Tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie chemii zostali Henri Kagan i Kenso Soai za odkrycie nieliniowych efektów oraz zjawiska autokatalizy w asymetrycznej syntezie organicznej.
Naukowcy zostali wyróżnieni za odkrycia, pozwalające zoptymalizować reakcje chemiczne niezbędne do produkcji różnego rodzaju farmaceutyków, substancji smakowych i zapachowych oraz nowych materiałów.
Niektóre cząsteczki w naszym organizmie występują w dwóch postaciach będących swoimi lustrzanymi odbiciami. Komentując przyznanie nagrody dr hab. Wiktor Lewandowski z Uniwersytetu Warszawskiego posłużył się przykładem naszych dłoni – prawej i lewej. Gdy chcemy założyć lewą rękawiczkę na prawą dłoń, ta nie pasuje. Podobnie dzieje się z lekami – tylko jedna z form wywołuje pożądany skutek. Odkrycia Soai i Kagana umożliwiły syntezę tylko jednego lustrzanego odbicia danej cząsteczki (tzw. enancjomeru), co nikomu wcześniej się nie udało.
Chiralność
– Nasz organizm składa się z materiałów, które nie są identyczne ze swoim odbiciem lustrzanym, czyli są chiralne. Dobry przykład to nasze dłonie, prawa i lewa. Kiedy próbujemy rękę włożyć w rękawiczkę nie o tej skrętności, zauważamy, że ta chiralność ma znaczenie. Podobnie jak leki mają znaczenie, kiedy oddziałują z naszym organizmem. Dzisiejsi laureaci odkryli, że jeżeli startujemy z niezbyt czystej mieszaniny prawej i lewej, to są układy, w których możemy spodziewać się, że nagle dostaniemy lawinę powielania się jednej ze skrętności. Zostało to pokazane najpierw w przypadku profesora Kagana, na podstawie reakcji katalitycznej, a później profesor Soai rozwinął to w kierunku, w którym molekuła sama dla siebie staje się katalizatorem, elementem, który powoduje lawinę skrętności – powiedział Lewandowski.
– Warto zaznaczyć, że nie jest to pierwsza Nagroda Nobla przyznana za aspekty związane z chiralnością. Tym razem jednak może ona dotyczyć kwestii tego, jak powstało życie na Ziemi w formie, którą znamy obecnie. Nasz organizm składa się z wielu chiralnych cząsteczek. Zastanawiające jest to, jak doszło do tego, że struktura „klocków”, z których zbudowane są makrocząsteczki odpowiedzialne za funkcjonowanie organizmu, a także materiał genetyczny, jest zawsze taka sama. Innymi słowy, dlaczego powodują one skręcanie płaszczyzny światła spolaryzowanego zawsze w tym samym kierunku? Osiągnięcia nagrodzonych badaczy pokazują, że struktura związku, od którego rozpoczyna się synteza, wpływa na jej kolejne etapy. W pewnym sensie może to służyć wyjaśnieniu takich zjawisk. Oczywiście odkrycia te mają także ogromne znaczenie dla syntezy różnego rodzaju związków chiralnych, w tym leków. Wiadomo bowiem, że w zależności od stereochemii cząsteczki, czyli relacji między jej formą a obrazem lustrzanym, oddziaływanie na organizm może być diametralnie różne. Jedna forma może być znakomitym lekiem, podczas gdy druga, będąca jej lustrzanym odbiciem, może okazać się substancją toksyczną – wyjaśnił prof. dr hab. Jacek Jemielity z Centrum Nowych Technologii UW.
Sposób na określony wariant lustrzany
– Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla opracowali teorię i praktykę reakcji zachodzącej w sposób nieliniowy. Oznacza to, że jeśli w mieszaninie cząsteczek o lewej i prawej skrętności pojawi się nawet niewielka nierównowaga, reakcja może zostać gwałtownie wzmocniona. Taka różnica może mieć charakter losowy, ale może również wynikać z dodania przez chemika nieco większej ilości substancji katalizującej o określonej skrętności. W efekcie reakcja przebiega lawinowo. Co istotne, nie trzeba rozpoczynać jej od całkowicie czystej postaci związku katalizującego. Produkt powstający w trakcie reakcji sam przyczynia się do jej dalszego napędzania. Im więcej powstaje substancji o określonej skrętności, tym bardziej prawdopodobne jest, że końcowy produkt będzie miał właśnie taką strukturę. Dzięki temu reakcje chemiczne mogą być prowadzone nawet wtedy, gdy punktem wyjścia nie jest całkowicie czysta mieszanina – przyznała dr Maria Górna z Zakładu Chemii Teoretycznej i Strukturalnej UW.
– Nie mam wątpliwości, że jest to odkrycie, które zmienia sposób naszego myślenia. A właściwie już go zmieniło, chociażby w odniesieniu do pytania o to, jak mogło powstać życie. W dużym uproszczeniu odkrycie to pokazuje również, że w naturze nie ma pełnej „sprawiedliwości”. Można to porównać do sytuacji, w której dwie drużyny wychodzą na boisko piłkarskie, a po dziewięćdziesięciu minutach okazuje się, że na murawie pozostali zawodnicy tylko jednej drużyny. To oczywiście bardzo duże uproszczenie, ale dobrze oddaje istotę zjawiska. Odkrycie to pokazuje także, że preferencje natury dotyczące syntezy cząsteczek nie są przypadkowe. To, co wydarzyło się u zarania życia na naszej planecie, nie było wyłącznie kwestią przypadku, lecz wynikiem procesów przebiegających w określony, kontrolowany sposób – powiedział prof. dr hab. Sławomir Sęk z UW.
Źródło: Uniwersytet Warszawski, fot. fot. Osama Shukir Muhammed Amin FRCP(Glasg), CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
