Nobel z chemii za odkrycie, bez którego nie byłoby współczesnych leków. Nagrodzono dwóch naukowców

„Leki, którymi dysponujemy dzisiaj, nie powstałyby bez tej chemii”

Ogłaszając w środę werdykt, komitet Noblowski uzasadnił, że nagrodę przyznano „za odkrycie efektów nieliniowych i autokatalizy w asymetrycznej syntezie organicznej”. 

„Leki, którymi dysponujemy dzisiaj, nie powstałyby bez tej chemii” – skomentował prezes Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego Rigoberto Hernandez.

Lustrzane odbicie, choć identyczne w każdym szczególe, wyraźnie różni się od oryginału – tak jak prawa ręka od lewej. Dopasowana do prawej dłoni rękawiczka nie pasuje na rękę prawą. Jeśli podamy komuś lewą rękę, jego reakcja będzie całkiem inna niż w przypadku prawej…

Niektóre cząsteczki, takie jak aminokwasy, występują w dwóch wariantach, które są swoimi lustrzanymi odbiciami (tak zwane enancjomery). Składają się takich samych atomów połączonych identycznymi wiązaniami, ale różniących się ułożeniem w przestrzeni. Wynika to z obecności "centrum chiralności" - na przykład asymetrycznego atomu węgla.

„Prawy” i „lewy” enancjomer mają niemal identyczne właściwości fizyczne: temperaturę topnienia, wrzenia czy gęstość. Oba skręcają światło spolaryzowane o taki sam kąt - ale jeden w prawo, drugi w lewo.

Co bardzo ważne, organizmy żywe zawierają tylko jedno z tych lustrzanych odbić cząsteczki. Inaczej też reagują na prawo- czy lewoskrętne leki, dodatki smakowe czy zapachowe.

Konwencjonalne metody syntezy chemicznej prowadzą do uzyskania racematu – czyli mieszaniny 50/50 obu enancjomerów. Taka mieszanina nie odchyla płaszczyzny światła spolaryzowanego, ale ważniejsze jest jej działanie na organizmy żywe, na przykład zapach czy smak. W przypadku leków jeden z enancjomerów może być nieczynny, a nawet szkodliwy.

Chyba najsłynniejszy przypadek różnic pomiędzy enancjomerami dotyczy popularnego na przełomie lat 50 i 60. XX wieku leku - talidomidu. Prawoskrętny talidomid (R) działa uspokajająco, przeciwbólowo i przeciwwymiotnie. Lewoskrętny hamuje powstawanie naczyń krwionośnych i ma działanie teratogenne – uszkadza płód. Ponieważ talidomid był przepisywany kobietom w ciąży, wiele dzieci urodziło się z nieprawidłowymi kończynami - lub bez kończyn.

Dostępny na rynku talidomid był mieszaniną postaci prawo- i lewoskrętnej. Jak jednak wykazały późniejsze badania, nawet gdyby była to czysta, „dobra” forma talidomidu - w organizmie człowieka uległaby  ona częściowo przekształceniu w lewostronny talidomid.

W procesach biologicznych mogą być wytwarzane tylko lewoskrętne aminokwasy. Chemicy nazywają takie cząsteczki „homochiralnymi”, od greckich słów „homos” („taki sam”) i „cheir” („ręka”)”.

Podobnie jak dłonie, wszystkie aminokwasy występują w postaci dwóch lustrzanych wariantów, ale tylko jeden z nich występuje w białkach komórek. Drugi rzadko pojawia się w naturze. Kiedy chemicy zaczęli eksperymentować z reakcjami chemicznymi, które mogą tworzyć dwie lustrzane cząsteczki, zawsze uzyskiwali równe proporcje obu. Jednak chodziło o uzyskanie tylko jednego z tych lustrzanych odbić, ponieważ na przykład w produktach farmaceutycznych – tylko jedno lustrzane odbicie da pożądany efekt.

Czytaj również

Norweski noblista Jon Fosse: odnalazłem katolicyzm w procesie pisania

Przyznano Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny

Chemia, geografia, fizyka i biologia jako jeden przedmiot? Oświatowa "S" protestuje

Naukowy wieczór z dr Kaweckim: Teoria Polaka przełomem w fizyce!

Nowe informacje o stanie zdrowia Zbigniewa Ziobry

Spotkanie przedstawicieli Sekretariatu Przemysłu Chemicznego NSZZ „S” z prezesem Orlenu

Osiągnięcia badaczy

Dopiero Henri B. Kagan (Francja) i Kenso Soai (Japonia) opracowali metody pozwalające uzyskiwać praktycznie tylko lewoskrętne lub prawoskrętne, homochiralne enancjomery.

„Henri Kagan i Kenso Soai znaleźli rozwiązanie zagadki chemicznej, która liczy ponad sto lat: jak homochiralność może powstać spontanicznie. Reakcje chemiczne, które opracowali, są spektakularne” – skomentował Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii.

Pierwszy decydujący krok zrobił w roku 1986 Henri Kagan, odkrywając nowy sposób manipulowania reakcjami chemicznymi. Pozwoliło to na stworzenie większego odsetka jednego z odbić lustrzanych.

W 1995 roku ukazała się natomiast kluczowa publikacja Kenso Soai: zaprojektował on pierwszą w historii reakcję chemiczną, która miała potencjał homochiralny. W 2003 roku przedstawił reakcję, w której powstawał tylko jeden z dwóch możliwych enancjomerów. Wcześniej udawało się to tylko żywym organizmom.

Dzięki Henriemu Kaganowi i Kenso Soai wiemy teraz, jak powstaje homochiralność. Ich odkrycia były decydujące dla chemików projektujących reakcje do produkcji leków.

Sylwetki nagrodzonych naukowców

Henri B. Kagan (96 lat) urodził się w 1930 roku w Boulogne-Billancourt we Francji. Doktorat uzyskał w 1960 r. w College de France. Pracował na (rozwiązanym w roku 2020) francuskim Université Paris-Sud. Obecnie jest profesorem emerytowanym.

Kenso Soai (76 lat) urodził się w 1950 roku w Hiroszimie w Japonii. Doktorat uzyskał w 1979 r. na Uniwersytecie Tokijskim w Japonii. Jest profesorem emerytowanym Tokijskiego Uniwersytetu Nauki (Japonii).

Laureaci podzielą się 12 milionami koron szwedzkich (około 4,68 miliona złotych po środowym kursie).