen και Διευθυντής του Τμήματος German Cancer Research Center, Heidelberg, Γερμανία [περισσότερα].

William E. Moerner
Αμερικανός, γεννήθηκε το 1953 στην Pleasanton της California. Διδακτορικό (Ph.D.) το 1982 από το Cornell University, Ithaca, NY, USA. Είναι Harry S. Mosher Professor στη Χημεία και επίτιμος Καθηγητής Εφαρμοσμένης Φυσικής στο Stanford University, Stanford, California, ΗΠΑ [περισσότερα].

Με τη χρήση της νανομικροσκοπίας οι επιστήμονες μπόρεσαν να μελετήσουν και να “δουν” στο εσωτερικό των ζωντανών κυττάρων και των βιολογικών ιστών. Με τις τεχνικές αυτές μπορούν να διεισδύσουν στα κύτταρα του εγκεφάλου και να δουν πώς τα κύτταρα δημιουργούν συνάψεις μεταξύ των νευρικών κυττάρων του εγκεφάλου. Ακόμη, μπορούν να εξετάσουν τις πρωτεΐνες που λαμβάνουν μέρος στις ασθένειες Πάρκινσον, Αλτσχάιμερ και Χάντινγτον καθώς δημιουργούνται, μπορούν να εξετάσουν και να ξεχωρίσουν τις εξειδικευμένες πρωτεΐνες στα γονιμοποιημένα ωάρια καθώς αυτές διαιρούνται στα έμβρυα του ανθρώπου. Αυτό ήταν ανέκαθεν το όνειρο των επιστημόνων: να μπορέσουν να διεισδύσουν στη δομή των βιολογικών μορίων. Οι κλασικοί μικροσκοπιστές, όπως ο Ernst Abbe, θεωρούσαν ότι η διακριτική ικανότητα ενός συστήματος μικροσκοπίας δεν θα μπορούσε να ξεπεράσει τα 0,2 μικρόμετρα (μm).
Οι Eric Betzig, ο Stefan W. Hell και William E. Moerner βραβεύονται το 2014 με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας διότι κατάφεραν να ξεπεράσουν αυτά τα εμπόδια και όρια που έθετε η οπτική μικροσκοπία. ‘Ετσι τώρα οι επιστήμονες είναι σε θέση να μελετήσουν τον νανόκοσμο σε όλες του τις λεπτομέρειες. Με το Βραβείο αυτό βρεβεύονται δύο βασικές αρχές. Η μία αφορά τη μέθοδο “μικροσκοπία εξαναγκασμένης απόσβεσης εκπομπής” (stimulated emission depletion microscopy, STED), που αναπτύχθηκε από τον Stefan Hell το 2000. Στη μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται δύο ακτινες λέιζερ, η μία διεγείρει τα φθορίζοντα μόρια ώστε να εκπέμψουν φθορισμό (“να λάμψουν”), ενώ η άλλη αναστέλλει τον φθορισμό εκτός από την περιοχή των νανομέτρων. Με την σάρωση πάνω από το δείγμα, νανόμετρο προς νανόμετρο, παράγεται μία εξαιρετική εικόνα με υψηλής διακριτικότητας.

 

Μικροσκόπιο STED χρησιμοποιούμενο για την απεικόνιση νανοσωματιδίων κατά την αλληλεπίδρασή τους με βιολογικές δομές: Αρχή και πειραματική διάταξη.

Οι άλλοι δύο επιστήμονες Eric Betzig και William Moerner, ερευνούσαν ξεχωριστά και έβαλαν τα θεμέλια για τη δεύτερη μέθοδο “Μικροσκοπία ενός μόνου μορίου” (Single-Molecule Microscopy, SMM), η οποία στηρίζεται στην ικανότητα να μετατρέψει την ικανότητα φθορισμού των μορίων εναλλάξ θετικά και αρνητικά (on and off). Με τη μέθοδο αυτή οι επιστήμονες βλέπουν την εικόνα της ίδιας περιοχή για πολυλαριθμες φορές, αφήνοντας ολίγα διάσπαρτα μόρια να φθορίζουν (glow) κάθε φορά. Με την επικάλυψη των εικόνων αυτών μία έντονη υπερ-εικονα διακρίνεται σε επίπεδο νανοδιαστάσεων. Το 2006 ο Eric Betzig χρησιμοποίησε τη μέθοδο αυτή για πρώτη φορά. Σήμερα οι μέθοδοι χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην έρευνα και σε πολλές πρακτικές εφαρμογές.

  

Μικροσκοπία ενός μόνου μορίου: αρχή και πειραματική διάταξη.

– Huang B, Bates M, Zhuang X: “Super-resolution fluorescence microscopy”, Annu Rev Biochem. 78:993-1016, 2009 (PubMed).

– Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2014:SUPER-RESOLVED FLUORESCENCE MICROSCOPY“.

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

8/10/2014

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2013

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2013 απονέμεται από κοινού
στους Martin Karplus, Michael Levitt και Arieh Warshel

Για
“την ανάπτυξη πολυδιάστατων μοντέλων για πολύπλοκα χημικά συστήματα»
“For the development of multiscale models for complex chemical systems”

 

Martin Karplus
Αμερικανός και Αυστριακός πολίτης. Γεννήθηκε το 1930 στη Βιέννη. Πήρε το διδακτορικό του το 1953 από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας, ΗΠΑ. Καθηγητής του Πανεπιστημίου του Στρασβούργου, στη Γαλλία. Επίσης, είναι ομότιμος καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ.

Michael Levitt
Πολιτογραφημένος στις ΗΠΑ, Μ. Βρετανία και Ισραήλ. Γεννήθηκε το 1947 στην Πρετόρια της Νοτίου Αφρικής. Πήρε το διδακτορικό του το 1971 από το Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ, Μ. Βρετανίας. Είναι καθηγητής στην έρευνα του καρκίνου στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου του Στάμφορντ, Καλιφόρνια, ΗΠΑ.

Arieh Warshel
Πολιτογραφημένος στις ΗΠΑ και το Ισραήλ. Γεννήθηκε το 1940 στο Κιμπούτζ Sde-Nahum, Nahum, Ισραήλ. Διδακτορικό 1969 από το Weizmann Institute of Science. Διακεκριμένος καθηγητής στο Πανεπιστήμιου της Νότιας Καλιφόρνιας, στο Λος ‘Αντζελες, Καλιφόρνια, ΗΠΑ.

Στις 9 Οκτωβρίου 2013, η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών αποφάσισε να απονείμει το Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 2013 στους επιστήμονες Martin Karplus (Πανεπιστήμιο Στρασβούργου, Γαλλία, και Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ, Κέμπριτζ, Μασσαχουσέτη, ΗΠΑ, Université de Strasbourg, France and Harvard University, Cambridge, MA, USA), Michael Levitt (Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Στάμφορντ, Καλιφόρνια, ΗΠΑ, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA, USA) και Arieh Warshel (Πανεπιστήμιο Νότιας Καλιφόρνιας, Λος ΄Αντζελες, Καλιφόρνια, ΗΠΑ, University of Southern California, Los Angeles, CA, USA).

