Нобелевская премия по химии 2026 года присуждена Henri Kagan и Kenso Soai в знак признания исследований, показавших, что химические реакции могут сильно смещаться в пользу одной из зеркальных форм молекулы, вместо того чтобы производить равную смесь обеих форм. Это достижение важно, поскольку жизнь зависит от строгой молекулярной избирательности, тогда как большинство химических реакций не обладают такой избирательностью автоматически.
Почему важна «рукость» молекул?
Это свойство научно известно как хиральность (chirality), а две симметричные формы обычно обозначают буквами D и L. Обе формы имеют одинаковые химические компоненты, но расположение связей в пространстве делает их несовмещающимися зеркальными отражениями, подобными правой и левой руке.
Это различие не является лишь формальным. Ферменты — белки, осуществляющие биологические реакции, — имеют участки связывания, сформированные так, чтобы подходить к определённым молекулам. Поэтому фермент может взаимодействовать с одной из форм и не способен работать с её зеркальным отражением. Источник отмечает, что жизнь использует одну форму сахаров, а многие ферменты не взаимодействуют с противоположной формой.
От гипотезы к измеримой реакции
Исследователи предложили несколько теоретических объяснений того, как возникает это смещение. Может быть достаточно катализатора, который слегка предпочитает одну из форм, чтобы со временем эта форма накапливалась, либо продукт реакции сам может действовать как катализатор производства большего количества своей формы, одновременно подавляя образование противоположной формы.
Henri Kagan изучал эти возможности с помощью хиральных катализаторов. Он обнаружил, что зеркальные формы катализатора могут присутствовать в одинаковых количествах, но одна из них оказывается значительно более активной, что позволяет направлять реакцию, производящую хиральные молекулы, к одной форме. К середине 1960-х годов он выявил три реакции, способные производить избыток одной из форм. Последующие работы показали, что добавление ахиральных веществ может изменять активность катализаторов или подавлять её, что обеспечило более точный контроль, которым воспользовалась фармацевтическая промышленность.
Самоусиление у Soai
Примерно десятилетие спустя Kenso Soai изучал реакции, в которых один из продуктов действует как катализатор самой реакции. Он обнаружил реакцию, избирательную по хиральности: одна из форм стимулировала образование большего количества молекул той же формы. Когда он начинал с небольшого избытка, доля возрастала до 55% после одного цикла, а затем достигала 90% после повторения процесса несколько раз.
В других условиях избыток одной формы начинался с очень малой доли — 0,00005%, — а затем превышал 99% после нескольких циклов, поскольку продукт стимулировал образование своей формы и подавлял образование зеркальной формы.
Что меняется на практике?
Эти результаты создают практическую основу для производства лекарственных соединений с определённой хиральностью. Неправильная форма некоторых лекарств может быть неэффективной или вредной, поэтому селективные реакции позволяют сократить производство нежелательной формы.
Связь открытия с происхождением жизни пока остаётся косвенной. Упомянутые реакции не были подтверждены с использованием биологических молекул, близких к тем, от которых зависят живые организмы, поэтому сами по себе они не доказывают, как жизнь выбрала одну молекулярную форму. Однако они указывают на то, что небольшие различия в распространённости одной из форм могут возникать естественным образом и, возможно, помогли направить раннюю химию к сильной избирательности, характерной для жизни сегодня.