Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί είναι, από χημική άποψη, χειρόμορφοι. Η ζωή έχει "επιλέξει" συγκεκριμένες χωρικές μορφές μορίων, όπως τα L-αμινοξέα. Το πώς μπορεί να δημιουργηθεί μια τέτοια χημική ασυμμετρία αποτέλεσε αντικείμενο έρευνας των φετινών βραβευθέντων με το Νόμπελ Χημείας, οι οποίοι τιμήθηκαν και για μια σημαντική αντίδραση της οργανικής χημείας.

Το φετινό Νόμπελ Χημείας απονεμήθηκε στον Henri Kagan, ομότιμο καθηγητή Χημείας στο Université Paris-Sud στη Γαλλία, και στον Kenso Soai, ομότιμο καθηγητή Οργανικής Χημείας στο Tokyo University of Science στην Ιαπωνία.

Οι δύο επιστήμονες μελέτησαν χημικές αντιδράσεις στις οποίες σχηματίζεται κατά προτίμηση ένα από τα δύο δυνατά εναντιομερή. Το βραβείο συνοδεύεται από χρηματικό έπαθλο 12 εκατομμυρίων σουηδικών κορωνών, περίπου ενός εκατομμυρίου ευρώ, και απονέμεται «για την ανακάλυψη μη γραμμικών φαινομένων και αυτοκατάλυσης στην ασύμμετρη οργανική σύνθεση».

Η χειρομορφία περιγράφει μια γεωμετρική ιδιότητα των μορίων. Ένα χειρόμορφο μόριο και το κατοπτρικό του είδωλο δεν μπορούν να συμπέσουν, όσο και αν τα περιστρέψουμε ή τα μετακινήσουμε. Πρόκειται για μια σχέση αντίστοιχη με εκείνη ανάμεσα στο αριστερό και το δεξί χέρι.

Οι δύο κατοπτρικές μορφές ενός μορίου ονομάζονται εναντιομερή. Αν και έχουν την ίδια χημική σύσταση, η διαφορετική τρισδιάστατη διάταξη των ατόμων τους μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες.

Η χειρομορφία είναι θεμελιώδης για τη ζωή. Οι πρωτεΐνες των ζωντανών οργανισμών αποτελούνται από L-αμινοξέα, ενώ το DNA περιέχει D-δεοξυριβόζη. Οι αντίστοιχες αντίθετες μορφές απαντώνται στη φύση σε πολύ μικρότερο βαθμό.

Το φαινόμενο έχει ιδιαίτερη σημασία και στη φαρμακευτική. Συχνά μόνο το ένα από τα δύο εναντιομερή ενός φαρμακευτικού μορίου έχει την επιθυμητή δράση, ενώ το άλλο μπορεί να είναι λιγότερο δραστικό, ανενεργό ή ακόμη και να προκαλεί διαφορετικές, ανεπιθύμητες επιδράσεις.

Για δεκαετίες, επομένως, οι επιστήμονες αναζητούσαν απάντηση σε ένα θεμελιώδες ερώτημα: πώς μπορεί να δημιουργηθεί η ομοχειρικότητα, δηλαδή η επικράτηση μίας συγκεκριμένης χειρόμορφης μορφής;

Ο Henri Kagan έδειξε ότι είναι δυνατόν να χειραγωγηθούν χημικές αντιδράσεις έτσι ώστε ένα εναντιομερές να σχηματίζεται σε πολύ μεγαλύτερη αναλογία από εκείνη που θα αναμενόταν αρχικά.

Πρόκειται για τα λεγόμενα μη γραμμικά φαινόμενα. Μια μικρή αρχική διαφορά ανάμεσα στα δύο εναντιομερή μπορεί, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να ενισχυθεί σημαντικά κατά τη διάρκεια της αντίδρασης.

Η ιδέα αυτή αποτέλεσε σημαντικό βήμα προς την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο μια μικροσκοπική χημική ασυμμετρία θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια πολύ πιο έντονη χειρόμορφη προτίμηση.

Ο Kenso Soai προχώρησε ακόμη περισσότερο, σχεδιάζοντας την πρώτη χημική αντίδραση στην οποία μπορεί να σχηματιστεί σχεδόν αποκλειστικά ένα εναντιομερές.

Η αντίδραση Soai θεωρείται ένα από τα πιο εντυπωσιακά πειράματα στην ιστορία της χημείας. Όταν χρησιμοποιείται μια μικρή ποσότητα του ίδιου χειρόμορφου καταλύτη, ακόμη και με χαμηλό αρχικό εναντιομερικό πλεόνασμα, η αντίδραση μπορεί να οδηγήσει σε προϊόν με εξαιρετικά υψηλή εναντιομερική καθαρότητα — έως περίπου 99,5%.

Το εντυπωσιακό στοιχείο είναι ότι τα πρώτα μόρια του ενός εναντιομερούς που σχηματίζονται μπορούν να λειτουργήσουν ως καταλύτες για τον περαιτέρω σχηματισμό της ίδιας μορφής. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται ένας αυτοενισχυόμενος κύκλος.

Με απλά λόγια: Μια μικρή αρχική ασυμμετρία → περισσότερη από την ίδια μορφή → αυτοκατάλυση → ακόμη μεγαλύτερη ασυμμετρία.

Χημικά, η αντίδραση Soai είναι μια αλκυλίωση της πυριμιδινο-5-καρβαλδεΰδης με διισοπροπυλοψευδάργυρο. Η πυριμιδυλική αλκοόλη που σχηματίζεται δρα ως εξαιρετικά ισχυρός αυτοκαταλύτης.

Η σημασία της ανακάλυψης ξεπερνά τα όρια μιας εντυπωσιακής εργαστηριακής αντίδρασης. Η αυτοκατάλυση και η ενίσχυση μιας αρχικής, σχεδόν ανεπαίσθητης ασυμμετρίας προσφέρουν ένα πιθανό μοντέλο για το πώς θα μπορούσε να έχει αναπτυχθεί η χημική "προτίμηση" που χαρακτηρίζει τη ζωή.

Ερευνητικές ομάδες σε όλο τον κόσμο επιχειρούν πλέον να αξιοποιήσουν την ιδέα αυτή με έναν ακόμη πιο φιλόδοξο στόχο: να αναπαράγουν αντίστοιχες διαδικασίες για την παραγωγή ομοχειρικών αμινοξέων και σακχάρων.

Η μελέτη των Kagan και Soai φωτίζει έτσι ένα από τα πιο θεμελιώδη ερωτήματα της χημείας και της βιολογίας: πώς μια μικρή χημική διαφορά μπορεί να μετατραπεί σε μια κυρίαρχη μορφή — και τελικά να γίνει χαρακτηριστικό ολόκληρης της ζωής.

Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Πανώλη στη Ρωσία: Ο ΠΟΥ ζητεί στοιχεία για δεύτερο κρούσμα πνευμονίας
Νέο ερευνητικό πρόγραμμα συνδέει την Ιατρική με την Τεχνητή Νοημοσύνη στις ΜΕΘ
Έρευνα για τους αιωνόβιους στη Σαρδηνία - Νέα πιθανή "Μπλε Ζώνη"