Wat is zelfassemblage?

En stel je nu eens voor dat de losse onderdelen zelf spontaan robots beginnen te bouwen. Dat heet ‘zelfassemblage’. Assemblage betekent samenstellen. En het heet zelf-assemblage omdat de onderdelen het werk zelf doen, zonder hulp of energie van buitenaf. Een mensenhand komt er dus niet bij aan te pas.

De natuur doet niet anders: in de natuur klonteren moleculen spontaan samen om onderdelen van cellen te bouwen. Die celonderdelen komen bij elkaar om een cel te maken. Dat gebeurt dag in, dag uit: ons lichaam is constant bezig oude cellen door nieuwe te vervangen. Tijdens de groei van een embryo gaat zelfassemblage nog een stapje verder. Meerdere cellen klitten spontaan aan elkaar om een weefsel te vormen. Weefsels koppelen aan elkaar tot organen. En alle verschillende organen komen bij elkaar om een mens te bouwen. Jij loopt op aarde rond doordat de ontelbare moleculen waaruit je lichaam is opgebouwd tijdens de groei op de juiste manier aan elkaar koppelen.

Aantrekkingskracht

De natuur heeft dus een enorm organisatietalent. Maar uitleggen waarom moleculen samenklonteren is wat ingewikkelder. Het is een gevolg van allerlei krachten die op een molecuul inwerken.

Zelfassemblage gebeurt meestal in een vloeistof. Daar kunnen moleculen elkaar makkelijk tegenkomen en dus groepjes vormen. In elk molecuul ligt informatie opgeslagen over de bindingen die het met andere moleculen kan aangaan. Op grond van die informatie voelen sommige moleculen zich tot elkaar aangetrokken en stoten andere elkaar juist af. Zo trekken sommige moleculen spontaan naar elkaar toe.

Een voorbeeld van de krachten die daarbij kunnen spelen, kun je zien in een glas water waarin fosfolipiden zijn opgelost. Fosfolipiden zijn moleculen die uit twee delen bestaan: een staartje dat niet van water houdt en een kopje dat juist gek is op water. Omdat de staartjes het water niet willen aanraken, draaien ze allemaal naar elkaar toe, weg van het water. De hoofdjes steken ook de koppen bij elkaar, maar juist richting het water. Zo bouwen ze een structuur die uit twee lagen moleculen bestaat en waarin de staartkant het droog houdt. Dit is ook de manier waarop het celmembraan zichzelf bouwt. Het celmembraan is het ‘vlies’ dat om de cel ligt, en het binnenste van de cel scheidt van de buitenwereld.

Waterstofbrug

Zo kan de gezamenlijke ‘afkeer’ voor water sommige moleculen dus laten samenkomen. Maar er zijn meer soorten aantrekkingskrachten. Bijvoorbeeld de waterstofbrug, een binding die twee verschillende moleculen aan elkaar kan koppelen. Bij deze binding raakt het positieve waterstofatoom van het ene molecuul gebonden aan een negatief zuurstof-, stikstof- of fluoratoom van zijn buurman. Het kan ook binnen een groot molecuul zorgen voor structuur: zo vormt DNA zichzelf tot de beroemde dubbele helix dankzij waterstofbruggen.