Sciencemag.cz
Related Articles
Rozdíl mezi těžkou a lehkou vodou nezpůsobuje jen hmotnost molekuly. Kolik těžké vody je bezpečná dávka? A co na těžkou vodu říkají myši?
V roce 2021 Pavel Jungwirth a Phil Mason se studenty Carmelo Temprem a Victorem Cruces Chamorrem z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (ÚOCHB) a kolegy z dalších institucí získali značnou pozornost výzkumem vlastností těžké vody.
Prof. Mgr. Pavel Jungwirth, CSc., Dsc. téma podrobněji rozebral v rámci své přednášky v Knihovně Václava Havla (Youtube). Na základě této přednášky vznikl následující text, „převyprávění“. Podrobnosti jsou k dispozici na odkazu výše (o těžké vodě viz druhá část videa).
Proč si tak dlouho nikdo nevšiml, že těžká voda chutná sladce?
Ve skutečnosti si všiml. Už v roce 1935 těžkou vodu ochutnal norský chemik Klaus Hansen, který tak chtěl prokázal její zdravotní nezávadnost pro člověka. V této souvislosti snad celkem zajímavá věc: v minulosti chemici byli zvyklí skoro vše ohmatávat, ochutnávat, čichat k tomu. Dnes ještě předtím, než člověka vůbec pustí do chemické laboratoře, mu vtloukají do hlavy pravý opak.
Nicméně objev chuti těžké vody tehdy narazil. Harold Urey, který dostal Nobelovu cenu za chemii v roce 1934 právě za přípravu těžké vody, v reakci prohlásil, že těžká voda žádnou chuť nemá. A prostě ani nemůže mít, když se chemicky neliší od vody klasické a chuť způsobují chemické senzory. Z pozice autority laureáta Nobelovy ceny tak byla příslušná otázka nadlouho uzavřena.
Nový výzkum ale každopádně došel mnohem dále než k „tvrzení proti tvrzení“, vědci z ÚOCHB a dalších institucí provedli celý proces senzorické analýzy s panelem školených hodnotitelů, všemi pravidly typu anonymizace vzorků v trojúhelníkové zkoušce atd. Čili výsledky jsou nyní dostatečně robustní. Co se týče intenzity chuti, zjistilo se, že těžká voda chutná cca jako 1% roztok cukru (sacharózy). Sladkost se mění podle koncentrace, s cukrem se sčítá, podobně jako u jiných sladkých látek těžká voda také maskuje hořkou chuť (testovala se chininem). A při zablokování receptoru sladké chuti člověk přestane vnímat chuť těžké vody stejně jako cukerného roztoku.
Víme už dnes, co vlastně chuť těžké vody způsobuje?
To, že nám těžká voda chutná sladce, je dáno prostě tím, že molekula D2O nějak interaguje s příslušným lidským receptorem sladké chuti. Příslušnou chemickou interakci můžeme realizovat i na buňkách mimo lidský organismus, stejně tak lze připravit buňky s modifikovaným receptorem, kde k interakci nedojde. Autoři nového výzkumu provedli i pokus na myších; ukázalo se, že jejich receptor je trošku jiný než ten lidský, jim už těžká voda sladce nechutná. Což se pozná tak, že ačkoliv myši logicky (přísun energie) preferují sladkou chuť, mezi těžkou a obyčejnou vodou nedělají rozdíl.
Proč tedy vlastně těžká voda interaguje s lidským receptorem sladké chuti? To ovšem přesně nevíme. Nabízí se, že kvůli větší hmotnosti molekuly někam snáze „zapadne“ nebo tam zůstane. Jenže tak to úplně nebude. V ÚOCHB totiž zkusili i „jinak-těžkou“ vodu s „těžkým kyslíkem“ (izotopem 18O) a obyčejným lehkým vodíkem, která má stejnou hmotnost jako těžká voda D2O. Voda s těžším izotopem kyslíku sladce ovšem nechutná.
Čili si to můžeme nejspíš představit jako efekt kvantové mechaniky. Přitom deuterium jako těžší molekula bude „méně kvantová“ než běžný vodík. S trochou nadsázky řečeno, sladkou chuť tedy způsobuje vlastně ne kvantový efekt, ale jeho absence – což je určitě fascinující. Nedokážeme ale zatím přesně říci, proč tento efekt způsobuje, že bude chutnat sladce (a ne třeba hořce nebo kysele).
Ad ochutnávání a očichávání, liší se ještě těžká voda od běžné nějak „na první pohled“?
Někteří lidé, když si těžkou vodu „poválí“ v dlani, tak ji zřejmě dokážou od běžné odlišit právě kvůli rozdílné hustotě (asi o 10 % vyšší než u vody běžné) a také kvůli asi o 20% vyšší viskozitě.
Opravdu je těžká voda zdravotně neškodná, respektive kde se nachází hranice? Když nic jiného, kdybych byl plný těžké vody, ta měla vyšší hmotnost, asi by to znamenalo nápor na srdce a krevní oběh? A i kdyby byla chemicky stejná, chemické reakce s těžší molekulou by asi probíhaly o něco pomaleji…
Nejdřív je třeba říct, že během výzkumu se neporušovala žádná bezpečnostní pravidla. Do 10 mililitrů je konzumace těžké vody považována za zcela bezpečnou.
Jinak v 60. letech se v americké Argonne National Laboratory uskutečnily pokusy na zvířatech a v nich se ukázalo, že při velkých koncentracích, kdy asi 25 % veškeré vody v organismu byla ta těžká, se už začnou projevovat negativní účinky a může nastat i smrt. K tomu docházelo asi po týdnu pití výhradně těžké vody. Dnes by takové pokusy na psech sotva povolila etická komise.
Každopádně určité množství těžké vody máme v sobě neustále, asi tak jako špičku nehtu. Voda v našem těle je směsí H2O, D2O i „polotěžké“ vody HDO.
A ví se, čím přesně těžká voda ve velkém množství škodila?
Hlavním problémem je nejspíš syntéza ATP, tj. jádro energetického metabolismu buněk. Zde dochází k přenosu protonu H+, a deuteron D+ se chová trochu jinak, je „pomalejší“. K přenosu vodíkového kationtu ovšem dochází v celé řadě biochemických reakcí.
