Miks plast võrreldes biomolekulidega nõnda aeglaselt laguneb?

Mis juhtub, kui viskad metsa alla õuna ja plastikkoti? Õun kõduneb mõne aja pärast ära, aga kott jääb paarisajaks aastaks tuultele keerutada. Novaatori lugeja Jüri tundis huvi, miks loodus sedapsi töötab. Vastab Tartu Ülikooli bioorgaanilise keemia kaasprofessor Darja Lavõgina. Artikkel pärineb Novaatorist.

Tõepoolest koosnevad nii looduslikud molekulid kui ka paljud plastid samadest keemilistest elementidest – süsinikust, vesinikust ja sageli ka hapnikust ja lämmastikust jms. Individuaalsete sidemete tasandil, nagu C-H ja C-O, pole keemilised sidemed samuti nendes ainetest mingitpidi erinevad.

Tuleb aga mõista, et biolagunemine tähendab enamasti lagunemist elusorganismide, nagu bakterite või seente, ensüümide toimel. Ensüümid on valgud, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone. Seejuures on iga ensüüm organismi evolutsiooni käigus arenenud katalüüsima just teatud tüüpi reaktsiooni. Näiteks teistes valkudes peptiidsidemete või sahhariidides glükosiidsidemete lõhkumist.

Molekulaarsel tasandil tähendab see, et piltlikult tunneb ensüüm ära need molekulid, milles ta sidemeid lagundab. See tähendab, et lagundatavas molekulis, olgu see peptiid või sahhariid, esineb mitmete aatomite ja nendevaheliste sidemete ruumiline muster.

Ajalooliselt on selle nähtuse kohta kasutatud koguni nn lukk-võti analoogiat – ensüüm kui lukk ja selle modifitseeritav aine kui võti, mis peab luku jaoks unikaalselt sobima. Kuigi sellel lukk-võti mudelil on tänapäeva biokeemia seisukohalt mitmeid puudusi, sobib see sellele küsimusele intuitiivse ja lihtsa vastuse andmiseks ilmselt kõige paremini.

Plastidega on aga lugu selline, et need pole arenenud looduses ensüümidega n-ö paralleelselt. Vastupidi, mitmete plastide puhul on oluline, et need peaksid vastu keskkonnatingimustele, mille hulka kuuluvad mitte ainult niiskus või UV-kiirgus, vaid ka mikroorganismid.

Keerulises keskkonnas peavad plastid välistele tingimustele vastu panema mõnda aega. Seetõttu saabki neid kasutada näiteks pinnakatetes, erinevates konstruktsioonides, aga ka mänguasjades, meditsiinilistes seadmetes vms.

Seega puuduvad enamike plastide struktuurides sellised mustrid, mis on elusorganismide ensüümide jaoks kergesti äratuntavad.