Στην ανακοίνωση της Βασιλικής Σουηδικής Ακαδημίας εξηγεί τους λόγους για τη βράβευση με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας και αναφέρει: “Οι χημικοί χρησιμοποιούσαν μοντέλα για να αναπαραστήσουν τα χημικά μόρια με τη χρήση πλαστικών σφαιρών για τα χημικά άτομα και ραβδίων για τους χημικούς δεσμούς. Σήμερα όμως χρησιμοποιούν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές για να δημιουργήσουν μοντέλα και να μελετήσουν τις χημικές αντιδράσεις. Στη δεκαετία του 1970 οι επιστήμονες Martin Karplus, Michael Levitt και Arieh Warshel έβαλαν τις βάσεις για τη δημιουργία εξειδικευμένων προγραμμάτων τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατανόηση και την πρόβλεψη χημικών διεργασιών. Τα μοντέλα των ηλεκτρονικών υπολογιστών που καθρεφτίζουν τη φυσική πραγματικότητα έχουν γίνει εξαιρετικά χρήσιμα για την πρόοδο της επιστήμης. Σημαντικός αριθμός νέων ανακαλύψεων και τεκμηρίωσης χημικών διεργασιών στη Χημεία του σήμερα έχουν επιτευχθεί με την Υπολογιστική Χημεία.
Οι χημικές αντιδράσεις σε πολλές περιπτώσεις γίνονται με ταχύτητα φωτός. Μέσα σε κλάσματα χιλιοστού του δευτερολέπτου, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από το ένα άτομο στο άλλο. Η Κλασική Χημεία είχε μεγάλη δυσκολία να μελετήσει τις ταχύτατες χημικές αντιδράσεις, ήταν σχεδόν αδύνατο να πειραματισθεί για το κάθε μικρό βήμα μεταβολών των χημικών διεργασιών. Η βοήθεια που προσέφεραν οι βραβευμένοι με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας επιστήμονες με τις μεθόδους των μοντέλων τους ήταν σημαντική. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές για να αποκαλύψουν διάφορες χημικές διεργασίες όπως, για παράδειγμα, ο καταλυτικός καθαρισμός των καυσαερίων αυτοκινήτων ή την πορεία της φωτοσύνθεσης των πράσινων φύλλων των φυτών.
Οι επιστημονικές εργασίες των Karplus, Levitt και Warshel είχαν επαναστατική αξία για την επιστήμη της χημείας γιατί κατάφεραν να τοποθετήσουν την Κλασική Φυσική του Νεύτωνα δίπλα στις εντελώς διαφορετικες αρχές της Κβαντικής Φυσικής. Προηγουμένως, οι χημικοί είχαν να διαλέξουν τη μία ή την άλλη θεωρία. Η ισχύς της Κλασικής Φυσικής ήταν ότι οι υπολογισμοί ήταν απλοί και μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για μοντέλα μεγάλων χημικών μορίων (μεγάλο μοριακό βάρος). Η κύρια αδυναμία της ήταν ότι δεν μπορούσε να προσομοιώσει χημικές αντιδράσεις. Για τον σκοπό αυτό οι χημικοί έπρεπε να χρησιμοποιήσουν την κβαντική φυσική. Αλλά τέτοιοι υπολογισμοί απαιτούσαν υπολογιστές με εξαιρετικά μεγάλη υπολογιστική ισχύ και γι’ αυτό εφαρμόζονταν μόνο σε μικρού μοριακού βάρους χημικά μόρια.
Οι βραβευμένοι με το Νόμπελ Χημείας του 2013 πήραν τις καλύτερες μεθόδους και από τα δύο είδη θεωριών και ανακάλυψαν μεθόδους που κάνουν χρήση τόσος της Κλασικής, όσο και της Κβαντική Φυσικής. Για παράδειγμα, στην προσομοίωση για το πώς τα φάρμακα υπόκεινται σε σύζευξη με την πρωτεΐνη-στόχο στον βιολογικό οργανισμό, ο υπολογιστής εκτελεί κβαντικούς θεωρητικούς υπολογισμούς για τα χημικά άτομα που βρίσκονται στην πρωτεΐνη στόχο και αλληλεπιδρούν με το φάρμακο. Για το υπόλοιπο μόριο της μεγάλου μοριακού βάρους πρωτεΐνης η προσομοίωση χρησιμοποιεί υπολογισμούς της Κλασικής Φυσικής. Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές σήμερα είναι εργαλείο μεγάλης αξίας για τους χημικούς όπως και ο δοκιμαστικός σωλήνας για χημικές αντιδράσεις στο παρελθόν. Οι προσομοιώσεις είναι τόσο ρεαλιστικές που μπορούν να προβλέψουν την πορεία και το αποτέλεσμα των κλασικών χημικών αντιδράσεων.
Οι τρεις βραβευμένοι επιστήμονες εργάσθηκαν για πολλά χρόνια με ηλεκτρονικές προσομοιώσεις οι οποίες συνδύασαν κβαντικούς μηχανισμούς, ερμηνεύοντας τη διάσπαση και τον σχηματισμό χημικών δεσμών, με κλασικούς Νευτώνιους μηχανισμούς, που μπορούν να μελετήσουν τη μετακίνηση των πρωτεϊνικών μορίων. Το τελικό αποτέλεσμα των εργασιών αυτών, πιθανολογείται ότι θα είναι η ικανότητα να υπολογισθούν με ηλεκτρονικούς υπολογιστές πολύπλοκες χημικές διεργασίες και να γίνει ικανή η προσομοίωση ενός ολόκληρου ζωντανού οργανισμού σε μοριακό επίπεδo, κάτι που αποτελεί όνειρο για τον καθηγητή Levitt”.

 

 

Επιστημονικές Δημοσιεύσεις
 
1. Martin Karplus (Université de Strasbourg και Harvard University):

 

Εξίσωση για δύναμη πεδίου, ένα μοντέλο Υπολογιστικής Χημείας που χρησιμοποιεί απλούς όρους και παραμέτρους
από πειραματικά δεδομένα για να υπολογίσει την ενέργεια ενός μορίου (εικόνα από τον Amit Kessel)

 

SCIENTIFIC AMERICAN 9/10/2013

http://blogs.scientificamerican.com/the-curious-wavefunction/2013/10/09/computational-chemistry-wins-2013-nobel-prize-in-chemistry/

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

20/10/2013

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2012

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2012 απονέμεται από κοινού
στους Robert J. Lefkowitz και Brian K. Kobilka

Για
“τις μελέτες επί των υποδοχέων που συνδέονται με την πρωτεΐνη G”
“for studies of G-protein-coupled receptors”

  

Robert J. Lefkowitz
(Born: 1943, New York, NY, USA) Affiliation at the time of the award: Howard Hughes Medical Institute, Duke University Medical Center, Durham, NC, USA

Brian K. Kobilka
(Born: 1955, Little Falls, MN, USA) Affiliation at the time of the award: Stanford University School of Medicine, Stanford, CA, USA

Οι δύο ερευνητές βραβεύονται με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας “για τη μελέτη των υποδοχέων που συνδέονται με τις G-πρωτεΐνες“. Οι δύο ερευνητές θα μοιραστούν εξίσου το Βραβείο που είναι οκτώ εκατομμύρια Σουηδικές Κορώνες ή 750.000 Ευρώ.

Πρόκειται για μια βασική κατηγορία κυτταρικών υποδοχέων (receptors), οι οποίοι καλούνται “G πρωτεϊνο-συζευγμένοι υποδοχείς” που μπορούν να εμφανισθούν στα κυτταρικά τοιχώματα. Οι υποδοχείς αυτοί επιτρέπουν στα κύτταρα να αντιλαμβάνονται το χημικό περιβάλλον τους. Η λειτουργία αυτή έχει βοηθήσει σημαντικά στην ανεύρεση μηχανισμών δράσης πολλών φαρμάκων. Η γνώση του πώς λειτουργούν οι υποδοχείς που συνδέονται με τις G-πρωτεΐνες, έχει γίνει τα τελευταία χρόνια ακρογωνιαίο βιοχημικό γεγονός για να κατανοηθεί το περίπλοκο σύστημα ανταλλαγής χημικών σημάτων μεταξύ των κυττάρων.

