Кому і за що дали Нобелівську премію з хімії: раніше таке могло робити тільки життя

Хіральна хімія вивчає молекули, які можуть існувати у двох формах, що є дзеркальними відображеннями одна одної. Хоча ці форми містять однакові атоми та хімічні зв'язки, їхнє різне тривимірне розташування може надавати їм різних властивостей, пише IFLScience.

Ця ідея може здатися дивною, але приклади цього можна знайти у звичних запахах та смаках. Наприклад, карвон у природі зустрічається у двох формах. Одна з них — праворучна форма — асоціюється із запахом і смаком м'яти. Її дзеркальна форма створює землистий, деревний запах кмину.

Лімонен є ще одним прикладом: одна його форма поширена в цитрусових фруктах та продуктах із лимонним ароматом, тоді як його дзеркальна форма має запах, пов'язаний із сосною та скипидаром.

Термін "хіральний" походить від грецького слова, що означає "рука". Людські руки дають просте порівняння, оскільки вони є дзеркальними відображеннями, які неможливо накласти одна на одну так, щоб усі частини збігалися, а долоні були спрямовані в один бік.

Молекула може бути хіральною, коли атом вуглецю по'язаний із чотирма різними групами, утворюючи асиметричну структуру. Це важливо в біології, оскільки 19 із 20 основних амінокислот, які людський організм використовує для синтезу білків, є хіральними. Їхні структури дозволяють біологічним системам розрізняти молекулярні форми, які можуть виглядати майже ідентично одна одній.

Звичайні хімічні реакції зазвичай утворюють приблизно рівні кількості обох форм хіральної молекули. Ці дві форми хімічно подібні, тому багато реакцій природним чином не віддають перевагу одній з них. Однак живі системи виявляють сильну схильність до однієї молекулярної форми.

З причин, які до кінця не з'ясовані, живі організми використовують лівосторонні форми амінокислот. Ця перевага відома як гомохіральність. Ферменти утворюються з амінокислот і контролюють багато хімічних реакцій усередині клітин. Оскільки самі ферменти мають специфічні тривимірні структури, вони можуть розрізняти різні форми інших молекул.

Ця відмінність має велике значення в медицині. Якщо в процесі виробництва утворюються рівні кількості двох хіральних форм лікарського засобу, людський організм може по-різному реагувати на кожну з них. Одна форма може мати бажаний ефект, тоді як інша — слабший ефект або потенційно шкідливі властивості.

Вчені наводять як приклад "новрад" і "дарнов": "новрад" є засобом від кашлю, тоді як його дзеркальне відображення, "дарнов", — знеболювальний засіб.

Нобелівська премія з хімії 2026 року присуджена за роботу, яка допомогла хімікам контролювати реакції таким чином, щоб вони могли отримувати одну бажану форму хіральної молекули, а не рівномірну суміш. Такий контроль робить хімічну ідентичність кінцевого продукту більш передбачуваною.

Анрі Каган зробив ключовий внесок у 1986 році, працюючи в Університеті Париж-Південь у Франції. Він розробив метод управління хімічними реакціями, який забезпечував набагато більший надлишок однієї форми, ніж дослідники вважали можливим.

У 1995 році Кенсо Соаї, який на той час працював у Токійському науковому університеті, розробив реакцію, здатну утворювати лише одну хіральну форму. Цього результату він досяг у лабораторії у 2003 році. У прес-релізі Нобелівської премії зазначено: "Він продемонстрував реакцію, в якій утворювалася лише одна з двох можливих форм. Раніше, за винятком самого життя, нікому не вдавалося досягти такого результату".

Хайнер Лінке, голова Нобелівського комітету з хімії, зазначив, що ця робота дала відповідь на наукове питання, яке залишалося відкритим понад століття: "Анрі Каган і Кенсо Соаї знайшли розв'язання хімічної загадки, якій понад століття: як може спонтанно виникати гомохіральність. Розроблені ними хімічні реакції є вражаючими".

Інші новини науки

• Мікроорганізми в Балтійському морі можуть відігравати більшу роль у перенесенні вуглецю в глибші води, ніж можна було б припустити, зважаючи на їхні розміри.
• Вчені розшифрували таємничий напис на одному з каменів Золочівського замку. Раніше вважалося, що він пов'язаний з тамплієрами.