Der Nobelpreis für Chemie 2026 wurde Henri Kagan und Kenso Soai für Forschungen verliehen, die gezeigt haben, dass chemische Reaktionen stark eine der beiden spiegelbildlichen Formen eines Moleküls bevorzugen können, anstatt eine gleichmäßige Mischung beider Formen zu erzeugen. Diese Leistung ist bedeutsam, weil das Leben auf einer strengen molekularen Selektivität beruht, während die meisten chemischen Reaktionen diese Selektivität nicht automatisch aufweisen.
Warum ist die „Händigkeit“ von Molekülen wichtig?
Diese Eigenschaft wird wissenschaftlich als Chiralität (chirality) bezeichnet; die beiden spiegelbildlichen Formen werden gewöhnlich mit den Buchstaben D und L bezeichnet. Beide Formen besitzen dieselben chemischen Bestandteile, doch die räumliche Anordnung der Bindungen macht sie zu nicht deckungsgleichen Spiegelbildern – wie die rechte und die linke Hand.
Dieser Unterschied ist nicht nur äußerlich. Enzyme, also Proteine, die biologische Reaktionen ausführen, besitzen Bindungsstellen, die so ausgebildet sind, dass sie zu bestimmten Molekülen passen. Daher kann ein Enzym mit einer der beiden Formen reagieren, während es deren Spiegelbild nicht verarbeiten kann. Der Quelle zufolge verwendet das Leben eine einzige Form von Zuckern, und viele Enzyme reagieren nicht mit der jeweils anderen Form.
Von der Hypothese zur messbaren Reaktion
Die Forschenden entwickelten mehrere theoretische Erklärungen dafür, wie diese Bevorzugung entstehen kann. So kann ein Katalysator, der eine der beiden Formen geringfügig bevorzugt, ausreichen, damit sich diese Form im Laufe der Zeit anreichert. Oder das Reaktionsprodukt selbst kann als Katalysator für die Bildung weiterer Moleküle seiner eigenen Form wirken und zugleich die Entstehung der gegenüberliegenden Form hemmen.
Henri Kagan untersuchte diese Möglichkeiten mithilfe chiraler Katalysatoren. Er stellte fest, dass die beiden spiegelbildlichen Formen des Katalysators in gleicher Menge vorhanden sein können, eine von ihnen jedoch deutlich aktiver ist. Dadurch lässt sich eine Reaktion steuern, die chirale Moleküle bevorzugt in einer Form erzeugt. Bis Mitte der 1960er-Jahre hatte er drei Reaktionen identifiziert, die einen Überschuss einer der beiden Formen erzeugen können. Spätere Arbeiten zeigten, dass die Zugabe nichtchiraler Stoffe die Aktivität der Katalysatoren verändern oder hemmen kann. Dies ermöglichte eine präzisere Kontrolle, von der die Arzneimittelindustrie profitierte.
Die Selbstverstärkung bei Soai
Etwa ein Jahrzehnt später untersuchte Kenso Soai Reaktionen, bei denen eines der Produkte als Katalysator für dieselbe Reaktion wirkt. Er stieß auf eine Reaktion, die Chiralität auswählt: Eine der beiden Formen katalysierte die Bildung weiterer Moleküle derselben Form. Als er mit einem geringen Überschuss begann, stieg der Anteil nach einem Durchlauf auf 55 % und erreichte nach mehreren Wiederholungen des Vorgangs 90 %.
Unter anderen Bedingungen begann der Überschuss der einen Form bei einem äußerst geringen Anteil von 0,00005 % und überschritt nach einigen Durchläufen 99 %, weil das Produkt die Bildung seiner eigenen Form katalysierte und die Bildung des Spiegelbilds hemmte.
Was ändert sich in der Praxis?
Diese Ergebnisse schaffen eine praktische Grundlage für die Herstellung von Arzneimittelverbindungen mit einer bestimmten Chiralität. Denn die falsche Form mancher Arzneimittel kann unwirksam oder schädlich sein. Selektive Reaktionen ermöglichen daher, die Produktion der unerwünschten Form zu verringern.
Der Zusammenhang der Entdeckung mit dem Ursprung des Lebens ist dagegen weiterhin indirekt. Die genannten Reaktionen wurden nicht mit biologischen Molekülen durchgeführt, die den von Lebewesen verwendeten Molekülen nahestehen. Daher beweisen sie allein nicht, wie das Leben eine einzige molekulare Form ausgewählt hat. Sie weisen jedoch darauf hin, dass geringe Unterschiede in der Häufigkeit einer der beiden Formen natürlich entstehen können und möglicherweise dazu beigetragen haben, die frühe Chemie in Richtung der starken Selektivität zu lenken, die das Leben heute kennzeichnet.