Οι δομές αυτές των υποδοχέων, που υπάρχουν στην επιφάνεια μιας μεγάλης ποικιλίας κυττάρων, επιτρέπουν στους επιστήμονες τη μελέτη εξωτερικών ερεθισμάτων, όπως το φως και οι διάφορες γεύσεις, αλλά και χημικά ερεθίσματα όπως την ορμονική δράση ουσιών όπως η αδρεναλίνη και η ισταμίνη.

Ο Roberts Lefkowitz γεννήθηκε το 1943 στη Νέα Υόρκη και σπούδασε Ιατρική. Είναι σήμερα καθηγητής Ιατρικής και Βιοχημείας στο Πανεπιστήμιο Duke στο Ντέραμ (Durham) της Βόρειας Καρολίνας [μέλος του Howard Hughes Medical Institute (HHMI) in Maryland].

Ο Brian Kobilka γεννήθηκε το 1955 στη Μινεσότα και αποφοίτησε από την Ιατρική Σχολή του Yale το 1981. Εργάζεται σήμερα ως καθηγητής Ιατρικής και Μοριακής και Κυτταρικής Φυσιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ [μέλος του Howard Hughes Medical Institute (HHMI), από τη δεκαετία του 1980].
 

ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ ΣΥΖΕΥΓΜΕΝΟΙ ΜΕ G-ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ

Οι υποδοχείς που είναι συζευγμένοι με G-πρωτεΐνες [G-protein-coupled receptors (GPCRs)] είναι γνωστοί και ως επτα-τρανσμεβρανικοί χωροϋποδοχείς (7ΤΜ) λόγω των 7 ελίκων περιέλιξης της δομής τους υπό μορφή σερπαντίνας [seven-transmembrane domain receptors, 7TM receptors, heptahelical receptors, serpentine receptor].

Οι G-πρωτεΐνες που συνδέονται με τους υποδοχείς [G protein-linked receptors (GPLR)], αποτελούν μια οικογένεια πρωτεϊνών μεγάλου μοριακού βάρους που βρίσκονται στους υποδοχείς της τρανσμεβρανικής περιοχής. Με τον τρόπο αυτό γίνονται αισθητά τα μόρια εκτός των κυττάρων και ενεργοποιούν εσωτερικά τις διόδους μεταγωγής σημάτων (signal transduction pathways), καθιστώντας έτσι ικανά τα κύτταρα να ανταποκριθούν σε διάφορα ερεθίσματα. Οι υποδοχείς που είναι συζευγμένοι με τις G-πρωτεΐνες βρίσκονται μόνο στα ευκαρυωτικά κύτταρα, στη ζύμη και τα χοανομαστιγοφόρα (choanoflagellates) και στα ζώα.

Οι υποδοχείς που συνδέονται με G-πρωτεΐνες αποτελούν τη μεγαλύτερη οικογένεια υποδοχέων της κυτταρικής επιφάνειας και διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο στην αναγνώριση και μετάδοση σημάτων. Μέσω των υποδοχέων αυτών λειτουργούν πολλές σημαντικές κατηγορίες φαρμάκων όπως οι β-αδρενεργικοί αγωνιστές και οι Η2-ισταμινικοί ανταγωνιστές.

 

 

G protein-coupled receptor (GPCR) .
The human k-opioid receptor in complex with JDTic

Crystal structure of activated beta-2-adrenergic receptor in complex with G5. The receptor is coloured red, Ga =green, Gp=cyan, Gy=yellow.

 

Σηματοδοτικές G-πρωτεΐνες μέσω υποδοχέων

Οι ενδοκυττάριες σηματοδοτικές πρωτεΐνες λειτουργούν σαν “μοριακοί διακόπτες”. Μια κατηγορία από αυτές γνωστή και ως G-πρωτεΐνες κατέχουν κεντρική θέση στη σηματοδότηση μέσω υποδοχέων που συνδέονται με G-πρωτεΐνες. Κάθε μία είναι ειδική για μια ορισμένη ομάδα υποδοχέων και μια ορισμένη ομάδα ενδοκυττάριων πρωτεϊνών-στόχων. Ωστόσο, όλες έχουν παρόμοια δομή και μηχανισμό δράσης.

Αποτελούνται από τρεις πρωτεϊνικές υπομονάδες τις α, β και γ. Σε κατάσταση ηρεμίας η υπομονάδα α είναι συνδεδεμένη με GDP (guanosine diphosphate). ‘Οταν ένας εξωκυττάριος συνδέτης (ligand) προσδεθεί στον υποδοχέα, ο υποδοχέας αλληλεπιδρά με την G-πρωτεΐνη και την ενεργοποιεί. Η ενεργοποίηση οδηγεί σε μια ενεργοποιημένη α υπομονάδα συνδεδεμένη με GTP (guanosine triphosphate) και σε ένα σύμπλοκο βγ. Τα δύο ξεχωριστά μόρια διαχέονται ελεύθερα κατά μήκος της μεμβράνης και μπορούν να αλληλεπιδράσουν άμεσα με στόχους, οι οποίοι με τη σειρά τους μεταβιβάζουν το σήμα σε άλλους προορισμούς. Η α υπομονάδα διαθέτει εγγενή ενεργότητα υδρολάσης του GTP (GTPάσης ) και μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα υδρολύει το GTP σε GDP. Κατόπιν επανασυνδέεται με το σύμπλοκο βγ, οπότε η μεταβίβαση του σήματος σταματά.

 

5-HT receptors – 7-transmembrane spanning, G-protein coupled receptors

 

Wikipedia: “G protein“.

Wikipedia: “G protein-coupled receptor“.

Washington University: “Turning It On: How G Proteins Communicate in the Cell“.

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

10/10/2012

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2011

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2011 απονέμεται
στon Daniel Shechtman

Για
“την ανακάλυψη των ημι-κρυστάλλων”
“for the discovery of quasicrystals”
(quasi: πρόθημα που σημαίνει οιονεί, κατά κάποιο τρόπο, σαν)

 

Daniel Shechtman
(1941-, Tel Aviv, Israel)

Το 1982, ο Daniel Shechtman κατά τη μελέτη διαφόρων κρυστάλλων παρατήρησε στο ηλεκτρονικό του μικροσκόπιο μα εικόνα που φαινόταν να αντιτίθεται στους νόμους της φύσης για τη στερεά ύλη. Οι επιστήμονες πίστευαν επί δεκαετίες ότι τα άτομα μέσα στους κρυστάλλους “πακετάρονται” (packed) με συμμετρικά μοτίβα σχεδίου (patterns), τα οποία επαναλαμβάνονταν περιοδικά ξανά και ξανά. Για τους επιστήμονες η περιοδική επανάληψη ήταν απαραίτητη προϋπόθεσηγια να σχηματισθεί ένας κρύσταλλος. Παρόλα αυτά, η διαμόρφωση (configuration) στους ημι-κρυστάλλους, που βρήκε ο Shechtman, ήταν διαφορετική και έμοιαζε εκπληκτικά με τα μωσαϊκά του Αραβικού κόσμου, δηλαδή σχέδια-μοτίβα που επαναλαμβάνονται αλλά όχι συμμετρικά. Η άποψη αυτή επί χρόνια θεωρούνταν εσφαλμένη ή αιρετική και ο Shechtman έπρεπε να “παλέψει” για την ιδέα του μεταξύ των επιστημόνων μέχρι να δικαιωθεί [Linus Pauling: “There is no such thing as quasicrystals, only quasi-scientists”].

