Bevat cel meer oplosmiddelen dan alleen water?

05 oktober 2011

De cel is een zakje met water, en daarin opgelost spelen zich de levensprocessen af. Dat weet iedere bioloog, maar het klopt niet, vermoedt prof.dr. Rob Verpoorte: naast water lijken voorheen onbekende natuurlijke oplosmiddelen ook een rol te spelen. Dat zou de droogte- en koudebestendigheid van planten kunnen verklaren, maar biedt ook mogelijkheden voor nieuwe wijzen van geneesmiddeltoediening.

‘Sommige best alledaagse zaken in celfysiologie en metabolisme zijn eigenlijk tamelijk raadselachtig’, zegt Verpoorte. Neem bijvoorbeeld nectar, een vloeistof in bloemen die geurstoffen afgeeft, maar die zelf nooit verdampt, ook niet in de felle zon. Verpoorte: ‘Hoe kan dat? Het is een heel simpele vraag, misschien is het daarom nooit onderzocht.’

Water

In een bekroond artikel in het vakblad Plant Physiology presenteren Verpoorte en Young Hae Choi van het Natural Products Laboratory met andere collega’s hun theorie, die een van de eenvoudigste aannames uit de fysiologie omverkegelt: dat water het enige biologische oplosmiddel is.

Werkpaarden in de chemie

Het idee kwam via een verre omweg: een nieuwe klasse van oplosmiddelen uit de milieuvriendelijke groene chemie. Vanouds zijn er twee soorten oplosmiddelen: water-achtige en olie-achtige. Vooral de laatste klasse bevat de werkpaarden van de chemie, zoals koolwaterstoffen en ethers, die vaak giftig en brandbaar zijn, en gemakkelijk verdampen.

*Prof.dr. Rob Verpoorte: ‘De NADES-theorie zou veel verklaren.’*

Ionische vloeistoffen

Relatief nieuw is een derde groep: ionische vloeistoffen. Zouten, zoals keukenzout ofwel natriumchloride, smelten pas bij honderden graden Celsius. Maar de afgelopen jaren hebben chemici zouten ontdekt die bij kamertemperatuur al vloeibaar zijn. Een speciale klasse van zulke ionische vloeistoffen zijn de Deep Eutectic Solvents, mengsels van tamelijk simpele chemische bestanddelen, zoals suikers en choline. Ionische vloeistoffen verdampen niet en kunnen water-onoplosbare stoffen oplossen. Ze worden al gebruikt om olievervuiling van strandzand te wassen.

Choline

‘Ik hoorde een lezing over zulke ionische vloeistoffen, en hoorde steeds choline als bestanddeel terugkomen’, zegt Verpoorte, ‘en dat zie je ook heel veel in cellen’. Het vermoeden begon te groeien dat het leven de Deep Eutectic Solvents al lang ontdekt heeft.

NADES

Verpoorte en collega’s begonnen te experimenteren met biologische basismoleculen als choline, citroenzuur, malonzuur, suikers en aminozuren, bijvoorbeeld proline. En inderdaad: in bepaalde verhoudingen vormden die ook ionische vloeistoffen, die ze NADES doopten (NAtural Deep Eutectic Solvents). ‘We denken dat die ook in cellen de rol van oplosmiddel hebben’, zegt Verpoorte.

Nog aantonen

De NADES-theorie zou de onverdampbaarheid van nectar verklaren, en werpt ook een nieuw licht op de koude- en droogtebestendigheid van sommige planten, of het ontkiemen van zaden. Enzymen opgelost in een NADES zouden het metabolisme op de waakvlam kunnen houden, in afwachting van nattere tijden. Maar je zou je ook kunnen voorstellen dat NADES water-onoplosbare medicijnen op de juiste plaats in een mensenlichaam kunnen afleveren, zegt Verpoorte. ‘Maar nu is het eerst zaak om de NADES in levende cellen aan te tonen, daar zijn we nu hard mee bezig.’