Choć nasze dłonie wyglądają podobnie, prawa rękawiczka nie pasuje do lewej dłoni. Z cząsteczkami bywa podobnie: mogą występować w dwóch lustrzanych wersjach, a organizmy żywe zwykle wykorzystują tylko jedną z nich. Tegorocznego Nobla z chemii otrzymali Henri Kagan i Kenso Soai za odkrycia, które pokazały, jak reakcja chemiczna może „wybrać” jedną z tych wersji

To ma znaczenie choćby przy produkcji leków. Dwie lustrzane wersje tej samej cząsteczki mają identyczny skład, ale w organizmie mogą działać inaczej, ponieważ białka i enzymy również mają określony kształt. Komitet Noblowski porównuje je do dwóch lustrzanych kluczy: tylko jeden pasuje do konkretnego zamka.

Kagan odkrył, że niewielką przewagę jednej wersji można w reakcji znacznie zwiększyć. Soai poszedł o krok dalej. Stworzył reakcję, w której cząsteczka pomaga produkować kolejne cząsteczki tego samego rodzaju, a początkowo minimalna przewaga jednej wersji może wzrosnąć do 99,99 proc. produktu.

Nobel z chemii 2026 zaczyna się od lewej i prawej ręki

Chemicy nazywają takie lustrzane cząsteczki chiralnymi. Najłatwiej wyobrazić je sobie właśnie jak dłonie: składają się z tych samych elementów, ale nie da się ich idealnie na siebie nałożyć. Tak samo zachowują się niektóre cząsteczki. Ich dwie lustrzane wersje mają te same atomy i wiązania, ale różnią się ułożeniem w przestrzeni.

Skąd biorą się przełomy w chemii?

Nobla nie robi się, walcząc o kolejne granty

Dla żywej komórki ta różnica może mieć zasadnicze znaczenie. Aminokwasy tworzące białka mogą występować w dwóch lustrzanych wersjach, ale organizmy wykorzystują tylko jedną z nich. Podobnie jest z cukrami wchodzącymi w skład DNA.

Chemicy mówią, że życie jest homochiralne, czyli opiera się głównie na jednej z dwóch możliwych lustrzanych wersji cząsteczek. Przez dziesięciolecia badacze zastanawiali się, jak taka jednostronność mogła powstać, skoro zwykła reakcja chemiczna często produkuje obie wersje w równych proporcjach.

Jak sprawić, żeby chemia wybierała?

Pierwsze tropy pojawiły się już w XIX wieku. Louis Pasteur odkrył, że kryształy kwasu winowego występują w dwóch lustrzanych formach. Rozdzielał je ręcznie za pomocą pęsety i pokazał, że każda z nich inaczej wpływa na światło. Później okazało się, że bakterie chętnie wykorzystywały jedną wersję kwasu winowego, a jej lustrzany odpowiednik pozostawiały niemal nietknięty. Był to jeden z pierwszych sygnałów, że żywe organizmy bardzo wyraźnie odróżniają od siebie dwie lustrzane cząsteczki.

W probówce chemicy mieli jednak problem: zwykle powstawała mieszanina obu wersji. Trzeba było znaleźć sposób, by przechylić reakcję na jedną stronę.

W 1953 roku fizyk Charles Frank opisał, jak mogłoby się to udać. Jeśli jedna wersja cząsteczki zacznie mieć niewielką przewagę i jednocześnie będzie pomagać w tworzeniu kolejnych swoich kopii, przewaga ta będzie rosła z każdą kolejną rundą reakcji. Matematycznie wszystko się zgadzało. Brakowało jednak reakcji, która rzeczywiście działałaby w ten sposób.

Odkrycia Kagana i Soai 

W latach 80. Henri Kagan badał reakcje, które miały produkować głównie jedną lustrzaną wersję cząsteczki. Chemicy zakładali wtedy, że jeśli w katalizatorze jednej wersji jest nieco więcej, podobna przewaga pojawi się w produkcie. Katalizator to substancja, która ułatwia zachodzenie reakcji.

Jak badanie enzymów pomaga tworzyć leki?

Ludzie PAN. Prof. Drąg i chemia, która pomaga zrozumieć życie

Kagan sprawdził, czy zależność rzeczywiście jest tak prosta. Okazało się, że nie. W 1986 roku opisał trzy takie reakcje. To właśnie ten efekt Komitet Noblowski nazywa „nieliniowym”: wynik nie zmienia się równomiernie wraz ze zmianą proporcji na początku reakcji. Brakowało jeszcze ostatniego elementu – reakcji, która sama pomagałaby wytwarzać kolejne porcje właściwego produktu.

Tym problemem zajął się Kenso Soai. Zauważył, że w jednej z badanych reakcji produkt może pomagać w tworzeniu kolejnych cząsteczek tego samego rodzaju. W 1995 roku pokazał, że dwuprocentową przewagę jednej lustrzanej wersji można zwiększyć do 87 proc. Pracował nad tym przez kolejnych osiem lat. W 2003 roku przedstawił reakcję, w której na początku przypadek sprawiał, że jednej wersji powstawało minimalnie więcej.

Ta drobna różnica wystarczała. Cząsteczki, których było nieco więcej, pomagały tworzyć kolejne swoje kopie. Ich przewaga rosła coraz szybciej, aż jedna wersja mogła stanowić 99,99 proc. produktu. Co ciekawe, po powtórzeniu doświadczenia nie zawsze wygrywała ta sama wersja. O wyniku decydował przypadek na początku reakcji.

Soai nie odtworzył procesu, który doprowadził do powstania życia. Pokazał jednak, że niemal symetryczny układ chemiczny może sam przejść do stanu, w którym dominuje jedna lustrzana wersja cząsteczki.

Od zagadki życia do produkcji leków

Odkrycia Kagana i Soaia pomagają zrozumieć, jak w chemii może powstać tak silna asymetria. Mają też praktyczne znaczenie, ponieważ pomagają projektować reakcje prowadzące do uzyskania możliwie czystej wersji potrzebnej cząsteczki. To ważne przy produkcji leków, aromatów, substancji zapachowych, środków stosowanych w rolnictwie i niektórych nowych materiałów.

„Henri Kagan i Kenso Soai znaleźli rozwiązanie zagadki chemicznej liczącej ponad sto lat: pokazali, jak homochiralność może pojawić się spontanicznie. Opracowane przez nich reakcje chemiczne są spektakularne” – powiedział prof. Heiner Linke, przewodniczący Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii.

Kagan i Soai podzielą między siebie 12 mln koron szwedzkich. Oficjalne uzasadnienie nagrody mówi o „odkryciu efektów nieliniowych i autokatalizy w asymetrycznej syntezie organicznej”. Mówiąc prościej: pokazali, jak niewielką przewagę jednej lustrzanej cząsteczki można zamienić w niemal całkowitą dominację jednej wersji.