 

 

 

Αριστερά: κρυσταλλικό υλικό χωρίς επαναλαμβανόμενες δομές (εδώ: κράμα Ag-Al). Κέντρο και δεξιά: Απεριοδικά μωσαϊκά.
Η δομή των ημι-κρυστάλλων είναι όμοια με τα αραβικά μωσαϊκά της Αλάμπρα. Μοτίβα που δεν επαναλαμβάνονται.

 

Darb-I Imam, Isfahan Ιράν, χτίσθηκε το 1453

 

Οι εικόνες που λάμβανε ο Shechtman των ημι-κρυστάλλων έδειχναν ότι τα άτομα κατανέμονται σε μωσαϊκά σχέδια των οποίων το μοτίβο δεν επαναλαμβάνονταν συμμετρικά. Το σχέδιο θεωρούνταν αδύνατο να σχηματισθεί, ως να έχουμε να σχηματίσουμε μια μπάλα ποδοσφαίρου χρησιμοποιώντας εξάγωνα πολύγωνα, ενώ για μια σφαίρα απαιτούνται πεντάγωνα και εξάγωνα.
Η ανακάλυψη του Shechtman όμως έδειχνε ότι το μοτίβο της τακτοποίησης των ατόμων στον κρύσταλλο είναι ένα απεριοδικό μωσαϊκό, όπως τα ισλαμικά μωσαϊκά του Μεσαίωνα στο παλάτι της Αλάμπρα της Ισπανίας και στην κρήνη Darb-I Imam, Isfahan Ιράν (χτίσθηκε το 1453). Τα μωσαϊκά αυτά έχουν σχέδια τα οποία δεν επαναλαμβάνονται συμμετρικά σε όλη τους την έκταση, αλλά ενώ ακολουθούν μαθηματικούς κανόνες, ποτέ δεν επαναλαμβάνονται. Η ιδέα του βέβαια ήταν αιρετική μεταξύ των επιστημόνων για την κρυσταλλική ύλη.
‘Οταν οι επιστήμονες περιγράφουν τους ημι-κρυστάλλους του Shechtman χρησιμοποιώντας μια έννοια που προέρχεται από τα μαθηματικά και την τέχνη, τη χρυσή αναλογία ή χρυσό λόγο (golden ratio). Η αναλογία αυτή είχε εξάψει τη φαντασία των Αρχαίων Ελλήνων επιστημόνων και εμφανιζόταν συχνά στη γεωμετρία. Στους ημι-κρυστάλλους η αναλογία των αποστάσεων μεταξύ των ατόμων συνδέεται με αυτήν τη χρυσή αναλογία.
Οι επιστήμονες, μετά την ανακάλυψη του Shechtman, δημιούργησαν διάφορους ημι-κρυστάλλους στο εργαστήριο, αλλά ανακάλυψαν και ημι-κρυστάλλους στη φύση (σε έναν Ρωσικό ποταμό). Μια Σουηδική εταιρεία επίσης βρήκε ημι-κρυστάλλους σε ορισμένες μορφές χυτοσιδήρου. Οι επιστήμονες πειραματίζονται με ημι-κρυστάλλους σε διάφορα προϊόντα, όπως σε αντικολλητικά τηγάνια ψησίματος, φωτοδιόδους, τα γνωστά LED και στις μηχανές ντήζελ.

Μοτίβα περίθλασης του Daniel Shechtamn ενός ημικρυστάλλου.
Η εικόνα επαναλαμβάνεται 10 φορές για μια πλήρη περιστροφή (δηλ. κάθε 36 μοίρες)

 

 

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
1. Σύντομο βιογραφικό σημείωμα του Daniel Shechtman (Iowa State University).
2. Shechtman D, Blech L, Gratias D, Cahn JW: “Metallic phase with long range orientational order and no translational symmetry”, Phys Rev Lett 53:1951-1953, 1984.
3. Levine D, Steinhardt PJ: “Quasicrystals : a new class of ordered structures”, Phys Rev Lett 53:2477-2480, 1984.
4. Steinhardt PJ, Ostlund S: “The Physics of Quasicrystals”, World Scientific Pbls, Singapore and Teanck, NJ, 1987

 

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

5/10/2011

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2010

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2010 απονέμεται από κοινού
στους Richard F. Heck, El-ichi Negishi και Akira Suzuki

Για
“τη συνεισφορά τους στην ανακάλυψη και εφαρμογή των καταλυτών παλλαδίου στη διασταυρούμενη-σύζευξη στην οργανική σύνθεση»
“for palladium-catalyzed cross couplings in organic synthesis”

 

Richard F. Heck
έτος γέννησης 1931, Springfield,Μασαχουσέτης, ΗΠΑ

El-ichi Negishi
έτος γέννησης 1935, Ιαπωνία

Akira Suzuki
έτος γέννησης 1930, Mukawa,Χοκάϊντο, Ιαπωνία

 

Το Βραβείο Νόμπελ Χημείας αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές τιμητικές διακρίσεις που δίνονται κάθε χρόνο και οι τιμώμενοι είναι διάσημοι επιστήμονες από όλο τον κόσμο, που με την έρευνά τους συνέβαλαν αποφασιστικά στην ανακάλυψη νέων αντιδράσεων, υλικών ή χημικών μηχανισμών. Στις περισσότερες περιπτώσεις τα αποτελέσματα των ερευνών αυτών αναγνωρίσθηκαν και στη συνέχεια εφαρμόσθηκαν από τη διεθνή χημική κοινότητα.

Οι RF Heck, El-ichi Negishi και Akira Suzuki ανακάλυψαν και ανέπτυξαν πρωτότυπες μεθόδους σύνθεσης στην Οργανική Χημεία, όπου με τη βοήθεια μετάλλων και ενώσεών τους, όπως σύμπλοκα παλλαδίου, πέτυχαν τις αποκαλούμενες διασταυρούμενες-συζεύξεις. Οι αντιδράσεις αυτές είναι ιδιαίτερα σημαντικές και καθιερώθηκαν στην επιστημονική βιβλιογραφία και σε πολλά εργαστήρια οργανικής σύνθεσης.

H Οργανική Χημεία είναι η βάση της ζωής και είναι υπεύθυνη για μεγάλο αριθμό εκπληκτικών φυσικών φαινομένων όπως π.χ.: τα χρώματα των λουλουδιών, το δηλητήριο των φιδιών και τις ουσίες που σκοτώνουν τα μικρόβια, όπως η πενικιλίνη. Η Οργανική Χημεία επέτρεψε στον άνθρωπο να οικοδομήσει πάνω στη Χημεία της Φύσης και να αξιοποιήσει την ικανότητα του άνθρακα να σχηματίζει ένα σταθερό σκελετό για δραστικές ουσίες. Το γεγονός αυτό προσέφερε στην ανθρωπότητα νέα φάρμακα και επαναστατικά υλικά, όπως τα πλαστικά.

Για να παρασκευασθούν αυτά τα πολύπλοκα μόρια, οι χημικοί πρέπει να “ενώσουν” τα άτομα άνθρακα, το ένα με το άλλο. Ωστόσο, ο άνθρακας είναι σταθερός και τα άτομα άνθρακα δεν αντιδρούν εύκολα μεταξύ τους. Οι πρώτες μέθοδοι που χρησιμοποίησαν οι χημικοί για να ενώσουν τα άτομα άνθρακα μεταξύ τους βασίζονταν σε διάφορες τεχνικές που έκαναν τον άνθρακα πιο “δραστικό”. Αυτές ήταν κατάλληλες για την παρασκευή απλών ενώσεων, αλλά κάθε απόπειρα για την παρασκευή πιο σύνθετων ενώσεων κατέληγε στην παραγωγή πλήθους ανεπιθύμητων παραπροϊόντων.

