2026 Nobel Kimya Ödülü, kimyasal tepkimelerin bir molekülün iki ayna görüntüsü biçiminden birine güçlü biçimde yönelebileceğini ve iki biçimin eşit bir karışımını üretmek zorunda olmadığını gösteren araştırmaları nedeniyle Henri Kagan ve Kenso Soai’ye verildi. Bu başarı önemlidir; çünkü yaşam katı bir moleküler seçiciliğe dayanırken kimyasal tepkimelerin çoğu bu seçiciliğe kendiliğinden sahip değildir.
Moleküllerin “elliliği” neden önemlidir?
Bilimsel olarak kiralite (chirality) olarak bilinen bu özellikte, simetrik iki biçim genellikle D ve L harfleriyle gösterilir. İki biçim aynı kimyasal bileşenlere sahiptir; ancak bağların uzaydaki düzeni, onları sağ ve sol el gibi, birbiriyle örtüşmeyen ayna görüntülerine dönüştürür.
Bu fark yalnızca görünüşte değildir. Biyolojik tepkimeleri gerçekleştiren proteinler olan enzimlerin, belirli moleküllere uyacak şekilde oluşmuş bağlanma bölgeleri vardır. Bu nedenle bir enzim iki biçimden biriyle tepkimeye girebilirken onun ayna görüntüsüyle etkileşemeyebilir. Kaynak, yaşamın şekerlerin tek bir biçimini kullandığını ve birçok enzimin karşılık gelen biçimle tepkimeye girmediğini belirtiyor.
Hipotezden ölçülebilir tepkimeye
Araştırmacılar bu yönelimin nasıl ortaya çıkabileceğine dair çeşitli kuramsal açıklamalar ortaya koydu. Biçimlerden birini çok az tercih eden bir katalizörün zamanla o biçimin birikmesi için yeterli olması mümkün olabilir. Ya da tepkime ürünü, karşıt biçimin oluşumunu engellerken kendi biçiminden daha fazlasının üretilmesini sağlayan bir katalizör olarak işlev görebilir.
Henri Kagan bu olasılıkları kiral katalizörler kullanarak inceledi. Katalizörün iki ayna görüntüsü biçiminin eşit miktarlarda bulunabileceğini, ancak bunlardan birinin çok daha etkin olabileceğini buldu. Bu durum, kiral moleküller üreten bir tepkimenin tek bir biçime yönlendirilmesini mümkün kıldı. 1960’ların ortalarına gelindiğinde, biçimlerden birinin fazlasını üretebilen üç tepkime belirlemişti. Daha sonraki çalışmalar, kiral olmayan maddelerin katalizörlerin etkinliğini değiştirebileceğini veya baskılayabileceğini gösterdi; bu da ilaç endüstrisinin yararlandığı daha hassas bir kontrol sağladı.
Soai’de öz-yükseltme
Yaklaşık on yıl sonra Kenso Soai, ürünlerinden birinin tepkimenin kendisi için katalizör görevi gördüğü tepkimeleri inceledi. Kiraliteyi seçen bir tepkime buldu: Biçimlerden biri, aynı biçime sahip daha fazla molekülün oluşumunu katalizledi. Küçük bir fazlayla başladığında oran tek bir döngüden sonra %55’e yükseldi, ardından işlem birkaç kez tekrarlandığında %90’a ulaştı.
Diğer koşullarda tek biçimin fazlası, yalnızca %0,00005 gibi çok küçük bir orandan başladı. Ürün kendi biçiminin oluşumunu katalizlediği ve ayna görüntüsü biçiminin oluşumunu baskıladığı için birkaç döngüden sonra oran %99’u aştı.
Pratikte ne değişiyor?
Bu sonuçlar, belirli kiraliteye sahip ilaç bileşiklerinin üretilmesi için pratik bir temel sunuyor. Bazı ilaçların yanlış biçimi etkisiz veya zararlı olabileceğinden seçici tepkimeler, istenmeyen biçimin üretimini azaltma olanağı sağlıyor.
Keşfin yaşamın kökeniyle bağlantısı ise hâlâ dolaylıdır. Sözü edilen tepkimelerin, canlıların dayandığı moleküllere yakın biyolojik moleküller kullanılarak gerçekleştirildiği kanıtlanmış değildir. Bu nedenle bu tepkimeler tek başına yaşamın tek bir moleküler biçimi nasıl seçtiğini kanıtlamaz. Ancak iki biçimden birinin bolluğundaki küçük farklılıkların doğal olarak ortaya çıkabileceğini ve belki de erken kimyanın bugün yaşamı ayırt eden güçlü seçiciliğe yönelmesine yardımcı olmuş olabileceğini gösterir.