Trwałe rodniki jak latarnie na białkach. Chemik z PWr z norweską Nagrodą Birkelanda
Dr inż. Mateusz Sowiński z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej otrzymał norweską Nagrodę Birkelanda za doktorat o wyjątkowo trwałych rodnikach. Stworzone przez niego cząsteczki mogą pomóc w badaniu struktury białek, docelowo także wewnątrz żywych komórek. Laureata ogłoszono 29 września 2026 r., a PAP poinformowała o wyróżnieniu 30 października, po wręczeniu nagrody w Oslo.
Za co przyznano nagrodę?
Nagrodę przyznaje się od 2009 r. za wyróżniające się doktoraty obronione na norweskich uczelniach, na przemian z chemii i z fizyki. Kapituła składa się z przedstawicieli norweskich towarzystw chemicznego i fizycznego oraz firmy Yara, współzałożonej w 1905 r. przez Kristiana Birkelanda. Laureat dostaje 100 tys. koron norweskich, czyli ok. 42 tys. zł. W tym roku nominowano pięć osób.
Sowiński obronił pracę „Stable spirocyclic nitroxide spin labels” na Uniwersytecie Arktycznym (UiT) w Tromsø, pod kierunkiem Mariusa Haugland-Grange’a. „Jestem naprawdę zaszczycony” – powiedział po ogłoszeniu wyników (tłum. Biomist).
Czym jest rodnik i czemu zwykle szybko znika?
Elektrony w cząsteczkach chętnie tworzą pary. Rodnik to cząsteczka z niesparowanym elektronem, a taki układ zwykle jest bardzo reaktywny. Większość rodników żyje krótko, bo natychmiast reaguje z otoczeniem. Wyjątkiem są rodniki aminoksylowe, nazywane też nitroksylowymi. Niesparowany elektron znajduje się w nich na ugrupowaniu azot–tlen, a duże fragmenty cząsteczki dodatkowo osłaniają je przed atakiem.
Według komunikatu Yary rodniki z pracy Sowińskiego zachowują trwałość w temperaturze pokojowej, na powietrzu i w obecności wilgoci. Sam dopisek „spirocykliczne” oznacza, że dwa pierścienie cząsteczki łączą się w jednym wspólnym atomie. Taka sztywna budowa to jeden ze sposobów na dobrą osłonę reaktywnego miejsca.
Jak rodnik pomaga badać białko?
Większość białek nie ma niesparowanych elektronów, więc w spektroskopii elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) nie daje sygnału. Metoda przypomina rezonans magnetyczny, tylko zamiast jąder atomowych obserwuje elektrony. Chemicy mogą jednak przyczepić do białka rodnik jak maleńką latarnię. Taki znacznik spinowy łączy się zwykle z wybranym aminokwasem, cysteiną.
Jeśli do białka przypnie się dwa znaczniki, można zmierzyć odległość między nimi. Służy do tego technika DEER, działająca w skali nanometrów. Kilka takich pomiarów mówi, jak białko jest zwinięte i jak zmienia kształt. Metoda działa także dla białek, które trudno skrystalizować. O tym, jak ogromne znaczenie ma kształt białek, przypomina nasz tekst o budowie i działaniu enzymów.
Dlaczego wnętrze komórki to trudne miejsce?
Komórka to środowisko redukujące, pełne związków, które chętnie oddają elektrony. Gdy nitroksyl przyjmie elektron, przestaje być rodnikiem i znika z pomiaru EPR. Dlatego trwałość w takich warunkach decyduje o przydatności znacznika.
Część wyników opisano w 2025 r. w „Chemical Communications”. Sowiński i współpracownicy zsyntezowali tam spirocykliczny nitroksyl przyłączający się do cysteiny. Okazał się wysoce odporny w warunkach redukujących, a jego parametry EPR pozostawały bardzo dobre do 180 K, czyli ok. –93°C. Po związaniu z wariantem kalmoduliny, białka wiążącego wapń, zmierzono odległość między dwoma znacznikami w 120 K. Pomiary DEER prowadzi się zwykle w znacznie niższych temperaturach, z chłodzeniem helem. Tu, jak podkreślają autorzy, wystarcza zakres dostępny dzięki ciekłemu azotowi.
Inną drogą, przez rezonans magnetyczny dla pojedynczych cząsteczek, idą fizycy z UJ, o których pisaliśmy przy projekcie MRI-NOVA.
Co dalej: minibiałka i sztuczne enzymy
Dziś Sowiński pracuje w Katedrze Chemii Bioorganicznej PWr, w zespole prof. Łukasza Berlickiego. Zajmuje się minibiałkami, czyli niewielkimi białkami projektowanymi od podstaw, które mają działać jak katalizatory. Podobnie jak w enzymach, przebieg reakcji ma wyznaczać precyzyjnie zaprojektowany kształt.
Od listopada rozpocznie projekt finansowany przez NCN w programie SONATINA. Chce w nim połączyć minibiałka z trwałymi rodnikami. Powstałe sztuczne enzymy mają wydajnie i selektywnie przekształcać alkohole w cenne związki chiralne. W planie jest też półroczny staż na Uniwersytecie Stanforda, w zespole prof. Song Lina, poświęcony łączeniu bio- i elektrokatalizy.
Ograniczenia
Nagroda docenia doktorat, a nie pojedyncze przełomowe odkrycie. Sformułowanie o „żywych komórkach” dotyczy dziś perspektywy. PAP pisze, że wyniki wskazują, iż znaczniki mogą sprawdzić się w przyszłych pomiarach wewnątrz komórek, a w omawianej pracy pomiar DEER przeprowadzono na zamrożonej próbce oczyszczonego białka. Nie mieliśmy dostępu do całej rozprawy, a o efektach projektu SONATINA można na razie mówić tylko jako o planach.
Źródła i daty
- „Nagroda Birkelanda dla naukowca z Politechniki Wrocławskiej”, PAP – Nauka w Polsce, 30.10.2026 (na podstawie informacji Politechniki Wrocławskiej).
- Komunikat Yary o Nagrodzie Birkelanda 2026, opublikowany w serwisie Global Agriculture, 29.09.2026.
- M. P. Sowiński, E. M. Mocanu, H. Ruskin-Dodd, A. P. McKay, D. B. Cordes, J. E. Lovett, M. Haugland-Grange, „Sigmatropic rearrangement enables access to a highly stable spirocyclic nitroxide for protein spin labelling”, Chemical Communications 61: 6755–6758 – 2025 – doi:10.1039/d5cc00472a.
- Wypowiedź laureata przetłumaczyła redakcja.
Ilustracja koncepcyjna Biomist: trzy linie charakterystyczne dla widma EPR rodnika nitroksylowego. Nie przedstawia danych z opisanych badań.
Testy i zadania maturalne z odpowiedziami: Skład chemiczny organizmów →