Η διασταυρούμενη σύνθεση που καταλύεται από το παλλάδιο έλυσε αυτό το πρόβλημα και αποτελεί πλέον ένα ακριβές και αποτελεσματικό εργαλείο στα χέρια των χημικών. Στις αντιδράσεις των Heck, Negishi και Suzuki, τα άτομα άνθρακα “συναντώνται” πάνω σε ένα άτομο παλλαδίου και η μεταξύ τους εγγύτητα ξεκινά τη χημική αντίδραση.

Η διασταυρούμενη σύνθεση που καταλύεται από το παλλάδιο χρησιμοποιείται πλέον στην έρευνα σε παγκόσμιο επίπεδο, όπως και στην εμπορική παραγωγή π.χ. φαρμακευτικών προϊόντων και ενώσεων που χρησιμοποιούνται στην βιομηχανία των ηλεκτρονικών. (Από την Επιτροπή των Βραβείων Νόμπελ)

ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΑ

Richard F. Heck (1931) Professor University of Delaware, ΗΠΑ.
Γεννήθηκε το 1931 στο Springfield (MA). Δίπλωμα Χημείας (1952) και Διδακτορικό (1954) από το UCLA (University of California, Los Angeles). Μετά από διάφορες ερευνητικές δραστηριότητες σε πανεπιστήμια των ΗΠΑ και της Ελβετίας πήγε το 1971 στο Τμήμα Χημείας και Βιοχημείας του Πανεπιστημίου του Delaware. Συνταξιοδοτήθηκε το 1989.
Ανακάλυψε την αντίδραση διασταυρούμενης-σύζευξης (αρυλοϋδράργυρος με ολεφίνες) παρουσία καταλυτών παλλαδίου στο τέλος της δεκαετίας του 1960. Δημοσίευσε πολυάριθμες εργασίες. Περισσότερα…
Heck RF: “Acylation, methylation and carboxylation of olefins by group VIII metal derivatives”, J Am Chem Soc (JACS) 90:5518-5526, 1968.
Diederich F, Stang PJ (Eds): “Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions”, Wiley-VCH, Weinheim, 1998.
Tsuji J: “Palladium Reagents and Catalysts – Innovation in Organic Synthesis”, Wiley, Chichester, UK, 1996.
Heck RF: “Palladium Reagents in Organic Syntheses”, Academic Press, New York, 1985.

El-ichi-Negishi (1935), Professor, Purdue University, West Lafayette, IN, ΗΠΑ.
O Καθηγητής El-ichi Negishi γεννήθηκε στην Ιαπωνία το 1935, πήρε το Δίπλωμα Χημείας από το Πανεπιστήμιο του Τόκυο το 1958. Μετά. με υποτροφία Fulbright, πήγε στην Αμερική και έκανε το Διδακτορικό του με τον καθηγητή H.C. Brown (Βραβείο Νόμπελ Χημείας, 1979). Μετά από διάφορα πανεπιστήμια στις ΗΠΑ κατέληξε το 1979 στο Purdue University, όπου ανέπτυξε εξαιρετικά επιτυχημένες τεχνικές κατάλυσης στην Οργανική Χημεία με διάφορους μεταλλικούς καταλύτες. Περισσότερα (google e-book)…
Negishi E: “Organozinc Reagents”, Knockel P, Jones P (Eds). Oxford University Press, Oxford, UK, 1999, Chapter 11.
Negishi E: “Handbook of Organopalladium Chemistry for Organic Synthesis”, two volumes, Wiley-Interscience, New York, 2002.

Akira Suzuki (1930), Professor, Hokkaido University, Sapporo, Ιαπωνία.
Γεννήθηκε το 1930, στη Mukawa, της νήσου Χοκάιντο της Ιαπωνίας. Σπούδασε στο Πανεπιστήμιο του Χοκάιντο, απ’ όπου πήρε το διδακτορικό του. Από το 1963 μέχρι το 1965 εργάσθηκε ως μεταδιδακτορικός ερευνητής με το καθηγητή Hebert Charles Brown, στο Purdue University. Επέστρεψε στο Πανεπιστήμιο του Χοκάιντο ως καθηγητής. Συνταξιοδοτήθηκε το 1994.
Ο καθηγητής Σουζούκι έγινε διάσημος για την αντίδραση, που φέρει το όνομά του, την αντίδραση αρυλο- ή βινυλο-βορονικού οξέος με αρυλο- ή βινυλο-αλογονίδιο και με καταλύτη ένα σύμπλοκο του παλλαδίου(0). Περισσότερα…
Miyama N, Suzuki A: “Palladium-Catalyzed Reactions of Organoboron Compounds”, Chemical Review 95:2457-2470, 1995.
Suzuki A: “Recent advances in the cross-coupling reactions of organoboron derivatives with organic electrophiles 1995-1998”, Organometallic Chemistry 576:147-168, 1999.

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

7/10/2010

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2009

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2009 απονέμεται από κοινού
στους Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz και Ada E. Yonath

Για
“τις μελέτες πάνω στη δομή και στη λειτουργία του ριβοσώματος”
“for studies of the structure and function of the ribosome”

 

Venkatraman Ramakrishnan
έτος γέννησης 1952, Chidam-baram, Tamil Nadu στην Ινδία

Thomas A. Steitz
έτος γέννησης 1940, ΗΠΑ

Ada E. Yonath
έτος γέννησης 1939, Ισραήλ

Το Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 2009 απονεμήθηκε στους παραπάνω τρείς επιστήμονες για τις μελέτες τους που αφορούσε τη δομή και λειτουργία του ριβοσώματος. Οι τρείς ερευνητές Ramakrishnann, Steitz και Yonath έδειξαν με τις έρευνές τους πώς είναι το ριβόσωμα και πώς λειτουργεί σε ατομικό επίπεδο. Οι τρείς ερευνητές χρησιμοποίησαν κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ για να καταγράψουν τη θέση του καθενός ξεχωριστά ατόμου από τις εκατοντάδες χιλιάδες άτομα που συνιστούν το ριβόσωμα.
Τα ριβοσώματα βιοσυνθέτουν πρωτεΐνες: αιμοσφαιρίνη (για μεταφορά οξυγόνου), αντισώματα του ανοσοποιητικού συστήματος, ορμόνες όπως η ινσουλίνη, το καλλαγόνο του δέρματος, ή ένζυμα που διασπούν τα σάκχαρα. Υπάρχουν δεκάδες χιλιάδες πρωτεΐνες στο ανθρώπινο σώμα, όπως και σε άλλα βιολογικά συστήματα.
Οι πρωτεΐνες είναι μεγάλα βιομόρια που παίζουν ακρογωνιαίο ρόλο σε όλα τα βιολογικά συστήματα.
Τα ριβοσώματα είναι μικρά κοκκώδη σωματίδια στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, όπου πραγματοποιείται η πρωτεΐνική σύνθεση, δηλαδή η συνένωση αμινοξέων μέσω των οδηγιών του DNA για την παραγωγή πρωτεϊνών.
Τη διαδικασία αυτή επιτελούν τα RNA (ριβοζονουκλεϊνικά οξέα), που έχουν πολύ μικρότερο μοριακό βάρος από το DNA και είναι μονόκλωνα αντί δίκλωνα.
Κατά τη μεταφορά της γενετικής πληροφορίας πραγματοποιούνται τρεις θεμελιώδεις διεργασίες: αντιγραφή, μεταγραφή και μετάφραση.
Η αντιγραφή των DNA είναι μια διαδικασία που καταλύεται από ένζυμα. Η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται εν μέρει και καθώς οι κλώνοι απομακρύνονται, οι νουκλεοβάσεις εκτείθενται και νέα νουκλεοτίδια αρχίζουν να σχηματίζονται σε κάθε κλώνο με συμπληρωματικό τρόπο. Τα mRNA (messenger RNA) λειτουργούν ως εκμαγείο με τα οποία μεταφέρεται η γενετική πληροφορία (γονιδιακές περιοχές ή προαγωγές περιοχές) που έχουν μεταγράψει από τα DNA.
Η μεταγραφή είναι η διαδικασία κατά την οποία οι γενετικές πληροφορίες του DNA μεταφέρονται στα διάφορα είδη RNA. Στη συνέχεια οι πληροφορίες μεταφέρονται έξω από τον πυρήνα, στα ριβοσώματα, συστατικό των οποίων αποτελούν τα ριβοσωμικά RNA (rRNA, ribosome RNA), όπου πραγματοποιείται η πρωτεϊνική σύνθεση.
Η μετάφραση είναι η διαδικασία κατά την οποία οι γενετικές πληροφορίες αποκωδικοποιούνται και χρησιμοποιούνται στη βιοσύνθεση των πρωτεϊνών. Κάθε συγκεκριμένη ακολουθία τριών ριβονουκλεοτιδίων (κωδικόνιο) είναι χαρακτηριστική για κάθε αμινοξύ. Το μήνυμα που μεταφέρεται από το mRNA αναγνωρίζεται από το tRNA(μεταφορικό RNA, transport RNA) με τη διεργασία που αποκαλείται μετάφραση. Υπάρχουν 61 διαφορετικά tRNA που αντιστοιχούν σε 61 κωδικόνια και προσδιορίζουν ένα αμινοξύ. ‘Οταν ολοκληρωθεί η σύνθεση της πρωτεΐνης, εμφανίζεται ένα κωδικόνιο που σηματοδοτεί το τέλος της διαδικασία και η πρωτεΐνη απελευθερώνεται από το ριβόσωμα.

ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΑ
Venkatraman Ramakrishnan, Αμερικανός πολίτης. Γεννήθηκε το 1952 στο Chidambaram (Tamil Nadu) στην Ινδία. Διδακτορικό (PhD) στο Ohio University, ΗΠΑ. Senior Scientists and Group Leader at Structural Studies Division, MRC (Medical Research Council), Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (Laboratory of Molecular Biology), Cambridge, Μεγάλη Βρετανία.
Thomas A. Steitz, Αμερικανός πολίτης. Γεννήθηκε το 1940 στο Milwaukee, WI, ΗΠΑ. Διδακτορικό ( PhD) στο Πανεπιστήμιο Χάρβαρντ (Harvard University, MA), ΗΠΑ. Είναι καθηγητής της έδρας Sterling Μοριακής Βιοφυσικής και Βιοχημείας (Sterling Professor of Molecular Biophysics and Biochemistry). Επίσης, ερευνητής του Howard Hughes Medical Institute (Investigator) και τα δύο στο Πανεπιστήμιο Γέηλ (Yale University, CT, ΗΠΑ.
Ada E. Yonath, Ισραηλινή πολίτης. Γεννήθηκε το 1939 στην Ιερουσαλήμ του Ισραήλ (Jerusalem, Israel). Διδακτορικό στην Κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ (Ph.D in X-ray Crystallography) το 1968 στο Weitzmann Institute of Science, του Ισραήλ. Είναι Καθηγήτρια της έδρας Martin S and Helen Kimmel στον τομέα της Δομικής Βιολογίας (Professor of Structural Biology) και διευθύντρια του Κέντρου Βιομοριακής Δομής και Συναρμογής και τα δύο στο Ινστιτουτο Βάιζμαν, στην πόλη Rehovot, του Ισραήλ

 

 

Πρωτεϊνοσύνθεση: Στον πυρήνα του κυττάρου μεταγράφεται το DNA σε mRNA.
Στο κυτταρόπλασμα, το mRNA “μεταφράζεται” σε πρωτεΐνη στα ριβοσώματα.
Η αλληλουχία των αμινοξέων καθορίζεται από την αλληλουχία των βάσεων στο mRNA.
Κάθε τριάδα βάσεων του mRNA (κωδικόνιο) αντιστοιχεί σε δεδομένο αμινοξύ.
Το μεταφορικό RNA (tRNA) αναλαμβάνει τη μεταφορά του “υποδεικνυόμενου” αμινοξέος στο ριβόσωμα.

Από το On-Line Λεξικό Χημικών Όρων του Τμήματος Χημείας, λήμμα “protein synthesis“. 

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

7/10/2009

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2008

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2008 απονέμεται από κοινού
στους Osamu Shimomura, Martin Chalfie και Roger Y Tsien

Για
“την ανακάλυψη και την αξιοποίηση της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης, GFP”
“for the discovery and development of the green fluorescent protein, GFP”

 

Osamu Shimomura
(Marine Biological Laboratory (MBL), Woods Hole, MA, USA and Boston University Medical School, MA, USA)
Γεννήθηκε στο Τόκυο το 1928. Διδακτορικό στην Οργανική Χημεία 1960 από το Nagoya University, Japan. Ομότιμος καθηγητής στο MBL

Martin Chalfie
(Columbia University, New York, NY, USA)
Γεννήθηκε στος ΗΠΑ το 1947, μεγάλωσε στο Σικάγο. Διδακτορικό σε Νευροβιολογία 1977, Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ (Harvard University). William R. Kenan, Jr. Καθηγητής (Professor) στις Βιολογικές Επιστήμες (Biological Sciences) στο Πανεπιστήμιο Κολούμπια, Νέα Υόρκ. (Columbia University, New York, NY, USA) από το 1982.

Roger Y Tsien
(University of California, San Diego, La Jolla, CA, USA)
Γεννήθηκε το 1952 στη Νέα Υόρκη. Διδακτορικό στην Φυσιολογία το 1977 από το Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ (Cambridge), Μ. Βρετανία. Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, San Diego, La Jolla, CA, USA.

 

Η ανακάλυψη της πράσινης φθορίζουσας πρωτεΐνης GFP

Η εξαιρετικής σημασίας πρωτεΐνη που φθορίζει σαν πυρακτωμένο μέταλλο μέσα στο σκοτάδι των θαλασσών, η πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη (Green fluorescent protein, GFP), ανακαλύφθηκε το 1962 στην ωραιότατη και επιβλητική μέδουσα (τσούχτρα, jelly-fish) Aequorea Victoria από τον Ιάπωνα επιστήμονα Osamu Shimomura, ο οποίος είχε ξεκινήσει τη μελέτη των βιοφθοριζόντων θαλάσσιων οργανισμών, και ιδιαίτερα της μέδουσας Aequorea Victoria από τη δεκαετία του 1960. Από τότε η πρωτεΐνη αυτή έγινε ένα από τα σπουδαιότερα εργαλεία που χρησιμοποιούνται στη σημερινή βιοεπιστήμη. Με τη βοήθεια της GFP οι ερευνητές ανάπτυξαν τρόπους για να παρακολουθούν τις διεργασίες των βιολογικών οργανισμών, που δεν ήταν δυνατό παλαιότερα να παρατηρηθούν, όπως η ανάπτυξη των νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο και ο τρόπος διάχυσης των καρκινικών κυττάρων.
Τα βιολογικά συστήματα έχουν χιλιάδες πρωτεΐνες στο εσωτερικό των κυττάρων τους, που ελέγχουν βασικές και ποικίλες χημικές διεργασίες. Εάν οι πρωτεϊνικοί αυτοί μηχανισμοί δεν λειτουργούν ικανοποιητικά, τότε προκαλούνται διάφορες ασθένειες. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο ήταν αναγκαίο οι βιοεπιστήμονες να χαρτογραφήσουν τον ρόλο των διάφορων πρωτεϊνών στο σώμα των έμβιων όντων. Η GFP βοήθησε τις βιοεπιστήμες στον τομέα αυτό μέσω ποικίλων φθοριζόντων πρωτεϊνικών προϊόντων.
Με τη χρήση τεχνικών DNA, οι ερευνητές μπορούν τώρα να συνδέσουν την GFP με άλλες ενδιαφέρουσες, αλλά αόρατες, πρωτεΐνες. Η GFP με αυτό τον τρόπο γίνεται ιχνοδείκτης φθορισμού που επιτρέπει την παρακολούθηση, τη θέση και τις διασυνδέσεις στις ιχνοθετημένες πρωτεΐνες.
Οι επιστήμονες μπορούν επίσης με τη βοήθεια της GFP να παρακολουθήσουν την πορεία και κατάληξη διαφόρων κυττάρων, τις βλάβες σε νευρικά κύτταρα κατά την ασθένεια Alzheimer’s ή πώς δημιουργούνται τα β-κύτταρα (beta cells), που παράγουν την ινσουλίνη, στο πάγκρεας ενός αναπτυσσόμενου εμβρύου. Σε ένα επίσης πρωτοποριακό πείραμα, οι ερευνητές πέτυχαν να ιχνοθετήσουν διάφορα νευρικά κύτταρα στον εγκέφαλο ενός ποντικού με ένα καλειδοσκόπιο από χρώματα.

Η ποικιλία των γενετικών μεταλάξεων φαίνεται από τη σχεδίαση μιας ακτής του San Diego με ζωντανά βακτήρια στα οποία εκφράζονται 8 διαφορετικά χρώμα φθοριζουσών πρωτεϊνών (από το αντίστοιχο άρθρο για την GFP της Wikipedia).

 

Δύο όψεις της υδρομέδουσας Aequorea victoria από το Friday Harbor, Washington.
Copyright Claudia E. Mills 1999: Bioluminescence of Aequorea, a hydromedusa. Electronic internet document available at http://faculty.washington.edu/cemills/Aequorea.html.
Published by the author, web page established June 1999, last updated (see date at end of page).

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

10/10/2008

ΒΡΑΒΕΙΟ ΝΟΜΠΕΛ ΧΗΜΕΙΑΣ 2007

ΣΟΥΗΔΙΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ:

Το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το 2007 απονέμεται στον
Gerhard Ertl

Για
“τις μελέτες του επί των χημικών διεργασιών επάνω σε στερεές επιφάνειες”
“for his studies of chemical processes on solid surfaces”

Gerhard Ertl
(γεννήθηκε το 1936 στο Bad Cannstadt, ΓΕΡΜΑΝΙΑ )

Το Νόμπελ Χημείας για το 2007, με απόφαση της Βασιλικής Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών, απονεμήθηκε στον Γερμανό χημικό Gerhard Ertl, του Ινστιτούτου Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, που βρισκεται στο Βερολίνο της Γερμανίας.
Ο Καθηγητής Gerhard Ertl γεννήθηκε το 1936 στο Bad Cannstadt και εκπόνησε τη διδακτορική του διατριβή στη Φυσικοχημεία το 1965, στο Technische Universität, στο Μόναχο της Γερμανίας. Σήμερα είναι Ομότιμος Καθηγητής (Professor Emeritus) στο Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft στο Βερολίνο.
Το Βραβείο Χημείας απονέμεται στο καθηγητή Gerhard Ertl για τις πολυετείς και εξαιρετικά σημαντικές μελέτες στη Χημεία των Επιφανειών (surface chemistry). Ο τομέας ερευνών της Χημείας των επιφανειών είναι εξαιρετικά σημαντικός για τη χημική βιομηχανία επειδή βοηθάει στην κατανόηση των διάφορων μηχανισμών κατάλυσης χημικών αντιδράσεων στην επιφάνεια μετάλλων, όπως και την κατανόηση της οξείδωσης των επιφανειών μεταλλικών αντικειμένων (και ιδιαίτερα του σιδήρου), τον τρόπο λειτουργίας των ηλεκτροχημικών στοιχείων καυσίμων (fuel cells), το μηχανισμό οξείδωσης των καυσαερίων με τους τριοδικούς καταλύτες των αυτοκινήτων, κ.λπ.

Η Χημεία των Επιφανειών εμπλέκεται σε πλήθος διεργασιών, όπως:
στην καταλυτική οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα πάνω σε λευκόχρυσο,
την αντίδραση καταστροφής του όζοντος με χλωροφθοράνθρακες (freon) πάνω σε
μικροσκοπικούς κρυστάλλους πάγου, την κατασκευή ημιαγωγών υλικών για
ηλεκτρονικές συσκευές, την παρασκευή αμμωνίας (και στη συνέχεια αζωτούχων λιπασμάτων)
με αντίδραση αζώτου-υδρογόνου πάνω σε επιφάνεια σιδήρου, την παρασκευή καυσίμων
από ανανεώσιμες πηγές με αντιδράσεις πάνω σε επιφάνειες που δρουν ως καταλύτες.

 

Η Χημεία Επιφανειών αποτελεί σημαντικό κλάδο της καταλυτικής βιομηχανικής παραγωγής χημικών προϊόντων, όπως για παράδειγμα της διεργασίας Haber-Bosch που καταλύει την αντίδραση αζώτου και υδρογόνου για την παρασκευή αμμωνίας με καταλύτη σίδηρο, που στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παρασκευή αζωτούχων λιπασμάτων. Επίσης, η Χημεία Επιφανειών μπορεί να εξηγήσει την καταστροφή του στρατοσφαιρικού όζοντος, το οποίο διασπάται με αντιδράσεις στην επιφάνεια μικροσωματιδίων πάγου στην ατμόσφαιρα της Ανταρκτικής. Η βιομηχανία ημιαγωγών είναι ακόμη ένας κλάδος που χρησιμοποιεί τις γνώσεις της Χημείας επιφανειών για την κατασκευή μικροψηφίδων πυριτίου (microchip). Γίνεται λοιπόν κατανοητό ότι η Χημεία των επιφανειών διερευνά και εξηγεί εξαιρετικά σημαντικές καταλυτικές διεργασίες με εφαρμογές στη βιομηχανία, στην κατάλυση, στην περιβαλλοντική ρύπανση και σε νέες τεχνολογικές εφαρμογές υλικών.

Ιστορική αναδρομή στη Χημεία των Επιφανειών και τις Ανακαλύψεις του Τομέα

Ο κλάδος της Χημείας των Επιφανειών έχει πλούσια ιστορία επιστημονικών ανακαλύψεων και εξαιρετικά χρήσιμων εφαρμογών στη βιομηχανία και στις νέες τεχνολογίες. Οι βασικές κατευθύνσεις της χημείας των επιφανειών ήταν αποτέλεσμα των ανακαλύψεων ότι οι χημικές αντιδράσεις διεξάγονται ταχύτερα σε ετερογενές περιβάλλον, ιδιαίτερα πάνω σε επιφάνειες μετάλλων. Το 1912 ο P. Sabatier τιμήθηκε με το Νόμπελ Χημείας για τη μέθοδό του «υδρογόνωσης οργανικών ενώσεων με την παρουσία λεπτόκοκκης σκόνης μετάλλων». Η μέθοδος της ετερογενούς αυτής κατάλυσης εφαρμόζεται πλέον σε πολλές οργανικές συνθέσεις και έχει αναπτυχθεί ευρύτατα τις τελευταίες δεκαετίες. Το βασικό στοιχείο της κατάλυσης αυτής ήταν η κατανόηση ότι το μοριακό υδρογόνο υπόκειται σε προσρόφηση (adsorption) από τη μεταλλική επιφάνεια, όπου και διίσταται σε δραστικά άτομα υδρογόνου.
Τα επόμενα χρόνια η ετερογενής κατάλυσης στην επιφάνεια μετάλλων χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή αζωτούχων λιπασμάτων (αμμωνίας και αμμωνιακών αλάτων), γεγονός που βοήθησε στην αύξηση της γεωργικής παραγωγής και κατά συνέπεια φθηνών γεωργικών προϊόντων. Η μέθοδος Haber-Bosch, με την οποία παρασκευάζεται η αμμωνία με αντίδραση υδρογόνου με το ατμοσφαιρικό άζωτο πάνω σε σιδηρούχο καταλύτη, παρά τις βελτιώσεις έχει παραμείνει ουσιαστικά η ίδια διεργασία (Fritz Haber, Βραβείο Νόμπελ 1918).
To 1932 το Βραβείο Νόμπελ Χημείας απονεμήθηκε στον χημικό I. Langmuir για τις “ανακαλύψεις του στη χημεία των επιφανειών”, ιδιαίτερα για τη συμβολή στην ετερογενή κατάλυση στην μεσεπιφάνεια αέρα-νερού. Το όνομά του συνδέεται με διάφορους όρους που καθιέρωσαν οι έρευνές του , όπως η “Ισόθερμη προσρόφηση κατά Langmuir”, το σχήμα “Langmuir-Hinshelwood”.
Το 1956 το Βραβείο Νόμπελ Χημείας απονεμήθηκε στους C. N. Hinshelwood και N. N. Semenov για τη συνεισφορά τους στην “έρευνα των μηχανισμών χημικών αντιδράσεων σε αέρια φάση πάνω σε επιφάνειες”.
Το 1986 Βραβείο Νόμπελ Χημείας απονεμήθηκε στους D. R. Herschbach, Y. T. Lee και J. C. Polanyi για τη συνεισφορά τους “στην κατανόηση της δυναμικής βασικών χημικών διεργασιών”. Τα τελευταία βραβεία αφορούσαν έρευνες για χημικές αντιδράσεις στην αέρια φάση.

Η Συνεισφορά των Ερευνών Gerhard Ertl στην Χημεία των Επιφανειών

Ο καθηγητής Gerhard Ertl ξεκίνησε την έρευνά του στη φυσικοχημεία και ασχολήθηκε με την προσρόφηση του υδρογόνου από τα μέταλλα παλλάδιο, λευκόχρυσο και νικέλιο. Συνδυάζοντας πειραματικές τεχνικές LEED (Low Energy Electron Diffraction) με μετρήσεις της προσρόφησης και χρησιμοποιώντας μοντέλα κατάφερε να κάνει την ποσοτική περιγραφή της έκθεσης του υδρογόνου στις επιφάνειες των μετάλλων (Αναφορές βιβλιογραφίας G. Ertl 1,2).
Σε νεότερες έρευνες για την προσρόφηση υδρογόνου στις μεταλλικές επιφάνειες (Pt κ.λπ.) εξετάζεται το φάσμα δόνησης (vibration spectrum) (Αναφ. 3,4). Η έρευνα του Gerhard Ertl διευκρίνησε το μηχανισμό της αντίδρασης υδρογόνου-αζώτου σε μεταλλικές επιφάνειες (Αναφ. 5). Με τη χρήση φωτοηλεκτρονικής φασματοσκοπίας έγινε δυνατό να πιστοποιηθεί η παρουσία ατομικού αζώτου σε καθαρή επιφάνεια σιδήρου και να κατασκευαστεί ένα λεπτομερές δομικό μοντέλο για τη διάταξη της μεσεπιφάνειας σιδήρου-αζώτου (Αναφ. 6).
Για τις ετερογενείς καταλυτικές αντιδράσεις είχε βρεθεί ότι στα αρχικά στάδια της κινητικής της υπήρχαν ενδείξεις για ταλαντούμενη ταχύτητα της αντίδρασης. Αυτού του είδους φαινόμενα είχαν μελετηθεί και από τον I. Prigogine (Βραβείο Νόμπελ Χημείας, 1977). Η οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα από οξυγόνο πάνω σε επιφάνειες λευκοχρύσου ήταν μια από τις κλασικές καταλυτικές αντιδράσεις. Με μια σειρά ερευνών, που περιλάμβαναν εξαιρετικά δυσνόητα θέματα, ο Gerhard Ertl τεκμηρίωσε τις “μικροσκοπικές καταστάσεις” οι οποίες εμφανίζουν μη γραμμική συμπεριφορά. Ο Gerhard Ertl έδειξε ότι το πλήρες φάσμα των μεθόδων της φυσικής των επιφανειών και της χημείας των επιφανειών μπορεί να συνδυαστεί για να δώσει μια πιο κατανοητή εικόνα της μεγάλης σημασίας των σύνθετων καταλυτικών διεργασιών (Αναφ. 7,8).

(α)

(β)

(α) Απεικόνιση της οργάνωσης των ατόμων υδρογόνου (μικροί κύκλοι) σε μονοστιβάδα, επάνω σε επιφάνεια (111) λευκοχρύσου. (β) Δομή της επικάλυψης με άτομα αζώτου (μικροί κύκλοι) σε επιφάνεια (100) σιδήρου. Αριστερά: κάτοψη, δεξιά: πλευρική άποψη. Σχήματα από το: http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/chemadv07.pdf

Βιβλιογραφία G. Ertl

  1. Conrad, Ertl, Latta: “Adsorption of hydrogen on palladium single-crystal surfaces”, Surface Science 41:435, 1974.
  2. Christmann, Behm, Ertl, et al.: “Chemisorption geometry of hydrogen on Ni(III) – order and disorder”, J Chem Phys 70:4168, 1979.
  3. Badescu, Salo, Ala-Nissila, Ying, … Ertl: “Energetics and vibrational states of hydrogen on Pt(III)”, Phys Rev Lett 88:136101, 2002.
  4. Badescu, Jacobi, Wang, Bedurftig, Ertl, et al: “Vibrational states of a H monolayer on the Pt(III) surface”, Physical Rev B 68:205401, 2003.
  5. Bozso , Ertl, Grunze,Weiss: “Chemisorption of hydrogen on iron”, Applied Surface Science 1:103, 1977.
  6. Ertl, Huber, Paal, Weiss: “Interactions of nitrogen and hydrogen on iron surfaces”, Applied Surface Sci 8:373, 1981.
  7. Jakubith, Rotermund, Engel, von Oertzen, Ertl: “Spatiotemporal concentration patterns I a surface reaction-Propagation and standing waves, rotating spirals and turbulence”, Physical Rev Lett 65:3013, 1990.
  8. Beta, Moula, Mikhailov, Rotermund, Ertl: “Excitable CO oxidation on Pt(110) under nonuniform coupling”, Physical Rev Lett 93:188302, 2004.

Πηγές από το Διαδίκτυο

  1. Royal Swedish Academy of Sciences: “The Nobel Prize in Chemistry 2007”, Press Release (10.10.2007) (http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/press.html).
  2. Royal Swedish Academy of Sciences: “The Nobel Prize in Chemistry 2007” (Information for the Public) (http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/info.pdf)
  3. Royal Swedish Academy of Sciences: “Chemical Processes on Solid Surfaces” (Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2007) (http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/chemadv07.pdf)
  4. Royal Swedish Academy of Sciences: “All Nobel Laureates in Chemistry” (http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/).
  5. BBC NEWS: “Surface chemistry awarded Nobel”, (http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7037210.stm).
  6. Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Department of Physical Chemistry (http://w3.rz-berlin.mpg.de/pc/pc.html).

 

 

Επιμέλεια κειμένου
Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής

13/10/2007

Page 1 of 212